第1章 继电接触器控制(教材)

1第1章继电接触器控制现代生产机械绝大多数是由电动机拖动的，为了满足生产工艺和生产过程自动化的需要，就要对电动机的运行进行控制。目前广泛采用由继电器、接触器、按钮等控制电器组成的控制电路，根据行程、时间、顺序等的变化对电动机进行起动、停止、正反转、以及制动等控制。这种控制系统一般称为继电接触器控制系统，它具有成本低廉、控制方法简单，工作稳定，便于维护等优点。继电接触器控制电路是由一些基本控制电器组成的，这些控制电器通过一定顺序的接通与断开来实现对生产机械的自动控制。所以要了解继电接触器控制电路的工作原理，首先应了解各种控制电器的结构、动作原理以及它们的控制作用。1.1常用低压电器低压电器是指工作在直流1200V、交流1000V以下的各种电器。按其动作方式通常分为手动电器和自动电器两大类，手动电器是由工作人员手动操作的，例如刀开关、组合开关、按钮等。而自动电器则是按照指令，信号或某个物理量的变化自动动作的，例如各种继电器、接触器，行程开关等。1.1.1刀开关与组合开关1.刀开关刀开关刀开关刀开关刀开关是结构最为简单的一种手动电器，如图1.1.1所示。它由静插座、手柄、动触片、铰链支座和绝缘底板组成。在低压电路中，刀开关用于不频繁接通和分断电路，或用来将电路与电源隔离，因此又称为“隔离开关”。手柄静插座动触片铰链支座绝缘底板QS(a)(b)(c)图1.1.1刀开关(a)三极刀开关外形(b)结构示意图(c)电路符号按极数的不同刀开关分单极(单刀)，双极(双刀)和三极(三刀)，三极刀开关在电路中的图形和文字符号如图1.1.1(c)所示。2.组合开关组合开关组合开关组合开关2组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，不过它的动触片是转动式的，由装在同一根轴上的单个或多个单极旋转开关叠装在一起，如图1.1.2所示。转换开关具有体积小，操作方便，通断能力强等优点，主要作为电源引入开关，或用来直接控制小容量异步电动机的起动和停止。组合开关有单极，双极，三极和多极几种，额定电流有10、25、60和100A等多种。QS(a)(b)(c)图1.1.2组合开关(a)组合开关外形(b)结构示意图(c)电路符号1.1.2按钮与行程开关1.按钮按钮按钮按钮按钮是一种结构简单，应用广泛的手动电器，通常用于发出操作命令，主要用于接通或断开工作电流较小的控制电路，以控制电流较大的电动机或其它电气设备的运行。按钮的外形和结构如图1.1.3所示，它由按钮帽、动触点、静触点和复位弹簧构成。按钮未被按下时的状态称之为常态。常态时闭合的触点称为常闭触点，常态时断开的触点称为常开触点。如果按下按钮则其常闭触点断开，常开触点闭合。当松开按钮时，在复位弹簧的作用下，各触点又恢复原来的状态。复合按钮由一组常开和一组常闭触点组成。使用时，可视需要只选其中的常开触点或常闭触点，也可以两者同时使用。图1.1.3按钮(a)按钮外形(b)结构示意图(c)电路符号2.行程行程行程行程开关开关开关开关行程开关又称为限位开关，如图1.1.4所示。它是利用机械部件的位移来切换电路的自动电器，其结构和工作原理都与按钮类似，只不过按钮要手动操作，而行程开关是靠运动部件上的撞块来撞压。当撞块压着行程开关时，就像按钮被按下一样，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当撞块离开时，就像按钮被松开一样，在复位弹簧的作用下触点复位。行程开3关的种类很多，主要有直动式、单滚轮式和双滚轮式。图1.1.4行程开关(a)行程开关外形(b)结构示意图(c)电路符号1.1.3接触器接触器是利用电磁力的作用使触点闭合或分离来接通和断开电动机(或其它用电设备)电路的自动电器。图1.1.5所示为交流接触器的外形、结构和电路符号。它主要由电磁部件，传动连杆和触点系统组成。电磁部件包括静铁心，动铁心（衔铁）和励磁线圈。励磁线圈通电前，动铁心未被吸合时的触点状态称为常态。常态时处于闭合状态的触点称为常闭触点，而处于断开状态的触点称为常开触点。