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1、第四章 继电器接触器控制系统,第一节 电气控制线路图的阅读与绘制,电气控制线路是用导线将电动机、电器、仪表等电器元件按一定的要求和方式联系起来。并能实现某种功能的电气线路。为表达电气控制线路的组成、工作原理及安装、调试、维修等技术要求，需要用统一的工程语言即用图的形式来表示。在图上用不同的图形符号来表示各种电器元件。用不同的文字符号来进一步说明图形符所代表的电器元件的基本名称、用途、主要特征及编号等。因此，电气控制线路应根据简单易懂的原则，采用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来绘制。,一、常用电气设备图形符号及文字符号,电气控制系统图中，各种电气元件的图形符号和文字符号必须符合统一的国家
2、标准。国家标准GB4728-84电气图用符号及GB6988-87电气制图和GB7159-87电气技术中的文字符号制订通则，从1990年执行，电路图的绘制必须符合国家标准。,图形符号,图形符号是用于电气图中表示一个设备(如电动机)、元器件(如开关)或一个概念(如接地)的图形、标记或字符。,按照电路图中工作原理的要求可将一个设备分开绘于不同的地方，例如接触器线圈上标注字符KM后，接触器各触头上也标注字母KM，以表明它们是同一个接触器。,表3.1为常用图形符号，国家标准GB4728-85电气图用图形符号对每种元件的画法有较详细的规定。,表3.1 常用图形符号,返回,3、文字符号,元器件的文字符号，图
3、标中有明确规定，不能随心所欲，以便于读图与识图。常用的文字符号及常用的辅助文字符号如表3.2和表3.3所示。国家标准GB715987(电气技术中的文字符号制订通则)中有较详细的规定。,（1）基本文字符号用以表示电气设备、装置、元件以及线路的基本名称、特性。基本文字符号分为单字母和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类，例如：单字母“K”表示继电器、接触器这一大类。双字母符号由一个表示大类的单字母后跟另一表示该器件某些特性的字母，例如：“KM”、“KT”分别表示继电器、接触器类器件中的接触器、时间继电器。,（2）辅助文字符号是用以进一步表示电气设备、装置、元器件以及线路的功能、状
4、态和特性。通常用英文字母的前一两个字母表示，例“ON”表示闭合，“AC”表示交流。,（3）文字符号组合形式一般为基本符号(或辅助符号)加数字符号，如“KT1”表示第一个时间继电器，“FU2”表示第二组熔断器。,（4）特殊用途文字符号 电气工程图中一些特殊用途的接线端子、导线等，通常采用一些专用文字符号，如“L1、L2、L3、N”表示三相交流电源第一相、第二相、第三相及中性线；“U、V、W”表示交流系统设备第一相、第二相、第三相；“PE”表示保护接地。,表3.2 常用文字符号,返回,KA,KA,KV,KA,表3.3 常用辅助文字符号,返回,电气图中各电器的接线端子用规定的字母数字符号标记。按国家
5、标准GB402683电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则规定：三相交流电源的引入线用L1、L2、L3、N、PE标记。直流系统电源正、负极、中间线分别用L+、L与M标记。三相动力电器的引出线分别按U、V、W顺序标记。,4、端子标记,二、电气控制图的绘制原则,电气控制系统图一般有三种:电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图。,1、电气原理图,电气原理图的绘制规则,1、电路图在布局上按功能分开画出(即按主电路、控制电路、照明电路及信号电路分开绘制)，且按因果关系从左到右或从上到下布置，并尽可能按工作顺序排列。图3.1为一交流电动机三地起动控制电路原理图。通常主电路用粗实线表示，画
