第二章继电器-接触器控制电路基本环节

1、第二章 继电器一接触器控制电路基本环节继电器-接触器式控制是由各种有触点的继电器、接触器、行程开关、控制按钮等组成的控制电路，实现对电力拖动系统的起动、制动、反向和调速的控制以及实现对电力拖动系统的保护及生产加工自动化。本章介绍电器控制电路的一些基本环节，为以后的典型机械设备控制电路阅读分析、以及继电器一接触器控制系统设计奠定基础。n掌握电路图结构及绘制；n掌握常用基本控制线路的构成。第一节 电路图的基本概念及绘制n用规定的符号表达电气控制系统的组成和功能、电气设备的工作原理以及装接和维护的图形方式。使用信息，需要用统一的工程语言，即用工程图的形式来表达-简称电气图。n常用于机械设备的电气工程

2、图有3种：电路图、电器布置图和接线图。第一节 电路图的基本概念及绘制一、电气图中的图形符号、文字符号和接线端子标记1、电气用图形符号 电气图绘制中，对元件、关系特点等规定了专门的符号表示，国家标准GBT 472872000电气简图用图形符号规定了电气图中图形符号的画法。表2l是其图形符号组合示例。第一节 电路图的基本概念及绘制第一节 电路图的基本概念及绘制2电气图中的文字符号(1)基本文字符号用以表示电气设备、装置、元器件以及线路的基本名称、特性。如：单字母“K”表示继电器、接触器这一大类。“KM”、“KT”和“KA”分别表示继电器、接触器类器件中的接触器、时间继电器和中间继电器。第一节 电路

3、图的基本概念及绘制2电气图中的文字符号(2)辅助文字符号是用以进一步表示电气设备、装置、器件以及线路的功能、状态和特性。通常用英文字母的前一两个字母表示，“0N”表示闭合，“AC”表示交流。(3)文字符号的组合文字符号组合形式一般为基本符号(或辅助符号)加数字符号，如“KT1”、“FU 2”。第一节 电路图的基本概念及绘制2电气图中的文字符号(4)特殊用途文字符号 一些特殊用途的接线端子、导线等，通常采用一些专用文字符号，如“L1、L2、L3、N”表示三相交流电源第一相、第二相、第三相及中性线； “U、V、 W 、 PE”表示交流系统设备第一相、第二相、第三相；“PE”表示保护接地。常用的一些

4、特殊用途文字符号可查阅相关标准。第一节 电路图的基本概念及绘制3接线端子标记l各电器接线端子用字母数字符号标记。按国家GB4026器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线瑞子的通则规定：l三相交流电源引入用L1、L2、L3、 N、PE标记；直流系统的电源正、负、中间线分别用L+、L-与M标记；三相动力电器引出线分别按U、V、W顺序标记。第一节 电路图的基本概念及绘制l三相异步电动机的绕组首端分别用U 1、V1、W1标记，绕组尾端用U2、V2、W2标记，电动机绕组中间抽头分别用U3、V3、W2标记。l多电动机时，可在字母前冠以数字来区别。如：对M1电动机其三相绕组接线端标以1U、1V、1W；l三

5、相供电系统的导线与三相负载之间有中间单元时，连接线用字母U、V、W后加数字表示，且用从上至下、由小至大的数字来表示。l控制电路各线号用数字编号，标注方法按“等电位”原则，一般为从左到右、从上至下。第一节 电路图的基本概念及绘制二、电路图l电路图主要表示电气控制系统的工作原理，又称电气原理图。用图形符号、文字符号并按工作顺序表示电路、设备控制系统的基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。第一节 电路图的基本概念及绘制绘制电路图的基本原则：1、通常主电路在左，控制电路在右。2、电源分列两边，各控制回路基本上按元件动作顺序绘制。3、同一元件的各部分分别绘制在完成作用的地方。4、各元件都有各

