第8章继电器接触器控制系统.docx

第8章 继电器-接触器控制
教学内容
8.1 常用控制电器与执行电器
8.2 继电器-接触器控制的常用基本线路
8.3 继电器-接触器控制线路举例
8.4 继电器-接触器控制线路设计简介
教学安排
本章安排10个学时授课，常用电器介绍2个学时，继电器-接触器控制常用基本线路介绍4个学时，继电器-接触器控制线路举例2个学时，继电器-接触器控制线路设计简介2个学时。采用多媒体教学。
知识点及其基本要求
1. 熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点、表示符号和应用场合；
2. 掌握继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理；
3. 学会分析简单的控制线路；
4. 学会设计一些简单的控制线路。
重点和难点
重点：
1. 掌握电磁式交流接触器与直流接触器的区别；
2. 掌握三相异步电动机启动,及保护装置；
3. 掌握互锁与连锁的控制方法；
4. 掌握按行程和时间控制的控制方法。
难点：
1. 时间继电器的图形符号；
2. 连锁控制的方法与技巧。
教学设计
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第1次课
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1．通过图形展示，了解各种电器的工作原理、图形符号和文字符号及应用场合。
低压电器:是指额定工作电压低于 500V的电器。
分类一：
★ 非自动电器: 闸刀开关，转换开关，行程开关
★ 自动电器:（电磁力）接触器，继电器，自动开关
分类二：
★ 控制电器：控制电机启/停，正反转，调速，制动——接触器、继电器
★ 保护电器：短路、过载、过流保护——熔断器，热继电器，电流/电压继电器
★ 执行电器：电磁阀，电磁离合器等

（1）非自动控制电器
①刀开关(作电源开关) Q/QG

常用的三极刀开关:100A、200A、400A、600A、1000A

①转换开关(组合开关) QB

用途：
★ 电源的引入开关；
★ 控制启动次数不多、7.5KW以下的鼠笼式电机。
★ 控制线路及信号线路的转换开关。

倒顺开关（控制电机正反转）。

（2）自动控制电器

1)接触器（交流、直流） KM
接触器能在外界输入信号下自动地接通或断开带有负载的主电路。
作用：用于带负载主电路的自动接通与断开。
结构：电磁机构、触头系统、灭弧装置。
分为：
u 交流接触器：吸合瞬间电流可达到工作时的15倍，不适合频繁操作。
u 直流接触器：适合频繁操作的场合。
选择：
u 电源种类（交、直流）；
u 主触点的额定电压、电流；
u 辅助触点的种类、数量、及额定电流；
u 电磁线圈的种类、频率和电压；
u 额定操作频率。
用途：
u 适用于频繁操作
u 远距离控制强电流电路 图8.6 接触器控制电路的工作原理
u 具有低压释放的保护性能

①交流接触器
★ 触头：它是完成接触器接通或断开电路这个主要任务。对它的要求：接通时导电性能良好、不跳（不振动）、噪音小、不过热，断开时能可靠地消除规定容量下的电弧。
注：工作于大电流回路的接触器，其触头常采用滚动接触形式，工作时如图8.7所示。
两类触点：一类是动合（常开）触点。
另一类是动断（常闭）触点。

图8.7 触头滚动接触的位置
★ 灭弧装置：当触头断开大电流时，在动、静触头间产生强烈电弧，会烧坏触头，并使 切断时间拉长，为使接触器可靠工作必须使电弧迅速熄灭，故采用灭弧装置。
灭弧的方法有以下几种：
a. 利用触头回路本身电动力的简单灭弧法。
b. 多断口灭弧法。
c. 磁吹灭弧。
d. 纵缝灭弧。
e. 栅片灭弧。

a.简单灭弧法 b. 多断口灭弧法 c. 磁吹灭弧

d. 纵缝灭弧 e. 栅片灭弧
★ 铁心(磁路): 为了减少涡流损耗,交流接触器的铁心都用硅钢片叠加而成,并在铁心的端面上开有分磁环(短路环)。
在线圈中通有交流变电流时,在铁心中产生的磁通是与电流同频率变化的,当电流频率为50HZ时,磁通每秒有100次经过零点。当磁通经过零时,它所产生的吸力也为零,动铁心有离开的趋势,但未及离开,磁通又很快上升,动铁心又被吸回,结果造成振动,产生噪音。如果能使铁心间通过两个在时间上不同相的磁通,总磁通将不会经过零点,矛盾即可解决,短路环即为此而设。
铁心面A不被短路环所包围通过这部分磁通产生吸力FA。被短路环所包围铁心面B在短路环内产生感应电势和电流，它将阻止B面中磁通的变化，致使穿过B面的实际磁通滞后于A面磁通一个角度，使总合力不经过零点，消除振动噪音。

