1、电工技术,第12章 继电接触器控制系统,引例,铣床电气控制,汽车起重机电气控制,本章教学内容,12.1 常用低压电器 12.2 电气原理图的绘制原则 12.3 三相异步电动机基本控制电路,本章重点内容,常用低压电器的特性三相异步电动机基本控制电路,第12章 继电接触器控制系统,应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触器控制。 实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。,低压电器在电路中一般起开关作用，它们的接通或断开是某种外力作用的结果，如人力、弹力、电磁力、机械撞击力等。,12.1 常用低压电器
2、,刀开关,12.1 常用低压电器（续1）,按钮,触点的动作顺序：按下按钮，则动断触点先断开，动合触点后闭合；松开按钮，在复位弹簧的作用下，则动合触点先断开，动断触点后闭合。,12.1 常用低压电器（续2）,熔断器,12.1 常用低压电器（续3）,作用：用于短路保护。结构：熔体、外壳。种类：插入式、螺旋式、管式、填料式 。额定电流 ： 2 A 600 A。,自动空气开关,自动空气开关又称断路器，它的主要特点是具有自动保护功能，当发生短路、过载、欠压等故障时能自动切断电源。,12.1 常用低压电器（续4）,锁钩,主触点手动闭合,衔铁释放,自动空气开关原理图,连杆装置,释放弹簧,12.1 常用低压电
3、器（续5）,交流接触器,功能：用来接通或切断电动机或其他负载的主电路的一种控制电器。,原理：利用电磁吸力工作 的自动电器。,12.1 常用低压电器（续6）,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,动断触点,动合触点,弹簧,12.1 常用低压电器（续7）,交流接触器各个触点的动作顺序与按钮相同，电磁铁的吸引线圈通电时产生的电磁力将使动断触点先断开、动合触点后闭合；电磁铁断电时依靠弹簧的弹力使动合触点先复位(即断开)、动断触点后复位(即闭合)。,12.1 常用低压电器（续8）,中间继电器,中间继电器的结构和工作原理与交流接触器的基本相同，但它们的用途有所不同。交流接触器主要用来接通和断开主
4、电路，中间继电器则主要用在控制电路中，用以弥补交流接触器辅助触点的不足。,12.1 常用低压电器（续9）,热继电器,热继电器是一种利用电流的热效应原理进行工作的过载保护电器。,发热元件串联在主电路中，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,结构原理图,双金属片,常闭触头,12.1 常用低压电器（续10）,12.1 常用低压电器（续11）,由于热惯性，双金属片的温度升高需要一定的时间。热继电器不会因电动机过载而立即动作，这样既可发挥电动机的短时过载能力，又能保护电动机不致因过载时间长而出现过热的危险。基于同样的原因，
5、当发热元件通过较大电流、甚至短路电流时也不会立即动作。因此，它只能用作过载保护，不能用作短路保护。,12.1 常用低压电器（续12）,行程开关,行程开关是将机械运动部件的行程、位置信号转换成电信号的自动电器。行程开关的类型很多。直动式行程开关的工作原理与按钮类似。当电动机带动机械设备上的档块撞击到行程开关的触杆时，行程开关触点动作，其动断触点断开、动合触点闭合；档块离开后，行程开关的触点依靠弹簧的弹力复位。,12.1 常用低压电器（续13）,时间继电器,时间继电器是一种定时元件，当其计时装置开始工作并计时到达预定时间后，延时触点开始动作，接通或断开电路(即延时接通或延时断开)。,12.1 常用
6、低压电器（续14）,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,12.1 常用低压电器（续15）,断电延时的空气式时间继电器结构示意图,断电延时 动断触点,断电延时 动合触点,空气式时间继电器的延时范围大(有 0.460s和0.4180s两种)。结构简单，但准确度较低。,12.1 常用低压电器（续16）,时间继电器的瞬时触点动作与中间继电器的触点动作相同，当时间继电器通电或断电时，触点立即动作。通电延时触点则在时间继电器通电并延迟到预定时间后才动作，断电时，触点立即动作。断电延时触点的动作与通电延时触点的动作相反，时间继电器通电时断电延时触点立即动作，断电后需延迟到预定时间断电延时触点才动作。,12
7、.2 电气原理图的绘制原则,绘制原则,主电路和辅助电路分别绘制。电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。电器元件的布局，应根据便于阅读的原则安排。 在同一电器元件的不同部件处标注同一文字符号。 电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。 尽量减少线条和避免线条交叉 。一般交流接触器线圈的工作电压为380V或220V 。线圈不能串联。,12.3 三相异步电动机基本控制电路,点动控制,控制电路,主电路,M3 ,动合主触点,起动按钮,动铁心,静铁心,3 ,M3 ,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续1）,工作原理：首先合上开关Q，为电动机的起动做好准备；按下起动按
8、钮SB，接触器KM的线圈通电，其主触点闭合，电动机M通电起动运转；松开按钮SB，接触器KM的线圈断电，其主触点断开，电动机M断电停止运转。该电路实现了一点就动，松手就停的控制功能，即点动功能。,操作和动作次序：,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续2）,直接起停控制,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续2A）,直接起停控制,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续3）,两地控制,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续3A）,三地控制,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续4）,正反转控制,机械互锁：SB1、SB2均用复合按钮,正反转控制,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续4A
9、）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续5）,顺序控制,许多生产机械都装有多台电机，根据生产工艺的要求，其中有些电动机需要按一定的顺序起动；或者既要按一定的顺序起动，又要按一定的顺序停车；或者不能同时工作，等等。例如，车床主轴电动机必须在油泵电动机工作后才能起动，以便在进刀时能可靠地进行冷却和润滑。这就要求采用顺序控制。,例如有两台电动机M1和M2，要求M1起动后，M2才能起动，M2停车后，M1才能停车。,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续6）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续6A）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续7）,行程控制,生产中由于工艺和安全的要求，常常要求
