第三章繼電器-接觸器控制線路的設(shè)計(jì)1

設(shè)備電氣控制技術(shù)李虎東北大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)與自動(dòng)化研究所第3章繼電器—接觸器控制電路的設(shè)計(jì)

3.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般內(nèi)容3.2電氣控制電路的設(shè)計(jì)步驟3.2.1電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇3.2.2電氣控制電路的設(shè)計(jì)3.3常用低壓電器元件的選用3.4電氣控制電路設(shè)計(jì)舉例習(xí)題3.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般內(nèi)容(1)擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書（技術(shù)條件）；(2)

確定電氣傳動(dòng)方案，選擇傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)；(3)

設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)電路圖；(4)

選擇電氣元件，并制定電氣元件明細(xì)表；(5)

設(shè)計(jì)操縱臺(tái)、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電氣元件；(6)

設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)備的電氣設(shè)備布置總圖、電氣安裝圖，以及電氣接線圖；(7)

編寫電氣控制系統(tǒng)說(shuō)明書及使用說(shuō)明書。具體內(nèi)容的確定⒈應(yīng)滿足生產(chǎn)設(shè)備的主要技術(shù)性能，即機(jī)械傳動(dòng)、液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)的工作特性，以及對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，這是生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。⒉生產(chǎn)設(shè)備的電氣傳動(dòng)方案，要依據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、調(diào)速指標(biāo)，以及對(duì)電氣制動(dòng)和正反相要求等來(lái)確定。

例如：中小型機(jī)床一般采用單獨(dú)或雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)變速箱傳動(dòng)；對(duì)傳動(dòng)功率較大，主軸轉(zhuǎn)速較低的機(jī)床，為了降低成本，簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，可選用轉(zhuǎn)速較低的異步電動(dòng)機(jī)；對(duì)調(diào)速范圍、調(diào)速精度、調(diào)速的平滑性要求較高的機(jī)床，可考慮采用直流調(diào)速系統(tǒng)或交流調(diào)速技術(shù)，滿足無(wú)極調(diào)速和自動(dòng)調(diào)速的要求；⒊生產(chǎn)設(shè)備所使用的電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)設(shè)備的負(fù)載特性相適應(yīng)

調(diào)速性質(zhì)是指轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。設(shè)計(jì)任何一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的電力拖動(dòng)系統(tǒng)都離不開對(duì)負(fù)載和系統(tǒng)調(diào)速性質(zhì)的研究，它是選擇拖動(dòng)和控制方案及確定電動(dòng)機(jī)容量的前提。例如，機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）需要恒功率傳動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則需要恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。雙速異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組由三角形改成星形聯(lián)結(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)速由低速升為高速，功率增加很小，因此適用于恒功率傳動(dòng)。定子繞組低速為星形聯(lián)接時(shí)，而高速為雙星形聯(lián)接的雙速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩保持不變，因此適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電壓的調(diào)速方法則屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；改變勵(lì)磁的調(diào)速方法是屬于恒功率調(diào)速。⒋正確合理地選擇電氣控制方式是生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容電氣控制方式應(yīng)能保證生產(chǎn)設(shè)備的使用效能和動(dòng)作程序、自動(dòng)循環(huán)等基本動(dòng)作要求?，F(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備的控制方式與生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，電氣控制方式應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的總體技術(shù)要求來(lái)擬定。在一般的簡(jiǎn)單生產(chǎn)設(shè)備中，其工作程序往往是固定的，使用中不需要經(jīng)常改變?cè)谐绦?，可采用有觸頭的繼電接觸器系統(tǒng)，控制電路在結(jié)構(gòu)上接成“固定”式的。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠控制的功率較大，控制方法簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，便于維護(hù)，成本低，因此在現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)中采用仍相當(dāng)廣泛。對(duì)于系統(tǒng)工作復(fù)雜，控制要求高的生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先采用PLC控制系統(tǒng)。⒌明確有關(guān)操縱方面的要求如操縱臺(tái)的設(shè)置、測(cè)量顯示、故障自診斷和保護(hù)措施的要求等等。⒍設(shè)計(jì)應(yīng)考慮用戶供電網(wǎng)的要求如電網(wǎng)容量、電流種類，電壓及頻率。3.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇

