第 2章 继电器 — 接触器控制系统
? 2.1 电器基础知识
2.2 电气控制线路基本环节
2.3 电动机的保护环节
2.4 电气控制线路设计的常见问题
2.5 电气控制线路的一般设计方法
2.6设计举例
习题与思考题 2
? 机床不仅需要有电动机拖动。而且还需要一套控制装
置,即各类电器,用以实现各种工艺要求。电器就是
控制电的器具,它能接通或断开电路以实现电路或非
电对象的切换、控制、保护和调节。机床中的控制电
器多居低压电器.它是指工作在交直流 1200v以下的电
路中的电气设备。
? 电器的种类很多,分类的方法也很多。按用途可分以
下三类:
? (1)信号及控制电器 用于发送控制指令及实现控
制电路中逻辑运算、延时等功能的电器。如:按钮开
关、行程开关、刀开关、中间继电器、时间继电器、
速度继电器。
? (2)执行电器 用于完成传动或实现某种动作的电器。
如:接触器、电磁阔、电磁离合器。
? (3)保护电器 用于保护电路及用电设备的电器。如:
溶断器、热继电器、电流 (压 )继电器。
1.信号及控制电器
? ( 1)非自动切换信号及控制电器
? 1)按钮( SB) 按钮的作用是发布命令,控制其他电器的
动作,短时接通或断开小电流。在控制电路中用于远距
离操纵接触器、继电器等从而控制电动机的起动、反转、
停止。常态时,动断 (常闭 )触点闭合,动合 (常开 )触点断
开。按下按钮,动断 (常闭 )触点断开,动合 (常开 )触点闭
合,松开按钮,在复位弹簧作用下使触点复位。为避免
误动作,将钮帽做成不同的颜色来区别,如以红色作为
停止按钮,绿色作为起动按钮。。按钮的选择根据所需
的触点数、触点型式及颜色选用。
? 2)刀开关( Q) 刀开关又名闸刀,主要用于接通和切断
长期工作设备的电源。刀开关的种类很多,根据通路的
数量可分为单极、双极和三极。一般刀开关的额定电压
不超过 500V。额定电流有 10A到上千安培多种等级,有
的刀开关附有熔断器。主要根据电源种类、电压等级、
工作电流、所需极数选择刀开关。
? 3) 行程开关( ST) 行程开关又称为限位开关。是一种
根据运动部件的行程位置而切换电路的电器,用于反
映机构的运动方向或所在位置,可实现行程控制及极
限位置的保护。行程开关分为有触点式和无触点式两
种,常见无触点式行程开关为高频振荡型接近开关,
它是由装在运动部件上的一个金属片接近或离开振荡
线圈来实现控制的。接近开关有使用寿命长、操作频
率高、定位精度好、反应迅速的特点,有触点行程开
关动作原理与按钮类似,动作时碰按行程开关的顶杆。
按结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。直动式
结构简单,因其触点的分合速度取决于挡块的移动速
度,当挡块的移动速度低于 0.4m/ min时,触点切断太
慢,使电弧在触点上停留太长,易于烧蚀触点。此时
可以选用有盘形弹簧机构能瞬时动作的滚轮式行程开
关,其特点是通断时间不受挡块的移动速度的影,动
作快;缺点是结构复杂,价格高。为克服直动式结构
的问题,还可以选用有弯片状弹簧的微动式行程开关,
这种行程开关更为灵巧,敏捷,缺点是不耐用。
( 2)自动切换信号及控制电器
? 自动切换信号及控制电器是指主要借助电磁力或某个
物理量的变化自动进行切换的电器,如电磁继电器等。
继电器主要用于传递控制信号,其触点通常接控制电
路中。继电器种类很多,电气控制系统中常用的主要
有电磁式中间继电器、速度继电器、时间继电器。继
电器的工作特点是阶跃式的输入输出特性,
见图 2-1。当继电器输入量由零增加到 x2以前,继电器
输出为零;当输入量 x增加到 x2时,继电器吸合,通过
其触点的输出量突变为 y1并保持不变。若 x再增加,输
? 出 y1不变。当 x减少到 x1时,继电器释放。输出 y从 y1
降到零。 x再小,输出仍为零。
图 2-1继电器特性曲线
? 1)中间继电器( K) 中间继电器也是一种电压继电器,
其主要用途是进行电路的逻辑控制或实现触点的转换
和扩展 (增加触点的数量和容量 ),故触点的数量多 (可
多达六对或更多 ),触点通断电流大 (额定电流 5A~
10A),动作灵敏 (功作时间小于 0.5s)。
? 2)速度继电器( KS) 速度继电器是测量转速的元件。
它能反映转动的方向以及是否停转、因此广泛用于异
步电动机的反接制动中。其结构和工作原理与笼型电
动机类似,主要有转子、定子和触点三部分。其中转
子是圆柱形永磁铁,与被控旋转机构的轴连接,同步
旋转。定于是笼形空心圆环,内装有笼形绕组、它套
在转子上,可以转动一定的角度。当转子转动时,在
绕组内感应出电动势和电流,此电流和磁场作用产生
扭矩使定子柄向旋转方向转动、拨动簧片使触点闭合
或断开。当转子转速接近零 (约 100r/min),扭矩不足
于克服定子柄重力.触点系统恢复原态。 JYl速度继
电器结构原理图 如图 2-2所示 。
图 2-2 JYl速度继电器结构原理图
(1.转子 2轴 3.定子 4.绕组 5.定子柄 6.静触点 7.动触点 8.簧片 )
2,执行电器
? 3)时间继电器( KT) 时间继电器是用来定时的电器件。
按工作方式可分为通电延时动作型和断电延时动作型两类;
