继电器和接触器的正反转控制线路

■应知点:

1.了解三相异步电动机的正、反转控制线路的组成和工作原理。

2.了解三相异步电动机的正、反转控制线路的接线等实际操作。

3.了解三相异步电动机的正、反转控制线路的保护方法。

■应会点:

1.掌握三相异步电动机的正、反转控制线路的工作原理的分析。

2.掌握三相异步电动机的正、反转控制线路的应用。

图3－1　要求实现电动机正、反转控制的示例

一、任务简述

生产中许多机械设备往往要求运动部件能向正、反两个方向运动，如机床工作台的前进与后退、起重机的上升与下降等，这些生产机械要求电动机能实现正、反转控制。改变接通电动机定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调，电动机即可实现反转。

如图3－1所示，此系统要求电动机能够在A、B之间往返运动，因此需要通过电动机的正转与反转的切换，实现其正程与逆程控制。

二、相关知识

(一)三相电动机正、反转原理

在三相电源中，各相电压经过同一值(最大值或最小值)的先后次序称为三相电源的相序。如果各相电压的次序为L1－L2－L3(或L2－L3－L1、L3－L1－L2)，则这样的相序为正序或顺序。如果各相电压经过同一值的先后次序为L1－L3－L2(或L3－L2－L1、L2－L1－L3)，则这种相序称为负序或逆序。

图3－2　电动机正转与反转相序调相

如图3－2所示，将三相电源进线(L1、L2、L3)依次与电动机的三相绕组首端(U、V、W)相连，就可使电动机获得正序交流电而正向旋转；只要将三相电源进线中的两相导线对调，就可改变电动机的通电相序，使电动机获得反序交流电而反向旋转。

(二)三相异步电动机正、反转控制要求

电动机正、反转启动控制线路最基本的要求就是实现正转和反转，但三相异步电动机原理与结构决定了电动机在正转时，不可能马上实现反转，必须要停车之后方能开始反转，故三相异步电动机正、反转控制要求如下:

(1)当电动机处于停止状态时，此时可正转启动，也可反转启动。

(2)当电动机正转启动后，可通过按钮控制其停车，随后进行反转启动。

(3)同理，当电动机反转启动后，可通过按钮控制其停车，随后进行正转启动。

三、应用实施

电动机正、反转启动控制线路常用于生产机械的运动部件能向正、反两个方向运动的电气控制。常用的正、反转控制线路有:接触器联锁的正、反转控制线路、按钮联锁的正、反转控制线路和按钮、接触器双重联锁控制线路。

1.接触器联锁的正、反转控制线路

1)线路的构成

图3－3所示是接触器联锁的正、反转控制线路。

图3－3　接触器联锁的正、反转控制线路

控制图中采用了两个接触器，即一个正转接触器KM1和一个反转接触器KM2，它们分别由正转启动按钮SB1和反转启动按钮SB2控制。

从主电路中可以看出，这两个接触器的主触点所接通的电源相序不同:KM1按L1→L2→L3的相序(正序)接线；KM2则对调了L1与L3两相的相序，按L3→L2→L1相序(逆序)接线。

相应的控制电路有两条:一条是由按钮SB1和KM1线圈等组成的正转控制电路；另一条是由按钮SB2和KM2线圈等组成的反转控制电路。

为保证正转接触器KM1和反转接触器KM2不能同时得电动作，否则将造成电源短路，在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触点，而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触点。这样当KM1得电动作时，串接在反转控制电路中的KM1的常闭触点断开，切断了反转控制电路，保证了正转接触器KM1主触点闭合时，反转接触器KM2的主触点不能闭合。同样，当KM 2得电动作时，串接在正转控制电路中的KM2常闭辅助触点断开，切断了正转控制电路，从而可靠地避免了两相电源短路事故的发生。上述这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触点使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁(或互锁)。实现联锁作用的常闭辅助触点称为联锁触点(或互锁触点)。

2)控制线路的工作原理

线路的启动控制原理如下:

先合上断路器QF。

正转启动:

停止:

按下SB3→KM1线圈失电

反转启动:

从以上分析可见，接触器联锁的正、反转控制线路，由电动机从正转变为反转时，必须按下停止按钮SB3后，才能按反转启动按钮，否则由于接触器的联锁作用，不能实现反转。为克服此线路的不足，可采用按钮联锁或按钮与接触器双重联锁的正、反转控制线路。

