電工電子技術(shù)第5章繼電接觸器控制系統(tǒng)

電工電子技術(shù)基礎(chǔ)主編李中發(fā)2023/1/11電工電子技術(shù)第5章繼電-接觸器控制系統(tǒng)常用控制電器的動作原理及其控制作用鼠籠式三相異步電動機(jī)典型控制電路的工作原理安全用電常識學(xué)習(xí)要點(diǎn)2023/1/11電工電子技術(shù)第5章繼電-接觸器控制系統(tǒng)5.1常用控制電器5.2三相異步電動機(jī)的基本控制電路5.3安全用電2023/1/11電工電子技術(shù)5.1常用控制電器對電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)的電工設(shè)備叫做控制電器。控制電器的種類很多，按其動作方式可分為手動和自動兩類。手動電器的動作是由工作人員手動操縱的，如刀開關(guān)、組合開關(guān)、按鈕等。自動電器的動作是根據(jù)指令、信號或某個物理量的變化自動進(jìn)行的，如各種繼電器、接觸器、行程開關(guān)等。2023/1/11電工電子技術(shù)5.1.1手動電器1、刀開關(guān)刀開關(guān)又叫閘刀開關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，或用來將電路與電源隔離，有時也用來控制小容量電動機(jī)的直接起動與停機(jī)。刀開關(guān)由閘刀（動觸點(diǎn)）、靜插座（靜觸點(diǎn)）、手柄和絕緣底板等組成。刀開關(guān)的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙極和三極；按結(jié)構(gòu)分為平板式和條架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機(jī)構(gòu)式和電動操作機(jī)構(gòu)式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。刀開關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負(fù)荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。刀開關(guān)的額定電壓通常為250v和500v，額定電流在1500a以下。2023/1/11電工電子技術(shù)安裝刀開關(guān)時，電源線應(yīng)接在靜觸點(diǎn)上，負(fù)荷線接在與閘刀相連的端子上。對有熔斷絲的刀開關(guān)，負(fù)荷線應(yīng)接在閘刀下側(cè)熔斷絲的另一端，以確保刀開關(guān)切斷電源后閘刀和熔斷絲不帶電。在垂直安裝時，手柄向上合為接通電源，向下拉為斷開電源，不能反裝，否則會因閘刀松動自然落下而誤將電源接通。刀開關(guān)的選用主要考慮回路額定電壓、長期工作電流以及短路電流所產(chǎn)生的動熱穩(wěn)定性等因素。刀開關(guān)的額定電流應(yīng)大于其所控制的最大負(fù)荷電流。用于直接起停3kw及以下的三相異步電動機(jī)時，刀開關(guān)的額定電流必須大于電動機(jī)額定電流的3倍。2023/1/11電工電子技術(shù)2、組合開關(guān)組合開關(guān)又叫轉(zhuǎn)換開關(guān)，是一種轉(zhuǎn)動式的閘刀開關(guān)，主要用于接通或切斷電路、換接電源、控制小型鼠籠式三相異步電動機(jī)的起動、停止、正反轉(zhuǎn)或局部照明。組合開關(guān)有若干個動觸片和靜觸片，分別裝于數(shù)層絕緣件內(nèi)，靜觸片固定在絕緣墊板上，動觸片裝在轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而變更通、斷位置。2023/1/11電工電子技術(shù)3、按鈕按鈕主要用于遠(yuǎn)距離操作繼電器、接觸器接通或斷開控制電路，從而控制電動機(jī)或其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。按鈕的觸點(diǎn)分常閉觸點(diǎn)（動斷觸點(diǎn)）和常開觸點(diǎn)（動合觸點(diǎn)）兩種。常閉觸點(diǎn)是按鈕未按下時閉合、按下后斷開的觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)是按鈕未按下時斷開、按下后閉合的觸點(diǎn)。按鈕按下時，常閉觸點(diǎn)先斷開，然后常開觸點(diǎn)閉合；松開后，依靠復(fù)位彈簧使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來的位置。按鈕內(nèi)的觸點(diǎn)對數(shù)及類型可根據(jù)需要組合，最少具有一對常閉觸點(diǎn)或常開觸點(diǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)5.1.2自動電器1、熔斷器熔斷器主要作短路或過載保護(hù)用，串聯(lián)在被保護(hù)的線路中。線路正常工作時如同一根導(dǎo)線，起通路作用；當(dāng)線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護(hù)線路上其他電器設(shè)備的作用。選擇熔體額定電流的方法如下：（1）電燈支線的熔體：熔體額定電流≥支線上所有電燈的工作電流之和。（2）一臺電動機(jī)的熔體：熔體額定電流≥電動機(jī)的起動電流÷2.5如果電動機(jī)起動頻繁，則為：熔體額定電流≥電動機(jī)的起動電流÷(1.6~2)（3）幾臺電動機(jī)合用的總?cè)垠w：熔體額定電流=(1.5~2.5)×容量最大的電動機(jī)的額定電流+其余電動機(jī)的額定電流之和2023/1/11電工電子技術(shù)2、斷路器斷路器又叫自動空氣開關(guān)或自動開關(guān)，它的主要特點(diǎn)是具有自動保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生短路、過載、欠電壓等故障時能自動切斷電路，起到保護(hù)作用。