正確地選擇電動(dòng)機(jī)就是從驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備的具體對(duì)象的使用條件出發(fā)，從經(jīng)濟(jì)性、合理性、安全性等多方面考慮，使電動(dòng)機(jī)能夠安全可靠地運(yùn)行。下面以機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例說(shuō)明如何選擇電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)機(jī)床的負(fù)載（例如切削功率）就可選擇電動(dòng)機(jī)的容量。然而機(jī)床的載荷是經(jīng)常變化的，而每個(gè)負(fù)載的工作時(shí)間也不盡相同，這就產(chǎn)生了使電動(dòng)機(jī)的功率如何最經(jīng)濟(jì)地滿足機(jī)床負(fù)載功率的問(wèn)題。機(jī)床電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般分為主拖動(dòng)及進(jìn)給拖動(dòng)。⒈機(jī)床主軸拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量選擇因此通常采用通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比或采用分析與計(jì)算相結(jié)合的方法來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率。⑴調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比法：

確定電動(dòng)機(jī)容量前，首先進(jìn)行廣泛調(diào)查研究，分析確定所需要的切削用量，然后用已確定的較常用的切削用量的最大值，在同類同規(guī)格的機(jī)床上進(jìn)行切削試驗(yàn)，并測(cè)出電動(dòng)機(jī)的輸出功率，以此測(cè)出的功率為依據(jù)，

再考慮到機(jī)床最大負(fù)載情況，以及采用先進(jìn)切削方法及新工藝等，然后類比國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率，最后確定所設(shè)計(jì)的機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率并選擇電動(dòng)機(jī)。這種方法有實(shí)用價(jià)值，以切削試驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析類比，符合實(shí)際情況。就是對(duì)機(jī)床主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)、分析，找出電動(dòng)機(jī)容量與機(jī)床主要數(shù)據(jù)的關(guān)系，根據(jù)這種關(guān)系作為選擇電動(dòng)機(jī)容量的依據(jù)。臥式車床主電動(dòng)機(jī)的功率：（3-1）式中P——主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（Kw）；D——工件最大直徑（m）。立式車床主電動(dòng)機(jī)的功率：（3-2）式中D——工件最大直徑（m）。搖臂鉆床主電動(dòng)機(jī)的功率：（3-3）式中D——最大鉆孔直徑（mm）。臥式鏜床主電動(dòng)機(jī)的功率：（3-4）式中D——鏜桿直徑（mm）。龍門銑床主電動(dòng)機(jī)的功率：（3-5）式中B——工作臺(tái)寬度（mm）。

⑵分析計(jì)算法

可根據(jù)機(jī)床總體設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)械傳動(dòng)功率的要求，確定機(jī)床拖動(dòng)用電動(dòng)機(jī)功率。即知道機(jī)械傳動(dòng)的功率，可計(jì)算出所需電動(dòng)機(jī)功率：式中P——電動(dòng)機(jī)功率（Kw）；P1——機(jī)械傳動(dòng)軸上的功率；η1——生產(chǎn)機(jī)械效率；η2——電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)效率。

式中η總——機(jī)床總效率，一般主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床η總=0.7~0.85；主運(yùn)動(dòng)為往返運(yùn)動(dòng)的機(jī)床η總=0.6~0.7（結(jié)果簡(jiǎn)單的取大值，復(fù)雜的取小值）。計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率，僅僅是初步確定的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，最后確定其容量。⒉機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的確定機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率也是由于有效功率和功率損失兩部分組成。一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有效功率都是比較小的，如通用機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有效功率僅為主運(yùn)動(dòng)的0.0015~0.0025，銑床為0.015~0.025，但由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率很低，實(shí)際需要的進(jìn)給功率，車床、鉆床的有效功率約為主運(yùn)動(dòng)功率的0.03~0.05，而銑床則為0.2~0.25，一般地，機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)效率為0.15~0.2，甚至還低。車床和鉆床，當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用同一個(gè)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只計(jì)算主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率即可。對(duì)于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格內(nèi)在聯(lián)系的機(jī)床，如銑床，為了使用方便和減少電能的消耗，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)除主傳動(dòng)進(jìn)給外還傳動(dòng)工作臺(tái)的快速移動(dòng)。由于快速移動(dòng)所需功率比進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大得多，因此電動(dòng)機(jī)的功率常是由快速移動(dòng)的需要而決定?？焖僖苿?dòng)所需要的功率，一般由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)選擇，現(xiàn)列于表3-1中。表3-1機(jī)床移動(dòng)所需的功率值機(jī)床類型運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)速度（m·min－1）所需電動(dòng)機(jī)功率/kWDm=400mm臥式車床Dm=600mmDm=1000mm溜板溜板溜板6~94~63~40.6~1.00.8~1.23.2搖臂鉆床Dm=35~75mm搖臂0.5~1.51~2.8升降臺(tái)銑床工作臺(tái)升降臺(tái)4~61.5~2.00.8~1.21.2~1.5龍門銑床橫梁橫梁上的銑頭立柱上銑頭0.25~0.501.0~1.50.5~1.02~41.5~21.5~2⒊電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)功率的確定是選擇電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵，但也要對(duì)轉(zhuǎn)速、使用電壓等級(jí)及結(jié)構(gòu)型式等項(xiàng)目進(jìn)行選擇。異步電動(dòng)機(jī)由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，維修方便，造價(jià)低廉，因此在機(jī)床中使用得最為廣泛。