6、在左边(或上部)；辅助电路用细实线表示，画在右边(或下部)。,2、各电器元件不画实际的外形图，采用国家规定的统一标准来画，文字符号也采用国家标准。属于同一电器的线圈和触点，都要采用同一文字符号表示。对同类型的电器，在同一电路中的表示可在文字符号后加阿拉伯数字符号来区分。,5、无论是主电路还是控制电路，各电器元件般按动作顺序从上到下、从左到右依次排列、可水平布置或垂直布置。,6、有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线交叉处不能画黑圆点。,4、电路图中的所有电气元器件的可动部分通常表示在电器非激励或不工作的状态和位置。如继电器、接触器、制动器等的线圈处在非激励状态；
7、机械控制的行程开关和按钮在其未受机械压合的状态。,3、各电器元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电器元件的各部件根据需要可不画在一起，但文字符号要相同。,图3-1 连接导线(a)不合理的接线；(b)正确接线,图3-2 电器触点的连接(a)不合理的接线；(b)正确接线,图3-4 线圈不能串联连接,图3.1 交流电动机三地起动控制电路图,图中左半部为电动机的电源回路，也即电动机的能量输送部分，属于主要能量传输渠道，称为控制电路的主电路。,该图的右半部分控制元件的连接部分，主要是信号传输通道，为非能量传输部分，称为电路图的控制电路部分。,返回,电气原理图,FA109a清棉机主
8、电路,FA109a清棉机控制电路,电器布置图主要是用来表明电气设备上所有电器元件的实际位置，为生产机械电气控制设备的制造、安装提供必要的资料。通常电器布置图与电器安装接线图组合在一起，既起到电器安装接线图的作用，又能清晰表示出电器的布置情况。,2 电气元件布置图,FA006C往复式抓棉机,2、电气元件布置图,电气安装接线图是为安装电气设备、电器元件配线或检修电器故障服务的。它是用规定的图形符号表示各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的图样。安装接线图不仅要把同一电器的各个部件画在一起，而且各个部件的布置要尽可能符合电器的实际情况，但对比例和尺寸没有严格要求。图中的回路标号是电器设备之间、电
9、器元件之间、导线与导线之间的连接标记，和原理图中的标记必须保持一致。,3 电气安装接线图,FA006C往复式抓棉机,3、电气安装接线图,1、直接起动控制电路2、降压起动控制电路3、制动控制电路4、调速控制电路,第二节 继电器接触器基本控制电路,5、控制电路综合举例,电动机接通电源后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的起动。直接起动又叫全压起动，它是通过开关或接触器将额定电压直接加在电动机的定子绕组上，使电动机运转。优点是所需电气设备少，线路简单;缺点是起动电流大。小容最电动机(10KW及以下)可以直接起动。判断一台交流电动机能否采用直接起动，可根据下面的经验公式来确定:,式中：I
10、q电动机的起动电流(A)；IN电动机的额定电流(A)符合本公式，可以直接起动;不符合本公式，则应降压起动。,一、三相笼式异步电机的直接起动控制电路,1、手动正转控制电路,2、点动正转控制电路,3、自保持正转控制电路,4、热保护正转控制电路,5、正反转控制电路,6、行程控制电路,7、顺序控制电路,8、多地控制电路,用瓷底胶盖闸刀开关、转换开关或铁壳开关控制电动机的起动和停止。如图4.1所示,这种线路比较简单，对容量较小，起动不频繁的电动机来说，是经济方便的起动控制方法。但在容量较大、起动频繁的场合不能使用，因为容易烧坏开关，控制也不方便。,图4.1 手动起动控制电路,1、手动正转控制电路,用按钮
