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第五章继电接触式控制系统什么是继电接触式控制系统：即电气控制系统，控制对象以电动机为主。电气控制系统线路组成：接触器、继电器、按钮、行程开关等。作用：根据工艺上的要求，控制电动机的启动、停止，正反转、调速，实现对电动机拖动系统的保护。学习内容：器件—基本控制环节—典型控制线路—读图、设计5.1电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号电气控制线路：用导线将电机、电器、仪表等电器元件按一定的要求和方法联系起来，并能实现某种功能的电气线路。电气控制线路图：作用：安装、调整、使用、维修。图的表示：图形符号、文字符号绘图原则：简明易懂、统一规定。5.1.1常用电气符号和文字符号绘制电气线路时，电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不能采用任何非标准的符号。在后边的学习中，记住常用的电器文字符号和图形符号。5.1.2电气线路图形及其绘制原则分类：安装图、原理图。安装图：电气安装时使用的图纸。原理图：为了便于阅读和分析线路而绘制的图纸。根据电气控制线路的工作原理来绘制。电器原理图分为主电路和辅助电路两部分。主电路：电气控制线路中强电流流过的部分，由电机以及与电机相连接的电气元件组成。如：组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器、低压断路器等。辅助电路：包括控制电路、照明电路、信号电路、保护电路。辅助电路电流较小。其中控制电路由按钮、接触器辅助触点、继电器吸引线圈以及热继电器的触点等组成。绘制电气原理图应遵循的原则采用国标主电路用粗实线绘制在图的左侧或上方，辅助电路则用细实线绘制在图的右侧或者下方。无论是主电路或辅助电路或其元件，均按功能布置，尽可能按动作顺序排列。对因果次序清楚的简图，尤其是电路图和逻辑图，其布局顺序应该是从左到右从上到下。在原理图中，同一器件的不同部分（如线圈、触点）分散在图中，为了表示是同一器件，要在电器的不同部分使用同一文字符号来表示。对于几个同类电器，其表示的文字符号后加下标或者数字序号来区别。所有电器的可动部分均以自然状态画出。所谓自然状态是指各种电器在没有通电和没有外力作用下的状态。原理图上尽可能减少线条和避免线条的交叉。各导线间有电的联系时，在交叉点处画一个实心的圆点。根据画图布置的需要，可以将图形符号旋转90度、180度、45度，即图面可以水平布置也可以垂直布置，也可以采用斜的交叉线。5.1.3阅读和分析电气控制线路图的方法查线读图法：直接读图法或跟踪追击法逻辑代数法：间接读图法电气控制线路的主要组成部分执行元件：操作机器的执行机构。如电机、电磁离合器、电磁制动器、电磁阀、电磁铁等。电磁阀：由电磁铁和阀门两部分组成。它是利用线圈通电后产生的电磁力来驱动阀心，将阀开启或关闭。电磁阀主控制气体或液体在管道中的流动。电磁阀的种类很多，有的电磁阀只有开和闭两种状态，有的电磁阀可以控制阀门开度的大小，从而可以控制气体或液体流量或压力。电磁离合器和电磁制动器：电磁离合器用于电机的启动，电磁制动器用于电机的停止或制动。这两种器件即可以联合使用又可以单独使用电磁离合器避免在电机启动时，电机轴与电机轴带动的机械部分直接冲击。电磁制动器又叫抱闸，电磁机构加电后松开电机轴，用于电动机制动。信号元件：用于把控制线路以外的其他物理量、非电量的变化转换为电信号或实现电信号的转变，以作为控制信号。这类元件有压力继电器、电流继电器、主令电器等。控制元件：对信号元件的信号以及自身的触点信号进行逻辑运算，以控制执行元件按要求工作。控制元件包括：接触器、继电器等。在某些情况下，信号元件可以直接控制执行元件。附加元件：主要用来改变执行元件（特别是电机）的工作特性。这类元件有电阻器和电抗器及各类启动器。