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，體積越大，價(jià)格也越高，功率因數(shù)和效率也就低，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)械的要求和傳動(dòng)裝置的具體情況加以選定。異步電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)為380V。但要求范圍寬而平滑的無(wú)極調(diào)速時(shí)，可采用交流變頻調(diào)速或直流調(diào)速。結(jié)構(gòu)型式：按電動(dòng)機(jī)安裝位置的不同分為：臥式（電動(dòng)機(jī)軸為水平）和立式（電動(dòng)機(jī)軸為垂直）

3.2.2電氣控制電路的設(shè)計(jì)當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備的控制方案確定后，可參照典型線路逐一分別設(shè)計(jì)局部線路，然后再根據(jù)各部分的相互關(guān)系綜合而成完整的控制電路。⒈控制電路的設(shè)計(jì)規(guī)律繼電接觸器控制電路有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是通過(guò)觸頭的“通”和“斷”來(lái)控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備，從而完成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。即使很復(fù)雜的控制系統(tǒng)，很大一部分也是由動(dòng)合和動(dòng)斷觸頭組合而成的。⑴動(dòng)合觸頭串聯(lián)

當(dāng)要求幾個(gè)條件同時(shí)具備，才使電器線圈得電動(dòng)作時(shí)，可用幾個(gè)動(dòng)合觸頭與線圈串聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)，這種關(guān)系在邏輯線路中稱為“與”邏輯。必須每個(gè)動(dòng)力頭都進(jìn)給到終點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)地接通繼電器K1，K2，K3，…，Kn（分別在各自的機(jī)床控制電路中），使其各觸頭閉合，接通繼電器K0，才發(fā)出加工完畢信號(hào)。只有動(dòng)力頭都退回原位，行程開關(guān)ST01，ST02，ST03，…，ST0n都被壓下，才能接通K10，各動(dòng)力頭加工完成，并返回原位后，各行程開關(guān)ST1，ST2，ST3，…，STn都被壓下，使K12動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。⑵動(dòng)合觸頭并聯(lián)

當(dāng)在幾個(gè)條件中，只要求具備其中任一條件，所控制的電器線圈就能得電，這時(shí)可用幾個(gè)動(dòng)合觸頭并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種關(guān)系在邏輯線路中稱為“或”邏輯。

⑶動(dòng)斷觸頭串聯(lián)

當(dāng)幾個(gè)條件只具備一個(gè)時(shí)，電器線圈就斷電，可用幾個(gè)動(dòng)斷觸頭與被控制的電器線圈串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

⑷動(dòng)斷觸頭并聯(lián)

當(dāng)要求幾個(gè)條件都具備，電器線圈才斷電時(shí)，可用幾個(gè)動(dòng)斷觸頭并聯(lián)，再與被控制的電器線圈串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑸一般保護(hù)電器應(yīng)能保證控制電路長(zhǎng)期正常運(yùn)行，又能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其他電器設(shè)備的作用。一旦線路出故障，它的觸頭就應(yīng)從“通”轉(zhuǎn)為“斷”。

