工业电气控制及PLC技术第三章 继电接触器控制系统

1、第三章 继电接触器控制系统 引言：工农业生产中，电机的控制常使用继电接触器控制电路，这是把接触器、继电器、按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连接组成的控制线路，实现对电力拖动系统的启动、制动、调速、换向等功能。本章介绍电气控制电路的构成原则，常用的单元电路，以典型机械电路说明电气图纸的解读放法1、电气控制线路图纸绘制原则、图形和文字符号电气控制系统图纸：电气原理图、电器布置图、安装接线图。一、常用的电器图形符号和文字符号（国家标准 、1990年1月1日起执行）1、GB 47281984电气图用图形符号2、GB 69881997电气制图3、GB 71591987电气技术中的文字符号制订通

2、则 二、电气控制原理图： 电气控制原理图是表达电路工作原理的图纸。图中需绘出全系统所有的电器元件，但不画元件的实际外形，也不按照电器元件的实际布置来绘制，而是根据电器绘图标准，采用规定的图形符号和文字符号，依展开图画法表示元器件之间的连接关系。 电气原理图制图时，图纸幅面选择应符合规定，图纸应布局紧凑、清晰和方便使用。 电器原理图: 主电路和辅助电路。 1. 主电路是电器控制线路中强电流通过的部分，由电机及与其相连接的电器元件(如刀开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等)组成。 2.辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，由按钮、接触器和继电器的线圈、接触器的辅助触点、

3、继电器的触点以及其他元件组成。1绘制电器原理图应遵守的原则：图中所有的元器件都应使用国家统一规定的图形及文字符号。主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方，辅助电路用细实线绘制在图面的右侧或下方。主电路、辅助电路均按从左到右、从上到下顺序排列。同一元件的各个部分可以不画在一起，但必须用同一文字符号表示。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时的状态。应尽可能减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电的联系时，在导线的交点处画一个实心圆点。层次分明，所用元件最少，保证电器控制线路运行可靠，节省连接导线以及施工、维修方便等。2图幅分区：每个分区内竖边方向上用大

4、写的拉丁字母编号，横边上用阿拉伯数字编号。编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角开始，分区代号用该区的字母和数字表示，有时为了分析方便，也把数字区放在图的下面。CW6132型车床电气原理图CW6132型车床控制盘电器布置图CW6132型车床电气设备安装布置图CW6132型车床电气接线图2、继电接触器控制电路组成的基本规律一、自锁及互锁二、点动及连续运转三、多地联锁控制四、顺序控制五、自动循环用开关直接启动电动机图三相异步电动机单向运转控制电路“启保停”三相异步电动机正反向运转控制电路正停反、正反停点动、连续、多地联锁控制电路工作过程左图为主电路。工作时，合上刀开关 QS ，三相交流电经过

5、QS ，熔断起 FU ，接触器 KM 主触点，热继电器 FR 至三相交流电动机。图（ a ）为最简单的点动控制线路。起动按钮 SB 没有并联接触器 KM 的自锁触点，按下 SB ， KM 线圈通电，松开按钮 SB 时，接触器 KM 线圈又失电，其主触点断开，电动机停止运转。图（ b ）是带手动开关 SA 的点动控制线路。当需要点动控制时，只要把开关 SA 断开，由按钮 SB 2 来进行点动控制。当需要正常运行时，只要把开关 SA 合上，将 KM 的自锁触点接入，即可实现连续控制。 图（ c ）中增加了一个复合按钮 SB 3来实现点动控制。需要点动运行时，按下 SB3 点动按钮，其常闭触点先断开

6、自锁电路，常开触发后闭合接通起动控制电路，KM 接触器线圈得电，主触点闭合，接通三相电源，电动机起动运转。当松开点动按钮 SB 3 时， KM 线圈失电， KM 主触点断开，电动机停止运转。 若需要电动机连续运转，由停止按钮 SB 1 及起动按钮 SB 2 控制，接触器 KM 的辅助触点起自锁作用。 两台电动机顺序控制电路（如磨床、皮带运输机等）采用时间继电器的顺序启动控制线路机床工作台往复运动示意图自动往复循环控制电路3、常用基本控制电路1、星三角降压启动控制电路2、串电阻降压启动控制电路3、自耦变压器降压启动控制电路4、绕组换接的多速控制电路5、单向运转反接制动控制电路6、电动机可逆运行反

7、接制动控制电路7、单向运行全波整流能耗制动控制电路8、单向运行半波整流能耗制动控制电路1、星三角降压启动电路（）工作过程：首先合上刀开关QS，当接触器KM 1 及KM 3 接通时，电动机Y形起动。当接触器KM 1 及KM 2 接通时，电动机形运行。图（b）为控制电路，其工作过程分析如下: 线路中 KM 2 和KM 3 的常闭触点构成电气互锁，保证电动机绕组只能接成一种形式，即Y形或形，以防止同时连接成Y形及形而造成电源短路。 2、定子串电阻降压启动电路（Y）3、自耦变压器降压启动电路4、双速电动机三相绕组连接（a）图恒功率调速、 YY（YY）高速接法时，相邻两相的空间相位角为1200， （）低

