第二章 继电接触控制系统-上课

第二章继电接触器控制系统2.1常用低压电器2.2电气原理图的画法2.3异步电机启动控制线路2.4异步电机正、反转控制2.5异步电机制动控制线路2.6其它基本控制线路2.1常用低压电器电器的分类：1.按工作电压分为：高压电器和低压电器；2.按动作方式分为：自动电器和非自动电器；3.按其与使用系统间的关系分为：配电电器和控制电器。一.刀开关刀开关分为单刀、双刀、三刀三种，掷向可分为单掷、双掷两种。QKQKQKQK刀开关的缺点是：不宜带负载切断电源，电源电压消失后，不能自动复原。双掷刀开关单掷刀开关动触点（刀片）静触点（刀座）三刀开关外形图胶盖瓷底刀开关1—手柄；2—刀片；3—出线座；4—瓷底座；5—刀座；6—进线座；7—胶盖三刀开关控制手动电路M3~FU条件：电动机容量不得超过75KW，刀开关的额定电流应大于电动机额定电流的3倍QK3~二.交流接触器

接触器是一种利用电磁原理工作的、在低压电路系统中用于远距离控制、频繁接通和切断交直流主电路和大容量控制电路的自动控制电器。线圈KM交流接触器的图形及文字符号：KM辅触头KM主触头接触器交流接触器的结构原理图复位弹簧动铁心线圈静铁心1231´2´3´主触点动合(常开)辅助触头动断触点动合触点交流接触器线圈通电后的状态1231´2´3´动断触点断开动合触点闭合i主触点闭合辅助触头线圈复位弹簧动铁心静铁心三.继电器

继电器广泛用于自动控制系统中，起到控制和保护电路或传递和转换信号的作用。（一）电磁式继电器1.电压继电器

电压继电器是根据电压信号的变化动作，使用时线圈与电源并联，其特点是线圈匝数多而线径细。（1）过电压继电器当线圈两端的电压超过整定值（如1.05～1.2URT）时，过电压继电器立即吸合。

（2）欠电压继电器当线圈两端的电压低于整定值（如0.2～0.3URT）时，欠电压继电器立即释放。2.中间继电器

中间继电器在本质上是一种电压继电器，具有触头数目多、电流容量大等特点。在电路中使用中间继电器的目的主要是：①信号放大。有时候输入信号比较弱，不足以直接驱动接触器，这时可以利用中间继电器对信号进行放大；②扩展触头数目，增加控制的回路数。

中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触头个数多些，共有八对触头，其中四对常开触头，四对常闭触头，而且没有主、辅触头之分。触头容量相当于接触器的辅助触头，其额定电流为5A。线圈KK常闭触点常开触点K中间继电器的图形符号3.电流继电器

电流继电器根据电流信号的变化动作。电流继电器线圈匝数少，线径粗，能通过较大的电流。（1）过电流继电器在电动机正常工作时，过电流继电器不动作；当电动机短路或由于严重过载而产生过大的电枢电流时，过电流继电器产生吸合动作，带动动断触头打开，使接触器线圈断电，从而切断电动机的电源，起到保护作用。（2）欠电流继电器欠电流继电器串接在直流并励电动机的励磁线圈里，在电动机正常工作时，欠电流继电器处于吸合状态；当励磁电流过小时，欠电流继电器释放，其动合触头打开，控制接触器以切除电动机的电源，起弱磁超速保护作用。（二）热继电器

1.热继电器的作用

热继电器是利用电流热效应原理进行工作的过载保护电器。它能反应发热状况，主要与接触器配合使用，用于三相异步电动机的长期过载保护。热继电器的动作特性曲线如图2-16所示，它反映了热继电器的动作时间与通过电流之间的关系，具有反时限特性。由图可见，热继电器具有较大的热惯性。

t/sI/IRT图2-16热继电器的反时限特性曲线热继电器热继电器外形与结构(a)外形(b)结构2.热继电器的结构和工作原理图2-17JR16型热继电器结构原理示意图1—补偿双金属片；2、3—轴；4—连杆；5—压簧；6—电流调节凸轮；7、12—片簧；8—推杆；9—复位调节螺钉；10—触头；11—弓形弹簧片；13—手动复位按钮；14—双金属片；15—热元件；16—导板热继电器的动作原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧扣板II当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，它便向上弯曲，因而脱钩。热继电器的动作原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板热继电器的动作原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板常闭触点打开从而断开电动机的主电路热继电器是利用电流的热效应而动作的电器，它是用来保护电动机使之免受长期过载的危害。热继电器的图形及文字符号FR发热元件将串联在电动机的主电路中FR常闭触点将串联在电动机的控制电路中（三）时间继电器