圖為自動(dòng)線預(yù)停控制電路，自動(dòng)線預(yù)停時(shí)，可按“預(yù)停”按鈕SB3。由動(dòng)斷觸頭K3、K10和K12所組成的并聯(lián)電路與接觸器KM0線圈串聯(lián)（KM0是自動(dòng)線控制電路送電用接觸器），是為了保證只有當(dāng)所有動(dòng)力頭已經(jīng)退回原位（KM10動(dòng)作）、夾具撥銷松開（KM12動(dòng)作）、并原來(lái)已發(fā)出“預(yù)?！毙盘?hào)時(shí)（K3動(dòng)作），才能使KM0斷電釋放，將控制電路的電源切斷。⒉控制電路設(shè)計(jì)的一般問(wèn)題⑴除非有必要，否則應(yīng)盡量避免許多電器依次動(dòng)作才能接通另一個(gè)電器的現(xiàn)象如圖a繼電器K1得電動(dòng)作后K2才動(dòng)作，而后K3才能接通得電。K3的動(dòng)作要通過(guò)K1和K2兩個(gè)電器的動(dòng)作。但圖b中K3的動(dòng)作只需K1電器動(dòng)作，而且只需經(jīng)過(guò)一對(duì)觸頭，工作可靠。⑵應(yīng)正確聯(lián)接電器的線圈1）在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，控制電器的線圈—端應(yīng)接在電源的同一端。如圖a所示，繼電器、接觸器以及其他電器的線圈的一端要統(tǒng)一接在電源的同一側(cè)，而所有電器的觸頭接在電源的另一側(cè)。這樣當(dāng)某一電器的觸頭發(fā)生短路故障時(shí)，不致引起電源短路。同時(shí)安裝接線也方便。

2）交流勵(lì)磁的電器的線圈不能串聯(lián)使用。這是因?yàn)閮蓚€(gè)交流勵(lì)磁的線圈串聯(lián)使用時(shí)，至少有一個(gè)線圈至多能得到1/2的電源電壓，又由于吸合的時(shí)間不盡相同。只要有一個(gè)電器吸合動(dòng)作，它的線圈上的壓降也就增大，從而使另一電器達(dá)不到所需要的動(dòng)作電壓。圖b中KM1與K1串聯(lián)使用是錯(cuò)誤的，應(yīng)如圖a所示，將KM1與K1兩電器線圈并聯(lián)使用。

⑶在控制電路中應(yīng)盡量減少觸頭數(shù)，以提高線路的可靠性。在簡(jiǎn)化，合并觸頭的過(guò)程中，主要著眼點(diǎn)應(yīng)放在同類性質(zhì)觸頭的合并，或一個(gè)觸頭能完成的動(dòng)作，不用兩個(gè)觸頭。在簡(jiǎn)化過(guò)程中應(yīng)注意觸頭的額定電流是否允許，也應(yīng)考慮對(duì)其他回路的影響。按照電路結(jié)構(gòu)寫出其邏輯函數(shù)式，應(yīng)用邏輯函數(shù)的各種化簡(jiǎn)法則對(duì)邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)。如對(duì)圖c，可有K=（K1+K2）（K1+K3）=K1+K1K3+K1K2+K2K3=K1（1+K3+K2）+K2K3=K1+K2K3

對(duì)圖b，因圖中有動(dòng)斷觸頭，按照我們?cè)诘诙?jié)中的規(guī)定，要將動(dòng)斷觸頭用反變量表示（可改變圖中的文字符號(hào)標(biāo)注），可有在化簡(jiǎn)過(guò)程中應(yīng)注意，不能改變?cè)瓉?lái)電路的運(yùn)行規(guī)律（或邏輯關(guān)系）。