6、自的文字和图形符号表示。5、各元件的符号按元件未动作时的状态绘制。6、两条以上导线的连接处要打圆点。元件间连线要有唯一的编号。接触器线圈要在最右(下)边。7、具有循环运动的机构要给出工作循环图，主令开关要给出动作程序和动作位置。第一节 电路图的基本概念及绘制第一节 电路图的基本概念及绘制第一节 电路图的基本概念及绘制 三、电器位置图电器位置图详细绘出了电气设备中各电器的相对位置。图中各电器的文字符号应与有关电路图中电器元器件的文字符号相同。图22是CW6132型车床的电器位置图。第一节 电路图的基本概念及绘制 四、接线图l是实际接线的依据和准则，也是检查电路和维修不可缺少的技术文件。l根据表达

7、对象和用途的不同，接线图有单元接线图、互连接线图和端子接线图等。l接线图的编制规则，其主要内容有：1）、接线图中各电器元器件图形符号、文字符号以及它们之间的连线编号均应以电路因为准，并保持一致。2)、在接线图中，一般都应标出项目的相对位置，项目代号；端子间的电连线关系、端子号、导线号、导线类型、截面积等。3)、同一控制箱或控制屏的各电器元器件可直接相连，而箱(或屏)内与外部电器元器件连接时必须经接线端子排。第一节 电路图的基本概念及绘制 四、接线图4)互连接线图中的互连关系可用连续线、中断线或线束表示。接线图主要用于配线、检查、维修中，起到电路图所起不到的作用，所以它在生产现场同样得到广泛应用

8、。第一节 电路图的基本概念及绘制 四、接线图密封面加工镗铣床接线图第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路三相笼型异步电动机特点：结构简单、价格便宜、坚固耐用、运行维护方便等一系列优点，常作为生产设备的主要驱动源，被广泛使用。笼型异步电动机的起动方式有直接起动和减压起动两种。本节介绍笼型异步电动机的直接起动控制电路。一、笼型异步电动机直接起动控制电路电动机接通电源后，由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称电动机的起动。直接起动又叫全电压起动，它是将额定电压直接加在电动机的定子绕组上使电动机运转。在变压器容量允许的情况下，电动机尽可能采用全电压起动。这样，控制电路简单，提高了电路的可靠

9、性，且减少了电气维修工作量。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 1用开关直接起动控制电路l是一个最简单的电路图。电动机的起动、停止是通过操纵手动开关来实现。l无法实现自动控制和远程控制。一般很少采用，仅适合容量较小且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵电动机。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 2用接触器直接起动控制电路l电动机直接起动常采用接触器进行控制。电动机的起动、停止是通过接触器线圈通电状态来实现。l能实现自动控制和远程控制。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 （1）电路工作过程图中：KM的动合触点（3-4）与SB2并联实现自锁作用

10、。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 （1）电路的保护环节作用：作用：在电动机尽可能充分利用的同时，确保电动机能够安全、可靠、长期地运行，电路除了要满足电动机控制要求外，还必须选择和设置保护装置来保护电动机。1)短路保护。熔断器FU作电路的短路保护之用。当电路发生短路时，熔断器立即被熔断，切断电源。熔断器仅作短路保护而不能起过载保护，这是因为一方面，熔断器的规格必须根据电动机起动电流大小作适当选择，另一方面还要考虑熔断器保护特性的反时限保护特性。 FU1为主回路短路保护，FU2为控制回路短路保护。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 （1）电路的保护环节2)过载保护。

11、热继电器FR作电动机的过载保护之用。当电动机过载、堵转或断相等都会引起定子绕组电流过大，热继电器根据电流的热效应，而使热继电器FR动作，即FR的动断辅助触点断开，则使KM线圈断电释放，从而KM主触点断开，切断电动机电源。由于热惯性，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时还必须设有短路保护，并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍于热继电器发热元件的额定电流。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 3)欠电压(失电压)保护。欠电压(失电压)保护是依靠起动按钮的复位功能和接触器本身的电磁机构来实现的。当电动机正在运行时

