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继电器控制

第一篇电器控制

电器控制技术在生产过程、科学研究及其他各个领域的应用十制广泛。

电器控制技术涉及面很广，各种电器控制设备种类繁多，功能各异，但其控制原理、基本线路、设计基础是类似的。

第一章常用低压电器

作用：

电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。

在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。

电器分类：

1．按工作电压工作等级分

高压电器：

交流电压≥1200V，直流电压≥1500V（高压断路器）

低压电器：

交流额定电压<1200V（50Hz,60Hz），直流电压<1500V

（接触器、继电器）

2．按动作原理分

手动电器：

人手操作发出动作指令的电器（按钮、开关）

自动电器：

产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器（接触器、继电器等）

3．按用途分（常用此种分类方法）

控制电器：

用于控制电路和控制系统的电器（接触器、继电器）

配电电器：

用于电能的输送和分配的电器（高压断路器、低压断路器、低压隔离器等）

主令电器：

用于发送动作指令的电器（按钮）

保护电器：

用于保护电路和用电设备的电器（熔断器、热继电器）

执行电器：

用于完成某种动作或传送功能的电器（电磁铁、电磁离合器）

举例说明：

图中：

380V电压对主电路和控制电路进行供电。

QS--------------低压隔离器---------用于输送和分配电能--------------配电电器

KM--------------接触器-------------用于控制电机运行----------------控制电器

SB1、SB2--------按钮---------------用于发送启动、停止指令----------主令电器

FU、FU1、FU2----熔断器-------------用于短路或过电流保护------------保护电器

FR--------------热继电器-----------用于电动机过载保护--------------保护电器

KM--------------接触器（另一个作用）用于电动机欠电压保护-----------保护电器

1.1接触器

作用：

用于频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路；

能实现远距离控制，并具有欠电压保护。

一、结构和工作原理

结构：

电磁系统：

动铁心、静铁心、电磁线圈

触点系统：

主触点、辅助触点

常开触点、常闭触点

灭弧装置：

迅速熄灭电弧

工作原理：

线圈通电---静铁心产生电磁力吸引动铁心----带动动触点动作=====常开触点---闭合、常闭触点---断开；

线圈断电---电磁力消失--弹簧作用动铁心复原--带动动触点动作=====常开触点---断开、常闭触点---闭合。

图形、文字符号：

二、交、直流接触器的特点

交流接触器：

线圈中通交流电，主触点接通、切断交流主电路

直流接触器：

线圈中通直流电，主触点接通、切断直流主电路

注意：

一般地，主触点接于主电路（有灭弧装置，能分断大电流），辅助触点和线圈接于控制电路，对电路起控制作用。

三、技术参数

符号意义：

CJ20-□□/□□

如何选择接触器：

▲交、直流选择

▲主触点额定工作电压≥负载电路电压

▲主触点额定工作电流≥负载电路电流

▲线圈的额定电压与控制回路相一致（≥85%）

▲触点数量满足控制系统要求

1.2继电器

作用：

用于控制和保护电路中作信号转换用。

当输入信号变化到某一定值时，继电器动作，输出电路便接通或断开控制回路。

分类：

电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。

电压、电流继电器和中间继电器属于电磁式继电器。

其结构、工作原理与接触器相似，由电磁系统，触点系统和释放弹簧等组成。

由于继电器用于控制电路，流过触点的电流小，故不需要灭弧装置。

电磁式继电器工作原理：

结构与接触器相似：

电磁系统、触点系统（无主辅助之分和灭弧系统）

工作原理如图：

X2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须≥X2；

X1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须≤X1；

K=X1/X2称为继电器的返回系数，是重要参数之一，可人为调节；

不同场合要求不同的K值。

例如一般继电器要求低的返回系数，K值应在0.1-0.4之间，这样当继电器吸合后，输入电压波动较大时不致引起误动作；欠电压继电器则要求高的返回系数，K值应在0.6以上。