5.1.3.1查线读图法了解生产工艺过程与执行电器（如电机）的关系在分析电气线路前，应该充分了解工艺，在了解工艺的基础上得知生产机械要完成那些动作，这些动做由几台电机来完成，电机与电机之间的动作有什么逻辑关系。必要时可以画出工艺流程图，明确各个电机动作的关系。生产工艺最终会反映到电气控制线路图上，所以提前了解生产工艺，可以降低读图难度，因此读图前应该先了解工艺，先去现场看实物。如果不了解生产工艺直接去读线路图，等于把已知条件当做未知条件来求解，当生产工艺复杂时，很难读懂线路图。图5-1工艺：车床主轴传动时，要求油泵先给齿轮箱供润滑油。该工艺说明包含两层意思：第一层意思，该工艺涉及到的控制系统中有两台电动机，一台是主轴传动电动机，另一台是给齿轮箱供润滑油的电动机。（主回路）第二层意思，润滑油电动机先启动，主轴传动电动机后启动。在润滑油电机没启动的时候，主轴电机不能启动。（控制回路）分析主回路分析电气线路时，一般应该从电动机（执行元件）下手，即从主电路看有那些控制元件的主触点、电阻（附加元件）等，然后根据其组合规律就大致可以判断电动机是否有正反转控制、是否有制动控制、是否要求调速等。同时在了解工艺的前提下，还可以大致的知道这些电动机是干什么用的。图5-1主电路构成：隔离开关、接触器KM1、KM2（电动机启动方式为直接启动）、熔断器短路保护，热继电器过载保护（要注意器件的符号）。读图和分析控制电路1）根据主电路中控制元件的主触点文字符号，找到相关控制环节以及环节间的联系。2）读控制回路顺序：从上到下、从左到右。3）设想按动了操作按钮（要记住各个信号元件、控制元件、执行元件未按下按钮前的状态），查对线路（跟踪追击），观察有哪些元件受控动作。逐一查看这些动作元件的触点又是如何控制其他元件动作的，进而驱动被控机械或被控对象有何运动。动作分析按下SB2，接触器线圈KM1得电，其触点KM1闭合，电动机M2启动，在电动机M1没有启动的时候，电动机M2可以启动，这说明M2是润滑油电机。继续跟踪线路图线路图，按下SB2后，再按SB4，接触器线圈KM2得电，其触头KM2闭合，电动机M1启动，在不按下SB2的情况下，直接按下SB4，由于KM1辅助触点KM1常开，所以KM2不会得电，其触头KM2也不会闭合，则电动机M1不会启动，所以M1是主轴转动电动机。当两台电动机都在运行时，按下SB1？当两台电动机都在运行时，按下SB3？电气线路图复杂的时候可以化整为零，分别消化，然后在化零为整。化整为零时可以根据主电路的构成情况（或按工艺分块），把控制回路分成和主电路对应的几个基本环节，一个环节一个环节的分析。再把每个环节之间的联系弄清楚，化零为整。如图5-1，主电路可以分为两大块，一块是润滑油电机的，一块是主轴转动电动机的。那么控制回路也可以分为两大块，润滑油电动机控制部分，主轴转动电动机控制部分。润滑油电动机控制回路与主轴转动电动机控制回路之间的联系就是——控制润滑油电机的接触器的辅助触点KM1，该触点决定了必须润滑油电机先启动，主轴转动电动机才能启动。5.1.3.2逻辑代数法用逻辑表达式的运算来分析电路。5.2组成电气控制线路的规律主要介绍控制线路的两大规律：按联锁控制的规律按控制过程中变化参量的规律控制线路要根据这两条规律进行拟定。5.2.1按联锁控制的规律5.2.1.1启动、停止控制工艺：控制三相异步电动机的启动、停止。当按启动按钮时电机直接启动，当按停止按钮时，电机停止。要求有短路保护、过载保护，隔离开关。课本图5-2先画主电路：刀开关QS（隔离）、熔断器（短路保护）、接触器主触点、热继电器发热元件（过载保护）。后画控制电路：热继电器触点（常闭）、电动机停止按钮（常闭）、电动机启动按钮（常开）、接触器线圈（线圈得电与否决定电机的启停）、自锁环节（不用一直按着启动开关不放）。控制电路可横向画也可纵向画。自锁：接触器用自己的辅助触点保持通电。实质是接触器用自己的辅助触点短路对应的按钮，使该按钮失去作用。电路的保护短路保护：熔断器FU。过载保护：热继电器；欠压和失压保护：接触器本身可以实现。