图8.13 短路环 图8.14 铁心吸力的变化

★ 线圈: 交流接触器的吸引线圈(工作线圈)一般做成有架式,形状较扁,以避免与铁心直接接触,改善线圈的散热情况。
注意: 千万不要把交流接触器的线圈接在直流电源上，否则将因电阻小而流过很大的电流使线圈烧坏。
目前常用的交流接触器型号有：
CJ10、CJ12、CJ12B、CJ20、CJX1等系列。例如：CJ10-40A，其主触头的额定工作电流为40A，可以控制额定电压为380V、额定功率为20KW的三相异步电动机。

②直流接触器
直流接触器主要用以控制直流电路。目前，常用的是CZO系列。直流接触器常用磁吹和纵缝灭弧装置来灭弧。
直流接触器的铁心与交流接触器不同，它没有涡流的存在，因此一般用软钢或工程纯铁制成圆形。由于直流接触器的吸引线圈通以直流，所以，没有冲击启动电流。也不会产生铁心猛烈撞击现象，因而它的寿命长，适用于频繁启动、制动的场合。

③接触器的图形符号:

2)继电器
作用: 起传递和转换信号的作用。根据输入信号不同而达到不同的控制目的。
分类：按动作原理分：电流、电压、速度、压力、热继电器等。
一般只能用来接通和断开控制电路，只有当负载（电动机）功率很小时，才可用某些继电器来接通、断开主电路。
电磁式继电器（占百分之九十）分为交、直流两类，多数结构类似于接触器，但因电流小，无灭弧装置。
①电压继电器与中间继电器（KV、KA与电流继电器同符号）
根据电压信号动作：当吸引线圈上所作用的电压值达到规定的值时就能使触头动作。电压继电器主要作电动机的过压或欠压保护。
中间继电器有较多的触点，作中间传递信号和多路控制，可将小功率控制信号转换为大容量的触点动作。
选择：根据电压的等级、触点的数量、种类、容量来选。
②电流继电器（KA)
根据电流信号动作：当吸引线圈上的电流达到规定值时，使触点动作。线圈串联于电路中。主要用于过载及短路或直流电机的磁场控制和失磁保护等。
③热继电器(FR)
　作用: 用于电动机的过载保护。
型号的含义:

断相保护：因过热一相断电后，能切断三相电源。
保护特性：
1 Ied 长期不动作
1.2 Ied < 20分钟断开
1.5 Ied < 2 分钟断开
6 Ied > 5 秒钟断开
选择：根据电动机的额定电流选型号及热元件的电流等级。
IRT≥(0.95-1.05)Ied
例：电动机Ied =14.6A、380V、采用三角形接法可选用JR16B-20/3D,其额定电流从0.35-22A共12等级，选16A级。

注：某些特定情况下热元件的额定电流要大于Ied，交流三相电动机绕组作三角形接法，宜选有断相保护的三相热继电器。 图8.18 热继电器原理结构示意图

④表8.1 继电器符号

（3）主令电器

①按钮SB
作用：用来接通或断开小电流控制电路的开关。
分为：旋纽式、指示灯式、紧急式（装有蘑菇形纽帽，以示紧急操作）。
额定电压：交流电压为500V；直流电压为440V。
额定电流：额定电流为5A 。
选择：根据所需的点数，使用场合及颜色来选取常用LA系列。

②主令控制器与万能转换开关
主令开关(SL)：也称主令控制器,是一种多档转换开关。
主令控制器与万能转换开关广泛的应用与控制线路中， 以满足需要多联锁的电力拖动系统的要求，实现转换线路的遥远控制。
由于主令控制器的触头多，在电气转动系统中除了用图形符号外， 为了更清楚地表示其触点分合状况，还常用触点合断表来表示。其中X表示手柄转动到该位置下，触点闭合，空格表示断开。