8、速接法时 ，由于极数整加一倍，空间相位角为2400 。因此在电路上要改变相序，以保持电动机旋转方向不变。双速电动机调速控制电路 （b）图恒转矩调速、Y YY机械制动控制制动方法：机械制动：电磁抱闸、摩擦离合器电气制动：反接制动、能耗制动、再生制动、电容制动 1、机械制动：电动机切断电源后，利用机械装置使电动机迅速停止转动。 2、 机械制动装置：电磁抱闸、电磁离合器。（机械制动又有断电制动和通电制动之分） 图217是电磁抱闸的外形图。电磁抱闸主要有电磁铁和闸瓦制动器两部分。电磁铁由铁芯、衔铁和线圈组成；闸瓦制动器由闸轮、闸瓦、扛杆、弹簧和支座组成。3、原理：当电磁抱闸线圈通电时，吸合衔铁动作，克

9、服弹簧力推动扛杆，使闸瓦松开闸轮，电动机能正常运转。 当电磁抱闸线圈断电时，衔铁与铁芯分离，在弹簧的作用下，使闸瓦与闸轮紧紧抱住，电动机被迅速制动而停转。 图218为电磁抱闸断电制动的控制线路。图中YA为电磁抱闸电磁铁的线圈。 电磁抱闸断电制动工作原理：合上电源开关QS，按下按钮SB2，接触器KM线圈通电吸合，电磁抱闸线圈YA通电吸合，闸瓦松开闸轮，电动机起动。 制动时按下停止按钮SB1，接触器KM断电释放，电动机和电磁抱闸线圈YA同时断电，电磁抱闸在弹簧作用下，使闸瓦与闸轮紧紧抱住，电动机被迅速制动而停转。4、特点：安全可靠，能实现准确停车，不会因突然停电或电气故障而造成事故。广泛应用在起重

10、设备上。机械制动控制图电磁抱闸原理图反接制动原理图5、电动机单向运转反接制动电路说明6、电动机可逆运行反接制动控制电路6、可逆运行串电阻反接制动电路能耗制动原理图7、单向运行全波能耗制动控制电路说明（铣床、镗床、磨床）8、单向运行半波能耗制动控制电路同步电动机的起动控制 三相同步电动机主要用于拖动恒速旋转的大型机械设备，如空气压缩机、离心式水泵、送风机和球磨机等，它们的功率达数百乃至数千千瓦。 大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比具有明显的优点，首先是同步电动机的功率因数较高，它不仅不会使电网的功率因数降低，还能改善电网的功率因数，其次是对大功率低转速电动机，同步电动机的体积比异步电动机的

11、要小些。 同步电动机本身没有起动转矩，故不能自起动。为了解决起动问题，通常采用异步起动法进行起动，即在凸极同步电动机的转子磁极上装上起动绕组，其结构型式类似异步电动机的鼠笼绕组。这样，同步电动机的定子绕组接到电源上时，由起动绕组产生起动转矩，使电动机能自起动，这和异步电动机的起动过程是一样的。待转速接近同步转速时，再给同步电动机的励磁绕组通人直流电流，转子即可自动牵入同步，于是电动机以同步转速运行。 起动同步电动机时，励磁绕组不能开路，否则会在励磁绕组里感应出较高的电动势，有可能损坏绝缘；反过来，励磁绕组也不能直接短路，否则励磁绕组里感应的电流产生的转矩，有可能使电动机起动不到接近同步速的转速

12、。因此，同步电动机起动时，应在它的励磁绕组中串人大约510倍励磁绕组电阻值的附加电阻，待转速接近同步转速时，切除附加电阻并通人励磁电流。 同步电动机起动控制分成两个阶段：一是异步起动阶段，这时同步电动机的励磁绕组中串人附加电阻，定子绕组接人电源，开始起动；二是牵入同步阶段，当转速达到同步速的95时，切除附加电阻，投入直流励磁。对于电动机转速的监测，常用定子回路的电流或转子回路的频率等参数来间接反映。 图227为根据定子电流反映的转速来自动投入励磁电流的同步电动机起动控制线路。同步电动机的起动控制 工作原理：合电源开关QSl和QS2，按起动按钮SB2，接触器KMl通电吸合并自锁，定子绕组串人电阻

13、R1进行降压起动。起动时，定子电流较大，使得电流继电器KI动作，它的动合触点闭合使时间继电器KTl通电吸合，时间继电器KTl的延时断开动合触点瞬时闭合，使时间继电器KT2通电吸合，与此同时，KTl的延时闭合动断触点瞬时断开，避免接触器KM3和KM4误动作。 当电动机的转速接近同步速时，定子电流变小，电流继电器KI释放，时间继电器KTl断电释放，经过一段延时后，KTl的延时闭合动断触点闭合，使接触器KM3通电吸合并自锁，电动机在全压下继续起动，同时KTl的延时断开动合触点断开，使时间继电器KT2断电释放，再经一定延时后，KT2的延时闭合动断触点闭合，使接触器KM4通电吸合，把励磁绕组回路附加电阻