對(duì)電路應(yīng)用邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)法的好處：一是容易得到最簡(jiǎn)結(jié)果，二是不易出錯(cuò)。例如，對(duì)于圖a中所示電路，先采用直接化簡(jiǎn)法。從左邊看，兩個(gè)K1的動(dòng)合觸頭可以合并，如圖b；又看到右邊的兩個(gè)ST2的動(dòng)合觸頭似乎也可節(jié)省一個(gè)，化簡(jiǎn)成圖c。此時(shí)仔細(xì)考察，發(fā)現(xiàn)圖c中如虛線標(biāo)明的信號(hào)通路在原電路中是不存在的，這說(shuō)明改變了電路的邏輯關(guān)系，與原電路已不再等效。用邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)法可得不會(huì)出現(xiàn)圖c的錯(cuò)誤結(jié)果。⑷在電路圖中應(yīng)考慮各電氣元件的實(shí)際接線情況，使之盡可能減少實(shí)際連接導(dǎo)線。圖c及d是不適當(dāng)?shù)慕泳€方法，而a及b是適當(dāng)?shù)?。因?yàn)榘粹o在按鈕站（或操縱臺(tái)），電器在電器柜里。⑸在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)應(yīng)考慮各種聯(lián)鎖關(guān)系，以及電氣系統(tǒng)應(yīng)具有的各種電氣保護(hù)措施，即使誤操作也不致造成事故，例如過(guò)載、短路、失電壓、限位等保護(hù)措施。⑹在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)也應(yīng)考慮有關(guān)操縱、故障檢查、檢測(cè)儀表、信號(hào)指示，以及照明等要求。⑺要保證電路工作可靠，消除一切隱患。在具體實(shí)現(xiàn)控制要求的電路中，要進(jìn)行必要的暫態(tài)過(guò)程分析，注意排除由于競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象造成的執(zhí)行結(jié)果的不確定性（不用元件不通電）。對(duì)于圖c中的工作過(guò)程圖，如果用右圖1-48所示的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，工作就不可靠了。因?yàn)楫?dāng)KM1工作一段時(shí)間后，時(shí)間繼電器KT延時(shí)閉合的動(dòng)合觸頭閉合，使KM2線圈得電，KM2的動(dòng)斷觸頭立即斷開，而動(dòng)合觸頭需稍后才能閉合。KM2的動(dòng)斷觸頭斷開，使KT釋放，若KT觸頭已斷開，而KM2動(dòng)合觸頭尚未閉合，則KM2不能實(shí)現(xiàn)自鎖，所以，期望的工作過(guò)程并不能實(shí)現(xiàn)，這是誤斷電的情況。也要防止誤通電的情況出現(xiàn)。上圖是一個(gè)具有正反轉(zhuǎn)指示燈的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，只要電動(dòng)機(jī)不過(guò)載，它就工作正常。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載（以正轉(zhuǎn)為例）時(shí)，熱繼電器KR的動(dòng)斷觸頭斷開，按理說(shuō)此時(shí)KM1應(yīng)釋放使電動(dòng)機(jī)停止工作。但卻不然，因?yàn)殡娐分谐霈F(xiàn)了一條如虛線所示的意外通路，由于KM1吸合后的釋放電壓較低，但其承受的電壓卻很高（KM2未吸合），所以KM1不能釋放，電動(dòng)機(jī)也就得不到保護(hù)。把這種意外接通的電路稱為寄生電路。熱繼電器KR的動(dòng)斷觸頭移到電路的左邊與SB1直接相串聯(lián)，或者將指示燈與接觸器線圈直接并聯(lián)，就可消除此電路中的寄生電路。3.3常用低壓電器元件的選用3.3.1概述

3.3.2接觸器

3.3.3繼電器

3.3.4熔斷器

3.3.5速度繼電器

3.3.6斷路器

3.3.7主令電器

3.3.8控制變壓器

3.3.9其它常用電器

3.3.1概述低壓電器是用于額定電壓交流1200V或直流1500V及以下能夠根據(jù)外界施加的信號(hào)或要求，自動(dòng)或手動(dòng)地接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、檢測(cè)、保護(hù)、變換以及調(diào)節(jié)的電器設(shè)備。低壓電器的額定電壓等級(jí)范圍，隨著技術(shù)的提高和生產(chǎn)發(fā)展的需要有相應(yīng)提高的趨勢(shì)。低壓電器的分類方法按動(dòng)作方式，可分為自動(dòng)切換電器和非自動(dòng)切換電器。自動(dòng)切換電器在完成接通、分?jǐn)嗷蚱饎?dòng)、反向以及停止等動(dòng)作時(shí)，依靠其本身參數(shù)的變化或外來(lái)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行工作；非自動(dòng)切換電器主要依靠外力直接操作來(lái)進(jìn)行切換等動(dòng)作。按使用場(chǎng)合，低壓電器可按表3-2劃分。按在電氣線路中所處的地位和作用，低壓電器可分為配電電器和控制電器，見(jiàn)表3-3。配電電器主要用于配電系統(tǒng)中，對(duì)其技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?qiáng)、限流效果好、動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性高。控制電器主要用于生產(chǎn)機(jī)械和設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。還可按有無(wú)觸頭、滅弧介質(zhì)、外殼防護(hù)等級(jí)、安裝類別等進(jìn)行分類。類別特點(diǎn)及適用場(chǎng)合一般用途正常條件下工作化工用電器防腐蝕，適用于有腐蝕氣體和粉塵的場(chǎng)合礦用電器防爆，適用于含煤塵、甲烷等爆炸性氣體的環(huán)境船用電器耐顛簸、振動(dòng)和沖擊，耐潮濕、抗鹽霧和霉菌侵蝕航空用電器耐沖擊、振動(dòng)，可在任何位置上工作牽引電器工作環(huán)境溫度較高，耐振動(dòng)和沖擊，通常用于電力機(jī)車熱帶電器（使用環(huán)境溫度40~50℃）濕熱帶型：能工作在相對(duì)濕度為95%。具有凝露，煙霧和霉菌場(chǎng)合干熱帶型：能防沙塵高原電器適用于海拔1000~4000m的高原地區(qū)表3-2低壓電器按使用場(chǎng)合分類表