如某继电器K＝0.66，吸合电压为额定电压的90%，则电压低于额定电压的60%时，继电器释放，起到欠电压保护作用。

吸合时间和释放时间：

一般为0.05—0.15S。

电磁式继电器图形、文字符号：

一、电压、电流继电器

电流继电器：

（KI）

定义：

根据输入线圈电流大小而动作

分类：

过电流继电器、欠电流继电器

过电流继电器：

当电路发生短路及过电流时立即将电路切断

整定范围：

交流（110-350%）In,直流（70—300%）In

◆欠电流继电器：

当电路电流过低时立即将电路切断

整定范围：

吸合电流（30-50%）In,释放电流（7—20%）In

电压继电器：

（KV）

定义：

根据输入线圈电压大小而动作

分类：

过电压继电器、欠电压继电器

过电压继电器：

整定范围：

电压（105-120%）Un

◆欠电压继电器：

整定范围：

吸合电压（30-50%）Un，释放电压（7—20%）Un

中间继电器

作用：

将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大

时间继电器

有空气式、电动式、电子式等多种。

空气式时间继电器：

结构：

由电磁机构、工作触点、气室组成

分类：

通电延时、断电延时

工作原理：

线圈通电---衔铁吸下---顶杆下空隙---弹簧作用活塞下移---橡皮膜上空间形成气室---空气由气孔逐渐进入气室---活塞逐渐下降---活塞下降某位时---杠杆15使触点14动作。

线圈断电---衔铁和活塞复位---气室中气体经顶杆与橡皮膜推开的气隙排出---触点14迅速复位。

延时时间：

0.4—180S、0.4-60S

图形、文字符号：

说明：

（b）、（c）为通电延时型；（d）、（e）为断电延时型。

四、热继电器

作用：

对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。

工作原理：

有双金属片作为温度检测元件，它被加热元件加热后，因两层金属片伸长率不同而弯曲，通过导板推动热继电器动作。

主要参数：

额定电流---继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值；

热元件额定电流---热元件的最大整定电流值

整定电流---热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。

◆型号意义：

JR20-□□/□

图形、文字符号：

注意：

热继电器的常闭触点接于控制电路。

五、速度继电器（了解）

作用：

速度继电器根据电磁感应原理制成，用于转速的检测。

结构：

速度继电器主要由转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成。

原理：

转子由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相联，用以接受转动信号。

当转子（磁铁）旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用，产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆杆，克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态（在摆杆左右各设一组切换触点，分别在速度继电器正转和反转时发生作用）。

当调节弹簧弹力时，可使速度继电器在不同转速时切换触点改变通断状态。

速度继电器的动作转速一般不低于120r/min，复位转速约在100r/min以下,允许的转速高达1000-3600r/min。

图形、文字符号：

说明：

电动机运行时（转速>动作转速）时，其触点动作；电动机低速时（转速<动作转速）时，其触点复位。

1.3熔断器

熔断器的工作原理：

组成：

熔体和安装熔体的外壳组成

保护特性曲线：

IfN-----长期工作电流；电流越大，熔断所需时间越短。

熔断器的选择：

熔断器的图形、文字符号：

1.4低压隔离器

√低压隔离器也称刀开关。

√主要有低压刀开关、熔断器式刀开关、组合开关。

√隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以保障检修人员安全。

刀开关图形、文字符号：

1.5低压断路器

▲作用：

当用电设备发生严重的过载或短路及欠电压故障时能自动切断电路，而在故障消除后，不需要更换零部件可重新使用。

▲结构类型：

▲工作原理：

电路短路或过流---脱钩器4的衔铁被吸合—钩子3脱开—触点分离-----切除故障电流。

电网电压过低---失压脱钩器5的衔铁被释放---钩子3脱开---点分离----切除故障电压。

▲型号意义：

DZ20□-□□/□□□

▲图形、文字符号：

1.6主令电器

主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。

主要有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等类型。

1、按钮：

▲结构：

1、2为常闭触点，3、4为常开触点。

▲原理：

当按下按钮帽时，触点状态改变。

▲对按钮颜色的规定：

①“停止”与“急停”按钮必为红色

②“启动”按钮必为绿色

③“点动”按钮必为黑色

④“复位”按钮必为黑色

▲图形、文字符号：

注意：

最右边为复合按钮，其动作特点是：

按下按钮时，常闭触点先断开，常开触点再闭合。

2、行程开关（又称限位开关）

▲作用：

主要用于检测工作机械的工作位置，也称位置开关。

▲分类：

机械结构有触点行程开关

电气结构非接触式接近开关

▲结构：

▲工作原理：

靠移动物体碰撞行程开关的操动头而使其触点动作。

▲图形、文字符号：

本章小结：

本章主要要求大家掌握各类常用低压电器在电路中作用，以及它们各自工作原理、文字图形符号（见下）、动作特点。

接触器

继电器（电流继电器KI、电压继电器KV）

时间继电器

低压隔离器

低压断路器

按钮

限位开关

作业和思考题：

1．电动机的启动电流很大，当电动机启动时，热继电器会不会动作?