12、，如果电源电压因某种原因过分地降低或消失，则接触器KM的衔铁自行释放，电动机停止，同时KM自锁触点断开。当电源电压恢复正常时，接触器KM线圈也不可能自行通电，即电动机不会自行起动，要使电动机起动，操作者必须再次按下起动按钮。欠电压(失电压)保护个好处：第一，防止电压严重下降时电动机低压运行；第二，避免电动机同时起动而造成电压严重下降；第三，防止电源电压恢复正常时，电动机突然起动造成设备和人身事故。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 二、电动机正反转控制电路1、用按钮控制的电动机正反转电路l正转接触器KM1，反转接触器KM 2。l当接触器当接触器KM1的主触点的主触点闭合，三相电源

13、的相序按闭合，三相电源的相序按L1、L2、L3接入电动机，接入电动机，电动机将正转。电动机将正转。l当当KM2的主触点闭合时，的主触点闭合时，三相电源按三相电源按L3、L2、L1接入电动机，电动机将反接入电动机，电动机将反转。转。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 二、电动机正反转控制电路注意：当注意：当KM1与与KM2同同时闭合，将会造成时闭合，将会造成L1和和L3两相电源短路，这是两相电源短路，这是绝对不允许发生的。绝对不允许发生的。采用“电气互锁”使KM1与KM2不能同时得电。在控制电路中，将KM1和KM 2的动断辅助触点分别串接在KM 2和KMl的工作线圈电路里，构成互相

14、制约关系。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 二、电动机正反转控制电路图a控制电路的特点：l在电机停机状态，SB2、SB3可以任选；l在电机运行状态，转向不能由反向启动按钮变更方向。l当需要变换电机旋转方向时，需要按SB1停机按钮，再按对应的转向启动按钮，完成旋转方向变更。第二节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 二、电动机正反转控制电路图b控制电路的特点：lSB2、SB3采用复合按钮功能，复合按钮的动作特点总是先断后合，复合按钮的这种互锁功能，也称“机械互锁”。l可实现电动机正转与反转之间的直接切换。l电路中既有“电气互锁”，又有“机械互锁”，保证了电路可靠地工作。第二

15、节 三相异步电动机的直接起动与正反转控制电路 图b控制电路的特点：注：注：若控制电路仅用复合按钮进行互锁，在实际中可能出现这样情况，由于负载短路或大电流长期作用，接触器的主触点被强烈的电弧“烧焊”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住并总在吸合状态，这都可能使主触点不能断开，这时如果另一接触器动作，就会造成电源短路事故。特点：l在图b的基础上，增加了左右自动换向的复合行程开关SQ2、SQ1；l为防止SQ2、SQ1失灵，增设了限位开关SQ3、SQ4。l该电路在启动后，可以使移动部件连续往复运动，实现自动作业。2用行程开关控制的电动机正反转电路2用行程开关控制的电动机正反转电路第三节 三相异步电

16、动机减压起动控制电路 直接起动的优点是：控制线路简单，维修工作量小。 缺点是：起动电流大，约为额定电流的47倍。大容量电动机起动时，其过大的起动电流会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至起动困难，而且还要影响同一供电网络中其他设备的正常工作。另外，如果电动机频繁起动，则由于热量的积累，可能使电动机过热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。一般规定：起动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的1015；起动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的2030。若不满足条件，则必须采用减压起动。 第三节 三相异步电动机减压起动控制电路 直接起动的优点是：控制线路简单，维

17、修工作量小。 缺点是：起动电流大，约为额定电流的47倍。大容量电动机起动时，其过大的起动电流会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至起动困难，而且还要影响同一供电网络中其他设备的正常工作。另外，如果电动机频繁起动，则由于热量的积累，可能使电动机过热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。一般规定：起动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的1015；起动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的2030。若不满足条件，则必须采用减压起动。 第三节 三相异步电动机减压起动控制电路 减压起动，就是起动时降低加在电动机定于绕组上的电压，当电动机的转速接近额定值时，再将电压恢

