第5章-继电器-接触器控制系统设计
接触器-继电器控制输送小车系统的课程设计
摘要本设计主要是介绍工业生产领域常用的运料往返小车的控制系统,课题主要采用基于继电器-接触器控制来完成本方案的设计,控制电路图的绘制。
系统中主要介绍了控制电路的方案选定，电气无件的选型，以及电路原理图的设计，后面介绍其工作过程和主要参考文献。
关键词：继电器-接触器控制正反转控制目录1 概述 (1)1.1 继电器-接触器控制系统的概况 (1)1.2 继电器与接触器的定义与概念 (1)1.3 继电器-接触器控制系统的优缺点 (2)1.4 继电器-接触器控制系统的发展形势 (2)2 方案设计 (3)2.1 控制系统描述 (3)2.3 继电器-接触器控制系统设计分析 (3)3 元器件的选型 (4)3.1 三相异步电动机的选择 (4)3.2 开关的选择 (5)3.3 熔断器的选择 (5)3.4 热继电器的选择 (6)3.6 接触器的选择 (8)4电路图设计 (10)4.1 电路图的绘制 (10)4.2工作原理 (13)5 设计小结 (14)参考文献 (15)附录电气原理图 (16)1 概述1.1 继电器-接触器控制系统的概况电气控制课程是材料成型与控制工程专业的专业基础课，是由继电接触器控制系统来实现的。
它包含控制线路、主电路、照明电路指示灯电路以及辅助线路等组成。
该系统是由接触器、继电器、保护电器等元件组成，按照一定的控制逻辑接线组成的控制系统。
其工作原理就是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组成控制逻辑，从而实现对电动机或其他机械设备的起动、停止、正反向、以及课题中所涉及的信号次数决定停哪个站点的功能。
1.2 继电器与接触器的定义与概念接触器：由于接触器具有可控叫大容量，自身活动性质稳定，功能可靠，工作效率高及给够经久耐用等特性不仅被广泛应用在远距离操控高频度接断电路，一级容量较大甚至兼具负荷的各种系统物质中，比如各种电热机械装置、电焊机、电动机等，而且由于接触器可以进行自动控制一级齐纳电压情况下的释放作业保护型调节，所以，在各种进行远距离自动操控中也被作为一种电磁式自动调控开关进行使用。
《电机与电气控制》课件第5章
5.2.4
生产实践中，很多设备需要两个相反的运行方向，例如 工作台的前进和后退，起重机吊钩的上升和下降等，这些应 用中两个相反方向的运动均可通过电动机的正转和反转来实 现。对于交流电动机，改变电动机定子绕组相序即可改变其 转动方向。在主电路中，通过两组接触器主触点构成正转相 序接线和反转相序接线，从而实现电动机的正、反转控制。
5.1 电气控制图的绘制规则和常用符号
5.1.1
电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的。 为了表达机械电气控制系统的结构、工作原理，同时也为了 便于电气元件的安装、接线、运行、维护，将电气控制系统 中各电气元件的连接用一定的图形表示出来，这种图就是电
按用途和表达方式的不同，电气图可分为以下几种。
3． 图5-1所示的某机床电控系统线路图中，三相交流电源 引入线用L 1、L 2、L 3标记，中性线用N标记，保护 接地用PE标记。
图5-1 某机床电控系统线路图
电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W 顺序标记。分级三相交流电源主电路采用U1、V1、W1、U2、 V2、W2
各电动机分支电路中各接点采用三相文字代号后面加数 字来表示，数字中的十位数表示电动机代号，个位数表示该 支路各接点的代号，从上到下按数值大小顺序标记，如 “U21”表示M2
5． 电气元件明细表是把成套装置以及设备中各组成元件 (包括电动机)的名称、型号、规格和数量等列成的表格，供
以上简要介绍了电气图的分类，不同的图有不同的应用 场合。本书主要介绍电气原理图的分析和理解。
5.1.2
电气图是电气技术人员统一使用的工程语言。电气图应 根据国家标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画
电气控制与PLC原理及应用(第二版)_课后习题答案 (2)
第1章习题答案1.1 图形符号通常是指用于图样或其他文件表示一个设备或概念的图形、标记或字符。
文字符号是用于标明电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征的，可在电器设备、装置和元器件上或其近旁使用，是用以表明电器设备、装置和元器件种类的字母代码和功能字母代码。
图形符号由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电气操作控制的动作（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况构成。