（4）执行电器
①电磁铁
广义而言，电磁铁是一种通电以后，对铁磁物质产生引力，把电磁能转换为机械能的电
器。而这里介绍的电磁铁是指将电流信号转换成机械位移的执行电器。它的工作原理与接触
器相同。它只有铁心和线圈，图8.23 所示为单相交流电磁铁的结构示意图。
交流电磁铁在线圈通电，吸引衔铁而减少气隙时，由于磁阻减小，线圈内自感电势和感
抗增大，因此，电流逐渐增大，但与此同时气隙漏磁通减小，主磁通增加，其吸力将逐步增
大，最后将达到1.5 倍~2 倍的初始吸力。I = f (x)、F = f (x)特性，如图8.24所示。

由此可看出，使用这种交流电磁铁时，必须注意使衔铁不要有卡住现象，否则衔铁不能
完全吸上而留有一定气隙，将使线圈电流大增而严重发热甚至烧毁。交流电磁铁适用于操作
不太频繁、行程较大和动作时间的执行机构，常用的交流电磁铁有：MQ2 系列牵引电磁铁、
MZD1 系列单相制动电磁铁和MZS1 系列三相制动电磁铁。
直流电磁铁的线圈电流与衔铁位置无关，但电磁吸力与气隙长度关系很大，所以，衔铁
工作行程不能很大，由于线圈电感大，线圈断时会产生过高的自感电势，故使用时要采取措
施消除自感电势（常在线圈两端并联一个二极管或电阻）。直流电磁铁的工作可靠性好、动
作平衡、寿命比交流电磁铁长，它适用于运用频繁或工作平衡可靠的执行机构。常用的直流
电磁铁有：MZZ1A、MZZ2S 系列直流制动电磁铁和MW1、MW2 系列起重电磁铁。
采用电磁铁制动电动机的机械制动方法，对于经常制动和惯性较大的机械系统来说，应
用得非常广泛。常称为电磁抱闸制动。
②电磁离合器
电磁离合器是利用表面摩擦或电磁感应来传递两个转动体间转矩的执行电器。由于能够
实现远距离操纵，控制能量小，便于实现机床自动化，同时动作快，结构简单，因此，获得
了广泛的应用。常用的电磁离合器有摩擦片式电磁离合器，摩擦粉末离合器，电磁转差离合
器。
在机床上广泛采用多片式的摩擦片式电磁离合器，摩擦片做成，如图 8.25 所示的特殊形状，摩擦片数在2~12 之间。多片式电磁离合器的缺点是制造工艺复杂，其次是不能满足迅速动作的要求，因它在接合过程中必须具有机械移动过程。常用的电磁离合器有DLM0，
DLM2，DLM3 系列。

电磁粉末离合器的工作原理如图 8.26所示。在铁心气隙间安放铁粉，当线圈通电产生
磁通后，粉末就沿磁力线紧紧排列，因此，主动轴和从动轴发生相对移动时，在铁磁粉末层间就产生抗剪力。抗剪力是由已磁化的粉末彼此之间摩擦而产生，这样就带动从动轴转动，传递转矩。它的优点是动作快，因为没有如摩擦片的机械位移过程，仅是粉末沿磁力线排列的过程；其次是制造简单，在工艺上没有特殊的严格要求。缺点是工作性能不够稳定。
除上述利用摩擦原理制成的电磁离合器外，尚有利用电磁感应原理制成的电磁转差离合器（又称滑差离合器）。

