模块1
继电器—接触器系统的设计
项目1 提升机控制系统的设计
任务1 提升机单向运行的自锁控制
一、任务目的
按下启动按钮，提升机开始上升；任何时刻按下停止按钮，提升机停止工作。物料提升机如图1.1所示。
二、任务分析
按下启动按钮SB1，接触器KM1得电，控制电动机正转，带动提升机上升；松开按钮后提升机依然上升；当按下停止按钮SB3后，电动机停止转动，提升机停止工作。
三、知识链接
1.熔断器
熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器，广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。图1.2为常用熔断器的外观。图1.3为熔断器图形、文字符号。
图1.1 物料提升机外观
图1.2 熔断器外观
图1.3 熔断器图形、文字符号
2.接触器
接触器是一种自动的电磁式电器，适用于远距离频繁的接通和断开交直流主电路及大容量控制电路。常用接触器分为交流接触器和直流接触器两类。
图1.4为交流接触器结构示意图。
图1.4 交流接触器结构示意图
接触器由以下四部分组成。
（1）电磁机构
电磁机构的主要作用是将电磁能转换为机械能并带动触点的闭合或断开，完成通断电路的控制作用。一般由线圈、铁芯、衔铁组成，线圈的作用是将电能转化为磁能，即产生磁通，铁芯是为了增加磁通，衔铁会在电磁力的作用下产生机械位移使触点动作。
（2）触点系统
触点的作用是接通和分断电路，因此具有良好的接触性能和导电性能。接触器的触点包括主触点和辅助触点。主触点用于通断电流大的主电路，一般由三对常开触点组成。辅助触点用以通断小电流的控制电路，它有“常开”、“常闭”触点（“常开”、“常闭”是指在电磁系统未通电时的状态）。常开触点（又叫动合触点）是指线圈未通电前触点是断开的，而通电后触点闭合。常闭触点（又叫动断触点）跟常开触点动作特点相反。
（3）灭弧系统
触点分断电路时，会在分断瞬间产生电弧，电弧的高温能将触点损坏，缩短使用寿命，又延长了分断时间，因此容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。
（4）其他部分
保护弹簧、传动机构、接线柱及外壳等。
当接触器线圈通电后，在铁芯中会产生磁通，由此产生电磁吸力，带动衔铁运动，衔铁通过机械传动装置使常闭触点断开，常开触点闭合。这就是接触器的工作原理。
图1.5为接触器的外观，图1.6为接触器的图形、文字符号。
目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12、CJ10等系列；常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10、CZ2等系列。
图1.5 接触器外观
图1.6 接触器图形、文字符号
3.热继电器
热继电器是利用电流热效应，通过加热发热元件使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护。图1.7为常用热继电器的外观，图1.8为热继电器工作原理图，图1.9为热继电器图形、文字符号。
热继电器的热元件串接在电动机的定子绕组电路中，一对常闭触点串接在控制电路中，当电动机正常运行的时候，热元件中的电流小，热元件产生的热量虽然能使金属片弯曲，但不能使触点动作。当电动机过载时流过热元件的电流加大，产生热量增加，使双金属片弯曲位移增大，经过一定时间后，触点动作，使常闭触点断开，切断控制电路，使主电路断电，电动机得到保护。
为了防止电动机在缺相的情况下，普通热继电器不能迅速动作而损坏电机，我们一般使用带断相保护的热继电器。
目前我国常用的热继电器有JR0、JR15、JR16、JR20、JRS1、JRS2、JRS5、T系列等。
图1.7 热继电器外观
图1.8 热继电器的工作原理
图1.9 热继电器图形、文字符号
4.低压断路器
低压断路器又称为自动空气开关，可用来分配电能，不频繁的启动电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载、短路或者欠压等故障时能自动的切断电路，其功能相当于熔断器、欠压继电器，热继电器的组合。图1.10为常用低压断路器外观。图1.11为低压断路器工作原理图，图1.12为低压断路器图形、文字符号。
图1.10 低压断路器外观
图1.11 低压断路器工作原理图
图1.12 低压断路器图形、文字符号