电磁式低压电器电磁机构的特性曲线。零压保护：指电气控制系统在意外断电（如过载保护）后，再上电，系统不会自行启动，必须通过人的操作才能运行。零压保护为的是使人和设备不受到伤害。5.2.1.2正反向接触器间的互锁控制工艺：机械设备常常需要做往返运动，这就需要电动机即可以正转又可以反转，所以机械设备的往返运动实质是电动机的正反转控制。要求按正向转动按钮时，电动机正向转动，按反向转动按钮时，电动机反向转动，按停止按钮时，电动机停止转动。电动机需要有过载保护和短路保护，主电路有隔离开关。课本图5-3先画主电路：隔离开关、熔断器、正向转动接触器触点、反向转动接触器触点（倒相序），热继电器，电机。后画控制电路：（图a）热继电器常闭触点、停止按钮、正转按钮、正转接触器线圈、正转自锁、反转按钮、反转接触器线圈、反转自锁。缺点（漏洞）：若当前电动机状态为正转，且想改变电动机运行状态为反转，必须先按停止按钮，等电动机停止时才可以按反转按钮，使电动机反转。如果在电动机正转时直接按反转按钮，会行成相间短路。（图b）增加互锁逻辑：KM1闭合时（正转）不允许KM2闭合（反转），KM2闭合时，不允许KM1闭合。互锁：在两个接触器线圈控制线路中进行，其中一个接触器的常闭辅助触点串入另一接触器线圈电路中，这样两个接触器不能同时工作。互锁与控制线路是串联的关系，自锁与按钮是并联的关系。缺点：图b的电路虽然可以避免KM1、KM2同时闭合造成的相间短路，但是操作起来仍不方便。如果电机处与正转状态，按下反转按钮电机是不会反转的，只有按停止按钮，使KM1断开，这时再按反转按钮，电机才能反转。（图c）利用按钮本身的互锁，实现电机的直接正反转切换。5.2.1.3实现按顺序工作时的联锁控制工艺：润滑油电动机先启动，主轴转动电机后启动。润滑油电动机停止后，主轴转动电动机停止（保护部分省略）。图5-4a先画主电路：润滑油电动机接触器主触头、润滑油电动机；主轴转动电动机接触器触点，主轴转动电动机。后画控制电路：1润滑油电动机启动按钮、自锁、润滑油电动机停止按钮、润滑油电动机接触器线圈KM1。2主轴转动电动机启动按钮、自锁、主轴转动电动机停止按钮、润滑油接触器辅助常开触点、主轴转动电动机接触器线圈。动作：按下润滑油电动机启动按钮，润滑有电动机直接启动，按钮自锁。此时按下主轴转动电动机启动按钮，主轴转动电动机直接启动。若按下润滑油电动机停止按钮，两台电机同时停止。若按下主轴电动机停止按钮，润滑油电机不会停止。按顺序启动的联锁控制：先动作的电动机，其对应接触器的常开辅助触点要串联在后动作电动机对应接触器的线圈回路中。电路或工艺的改进：在整个系统停机时应该先停主轴转动电动机后停润滑油电动机。（或在主轴转动电动机转动时，按润滑油电动机停止按钮不起作用，主轴电动机停止时，按润滑油电动机停止按钮才起作用）（图5-4b）用KM2的常开触点短路润滑油电动机停止按钮。按顺序停止的联锁控制：先停的电动机对应接触器的常开辅助触点并联在后停电动机对应停止开关上。先停的电动机没有停，则后停的电动机的停止按钮就不起作用。5.2.1.4正常工作与点动控制工艺1：只实现电动机的点动控制，要求短路保护和过载保护，有隔离开关。先画主电路：隔离开关、熔断器、接触器触点、热继电器、电动机。（图5-5a）后画控制电路1：热继电器常闭触点、按钮、接触器线圈。缺点：只能实现点动控制，没有正常工作功能。工艺2：既可以点动控制，又可以正常工作控制。（图5-5b）在接触器KM的自锁线路中串联手动开关SA。由SA的通断来选择是点动状态还是正常运行状态。缺点：每次启动电机都需要看手动开关的位置，容易误操作。（图5-5c）不需要用选择开关来决定按钮是点动状态还是连续运行状态。直接用两个按钮来实现电动机的两种状态运行。一个按钮是点动按钮，另一个是连续运行按钮。要注意同一按钮的常开常闭触点动作的顺序。用时间继电器实现电机的先后启动（图5-6）工艺：润滑油泵M1启动后t秒后，主轴传动电机M2自动启动。控制电路设计思