电工学原理 第6章 低压电器及控制电路

1、 第第6 6章章 低压电器及控制电路低压电器及控制电路 教学基本要求教学基本要求 1. 了解常用低压电器的结构和功能了解常用低压电器的结构和功能 2. 掌握继电接触器控制系统中的自锁、联锁以掌握继电接触器控制系统中的自锁、联锁以 及行程、时间控制原则。及行程、时间控制原则。 3. 了解过载、短路、失压保护的方法。了解过载、短路、失压保护的方法。 4. 能设计简单的控制电路原理图，读懂较复杂的能设计简单的控制电路原理图，读懂较复杂的 控制电路。控制电路。 由开关、按钮、继电器、接触器等组成的控制电由开关、按钮、继电器、接触器等组成的控制电 路，路，对异步电动机的起动、停止、正反转、调速、制对异步

2、电动机的起动、停止、正反转、调速、制 动等进行的控制，动等进行的控制，称为继电接触器控制电路称为继电接触器控制电路 。 此控制是一种有触点的断续控制，其优点是结构此控制是一种有触点的断续控制，其优点是结构 简单、价格便宜、维护方便、抗干扰能力强；缺点是简单、价格便宜、维护方便、抗干扰能力强；缺点是 电器的体积大、触点容易烧坏、寿命短，尤其是生产电器的体积大、触点容易烧坏、寿命短，尤其是生产 工艺流程改变时，需拆除原有线路，重新接线。工艺流程改变时，需拆除原有线路，重新接线。 本章主要讨论继电接触器控制中的一些基本单元本章主要讨论继电接触器控制中的一些基本单元 控制线路。控制线路。它们是点动控制

3、、单向直接起停控制、正它们是点动控制、单向直接起停控制、正 反转控制、行程控制、时间控制等。反转控制、行程控制、时间控制等。 电动机在使用过程中由于各种原因可能电动机在使用过程中由于各种原因可能 会出现一些异常情况，如电源电压过低、电会出现一些异常情况，如电源电压过低、电 动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或 电动机绕组与外壳短路等等，如不及时切断电动机绕组与外壳短路等等，如不及时切断 电源则可能会对设备或人身带来危险，因此电源则可能会对设备或人身带来危险，因此 必须采取保护措施。必须采取保护措施。常用的保护环节有短路常用的保护环节有短路 保护、过载保护

4、、零压保护、过载保护、零压(欠压欠压)保护等。保护等。 凡是自动或手动接通、断开电路，实现对电凡是自动或手动接通、断开电路，实现对电 路或非电对象进行切换、控制、保护、检测、路或非电对象进行切换、控制、保护、检测、 变换和调节目的的电气元件称为电器。变换和调节目的的电气元件称为电器。 电器按其工作电压分类，可分为低压电器和电器按其工作电压分类，可分为低压电器和 高压电器。工作电压在交流高压电器。工作电压在交流121200V00V或直流或直流 151500V00V以下的各种电器，称低压电器。高于交以下的各种电器，称低压电器。高于交 流流121200V00V或直流或直流151500V00V的电器，

5、称高压电器。的电器，称高压电器。 电器按其职能又可分为控制电器和保护电器。电器按其职能又可分为控制电器和保护电器。 用于各种控制电路和控制系统的电器，称为控制用于各种控制电路和控制系统的电器，称为控制 电器。如开关、按钮、接触器等。用于保护电路电器。如开关、按钮、接触器等。用于保护电路 及用电设备的电器称为保护电器。如熔断器、热及用电设备的电器称为保护电器。如熔断器、热 继电器等。继电器等。 控制电器按其动作方式可分为手动和自动两类。控制电器按其动作方式可分为手动和自动两类。 手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀 开关、组合开关、按钮等。自动电器

6、的动作是根开关、组合开关、按钮等。自动电器的动作是根 据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的， 如各种继电器、接触器、行程开关等。如各种继电器、接触器、行程开关等。 刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、 手柄和绝缘底板等组成。手柄和绝缘底板等组成。 刀开关又叫闸刀开关，实用中有胶盖闸刀开关刀开关又叫闸刀开关，实用中有胶盖闸刀开关 和铁壳开关。一般用于不频繁操作的低压电路中，和铁壳开关。一般用于不频繁操作的低压电路中， 用作接通和切断电源。用作接通和切断电源。 刀开关的种类很多。按极数（刀片数）分为单刀开