分類名稱主要品種用途控制電器接觸器交流接觸器直流接觸器遠(yuǎn)距離頻繁起動(dòng)或控制交、直流電動(dòng)機(jī)以及接通和分?jǐn)嗾９ぷ鞯闹麟娐泛涂刂齐娐防^電器電壓繼電器電流繼電器中間繼電器時(shí)間繼電器熱繼電器壓力繼電器速度繼電器主要用于控制系統(tǒng)中控制其他電器或作主電器的保護(hù)之用主令電器按鈕限位開關(guān)微動(dòng)開關(guān)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)接近開關(guān)光電開關(guān)用來(lái)閉合和分?jǐn)嗫刂齐娐芬园l(fā)布命令控制器凸輪控制器平面控制器轉(zhuǎn)換主回路或勵(lì)磁回路的接法，以達(dá)到電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、換向和調(diào)速目的配電電器斷路器塑料外殼斷路器漏電保護(hù)斷路器用作線路過(guò)載、短路、漏電或欠電壓保護(hù)，也可用作不頻繁接通和分?jǐn)嚯娐啡蹟嗥饔刑盍先蹟嗥鳠o(wú)填料熔斷器半封閉插入式熔斷器用作線路和設(shè)備的短路和過(guò)載保護(hù)刀開關(guān)負(fù)荷開關(guān)主要用作電路隔離，也能接通分?jǐn)囝~定電流低壓電器但一般均有兩個(gè)共同的基本部分：一是感受部分，它感受外界的信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換、放大和判斷，做出有規(guī)律的反應(yīng)。在非自動(dòng)切換電器中，它的感受部分有操作手柄、頂桿等多種形式;在有觸頭的自動(dòng)切換電器中，感受部分大多是電磁機(jī)構(gòu)。二是執(zhí)行部分，它根據(jù)感受部分的指令，對(duì)電路執(zhí)行“開”、“關(guān)”任務(wù)。有的低壓電器具有把感受和執(zhí)行兩部分聯(lián)系起來(lái)的中間傳遞部分，使它們協(xié)同一致，按一定規(guī)律動(dòng)作，如斷路器的低壓電器。3.3.2接觸器接觸器是一種可頻繁地接通和分?jǐn)嚯娐返目刂齐娖?。從輸入輸出能量關(guān)系看，它是一種功率放大器件。（1）

結(jié)構(gòu)與工作原理（2）接觸器的分類按主觸頭控制的電路中電流的種類劃分，接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器；按電磁機(jī)構(gòu)的操作電源劃分，則分為交流勵(lì)磁操作和直流勵(lì)磁操作的接觸器兩種。通常所說(shuō)的交流/直流接觸器是指前一種分類方法?？砂粗饔|頭的數(shù)目分為單極、二極、三極、四極和五極的幾種。直流接觸器通常為前兩種，交流接觸器通常為后三種。（3）接觸器的選用①

電源種類：交流或直流；②

主觸頭額定電壓、額定電流；③

輔助觸頭的種類，數(shù)量及觸頭的額定電流；④

電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓；⑤

額定操作頻率（次/h），即允許每小時(shí)接通的最多次數(shù)。動(dòng)畫演示3.3.3繼電器

繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)電器。輸入信號(hào)可以是電壓、電流等電量，也可以是溫度、速度、壓力等非電量。工作方式是當(dāng)輸入量變化到某一定值時(shí)繼電器的觸頭動(dòng)作，接通或斷開控制電路繼電器是常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來(lái)說(shuō)就是開關(guān)，繼電器起到電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的接口作用。（1）電磁式繼電器

（2）固態(tài)繼電器

（3）時(shí)間繼電器

（4）熱繼電器

3.3.4熔斷器

熔斷器是當(dāng)通過(guò)它的電流超過(guò)規(guī)定值達(dá)一定時(shí)間后，以它本身的熱量使熔體熔化，從而分?jǐn)嚯娐返碾娖鳌Ｈ蹟嗥鞯姆N類很多，結(jié)構(gòu)也不同，有插入式熔斷器、有/無(wú)填料封閉管式熔斷器及快速熔斷器等等。選擇熔斷器，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電流等級(jí)和熔體的額定電流。額定電壓是根據(jù)所保護(hù)電路的電壓來(lái)選擇的。熔體電流的選擇是熔斷器選擇的核心。

