第一部分 继电器接触器控制系统

1、机电控制技术第一部分继电器接触器控制系统第一章 继电器接触器控制系统 1.1 常用低压电器 1.2 电气原理图的画法规则 1.3 基本控制电路基本控制电路 1.41.4 异步电动机的控制异步电动机的控制1.5 异步电动机的调速（自学） 1.6 控制电路的设计 继电器接触器控制系统是应用最早的控制系统。 它由各种有触点的接触器、继电器、控制器、行程开关等低压电器组成的控制系统。 此系统具有结构简单、容易掌握、维护检修简便、价格低廉等特点，多年来多年来在工业生产中得到广泛应用。 本章结合实际自动化项目和工程，简单介绍继电器接触器控制系统的工作原理、组成及特点。1.1 常用低压电器 电器：可自动或手

2、动地接通或断开电路，实现对电路或非电对象控制的电气装置或设备称为电器。 低压电器：指直流1500V以下的电器或交流1200V以下的电器。低压电器分类按其作用，一般分为两类：（1）低压配电电器-低压配电电器用于输 配电系统。 典型产品有：刀开关、自动开关、熔断器等； （2）低压控制电器-低压控制电器用于电力拖动控制系统。 典型产品有：继电器、接触器、主令电器等。一、开关电器一、开关电器 刀开关 图21刀开关的图形符号及文字符号 ）单极）双极）三极 转换开关 图22转换开关的图形及文字符号 ）单极）三极 图23 自动开关的图 形及文字符号 分断弹簧过电流脱扣器锁扣自动开关结构示意图 自动开关分类

3、按用途分：保护线路、保护电动机、保护照明电路； 按所含脱扣器分：失压脱扣器、过载脱扣器、过电流脱扣器等； 按主电路极数可分为：单极、双极、三极。结构组成及各部分作用（以过电流脱扣器的自动开关为例） 自动开关从结构看都是由三部分组成： （1）主触点及灭弧系统（执行部分）接通/分断主电路 （2）脱扣器（感测元件）接收电路的故障信号 （3）操作机构（机械传递部件）脱扣器接收信号后，由它实现自动/手动跳闸的任务。 选择自动开关时注意： （1）额定电压和电流应不小于电路正常工作的电压和电流 （2）脱扣器的整定电流整定电流与所控制的电动机或负载额定电流一致。二、主令电器二、主令电器 自动控制系统中用于自动

4、控制系统中用于发送控制指令发送控制指令的电器称为主令电的电器称为主令电器。器。常用的主令电器常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关和有控制按钮、行程开关、接近开关和万能转换开关等。万能转换开关等。控制按钮 图24 按钮开关的图形及文字符号 a) 常开触点 b) 常闭触点 c) 复式触点 行程开关 图2-5 行程开关的图形及文字符号 a）常开触点 b）常闭触点 三、熔断器三、熔断器 串接串接在所保护的电路中，当电路发生在所保护的电路中，当电路发生短路短路或或严重过载时，它的熔体能自动迅速严重过载时，它的熔体能自动迅速熔断熔断，从而切，从而切断电路，使导线和电气设备不致损坏。断电路，使导线和

5、电气设备不致损坏。 图图26 熔断器的图形熔断器的图形 四、交流接触器四、交流接触器 用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机） 图27 接触器的图形符号 a)线圈 b)常开触点 c)常闭触点接触器特点： 有主、辅触点之分，主触点容量大。接触器分类： 按主触点通过电流 分为直流接触器（主触点通过直流）和交流接触器（主触点通过交流）两类。 五、继电器作用：根据输入信号来接通或断开控制电路，实现控制目的。 分类：按输入信号性质分：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器及压力继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。继电

6、器的结构及分类（以电磁式电流继电器为结例） 结构：铁芯、线圈、动或静触点等组成。 分类：按线圈接收的电流可分为交流继电器或直流继电器； KI - 电流继电器 KV- 电压继电器 KT- 时间继电器 KA- 中间继电器、 FR - 热继电器 BV- 速度继电器 BP - 压力继电器 继电器的文字符号（一）中间继电器 KA 特点：KA属于电压继电器，但KA的触点数多且容量大（额定电流510A）。 作用：信号传递、放大、分路、反相。返回弹簧衔铁铁芯线圈 中间继电器结构示意图中间继电器的符号中间继电器的符号（二）时间继电器 定义：时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。 分类： （1）按

