模塊1 繼電器—接觸器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目1 提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

任務(wù)1 提升機(jī)單向運(yùn)行的自鎖控制

一、任務(wù)目的

按下啟動(dòng)按鈕，提升機(jī)開(kāi)始上升；任何時(shí)刻按下停止按鈕，提升機(jī)停止工作。物料提升機(jī)如圖1.1所示。

二、任務(wù)分析

按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1得電，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)提升機(jī)上升；松開(kāi)按鈕后提升機(jī)依然上升；當(dāng)按下停止按鈕SB3后，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，提升機(jī)停止工作。

三、知識(shí)鏈接

1．熔斷器

熔斷器是一種當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值一定時(shí)間后，以它本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化而分?jǐn)嚯娐返碾娖鳎瑥V泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)及用電設(shè)備中作短路和過(guò)電流保護(hù)。圖1.2為常用熔斷器的外觀。圖1.3為熔斷器圖形、文字符號(hào)。

2．接觸器

接觸器是一種自動(dòng)的電磁式電器，適用于遠(yuǎn)距離頻繁的接通和斷開(kāi)交直流主電路及大容量控制電路。常用接觸器分為交流接觸器和直流接觸器兩類(lèi)。

圖1.4為交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖。

接觸器由以下四部分組成。

（1）電磁機(jī)構(gòu)

電磁機(jī)構(gòu)的主要作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并帶動(dòng)觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)，完成通斷電路的控制作用。一般由線圈、鐵芯、銜鐵組成，線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)化為磁能，即產(chǎn)生磁通，鐵芯是為了增加磁通，銜鐵會(huì)在電磁力的作用下產(chǎn)生機(jī)械位移使觸點(diǎn)動(dòng)作。

（2）觸點(diǎn)系統(tǒng)

觸點(diǎn)的作用是接通和分?jǐn)嚯娐罚虼司哂辛己玫慕佑|性能和導(dǎo)電性能。接觸器的觸點(diǎn)包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用于通斷電流大的主電路，一般由三對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)組成。輔助觸點(diǎn)用以通斷小電流的控制電路，它有“常開(kāi)”、“常閉”觸點(diǎn)（“常開(kāi)”、“常閉”是指在電磁系統(tǒng)未通電時(shí)的狀態(tài)）。常開(kāi)觸點(diǎn)（又叫動(dòng)合觸點(diǎn)）是指線圈未通電前觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，而通電后觸點(diǎn)閉合。常閉觸點(diǎn)（又叫動(dòng)斷觸點(diǎn)）跟常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作特點(diǎn)相反。

（3）滅弧系統(tǒng)

觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娐窌r(shí)，會(huì)在分?jǐn)嗨查g產(chǎn)生電弧，電弧的高溫能將觸點(diǎn)損壞，縮短使用壽命，又延長(zhǎng)了分?jǐn)鄷r(shí)間，因此容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置。

（4）其他部分

保護(hù)彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、接線柱及外殼等。

當(dāng)接觸器線圈通電后，在鐵芯中會(huì)產(chǎn)生磁通，由此產(chǎn)生電磁吸力，帶動(dòng)銜鐵運(yùn)動(dòng)，銜鐵通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。這就是接觸器的工作原理。

圖1.5為接觸器的外觀，圖1.6為接觸器的圖形、文字符號(hào)。

目前我國(guó)常用的交流接觸器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12、CJ10等系列；常用的直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10、CZ2等系列。

3．熱繼電器

熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)，通過(guò)加熱發(fā)熱元件使雙金屬片彎曲，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的電器。主要用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載免于過(guò)載以及作為三相電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù)。圖1.7為常用熱繼電器的外觀，圖1.8為熱繼電器工作原理圖，圖1.9為熱繼電器圖形、文字符號(hào)。

熱繼電器的熱元件串接在電動(dòng)機(jī)的定子繞組電路中，一對(duì)常閉觸點(diǎn)串接在控制電路中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的時(shí)候，熱元件中的電流小，熱元件產(chǎn)生的熱量雖然能使金屬片彎曲，但不能使觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)流過(guò)熱元件的電流加大，產(chǎn)生熱量增加，使雙金屬片彎曲位移增大，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，觸點(diǎn)動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷控制電路，使主電路斷電，電動(dòng)機(jī)得到保護(hù)。

為了防止電動(dòng)機(jī)在缺相的情況下，普通熱繼電器不能迅速動(dòng)作而損壞電機(jī)，我們一般使用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。

目前我國(guó)常用的熱繼電器有JR0、JR15、JR16、JR20、JRS1、JRS2、JRS5、T系列等。

4．低壓斷路器

低壓斷路器又稱(chēng)為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，可用來(lái)分配電能，不頻繁的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載、短路或者欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)的切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器、欠壓繼電器，熱繼電器的組合。圖1.10為常用低壓斷路器外觀。圖1.11為低壓斷路器工作原理圖，圖1.12為低壓斷路器圖形、文字符號(hào)。