斷路器主要由觸點(diǎn)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)元件3部分組成。主觸點(diǎn)靠操作機(jī)構(gòu)（手動或電動）來閉合。開關(guān)的脫扣機(jī)構(gòu)是一套連桿裝置，有過流脫扣器和欠壓脫扣器等，它們都是電磁鐵。主觸點(diǎn)閉合后就被鎖鉤鎖住。在正常情況下，過流脫扣器的銜鐵是釋放著的，一旦發(fā)生嚴(yán)重過載或短路故障，線圈因流過大電流而產(chǎn)生較大的電磁吸力，把銜鐵往下吸而頂開鎖鉤，使主觸點(diǎn)斷開，起到了過流保護(hù)作用。欠壓脫扣器的工作情況與之相反，正常情況下吸住銜鐵，主觸點(diǎn)閉合，電壓嚴(yán)重下降或斷電時釋放銜鐵而使主觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)。電源電壓正常時，必須重新合閘才能工作。2023/1/11電工電子技術(shù)3、行程開關(guān)行程開關(guān)也稱為位置開關(guān)，主要用于將機(jī)械位移變?yōu)殡娦盘?，以?shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)動的電氣控制。當(dāng)機(jī)械的運(yùn)動部件撞擊觸桿時，觸桿下移使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合；當(dāng)運(yùn)動部件離開后，在復(fù)位彈簧的作用下，觸桿回復(fù)到原來位置，各觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)。4、交流接觸器線圈通電時產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下，使常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。線圈斷電后電磁吸引力消失，依靠彈簧使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來的狀態(tài)。2023/1/11電工電子技術(shù)根據(jù)用途不同，交流接觸器的觸點(diǎn)分主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。主觸點(diǎn)一般比較大，接觸電阻較小，用于接通或分?jǐn)噍^大的電流，常接在主電路中；輔助觸點(diǎn)一般比較小，接觸電阻較大，用于接通或分?jǐn)噍^小的電流，常接在控制電路（或稱輔助電路）中。有時為了接通和分?jǐn)噍^大的電流，在主觸點(diǎn)上裝有滅弧裝置，以熄滅由于主觸點(diǎn)斷開而產(chǎn)生的電弧，防止燒壞觸點(diǎn)。接觸器是電力拖動中最主要的控制電器之一。在設(shè)計(jì)它的觸點(diǎn)時已考慮到接通負(fù)荷時的起動電流問題，因此，選用接觸器時主要應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的額定電流來確定。如一臺y112m-4三相異步電動機(jī)，額定功率4kw，額定電流為8.8a，選用主觸點(diǎn)額定電流為10a的交流接觸器即可。除電流之外，還應(yīng)滿足接觸器的額定電壓不小于主電路額定電壓。2023/1/11電工電子技術(shù)5、繼電器繼電器是一種根據(jù)特定輸入信號而動作的自動控制電器，其種類很多，有中間繼電器、熱繼電器、時間繼電器等類型。（1）中間繼電器中間繼電器通常用來傳遞信號和同時控制多個電路，也可用來直接控制小容量電動機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，與交流接觸器的主要區(qū)別是觸點(diǎn)數(shù)目多些，且觸點(diǎn)容量小，只允許通過小電流。在選用中間繼電器時，主要是考慮電壓等級和觸點(diǎn)數(shù)目。2023/1/11電工電子技術(shù)（2）熱繼電器下層金屬膨脹系數(shù)大，上層的膨脹系數(shù)小。當(dāng)主電路中電流超過容許值而使雙金屬片受熱時，雙金屬片的自由端便向上彎曲超出扣板，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)是接在電動機(jī)的控制電路中的，控制電路斷開便使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機(jī)的主電路。2023/1/11電工電子技術(shù)（3）時間繼電器通電延時空氣式時間繼電器利用空氣的阻尼作用達(dá)到動作延時的目的。吸引線圈通電后將銜鐵吸下，使銜鐵與活塞桿之間有一段距離。在釋放彈簧作用下，活塞桿向下移動。在傘形活塞的表面固定有一層橡皮膜，活塞向下移動時，膜上面會造成空氣稀薄的空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移。當(dāng)空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入時，活塞才逐漸下移。移動到最后位置時，杠桿使微動開關(guān)動作。延時時間即為從電磁鐵吸引線圈通電時刻起到微動開關(guān)動作時為止的這段時間。通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的大小就可調(diào)節(jié)延時時間。吸引線圈斷電后，依靠復(fù)位彈簧的作用而復(fù)原。