2.按钮联锁的正、反转控制线路

将图3－4中所示的正转按钮SB1和反转按钮SB2换成两个复合按钮，并使复合按钮的常闭触点代替接触器的常闭联锁触点，就构成了按钮联锁的正、反转控制线路。

图3－4　按钮互锁的正、反转控制线路

这种控制线路的工作原理与接触器联锁的正、反转控制线路基本相同，只是当电动机从正转改变为反转时，直接按下反转按钮SB2即可实现，不必先按停止按钮SB3。因为当按下反转按钮SB2时，串接在正转控制电路中SB2的常闭触点先分断，使正转接触器KM1线圈失电，KM1的主触点和自锁触点分断，电动机M失电惯性运转。SB2的常闭触点分断后，其常开触点才随后闭合，接通反转控制电路，电动机M便反转。这样即保证了KM1和KM2的线圈不会同时通电，又可不按停止按钮而直接按反转按钮实现反转。同样，若使电动机从反转运行变为正转运行，也只要直接按正转按钮SB1即可。

这种线路的优点是操作方便，但容易产生电源两相短路故障。如当正转接触器发生主触点熔焊或被杂物卡住等故障，即使接触器线圈失电，主触点也分断不开，这时若直接启动按下反转按钮SB2，KM 2就得电动作，主触点闭合，必然造成电源L1与L3两相短路故障。所以在各种设备的应用中往往采用按钮、接触器双重联锁的控制线路。

3.按钮、接触器双重联锁的正、反转控制线路

按钮、接触器双重联锁的控制线路是在按钮联锁的基础上，又增加了接触器联锁，故兼有两种联锁控制线路的优点，使线路操作方便、工作安全可靠。在机械设备的控制中被广泛采用。按钮、接触器双重联锁的正、反转控制线路与接线图如图3－5所示。

图3－5　双重联锁的正反转控制线路与接线

线路的工作原理如下:

先合上断路器QF。

正转启动控制:(www.xing528.com)

反转启动控制:

停止运转:按下SB3，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M失电停转停止。

4.行程限位控制线路

当生产机械的运动部件到达预定的位置时压下行程开关的触杆，将常闭触点断开，接触器线圈断电，使电动机断电而停止运行，这种控制方式称为限位控制，又称行程控制。行程控制是在行程的终端加限位开关。

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程，进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

1)限位开关控制电动机停止的行程控制线路

在机械加工行业中，生产车间安装了行车起吊设备，其行程控制线路都是由行程开关组成的正反转限位控制。典型示意图如图3－6所示，行程控制线路图如图3－7所示，主电路如图3－5所示。

图3－6　行程控制线路示意图

图3－7　行程控制线路图

线路的工作原理如下:

正程控制:按下按钮SB2，接触器KM1通电自保，电动机M正转运行；当运行至限位开关SQa时，SQa断开，接触器KM1断电，电动机M停止。

逆程控制:按下按钮SB3，接触器KM2通电自保，电动机M反转运行；当运行至限位开关SQb时，SQb断开，接触器KM2断电，电动机M停止。

停止运转:按下按钮SB1，此时无论接触器KM1或KM2哪个正在通电，皆立即断电，电动机M停止。

2)自动往返运动的行程控制线路

在工业生产中，大型龙门刨床都是具有自动往返运动的行程控制，典型示意图如图3－8所示，自动往返控制线路如图3－9所示，主电路如图3－5所示。

图3－8　自动往返控制线路的示意图

图3－9　自动往返控制线路

自动往返运动的行程控制与限位开关控制电动机停止的行程控制线路的区别在于电动机在停车后立即开始反向运转，从而实现自动运动。

在控制线路设计时，限位开关采用复合式开关。这样一来，正向运行停车的同时，能够自动启动反向运行；反之亦然。

线路的工作原理如下:

正程控制:按下按钮SB2，接触器KM1通电自保，电动机M正转运行；当运行至限位开关SQa处时，SQa常闭触点断开，接触器KM1断电，电动机M停止，SQa常开触点闭合，接触器KM2通电自保，电动机M反转运行。

逆程控制:按下按钮SB3，接触器KM2通电自保，电动机M反转运行；当运行至限位开关SQb处时，SQb常闭触点断开，接触器KM2断电，电动机M停止，SQb常开触点闭合，接触器KM1通电自保，电动机M正转运行。

停止运转:按下按钮SB1，此时无论接触器KM1或KM2哪个正在通电，皆立即断电，电动机M停止。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表3－1所示。

表3－1　任务操作技能考核要求和考核标准

教学小结

1.三相异步电动机的正、反转是通过改变通入电动机定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调实现的。

2.典型的三相异步电动机的正、反转控制线路有3种:接触器联锁正反转控制线路、按钮联锁正反转控制线路和按钮、接触器双重联锁控制线路。

3.按钮、接触器双重联锁控制线路兼有两种联锁控制线路的优点，使线路操作方便、工作安全可靠。

4.限位控制是一种特殊的正、反转控制。

思考与练习

1.直流电机可否实现正、反转运行?为什么?

2.分析并总结三相异步电动机正、反转控制线路的特点。

3.思考:倘若需要实现三相异步电动机的延时正、反转控制，即例如，在电动机正转时按下按钮后并不立即停车或反转，而是等时间t秒后才动作，该如何修改控制线路的线路图?