为什么?

2．既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?

装有热继电器是否就可以不装熔断器?

为什么?

第二章电气图及电气控制线路的分析

2.1电气图的基本知识

电气图：

用电气图形符号绘制的图称电气图。

主要有：

系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图等。

电气控制系统：

由电气设备及电气元件按照一定控制要求连接而成的系统。

电气控制系统图：

为表达电气控制系统的组成结构、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工程图的形式来表达，这种工程图是一种电气图。

叫做电气控制系统图。

电气控制系统图主要包括：

电路图、电气接线图、电器元件布置图。

一、电气控制系统图中的图形符号和文字符号

电气图中图形符号和电气工程图中文字符号：

二、电气原理图

电气原理图：

电气原理图是根据电气控制系统的工作原理．采用电器元件展开的形式绘制的。

它包括所有电器元件的导电部分和接线端子，但并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。

电气原理图结构简单，层次分明，便于分析和研究电路的工作原理，是电气控制系统最重要的一种图。

实例分析

电气原理图绘制规则：

（一）电路绘制

主电路和控制电路两部分：

√主电路是设备的驱动电路，如电机等，是强电流通过部分；

√控制电路是由电器元件构成的控制逻辑，实现控制功能，是弱电流通过部分；

水平布置或垂直布置：

水平布置：

电源线垂直画，其他水平画，耗能元件在最右端

垂直布置：

电源线水平画，其他垂直画，耗能元件在最下端

（二）元器件绘制和器件状态

元器件绘制：

采用国标画出图形符号；

同一电器的各个部分可画在不同地方，必须用相同文字标出；

多个相同器件时，可用下标区别；

器件状态：

通常表示在电器非激励或不工作的状态和位置

常见器件状态：

①继电器和接触器的线圈在非激励状态

②断路器和隔离开关在断开位置

③零位操作的手动控制开关在零位状态，

不带零位操作的手动控制开关在图中规定的位置

④机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态

⑤保护类元器件处在设备正常工作状态。

（三）图上位置表示

确定元器件、连接线等的图形符号在图上位置的必要性：

（1）同一器件分开绘制

（2）较长连线的中断画法

（3）标注器件位置，用于注释等

（4）修改设计，需表明更改部分在图中位置

图上位置表示方法--电路编号法：

对每个电路或分支电路按照一定顺序编号

如：

图2-1（a）电路编号1—8

继电器和接触器触点位置--附加图表法：

在相应线圈的下方，可只标出触点位置的索引

如：

图2-1（a）线圈KM1下方的图表

（四）电路图中技术数据的标注

电路图中元器件的数据和型号，用小字号字体标注在电器代号的下面。

如：

图2-1（a）热继电器动作电流和整定值的标注。

三、电器元件布置图

√表明电气设备上所有电机、电器的实际位置

√可集中绘制或分别绘制

√电器元件用粗实线绘出其外形轮廓

四、电气接线图

√表示电气设备或装置连接关系的简图。

√根据电气原理图和电器元件布置图编制。

√表明设备与元件的相对位置、端子号、导线号、导线类型等

2.2电气控制线路分析基础

一、电气控制线路分析的内容

目的：

通过对各种技术资料的分析掌握电气控制线路的工作原理、技术指标、使用方法、维护要求等。

依据：

设备说明书、电气原理图、电气设备的总装接线图、电器元件布置图与接线图

（一）设备说明书

了解主要内容：

（1）设备结构、技术指标、工作原理

（2）电气传动方式，电机、执行器的数目、型号、位置、用途

（3）设备使用、操作方法

（4）与机械、液压部分直接关联的电器位置、作用

（二）电气原理图

了解主要内容：

√弄清主电路、控制电路、辅助电路、保护及连锁环节等组成

√主要电气设备或电器元件的技术参数等

（三）电气设备的总装接线图

了解主要内容：

√系统组成分布情况，各部分的连接方式

√主要电气部件的布置、安装要求等

（四）电器元件布置图与接线图

了解主要内容：

√各种电器元件的位置和测试点

二、电气原理图阅读分析方法

查线读图法、逻辑代数分析法、过程图示法

（一）查线读图法

电气原理图中主要包括三种元件：

执行元件、信号元件、控制元件

执行元件：

电动机、电磁阀、电磁铁等。

是驱动负载的执行机构。

信号元件：

按钮、压力继电器、位置开关等。

作为控制信号。

控制元件：

接触器、继电器等。

控制执行元件按要求进行工作。

查线读图法步骤：

1、分析主电路

从电动机入手，了解有那些控制元件的主触点和附加元件，掌握电动机的工作情况。

2、分析控制电路

在控制电路中查找主电路中所涉及的控制元件；

按功能将控制电路分成局部的控制线路；

从操作按钮开始查对线路：

按下操作按钮控制线路会发生什么变化；释放操作按钮控制线路会发生什么变化

注意观察控制元件之间的相互耦合情况

3、分析辅助电路

主要是工作状态指示、电源显示、照明、故障报警等

4、分析联锁与保护环节

相互耦合情况----电气联锁和电气保护

5、分析特殊控制环节

与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的特殊环节。

6、总体检查

将以上各部分的分析综合起来，看分析过程有无遗漏。

（二）逻辑代数分析法

1．电器元件的逻辑表示

▲表征触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量

表征受控元件线圈的逻辑变量称为输出逻辑变量

▲一般约定：

（1）KA、KM、SQ、…表示继电器、接触器、行程开关常开触点

KA、KM、SQ、…表示继电器、接触器、行程开关常闭触点

（2）电器元件受激状态（线圈得电、开关受压）为“1”状态

电器元件原始状态（线圈失电、开关未受压）为“0”状态

（3）触点的闭合状态为“1”，触点的断开状态为“0”