7、关的种类很多。按极数（刀片数）分为单 极、双极和三极；按接线方式分板前接线和板后极、双极和三极；按接线方式分板前接线和板后 接线；按转换方向分为单投接线；按转换方向分为单投(HD)(HD)和双投和双投(HS)(HS)等。等。 n刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路 时熔断器熔断而自动切断电路。时熔断器熔断而自动切断电路。 安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷 线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀 开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的下方，开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝

8、的下方， 以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。 在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下 拉为断开电源，不能反装，拉为断开电源，不能反装，否则会因闸刀松动否则会因闸刀松动 自然落下而误将电源接通。自然落下而误将电源接通。 刀开关的文字符号用刀开关的文字符号用Q Q或或S S ，图形符号如下，图形符号如下 图所示：图所示： 单极单极 三极（多线表示）三极（多线表示）三极（单线表示）三极（单线表示） Q （ S ）Q （ S ）Q （ S ） FU FUFU 组合开关又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开组合开关又

9、叫转换开关，是一种转动式的闸刀开 关。有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝关。有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝 缘件内，缘件内，静触片固定静触片固定在绝缘垫板上，在绝缘垫板上，动触片装在动触片装在 转轴上转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。，随转轴旋转而变更通、断位置。转换开转换开 关具有一定的灭弧能力。关具有一定的灭弧能力。 Q (SA) 图形符号和文字符号图形符号和文字符号 n按钮是用来发出指令信号的手动电器按钮是用来发出指令信号的手动电器，主要，主要用于用于 接通或断开小电流的接通或断开小电流的控制电路控制电路，从而控制电动机，从而控制电动机 或其他电气设备的运行。或其他电气设备

10、的运行。 n按钮由外壳、按钮帽、触点和复位弹簧组成按钮由外壳、按钮帽、触点和复位弹簧组成。按。按 钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点 （动合触点）两种。（动合触点）两种。对于复合按钮，按下时，常对于复合按钮，按下时，常 闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，常闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，常 开触点先复位，常闭触点后复位。开触点先复位，常闭触点后复位。按钮内的触点按钮内的触点 对数及类型可根据需要组合，最少具有一对常闭对数及类型可根据需要组合，最少具有一对常闭 触点或常开触点。触点或常开触点。 按钮外形图按钮外形图 动触点动触点 按钮结

11、构图按钮结构图 按钮按钮 复位弹簧复位弹簧 动触点动触点 常开触点常开触点 常闭触点常闭触点 按钮图形符号和文字符号如下图所示：按钮图形符号和文字符号如下图所示： SB 常开触点常开触点 SB 常闭触点常闭触点 SB 复合触点复合触点 6.1.2 自动控制电器自动控制电器 n熔断器主要作短路保护熔断器主要作短路保护 用，串联在被保护的线用，串联在被保护的线 路中。线路正常工作时路中。线路正常工作时 如同一根导线，起通路如同一根导线，起通路 作用；当线路短路作用；当线路短路( (或严或严 重过载重过载) )时熔断器熔断，时熔断器熔断， 起到保护线路及电器设起到保护线路及电器设 备的作用。备的作用

12、。 FU n熔体额定电流的选择方法如下：熔体额定电流的选择方法如下： （1 1）照明或电热设备：熔体额定电流）照明或电热设备：熔体额定电流INR INL负负 载额定电流。载额定电流。 （2 2）长期工作的单台电动机的熔体：）长期工作的单台电动机的熔体： 熔体熔体 INR (1.5(1.5 2.5)2.5) IN （电机额定电流）（电机额定电流） （3 3）几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流）几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流 INR (1.5(1.5 2.5)2.5) INmax+ IN 如果电动机如果电动机起动频繁，起动频繁，则：则： 熔体额定电流熔体额定电流 INR (3(3 3.5)

