【原】基于傳統繼電器-接觸器的10種經典電路

baoshipin 2025-07-09

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基于傳統繼電器-接觸器的10種經典電路：

1. 直接啟動（全壓啟動）控制電路：

核心功能：最基礎、最簡單的啟動方式。電機直接接入額定電壓。

核心元件：接觸器 (KM)、熱繼電器 (FR)、熔斷器/斷路器 (FU/QF)、啟動按鈕 (SB1)、停止按鈕 (SB2)。

特點：結構簡單、成本最低、啟動轉矩最大。缺點：啟動電流巨大（5-8倍額定電流），對電網和機械沖擊大。應用：小功率電機 (<10kW)，如小型風機、水泵、傳送帶、砂輪機。

2. 正反轉控制電路：

核心功能：改變電機旋轉方向。通過交換三相電源中任意兩相的相序實現。

核心元件：兩個接觸器 (KM1-正轉, KM2-反轉)、雙重互鎖（機械互鎖連桿 + 電氣互鎖-利用對方接觸器的常閉輔助觸點）、熱繼電器 (FR)、正轉按鈕 (SB1)、反轉按鈕 (SB2)、停止按鈕 (SB3)。

特點：互鎖是安全核心，防止正反轉接觸器同時吸合造成電源短路。應用：行車、電梯、升降機、可逆傳送帶、機床工作臺進給。

3. 星-三角 (Y-Δ) 降壓啟動控制電路：

核心功能：降低啟動電流。啟動時繞組接成星形 (Y，每相電壓≈58%線電壓)，運行時切換成三角形 (Δ，全壓)。

核心元件：三個接觸器 (主接觸器 KM1, 星形接觸器 KMY, 三角形接觸器 KMΔ)、時間繼電器 (KT - 控制切換時機)、熱繼電器 (FR)、啟動按鈕 (SB1)、停止按鈕 (SB2)。互鎖 (KMY 與 KMΔ) 必不可少。

特點：啟動電流降至直接啟動的約 1/3，啟動轉矩也降至約 1/3。電機需有6個出線端，設計為 Δ 接法額定電壓等于電源電壓。應用：中大型鼠籠電機 (10kW~100kW+)，啟動轉矩要求不高的負載，如空壓機、離心泵、風機。

4. 自耦變壓器降壓啟動控制電路：

核心功能：利用自耦變壓器降低啟動電壓，減小啟動電流。

核心元件：自耦變壓器 (通常有多個抽頭，如65%, 80%)、接觸器 (KM1 - 接入變壓器, KM2 - 全壓運行)、時間繼電器 (KT)、熱繼電器 (FR)、啟動按鈕 (SB1)、停止按鈕 (SB2)。需要互鎖防止 KM1 和 KM2 同時動作。

特點：啟動電流和轉矩與電壓平方成正比。可通過抽頭選擇比星三角更靈活的啟動特性。設備體積大、成本較高。應用：較大功率電機或啟動轉矩要求比星三角稍高的場合，某些繞線電機啟動。

5. 雙速電機變極調速控制電路 (以單繞組Dahlander接法為例 - 2速)：

核心功能：通過改變電機定子繞組極對數實現有級調速 (如 4極/1500rpm 切到 2極/3000rpm)。

核心元件：多個接觸器 (如 KM1/KM2 用于低速△接法， KM3 用于高速YY接法)、選擇開關或按鈕、熱繼電器 (可能需要多個)、互鎖電路。時間繼電器 (可選，用于切換延時)。

特點：效率高、可靠、成本相對較低。缺點：調速有級 (通常2-4檔)，不能平滑調速。應用：車床 (主軸高低速)、起重機 (起升/運行不同速)、風機水泵 (高低風量/流量)。

6. 反接制動控制電路：

核心功能：快速制動停車。電機斷電后，立即通入反相序電源，產生反向轉矩制動。必須在接近零速時切斷電源，防止反轉。

核心元件：正反轉接觸器 (KM1, KM2)、速度繼電器 (KS - 檢測轉速接近零時切斷反相序電源) 或時間繼電器 (KT - 估算制動時間)、停止按鈕 (SB1 - 常開常閉組合實現功能)。互鎖至關重要。

特點：制動轉矩大、制動迅速。缺點：沖擊大、能量損耗大 (轉化為轉子銅耗發熱)、需精確的速度檢測或計時。應用：需快速制動的小功率設備，如小型車床、鉆床主軸。

7. 能耗制動 (直流制動) 控制電路：

核心功能：平穩準確停車。電機斷電后，向定子繞組通入直流電流，產生靜止磁場，轉子切割磁場感應電流產生制動力矩。

核心元件：制動接觸器 (KMB)、整流橋 (UR - 提供直流)、制動限流電阻 (R - 調節制動強度，有時可省)、時間繼電器 (KT - 控制制動時間)、停止按鈕 (SB1 - 觸發制動)。主接觸器 (KM) 與 KMB 需互鎖。

特點：制動平穩、停車位置準確、無反轉風險。缺點：低速時制動力矩小、需直流電源、能耗在轉子/電阻上發熱。應用：要求平穩精確停車的場合，如磨床、銑床進給系統、繞線電機。