▲对应下式的意义

对输出变量状态：

KA=1表示继电器线圈处于通电状态

KA=0表示继电器线圈处于断电状态

对输入变量状态：

KA=1继电器常开触点处于受激吸合状态

KA=0继电器常开触点处于原始断开状态

SB=1按钮常开触点处于受压闭合状态

SB=0按钮常开触点处于原始断开状态

按钮常闭触点处于原始闭合状态

按钮常闭触点处于受压断开状态

2．电路状态的逻辑表示

▲一般约定：

触点的串联关系用逻辑“与”的关系表达

触点的并联关系用逻辑“或”的关系表达

触点的取反关系用逻辑“非”的关系表达

▲举例：

▲通过对电路逻辑表达式的运算来分析电路工作情况

√原始状态：

SB2=0，SB1=0，KM=0»F（KM）=0线圈没电

√按下启动按钮：

SB2=1，SB1=0»F（KM）=1线圈通电

F（KM）=1»KM=1

当SB2抬起，SB2=0»F（KM）=1自锁

√按下停车按钮：

SB1=1»F（KM）=0线圈断电

F（KM）=0»KM=0断开自锁。

（三）过程图示法（略）

画时序图

思考题：

1、电气原理图中QS、FU、KM、KA、KI、KT、SB、SQ分别是什么电器元件的文字符号？

2、电气原理图的分析方法有哪几种？

第三章继电接触控制系统的基本控制电路

3.1电动机控制的基本环节

一、启动、停止控制线路

组成：

主电路：

刀开关、熔断器、接触器主触点、热继电器热元件、电动机

控制回路：

启动按钮、停止按钮、接触器线圈和常开辅助触点、热继电器常闭触点、熔断器

工作原理：

启动====QS↗→SB2↘—KM↑---KM主闭→M运转

--KM辅闭--SB2↗→M仍运转

停止====SB1↘--KM↑--KM主开--M停止

SB1↗---SB1恢复成常闭---M仍停转

保护电路：

短路保护====电机短路---电流过大---熔断器熔断--M停止

过载保护====电机长时过载---FR热元件变形---FR常闭触点断开—M停止

二、点动控制线路

基本点动控制电路：

图3-2（a）

按下SB，KM得电，电机启动；松开SB，KM失电，电机停止。

带手动开关点动控制电路：

图3-2（b）

增加手动开关SA，当需要点动时，只要打开SA就同（A）电路。

带复合开关点动控制电路：

图3-2（c）

增加复合按钮SB3。

按下SB3，KM得电，电机启动；松开SB3，KM失电，电机停止。

带中间继电器点动控制电路：

图3-2（d）

增加中间继电器和SB2按钮。

按下SB2，KA的的常开触点使KM得电，电机启动；松开SB2，KM失电，电机停止。

三、多地控制线路

需要多地控制时，启动按钮并联，停止按钮串联。

四、可逆运行控制线路

电动机“正---停---反”可逆控制线路：

图3-4（a）：

正转：

SB2按下---接触器KM1主触点闭合----电机正转

（KM1常开辅助触点自锁，KM1常闭辅助触点互锁）

停止：

SB1按下

反转：

SB3按下---接触器KM2主触点闭合----电机反转