11、和接触器点动控制电动机正转的示意图和原理图,图4.2 点动正转控制电路,（b）原理图,（a）实物示意图,KM,KM,2、点动正转控制电路,A,B,C,KM,FU,QS,B,C,KM,SB,点动控制,动作过程,控制电路,主电路,控制回路改为下方？,如果要使上述点动控制线路中的电动机长期运行，起动按钮SB必须终始用手按住，是很不方便的。为了实现电动机的连续运行，则需要用接触器的一个动合辅助触点并联在按钮的两端；又为了可以将电动机停止，在控制电路中再串联一个停止按钮（黑线的任意位置）。b)、c)为标准接法。,图4.3 自保持控制电路,没有停止按钮的自保持电路 停止优先的自保持电路 优先的自保持电路
12、另一种停止优先的自保持电路,1,1,1,1,2,2,2,3、自保持正转控制电路,电动机连续运行,自保的作用,图4.4 具有热保护的控制电路,当电动机过载、堵转或断相等都会引起定子绕组电流过大，热继电器根据电流的热效应，而使热继电器FR动作，即FR的动断辅助触点断开，则使KM线圈断电释放，从而KM主触点断开，切断电动机电源。,由于热继电器的发热元件有热惯性，即使通过它的电流超过额定电流好几倍，它也不会瞬时动作，所以它只能作过载保护，而异步电动机的短路保护还需要依靠熔断器。,4、热保护正转控制电路,电机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小。此时熔断器起不了保护作用，应加热继电器，进行
13、过载保护。,过载保护,方法：加热继电器。,KM,SB1,KM,SB2,FR,A,B,C,KM,FU,QS,FR,电流成回路，只要接两相就可以了。,异步机的直接起动+过载保护,QS,FR,方法一：用复合按钮。,点动+连续运行,主电路,控制电路,SB,KA,SB1,KA,SB2,FR,KM,KA,方法二：加中间继电器（KA）。,FR,以下控制电路能否实现既能点动、又能连续运行,思考,不能点动！,要改变三相交流电动机转向只需调换三相电源进线中的任意两根即可，因此控制电动机正反转时，主回路可采用两只接触器，三相电源通过两接触器后，有两相电源线进行了调换。一个接触器吸合时，电动机为一个转向；另一只接触器
14、吸合时，电动机为另一个转向。,图4.7 正反转控制电路,不完善的正反转控制电路不能直接切换的正反转控制电路,5、正反转控制电路,电机的正反转控制,A,B,C,KMF,FU,QS,FR,（1）接触器联锁正反转控制线路（电气联锁）,图4.8 接触器联锁正反转控制电路,线路要求接触器1KM和2KM不能同时通电，否则，它们的主触点便同时闭合，将造成电源相间短路。为此，在接触器1KM与2KM线圈各自的支路中相互串联了对方的一副常闭辅助触点，以保证接触器1KM和2KM不会同时通电。1KM与2KM的这两副常闭辅助触点在线路中所起的作用称为联锁(或互锁)，这两副触点叫做联锁触点。,电机的正反转控制 加互锁,互
15、锁作用：正转时，SBR不起作用；反转 时，SBF不起作用。从而避免两触发器 同时工作造成主回路短路。,KMF,SB1,KMF,SBF,FR,KMR,KMR,（2）按钮联锁正反转控制线路（机械联锁）,它的特点是：当需要改变电动机的转向时，只要直接按下反转拨钮2SB就行了，而不必先按停止按钮3SB。,图4.9 按钮联锁正反转控制线路,这种线路操作虽方便，但是容易产生短路故障。例如当1 KM主触点发生熔焊或有杂物卡住时，即使其线圈断电，主触点也可能分断不开。此时，若按下2SB，2KM线圈通电，其主触点闭合，这就发生了1KM和2KM的主触点同时闭合的情况，必然使电源两相短路，因此，单用复合按钮联锁的线
16、路不够安全。,（3）按钮和接触器双重联锁正反转控制线路,图4.10 按钮接触器双重联锁正反转控制线路,把上述两种线路的优点结合起来，就组成了图4.10所示的具有双重联锁的正反转控制线路。,KMF,SB1,KMF,SBF,FR,KMR,KMR,KMR,KMF,电机的正反转控制双重互锁,6、行程控制电路,行程控制电路（1）,（反向运行同样分析）,行程控制(2)-自动往复运动,正程,逆程,小 车,工作要求：1.能正向运行也能反向运行 2.到位后能自动返回,自动往复运动控制电路,在装有多台电动机的生产机械上，各电动机爪起的作用不同，有时需要按一定的顺序起动才能保证操作过程的合理和工作的安全可靠。图4.