时间继电器是一种当线圈通电或断电后，触点经过一定的延时后才能闭合或断开的继电器。它在电路中起着控制动作时间的作用。时间继电器的延时方式有两种，即通电延时和断电延时。通电延时是在线圈通电后延迟一定时间，延时触头才动作，当线圈断电时触头瞬时复原。断电延时是在线圈通电时延时触头瞬时动作，当线圈断电后，经过一定时间的延迟，触头才复原。空气阻尼式时间继电器电子式时间继电器空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器式利用空气阻尼作用来达到延时的目的，主要由电磁机构、延时机构及触头组成。1194612357810121314图2-22JS7-A空气阻尼式时间继电器结构原理图1—铁心；2—线圈；3—衔铁；4—反力弹簧；5—推板；6—活塞杆；7—塔形弹簧；8—橡皮膜；9—活塞；10—调节螺钉；11—进气孔；12—微动开关；13—杠杆；14—瞬动触头时间继电器的外形与结构通电延时型空气式时间继电器释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1恢复弹簧调节螺钉时间继电器线圈通电后瞬时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉延时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1断电后立刻复位恢复弹簧调节螺钉释放弹簧橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈恢复弹簧调节螺钉微动开关微动开关断电延时时间继电器活塞释放弹簧杠杆动铁心静铁心线圈进气孔出气孔调节螺钉瞬时动作的触点断电延时时间继电器通电后延时动作的触点橡皮膜活塞释放弹簧杠杆静铁心进气孔出气孔调节螺钉断电后开始延时线圈微动开关微动开关橡皮膜活塞释放弹簧杠杆静铁心进气孔出气孔调节螺钉断电后开始延时线圈微动开关微动开关橡皮膜活塞释放弹簧杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈恢复弹簧调节螺钉微动开关断电后开始延时延时触点归位橡皮膜活塞通电延时型时间继电器符号KT线圈KT延时闭合的常开触头KT延时断开的常闭触头常开KTKT常闭断电延时型时间继电器的符号线圈KT延时闭合的常闭触头KT延时断开的常开触头KT（四）速度继电器

速度继电器是根据电动机的转速变化来自动换接控制线路的电器，又称为反接制动继电器。32164578图2-25速度继电器结构原理图¡ª转子；2—电动机轴；3—定子；4—绕组；5—定子柄；6—弹簧片；7—静触头；8—动触头

速度继电器的触头动作速度为120r/min;触头复位速度为100r/min以下。文字符号：KS四.主令电器

主令电器是一种专门用来“发布”电气控制命令的电器，主要用于切换控制电路，以达到控制其它电器动作或实现控制电路顺序控制的目的。

（一）按扭

在控制电路中按钮主要用于手动发出控制信号以远距离控制接触器、继电器、电磁起动器等。（一）按钮通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器。由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等部分组成。动合（常开）触头动断（常闭）触头按钮帽复位弹簧表示符号：

SB常开按钮SB常闭按钮SB复合按钮按钮的额定电流一般不超过5A(b)结构按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点

为标明按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽制作成不同的颜色，国标GB5226－85对按钮颜色作了如下规定：1.“停止”和“急停”按钮必须是红色。2.“启动”按钮的颜色是绿色。3.“启动”和“停止”交替工作时，必须是黑白、白或灰色，不能用红色和绿色。4.“点动”按钮必须是黑色。5.“复位”按钮必须用蓝色。当它有停止作用时，必须是红色。（二）行程开关

行程开关利用生产机械的行程位置实现电路切换，以控制其运动方向、速度及行程大小。它将机械信号转换为电信号，对生产机械予以必要的保护。通常把安装在生产机械行程终点位置，用以限制其极限行程的行程开关称为限位开关或终点开关。

图2-31直动式行程开关结构原理图1—推杆；2—弹簧；3—动断触头；4—动合触头SQ常开触头SQ常闭触头SQ复合触头符号行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的。常开触头常闭触头运动部件结构示意图闭合断开（三）万能转换开关