7、延时：分为断电延时时间继电器、通电延时时间继电器。 （2）按工作原理：分为电磁阻尼式、空气阻尼式、晶体管式时间继电器。 图29 时间继电器的图形符号 a) 线圈一般符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合常开触点 e) 延时断开常闭触点 f) 延时断开常开触点 g) 延时闭合常闭触点 h) 瞬动常开触点 i) 瞬动常闭触点（三）热继电器 热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此，不能作短路保护。 图210 热继电器的图形及文字符号 a) 热元件 b) 常闭触点 热继电器结构示意图（四）速度继电器 一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头的复位

8、转速在100r/min以下 图211 速度继电器的图形及文字符号 a) 转子 b) 常开触点 c) 常闭触点 1.2 电气原理图的画法规则 电气控制系统图：由许多电气元件按一定要求连接而成。 电气控制系统图的种类： （1）电气原理图 （2）电器元件布置图 （3）电气安装接线图 电气原理图：采用电气元件展开的形式绘制成的控制原理图。其作用是便于阅读和分析电气控制系统。 电器元件布置图：表明电器设备在机械设备上和电器控制柜中的实际安装位置的图。其作用是便于制造、加工、安装。 电气安装接线图：表明各电器之间的实际连接的图。其作用是便于配线检修。绘制电气原理图的基本规则（1）原理图分主电路和辅助电路

9、： 主电路就是从电源到电动机绕组的大电流通过的路 径；辅助电路包括控制回路、照明电路、信号电路 及保护电路等。 一般主电路画在左边；辅助电路画在右边。（2）原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用 国家规定的图形符号来画。 （4）原理图中所有电器的触点，都按没有通电或没有外 力作用时的开闭状态画出。 （5）原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，要 用黑圆点表示。 （6）原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元 件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列， 可水平布置。 图面区域的划分 （1）在原理图上方将图分成若干图区，并 标明该区电路的用途与作用。 （2）在原理图下方的1、2、

10、3、等数字 是图区编号，它是为便于检索电气线 路及方便阅读分析设置的。 符号位置的索引 在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方要标注其线圈位置的索引。 符号位置的索引，用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如下： 在接触器触点的位置索引中，左栏为主触点所在图区号，中栏为辅助常开触点所在图区号，右栏为辅助常闭触点所在图区号。 主 常 常 触 开 闭 头 辅触头 在继电器触点的位置索引中，左栏为常开触点所在图区号，右栏为常闭触点所在图区号。 常 常 开 闭 1.3 基本控制电路基本控制电路一、起动、自锁与停止控制电路一、起

11、动、自锁与停止控制电路 图图2-13 起动与停止控制电路起动与停止控制电路 生产设备在正常情况下需要连续不停的工作，即所谓长动；而点动则是指手按下按钮时，电动机转动工作，手松开按钮时，电动机立即停止工作。点动多用于生产设备的调整或某些需手动操作的场合。 长动与点动的主要区别是控制电器能否自锁。二、连续工作与点动控制二、连续工作与点动控制长动与点动控制电路SB3KMSB1SB2SB3KM用SB3实现点动；用SB2实现长动。三、互锁（联锁）控制 所谓互锁实际上是指多组控制电路相互禁止，即一个动作禁止其他动作。 实现方法：利用接触器的常闭触头串接于对方线圈电路中 。四、多点控制 在较大型生产设备中,

12、为了操作方便，常要求能在多个地点进行控制。 实现方法：将分散在各操作站上的起动按钮引线并联起来，停止按钮的引线作串联联接。联锁和多地点起停电路 图2-15多地点控制电路 图2-16两台电机联锁控制五、顺序控制： 在控制系统中，常常要求被控设备按一定顺序动作。 实现方法是： （1）在后起动的线圈电路中串联先起动线圈的常开触点。（2）在后停止线圈的停止按钮两端并联先停止线圈的常开触点。SB1SB2SB4SB3KM2KM1KM1油泵KM2主轴KM1KM2顺序控制电路1.41.4 异步电动机的控制异步电动机的控制 包含：异步电动机的异步电动机的起动起动控制控制异步电动机的异步电动机的正反转正反转控制控

13、制异步电动机的异步电动机的制动制动控制控制一、异步电动机的起动电路一、异步电动机的起动电路 全压直接起动控制电路（1）对功率为数百瓦的设备可以用开关 直接起动。如图218所示。（2）对功率为数千瓦的电机，可采用接 触器直接起动。如图219所示。 图中SB1为停止按钮，SB2为起动按钮，热继电器FR作过载保护，熔断器FU1、FU2短路保护。 图218 用开关直接起动电路 图219 用接触器直接起动电路 降压起动控制电路 对于较大容量（大于10KW）的电动机或负载，或在起动过程中要求冲击较小的场合,都应采用降压起动。 最常见的降压起动是星三角形降压起动和定子串电阻降压起动这两种。 图220 异步电