10、控制某些机械的行程和位置。例如，龙门刨床的工作台要求进行往复运动，桥式起重机运行到轨道的端头要求自动停车。像这类的行程控制可以利用行程开关来实现。,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续8）,下图为用行程开关控制工作台自动往返的示意图。行程开关SQ1和SQ2分别控制工作台左右移动的行程，由安装在工作台侧面的档块A、B撞击，使工作台自动往返。其工作行程和位置由档块位置来调整。当SQ1或SQ2失灵时，SQ3和SQ4起作用，防止工作台超出极限位置而发生严重事故。,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续9）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续9A）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续1
11、0）,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控制。例如，笼形异步电动机的星形三角形降压起动控制，电动机的能耗制动控制，几台电动机按时间顺序的起停控制等，都需要采用时间继电器来进行时间控制。,笼形异步电动机的星形三角形降压起动控制，要求在起动时电动机采用星形联接，经过一段延时，当电动机的转速上升到一定值时，再将其换接成三角形联接。,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续11）,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续12）,电动机在由星形联接切换到三角形联接的过程中，电动机有短暂的时间断电，在断电的过程中，电动机的转速有所下降，但到再次通电时还有一定的转速。在工作过程中，KT线圈
12、始终是通电的。当需要电动机停止运行时，按下停止按钮SB2即可。 本控制电路是在KM1断电的情况下进行星形三角形换接，这样可以避免在KM3的主触点尚未断开、因KM2主触点闭合而造成的电源短路；同时KM3的主触点在无电的情况下断开，不会发生电弧，可延长其使用寿命。,12.3 三相异步电动机基本控制电路（续12A）,实例： C650车床电气控制,1. 车床结构及运动形式,结构图,加工示意图,实例（续1）,车床运动形式,实例（续2）,2. 电力拖动及控制要求,1）正常加工时一般不需反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件旋转速度与刀具的进给速度要保持严格的比例关系，为此主轴的转动和溜板箱的移动由同一台电动
13、机拖动。主电动机M1（功率为20kW），采用直接起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，C650-2车床的正反向停车采用速度继电器控制的电源反接制动。,实例（续3）,2）电动机M2拖动冷却泵。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的联锁保护。3）快速移动电动机M3。为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架和溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制
14、起停。4）采用电流表检测电动机负载情况。,实例（续4）,5）车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。,实例（续5）,3. 车床电气控制系统分析,实例（续6）,1） 主电路分析,电动机M1电路接线分为三部分，第一部分由正转控制交流接触器KM1和反转控制交流接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线；,第二部分为一电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，以监视电动机绕组工作时的电流变化，为防止电流表被起动电流冲击损坏
15、，利用一时间继电器的延时动断触点，在起动的短时间内将电流表暂时短接；,第三部分为一串联电阻限流控制部分，交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的起动电流造成电动机过载，串入限流电阻R，保证电路设备正常工作。,速度继电器KV的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触点可将控制电路中反接制动相应电路切断，完成停车制动。,实例（续7）,2） 控制电路分析,松开SB2KM1断电，电动机断开电源，停车。,按下SB2KM1线圈通电,主触点闭合，电动机经限流电阻接通电源，在低速下起动,A）主电动机M1的点动调整控制,实例
16、（续8）,2）控制电路分析,按下起动按钮SB3KM3和KT线圈通电,正转,B）主电动机M1的正、反转控制,KM3主触点动作使电阻被短接 KM3动合辅助触点闭合使KA通电,KA动合辅助触点闭合（57）使接触器KM1通电，电动机在全压下起动。,KM1辅助动合触点（511）闭合、KA的动合触点闭合（311、57）使KM1自锁。,实例（续9）,2）控制电路分析,起动按钮为SB4，控制过程与正转类似。,反转,B）主电动机M1的正、反转控制,实例（续10）,2）控制电路分析,设主电动机原为正转运行，停车时按下停止按钮SB1,C）主电动机M1的反接制动控制,接触器KM3断电KM3主触点断开，限流电阻R串入主
17、回路,实例（续11）,KA动断触点（327）闭合，由于此时电动机转速较高，KV-2为闭合状态，故KM2通电，实现对电动机的电源反接制动,当电动机转速接近零时，KV-2动合触点断开，KM2断电，电动机断开电源，制动结束。,实例（续12）,转动刀架快速移动手柄压动限位开关SQ接触器KM5通电，KM5主触点闭合，M3接通电源起动。,D）刀架的快速移动与冷却泵控制,实例（续13）,监视主回路负载情况,防止起动、停止、点动对电流表的冲击,电路还设置了工作照明灯。照明灯的电压为安全电压36V,E）其他辅助环节,继电接触器控制系统的特点,继电接触器控制系统具有结构简单、容易掌握、价格便宜等优点，能满足大部分
18、电气顺序逻辑控制的要求，在工业控制领域中曾经占据着主导地位。但是继电接触器控制系统也有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱，难以实现较复杂的控制；它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，易出故障；当生产工艺或控制对象需要改变时，原有的接线和控制柜就需要更换，所以通用性和灵活性较差。,继电接触器控制系统的特点,现代社会要求制造业对市场需求反应迅速，能生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可编程序控制器)就是顺应这一要求出现的。PLC将继电接触器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点与计算机的功能完善、灵活性和通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程，这是很大的变化和改进。 PLC的功能强大、使用方便，已经成为工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的几乎所有领域都得到了广泛的使用，当前PLC已基本取代继电接触器控制系统。,后续课程：可编程序控制器原理与应用,
