电工学继电接触控制系统

本章要求：1.了解常用低压电器的结构、功能和用途。2.掌握自锁、联锁的作用和方法。3.掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。4.掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。第5章继电接触控制系统

应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。

本章主要介绍几种常用的低压电器，基本的控制环节和保护环节的典型线路。第5章继电接触控制系统

实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。

利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触控制。5.1

常用控制电器控制电器手动电器自动电器刀闸开关组合开关按钮……接触器继电器行程开关……由操作人员手动操纵按照指令、信号、或某个物理量的变化而自动动作5.1.1组合开关组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。M3~图5.1.1用组合开关起停电动机的接线图电路符号Q组合开关的触点通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。5.1.2按钮(手动切换电器)(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。(a)外形图常闭触点常开触点动断触点动合触点复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式动触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽5.1.3接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。常用接触器样式触头压力弹簧片复位弹簧静铁心缓冲弹簧桥式动触头动铁心短路环线圈底座接触器结构触头系统辅助常闭触头辅助常开触头接线柱三对主触头点接触触头分类指形接触面接触1.点接触用于小容量电路（例如控制电路，按钮、行程开关等)。2.面接触用于中、小容量电路（例如小型接触器等)。3.指形接触一般用于大容量电路。1.电弧开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。灭弧罩电弧与危害2.电弧的危害

a.延长了切断故障的时间.b.高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

c.形成飞弧造成电源短路事故.d.电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因.灭弧交流接触器常采用灭弧栅的机构图,灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置，当触点断开发生电弧时，电弧进入栅片内，被分割为数段，迅速熄灭。

常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。电弧较强的接触器，常采用灭弧栅熄弧和磁吹灭弧。交流接触器的工作原理

电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生足够的吸力克服弹簧反作用力将动铁心向下吸合，三对动合主触头闭合同时常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开。当电磁线圈断电后，静铁心吸力消失，动铁心在弹簧反作用力的作用下复位，各触头也一起复位。用接触器控制电动机运转

5.1.3接触器~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧动作过程线圈通电衔铁吸合触点闭合接通电源~M3~线圈铁心衔铁电源电机弹簧线圈KM~M3~电源电机

用于主电路流过的大电流动合(常开)主触点KM主触点~M3~电源电机用于控制电路流过的小电流KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM辅助触点常闭常开接触器电路符号属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示线圈KM

用于主电路流过的大电流动合(常开)主触点KM用于控制电路流过的小电流KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。

如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。接触器的选用方法

接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压应与被控设备的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。控制照明设备用接触器的选用

照明设备的类型很多，不同类型的照明设备，起动电流和起动时间也不一样。如起动时间很短，可选择其约定发热电流Ith等于照明设备工作电流Ie的1.1倍即可，起动时间稍长以及功率因数较低的，可选择其约定发热电流比照明设备的工作电流更大一些

5.1.4继电器

继电器是一种根据电量(电压、电流等)或者非电量(温度、时间、转速、压力)等信号的变化带动触点动作，来接通或断开所控制的电路或者电器，以实现自动控制和保护电路或电器设备的电器。按用途可分为控制继电器和保护继电器。其中：热继电器、过电流继电器、欠电压继电器属于保护型继电器；时间继电器、速度继电器、中间继电器属于控制型继电器。

继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。

继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：

接触器的主触点可以通过大电流；

继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以继电器一般用于控制电路中。中间继电器

中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。

通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a)外形中间继电器外形与符号热继电器是一种具有过载保护特性的过电流型继电器。电动机在运行过程中，如果长期过载、频繁起动、欠电压运行或者断相运行等都可能使电动机的电流超过它的额定值。如果超过额定值的量不大，熔断器在这种情况下不会熔断，这样将引起电动机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至烧坏电动机。因此，采用热继电器用于电动机的过载保护以及断相保护，也适用于对其他电气设备的过载保护。5.1.5热继电器用于电动机的过载保护。5.1.5热继电器热继电器外形与结构~发热元件杠杆结构原理图双金属片常闭触头符号发热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FRFR

热继电器由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。工作原理热继电器的选用与维护①星形接法的电动机及电源对称性较好的情况可选用两相或三相结构的热继电器;三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。②原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流来选择。但对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器(主要是发热元件)的额定电流应适当小些，一般选取热继电器的额定电流(实际上是选取发热元件的额定电流)为电动机额定电流的60%-80%。热继电器的选用与维护③对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机，以及虽然长期工作但发生过载现象的可能性很小的电动机，可以不设过载保护。④双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机，则可用过电流继电器(延时动作型的)作它的过载保护和短路保护。因为热元件受热变形需要时间，故热继电器不能作短路保护用。熔断器俗称保险丝，是最简便有效的短路保护电器。5.1.6熔断器用于低压线路中的短路保护。它主要由熔体及安装熔体的绝缘座等部件组成。熔断器在使用时应与它所保护的电路串联。如果该电路一旦发生短路等故障时，只要通过熔体的电流达到或超过某一额定值，在一定时间内熔体将因过热而熔断，从而切断故障电流，使线路及电气设备免遭损坏。熔体是熔断器的主要部分，根据熔点的高低一般可分为低熔点和高熔点两类，低熔点熔断器是由铅、锡及其含金制成；高熔点熔断器是由银、铜和铝等制成。1-瓷帽；2-熔断管；3-瓷套；4-上接线盒；5-下接线盒；6-瓷座123456(a)(b)螺旋式熔断器熔断器结构123451-熔丝；2-动触点；3-瓷盖；4-静触点；5-瓷体