17、13是降湿机顺序起动电路图，KM1串接在KM2支路中，KM1先起动，KM2后起动。,图4.13 降湿机顺序起动电路图,7、顺序控制电路,控制要求：1.M1 起动后，M2才能起动 2.M2 可单独停,顺序控制,顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。,控制电路,不可以!两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头（KM1）的负荷过重。,主电路,控制电路,KM1,SB1,SB2,KT,FR,KM1,KM2,KM2,KT,SB2,主电路同前,控制电路,顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。,实现M1起动后M2延时起动的顺序控制，用以下电路可不可以？,不可以！继电器、接触器的
18、线圈有各自的额定值，线圈不能串联。,有时需要从多个地方控制一台设备，并且两个地方都能使其起动和停止。,图4.16 电动机两地控制电路,8、多地控制电路,例如：甲、乙两地同时控制一台电机。,方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。,多地点控制,KM,FU,QS,失压保护,方法：采用继电器、接触器控制。,当电动机的容最较大，不能进行直接起动，应采用降压起动。降压起动是将电源电压适当降低后，再加到电动机定子绕组上进行起动，当电动机起后，再使电压恢复到额定值。降压起动的目的在于减小起动电流，但起动转矩也将降低，因此，降压起动仅适用于空载或轻载下的起动。三相鼠笼式电动机常用的降压起动方法有:定子绕组串联电
19、阻（或电抗器）起动；星行三角行起动；自耦变压器降压起动和延边三角行起动。,第三节 常用基本控制电路,一、定子绕组串联电阻（或电抗器）起动,二、星形三角形(Y-）降压起动控制线路,三、自藕变压器降压起动控制线路,串联电阻(或电抗器)降压起动是在电动机定子绕组电路中串入电阻（或电抗器)，起动时利用串入的电阻(或电抗器)起降压限流作用，待电动机转速升到一定值时，将电阻(或电抗器)切除，使电动机在额定电压下稳定运行。,图4.19 手动接触器控制的串电阻降压起动控制电路,1、手动接触器控制线路,一、定子绕组串联电阻（或电抗器）起动,2、时间继电器自动控制线路,起动时只需按一次起动按钮SB1由起动到全压运
20、行是由时间继电器自动完成。由于时间继电器动作时间可调，一旦调整好动作时间，则电动机由起动过程转换成运行就能准时地进行。,图4.20 时间继电器控制的串电阻降压起动控制线路,额定运行为形接法且容量较大的电动机，可以采用Y一起动法。起动时绕组作Y形连接，待转速升高到一定值时，改为形连接，直到稳定运行。,图4.21 按钮切换Y一降压起动控制电路,1、按钮切换控制线路,二、星形三角形(Y-）降压起动控制线路,2、时间继电器自动切换控制线路,图4.22 时间继电器自动切换Y-降压起动控制线路,KM,FU,QS,FR,A,x,B,y,C,z,主电路,电机的Y起动,Y 转换完成,4.23 自耦变压器降压起动
21、原理图,起动时，合上电源开关书QS1，将开关QS2扳向“起动”位置，使电源加到自耦变压器T上，而电动机定子绕组与自耦变压器的抽头连接，电动机进入降压起动阶段。待电动机转速上升至一定值时，再将QS2迅速扳向“运行”位置，使电动机直接与电源相接，在额定电压下正常运行。,三、自藕变压器降压起动控制线路,时间继电器控制起动补偿器降压起动,图4.23 时间继电器控制起动补偿器降压起动线路,起动转矩大，可用抽头调节自耦变压器的变比以改变起动电流和起动转矩的大小。缺点是需要一个庞大的自耦变压器，不允许频繁起动。,四、双速异步电动机的控制线路,1、双速异步电动机定子绕组的联接,定子绕组的连接方法如图4.34所
22、示。其中（a）图为电动机的三相绕组接成三角形联接，3个电源线连接在接线端U1、V1、W1，每根绕组的中点接出的接线端U2,、V2、W2空着不接，此时电动机磁极为4极，同步转速为1500r/min。,此时电动机定子绕组为双YY连接，磁极为2极，同步转速为3000r/min，须注意，从种接法改为另一种接法时，为了保证旋转方向不变，应把电源相序反过来。,要使电动机以高速工作时，只需把电动机绕组接线端U1、V1、W1连接在一起，三相电源分别接到U2、V2、W2的三个接线端上，如图4.34(b)所示。,图4.34 双速电动机定子绕组接线图,KM2,反接制动是将运动中的电动机电源反接(即将任意两根相线接法