万能转换开关是一种具有多个档位、多对触头，可以控制多个回路的控制电器，可以作为电源的引入开关，也可以用来直接控制小容量异步电动机的正、反转。图2-36万能转换开关结构原理图¡ª凸轮；2—触头弹簧；3—触头；4—转轴123413572468左右0a)图2-37万能转换开关的表示方法a)图形符号b)触头分合表b)线路编号触头45°0°45°11-2—×—23-4×—×35-6×—×47-8×——用组合开关起停电动机的接线图M3~手柄静触片动触片转轴转动手柄，转轴就可以带动三个动触片将三对静触片(彼此相差一定角度)同时接通或断开。组合开关有单极、双极、三极和四极几种，五.熔断器熔断器广泛应用于低压配电系统、控制系统及用电设备中，作线路和设备的短路和过载保护。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管或绝缘座等组成。使用时，熔断器串接于被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，能依靠其自身产生的热量使熔体迅速熔断，从而切断电路，起到保护作用。

图2-42螺旋式熔断器1—瓷座；2—熔体；3—瓷帽五.熔断器熔断器俗称保险丝，是进行短路保护的电器。当电路发生短路，负载电流超过额定电流许多倍时，熔体立既熔断，保护电路及用电设备不遭损坏。若一台电机，熔丝的选择按Ifu=(1.5~2.5)IN若多台电机，熔丝的选择按Ifu=Im/2.5可能出现的最大电流FU表示符号熔丝的额定电流电动机的额定电流螺旋式熔断器自动空气开关六.自动空气开关

自动空气开关主要用来手动或自动地接通和断开负载电路，也可用来不频繁地启动电动机。当电路发生严重过载、短路及欠电压等故障时能自动切断电路，有效地保护电路中的电气设备。

8

1—主触头；2—自由脱扣机构；3—过电流脱扣器；4—分励脱扣器；5—热脱扣器；6—欠电压脱扣器；7—起动按钮；8—释放弹簧图2-45自动空气开关工作原理示意图一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩六.自动空气开关一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩六.自动空气开关M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。六.自动空气开关M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。六.自动空气开关2.2电气原理图的画法

电气控制系统图：将电气控制系统中的电器元件以及它们之间的连接关系，用国家统一规定的符号、文字和图形表示出来。电气控制系统图的三种形式：电气原理图、电气位置图和电气安装接线图。一、电气原理图及其绘制原则二、图形符号和文字符号（一）图形符号

（二）文字符号

1．基本文字符号

2．辅助文字符号2.3异步电动机的起动控制线路

与同容量直流电动机相比，三相异步电动机具有体积小、重量轻、转动惯量小的特点，加之结构简单，价格便宜，维护方便，运行可靠，坚固耐用，因此在工业生产中得到了最为广泛的应用。异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。这两种异步电动机的转子构造不同，故起动方法不同，起动控制线路存在很大差别。下面将分别介绍鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机的起动控制线路。KMSB1KMSB2FRQKFRFUKMM3~~~直接启动控制电路主电路

工作原理先闭合开关QK

接通电源。按SB1→KM线圈得电→KM主触头闭合→M运转按SB2→KM线圈失电→KM主触头恢复→M停转M3~M3

~→KM辅助触头闭合

—

自锁→KM辅助触头恢复—失去自锁2.3异步电动机启动控制电路SB1SB2FRQKFRFU~~KM1KM2KM1KM2KM1一、鼠笼式异步电动机启动控制线路1.Y-

起动控制线路KTKTKTW2U1U2V1V2W1W1V1U1U2V2W2

型U1U2V1W1V2W2Y型SB1SB2FRQKFRFU~~KM1KM2KM1KM2KM1KTKTKTW2U1U2V1V2W1Y-

起动控制线路（1）工作原理按SB1→KM1得电→M以“Y”形接法降压起动；→KM2得电→M以“

”形接法正常运转。→KT得电

延时

1

→KM1失电→“Y”形接法断开KT常闭触头延时打开→

1SB1SB2FRQKFRFU~~KM1KM2KM1KM2KM1Y-

起动控制线路（2）KTKTKTW2U1U2V1V2W1KM3KM3KM1KM2工作原理同

KM3

的作用：使Y-

换接在断电情况下进行。1.Ｙ-Δ降压起动控制线路

2.自耦变压器降压起动控制线路

3.定子绕组串电阻降压起动控制线路

二、绕线式异步电动机启动控制线路1.转子电路串电阻起动控制线路1.转子电路串电阻起动控制线路1.转子电路串电阻起动控制线路图2－54转子电路串电阻起动控制线路b)按时间原则控制2.转子电路串频敏变阻器起动控制线路KM2SB1SB3FRQKFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM12.4异步电动机正、反转控制电路KM2SB1SB3FRQKFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1按SB1→KM1线圈得电→KM1触头动作→M正转；按SB2→KM2线圈得电→KM2触头动作→M反转；KM1、KM2常闭触头——互锁：