文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。
1.2 电气原理图是说明电气设备工作原理的线路图。
表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。
电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系的。
电气原理图中不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。
电气设备安装图提供电气设备各个单元的布局和安装工作所需数据的图样。
电气互连图一般不包括单元内部的连接，着重表明电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接。
1.3 接触器主触点被卡住、触点熔焊在一起可能引起动铁心不能释放。
应立即切断电源。
1.4 中间继电器触点因为通过控制电路的电流容量较小，所以不需加装灭弧装置。
当被控电动机启动电流小于中间继电器触点的额定电流时。
1.5 电动机启动时的启动电流很大，启动时热继电器不会动作。
因为电动机启动时间短，热继电器来不及动作。
1.6 JS7－A型时间继电器电磁机构翻转180°安装后，通电延时型可以改换成断电延时型，那么这种时间继电器就具有四种类型的触点：延时闭合动合触点；延时断开动断触点；延时断开动合触点；延时闭合动断触点。
1.7 按钮互锁正、反转控制线路存在的主要问题是容易产生短路事故。
电动机正转接触器主触点因弹簧老化或剩磁的原因而延迟释放时，或者被卡住而不能释放时，如按下反转按钮，则反转接触器又得电使其主触点闭合，电源会在主电路短路。
1.10 正转和反转。
继电接触器控制系统习题
第5章继电接触器控制系统1、在电动机的继电器接触器控制电路中，零压保护的功能是( )。
(a) 防止电源电压降低烧坏电动机(b)防止停电后再恢复供电时电动机自行起动(c) 实现短路保护2、在三相异步电动机的正反转控制电路中，正转接触器与反转接触器间的互锁环节功能是( )。
(a)防止电动机同时正转和反转(b)防止误操作时电源短路(c)实现电动机过载保护3、为使某工作台在固定的区间作往复运动，并能防止其冲出滑道，应当采用( )。
(a)时间控制(b)速度控制和终端保护(c) 行程控制和终端保护4、在继电器接触器控制电路中，自锁环节触点的正确连接方法是( )。
(a) 接触器的动合辅助触点与起动按钮并联(b) 接触器的动合辅助触点与起动按钮串联(c) 接触器的动断辅助触点与起动按钮并联5、在机床电力拖动中要求油泵电动机起动后主轴电动机才能起动。
若用接触器KM1 控制油泵电动机，KM2控制主轴电动机，则在此控制电路中必须( )。
(a) 将KM1的动断触点串入KM2的线圈电路中(b) 将KM2的动合触点串入KM1的线圈电路中(c) 将KM1的动合触点串入KM2的线圈电路中6、图示控制电路的作用是( )。
(a) 按一下SB1，接触器KM 通电，并连续运行(b) 按住SB1，KM通电，松开SB1，KM断电，只能点动(c)按一下SB2接触器KM通电，并连续运行。
7、图示的三相异步电动机控制电路接通电源后的控制作用是( )。
(a) 按下SB2，电动机不能运转(b) 按下SB2，电动机点动(c) 按动SB2，电动机起动连续运转；按动SB1，电动机停转KM8、分析图示控制电路，当接通电源后其控制作用正确的是( )。
(a)按SB2，接触器KM 通电动作；按SB1，KM 断电恢复常态(b)按着SB2，KM通电动作，松开SB2，KM即断电(c)按SB2，KM通电动作，按SB1，不能使KM断电恢复常态，除非切断电源9、在图示的控制电路中，按下SB2，则( )。
继电-接触器电气控制系统设计题
继电器—-——---接触器控制系统电路设计1、要求画出主电路和控制电路原理图,设计二台电动机M1，M2电气控制电路,使其满足以下条件:1）M1要求正反转控制，以及正向点动控制2）M1启动后，M2才能启动。
3）停车时，M1停止后M2才能停止.两台电动机均有短路和长期过载保护.2、设计两台电动机M1、M2电气控制电路，使其满足以下工作条件：1）M1可正反向点动控制;2）M1先启动,经过t秒后M2自动启动；3）停车时,M2停止后，M1才允许停止。
要求：画出主电路和控制电路原理图，两台电机均有短路和长期过载保护。
3、有两台电动机M1、M2，请设计主电路和控制电路。
要求如下：1）M1电动机既能点动,又能长动；2）在M1电动机启动之前,M2电动机不能启动。
3）M2电动机能够在两个地方进行启动。
4）当按下停止按钮时，两台电动机均停止。
5）要有短路保护和过载保护。
4、为两台异步电动机设计一个控制回路，要有主电路图和控制电路图,要求如下：1）两台电动机互不影响的独立操作2)能同时控制两台电动机的启动和停止3)当一台电动机发生过载时，两台电动机均停止。