18、复到额定值，使之在全电压下运行。起动转矩正比于电压的平方，所以减压起动转矩更显著地减小，减压起动只适用于起动时轻载或空载。常用的减压起动方式有：星星-三角三角(Y)减压起动减压起动、定子串电阻减压起动定子串电阻减压起动、自辐变压器减压起动和软起动自辐变压器减压起动和软起动等。第三节 三相异步电动机减压起动控制电路一、一、星-三角(Y)减压起动a动作过程QS按下，接通电源总开关按下SB2，KM1得电并自锁，同时KT、KM3得电, KM1 、KM3主触头闭合，电动机接成Y形，降压启动。KT延时到， KT常闭断开，常开闭合， KM3失电， KM3主触头断开、常闭闭合，KM2得电并自锁, KM1 、K

19、M2主触头闭合，电动机接成形，全压运行。a星-三角(Y)减压起动a注意：上图中KM 2的主触点与电动机各绕组的接法，要保证定子绕组联结形式为三角形，同时也要保证三角形联结时电动机的转向与星形联结时的转向相同。另外，KM 2、KM3主触点不能同时闭合，否则将造成电源短路事故，采取的方法是在控制电路中采用辅助动断触点KM 2和KM3；构成互锁触点。 缺陷是：若接触器KM3线圈断线，电动机就有造成全电压直接起动的可能。因为当按钮SB2被按下而使接触器KM1线圈通电并自锁以后，虽然KM1主触点闭合，但由于KM3线圈断线，其主触点不能闭合，而没使电动机定子绕组接成Y形，所以电动机无法起动。当KT的整定时

20、间到，接触器KM2线圈通电并自锁，定子绕组连接成三角形，于是电动机全电压直接起动，这对于减压起动控制电路是不允许的。 第三节 三相异步电动机减压起动控制电路一、一、星-三角(Y)减压起动b动作过程QS按下，接通电源总开关按下SB2，KM3得电,辅助触头、主触头闭合，同时KT、KM1得电并自锁, KM1主触头闭合，电动机接成Y形，降压启动。KT延时到， KT常闭断开，常开闭合。 KM3失电， KM3主触头断开、常闭闭合，KM2得电并自锁, KM1 、KM2主触头闭合，电动机接成形，全压运行。b星-三角(Y)减压起动b它与图a相比，在主电路中KM1的主触点改变了位置，这样，电动机正常运行时，图b中

21、KM1承担的是相电流，而图a中KM1承担的是线电流，使KM1的电流选取标准大大降低，使电路的成本与体积均相应减小。 星三角减压起动方式仅适合于在正常运行时定子绕组作三角形联结的三相笼型异步电动机。而实现此减压起动方式的，工厂现场中常采用Y。A自动起动器，简便且经济 。二、定子串电阻减压起动控制电路 a二、定子串电阻减压起动控制电路 缺点：1）电动机正常运行时只要KM2得电即可，可是这一电路中除KM2得电以外，KT和KM1在正常运行过程中也始终通电，这样对KT、KM1不利，同时也增加了电路的故障点，降低了电路的可靠性。 2) KM1线圈与KT线圈并联，有可能出现全电压直接起动。例如：当KM1线圈

22、存在断线一类的故障，操作人员按下起动按钮SB2后，电动机并没有运转，便以为是起动按钮触点接触不良，于是延长按下的时间，在这种情况下，若KT的延时动合触点闭合，电动机全电压直接起动现象立即发生。 二、定子串电阻减压起动控制电路 a二、定子串电阻减压起动控制电路 b中:第一，电动机运行时，KM1、KT都失电，仅有KM2得电，使电路可靠性大大提高。第二，KT线圈电路中串联了KM1的动合触点，这样操作人员按下SB 2的时候，只要KM1不闭合，即使加长SB2按下时间，KT也无法通电，从而避免全电压起动的可能。 定子串电阻减压起动方式由于不受电动机定子绕组接线形式的限制，且设备简单，因而在中小型生产机械中