防止KM1`KM2同时得电造成电源短路工作原理合QK，接通电源按SB3→KM1线圈失电→KM1触头恢复→M停转；正转

反转必须先按停止按钮SB3KM2SB1SB3FRFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM2KM1按SB1→KM1得电→KM1常开触头闭合→M运转误按SB2→KM2得电KM1KM2若去掉互锁—KM1、KM2常闭触头，合QK，→KM2常开触头闭合→ABC则电源A、C线间短路M3

~—

熔断器FU烧毁！KM1一定要加互锁触头KM1KM2

电源短路是如何造成的？QKKM2SB1SB3FRQKFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1

直接正、反转控制线路利用复合按钮SB1、SB2，可以实现：正转

反转直接转换,不必再按SB3。KM1和KM2的电气互锁必不可少！工作更可靠！异步电动机的正反转控制线路2.5异步电动机的制动控制线路一、反接制动控制线路

反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，从而产生制动力矩的制动方法。反接制动电流大（是全压直接起动电流的2倍），因而制动迅速，制动效果好，但冲击效应较大，通常只适用于10KW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻以限制制动电流。这个电阻称为反接制动电阻。反接制动的另一个要求是在电动机转速接近于零时，必须及时切断反相序电源，否则电动机将反向起动运行。2.5异步电动机的制动控制线路一、反接制动控制线路

反接制动按速度原则实现控制，通常采用速度继电器。单向运行三相异步电动机反接制动控制线路如图2-60所示。起动时，合上刀开关QK，按下起动按钮SB1，接触器KM1通电并自锁，电动机M起动运行。在电动机正常运转时，速度继电器KS的动合触头闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB2，其动断触头断开，KM1线圈断电，电动机M脱离电源。此时，电动机在惯性的作用下仍以较高的速度旋转，KS动合触头仍处于闭合状态，因此当SB2动合触头闭合时，接触器KM2通电自锁，其主触头闭合，串入制动电阻R，使电动机定子绕组得到相反相序的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，电动机转速迅速下降。当电动机转速接近于零时，KS动合触头复位，KM2线圈断电，反接制动过程结束。一、反接制动控制线路图2-61可逆运行三相异步电动机反接制动控制线路

能耗制动，是指在电动机脱离三相交流电源后，立即在定子绕组的任意两相通入低压直流电流，使其在电动机内部产生一恒定磁场。由于惯性，电动机仍按原方向继续旋转，转子内产生感应电势和感应电流。该电流与恒定磁场相互作用，产生与转子旋转方向相反的制动力矩，从而使电动机转速迅速下降，达到制动目的。当转速降为零时，转子对磁场无相对运动，转子中的感应电势和感应电流变为零，制动力矩消失，电动机停转，制动过程结束。可见，这种制动方法是将电动机转子的机械能转换为电能，并消耗在电动机转子回路中，故称为能耗制动。制动结束后应及时切除直流电源，否则会烧损定子绕组。能耗制动可以按时间原则或速度原则实现控制。

二、能耗制动控制线路二、能耗制动控制线路二、能耗制动控制线路

与反接制动相比，能耗制动利用转子中的储能进行制动，能量消耗少；制动电流比反接制动电流小；制动过程平稳，不会产生过大的机械冲击；制动时磁场是静止的，不会产生反转，能够实现准确停车。其缺点是当电动机转速较高时，转子中的感应电流较大，制动转矩也较大，但是到了制动后期，随着电动机转速的降低，转子中的感应电流较小，制动转矩也相应减小，所以制动效果不如反接制动显著，而且能耗制动需要整流电源，控制线路相对比较复杂。通常能耗制动适用于电动机容量较大以及起动、制动较频繁的场合。