5、机床由两台三相鼠笼式异步电动机M1与M2拖动,其电气控制要求如下：1）M1采用星—三角降压启动2)M1启动经20秒后方允许M2直接启动3)M2停车后方允许M1停车4)M1,M2的启动，停止均要求两地操作5）设置必要的电气保护.6、某机床的主轴和液压泵分别由两台笼型异步电动机M1、M2来拖动，设计控制线路,其要求如下：1）主轴电动机M1启动后液压泵电动机M2才能启动；2）主轴电动机M1能正反转，且能单独停车;3)设计必要的保护环节。
7、用时间继电器控制水泵开1分钟停30秒,自动循环，有过载及短路保护。
8、机床由三台三相鼠笼式异步电动机拖动，其电气控制要求如下：1)顺序启动；2）逆序停止；3）有必要的保护环节。
9、某工厂需要安装一台电动机,这台电动机需要实现正转10分钟—-停10分钟——反转10分钟-—再停10分钟-—再正转，如此循环工作2小时。
继电器接触器控制系统的电路设计方法
(9) 电气联锁和机械联锁共用。在频繁操作的可逆线 路、自动切换线路中，正、反向(或两只)接触器之间 至少要有电气联锁，必要时要有机械联锁，以避免误 操作可能带来的危害，特别是一些重要设备应仔细考 虑每一控制程序之间必要的联锁，即使发生误操作也 不会造成设备事故。重要场合应选用机械联锁接触 器，再附加电气联锁电路。 (10) 设计的线路应能适应所在电网情况。在确定电动 机的起动方式是直接起动还是降压起动时，应根据电 网或配电变压器容量的大小、电压波动范围以及允许 的冲击电流数值等因素全面考虑，必要时应进行详细 计算，否则将影响设计质量甚至发生难以预测的事故。 (11) 应具有完善的保护环节，提高系统运行可靠性。 电气控制系统的安全动化程度和高指 标。 (3) 妥善处理机械与电气的关系。机械或设备与电力 拖动已经紧密结合并融为一体，传动系统为了获得较 大的调速比，可以采用机电结合的方法实现，但要从 制造成本、技术要求和使用方便等具体条件去协调平 衡。 (4) 要有完善的保护措施，防止发生人身事故和设备 损坏事故。要预防可能出现的故障，采用必要的保护 措施。例如短路、过载、失压和误操作等电气方面的 保护功能和使设备正常运行所需要的其他方面的保护 功能。
图6.3 寄生电路
图6.4 触头的“竞争”与“冒险”
(8) 避免发生触头“竞争”与“冒险”现象。在电气控 制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一个状态转 换到另一个状态时，常常有几个电器的状态发生变化， 由于电器元件总有一定的固有动作时间，往往会发生不 按预定时序动作的情况，触头争先吸合，发生振荡，这 种现象称为电路的“竞争”。另外，由于电器元件的固 有释放延时作用，也会出现开关电器不按要求的逻辑功 能转换状态的可能性，这种现象称为“冒险”。“竞争” 与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作，引 起控制失灵。如图6.4所示电路，当KM闭合时，K1、K2争 先吸合，只有经过多次振荡吸合竞争后，才能稳定在一 个状态上。同样，在KM断开时，K1、K2又会争先断开， 产生振荡。
工厂电气控制设备第5章
第5章 继电—接触器控制系统的设计与调试
5.1.3 继电－接触器控制系统设计的一般原则
（1）设计方案和控制方式应符合设计任务 书提出的控制要求和技术、经济标准，最大 限度地满足机械设备的生产工艺要求。
（2）充分考虑设计的实用性、安全性和经 济性。
（3）电气控制方式应与设备的通用化和专 用化程度相适宜，既要考虑控制系统的先进 性，也要从工艺要求、制造成本、结构复杂 性、便于使用维护等方面相互协调考虑。
以立式车床横梁升降电气控制原理线路的设计为例来 说明经验设计法的设计过程。
第5章 继电—接触器控制系统的设计与调试
1．横梁升降机构的工艺要求
（1）为适应不同高度工件加工时对刀的需要， 要求安装有左、右立刀架的横梁能通过丝杠传 动快速作上升下降的调整运动。
（2）为保证零件的加工精度，当横梁移动到 需要的高度后应立即通过夹紧机构将横梁夹紧 在立柱上。每次移动（上升、下降）前要先放 松夹紧装置，所以要用两台电动机，一台用于 横梁升降，一台用于拖动夹紧放松机构。在夹 紧、放松机构中设置两个行程开关SQ1与SQ2 （见图5.7）分别检测已放松与已夹紧信号。
第5章 继电—接触器控制系统的设计与调试
5.3 电气原理线路图设计的步骤和方法
5.3.1 经验设计法
经验设计法也称分析法，它没有固定的设计程序，设 计方法简单，是在熟练掌握各种电气控制电路的基本 环节和具有一定的阅读分析电气控制电路能力基础上 进行的。对具有一定电气技术工作经验的人员来说能 较快完成设计任务。因此这种方法比较常用。但其设 计出的方案不一定是最佳方案，因此要反复审核推敲 甚至可以借助模拟试验，保证电路动作准确无误后， 才确定最后设计。