空氣經(jīng)出氣孔被迅速排出。此時間繼電器有兩個延時觸點(diǎn)：一個是延時斷開的常閉觸點(diǎn)，—個是延時閉合的常開觸點(diǎn)，此外還有兩個瞬動觸點(diǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2三相異步電動機(jī)的基本控制電路通過開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器等電器觸點(diǎn)的接通或斷開來實(shí)現(xiàn)的各種控制叫做繼電-接觸器控制，這種方式構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)稱為繼電-接觸器控制系統(tǒng)。典型的控制環(huán)節(jié)有點(diǎn)動控制、單向自鎖運(yùn)行控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制、時間控制等。電動機(jī)在使用過程中由于各種原因可能會出現(xiàn)一些異常情況，如電源電壓過低、電動機(jī)電流過大、電動機(jī)定子繞組相間短路或電動機(jī)繞組與外殼短路等等，如不及時切斷電源則可能會對設(shè)備或人身帶來危險，因此必須采取保護(hù)措施。常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、零壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.1簡單起停控制1、點(diǎn)動控制2023/1/11電工電子技術(shù)合上開關(guān)s，三相電源被引入控制電路，但電動機(jī)還不能起動。按下按鈕sb，接觸器km線圈通電，銜鐵吸合，常開主觸點(diǎn)接通，電動機(jī)定子接入三相電源起動運(yùn)轉(zhuǎn)。松開按鈕sb，接觸器km線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)因斷電而停轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)2、直接起?？刂疲?）起動過程。按下起動按鈕sbl，接觸器km線圈通電，與sb1并聯(lián)的km的輔助常開觸點(diǎn)閉合，以保證松開按鈕sbl后km線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的km的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。（2）停止過程。按下停止按鈕sb2，接觸器km線圈斷電，與sbl并聯(lián)的km的輔助常開觸點(diǎn)斷開，以保證松開按鈕sb2后km線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的km的主觸點(diǎn)持續(xù)斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)與sbl并聯(lián)的km的輔助常開觸點(diǎn)的這種作用稱為自鎖。圖示控制電路還可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)、過載保護(hù)和零壓保護(hù)。起短路保護(hù)的是串接在主電路中的熔斷器fu。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立即熔斷，電動機(jī)立即停轉(zhuǎn)。起過載保護(hù)的是熱繼電器fr。當(dāng)過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將其常閉觸點(diǎn)斷開，使接觸器km線圈斷電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的km的主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。同時km輔助觸點(diǎn)也斷開，解除自鎖。故障排除后若要重新起動，需按下fr的復(fù)位按鈕，使fr的常閉觸點(diǎn)復(fù)位（閉合）即可。起零壓（或欠壓）保護(hù)的是接觸器km本身。當(dāng)電源暫時斷電或電壓嚴(yán)重下降時，接觸器km線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點(diǎn)自行復(fù)位，切斷電源，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，同時解除自鎖。2023/1/11電工電子技術(shù)3、正反轉(zhuǎn)控制2023/1/11電工電子技術(shù)（1）正向起動過程。按下起動按鈕sbl，接觸器km1線圈通電，與sbl并聯(lián)的km1的輔助常開觸點(diǎn)閉合，以保證kml線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的km1的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動機(jī)連續(xù)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）停止過程。按下停止按鈕sb3，接觸器kml線圈斷電，與sbl并聯(lián)的km1的輔助觸點(diǎn)斷開，以保證kml線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的kml的主觸點(diǎn)持續(xù)斷開，切斷電動機(jī)定子電源，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。（3）反向起動過程。