23、应用较广，机床中也常用这种串电阻减压方式减小点动及制动时的电流。缺点是每次起动都要在起动电阻上消耗大量的电能。 三、自耦变压器减压起动控制电路是利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加在自耦变压器的一次绕组上，电动机的定于绕组与自耦变压器的二次绕组相连，当电动机的转速接近额定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相连，在正常电压下运行。这个使电动机减压起动的自耦变压器也称起动补偿器。 三、自耦变压器减压起动控制电路动作过程QS按下，接通电源总开关按下SB2，KM1得电,辅助触头、主触头闭合，同时KM2 、K T得电并自锁, KM2主触头闭合，电动机由

24、TA降压启动。KT延时到， KT常闭断开，常开闭合。 KM1失电， KM1主触头断开、常闭闭合，KM3得电并自锁, KM1 、KM2、 KT失电，电动机接成形，全压运行。变压器退出。三、自耦变压器减压起动控制电路在SB2和KM2的自锁触点之间串接有一KM1动合触点，是当出现接触器KM1线圈断线时，按下SB2按钮，KM3线圈不会得电，电动机不会存在全电压起动的可能。 四、软起动控制电路四、软起动控制电路四、软起动控制电路四、软起动控制电路四、软起动控制电路第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路某些机械设备的，如万能铣床、卧式铿床、组合机床等的主轴都要求能迅速停车和准确定位，这就要求对电动机进行

25、制动控制，强迫其立即停车。电动机制动方法有两类，即机械制动和电气制动。机械制动是用机械装置(如电磁制动器)使电动机在切断电源后迅速停转；电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。三相笼型异步电动机的常用电气制动方法有能耗制动和反接制动。 第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路一、能耗制动控制电路 电动机能耗制动方法就是在电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，以产生一个恒定的磁场，惯性运转的转子绕组切割恒定磁力线，产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起制动作用，当转速降至零时，再切除直流电源。 第四节 三相笼型异步电动机

26、的制动控制电路a是用复合按钮实现电动机能耗制动的控制电路。其制动工作过程如下： a按下SB1,KM1断电, KM2得电, 电动机M切除交流电源，接入直流电源，能耗制动，转速为零时，松开SB1，制动结束。制动中，停止按钮SB1必须始终压下,过短，制动效果差，过长，既费电，又使定子发热大。第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路方案闭b第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路b方案闭b其制动工作过程特点：时间继电器KT瞬时动合触点的作用是：在时间继电器存在线圈断线或机械卡住而无法工作一类的故障时，即使按下SB1后，接触器KM 2不能自锁长期得电，避免了出现电动机定子绕组中长期流过直流电流的现象。

27、第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路能耗制动，制动转矩的大小与直流电流值的大小和电动机转速有关，在同样的转速下，电流越大，制动作用越强，但直流电流不能太大，一般约为异步电动机空载电流的35倍，否则将烧坏电动机定子绕组。能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，因而制动平稳且能量消耗小，但制动力较弱，特别是低速时尤为突出，另外需附加直流电源装置。能耗制动一般用于制动要求平稳准确无反转的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等。 能耗制动的特点：第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路第四节 三相笼型异步电动机的制动控制电路电动机反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于两倍的

28、同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接起动时电流的两倍。因此，一般在10kW以上的电动机采用反接制动时，应在电动机反接制动主电路中串接一电阻，以限制反接制动电流。 电动机反接制动方式的优点是：制动力矩大，制动迅速。缺点是：制动精确性差，制动过程冲击强烈，易损坏传动零件，能量消耗较大。所以反接制动一般只适用系统惯性较大，制动要求迅速、操作不频繁的场合，如铣床、铿床、中型车床等主轴的制动。反接制动控制电路的特点：第五节 三相笼型异步电动机有级变速控制电路实际生产中，为满足机械设备生产过程的需要，常要求输出多种速度。调速通常有机械和电气调速两种。若采用电气调速，简单易行，且可大大简化机械变速机构。使机械设备机构简化。三相异步电动机转速公式为 ：n-电动机转速；s-转差率；f-电源频率；p-磁极对数第五节 三相笼型异步电动机有级变速控制电路 一、双速电动机定子绕组的连接 第五节 三相笼型异步