8. 順序啟動/逆序停止控制電路：

核心功能：控制多臺電機按特定順序啟停 (如 M1啟動后M2才能啟動；M2停止后M1才能停止)。

核心元件：多套啟停控制電路 (如直接啟動電路)、利用接觸器的輔助觸點 (常開或常閉) 實現邏輯聯鎖。

特點：確保工藝流程和安全。應用：極其廣泛，如傳送帶系統 (前級啟動后后級才能啟，后級停后前級才能停)、潤滑系統 (油泵先啟主電機后啟，主電機停后油泵延時停)、大型設備輔助系統控制。

9. 轉子串電阻分級啟動控制電路：

核心功能：這是繞線式電動機最經典、應用最廣泛的啟動方式。通過在轉子回路中串入多級電阻，啟動時獲得大啟動轉矩、小啟動電流，并隨著轉速上升逐級切除電阻，使啟動過程平穩、快速。

核心元件：

主回路：定子接觸器 (KM1)，轉子回路分段電阻 (R1, R2, R3...)，短接電阻用的接觸器 (KM2, KM3, KM4...)。

控制回路：啟動按鈕 (SB1)，停止按鈕 (SB2)，時間繼電器 (KT1, KT2, KT3...) 或電流繼電器 (KA1, KA2, KA3...)。時間繼電器控制各級電阻的切除時間，電流繼電器則在電流下降到設定值時切除電阻。

工作原理：

1. 按下 SB1， KM1 得電吸合，定子接入電源，電機開始啟動。此時所有轉子電阻 (R1+R2+R3...) 全部接入，啟動電流被限制，啟動轉矩最大。

2. 時間原則控制： KT1 線圈得電開始計時，到達設定時間后，其常開觸點閉合，使 KM2 得電吸合，切除第一段電阻 R1。同時 KT2 線圈得電開始計時... 如此類推，直到所有啟動電阻被切除，電機進入自然特性運行。

3. 電流原則控制：啟動瞬間電流大，電流繼電器 KA1, KA2, KA3... 吸合（其常閉觸點斷開）。隨著轉速上升電流下降，當電流降到 KA1 的釋放值時，KA1 釋放，其常閉觸點閉合，使 KM2 得電吸合，切除 R1。電流再次下降，KA2 釋放使 KM3 吸合切除 R2... 直到所有電阻切除。

特點：

啟動性能優異：啟動轉矩大（可達額定轉矩的 2-3 倍），啟動電流小（約為額定電流的 1.5-2.5 倍）。

啟動平穩：分級切除電阻，轉矩和電流波動相對較小。

調速有限：在運行過程中保留部分電阻不切除，也可實現有級調速，但效率低（能耗在電阻上）。

典型應用：對啟動轉矩要求高、啟動頻繁的場合，如起重機、卷揚機、軋鋼機輔助傳動、大型球磨機、礦井提升機等。

10. 轉子串電阻調速 + 動力制動 (能耗制動) 控制電路：

核心功能：結合了繞線電機的有級調速能力和能耗制動，特別適用于需要精確停車和下放重物時限制速度（如起重機）的場合。動力制動能量消耗在轉子回路的電阻上。

核心元件：

主回路：定子接觸器 (KM1 - 運行)，定子制動接觸器 (KMB - 接入直流電源)，整流器 (UR - 提供直流)，轉子回路分段電阻 (調速電阻 R_s1, R_s2... 和/或制動電阻 R_b)，短接電阻用的接觸器 (KM2, KM3... 用于調速)，制動強度調節接觸器 (KMB1, KMB2... 可選)。

控制回路：運行控制按鈕/主令控制器，制動控制按鈕/主令控制器，時間繼電器 (KT) 或速度繼電器 (KS)，零位/安全聯鎖。

工作原理 (以起重機下放重物為例)：

運行 (提升/下放)： KM1 吸合，電機按設定方向運行。通過 KM2, KM3... 控制接入轉子電阻的多少來實現不同檔位的運行速度（電阻大，轉速低；電阻小，轉速高）。

動力制動 (精確停車/限制下放速度)：

1. 控制器打到“制動”位或按下制動按鈕，KM1 首先斷電釋放，切斷電機交流電源。

2. 同時（或稍后）KMB 得電吸合，將整流后的直流電通入電機定子繞組，產生靜止磁場。

3. 關鍵點：此時轉子回路必須保持接入適當的電阻 (R_b)。旋轉的轉子切割靜止磁場產生感應電流（方向與磁場作用產生制動轉矩）。

4. 制動強度控制：

通過主令控制器檔位選擇接入轉子回路的制動電阻 (R_b) 大小。電阻小，感應電流大，制動力矩大；電阻大，制動力矩小。

或者使用專門的制動接觸器 (KMB1, KMB2...) 切換制動電阻。

5. 制動過程：制動轉矩使電機迅速減速（停車）或與重物下放的重力轉矩平衡，使重物勻速下放。

6. 停止制動：當需要解除制動或換向時，KMB 斷電釋放，切斷直流。