③电磁夹具
电磁夹具在机床上的应用很多，尤其是由电磁工作合（或电磁吸盘）在平面磨床上广为采用。
在电磁工作台平面内嵌入铁心极靴，并且用锡合金等绝磁材料与工作台相隔，线圈套在各铁心柱上，当线圈中通有直流电流时就产生如图中虚线所示的磁通，工件放在工作台上，恰使磁通成闭合回路，因此，将工件吸住。
当工件加工完毕需要拉开时，只要电磁工作台励磁线圈的电源切断即可。
电磁工作台较之机械夹紧装置具有许多优点：
★ 夹紧简单、迅速、缩短辅助时间，夹紧工件时只需动作一次，而机械夹紧需要固定许多点；
★ 能同时夹紧许多工件，而且可以是很小的工件，既方便又提高生产率；
★ 加工精度高，工件在加工过程中由于发热变形时可以自由伸缩，不会产生弯曲，同时对夹紧表面无任何损伤，但因工件发热，其热量将传到电磁工作台使它变形，从而影响加工精度，故为了提高加工精度，还需用冷却液等冷却工件，从而降低工件温度。
它的缺点是：只能固定铁磁材料，且夹紧力不大，断电时易将工件摔出，造成事故，为
了防止事故，常采用励磁保护，使线圈断电时，工作台即停止工作；此外，工件加工后有剩
磁，使工件不易取下，尤其对某些不允许有剩磁的工件如轴承，必须进行去磁。
去磁两种方法:
(1) 为了容易取下工件,常在线圈中通一反方向的去磁电流;
(2) 为了比较彻底地除去工件的剩磁,需另用退磁器,常用的退磁器为TC-1型。
在电气传动系统中电磁铁、电磁离合器和电磁夹具的文字符号分别用 YA、YC 和YH表示，它们的图形符号与接触器线圈的符号相同，仅是线条稍粗一些。

2．了解继电器-接触器自动控制线路的构成。

（1）统一的图形、文字符号
图形符号GB4728-84/-85(见书后附录一）。
注意：
★ 触点的画法：左开右闭、上开下闭；

★ 熔断器与电阻的区别；

★ 主令电器的表示方法。

文字符号(见书后附录二）

（2）电器原理图的画法和要求
用规定的图形符号、文字符号接电气控制线路的工作原理以及各电器元件的作用与相互关系（按电气元件的展开形式），而不考虑电路元件的实际安装位置和实际连线情况等原则绘制的线路图，称电气原理图。
原则与要求：
★ 电源电路绘水平线，主电路即受电的动力装置（如电动机）及保护电器应垂直于电源电路，主电路一般画在图形的左边。
★ 辅助电路（包括控制电路、照明、信号、及保护电路）画在图形的右边；辅助电路垂直在两条水平电源线之间；耗能元件（线圈、电磁铁、信号灯等）直接连接地的水平电源线上；控制触点连接在上方水平电源线与耗能元件之间。
★ 线路中的电器元件，属于同一电器的各个部件（如接触器的线圈与触点 ）都用同一文字符号表示。种类相同的电器在代号后加数字表示，如FU1、FU2，KM1、KM2等。
各电器图均按未通电或未受力的情况绘制。
★ 原理图中导线的连接处用“实心圆”表示。需要测试和拆、接处部件引出线的端子用“空心圆”表示。
★ 为了区分元件和便于分析控制电路，电器元件可采用数字编号来表示其位置。数字编号应按自上而下或自左至右的顺序排列。
★ 为了便于检索电气线路，方便阅读原理图，将图面分成若干个区域（以下简称图区）。图区编号一般写在图的下部。图中接触器、继电器的线圈及触头的具体标志为：
在每个接触器线圈的文字符号KM下面画两条垂直线，分成左、中、右三栏。左栏表示主触头所在处图区号；中栏表示辅助动合（常开）触点所处图区号；右栏表示辅助动断（常闭）触点所在的图区号。
在每个继电器线圈文字符号KA下面画一条垂直线，分成左、右两栏。左栏表示动合（常开）触点所处图区号；右栏表示动断（常闭）触点所处的图区号。
对备而未用的触头，在相应的栏中用记号“X"示出。
★ 电路图上每个电路或器件在机械设备工作程序中的用途，必须用文字标明在用途栏内。用途栏一般以方框形式放置在图面的上部。
★ 电路图上应标明：各个电源电路的电压值、极性、频率及相数；某些元器件的特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动触头、电磁阀或气动阀、定时器等）的操作方式和功能。