当励磁线圈通电后动铁心被吸合，动铁心带动动触点一起向左移动，使所有的常开触点闭合，常闭触点则断开。当励磁线圈断电时，电磁力消失，动铁心在复位弹簧的作用下向右复位，使触点恢复原状。交流接触器的触点按其功能的不同分为主触点和辅助触点。主触点的电流容量较大，一般有3组，用来控制电动机或其它三相大功率负载。辅助触点的电流容量较小，常接在控制电路中。4(a)(b)(c)线圈静铁心动铁心吸引线圈主触点辅助触点复位弹簧(d)KMKMKM(e)(f)KM图1.1.5交流接触器(a)接触器外形(b)结构示意图(c)线圈符号(d)主触点符号(e)辅助常开触点符号(f)辅助常闭触点符号1.1.4继电器继电器是根据某一特定的信号使其触点接通或断开，从而实现对电气设备进行自动控制或自动保护的一类自动电器。使继电器动作的信号可以是各种电的或非电的物理量，例如电压、电流、时间、温度、速度、压力等。继电器的触点容量一般很小，只能接在控制电路中，不能接在电动机等大功率负载的主电路中，这是继电器与接触器的重要区别。1.中间中间中间中间继电器继电器继电器继电器中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，其工作原理与接触器相似，也由一个电磁铁和若干触点组成，只是触点容量较小，其触点也有常开、常闭之分，但没有主、辅触点之分。中间继电器外形及其电路符号如图1.1.6所示。(a)(b)KAKA(c)(d)KA图1.1.6中间继电器(a)中间继电器外形(b)线圈符号(c)常开触点符号(d)常闭触点符号2.热继电器热继电器热继电器热继电器热继电器是利用电流的热效应来断开电路的一种保护电器，用于电动机的过载保护。电动机在欠压、缺相或过载情况下工作都会使实际电流值超过额定值，时间长了会引起电动机5过热，严重的会损坏电动机绕组的绝缘，因此对电动机要进行过载保护，热继电器就是常用的过载保护电器。热继电器的外形及结构如图1.1.7所示，主要由发热元件、双金属片和触点等部分组成。发热元件串接在电动机的主电路中，通过它的电流就是电动机绕组的电流。常闭触点串接在电动机的控制电路中，正常情况下其触点是闭合的。双金属片是由两层热膨胀系数不同的金属片碾压而成，上层热膨胀系数小，而下层大。当电动机过载即电流过大时，因发热元件过热，使双金属片受热变形，自由端上翘脱开扣板，扣板在弹簧作用下转动，通过牵引板将常闭触点打开，控制电路断电，使电动机脱离电源，达到过载保护的目的。欲使热继电器重新工作，则需按下复位按钮。由于热惯性，电动机起动或短时过载时，热继电器不会动作，这可避免不必要的停车。需要特别指出的是热继电器只能保护过载，不能保护短路，短路保护通常由熔断器实现。热继电器的主要技术数据是整定电流，所谓整定电流是指长期通过发热元件而不动作的最大电流。电流超过整定电流20%时，热继电器应当在20min内动作。超过的数值越多，则发生动作的时间越短。整定电流可在一定范围内调节。选用热继电器时应使其整定电流等于电动机的额定电流。图1.1.7热继电器(a)热继电器外形(b)结构示意图(c)热元件符号(d)常闭触点符号3.时间继电器时间继电器时间继电器时间继电器时间继电器是按照整定的时间间隔长短来切换电路的自动电器。它的种类很多，常用的有空气式、电动式和电子式。其中空气式结构简单，成本低，应用较广泛。但由于精度低，稳定性较差，正逐步被数字式时间继电器所取代。下面以空气式时间继电器为例说明时间继电器的工作原理。空气式时间继电器是利用空气阻尼作用使继电器的触点延时动作的。一般分为通电延时（线圈通电后触点延时动作）和断电延时（线圈断电后触点延时动作）两类。图1.1.8所示为通电延时时间继电器的结构示意图，它主要由电磁机构、触点系统和空气室等部分组成。当线圈通电时，动铁心被吸下，使之与活塞杆之间拉开一段距离，在释放弹簧的作用下，活塞杆就向下移动。但由于活塞上固定有一层橡皮膜，因此当活塞向下移动时，橡皮膜上方空气变得稀薄、气压变小。这样橡皮膜上下方存在着气压差，限制了活塞杆下降的速度，活塞杆只能缓慢下降。