（KM2常开辅助触点自锁，KM2常闭辅助触点互锁）

电动机“正---反---停”可逆控制线路：

图3-4（b）：

正转：

SB2按下---接触器KM1主触点闭合----电机正转

---SB2常闭触点断开---锁住KM2

---KM1常开辅助触点闭合----自锁

反转：

SB3按下---接触器KM1主触点断开----电机停转—KM1辅助触点闭合

---接触器KM2主触点闭合----电机反转

---KM2常开辅助触点闭合----自锁

停止：

SB1按下

五、优先控制电路

先动作优先电路：

图3-5（a）

无论哪一台设备先动作，其他设备则不能动作。

后动作优先电路：

图3-5（b）

多台设备，任一台工作，前面所有已动作的设备自动停止工作。

第二节按联锁控制的规律

按联锁控制的规律：

在生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有相互制约或相互配合的控制，均称为联锁控制。

如：

自锁控制、互锁控制、正常工作与点动的联锁控制。

顺序启动、同时停止控制线路：

图3-6（A）

只有KM1线圈通电后，KM2线圈才有可能通电；

按下SB1，两台电机（KM1、KM2）停止。

顺序启动、逆序停止控制线路：

图3-6（B）

启动：

SB2按下---KM1得电---M1启动、KM1自锁、KM1使KM2可能接通---SB4按下—KM2得电---M2启动、KM2自锁

停止：

SB3按下---KM2断电---M2停止-----KM2常开辅助触点复位---SB1的自锁打开---SB1按下---KM1断电---M1停止

实现顺序联锁原则：

将先通电的电器的常开触点串联在后通电的电器的线圈通

路中；将先断电的电器的常开触点并接到后断电的电器的

线圈通路中的停止按钮上。

第三章作业

3－1

为两台异步电动机设计一个控制线路，其要求如下：

1）电动机互不影响地独立操作；

2）能同时控制两台电动机的启动与停止；

3）当一台电动机发生过载时，两台电动机均停止。

3－2

某机床主轴由一台笼型异步电动机拖动，润滑油泵由另一台笼型异步电动机拖动，两台电动机均采用直接起动，要求如下：

1）主轴必须在油泵开动后，才能起动；

2）主轴正常为正向运行，但为调试方便，要求能正、反向点动；

3）主轴停止后，才允许油泵停止；

4）有短路、过载及欠电压保护。

设计主电路和控制电路。

3－3

试设计一个供三位选手参赛的抢答器的主电路和控制电路，要求如下：

1）1号选手先按下按钮SB1时，1号指示灯亮，此时即使2号、3号选手按下按钮，2号、3号指示灯也不能亮；

2）2号选手先按下按钮SB2时，2号指示灯亮，此时即使1号、3号选手按下按钮，1号、3号指示灯也不能亮；

3）1号选手先按下按钮SB3时，3号指示灯亮，此时即使1号、2号选手按下按钮，1号、2号指示灯也不能亮；

4）选手进行抢答必须在主持人按下复位按钮SB0后；

5）主持人按下SB0，所有指示灯灭，同时抢答开始。