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第2次课
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1．从简单的启动控制线路了解各种保护装置（熔断器、过电流继电器、自动开关和热继电器）的工作原理及应用场合。
（1）启动控制线路
合上开关QG,按下SB1,接触器KM的吸引线圈有电,衔铁吸上,其主触头闭合,电动机便转动起来,与此同时,KM的辅助触头也闭合,将起动按纽SB1短接,这样当它松开时,接触器仍然有电,像这样利用电器自己的触头保持自己的线圈得电,从而保证长期工作的线路环节称为自锁环节。按下SB2,断电。

图8.31 异步电动机直接启动控制线路
M
3～
1）短路电流的保护装置：短路保护的作用在于防止电动机突然流过短路电流而引起电动机绕组、导线绝缘及机械上严重损坏。此时，保护装置应立即可靠地使电动机与电源断开。

常用的短路保护元器件有熔断器、过电流继电器、自动开关等。
①熔断器（保险丝）。它是一种广泛应用于电力拖动控制系统中的保护电器，熔断器串于被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能迅速熔断，从而切断电路，使导线和电气设备不致损坏。
选择：
★ 类型：按线路要求、场合及安装条件而定。
★ 电压：Ufu > UN。
螺旋式熔断器
RT19系列熔断器
★ 熔断器额定电流大于或等于所装熔体电流。

熔体的额定电流的选择：
★ 对照明、电炉等阻性负载 ：Ifu ≥ I（I为电路工作电流）。
★ 单台电动机工作 ：Ifu ≥ (1.5 2.5) IN (Ifu=启动电流/2.5 )。
★ 多台电动机工作 ：Ifu ≥ (1.5 2.5)(INmax+∑IN)
INmax ---- 最大容量电动机的启动电流。
∑IN ---- 其余电机额定电流之和。

②过电流继电器。它的动作准确性较高，多为自动复位，使用方便，不会造成单相运行，但它不能直接断开主回路，需要和接触器配合使用。它广泛用作直流和线绕式异步电动机的短路保护和瞬时最大电流（超载）保护，而在鼠笼式异步电动机中很少采用。
③自动空气断路开关（自动开关）。这种电器的接触系统与接触器的接触系统相类似，它即具有熔断器能直接断开主回路的特点，又具有过流继电器动作准确性高、容易复位、不会造成单相运行等优点，而且不仅具有作为短路保护的过流脱扣器，还具有作为长期过载保护的热脱扣器，还有失压保护。其文字符号为QF。

（a）原理图 （b）图形符号

自动空气断路器的工作原理如下:将操作手柄扳到合闸位置时主触头1闭合,触头的连杆被锁钩3锁住,使触头保持闭合状态。且由凸轮将失压脱扣器衔铁5闭合，并经辅助触头6进行自锁，失压脱扣器顶杆5吸下。当电路失压或电压过低时,在反力弹簧7的作用下，顶杆5将锁钩3顶开，主触头1在释放弹簧2的拉力下释放。当电源恢复正常时,必须重新合闸后才能工作,实现了失压保护。
过流脱扣器有双金属片式（热脱扣）和电磁脱扣，一般要求瞬动的用电磁脱扣，如图中所示，当电路中的电流正常时，过流脱扣器衔铁4未吸合，脱扣器顶杆被反力弹簧8拉下，所以锁钩3保持锁住状态。当电路发生短路或严重过载时，过流脱扣器衔铁4被吸下，使顶杆向上顶开锁钩3，在释放弹簧2的拉力下，触头1迅速断开电路。
常用的自动空气断路器有塑料外壳式的DZ5、DZ10系列和框架式的DW10、DW5系列。
注：短路保护装置在线路中应安装得愈靠近电源愈好。因愈靠近电源，保护的范围愈广。

2）长期过载保护装置：所谓长期过载是指电动机带有比额定负载稍高一点[（115%-125%）IN]的负载长期运行，这样会使电动机等电气设备因发热而导致温度升高，甚至会超过设备所允许的温升而使电动机等电气设备的绝缘层损坏。所以必须给予保护。
长期过载的保护装置目前使用得最多的是热继电器FR。热继电器还可以保护电动机单相运行。
3）零压(或欠压)保护:零压或欠压保护的作用在于防止因电源电压消失或降低而可能发生的不容许故障。若电源暂停供电或电压降低时，接触器线圈就失电，触点断开，电动机脱离电源而的到保护，过后当电源电压恢复时，不按启动按纽，电动机就不会自动启动，这种保护称为零压或欠压保护。图8.36所示。SL是主令控制器，只有当SL的手柄在0位置时，SL1接通，这时零压继电器KUV接通，而后转动手柄，即可将KM1或KM2接通,启动电动机。如果电源电压消失，则KUV失电而断开其触点，因KM1或KM2断电，电动机停转当电压恢复时，只有把SL转回到零位时，电动机才能再启动。

