電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200）課件 1任務(wù)3 如何實現(xiàn)電動機Y-△降壓啟動控制

電氣控制與PLC任務(wù)3如何實現(xiàn)電動機Y-△降壓啟動控制任務(wù)3如何實現(xiàn)電動機Y-△降壓啟動控制學(xué)習(xí)任務(wù)要完成該任務(wù)，必須具備以下知識：1．熟悉電動機Y-△降壓啟動控制電路的工作原理。2．掌握時間繼電器使用方法。3．能依據(jù)電氣控制原理圖完成接線。4.掌握Y-△降壓啟動控制線路故障的分析和檢查方法。相關(guān)知識

1.常用低壓電器--繼電器

繼電器是一種常用的控制電器，是根據(jù)某種輸入信號的變化來接通或斷開小電流控制電路，實現(xiàn)遠距離自動控制。

（1）繼電器與接觸器的區(qū)別

繼電器一般由感測機構(gòu)、中間機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)三個基本部分組成。

無論繼電器的輸入量是電氣量或非電氣量，繼電器工作的最終目的是控制觸點的分斷或閉合，從而控制電路的通斷。從這一點來看繼電器與接觸器的作用是相同的，但它與接觸器又有區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

1）所控制的線路不同，繼電器主要用于小電流電路，反映控制信號。其觸點通常接在控制電路中，觸點容量較?。ㄒ话阍?A以下），且無滅弧裝置，不能用來接通和分斷負載電路；而接觸器用于控制電動機等大功率、大電流電路及主電路，一般需要加有滅弧裝置。

2）輸信號不同，繼電器的輸入信號可以是各種物理量，如電壓、電流、時間、速度、壓力等，而接觸器的輸入量只有電壓。

（2）繼電器的分類

繼電器的分類方法很多，常用的分類方法如下。

按輸入量的物理性質(zhì)可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時間繼電器、速度繼電器、溫度繼電器等。

按工作原理可分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器等。

按輸出形式可分為有觸點繼電器、無觸點繼電器等。

按用途可分為電力拖動系統(tǒng)用控制繼電器和電力系統(tǒng)用保護繼電器。相關(guān)知識

（3）常用繼電器

電磁式繼電器。電磁式繼電器廣泛用于電力拖動系統(tǒng)中，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相似，如圖1-49所示，由電磁機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)等組成。因通斷電流小，只用于控制回路，無滅弧裝置，體積小、動作靈敏、觸點的種類和數(shù)量較多。相關(guān)知識圖1-49電磁式繼電器的外形圖

電磁式繼電器的電磁系統(tǒng)主要有直動式和拍合式兩種類型。交流繼電器的電磁機構(gòu)有U形拍合式和E形直動式，直動式的繼電器和小容量的接觸器結(jié)構(gòu)相似。其結(jié)構(gòu)如圖1-50所示。電磁系統(tǒng)為拍合式，鐵心7和鐵軛為一整體，減少了非工作氣隙；極靴8為一圓環(huán)套在鐵心端部；銜鐵6制成板狀，繞棱角轉(zhuǎn)動；線圈不通電時，銜鐵靠反作用彈簧2作用而打開。圖1-50電磁式繼電器結(jié)構(gòu)圖1-底座2-反作用彈簧3、4-調(diào)節(jié)螺釘5-非磁性墊片6-銜鐵7-鐵心8-極靴9-電磁線圈lO-觸點系統(tǒng)

電磁式繼電器按動作原理分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器和時間繼電器。

1）電流繼電器。輸入量為電流的繼電器稱為電流繼電器。電流繼電器的線圈串聯(lián)在被測電路中，根據(jù)通過線圈電流值的大小而動作。為降低負載效應(yīng)和對被測量電路參數(shù)的影響，其線圈的導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、線圈阻抗小。

電流繼電器分為過電流繼電器和欠電流繼電器。當繼電器中的電流超過某一整定值，如超過交流過電流繼電器的額定電流1.1～4倍或超過直流過電流繼電器的額定電流0.7～3.5倍時，觸點動作的為過電流繼電器，此類繼電器在通過正常工作電流時不動作，主要用于頻繁和重載起動場合，作為電動機和主電路的短路和過載保護。

當繼電器中的電流低于某整定值，如低于額定電流的10%～20%時，繼電器釋放，稱為欠電流繼電器，此類繼電器在通過正常工作電流時，銜鐵吸合，觸點動作，這種繼電器常用于直流電動機和電磁吸盤的失磁保護。

電流繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有：

動作電流Iq：使電流繼電器開始動作所需的電流值。

返回電流If：電流繼電器動作后返回原狀態(tài)時的電流值。

返回系數(shù)Kf：返回值與動作值之比，Kf=If／Iq。

圖1-51為電流繼電器的圖形與文字符號。

（a）過電流繼電器

（b）欠電流繼電器圖1-51電流繼電器的圖形與文字符號

2）電壓繼電器。輸入量為電壓流的繼電器稱為電壓繼電器。電壓繼電器的線圈并聯(lián)在被測電路中，根據(jù)通過線圈電壓值的大小而動作。其線圈的匝數(shù)多，線徑細、阻抗大。按線圈中電流的種類可分為交流電壓繼電器和直流電壓繼電器，按吸合電壓大小不同，電壓繼電器又分為過電壓、欠電壓和零電壓繼電器三種。