经过一定时间后，活塞杆下降到一定位置，通过杠杆推动延时触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。从线圈通电开始到触点完成动作为止，这段时间间隔就是继电器的延时时间。延时时间的长短可通过调节进气孔的大小来改变。延时继电器的触点系统有延时闭合、延时断开和瞬时闭合、瞬时断开四种触点类型。6图1.1.8空气式通电延时时间继电器(a)时间继电器外形(b)结构示意图(c)线圈符号(d)瞬动触点符号(e)常开延时闭合触点符号(f)常闭延时断开触点符号如果将上述时间继电器的电磁铁倒装一下，即动、静铁心互换位置，则成为断电延时的时间继电器，如图1.1.9所示，断电延时时间继电器也有两种延时触点：一种是常闭延时闭合触点，另一种是常开延时断开触点。图1.1.9空气式断电延时时间继电器(a)结构示意图(b)常开延时开触点符号(b)常闭延时闭触点符号1.1.5熔断器熔断器是最常用的短路保护电器。主要由熔体和外壳两个部分组成。熔体俗称保险丝，是由低熔点的金属丝（或薄片）组成。熔体与被保护的电路串联，在正常工作状态下熔体不会熔断，当发生短路或严重过载时，电路电流使熔体温度高过熔点，熔体立即熔断，迅速切断电源，保护电路和设备不受损坏。图1.1.10是常用的三种熔断器及其电路符号。选择熔断器时，主要是确定熔体的额定电7流。对于照明线路等没有冲击电流的负载，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路的实际工作电流。对于保护电动机电路的熔断器，熔体的额定电流可按电动机起动电流的1/2.5～1/3选取。图1.1.10熔断器(a)螺旋式熔断器(b)插式熔断器(b)管式熔断器(d)电路符号1.1.6空气断路器空气断路器也称为空气开关或自动开关，具有多种保护功能，可以有效地保护电气设备使之免受短路、过载和欠压的危害。常用于笼型异步电动机的不频繁全压起动和照明负载的电源开关。图1.1.11是自动空气断路器的外形、结构示意图及电路符号。断路器的主触点通常是由手动操作机构闭合的，主触点闭合后就被锁扣锁住。当电路发生短路时，短路电流超过整定值，与主电路串联的过流脱扣器线圈就会产生较强的电磁吸力，衔铁被吸引而顶开锁扣，主触点在释放弹簧的作用下断开，从而切断电源，达到了短路保护的目的。欠压脱扣器的工作情况与电流脱扣器恰恰相反，在电压正常时，欠压脱扣器产生的吸力能吸住衔铁，主触点得以闭合；而当电压下降到低于整定值时，衔铁就被释放，从而顶开锁扣使主触点断开，切断电源。而当电源电压恢复正常后，必须重新合闸才能工作，达到欠压或失压保护的目的。热脱扣器的工作原理与热继电器类似，同样可以顶开锁扣，切断电源，对电路起到过载保护的作用。图1.1.11空气断路器(a)空气断路器外形(b)结构示意图(c)电路符号思考题1.1.1何为按钮的常开、常闭触点？一个按钮的常开与常闭触点有可能同时闭合和断开吗？81.1.2交流接触器是如何工作的？其触点有哪几类？各有什么用途？1.1.3热继电器的用途是什么？它的发热元件和触点各接在什么电路中？热继电器为什么不能用作短路保护1.1.4通电延时与断电延时有什么区别？时间继电器的四种延时触点是如何动作的？1.2三相异步电动机的直接起动控制各种生产机械的工作过程是不同的，对这些生产机械进行控制的继电接触器控制电路也是多种多样的，有的控制很简单，有的却比较复杂。但无论多么复杂的控制电路，一般总是由一些比较简单的基本环节组成。下面将以工业生产中最常见的三相异步电动机的控制电路为例，介绍继电接触器控制的基本环节及其工作原理。1.2.1点动控制点动控制就是按下按钮时电动机就转动，松开按钮时电动机就停止。生产机械在试车或调整时常用这种控制方法。继电接触器控制系统是由若干电器元件按照一定的要求连接而成的电路。将这些电器元件以及它们之间的连接关系用规定的电器图形符号和文字符号表达出来，这就是电器控制系统的电气原理图。根据通过电流的大小，可将电气原理路分为主电路和控制电路两部分。流过较大电流的电路称为主电路，如电动机等大功率负载的供电回路。流过较小电流的电