图8.35 长期过载与缺相双重保护的控制线路 图8.36 零压保护线路

4）零励磁保护：直流电动机在运行中，若失去励磁电流或励磁电流减小很多，则轻载时将产生超速运行甚至发生飞车；重载时则使电枢电流迅速增加，电枢绕组会因发热而损坏，所以要采用励磁保护如图8.37所示。

图8.37 零励磁保护线路

当合上开关QF后,电动机励磁绕组WF中通过额定励磁电流,此电流使电流继电器KUC动作,其常开触头KUC闭合。当按下启动按纽SB1时，接触器KM动作，直流电动机M即可开始运行，若运行中励磁电流消失或降低得太多，就会使电流继电器KUC释放，常开触头KUC打开，从而使接触器KM释放，电动机脱离电源而停车。

2.掌握电动机的正反转控制线路和其它控制线路。

（1）正反转控制线路

许多生产机械运动部件，根据工艺要求经常需进行正反方向两种运动，采用电力拖动时可借电动机的正反转来实现这两种运动。
如图8.38所示：
★ （a）图正、反转转换前必须先停机；
★ （b）图正、反转可直接启动，转换时不必停机，有产品卖，称为磁力启动器，常用QC10系列。
互锁：在同一时间里，两个（组）接触器只能一个（组）工作，此种状态称互锁状态，起这种作用的动断(常闭)触点称互锁触点。
为了避免电源短路事故，所以必须加互锁保护，使其中任一接触器工作时另一接触器即失效不能工作。

(a) （b）

图8.38 异步电动机正反转控制线路
如图8.38(b)所示电路中还采用了复合按纽。当电动机由正转改为反转，或是由反转改为正转时，只要按下按纽SB2或SB3。电路总是按照先停机再开机这样的规律，再进行正、反转。这样保证两只接触器不会同时通电。在生产实际中，常把此线路做成一套电器设备，称为磁力启动器，或称为电磁开关，常用的启动器有QC10系列。
（2）其他基本控制线路
①点动与长动控制
生产机械除了需要连续运转长动外，有时还要求短暂运转，即点动。点动控制就是用不带自锁的按纽去控制接触器吸引线圈的通断电。而一般生产机械通常要求既有点动控制又要求能进行正常工作的控制，所以许多控制电路中同时具备长动和点动控制。长动和点动的主要区别是控制电器能否自锁。采用的控制电器不同，控制电路的形式也会不同，图a、b所示的分别是采用复合按纽、中间继电器的电路。

图8.39 长动与点动控制
②多地点控制
有些生产机械,为了操作方便,常需要多个地点进行控制。每个控制点必须要有一个启动按纽和一个停止按纽。多地点控制的方法是将分散在各个控制点的启动按纽并联，停止按纽串联。图8.43所示。

图8.43 多点控制线路 图8.41 联合控制与分别控制
ST2
ST1

③顺序控制
图8.44 顺序控制线路
在生产机械的加工中根据工艺要求，加工往往需要按一定的程序进行，即工步依次转换，一个工步完成后，能自动转换到下一个工步。在组合机床和专用机床中常用继电器控制线路来完成这任务，如下一节里的图8.44的控制线路图所示。
④联合控制与分别控制
图8.41所示的为两台电动机的联合控制和分别控制的线路。其中采用两个转换开关SA1和SA2来控制所需的动作。转换开关在I位置时为联合动作，即按下SB2，KM1和KM2同时得电，两台电动机同时工作。在调整时，若将SA1转到II位置，则只有KM2得电，第二台电动机单独工作；若不转动SA1,而是将SA2转到II位置，则第一台电动机单独工作。三台及三台以上的电动机的联合控制与分别控制的原理和线路也类同，不再进一步介绍。