13、3.5) IN n断路器又叫自动空气开关或自动开关，它的断路器又叫自动空气开关或自动开关，它的 主要特点是具有自动保护功能，当发生短路、主要特点是具有自动保护功能，当发生短路、 过载、过压、欠压等故障时能自动切断电路，过载、过压、欠压等故障时能自动切断电路， 起到保护作用。起到保护作用。 QF 当电磁铁的吸引线圈通电时产生电磁吸引力当电磁铁的吸引线圈通电时产生电磁吸引力 将衔铁吸下，使常开触点闭合，常闭触点断开。将衔铁吸下，使常开触点闭合，常闭触点断开。 线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使其触线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使其触 点恢复到原来的状态点恢复到原来的状态 。 交流接触器是利用

14、电磁原理制成的一种自交流接触器是利用电磁原理制成的一种自 动电器，是继电接触器控制系统中最重要和最动电器，是继电接触器控制系统中最重要和最 常用的电器。常用的电器。它主要由电磁铁、触点、和灭弧它主要由电磁铁、触点、和灭弧 装置三部份组成。装置三部份组成。 交流接触器图形符号及文字符号如下图所示：交流接触器图形符号及文字符号如下图所示： 根据用途不同，交流接触器的触点分主触点和根据用途不同，交流接触器的触点分主触点和 辅助触点两种。辅助触点两种。主触点主触点一般比较大，接触电阻较一般比较大，接触电阻较 小，用于接通或分断较大的电流，小，用于接通或分断较大的电流，常接在主电路常接在主电路 中中；辅

15、助触点辅助触点一般比较小，接触电阻较大，用于一般比较小，接触电阻较大，用于 接通或分断较小的电流，接通或分断较小的电流，常接在控制电路中。常接在控制电路中。 主触点上常装有灭弧装置，以熄灭由于主触主触点上常装有灭弧装置，以熄灭由于主触 点断开而产生的电弧，防止烧坏触点。点断开而产生的电弧，防止烧坏触点。 KM 吸引线圈吸引线圈 常开辅助触常开辅助触点点 KMKM 常闭辅助触常闭辅助触点点 KM 常开主触常开主触点点 中间继电器中间继电器( (KA)KA)通常用来传递信号和同时控制多个通常用来传递信号和同时控制多个 电路。中间继电器的结构和工作原理与交流接触器基本电路。中间继电器的结构和工作原理

16、与交流接触器基本 相同，与交流接触器的主要区别是相同，与交流接触器的主要区别是触点数目多些，不分触点数目多些，不分 主、辅触点，且触点容量小，只允许通过小电流。主、辅触点，且触点容量小，只允许通过小电流。 4. 4. 中间继电器中间继电器 KA 线圈线圈 KA 常开触点常开触点 KA 常闭触点常闭触点 5. 5. 热继电器热继电器 热继电器是一种过载保护电器，它是利用电流的热效热继电器是一种过载保护电器，它是利用电流的热效 应原理实现电动机的过载保护。应原理实现电动机的过载保护。 当主电路中电流超过允许值而当主电路中电流超过允许值而 使双金属片受热变形，从而带使双金属片受热变形，从而带 动其触

17、点动作动其触点动作( (常闭断开、常开常闭断开、常开 闭合）。闭合）。通常在电动机控制回通常在电动机控制回 路中串接有热继电器的常闭触路中串接有热继电器的常闭触 点，当热继电器动作时，控制点，当热继电器动作时，控制 电路中的常闭触点断开，使交电路中的常闭触点断开，使交 流接触器线圈失电，从而断开流接触器线圈失电，从而断开 电动机的主电路电源，起到过电动机的主电路电源，起到过 载保护的作用。载保护的作用。 FR 热元件热元件 FR 动断触点动断触点 FR 动合触动合触点点 热继电器的主要技术指标是整定电流，热继电器的主要技术指标是整定电流，整定整定 时应使热继电器的额定电流等于或略大于电动机时应

18、使热继电器的额定电流等于或略大于电动机 的额定电流。电动机正常工作时，热继电器不动的额定电流。电动机正常工作时，热继电器不动 作；当电动机过载，过载电流为整定电流的作；当电动机过载，过载电流为整定电流的1.21.2 倍时，热继电器在倍时，热继电器在20min20min内动作，过载电流为整内动作，过载电流为整 定电流的定电流的1 .51 .5倍时，热继电器在倍时，热继电器在2min2min内动作。内动作。 6.2 6.2 基本控制电路基本控制电路 一个复杂的控制系统，通常是在基本控制电路的基础上一个复杂的控制系统，通常是在基本控制电路的基础上 进行修改、综合与完善的。因此，本节内容是继电接触进行