3.3.5速度繼電器

速度繼電器的主要參數(shù)是額定工作轉(zhuǎn)速，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。2為轉(zhuǎn)子，由永久磁鐵做成，隨電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。3為定子，其上有短路繞組4，5為定子柄，可繞定軸擺動(dòng)，6、7、8為正向觸頭，9、10、11為反向觸頭。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，永久磁鐵的磁場(chǎng)切割定子上的短路導(dǎo)體，并使其產(chǎn)生感應(yīng)電流，永久磁鐵與這個(gè)電流相互作用，將使定子向著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向擺動(dòng)，并通過(guò)定子柄撥動(dòng)動(dòng)觸頭。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)（約100r/min），定子柄在恢復(fù)力的作用下恢復(fù)到原來(lái)位置。

3.3.6斷路器

斷路器又稱自動(dòng)開關(guān)，是能接通、承載以及分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下的電流，也能在規(guī)定的非正常電路條件（例如短路）下接通、承載一定時(shí)間并分?jǐn)嚯娏鞯拈_關(guān)電器。在功能上，它相當(dāng)于刀閘開關(guān)，熔斷器、熱繼電器、過(guò)電流繼電器和欠電壓繼電器等的組合

選擇斷路器應(yīng)考慮的主要參數(shù)：額定電壓、額定電流、和允許分?jǐn)嗟臉O限電流等。3.3.7主令電器

主令電器主要用于閉合、斷開控制電路，以發(fā)布命令或信號(hào)，達(dá)到對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制或?qū)崿F(xiàn)程序控制。屬于主令電器的主要有：（1）

按鈕 按鈕通常用來(lái)短時(shí)接通或斷開小電流的控制電路的開關(guān)。

（2）行程開關(guān)、接近開關(guān)和光電開關(guān)行程開關(guān)是用來(lái)反映工作機(jī)械的行程，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程大小的主令電器。如果把行程開關(guān)安裝在工作機(jī)械形成終點(diǎn)處，以限制其行程，就稱其為限位開關(guān)或終點(diǎn)開關(guān)。接近開關(guān)是非法接觸式的檢測(cè)裝置，當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的物體接近它到一定距離范圍內(nèi)時(shí)，它就能發(fā)出信號(hào)，從而進(jìn)行相應(yīng)的操作。按工作原理分，接近開關(guān)有高頻振蕩器、霍爾效應(yīng)型、電容型、超聲波型等，其中以高頻振蕩型最為常用。接近開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有：動(dòng)作距離、重復(fù)精度、操作頻率、復(fù)位行程等。光電開關(guān)是另一種類型的非接觸式檢測(cè)裝置，它有一對(duì)光的發(fā)射和接收裝置。根據(jù)兩者的位置和光的接收方式分為對(duì)射式和反射式，作用距離從幾厘米到幾十米不等。3.3.8控制變壓器

控制變壓器主要根據(jù)所需變壓器容量及一次側(cè)、二次側(cè)的電壓等級(jí)來(lái)選擇?？刂谱儔浩骺筛鶕?jù)下面兩種情況來(lái)選擇其容量：（1）

依據(jù)控制電路最大工作負(fù)載所需要的功率計(jì)算（2）

變壓器的容量應(yīng)滿足已吸合的電器和正在起動(dòng)吸合電器的要求3.3.9其它常用電器

（1）

萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)是由多組相同結(jié)構(gòu)的觸頭組件疊裝而成的多回路控制電器。由于它能轉(zhuǎn)換多種和多數(shù)量的線路，兼有用途廣泛，故被稱為“萬(wàn)能”轉(zhuǎn)換開關(guān)。（2）

主令控制器主令控制器亦稱主令開關(guān)，它主要用于在控制系統(tǒng)中按照規(guī)定的程序來(lái)分合觸頭，以發(fā)布命令或?qū)崿F(xiàn)與其他控制電路的聯(lián)鎖和轉(zhuǎn)換。由于控制電路的容量一般都不大，所以主令控制器的觸頭也是按小電流設(shè)計(jì)的。和萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)一樣，主令控制器也是借助于不同形狀的凸輪使其觸頭按一定的次序接通和分?jǐn)?。因此，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上也大抵相同，只是主令控制器除了手動(dòng)式產(chǎn)品外，還有由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品。3．4電氣控制電路設(shè)計(jì)舉例

設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)CW6163型臥式車床的電氣控制電路。3．4．1機(jī)床電氣傳動(dòng)的特點(diǎn)及控制要求