常用的低壓斷路器主要有DW10、DW15（萬(wàn)能式斷路器）、DZ5、DZ10、DZ20（塑料外殼式斷路器）。

5．控制按鈕

控制按鈕是最常見(jiàn)的主令電器，其結(jié)構(gòu)形式與圖形、文字符號(hào)如圖1.13所示，它有常閉觸點(diǎn)、也有常開(kāi)觸點(diǎn)。未動(dòng)作時(shí)常閉觸點(diǎn)4閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)5斷開(kāi)，當(dāng)按下按鈕帽時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)3下移，常閉觸點(diǎn)4斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)5閉合。一旦手指離開(kāi)按鈕帽，在復(fù)位彈簧的作用下，動(dòng)觸點(diǎn)3上移，按鈕觸點(diǎn)復(fù)位。

常用的控制按鈕型號(hào)有LA2、LA18、LA19、LA20及新型號(hào)LA25等系列。其中LA2系列有一對(duì)常開(kāi)和一對(duì)常閉觸點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)。LA25系列為積木式結(jié)構(gòu)，采用插接式連接，有獨(dú)立的接觸單元，具有任意組合常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)對(duì)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，是通用型按鈕的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

四、任務(wù)實(shí)施

1．所需元器件清單

所需元件清單如表1.1所示。

2．電路構(gòu)成

主電路由斷路器QF、熔斷器FU1、接觸器KM1的主觸點(diǎn)、熱繼電器FR的熱元件和電動(dòng)機(jī)M構(gòu)成；控制電路由熔斷器FU2、啟動(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB3、熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)、接觸器的線圈以及輔助常開(kāi)觸點(diǎn)構(gòu)成，電路如圖1.14所示。

3．系統(tǒng)工作過(guò)程

啟動(dòng)過(guò)程：合上隔離開(kāi)關(guān)QF，按下按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，KM1的主觸點(diǎn)閉合，電源接到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)KM1的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，即使松開(kāi)SB1，接觸器KM1的線圈仍能繼續(xù)保持通電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)得以持續(xù)運(yùn)行。這種依靠接觸器（繼電器）本身的輔助觸點(diǎn)使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱(chēng)為“自鎖”。起自鎖作用的觸點(diǎn)稱(chēng)為自鎖觸點(diǎn)。

停止過(guò)程：按下停止按鈕SB3，接觸器KM1的線圈失電，其主觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷電動(dòng)機(jī)的電源，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)其輔助常開(kāi)觸點(diǎn)也斷開(kāi)，此時(shí)即使松開(kāi)按鈕SB3，KM1線圈也不會(huì)得電，電動(dòng)機(jī)不會(huì)自行啟動(dòng)。只有再次按下啟動(dòng)按鈕SB1，方可再次啟動(dòng)。

任務(wù)2 提升機(jī)上下運(yùn)行的控制

一、任務(wù)目的

按下上升按鈕，提升機(jī)開(kāi)始上升；按下下降按鈕，提升機(jī)開(kāi)始下降；任何時(shí)刻按下停止按鈕，提升機(jī)停止工作。

二、任務(wù)分析

按下上升按鈕SB1，接觸器KM1得電，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)提升機(jī)上升；當(dāng)按下下降按鈕SB2時(shí)，接觸器KM2得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)提升機(jī)下降，由于控制電路中使用了互鎖控制，KM1和KM2兩個(gè)線圈不會(huì)同時(shí)得電，避免了短路的危險(xiǎn)；當(dāng)按下停止按鈕SB3后，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，提升機(jī)停止工作。

三、任務(wù)實(shí)施

1．所需元器件清單

所需元件清單如表1.2所示。

2．主電路的設(shè)計(jì)

由三相異步電動(dòng)機(jī)原理可知，將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)，電機(jī)即可反向運(yùn)行，在主電路中，采用兩個(gè)接觸器KM1和KM2來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)接觸器KM1主觸點(diǎn)閉合，三相電源的相序按L1、L2、L3接入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)接觸器KM2主觸點(diǎn)閉合，三相電源的相序按L3、L2、L1接入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖1.15（a）所示。

3．控制電路的設(shè)計(jì)

由主電路可知，若KM1和KM2的主觸點(diǎn)同時(shí)閉合，將造成L1和L3短路。因此，要使電路安全可靠的工作，同一時(shí)間，KM1和KM2只能有一個(gè)接觸器工作，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為“互鎖”。要實(shí)現(xiàn)這種控制要求，只需要在控制電路中，將其中一個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)串入另一個(gè)接觸器線圈電路中，則任一接觸器線圈得電后，即使按下相反方向的按鈕，另一接觸器也無(wú)法得電。如圖1.15（b）所示。

4．系統(tǒng)工作過(guò)程

① 正轉(zhuǎn)控制：合上隔離開(kāi)關(guān)QF，按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，主電路中KM1主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)KM1的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖，KM1的輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。

② 反轉(zhuǎn)控制：按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2，串聯(lián)在KM1線圈回路的SB2的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM1線圈失電，KM1的所有觸點(diǎn)復(fù)位，主電路中KM1主觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電，同時(shí)接觸器KM2線圈得電，KM2主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)接入反相序電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，同時(shí)KM2的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM2的輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。

四、作業(yè)

有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1和M2，要求M1先啟動(dòng)，然后M2再啟動(dòng)，如果M1不啟動(dòng)，M2不能啟動(dòng)；停止時(shí)M2先停止，M1再停止，M2不停，M1不能停止。請(qǐng)畫(huà)出主電路和控制電路，并接線實(shí)現(xiàn)。