14、动机星-三角降压起动电路 星-三角降压起动电路工作过程 按下SB2后，接触器KM1得电并自锁。在这同时，KT、 KM3也得电。电机M在触头KM1、KM3闭合下，以星形接法起动。KT为通电延时型时间继电器，在其线圈得电后，触头要经过一段时间延迟（延迟时间可调整）才动作,KM3失电复原。此时KM2得电，电机M绕组接成三角形投入正常运转。 在电机星三角形起动过程中，绕组的自动切换由时间继电器KT延时动作来控制。这种控制方式称为按时间原则控制按时间原则控制。 （2）定子串电阻降压起动控制电路 图2-21定子串电阻降压起动电路 X 二、异步电动机的正反转控制电路二、异步电动机的正反转控制电路 正反转的实

15、现方法：只要将接至只要将接至电动机的三相电源线中电动机的三相电源线中任意两相对调任意两相对调，即可使电机反转。即可使电机反转。 正反转控制电路分类：由于所采正反转控制电路分类：由于所采用的主令电器不同，控制方式可分为用的主令电器不同，控制方式可分为按钮控制按钮控制和和行程开关行程开关控制两大类。控制两大类。 异步电动机正反转的按钮控制。 异步电动机正反转的行程开关控制 左行右行（正转）（反转） SQ3 SQ1 SQ2 SQ4以下是运料小车往返运动示意图 图中：SQ1和SQ2控制小车行程，故称行程开关 SQ3和SQ4为极限位置保护，故称限位开关 图223 行程开关控制的正反转电路三、异步电动机的

16、制动电路三、异步电动机的制动电路 制动停车的方式有两大类制动停车的方式有两大类机械制动和机械制动和电气制动。电气制动。 机械制动是利用机械或液压制动装置制动。机械制动是利用机械或液压制动装置制动。 电气制动是由电动机电气制动是由电动机产生一个与原来旋转产生一个与原来旋转方向相反的力矩方向相反的力矩来实现制动。来实现制动。 常用的电气制动方式有常用的电气制动方式有能耗制动和反接制能耗制动和反接制动动两种。两种。 1 1反接制动控制电路反接制动控制电路 工作工作原理：原理：反接制动是利用反接制动是利用改变改变异步电动机异步电动机定子绕定子绕组上三相电源的相序组上三相电源的相序，使定子，使定子产生反

17、相旋转磁场产生反相旋转磁场作用于作用于转子而产生转子而产生强力制动力矩强力制动力矩。 制动特点：制动特点：反接制动的反接制动的制动电流大，制动力矩大制动电流大，制动力矩大，制动迅速，但在制动过程中对传动机构制动迅速，但在制动过程中对传动机构冲击较大冲击较大。 适用范围：铣床、镗床、中型车床等。适用范围：铣床、镗床、中型车床等。 两两点注意事项：点注意事项：（1）反接制动）反接制动迅速而冲击大迅速而冲击大，它仅用于，它仅用于小容量电动机小容量电动机上。上。 为了限制电流和减小机械冲击，通常在反为了限制电流和减小机械冲击，通常在反接制动时接制动时 定子电路中定子电路中串接适当电阻串接适当电阻。（2

18、 2）电机在制动力矩作用下）电机在制动力矩作用下转速下降到接近零转速下降到接近零时，应及时，应及 时时切除电源切除电源以防止电动机的反向再起动。以防止电动机的反向再起动。 图图 225 反接制动控制电路反接制动控制电路 （BV的作用）的作用） 2能耗制动控制电路 能耗制动比较缓和，制动产生的机械冲击对生产设备无大的危害，能取得较好的制动效果，因此应用较多。 能耗制动的工作原理：异步电机刚切除三相电源后，立即在定子绕组中接入直流电源，转子切割恒定磁场产生感应电流与恒定磁场的作用产生制动力矩，使电机高速旋转的动能消耗在转子电路中。当转速降为零时，切除直流电源，制动过程完毕。 过程控制有两种： （1