過電壓繼電器在電路電壓正常時釋放，當電路電壓超過額定電壓的1.1～1.5倍，即發(fā)生過電壓故障時，過電壓繼電器吸合動作，實現(xiàn)過電壓保護；由于直流電路不會發(fā)生波動較大的過電壓現(xiàn)象，所以沒有直流過電壓繼電器產(chǎn)品。欠電壓、零電壓繼電器在電路電壓正常時吸合，而當電路電壓低于額定電壓的0.4～0.7倍，發(fā)生欠壓；當電路電壓低于額定電壓的0.05～0.25倍，發(fā)生零壓，此時繼電器時釋放，實現(xiàn)欠壓和失壓保護。

圖1-52為電壓繼電器的圖形與文字符號。

圖1-52電壓繼電器的圖形與文字符號

3）中間繼電器。中間繼電器是用來增加控制電路輸入的信號數(shù)量或?qū)⑿盘柗糯蟮囊环N繼電器，其實質(zhì)上為電壓繼電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同，其觸點數(shù)量較多（一般有4副常開4副常閉，共8對），沒有主輔之分，觸點容量較大（額定電流為5～10A），動作靈敏。其主要用途是：當其它繼電器的觸點數(shù)量或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大觸點數(shù)目或增加觸點容量，起到中間轉(zhuǎn)換作用。圖1-53為中間繼電器的外形和結(jié)構(gòu)圖。圖1-53中間繼電器的外形和結(jié)構(gòu)圖1-靜鐵芯2-短路環(huán)3-動鐵芯4-常開觸頭5-常閉觸頭6-復(fù)位彈簧7-線圈8-反作用彈簧

常用的中間繼電器有JZ7和JZ8兩種系列。JZ7為交流中間繼電器，JZ8為交直流兩用。中間繼電器的選用主要由控制電路的電壓等級和所需觸點數(shù)量來決定。圖1-54為中間繼電器的圖形與文字符號。圖1-54中間繼電器的圖形與文字符號

4）時間繼電器。時間繼電器是一種按照所需時間延時動作的控制電器，用來協(xié)調(diào)和控制生產(chǎn)機械的各種動作，主要用于時間原則的順序控制電路中。按工作原理與構(gòu)造不同，時間繼電器可分為電磁式、電動式、空氣阻尼式、晶體管式和數(shù)字式等。按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型兩種。在控制電路中應(yīng)用較多的是空氣阻尼式、晶體管式和數(shù)字式時間繼電器。

空氣阻尼式時間繼電器。又稱氣囊式時間繼電器，如圖1-55所示，為JS7系列空氣阻尼式時間繼電器，其結(jié)構(gòu)簡單，受電磁干擾小，壽命長，價格低。延時范圍可達0.4～180s，但其延時誤差大（±10％～±20％），無調(diào)節(jié)刻度指示，難以精確整定延時值。因此，空氣阻尼式時間繼電器只適用于對延時精度要求不高的場合。(a)外形

(b)結(jié)構(gòu)圖1-55JS7系列時間繼電器1-線圈2-反作用彈簧3-銜鐵4-靜鐵芯5-彈簧片6-瞬時觸點7-杠桿8-延時觸點9-調(diào)節(jié)螺釘lO-推板11-推桿12-寶塔彈簧

空氣阻尼式時間繼電器主要由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、氣室和傳動機構(gòu)四部分組成，電磁機構(gòu)為雙E直動式，觸點系統(tǒng)采用微動開關(guān)，氣室和傳動機構(gòu)采用氣囊式阻尼器。它是利用空氣阻尼原理來獲得延時的，分通電延時和斷電延時兩種類型。對于通電延時型時間繼電器，如圖1-56(a)所示。

若將通電延時型時間繼電器的電磁機構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°后安裝，可得到如圖1-56(b)所示的斷延時型時間繼電器。其工作原理與通電延時型相似，微動開關(guān)15是在線圈斷電后延時動作的。

（a）通電延時型

（b）斷電延時型圖1-56空氣阻尼式時間繼電器工作原理圖1-線圈2-靜鐵芯3-銜鐵4-反作用彈簧5-推板6-活塞桿7-杠桿8-寶塔彈簧9-弱彈簧10-橡皮膜11-空氣室壁12-活塞13-調(diào)節(jié)螺桿14-進氣孔15、16-微動開關(guān)

電磁式時間繼電器。如圖1-57所示，為直流JT3系列電磁式時間繼電器，其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，延時時間較短，一般為0.3～5.5s，只能用于斷電延時，且體積較大。