14、B3短接，并投人励磁。接触器KM4的动合触点闭合，把电流继电器KI的线圈短接，以防止电动机运转中因冲击电流而导致误动作。接触器KM4的动断触点断开，使接触器KMl断电释放，从而切断定子起动回路以及时间继电器KTl和KT2线圈的电源。 若按下停止按钮SB1，接触器KM3和KM4断电释放，分别切断定子与转子的电源，同步电动机停转。 线路中接触器KM2和电压继电器KA组成强励环节。当电源开关QS1合上时，电压继电器KA吸合，其动断触点使接触器KM2线圈电路不会被接通，所以接触器KM2不会吸合，同步电动机在正常的励磁下运行。 当电网电压降低时，同步电动机的矩角特性曲线发生变化，即电磁转矩变小，会使电动

15、机工作稳定性变差。所以在电网电压降低到某一定值时，让电压继电器KA释放，其动断触点闭合，使接触器KM2线圈通电吸合，其结果将直流发电机励磁回路串接的电阻R2短路，使直流发电机输出电压提高，同步电动机的励磁电流增加，并使电磁转矩增大，从而电动机能稳定运行。4、直流电动机的控制电路一、单向运转启动控制电路二、可逆运转启动控制电路三、直流电动机制动控制电路直流电动机电枢回路串电阻启动控制电路直流电动机可逆运转启动控制电路直流电动机单向运转能耗制动控制电路并励直流电动机可逆运行和反接制动控制电路5、电气控制电路的读图方法查线读图法、逻辑代数法。查线读图法步骤如下。 (1)了解生产工艺与执行电器的关系

16、在分析电气线路之前，应该了解生产设备要完成哪些动作，这些动作之间又有什么联系，即熟悉生产设备的工艺情况。必要时可以画出简单的工艺流程图，明确各个动作的关系。此外，还应进一步明确生产设备的动作与电路中执行电器的关系。 例如，车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供油润滑，即应保证在润滑泵电动机启动后才允许主拖动电机启动，也就是控制对象对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。图427所示为主拖动电动机与润滑泵电动机的联锁控制线路。其中电动机M2是拖动油泵供油的，M1是拖动车床主轴的。(2)分析主电路 在分析电气线路时，一般应先从主电路着手，看主电路由哪些控制元件构成，由主电路控制元件的电路结构分析电路的

17、功能，如是否有正反转控制、是否有启、制动要求、是否有调速要求等。 在图427所示的电气线路的主电路中，主拖动电动机Ml电路主要由接触器KM2的主触点和热继电器FRl组成。从图中可以断定，主拖动电动机M1采用全压直接启动。热继电器FRl作电动机M1的过载保护，并由熔断器FU担任短路保护。 (3)分析控制电路 分析控制电路一般是由上往下或由左往右阅读电路。设想按动了操作按钮(应记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态)，依各电器的得电顺序查对线路，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。还要继续追查执行元件带动机械运动时

18、，会使哪些信号元件状态发生变化，再查对线路，看执行元件如何动作。 在分析线路时，可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，逐一进行分析，然后把各环节串起来。 查线读图法的优点是直观性强，容易掌握。其缺点是分析复杂线路时易出错，叙述也较冗长。查线读图法举例用图6、电气控制电路中常用的保护环节短路保护、过电流保护、热保护、零电压和欠电压保护、弱磁保护及超速保护等。 一、短路保护 (1)熔断器保护较适用于动作准确度不高和自动化程度较差的系统中，如小容量的笼型异步电动机及小容量的直流电机。(2)过电流保护或低压断路器保护 线圈的动作电流可按下式计算。 IsK=1.2IsT，

19、式中Isk为过电流继电器或低压断路器的动作电流；IsT为电动机的启动电流。 为了能切断短路电流，接触器触点的容量不得不加大。二、过电流保护 不正确启动和过大的负载转矩常常引起电动机产生很大的过电流，由此引起的过电流一般比短路电流小。过大的冲击负载，使电动机流过过大的冲击电流以致损坏电动机的换向器。 同时，过大的电动机转矩也会使机械传动部件受到损伤，因此要瞬时切断电源。 在电动机运行中，产生过电流比发生短路的可能性更大，特别是在频繁启动和正反转的重复短时工作制的电动机。 过电流保护通常用在限流启动的直流电动机与绕线式异步电动机中。三、热保护：为了防止电动机因长期超载运行导致电机绕组的温升超过允许

20、值而损坏，所以要采取热保护。 特点：负载电流越大，电器动作时间越快，但又不应受电机启动电流的影响而误动作，通常用得最多的为热继电器。 由于热惯性的关系，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作。当电路中有810倍额定电流通过时，热继电器需l一3s才动作，这样在热继电器未动作之前，可能使热继电器的发热元件和电路中的其他设备已烧毁，所以在使用热继电器作热保护的同时，还必须装有熔断器或过电流继电器的短路保护装置。熔体额定电流不超过4倍热继电器发热元件额定电流。而过电流继电器的动作电流不应超过67倍热继电器发热元件的额定电流。热继电器发热元件的额定电流等于电动机额定电流。 如果电动机的环境温度比继电器的环境温度