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第3次课
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1．掌握几种常用的自动控制方法。

（1）异步电动机制动控制线路
需精确定位或尽可能减少辅助时间的机械,都需要快速制动。常用的有反接制动和能耗制动，此外，也有用电磁方式制动的。

①三相异步电动机反接制动
图8.39 速度继电器
速度继电器:
速度继电器的结构如图8.39所示它的轴与电机轴或中间轴相联。轴上套有圆柱形铁镍合金制成的永久磁铁，它的外边有一个可以转动一定角度的外环，外环内圆表面有和鼠笼式绕组相似的绕组。当轴旋转时，由于永久磁铁的磁通切割外环绕组而在其中产生感应电流及电磁转矩，和鼠笼式电动机的工作原理一样，外环因转动，和外环固定的杠杆触动簧片，使触头系统动作。根据电机的转向，外环可左转，也可右转，两边各有一个常开和常闭触点。当轴的速度低于100r/min时，触点复位。速度继电器的结构简单、价格便宜，但它只能反映转动方向和反映是否转动，所以它仅被使用在异步电动机的反接制动中。其文字符号为KR。(顺时针动作时原理一样)

M
3～

图8.40 反接制动自动控制线路图

②三相异步电动机的能耗制动控制线路
图8.41 空气式时间继电器原理结构图
时间继电器:
空气式时间继电器工作原理：当吸引线圈通电后，衔铁被吸下，胶木杆失去支撑，在弹簧及重力作用下带动活塞下移时，气室上部因进气孔受到调节螺钉的阻挡，外部的空气不能很快地流入气室，从而形成空气稀薄的上层，活塞受到下部空气的压力而不能迅速下降活塞缓慢下降，经过一段时间延时，达到最终位置。这段延时的时间称为继电器的延时时间。时间继电的文字符号为KT。

时间继电器某些型号除延时触点外,还有瞬时触点。在控制线路中作延时元件用。
种类：电磁式、空气阻尼式、电子式、电动式。
选择：根据延时的方式、延时范围、瞬时触点数目来选。

表8.3 时间继电器的图形符号

能耗制动是三相异步电动机在切除三相电源的同时,将定子绕组接入直流电源,在转速接近零时,再切除直流电源的制动。
为了实现自动控制,可在图8.42(a)所示的电路基础上增加通电延时的时间继电器,进行能耗制动,如图8.42(b)所示。当按下停止按纽SB1后即松开,此时KM1失电,KM2和KT得电,通过KM2的辅助触点自锁,KM2的触点接通直流电路进行能耗制动。
能耗制动电路的断开是由KT控制的,即经过一段延时后,其延时断开的动断触点断开,使KM2失电,切断接入电动机定子的直流电源,能耗制动停止。

M
3～

(a)手动方式控制 (b) 自动方式控制
图8.42 能耗制动

(2)三相异步电动机的降压启动线路

①鼠笼式异步电动机定子串电阻启动的自动控制线路
M
3～

图8.43 定子串电阻降压启动电路。
按下启动按下SB2后,KM1首先得电并自锁,同时使时间继电器KT得电。定子串入电阻R启动。经延时,KT动合触点闭合,使KM2得电,其动断触点断开,KT和KM1失电。电动机的定子绕组串接电阻启动后自动切除电阻,电动机正常运行。
②鼠笼式异步电动机星-三角形降压启动控制线路
图8.44所示的是应用通电延时空气式时间继电器实现异步电动机星-三角形换接启动的控制线路。按下启动按纽SB2,时间继电器KT和接触器KM3线圈得电，KM3常开触点闭合，使接触器KM1线圈得电并自锁。由于KM1、KM3得电，电动机按星形接法启动。经过延时，KT的延时动断触点断开，使接触器KM3失电，接触器KM2得电，电动机作三角形正常运行。
M
3～