電動式時間繼電器。如JS10、JS11、JS17系列，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，壽命短，但精度較高，且延時時間較長，一般為幾分鐘到數(shù)個小時。圖1-58所示，為JS10系列電動式時間繼電器。圖1-57JT3系列電磁式時間繼電器圖1-58JS10系列電動式時間繼電器

晶體管式時間繼電器。又稱半導(dǎo)體式時間繼電器，如圖1-59所示，為JS20系列晶體管式時間繼電器，它是利用RC電路電容充電時，電容電壓不能突變，按指數(shù)規(guī)律逐漸變化的原理獲得延時，具有體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便、延時長和耐振動等特點。延時范圍從0.1～3600s，但由于受RC延時原理的限制，使抗干擾能力弱。

數(shù)字式時間繼電器。如圖1-60所示，為JS14C系列的數(shù)字式時間繼電器，是由集成電路構(gòu)成，采用LED顯示的新一代時間繼電器，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定、延時精確度高、延時范圍廣、體積小、功耗低、調(diào)整方便、讀數(shù)直觀等優(yōu)點。延時范圍為0.01秒～99小時99分。圖1-59JS20系列晶體管式時間繼電器圖1-60JS14C系列數(shù)字式時間繼電器圖1-61時間繼電器的圖形和文字符號1-通電延時線圈2-通電延時的常閉觸頭3-通電延時的常開觸頭4-斷電延時線圈5-斷電延時的常閉觸頭6-斷電延時的常開觸頭7-瞬動常開觸頭8--瞬動常閉觸頭

1.三相異步電動機Y-△降壓啟動控制

（1）控制要求

按下電動機的啟動按鈕，電動機進行星接啟動，經(jīng)過5s后，電動機切換到三角形連接，并保持連續(xù)旋轉(zhuǎn)。按停止按鈕，電動機停止轉(zhuǎn)動。電路設(shè)有短路、過載、欠壓和失壓保護。

（2）訓(xùn)練要達到的目的

1）熟悉三相異步電動機Y-△降壓啟動控制的原理。

2）掌握時間繼電器、接觸器等低壓電器的使用方法。

3）掌握Y-△降壓啟動控制線路的接線方法。

4）掌握Y-△降壓啟動控制線路的檢查方法。任務(wù)實施

（3）控制要求分析

要實現(xiàn)電動機的Y-△降壓啟動控制，需要正常運行時為△形接法的電動機、三個交流接觸器、一個時間繼電器和啟動、停止兩個控制按鈕，啟動按鈕并聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)。按下啟動按鈕SB1，電動機應(yīng)進入Y接的降壓啟動，經(jīng)過5s后，電動機切換到△形連接，并保持連續(xù)旋轉(zhuǎn)。按停止按鈕，電動機停止轉(zhuǎn)動。在Y接和△接轉(zhuǎn)換過程中，需要電氣互鎖保護。

（4）實訓(xùn)設(shè)備

空氣開關(guān)、時間繼電器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、控制按鈕、接線端子和小功率三相異步電動機。任務(wù)實施

（5）設(shè)計步驟

1）電路設(shè)計與原理分析。圖1-62所示為時間繼電器控制的Y-△降壓啟動電路。圖中KM1的作用是電源引入，KM2的作用是將電動機接成△形連接，KM3的作用是將電動機接成Y形連接，KT為實現(xiàn)Y-△轉(zhuǎn)換的時間繼電器。

圖1-62時間繼電器控制的Y-△降壓啟動電路

1．常用低壓電器--固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器（solidstaterelays）,簡稱SSR，是采用固體半導(dǎo)體元件組裝而成的一種無觸點開關(guān)，它是利用電子元件如大功率開關(guān)三極管、單向可控硅、雙向可控硅、功率場效應(yīng)管等半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，實現(xiàn)無觸點、無火花的接通和斷開電路。所以它比電磁式繼電器具有開關(guān)速度快、動作可靠、使用壽命長、噪聲低、抗干擾能力強和使用方便等一系列優(yōu)點。因此，它不僅在許多自動控制系統(tǒng)中取代了傳統(tǒng)電磁式繼電器，而且廣泛用于數(shù)字程控裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、計算機終端接口和可編程控制器的輸入輸出接口電路中，尤其適用于動作頻繁、防爆耐振、耐潮、耐腐蝕等特殊工作環(huán)境中。知識拓展

（1）固態(tài)繼電器的分類

固態(tài)繼電器按切換負載性質(zhì)的不同分類，有直流固態(tài)繼電器(DC-SSR）和交流固態(tài)繼電器（AC-SSR），如圖1-63所示；按控制觸發(fā)信號方式分類，有源觸發(fā)型和無源觸發(fā)型，交流固態(tài)繼電器有過零型和非過零型；按輸入與輸出之間的隔離形式分類，可分為光電隔離型、變壓器隔離型和混合型，以光電隔離型為最多。知識拓展

（a）

（b）

（c）圖1-63固態(tài)繼電器的外形與符號（a）直流固態(tài)繼電器