第7章继电接触器控制.

第7章继电—接触器控制7.1常用低压控制电器7.2三相异步电动机的单向起停控制线路7.3三相异步电动机的正反转控制线路7.4三相异步电动机的典型控制方式7.5阅读继电器—接触器控制线路图的要点本章小结7.1常用低压控制电器凡是用来对低压（交流1000V、直流1200V以下）电气设备进行控制和保护的电器叫做低压控制电器。常用的低压控制电器，类型繁多，可分为手动电器和自动电器。手动电器是由操作人员用手控制的；自动电器则是按照指令、信号或物理量（例如电压、电流以及生产机械运动部件的速度、行程和时间等等）的变化自动动作的。7.1.1常用开关电器1.闸刀开关闸刀开关也叫刀开关，外形如图7.1（a）所示，是最简单的手动电器，用于不经常通断的低压电路中，作为电源的引入开关。闸刀开关的结构如图7.1(b）所示，主要由刀片（动触头）、刀夹（静触头）、瓷质底座和胶木盖组成。图7.1闸刀开关2．铁壳开关铁壳开关也叫负荷开关，其结构如图7.2所示，主要由刀片、速断弹簧、刀座（即刀夹）、操作手柄和熔断器等组成，并将它们装在一个铁壳内。铁壳开关可作为容量不大的三相异步电动机的不频繁直接起动和停止之用。图7.2铁壳开关图7.3按钮结构3．按钮按钮的结构如图7.3所示，图7.3（a）为按钮外形，图7.3（b）为按钮结构示意图。按钮不工作时（按钮帽未被按下），上面的一对静触头是闭合的，叫做常闭触头；下面的一对触头是断开的，叫做常开触头。按钮工作时（按钮帽被按下），动触头下移，上面的常闭触头断开，而下面的常开触头闭合。当松开按钮帽时，复位弹簧将动触头上移，各对触头恢复原来状态。4.自动空气开关自动空气开关也称为低压断路器，用于分配电能、不频繁地起动异步电动机以及对电源线路及电动机等的保护。当发生严重的过载、短路或欠电压等故障时能自动切断电路。它是低压配电线路应用非常广泛的一种保护电器。（1）低压断路器的结构及工作原理低压断路器主要由三个基本部分组成：触头、火弧系统和各种脱扣器。脱扣器包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分磁脱扣器和自由脱扣器。图7.4是低压断路器工作原理示意图。开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，自由脱扣器机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸实现保护作用。（2）低压断路器的主要参数和类型低压断路器的主要参数有：额定电压;额定电流;通断能力是指断路器在规定的电压、频率以及规定的线路参数（交流电路为功率因数，直流电路为时间常数）下，所能接通和分断的短路电流值;分断时间是指断路器切断故障电流所需的时间。图7.4自动空气开关的工作原理示意图1－主触头；2－自由脱扣机构；3－过电流脱扣机构；4－分磁脱扣机构；5－热脱扣机构；6－失压脱扣机构；7－按钮低压断路器的主要类型：①敞开式低压断路器它又称万能式低压断路器，具有绝缘衬底的框架结构底座，所有的构件组装在一起，用于配电网络的保护。主要型号有DW10和DW15两个系列。②装置式低压断路器它又称塑料外壳式低压断路器，具有用模压绝缘材料制成的封闭型外壳，将所有构件组装在一起。用做配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等控制开关。主要型号有DZ5、DZ10、DZ20等系列。③模块化小型断路器模块化小型断路器由操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器、触头系统、灭弧室等部件组成，所有部件都置于一个绝缘壳中。在结构上具有外形尺寸模块化（9mm的倍数）和安装导轨化的特点，即单极断路器的模块宽度为18mm，凸颈高度为45mm，它安装在标准的35mm×15mm电器安装轨上，利用断路器后面的安装槽及带弹簧的夹紧卡子定位，拆卸方便．该系列断路器可作为线路和交流电动机等的电源控制开关及过载、短路等保护用。广泛应用于工矿企业、建筑及家庭等场所。常用型号有C45、DZ47、S、DZ187、XA、MC等系列。④智能化断路器传统的断路器的保护功能是利用了热磁效应原理，通过机械系统的动作来实现的。