19、修改、综合与完善的。因此，本节内容是继电接触 器控制系统中的基础和重点，应熟练掌握。在分析、绘器控制系统中的基础和重点，应熟练掌握。在分析、绘 制控制系统的电气原理图时，应遵循以下原则：制控制系统的电气原理图时，应遵循以下原则： 1. 主电路主电路(动力电路，通过大电流动力电路，通过大电流)用粗实线画出，位于用粗实线画出，位于 图面的左侧或上方，保证整机拖动要求的实现；控制电图面的左侧或上方，保证整机拖动要求的实现；控制电 路（辅助电路，通过小电流）是为主电路服务的，用细路（辅助电路，通过小电流）是为主电路服务的，用细 实线画出，位于图面的右侧或下方。实线画出，位于图面的右侧或下方。 2. 当

20、接触器线圈额定电压为当接触器线圈额定电压为380V时，控制电路的电源时，控制电路的电源 线可以与主电路相连接，主、辅电路绘制在一个图面，线可以与主电路相连接，主、辅电路绘制在一个图面， 分别左、右绘制。分别左、右绘制。 3. 分析、绘制电气原理图时是从上到下、从左至右的顺分析、绘制电气原理图时是从上到下、从左至右的顺 序进行。图中，线圈处于未带电状态，触点、按钮均未受序进行。图中，线圈处于未带电状态，触点、按钮均未受 到外力的作用，即各电器处于自然状态。分析控制电路时到外力的作用，即各电器处于自然状态。分析控制电路时 从电源和主令信号开始，经过逻辑判断，写出控制流程，从电源和主令信号开始，经过

21、逻辑判断，写出控制流程， 以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。 4. 同一电器的不同部件不论在什么位置，都用同一文字同一电器的不同部件不论在什么位置，都用同一文字 符号标注。符号标注。 5. 在设计控制电路时要从整体角度出发，检查和理解各在设计控制电路时要从整体角度出发，检查和理解各 电动机的相互配合过程。阅读分析原理图的基本原则是：电动机的相互配合过程。阅读分析原理图的基本原则是： 化整为零、顺藤摸瓜、集零为整、安全保护、全面检查。化整为零、顺藤摸瓜、集零为整、安全保护、全面检查。 M 3 Q KM (a) (a) 主电路主电路 FU1FU2

22、KM SB (b) (b) 控制电路控制电路 L1L2L3 一、点动控制一、点动控制 二、直接起停控制二、直接起停控制 Q KM (a) (a) 主电路主电路 FU1 FU2 KM FR SB2SB1 KM (b) (b) 控制电路控制电路 L1 L2L3 自锁自锁 M 3 FR 三、两地控制三、两地控制 M 3 Q FR KM (a) (a) 主电路主电路 FU1 FU2 KM FRFR SB2SB1 KM (b) (b) 控制电路控制电路 L1L2L3 SB3 SB4 FU2 FR SB3SB1 SB2 KM1 (c) (c) 电气、按钮双重互锁电气、按钮双重互锁 KM2 KM2 KM1

23、KM2 KM1 四、电动机正反转控制四、电动机正反转控制 FU2 FR SB3SB1 SB2 KM1 (b)(b)电气互锁控制电路电气互锁控制电路 KM2 KM2 KM1 KM2 KM1 M 3 KM2 FR KM1 (a) (a) 主电路主电路 FU1 L1L2L3 Q 6.3 6.3 行程控制行程控制 行程控制，就是当电机带动的运动部件到达一定行行程控制，就是当电机带动的运动部件到达一定行 程位置时，采用行程开关来对电机进行自动控制。程位置时，采用行程开关来对电机进行自动控制。 行程开关行程开关 行程开关是将机械运动部件的行程、位置信号转换行程开关是将机械运动部件的行程、位置信号转换 成电