按动作原理分为空气阻尼型、电磁式、电动机式、半导体
式。常见空气阻尼型时间继电器有 JS7-A 型。延时范围为
0.4~ 180s。
接触器是一种接通或切断电动机或其他负载主电路的自动
切换电器 。 它是利用电磁力来使开关打开或断开的电器, 适用
于频繁操作, 远距离控制强电电路, 并具有低压释放的保护性
能 。 接触器通常分为交流接触器和直流接触器 。 其主要结构包
括触点系统, 电磁机构, 灭弧机构以及反作用弹簧等 。 其工作
原理是当线圈得电后, 衔铁被吸合, 带动三对主触点闭合, 接
通电路, 辅助触点也闭合或断开;当线圈失电后, 衔铁被释放,
三对主触点复位, 电路断开, 辅助触点也断开或闭合 。 选择接
触器主要考虑以下参数,( 1)触点通断电源种类:交流或直流;
( 2)主触点额定电压和电流; ( 3)辅助触点种类, 数量及触点
额定电流; ( 4)电磁线圈的电源, 种类及频率 。
? (2) 电磁阀
电磁阀由阀体和电磁铁组成,在气动或液动的系
统中用来控制流向、流速与通断。阀门的开闭由电
磁铁推动滑阀移动操纵的,即控制电磁铁就是控制
电磁阀。电磁阀一般无辅助触点,需借助中间继电
器传递逻辑关系。电磁阀的结构性能用其位置数和
通路数表示,“位”是指滑问位置,“通”是指流
体的通道数,常用的有两位三通、两位四通、三位
五通等。两位四通电磁阀结构图和功能符号如图 2-3
所示。
图 2-3 二位四通电磁阀结构图和功能符号
3.保护电器
? (1) 熔断器 (FU)
熔断器是一种在短路或严重过载时利用熔化作用而切
断电路的保护电器,它主要由熔体和熔断管组成。其
中熔体既是敏感元件又是执行元件。由易溶金属制成,
熔断管用瓷、玻璃或硬制纤维制成。
熔断器种类很多,常见有,插入式、螺旋式、封闭管式
和自复式。选择熔断器,主要选择熔断器的额定电压、
熔断器额定电流等级和熔体的额定电流。对没有冲击
电流的电路,熔体的额定电流应稍大于线路工作电流,
对有冲击电流的电路,熔体的额定电流应取为最大电
流的 0.4倍。
? (2) 热继电器( KR)
热继电器是利用电流热效应原理进行 ]作的 — 种保
护电器、它在电路中主要 用于过载保护。电动机具备
一定的过载能力,在实际运行中,只要过载不严重,
时间较短,温升不超过容许值,电动机仍能工作。若
过载严重,时间长,使电动机温升过高,会老化绕组
绝缘,严重时还会使绕组烧毁,因此电动机长时间工
作需过载保护装置。但热继电器有惯性、对短时间大
电流不会立即动作、不能用于短路保护。热继电器的
选挥主要是根据电动机的额定电流来确定型号与规格,
热继电器元件的额定电流应接近或赂大于电动机的额
定电流。在一般情况下,可选用两相结构的热继电器。
在恶劣工作环境可选用三相结构的热继电器。
? (3) 电流 (电压 )继电器
电流继电器的作用是反映电路中电流的变化,需将
其线圈串在被测电路中,为不影响电路正常工作,要
求线圈的匝数少、导线粗、阻抗小。电压继电器的作
用是反映电路中电压的变化,和电流继电器相比其线
圈要并联在被测电路,故要求线圈的匝数多、导线细。
电流 (电压 )继电器主要用于保护电路中,按其用途又可
分为过电流 (电压 )继电器和欠电流 (电压 )继电器。前者
是电流或电压超过规定值时衔铁吸合,后者是电流或
电压低于规定值时衔铁释故。
2.2 电气控制线路基本环节
? 1.电路控制线路的绘制原则
电气线路根据电流和电压的大小可分为主电路和控
制电路。主电路是流过大电流或高电压的电路,如电
动机所在的电路;控制电路是流过小电流或低电压的
电路,如接触器和继电器的线圈所在电路以及耗能低
的保护电路、联锁电路。电气控制线路的表示方法有
三种:
(1) 电气设备安装图
表示各种电气设备在机床、机械设备和电气控制拒
的实际安装位置。各电气元件的安装位置是由机床结
构和工作要求决定的,如电动机要和被拖动的机械部
件在一起,行程开关应放在要取得信号的地方,操作
元件放在操作方便的地方,一般电气元件放在电气控
制拒内。
(2) 电气设备接线图
表示电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应把各
电器的各个部分 (如触点与线圈 )画在一起,文字符号、元
件连接顺序、线路号码编制必须与电气原理图一致。电气
设备接线图和安装图用于安装接线、检查维修和施工。
(3)电气控制原理图
电气控制原理图表示电气控制线路的工作原理、以及各
电气元件的作用和相互关系,而不考虑电气设备的实际安
装位置和实际接线情况。在绘制电气控制原理图时,一般
应遵循以下原则 (以图 2-4为例 ):
1)所有电动机、电器等元件都应采用国家最新统一规定
的图形符号和文字符号来表示。
2)电器控制线路分主电路和控制电路。一般主电路画在
左侧或上方,控制电路画在右侧或下方。
3)同一电路的不同部分 (如线圈、触点 )分散在图中不同部
位。
4)电气控制线路的全部触点均按,平常状态”给出,
“平常状态”对于接触器、继电器等是指线圈未通电时的
触点状态,对按钮行程开关等是指没有受到外力时的触点
状态。
2,电气控制线路基本环节
? 任何一个复杂的电气控制线路、总是由一些基本的控
制环节、辅助环节和保护环节组成,根据生产工艺的
要求,按