19、）用复合按钮手动控制 （2）由时间继电器按时间原则自动控制 X 图224 能耗制动控制电路 A）复合按钮手动控制 B）由时间继电器按时间原则自动控制X X 1.5 异步电动机的调速（自学） 要点:1 、 分清调速与稳速的概念2 、 电机调速可分为直流电机调速与交流电机调速3 、 交流电机调速特性可分为恒功率调速与恒转矩调速 4 、调速方法：变极调速、变转差率调速和变频调速0TTPP T P T P 0 n1 n2 n n1 n2 n 恒功率调速 恒转矩调速1.6 控制电路的设计 仅提出设计的基本原则、内容和程序仅提出设计的基本原则、内容和程序一、电气控制设计的基本原则（1）最大限度满足生产设备

20、和工艺对电气控制的要求。（2）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单 、经济及实用，不宜盲目追求自动化和高指标。（3）把电气系统的安全性和可靠性放在首位，确保使 用安全、可靠。（4）妥善处理机械与电气的关系，要从工艺要求、制 造成本、机械电气结构的复杂性及使用维护等方 面综合考虑。 二、电气控制设计的基本内容 电气控制设计包含原理设计与工艺设计两个基本部分。1原理设计的内容（1）拟订电气控制设计任务书。（2）选择拖动方案、控制方式及电动机。（3）设计并绘制电气原理图和选择电器元件并 制订元器件目录表。（4）对原理图各连接点进行编号。2工艺设计内容（1）根据电气原理图（包括元器件表），绘 制

21、电气控制系统的总装配图及总接线图。（2）电器元件布置图的设计与绘制。（3）电气组件和元件接线图的绘制。（4）电气箱及非标准零件图的设计。（5）各类元器件及材料清单的汇总。（6）编写设计说明书和使用维护说明书。 三、电气控制设计的一般程序 设计程序一般是先进行原理设计再进行工艺设计，详细的设计程序同上述设计内容的排序相同。在此仅介绍电气设计任务书的拟订。 设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣工验收的依据。基本内容一般为：（1）给出机械及传动简图、工艺过程、负载特性、动 作要求、控制方式、调速要求及工作条件。（2）给出电气保护、控制精度、生产效率、自动化程 度、稳定性及抗干扰要求。（

22、3）给出设备布局、安装、照明、显示及报警方式等 要求。（4）目标成本与经费限额、验收标准及方式等。 四、 控制电路设计举例 由于电气线路图是电气系统的核心内容，所以 在此仅介绍控制线路图的设计。 例1：设计一个三相交流异步电动机M1、M2的继 电器接触器控制电路，其要求如下：（1） 按动M1的起动按钮，M1起动并连续工作（2） 按动M2的起动按钮，M2起动并连续工作（3） M1和M2不允许同时工作，但可以自由停 止工作（4） M1或M2过载时，可分别停止M1或M2工作解：分析题意 据要求（1），驱动M1的接触器KM1回路中应有起动按钮和自锁功能。同理，KM2回路中也应有起动按钮和自锁功能。 据

23、要求（3），KM1和KM2应为联锁控制关系，且KM1、KM2回路中分别串入停止按钮。 再据要求（4） ，来自M1和M2的热继电器分别停止M1和M2工作，因此KM1回路中应串入FR1，KM2回路中应串入FR2。 控制电路图见图244。 图 244 电动机M1、M2的控制电路1#2#3#KT2定时到启动KT1定时到起动KT4定时到停止KT3定时到停止例2 皮带运输机电气控制系统设计先起后停先停后起皮带运输机工作过程示意图起动：321停止：1 2 3此例可以有手/自2控制方式 工艺要求：（1） 启动顺序：3#-2#-1#，并具有一定时间 间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后 面皮带重载启动；（2） 停

24、止顺序：1#-2#-3#，并具有一定时间 间隔，以保证停机后不残余货物；（3） 不论不论2#或或3#机出现故障，机出现故障，1#机必须停机机必须停机， 以免继续进料，造成货物堆积；（4） 必要的常规保护（如失压、过载、短路等）主电路 仅示出一条皮带的电动机主电路图FUQSKMFR1PEMFU1FU2KM1SB1SB2SB3SB6SB4SB5KM2KM31#2#3#KM3KM2KM1KM2KM3KM1KM2方法一：手动控制电路（时间间隔人工控制）SB1SB2FR1FR2FR3KAKM1KM2KM3KAKT3KT4KT2KT1KT3KT4KT2KT1KM2KM3 方法二：自动控制电路KA（KA（）KM2KM3例3 自动送料小车控制系统设计 SQ1 SQ2送料过程：在限位开关SQ1处装料，装料时间为10秒；在限位