⑴機(jī)床傳動(dòng)的總體方案1）機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)M1集中傳動(dòng)。主軸運(yùn)動(dòng)的正反向（滿足螺紋加工要求）是靠?jī)山M摩擦片離合器完成。2）主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器。3）刀架快速移動(dòng)由單獨(dú)的快速電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)。4）切削液泵由電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)。5）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)，橫向前后運(yùn)動(dòng)，以及快速移動(dòng)，都集中由一個(gè)手柄操縱。[2]電動(dòng)機(jī)型號(hào)：主電動(dòng)機(jī)M1Y160M-411kW380V22.6A1460r/min切削液泵電動(dòng)機(jī)M2JCB-220.15kW380V0.43A2790r/min快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3Y90S-41.1kW380V2.7A1400r/min

3．4．2電氣控制電路的設(shè)計(jì)

⑴主回路設(shè)計(jì)

根據(jù)電氣傳動(dòng)的要求，由接觸器KM1、KM2、KM3分別控制電動(dòng)機(jī)M1、M2及M3，如圖3-20所示。機(jī)床的三相電源由電源引入開關(guān)Q引入。主電動(dòng)機(jī)M1的過(guò)載保護(hù)，由熱繼電器KR1實(shí)現(xiàn)，它的短路保護(hù)可由機(jī)床的前一級(jí)配電箱中的熔斷器充任。切削液泵電動(dòng)機(jī)M2的過(guò)載保護(hù)，由熱繼電器KR2實(shí)現(xiàn)?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)M3由于是短時(shí)工作，不設(shè)過(guò)載保護(hù)，電動(dòng)機(jī)M2，M3共同設(shè)短路保護(hù)+熔斷器FU1。⑵控制電路設(shè)計(jì)

考慮到操作方便，主電動(dòng)機(jī)M1可在主軸箱操作板上和刀架拖板上分別設(shè)起動(dòng)和停止按鈕SB1、SB2、SB3、SB4進(jìn)行操縱。如圖3-20所示，接觸器KM1與控制按鈕組成自鎖的起?？刂齐娐?。切削液泵電動(dòng)機(jī)M2由SB5、SB6進(jìn)行起停操作，裝在主軸箱板上。快速電動(dòng)機(jī)M3工作時(shí)間短，為了操作靈活，由按鈕SB7與接觸器KM3組成點(diǎn)動(dòng)控制電路，如圖3-20所示。⑶

信號(hào)指示與照明電路

可設(shè)電源接通指使燈HL2（綠色），在電源開關(guān)Q接通后，立即發(fā)光顯示，表示機(jī)床電氣線路已處于供電狀態(tài)。設(shè)指示燈HL1（紅色）表示主電動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行。此兩個(gè)指示燈可由接觸器KM1的動(dòng)合及動(dòng)斷兩對(duì)觸頭進(jìn)行切換通電顯示，見(jiàn)圖3-21右上方所示。

在操作板上設(shè)有交流電流表A，它串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)的主回路中（見(jiàn)圖3-21），用以指示機(jī)床的工作電流。這樣可根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作情況調(diào)整切削用量使主電動(dòng)機(jī)盡量滿載運(yùn)行，提高生產(chǎn)率，并能提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。設(shè)照明燈H（36V安全電壓）。⑷

控制電路的電源

考慮安全可靠及滿足照明指示燈的要求，采用變壓器供電，控制電路127V，照明燈36V，指示燈6.3V。⑸

繪制電氣原理圖

根據(jù)各局部線路之間相互關(guān)系和電氣保護(hù)線路，畫成電氣原理圖，如圖3-21所示。

動(dòng)畫演示3．4．3選擇電氣元件⑴

電源引入開關(guān)Q⑵

熱繼電器KR1及KR2⑶

熔斷器FU1、FU2、FU3⑷

接觸器KM1、KM2及KM3⑸

控制變壓器

3．4．⒋制定電氣元件明細(xì)表電氣元件明細(xì)表要注明各元件的型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量等，見(jiàn)表3-6。

符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量M1異步電動(dòng)機(jī)Y160M-411kW，380V，1460r/min，22.6A1M2切削泵電動(dòng)機(jī)JCB-220.15kW,380V,2790r/min,0.43A1M3異步電動(dòng)機(jī)Y90S-41.1kW,380V,1400r/min,0.43A1Q組合開關(guān)HZ10-25133極，500V，25A1KM1交流接觸器CJ0-4040A，線圈電壓127V，吸持功率33VA1KM2、KM3交流中間繼電器JZ7-445A，線圈電壓127V，吸持功率12VA2KR1熱繼電器JR0-40