智能化断路器的特征是采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器）。它不仅具备普通断路器的各种保护功能，同时还具备实时显示电路中的各种电气参数（电流、电压、功率因数等），对电路进行在线监视、测量、试验、自诊断、通信等功能；能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改。将电路动作时的故障参数存储在非易失存储器中以便查询。智能化断路器原理框图如图7.5所示。图7.5智能化断路器原理框图目前国内生产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。框架式智能化断路器主要用于智能化自动配电系统中的主断路器。塑料外壳式智能化断路器主要用在配电网络中分配电能和作为线路及电源设备的控制与保护，也可用做三相笼型异步电动机的控制。主要型号有DW45、DW40、DW9l4(AH）、DW18(AE-S)、DW48、DW19(3WE）、DW17(ME）等。(3)低压断路器的选择·额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。·热脱扣器的整定电流应与所控制负载（比如电动机）的额定电流一致。·欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。·过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。对于单台电动机来说，可按下式计算（7.1）式（7.1）中，k为安全系数，可取1.5～1.7；Iq为电动机的起动电流。对于多台电动机来说，可按下式计算（7.2）式（7.2）中，K也可取1.5～1.7；Iq,max为最大一台电动机的起动电流；Ier为其中任意一台电动机的额定电流。qZkII)(max,erqZIIKI7.1.2交流接触器1．交流接触器的结构与技术数据交流接触器是利用电磁吸力控制触点闭合或断开，从而接通或断开电动机或其他负载电路的一种自动控制的电磁开关。交流接触器主要由电磁系统，触点系统和灭弧装置构成，如图7.6所示。图7.6CJ10型交流接触器结构图1-铁心2-线圈3-衔铁4-释放弹簧5-缓冲弹簧6-静触头7-动触头8-灭弧罩9-外壳电磁系统由线圈、静铁心，动铁心（或称衔铁）和反力弹簧组成。触点系统由静触点和桥式动触点组成。桥式动触点通过绝缘支架与动铁心相连，受动铁心操纵。为了减轻触点切断较大感性负载时电弧对触点的烧蚀，主触点之间采用了灭弧装置。接触器的触点分主触点和辅助触点两种，辅助触点接触面积小，通过的电流小，常接在控制电路中。主触点接触面积较大，能通过的电流大，接在主电路中。CJ10-20型交流接触器有三对主触点，两侧各有两对辅助触点（上常闭、下常开）。为了消除铁心的颤动和噪声，在铁心端面的一部分套有短路环。在使用交流接触器时，应注意施加于线圈上的交流电压与其额定电压相同。其次，当线圈通电后动铁心不得被卡住。因为当线圈电压一定时，铁心中磁通Φ也为定值，当动铁心被卡住时，气隙大、磁阻大，所以励磁电流必然很大。一般起动时的励磁电流是铁心吸持时的4～7倍。所以动铁心被卡住时间长了，会烧毁线圈。2．交流接触器的选择根据接触器在线路中的要求和运行中的需要来选择具体的型号。(1)确定接触器的工作任务、类别交流接触器的任务分4类：·Al类在cosφ＝0.9和额定电压下，接通与切断额定电流，用于非电感性负载或稍带电感性的电阻炉负载。·A2类在cosφ＝0.7和额定电压下，接通与切断2.5倍额定电流，用于绕线式异步电动机的起动和反接制动。·A3类在cosφ＝0.4和额定电压下，接通6倍额定电流，在0.16倍额定电压下断开额定电流，用于鼠笼式电动机的起动和连续运转时断开电路。·A4类在cosφ＝0.4和额定电压下，接通和切断6倍额定电流，用于鼠笼式电动机起动、短时反复断开和接通、控制电容器负载和钨丝灯照明线路等。例如，用于控制鼠笼式电动机起动、正反转的接触器就应选A4类的接触器。我国生产的交流接触器CJO型相当于A3类，CJ1型介于A3和A4类间。