插入式熔断器符号FU熔断器额定电流IF的选择(1)电灯、电炉等电阻性负载IF>IL(3)频繁起动的电机(2)单台电机自动空气断路器也称自动空气开关，有手动和电动合闸两种，兼具短路、过载、失压等多种保护功能。当线路、电器发生严重的过载、短路及失压等故障时，能够自动切断故障电路或电器，有效地保护供电线路和电气设备安全，有些型号的产品还兼有漏电脱扣，可用作触电和漏电保护之用。5.1.7自动空气断路器(自动开关)自动空气断路器主要由三部分组成：分别是感受元件、传递元件和执行元件。感受元件的作用是，感受电路中不正常的状态参量，或操作人员的操作指令、继电保护系统发出的信号，通过传递元件推动执行元件动作。过电流脱扣器、欠压脱扣器等都属于感受元件。传递元件是承担力的传递、变换的零部件，主要包括操作机构、转动机构、自由脱扣机构、主轴、脱扣轴等。执行元件指触头和灭弧系统，主要承担电路的接通、分段任务。其中触头用来接通断开电路；灭弧系统用来配合触头熄灭电弧。结构组成锁钩主触点手动闭合

过流脱扣器

欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧工作原理：短路保护：当开关接通电源后，电磁脱扣器、热脱扣器及欠电压脱扣器若无异常反应，开关运行正常。当线路发生短路或严重过电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆时，搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在压力弹簧的作用下，将三副主触头分断，切断电源。工作原理：欠压保护：欠电压脱扣器的工作过程与电磁脱扣器恰恰相反。当线路电压正常时，欠电压脱扣器产生足够的吸力，克服拉力弹簧的作用，将欠电压脱扣器衔铁吸合，衔铁与杠杆脱离，锁扣与搭钩才得以锁住，主触头方能闭合。当线路上电压全部消失或电压下降到某一数值时，欠电压脱扣器吸力消失或减小，衔铁被拉力弹簧拉开并撞击杠杆，主电路电源被分断。同理，在无电源电压或电压过低时，自动空气断路器也不能接通电源。

继电接触控制线路由一些基本控制环节组成，下面介绍继电接触控制线路的绘制。

在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：1.按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。2.控制线路由主电路(被控制负载所在电路)

和控制电路

(控制主电路状态)组成。3.

属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。4.所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。5.与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等)在控制电路中不画出。分析和设计控制电路时应注意以下几点：使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准确可靠(2)尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一个电器的控制电路。(3)必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串联。主电路控制电路SB1SB2FRKMFRKMFUQ3~M..熔断器热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点KM5.2

鼠笼式电动机直接起动的控制线路一、点动控制M3~ABCKMFUQB'C'KMSB控制电路主电路二、电动机连续运行自锁KMSB2C'M3~ABCKMFUQB'SB1起动按钮停车按钮KM注意：接触器线圈电压380V时，采用此种接线方式。

短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。

欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。

过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。电动机的保护控制电路三、电动机的保护SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器过载保护熔断器短路保护接触器零压、欠压保护热继电器动断触点主电路控制电路方法一：用复合按钮。四、点动+连续运行QSFRM3~ABCKMFUKMSB1KMSB2FRSB3主电路控制电路方法二：加中间继电器（KA）。SBKASB1KASB2FRKMKA

以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSB例如：甲、乙两地同时控制一台电机。方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。五、多地点控制乙地甲地KMSB1甲SB2甲KMSB3乙SB4乙六、电动机的顺序控制KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2....1.控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。M13~这样的顺序控制是否合理？KM1KM2M23~思考

课堂练习：1：在机床电力拖动中要求油泵电动机起动后主轴电动机才能起动，若用接触器KM1控制油泵电动机，用KM2控制主轴电动机，则此控制线路中必须（）（1）将KM1的常闭辅助触点串入KM2的线圈电路中（2）将KM2的常开辅助触点串入KM1的线圈电路中（3）将KM1的常开辅助触点串入KM2的线圈电路中

课堂练习：2：如图所示控制电路中，KM是接触器，KM1控制电动机M1，KM2控制电动机M2，若要起动M1和M2，其操作顺序必须是（）（1）先按SB1起动M1，再按SB2起动M2（2）先按SB2起动M2，再按SB1起动M1（3）先按SB1或SB2均可5.3正反转控制电路一、正反转控制原理1.基本原理将接到电源的任意两根联线对调一头即可实现电动机的正反转，为此可用两个交流接触器来实现。2.基本要求必须保证两个交流接触器不能同时工作ABCKMRM3~FUQFRKMFKMFKMFSB1SBFFRKMRKMRSBR3.动作过程接触器不能同时工作二、加互锁的正反转控制KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRSBR三、双重互锁的正反转控制机械互锁KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR5.3

行程控制自动往返运动：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回行程控制：

控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。STaSTb电机正程限位开关STaSTb逆程用于自动往复控制或限位保护等。行程开关(限位开关)(b)示意图

结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)符号行程开关的外形符号STaSTb前进(正转）后退12行程开关自动往返运动：挡块SBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR时间继电器:是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原