常用的低压断路器主要有DW10、DW15（万能式断路器）、DZ5、DZ10、DZ20（塑料外壳式断路器）。
5.控制按钮
控制按钮是最常见的主令电器，其结构形式与图形、文字符号如图1.13所示，它有常闭触点、也有常开触点。未动作时常闭触点4闭合，常开触点5断开，当按下按钮帽时，动触点3下移，常闭触点4断开，常开触点5闭合。一旦手指离开按钮帽，在复位弹簧的作用下，动触点3上移，按钮触点复位。
图1.13 按钮的结构示意和图形、文字符号
常用的控制按钮型号有LA2、LA18、LA19、LA20及新型号LA25等系列。其中LA2系列有一对常开和一对常闭触点，具有结构简单、动作可靠、坚固耐用的优点。LA25系列为积木式结构，采用插接式连接，有独立的接触单元，具有任意组合常开触点、常闭触点对数的优点，是通用型按钮的更新换代产品。
四、任务实施
1.所需元器件清单
所需元件清单如表1.1所示。
表1.1 提升机单向运行的自锁控制元器件
2.电路构成
主电路由断路器QF、熔断器FU1、接触器KM1的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成；控制电路由熔断器FU2、启动按钮SB1、停止按钮SB3、热继电器FR的常闭触点、接触器的线圈以及辅助常开触点构成，电路如图1.14所示。
3.系统工作过程
启动过程：合上隔离开关QF，按下按钮SB1，接触器KM1线圈得电，KM1的主触点闭合，电源接到电动机的定子绕组上，电动机运行，同时KM1的辅助常开触点闭合，即使松开SB1，接触器KM1的线圈仍能继续保持通电状态，电动机得以持续运行。这种依靠接触器（继电器）本身的辅助触点使其线圈保持通电的现象称为“自锁”。起自锁作用的触点称为自锁触点。
停止过程：按下停止按钮SB3，接触器KM1的线圈失电，其主触点断开，切断电动机的电源，停止运转。同时其辅助常开触点也断开，此时即使松开按钮SB3，KM1线圈也不会得电，电动机不会自行启动。只有再次按下启动按钮SB1，方可再次启动。
图1.14 提升机单向运行的自锁控制电路
任务2 提升机上下运行的控制
一、任务目的
按下上升按钮，提升机开始上升；按下下降按钮，提升机开始下降；任何时刻按下停止按钮，提升机停止工作。
二、任务分析
按下上升按钮SB1，接触器KM1得电，控制电动机正转，带动提升机上升；当按下下降按钮SB2时，接触器KM2得电，电动机反转，带动提升机下降，由于控制电路中使用了互锁控制，KM1和KM2两个线圈不会同时得电，避免了短路的危险；当按下停止按钮SB3后，电动机停止转动，提升机停止工作。
三、任务实施
1.所需元器件清单
所需元件清单如表1.2所示。
表1.2 提升机的上下运行的控制系统的元器件
2.主电路的设计
由三相异步电动机原理可知，将三相电源进线中的任意两相对调，电机即可反向运行，在主电路中，采用两个接触器KM1和KM2来控制电机的正反转，当接触器KM1主触点闭合，三相电源的相序按L1、L2、L3接入电动机，电动机正转；当接触器KM2主触点闭合，三相电源的相序按L3、L2、L1接入电动机，电动机反转。如图1.15（a）所示。
3.控制电路的设计
由主电路可知，若KM1和KM2的主触点同时闭合，将造成L1和L3短路。因此，要使电路安全可靠的工作，同一时间，KM1和KM2只能有一个接触器工作，这种现象称之为“互锁”。要实现这种控制要求，只需要在控制电路中，将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线圈得电后，即使按下相反方向的按钮，另一接触器也无法得电。如图1.15（b）所示。
图1.15 提升机的上下运行的控制电路
4.系统工作过程
① 正转控制：合上隔离开关QF，按下正转按钮SB1，接触器KM1线圈得电，主电路中KM1主触头闭合，电动机正转，同时KM1的辅助常开触点闭合自锁，KM1的辅助常闭触点断开。
② 反转控制：按下反转按钮SB2，串联在KM1线圈回路的SB2的常闭触点断开，接触器KM1线圈失电，KM1的所有触点复位，主电路中KM1主触头断开，电动机断电，同时接触器KM2线圈得电，KM2主触点闭合，电动机接入反相序电源，电动机开始反转，同时KM2的辅助常开触点闭合，KM2的辅助常闭触点断开。
四、作业
有两台电动机M1和M2，要求M1先启动，然后M2再启动，如果M1不启动，M2不能启动；停止时M2先停止，M1再停止，M2不停，M1不能停止。请画出主电路和控制电路，并接线实现。