图8.44三相异步电动机星-三角形换接启动的控制线路。

(3)行程的自动控制
生产机械的工作部件往往要作各种移动或转动,对运动部件的位置或行程的自动控制称为行程自动控制。
1)行程开关的分类
①滑轮式行程开关
特点：触点分合速度不受部件速度的影响，故常用于低速的机床工作部件上。
常用的型号：LX19、JLXK1和LXK2等系列。
种类：自动复位和非自动复位两种
②按钮式行程开关
图8.46所示的为按钮式行程开关结构图,在构造上和按钮相似,但它不是用手按,而是由生产机械的运动部件上的挡块碰撞,而使触头动作的。触头的通、断速度与运动部件推动推杆的速度有关。当运动部件移动速度较慢时，触头就不能瞬时切换电路，电弧在触头上停留的时间较长，易于烧坏触头，因此不已用在移动速度小于0.4m/min的运动部件上。但其结构简单、价格便宜。常用的型号有LX2、LX19系列。
③微动开关
微动行程开关也是一种常用的行程开关。它具有体积小、质量轻、工作灵敏等特点。其结构如图8.47所示，外形很小，推杆行程很短，触头能快速接通和断开。常用的微动开关有JW、JWL、JLXW、JXW、JLXS等系列。

图8.45 滑轮式行程开关 图8.46 按钮式行程开关 图8.47 微动开关

2)行程开关的作用
①限位控制与限位保护
将行程开关的动断触点接在控制电路中，如图8.48所示。当生产机械运动部件到位后，行程开关SQ1碰到挡块，开关就开始动作，使动断触点断开，接触器KM吸引线圈失电，使电动机断电而停止运行。行程开关起“停止”按纽的作用。如果行程开关SQ1动作次数太多，则可靠性会大为下降，为保证工作可靠，可再装一个极限开关SQ2做限位保护作用。

图8.48 循环运动控制电路

②循环运动控制
当生产机械的某个运动部件需在一定行程范围内往复运动，以便能连续加工。这种情况就要求拖动运动部件的电动机能够自动地实现正、反转控制。控制线路图如8.48所示。当按下正向启动按纽SB2时，接触器KM1得电并自锁电动机正转到位后碰到行程开关SQ1,SQ1的触点动作，动断触头断开，KM1线圈失电，电动机与电源断开，动合触点闭合，使控制电动机反转的接触器KM2线圈得电并自锁，电动机又被接入电源反向启动，拖动运动部件向右运动。当电动机反向启动后，运动部件与行程开关SQ1分开，SQ1的动触点复位，即动合触点断开，动断触点闭合。向右运动到位，碰到行程开关SQ2后，其触点又开始动作，动断触点断开，使KM2线圈失电，电动机与电源断开，动合触点闭合使KM1线圈得电并自锁，电动机接入电源又作向左运动。

(4)多速电动机的变速控制
多速电动机能代替笨重的齿轮变速箱，满足只需要几种特定的转速要求，而且在对启动性能没有高要求的情况下，在空载或轻载下启动。
①双速电机的连接方法
图8.49a Δ形接法：1、2、3端接电源，4、5、6端悬空；
YY形接法：1、2、3端短接，4、5、6端接电源；
nYY=2nΔ。
图8.49b Y形接法：1、2、3端接电源，4、5、6端悬空；
YY形接法：1、2、3端短接，并接到中心点；4、5、6端接电源；
nYY=2nY。

(a) (b)

图8.49 双速电动机三相绕组连接
M
3～

图8.50 双速电动机高低速控制线路 (a)手动控制

M
3～

图8.50 双速电动机高低速控制线路(b)自动控制

(5)按时间和行程控制无进刀切削的自动控制

图8.51 刀具运动位置示意图和控制线路图

当按下SB1时，KM1得电，使电机传动刀架进给移动，移动到挡快压下SQ2时，它的动断触点断开，使KM1失电，电机停止转动，刀架停止进给，同时SQ2的动合触点闭合使KT得电，经一段延时后将其延时闭合的动合触点闭合使KM2得电，电机反转，刀架返回，直至压下SQ1时，电动机停转,刀架停止移动而停在原位。

(6)程序控制

图8.52 加热炉自动上料控制线路图和工作示意图

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第4次课
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通过具体的控制线路了解控制线路的一般组成及绘制方法和设计思路。

1．C6150型车床电气控制线路

(1) 机床简介
运动部件：主轴和进给运动
M1：主电动机，实现主轴的