横梁下降时，为防止横梁歪斜造成加工误差及消 除横梁丝杆与移动螺母的间隙，下降控制过程比 上升控制过程多了一个自动的短时回升动作。
第5章继电器接触器控制系统设计
一、继电器-接触器控制系统设计的内容
5、明确有关操作方面的要求，在设计中实施。 如操纵台的设计、测量显示、故障诊断、 保护等措施的要求。
6、设计应考虑用户供电电网情况，如电网容 量、电流种类、电压及频率。
一、继电器-接触器控制系统设计的内容
继电器－接触器控制系统设计的内容可以分为两大部分，即 电气原理图设计和工艺设计。
例如，双速鼠笼式异步电动机，当定子绕组由三角形联接改接成双星形 联接时，转速增加1倍，功率却增加很少，因此，它适用于恒功率传动。对 于低速为星形联接的双速电动机改接成双星形后，转速和功率都增加1倍， 而电动机所输出的转矩却保持不变，它适用于恒转矩传动。他激直流电动机 的调磁调速属于恒功率调速，而调压调速则属于恒转矩调速。
• 分析调速性质和负载特性，找出电动机在整个调速范国内的转矩、功率与转 速的关系，以确定负载需要恒功率调速，还是恒转矩调速，为合理确定拖动 方案、控制方案，以及电机和电机容量的选择提供必要的依据。
一、继电器-接触器控制系统设计的内容
4、正确合理的选择电气控制方式是机床电气设计的主要内容。 ➢ 在一般普通机床中，其工作程序往往是固定的，使用中并不需
电气控制系统原理图的设计方法有2种，即经验设计法 (又称—般设计法)和逻辑设计法。
（一）分析设计法
1、分析设计法又称经验设计法
是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比 较成熟的电路按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成 满足控制要求的完整线路。
➢优点：
无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有 一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气 设计中被普遍采用。
1、根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图， 拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。 2、根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电 路。对于每一部分电路的设计都是按照主电路→控制电路→联 锁与保护→总体检查，反复修改与完善的步骤来进行。
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2 电气传动方案
一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、 简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变 速箱。为了简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速的 鼠笼式异步电动机。
在选用三相鼠笼式异步电动机的额定转速时，应满足工艺 条件要求，选用二极（极对数P=1）的（同步转速3000 r/min）、 四极（极对数P=2）的（同步转速1500 r/min）或更低的同步转 速，以简化机械传动链，降低齿轮减速箱的制造成本。
—般说来，由电动机完成机床的启动、制动和反向要比机 械方法简单、容易，因此机床主轴的启动、停止、正反转运动 和调速操作，只要条件允许最好由电动机完成。
2 电气传动方案
启动： 机床主运动传动系统的启动转矩—般都比较小，因此，原则上 可采用任何一种启动方式。 对于机床的辅助运动，在启动时往往要克服较大的静转矩，所以 在必要时也可选用高启动转矩的电动机，或采用提高启动转矩的措施。 另外，还要考虑电网容量。对于电网容量不大而启动电流较大的 电动机一定要采取限制启动电流的措施，如在定子电路中串入电阻或 电抗降压启动等，以免电网电压波动较大而造成事故。
2 电气传动方案
（1）传动方式 （2）调速性能 （3）负载特性 （4）启动、制动和反向要求
2 电气传动方案
（1）传动方式
单电机拖动：用一台电动机拖动一台生产机械，通过机械 传动链将动力传送到每个工作机构。但当一台生产机械的运动 部件较多时，这种拖动方式的机械传动机构十分复杂。
多电机拖动：一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机 构。这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且 控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件，所以，现 代化机电传动基本上均采用这种拖动形式。