机械制动是利用机械装置使电动机在断电后迅速停止转动的方法。一般采用电磁抱闸制动。电磁抱闸制动分为断电制动和通电制动两种方式。图2-63为电磁抱闸制动器的外形图。

12345678图2-64电磁抱闸制动器1—线圈；2—铁心；3—衔铁；4—弹簧；5—闸轮；6—杠杆；7—闸瓦；8—轴三、机械制动控制线路

电磁抱闸制动器闸轮与电动机轴相连，随电动机一起转动。当线圈通电后，产生的电磁吸力使衔铁动作，衔铁克服弹簧作用力将其压缩，使杠杆向外移动。于是闸瓦松开闸轮，电动机起动运转。当线圈断电时，闸瓦在杠杆传递过来的弹簧力的作用下紧压在闸轮上，依靠摩擦力使电动机迅速停车。这种制动方式是在线圈断电或未通电时，电动机处于制动状态，故称为断电制动。通电制动则是当线圈通电时电动机处于制动状态，当线圈断电或未通电时电动机可自由转动。

在具体使用中，应根据生产机械的工艺要求进行制动方式的选择。一般来说，对于电梯、吊车、卷扬机等升降机械，应采用断电制动方式；对于机床这一类经常需要调整工件位置的生产机械，通常采用通电制动方式。三、机械制动控制线路

电磁抱闸制动的特点是制动力矩大，制动迅速，停车准确，且操作方便，安全可靠，因此在生产中得到广泛的应用。但是，由于机械制动时间越短，冲击振动就越大，将对机械传动系统产生不利的影响，这一点在使用中应予以注意。电磁抱闸制动器的文字符号为YB，图形符号如图2-65所示。

M3～M3～a)b)图2-66电磁抱闸制动器的图形符号a)制动器已制动b)制动器未制动三、机械制动控制线路KMSB1FRFRFUKMM3~~~一、1.点动控制线路控制电路主电路先闭合开关QK，接通电源。按SB1→KM线圈得电→KM主触头闭合→M运转松SB1→KM线圈失电→KM主触头恢复→M停转M3~M3

~点动电路功能

控制电机在很短时间内工作。工作原理2.6其它基本控制电路QKKMSB1KMSB2FRQKFRFUKMM3~~~一、2.长动控制线路控制电路主电路

工作原理先闭合开关QK

接通电源。按SB1→KM线圈得电→KM主触头闭合→M运转按SB2→KM线圈失电→KM主触头恢复→M停转M3~M3

~→KM辅助触头闭合

—

自锁→KM辅助触头恢复—失去自锁长动电路功能控制电机长时间连续工作KMSB1KMSB2FRQKFRFUKMM3~~~SB3一、3.点动及长动控制线路(1)M3~M3~M3~M3

~控制电路主电路工作原理：先闭合QK，接通电源按SB1→KM线圈得电→KM触头闭合→M长动运转按SB3→KM线圈得电→KM触头闭合→M点动运转按SB2→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转松SB3→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转KSB1SB2FRQKFRFUKMM3

~~~KMSB3KK中间继电器K的功能：实现自锁

—从而实现M长动运转。一、3.点动及长动控制线路（2）按SB1→K线圈得电→KM触头闭合→M长动运转按SB3→KM线圈得电→KM触头闭合→M点动运转→KM线圈得电→K触头闭合——自锁按SB2→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转工作原理

合QKKMSB1SB4FRQKFRFUKMM3

~~~SB2KMSB3SB5SB6

二、多地点控制线路利用SB1、SB2、SB3并联，可实现多地点起动；利用SB4、SB5、SB6串联，可实现多地点停机。三种保护作用a.短路保护—FUb.过载保护—FRc.零压`欠压保护—KMSB1SB3QKFR1FUKM1M13~~~SB2M23~KM2FR2KM1KM2FR1FR2KM1KM1KM2顺序控制L2L1三、顺序控制线路(1)利用KM1常开触头可实现顺序控制功能：M1起动后M2才能起动。三、顺序控制线路(2)SB1SB3SB2KM1KM2FR1FR2KM1KM2L1L2自锁和顺序控制按SB1→KM1线圈得电→

KM1各触头动作→按SB2→KM2线圈才能得电

工作原理

若先按SB2，电路不能工作。SB1SB3QKFR1FUKM1M13~~~SB2M23~KM2FR2KM1KM2FR1FR2KM1KM1KM2L2L1SB4KM2利用KM1常开触头：M1起动后M2才能起动。例：分析电路的控制功能。解：电路可实现顺序控制功能：利用KM2常开触头：M2停车后M