第2章 继电器 — 接触器控制系统

(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。
（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，
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。
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，按照一定的规律组合起来的。因此，掌握这些 基本的控制环节是学习和设计复杂电气控制电路的基 础。
（1）点动、长动和停车
机床常常需要试车或调整对刀，刀架、横梁、立柱需快 速移动等，此时需要所谓的“点动”动作，即按下按钮， 电动机转动，带动生产机械运动；放开按钮，电动机停转， 生产机械就停止运动。如图2-4正常工作时又要求连续工作， 按下启动按钮，接触器KM的线圈通电，其主控触点KM吸合， 电动机启动，此时辅助触点也吸合；若松开按钮，接触器 KM线圈通过其辅助触点可以继续保持通电，维持其吸合状 态，电动机继续转动。这里是用接触器的辅助触点KM来代 替按钮闭合导通回路。这种利用接触器本身的触点来使其 线圈保持长期通电的环节、叫“自锁（保）环节”。要停 车时，按下停车按钮，接触器KM的线圈失电，主触点断开， 电动机失电停转。长动与点动的主要区别是电器能否自锁。
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。
Q1
L1
A
220V
L2
M
3~
B
L3
Q2
C
FU4
KA4
KA3
图2-4 双向起动反接制动控制电路
R
R
KM3 KM3
KM2
FU1 FU2 FU3 KM1
KM1
KA4
KM1
KM2
KM2
KA3
KA3-1 KA3-2 KA2 SB2 KA4 KA4
KA1-3
KM1
Q2-1
KM2
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
(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。
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。
如果生产机械既要能点动又要能连续工作。则可以采 用图2-5电路来实现。正常起动时，按下起动按钮SB2，接 触器KM1带电并自保，需点动工作时，按下点动按钮SB3， 其常开触点闭合，接触器KM1通电，但SB3的常闭触点将KM 的自钡电路切断，手—离外按钮，接触器KM1失电，从而实 现了点动控制。
FR1
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)：
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)。
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。
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。
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． 执行电器 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。
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。
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)
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。
(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。
KA3-3
KA1-1
KA1 KA2 KM3
图2-5 既可点动又可自锁控制线路
（2）多点控制 在大型机床设备中，为了操作方便或安全起见，常用到多
点控制。这时的电气控制线路、即使较复杂，常常也是动 合和动断触点串联或并联组合而成。现把它们的相互关系 归纳为以下几个方面： 1)动合触点串联 当要求几个条件同时具备时，才使电器线圈 得电动作，可用几个常开触点与线圈串联的方法实现。 2)动合触点并联 当在几个条件中、只要求具备其中任一条件， 所控制的继电器线圈就能得电，这可以通过几个动合触点 并联来实现。 3)动断触点串联 当几个条件仅具备一个时，被控制电器线圈 就断电，可用几个动断触点与被控制电器线圈串联的方法 来实现。 4)动断触点并联 当要求几个条件都具备时、电器线圈才断 电，可用几个动断触点并联，再与被控制的电器线圈串联 的方法来实现。 图2-6为两地点控制的电路图。