2 电气传动方案
（2）调速性能
金属切削机床的主运动和进给运动，起吊设备、机械手的 某些运动机构，以及要求具有快速平稳的动态性能和准确定位 的设备(。为了达到一定的调速范围，可采用: 齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无 级调速传动方案。
能耗制动方式。 ➢ 在起吊运输设备中也常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动(俗称电磁抱
闸)，有些场合也采用再生发电制动(反馈制动)。
3 控制方式
选择控制方式所要遵循的原则是：
（1）控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应
一般普通机床 和专用机床
继电接触控制系统
万能机床
可编程序控制器
数控机床
CNC
5.1 概述
传统的继电器－接触器控制系统设计的理论与方法，仍 然是可编程控制、数控装置、微机控制以及计算机联网控制 等的基础。
中小型生产设电气控制系统大多数还都是备的继电器-接 触器控制系统。
因此，掌握继电器-接触器控制系统的设计方法和过程， 对于学习现代电气控制系统的设计具有重要意义。
一、继电器-接触器控制系统设计的内容
继电器－接触器控制系统设计的内容可以分为两大部分，即 (电气原理图设计)和(工艺设计)。
电气原理图设计是核心，包括以下内容： 1. 制定电气设计技术条件（任务书）； 2. 选择电气传动方案与控制方式； 3. 确定或核对电动机的类型及技术参数； 4. 绘制电气控制系统原理图，确定各部分之间的关系，计算主
2 电气传动方案
传动电动机是否需要制动，应视机械设备工作循环的长短而定。 ➢ 对于某些高速高效金属切削机床，为了便于测量和装卸工件或者更换刀具，
宜采用制动电动机。 ➢ 如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又不需反转时，则采用反接制动可
使线路简化。 ➢ 在要求制动平稳、准确，即在制动过程中不允许有反转可能性时，则宜采用
3 控制方式
（2）控制系统的工作方式应在经济、安全的前提下最大限度地满足 工艺要求
作为控制方案，应考虑采用自动循环或半自动循环、手动调整、动作程序 的变更、控制系统的检测，各个运动之间的联锁、各种保护、故障诊断、信 号指示、照明以及操作方便等问题。
引入
四、典型电气 控制系统分析
分析能力
二、常用 低压电器
设计能力
第五章 继电器-接触器控制系统设计
5.1 概述（设计内容、原则、方法） 5.2 电动机的选用 5.3.1 设计过程需要注意的问题 5.3.2 设计举例（龙门刨床横梁升降）
说明设计步骤：经验设计法与逻辑设计法
第五章 继电器-接触器控制系统设计
2 电气传动方案
（3）负载特性
不同机械设备的各个工作机构，具有各不相同的负载特
性（T = f（n）；P = f（n））。如机床的主运动为恒功率负
载，而进给运动为恒转矩负载。在选择电动机调速方案时， 要使电动机的调速特性与负载特性相适应，以求得电动机充 分合理的应用。
2 电气传动方案
（4）启动、制动和反向要求
2 电气传动方案
在选择调速方案时，可参考以下几点：
重型或大型设备：主运动及进给运动，应尽可能采用无级 调速。这有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本， 提高机床利用率。
精密机械设备：坐标镗床床、精密磨床、数控机床以及某些 精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制， 也应采取电气无级调速方案。
要技术参数； 5. 选择电气元件，制定元器件目录清单； 6. 编写电气控制系统设计说明书。
1 电气设计的技术条件
电气设计的技术条件通常是以(任务书)的形式表达的。 它是整个电气设计的依据。在任务书中，简要说明所设计 的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参 数以及现场工作条件等。
1 电气设计的技术条件
电气方面说明:
➢用户供电电网的种类（直流或交流）、电压、频率及容量； ➢有关电气传动的基本特性，如运动部件的数量和用途、负载特性、 调速范围和平滑性，电动机的启动、反向和制动的要求等等； ➢有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式，自动工作循环的组 成，自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等； ➢有关操作方面的要求，如操作台的布置，操作按钮的设置和作用， 测量仪表的种类以及显示、报警和照明要求等； ➢机床主要电气设备(如电动机、执行电器和行程开关等)的布置草图。