23、交换)以改变电动机定子绕组中的电源相序，从而使定子绕组的旋转磁场反向，转子受到与原旋转方向相反的制动力矩而迅速停转。其基本原理如图4.28所示。,图4.28反接制动原理图,五、反接制动控制电路,速度继电器,单向起动反接制动控制,当制动到转子转速接近零时，如不及时切断电源，如电动机将会反向旋转。为防止到零时反向旋转，一般的反接制动控制电路中常利用速度继电器进行自动控制。R为限流电阻，KM1为正转接触器，KM2为反接制动接触器，KA速度继电器与电机M用虚线相连表示同轴。,图4.29 单向起动反接制动控制线路,KA,KA,反接制动电路,KM1,R,KM2,KA,图4.30 能耗制动原理图,在电动机脱
24、离三相交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，利用转子感应电流受静止磁场的作用以达到制动的目的。,制动：QS断开，转子因惯性运转，SA合上，定子绕组接通直流电压，产生一个静止磁场，转动的转子绕组产生感应电动势（如图4.28所示），根据左手定则，转子形成的转矩与转子的运动方向相反。,六、能耗制动控制电路,1、无变压器半波整流能耗制动控制,容量10KW以下的电动机，可采用无变压器半波整流能耗制动自动控制线路，如图4.31,图4.31 无变压器半波整流能耗制动控制线路,2、有变压器全波整流能耗制动控制,10 KW以上的电动机的能耗制动一般采用有变压器全波整流能耗制动的自动控制线路其线路如图4.32
25、所示。,图4.32 有变压器全波整流能耗制动控制线路,第四节 直流电动机的控制线路,一、直流电动机的起动控制线路直流电机起动时转速为零，反电动势为零，电源电压全部加在电枢绕组上，电枢绕组阻值很小，通过的电流很大（1020IN），将导致电机换向器和电枢绕组的损坏，同时大电流产生的转矩和加速度对机械部件产生很大的冲击。可以在励磁绕组上加恒定电压，在电枢绕组上串电阻，以限制起动电流。,一、单向运转起动控制,二、可逆运转起动控制,二、直流电动机的正反转控制,由直流电动机的原理知，改变直流电动机的方向有两种方法：一是改变电枢电流方向；二是改变励磁电流的方向。,1、改变电枢绕组中的电流方向,适用于并励和他
26、励直流电动机。,图450 并励直流电动机正反转控制线路,2、改变励磁绕组中的电流方向,适用串励直流电动机。,图451 串励直流电动机正反转控制主电路,三、直流电动机的制动控制,1、能耗制动,2、反接制动,控制电路综合举例,例一：运料小车的控制,设计一个运料小车控制电路，同时满足以下要求：1.小车启动后，前进到A地。然后做以下往复运动：到A地后停2分钟等待装料，然后自动走向B。到B地后停2分钟等待卸料，然后自动走向A。2.有过载和短路保护。3.小车可停在任意位置。,运料小车控制电路,KMR,STa、STb 为A、B 两端的限位开关,KTa、KTb 为 两个时间继电器,主回路,读图方法：认门牌,该
27、电路的问题：小车在两极端位置时，不 能停车，停车按钮不能保持。,动作过程,SBFKMF小车正向运行至A端撞STa KTa 延时2分钟KMR 小车反向运行至B端撞STb KTb 延时2分钟KMF 小车正向运行如此往反运行。,KMF,KMF,FR,KMR,SB1,STa,STa,KTa,STb,KTb,KMR,KMR,KMF,STb,KTa,KMF,KMF,KMR,FR,STa,STb,KTb,KMR,KTa,KMR,KMF,STb,SB1,SB2,加中间继电器（KA）实现任意位置停车的要求,例二：工作台位置控制,起动后工作台控制要求：,工作台位置控制电路,设计步骤：,（4）电气元件分配,工作台位置控制电路,该电路有何问题？,电路的改进方法同前：,加中间继电器（KA）,继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：,小 结,1、首先了解工艺过程及控制要求；2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的 控制关系；3、主电路、控制电路分开阅读或设计；4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而 右的顺序进行读图或设计；5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都 叫相同的名字；6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状态表示；7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。,