按下起動按鈕sb2，接觸器km2線圈通電，與sb2并聯(lián)的km2的輔助常開觸點(diǎn)閉合，以保證km2線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機(jī)回路中的km2的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動機(jī)連續(xù)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。特別注意km1和km2線圈不能同時通電，因此不能同時按下sbl和sb2，也不能在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，或在電動機(jī)反轉(zhuǎn)時按下正轉(zhuǎn)起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。2023/1/11電工電子技術(shù)帶電氣聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路將接觸器km1的輔助常閉觸點(diǎn)串入km2的線圈回路中，從而保證在kml線圈通電時km2線圈回路總是斷開的；將接觸器km2的輔助常閉觸點(diǎn)串入km1的線圈回路中，從而保證在km2線圈通電時kml線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)kml和km2保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方式稱為聯(lián)鎖或者互鎖，這兩個輔助常開觸點(diǎn)稱為聯(lián)鎖或者互鎖觸點(diǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)存在問題：電路在具體操作時，若電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕sb3，使聯(lián)鎖觸點(diǎn)kml閉合后按下反轉(zhuǎn)起動按鈕sb2才能使電動機(jī)反轉(zhuǎn)；若電動機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕sb3，使聯(lián)鎖觸點(diǎn)km2閉合后按下正轉(zhuǎn)起動按鈕sbl才能使電動機(jī)正轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)同時具有電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路采用復(fù)式按鈕，將sb1按鈕的常閉觸點(diǎn)串接在km2的線圈電路中；將sb2的常閉觸點(diǎn)串接在kml的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，在km2線圈通電之前就首先使km1斷電，從而保證km1和km2不同時通電；從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的情況也是一樣。這種由機(jī)械按鈕實(shí)現(xiàn)的聯(lián)鎖也叫機(jī)械聯(lián)鎖或按鈕聯(lián)鎖，2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.2行程控制1、限位控制當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動部件到達(dá)預(yù)定的位置時壓下行程開關(guān)的觸桿，將常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈斷電，使電動機(jī)斷電而停止運(yùn)行。2023/1/11電工電子技術(shù)2、自動往返控制按下正向起動按鈕sb1，電動機(jī)正向起動運(yùn)行，帶動工作臺向前運(yùn)動。當(dāng)運(yùn)行到sq2位置時，擋塊壓下sq2，接觸器kml斷電釋放，km2通電吸合，電動機(jī)反向起動運(yùn)行，使工作臺后退。工作臺退到sql位置時，擋塊壓下sql，km2斷電釋放，km1通電吸合，電動機(jī)又正向起動運(yùn)行，工作臺又向前進(jìn)，如此一直循環(huán)下去，直到需要停止時按下sb3，kml和km2線圈同時斷電釋放，電動機(jī)脫離電源停止轉(zhuǎn)動。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.3時間控制星形-三角形換接起動控制2023/1/11電工電子技術(shù)按下起動按鈕sbl，時間繼電器kt和接觸器km2同時通電吸合，km2的常開主觸點(diǎn)閉合，把定子繞組連接成星形，其常開輔助觸點(diǎn)閉合，接通接觸器kml。kml的常開主觸點(diǎn)閉合，將定子接入電源，電動機(jī)在星形連接下起動。kml的一對常開輔助觸點(diǎn)閉合，進(jìn)行自鎖。經(jīng)一定延時，kt的常閉觸點(diǎn)斷開，km2斷電復(fù)位，接觸器km3通電吸合。km3的常開主觸點(diǎn)將定子繞組接成三角形，使電動機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。與按鈕sbl串聯(lián)的km3的常閉輔助觸點(diǎn)的作用是：當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，該常閉觸點(diǎn)斷開，切斷了kt、km2的通路，即使誤按sb1，kt和km2也不會通電，以免影響電路正常運(yùn)行。若要停車，則按下停止按鈕sb3，接觸器kml、km2同時斷電釋放，電動機(jī)脫離電源停止轉(zhuǎn)動。2023/1