24、信号的自动电器。成电信号的自动电器。 行程开关有直动式和滚轮式两种结构。直动式行程开行程开关有直动式和滚轮式两种结构。直动式行程开 关的工作原理与按钮类似。当电动机带动的机械设备上关的工作原理与按钮类似。当电动机带动的机械设备上 安装的挡块撞击到行程开关的触（顶）杆时，行程开关安装的挡块撞击到行程开关的触（顶）杆时，行程开关 触点动作，其常闭触点断开，常开触点闭合；当挡块离触点动作，其常闭触点断开，常开触点闭合；当挡块离 开后，行程开关的触点复位。开后，行程开关的触点复位。 ST(ST(SQ) ) 常开触点常开触点 常闭触点常闭触点 ST(ST(SQ) ) FU2 FR SB3 SB1 SB2

25、 KM1 KM2 KM2 KM1 KM2 KM1 STA STB 限位行程控制限位行程控制 自动往返控制自动往返控制 （a a）示意图）示意图 工作台工作台 M STA STB 前进前进后退后退 FU2 FR SB3SB1 SB2 KM1 （b b）控制电路）控制电路 KM2 KM2 KM1 KM2 KM1 STA STB STA STB 6.4 6.4 时间控制时间控制 时间控制，就是利用时间继电器的延时功能进行的时间控制，就是利用时间继电器的延时功能进行的 延时控制。时间继电器是在获得电信号后，经过人为延时控制。时间继电器是在获得电信号后，经过人为 整定的延时时间，使控制电路接通或断开的自

26、动电器。整定的延时时间，使控制电路接通或断开的自动电器。 例如电动机的例如电动机的Y- (D）换接起动控制，电动机的能耗制换接起动控制，电动机的能耗制 动控制，几台电机按一定的时间顺序起停控制等都需动控制，几台电机按一定的时间顺序起停控制等都需 要采用时间继电器。要采用时间继电器。 时间继电器按其工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、时间继电器按其工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、 电动式和电子式。目前，在交流电路中广泛采用空气阻电动式和电子式。目前，在交流电路中广泛采用空气阻 尼式。尼式。 时间继电器由触头系时间继电器由触头系 统和电磁铁系统两部分构统和电磁铁系统两部分构 成，有通电延时和断电延

27、成，有通电延时和断电延 时两种。通电延时是指时时两种。通电延时是指时 间继电器的延时触头在其间继电器的延时触头在其 线圈通电后延时动作，在线圈通电后延时动作，在 线圈断电时，立即恢复自线圈断电时，立即恢复自 然状态；断电延时是指时然状态；断电延时是指时 间继电器的所有触头在其间继电器的所有触头在其 线圈通电时马上动作，而线圈通电时马上动作，而 当线圈断电时，其延时触当线圈断电时，其延时触 头延时恢复到自然状态。头延时恢复到自然状态。 常开延时闭合常开延时闭合 常闭延时断开常闭延时断开 常开延时断开常开延时断开 常闭延时闭合常闭延时闭合 KTKT KTKT KTKT KTKT KTKT 线圈线圈

28、 通电通电 延时延时 断电断电 延时延时 图形、文字符号图形、文字符号 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的Y- (D)换接起动控制换接起动控制 Y-Y- (D)(D)换接起动控制换接起动控制 M 3 Q FU1 KM1 KM 3 U1 W 2 V1 U2 W 1 V2 SB2 KM1 SB1 KM3 KM3 KM1 KM2 KT KM2 KT FR FR FU 2 KT KM3 KM2 KM2与与KM3是带电切换，容易产生电弧。是带电切换，容易产生电弧。 本线路的特点是在接触器本线路的特点是在接触器KM1断电的情况下断电的情况下 进行进行Y- (D)换接，可延长触头使用寿命换接，可延长触头使

29、用寿命 。 Y-D(Y-D( ) )换接起动控制换接起动控制 M 3 Q FU1 KM1 KM2 KM 3 U1 W2 V2 U2 W1 V2 SB2 KM1 SB1 KM3 KM3 KM2 KM1 KM2 KT KM1 KT FR FR FU2 KT KM3 对于正常工作是对于正常工作是Y Y形接法的三相鼠笼式异步电动机，就不形接法的三相鼠笼式异步电动机，就不 能采用能采用Y-Y- （D D）换接起动，而只能采用定子串自耦变压器）换接起动，而只能采用定子串自耦变压器 降压起动或定子串电阻降压起动。降压起动或定子串电阻降压起动。 定子串自耦变压器降压起动定子串自耦变压器降压起动 M 3 FR KM