（2）考虑接触器的工作制接触器的工作制有四种：·间断长期工作制如控制一般电气设备所用的接触器，通常所指的接触器的容量等级都是指间断长期工作制而言。·长期工作制如控制矿井、发电厂的水泵的风机的接触器，它连续工作几天或几个月，没有机会去除主触头的氧化膜，所以主触头的负载能力是间断长期工作制的0.75～0.8倍。·短时工作制（直流接触器在规定中没有这种工作制）。·重复短时工作制（3）选择接触器规格·主触头额定电流控制对象是间断长期工作制的电动机时，可按电动机容量选额定电流与工作任务类型一致的同容量接触器。一般多采用交流接触器，如操作频率较高，也可用直流接触器。对于运行于其他工作制的接触器，根据被控电动机容量和相应的持续合闸率ε来决定。对于控制对象是电热设备等负载稳定的设备，额定电流选大于或等于设备的额定电流即可。·主触头的额定电压大于或等于线路电压。·吸引线圈的电压最好与其他电器取相同的电压值。·辅助触点数量、种类。例7.l试为一台拖动车床主轴的电动机选择接触器。电动机型号为JO2-52-6，额定容量7.5kW，额定电压380V，额定电流16.3A。解根据生产机械可知接触器工作制为间断长期工作制，工作任务为A3类。所以选CJ1O系列的CJ10-20接触器。它的额定电流为20A,被控三相电动机最大功率为10kW。7.1.3继电器1．中间继电器在继电接触控制系统中，为了解决某些继电器触点不够用的矛盾，专门生产了一种多触点的继电器。触点允许通过的电流很小，一般用于5A以下的控制电路中作信号放大或多路控制转换。例如，当控制电流太小而不能直接使容量较大的接触器动作时，可用该控制电图7.7中间继电器外形图流先控制一个中间继电器，由中间继电器再控制接触器，这样中间继电器作为信号放大环节使用。中间继电器的结构如图7.7所示。常用的中间继电器有JZ7系列和JZ8系列两种，JZ8系列是交直流两用的。在选用中间继电器时，主要是考虑电压等级和触点数量。2.热继电器热继电器是用来保护电动机过载的一种保护电器，其外形和结构原理如图7.8所示，图7.8（a）为热继电器外形，图7.8（b）为热继电器结构原理图。热继电器主要由发热元件、触点部分、动作机构、再复位机构和整定电流调节装置等组成。图7.8热继电器外形、结构原理图热继电器的动作原理主双金属片2是由两种膨胀系数不同的金属片制成的，它的上端15固定，下端为自由端。双金属片受热膨胀后弯曲，下端推动导板3向左位移。导板再推动推杆4，经铰链装置12使动触点6和常闭触点7断开，后动触点6与常开触点8接通进行报警。双金属片冷却后恢复常态，但动触点不能自动复原。需按下复位按钮9才能复位，这时常闭触点闭合，常开触点断开。弹簧10用来保持张力，张力的大小靠整定凸轮11调节。整定电流就是热元件中通过的电流超过此值的20％时，热继电器应当在20min内动作。JR15-10型有（0.35、0.50、0.72、1.1、1.6、2.4、3.5、5.0、7.2、11.0）十个等级。根据整定电流选用热继电器，整定电流与电动机的额定电流基本一致。3.时间继电器时间继电器是自动控制系统使用很广泛的电器之一，如两个运动部件按时间先后顺序进行工作，电动机起动电阻按时间顺序进行自动切除等等。时间继电器的种类很多，按其工作原理可分为电磁式、空气式和电子式等。图7.9通电延时型空气式时间继电器结构示意图在交流控制线路中常用空气式时间继电器。空气式时间继电器分为通电延时型空气式时间继电器和断电延时型空气时间继电器两种。通电延时型空气式时间继电器，它的结构如图7.9所示。它的工作原理是利用空气阻尼作用而达到动作延时的。当线圈通电后将动铁心吸下，使动铁心与活塞杆之间有一段距离。在释放弹簧的作用下，活塞杆就向下移动。在伞形活塞的表面固定有一层橡皮膜。当活塞下移时，在膜上面造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下移。当空气由进气孔进入时，活塞才逐渐下移。移动到最后位置时，杠杆使微动开关动作，从吸引线圈通电到触点动作之间有一个时间间隔，即为延时。调节进气孔螺钉，就可调节延时时间。吸引线圈断电后，依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经由出气孔被迅速排出。从而实现断电时触