模塊1 繼電器—接觸器系統的設計

項目1 提升機控制系統的設計

任務1 提升機單向運行的自鎖控制

一、任務目的

按下啟動按鈕，提升機開始上升；任何時刻按下停止按鈕，提升機停止工作。物料提升機如圖1.1所示。

二、任務分析

按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1得電，控制電動機正轉，帶動提升機上升；松開按鈕后提升機依然上升；當按下停止按鈕SB3后，電動機停止轉動，提升機停止工作。

三、知識鏈接

1．熔斷器

熔斷器是一種當電流超過規定值一定時間后，以它本身產生的熱量使熔體熔化而分斷電路的電器，廣泛應用于低壓配電系統及用電設備中作短路和過電流保護。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。

2．接觸器

接觸器是一種自動的電磁式電器，適用于遠距離頻繁的接通和斷開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。

圖1.4為交流接觸器結構示意圖。

接觸器由以下四部分組成。

（1）電磁機構

電磁機構的主要作用是將電磁能轉換為機械能并帶動觸點的閉合或斷開，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化為磁能，即產生磁通，鐵芯是為了增加磁通，銜鐵會在電磁力的作用下產生機械位移使觸點動作。

（2）觸點系統

觸點的作用是接通和分斷電路，因此具有良好的接觸性能和導電性能。接觸器的觸點包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷電流大的主電路，一般由三對常開觸點組成。輔助觸點用以通斷小電流的控制電路，它有“常開”、“常閉”觸點（“常開”、“常閉”是指在電磁系統未通電時的狀態）。常開觸點（又叫動合觸點）是指線圈未通電前觸點是斷開的，而通電后觸點閉合。常閉觸點（又叫動斷觸點）跟常開觸點動作特點相反。

（3）滅弧系統

觸點分斷電路時，會在分斷瞬間產生電弧，電弧的高溫能將觸點損壞，縮短使用壽命，又延長了分斷時間，因此容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置。

（4）其他部分

保護彈簧、傳動機構、接線柱及外殼等。

當接觸器線圈通電后，在鐵芯中會產生磁通，由此產生電磁吸力，帶動銜鐵運動，銜鐵通過機械傳動裝置使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。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。

目前我國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，通過加熱發熱元件使雙金屬片彎曲，推動執行機構動作的電器。主要用來保護電動機或其它負載免于過載以及作為三相電動機的斷相保護。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。

熱繼電器的熱元件串接在電動機的定子繞組電路中，一對常閉觸點串接在控制電路中，當電動機正常運行的時候，熱元件中的電流小，熱元件產生的熱量雖然能使金屬片彎曲，但不能使觸點動作。當電動機過載時流過熱元件的電流加大，產生熱量增加，使雙金屬片彎曲位移增大，經過一定時間后，觸點動作，使常閉觸點斷開，切斷控制電路，使主電路斷電，電動機得到保護。

為了防止電動機在缺相的情況下，普通熱繼電器不能迅速動作而損壞電機，我們一般使用帶斷相保護的熱繼電器。

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

4．低壓斷路器

低壓斷路器又稱為自動空氣開關，可用來分配電能，不頻繁的啟動電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載、短路或者欠壓等故障時能自動的切斷電路，其功能相當于熔斷器、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。

常用的低壓斷路器主要有DW10、DW15（萬能式斷路器）、DZ5、DZ10、DZ20（塑料外殼式斷路器）。

5．控制按鈕

控制按鈕是最常見的主令電器，其結構形式與圖形、文字符號如圖1.13所示，它有常閉觸點、也有常開觸點。未動作時常閉觸點4閉合，常開觸點5斷開，當按下按鈕帽時，動觸點3下移，常閉觸點4斷開，常開觸點5閉合。一旦手指離開按鈕帽，在復位彈簧的作用下，動觸點3上移，按鈕觸點復位。

常用的控制按鈕型號有LA2、LA18、LA19、LA20及新型號LA25等系列。其中LA2系列有一對常開和一對常閉觸點，具有結構簡單、動作可靠、堅固耐用的優點。LA25系列為積木式結構，采用插接式連接，有獨立的接觸單元，具有任意組合常開觸點、常閉觸點對數的優點，是通用型按鈕的更新換代產品。

四、任務實施

1．所需元器件清單

所需元件清單如表1.1所示。

2．電路構成

主電路由斷路器QF、熔斷器FU1、接觸器KM1的主觸點、熱繼電器FR的熱元件和電動機M構成；控制電路由熔斷器FU2、啟動按鈕SB1、停止按鈕SB3、熱繼電器FR的常閉觸點、接觸器的線圈以及輔助常開觸點構成，電路如圖1.14所示。

3．系統工作過程

啟動過程：合上隔離開關QF，按下按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，KM1的主觸點閉合，電源接到電動機的定子繞組上，電動機運行，同時KM1的輔助常開觸點閉合，即使松開SB1，接觸器KM1的線圈仍能繼續保持通電狀態，電動機得以持續運行。這種依靠接觸器（繼電器）本身的輔助觸點使其線圈保持通電的現象稱為“自鎖”。起自鎖作用的觸點稱為自鎖觸點。

停止過程：按下停止按鈕SB3，接觸器KM1的線圈失電，其主觸點斷開，切斷電動機的電源，停止運轉。同時其輔助常開觸點也斷開，此時即使松開按鈕SB3，KM1線圈也不會得電，電動機不會自行啟動。只有再次按下啟動按鈕SB1，方可再次啟動。

任務2 提升機上下運行的控制

一、任務目的

按下上升按鈕，提升機開始上升；按下下降按鈕，提升機開始下降；任何時刻按下停止按鈕，提升機停止工作。

二、任務分析

按下上升按鈕SB1，接觸器KM1得電，控制電動機正轉，帶動提升機上升；當按下下降按鈕SB2時，接觸器KM2得電，電動機反轉，帶動提升機下降，由于控制電路中使用了互鎖控制，KM1和KM2兩個線圈不會同時得電，避免了短路的危險；當按下停止按鈕SB3后，電動機停止轉動，提升機停止工作。

三、任務實施

1．所需元器件清單

所需元件清單如表1.2所示。

2．主電路的設計

由三相異步電動機原理可知，將三相電源進線中的任意兩相對調，電機即可反向運行，在主電路中，采用兩個接觸器KM1和KM2來控制電機的正反轉，當接觸器KM1主觸點閉合，三相電源的相序按L1、L2、L3接入電動機，電動機正轉；當接觸器KM2主觸點閉合，三相電源的相序按L3、L2、L1接入電動機，電動機反轉。如圖1.15（a）所示。

3．控制電路的設計

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

4．系統工作過程

① 正轉控制：合上隔離開關QF，按下正轉按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，主電路中KM1主觸頭閉合，電動機正轉，同時KM1的輔助常開觸點閉合自鎖，KM1的輔助常閉觸點斷開。

② 反轉控制：按下反轉按鈕SB2，串聯在KM1線圈回路的SB2的常閉觸點斷開，接觸器KM1線圈失電，KM1的所有觸點復位，主電路中KM1主觸頭斷開，電動機斷電，同時接觸器KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，電動機接入反相序電源，電動機開始反轉，同時KM2的輔助常開觸點閉合，KM2的輔助常閉觸點斷開。

四、作業

有兩臺電動機M1和M2，要求M1先啟動，然后M2再啟動，如果M1不啟動，M2不能啟動；停止時M2先停止，M1再停止，M2不停，M1不能停止。請畫出主電路和控制電路，并接線實現。