第一章 電氣控制基礎

本章主要通過介紹電氣控制領域中常用低壓電器的工作原理、用途、型號、規格及符號等知識，電器控制線路的基本環節，并通過對典型電器控制系統的分析，學會正確選擇和合理使用常用電器、學會分析和設計電氣控制線路的基本方法，為后繼章節的學習打下基礎。

第一節 常用電器元件及符號
一、電器的基本知識
（一）電器的分類
電器是接通和斷開電路或調節、控制和保護電路及電氣設備用的電工器具。完成由控制電器組成的自動控制系統，稱為繼電器—接觸器控制系統，簡稱電器控制系統。
電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結構各異。下面是幾種常用的電器分類。
1．按工作電壓等級分類
（1）高壓電器 用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。例如高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器等。
（2）低壓電器 用于交流50Hz(或60Hz)，額定電壓為1200V以下；直流額定電壓1500V及以下的電路中的電器。例如接觸器、繼電器等。
2．按動作原理分類
1）手動電器 用手或依靠機械力進行操作的電器，如手動開關、控制按鈕、行程開關等主令電器。
2）自動電器 借助于電磁力或某個物理量的變化自動進行操作的電器，如接觸器、各種類型的繼電器、電磁閥等。
3．按用途分類
（1）控制電器 用于各種控制電路和控制系統的電器，例如接觸器、繼電器、電動機起動器等。
（2）主令電器 用于自動控制系統中發送動作指令的電器，例如按鈕、行程開關、萬能轉換開關等。
（3）保護電器 用于保護電路及用電設備的電器，如熔斷器、熱繼電器、各種保護繼電器、避雷器等。
（4）執行電器 指用于完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。
（5）配電電器 用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器、隔離開關、刀開關、自動空氣開關等。
4．按工作原理分類
1）電磁式電器 依據電磁感應原理來工作，如接觸器、各種類型的電磁式繼電器等。
2）非電量控制電器 依靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關、行程開關、按鈕、速度繼電器、溫度繼電器等。
（二）電器的作用
低壓電器能夠依據操作信號或外界現場信號的要求，自動或手動地改變電路的狀態、參數，實現對電路或被控對象的控制、保護、測量、指示、調節。低壓電器的作用有：
（1）控制作用 如電梯的上下移動、快慢速自動切換與自動停層等。
（2）保護作用 能根據設備的特點，對設備、環境、以及人身實行自動保護，如電機的過熱保護、電網的短路保護、漏電保護等。
（3）測量作用 利用儀表及與之相適應的電器，對設備，電網或其它非電參數進行測量，如電流、電壓、功率、轉速、溫度、濕度等。
（4）調節作用 低壓電器可對一些電量和非電量進行調整，以滿足用戶的要求，如柴油機油門的調整、房間溫濕度的調節、照度的自動調節等。
（5）指示作用 利用低壓電器的控制、保護等功能，檢測出設備運行狀況與電氣電路工作情況，如絕緣監測、保護掉牌指示等。
（6）轉換作用 在用電設備之間轉換或對低壓電器、控制電路分時投入運行，以實現功能切換，如勵磁裝置手動與自動的轉換，供電的市電與自備電的切換等．
當然，低壓電器作用遠不止這些，隨著科學技術的發展，新功能、新設備會不斷出現，常用低壓電器的主要種類和用途如表1-1所示。
表1-1 常見的低壓電器的主要種類及用途

序號	類 別	主 要 品 種	用 途
1	斷路器	塑料外殼式斷路器	主要用于電路的過負荷保護、短路、欠電壓、漏電壓保護，也可用于不頻繁接通和斷開的電路
		框架式斷路器
		限流式斷路器
		漏電保護式斷路器
		直流快速斷路器
2	刀開關	開關板用刀開關	主要用于電路的隔離，有時也能分斷負荷
		負荷開關
		熔斷器式刀開關
3	轉換開關	組合開關	主要用于電源切換，也可用于負荷通斷或電路的切換
		換向開關
4	主令電器	按鈕	主要用于發布命令或程序控制
		限位開關
		微動開關
		接近開關
		萬能轉換開關
5	接觸器	交流接觸器	主要用于遠距離頻繁控制負荷，切斷帶負荷電路
		直流接觸器
6	起動器	磁力起動器	主要用于電動機的起動
		星三起動器
		自耦減壓起動器
7	控制器	凸輪控制器	主要用于控制回路的切換
		平面控制器
8	繼電器	電流繼電器	主要用于控制電路中，將被控量轉換成控制電路所需電量或開關信號
		電壓繼電器
		時間繼電器
		中間繼電器
		溫度繼電器
		熱繼電器
9	熔斷器	有填料熔斷器	主要用于電路短路保護，也用于電路的過載保護
		無填料熔斷器
		半封閉插入式熔斷器
		快速熔斷器
		自復熔斷器
10	電磁鐵	制動電磁鐵	主要用于起重、牽引、制動等地方
		起重電磁鐵
		牽引電磁鐵

對低壓配電電器要求是滅弧能力強、分斷能力好，熱穩定性能好、限流準確等。對低壓控制電器，則要求其動作可靠、操作頻率高、壽命長并具有一定的負載能力。
二、接觸器
接觸器，是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交直流電路，并可實現遠距離控制。其主要控制對象是電動機，也可用于電熱設備、電焊機、電容器組等其它負載。它還具有低電壓釋放保護功能，接觸器具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設備簡單經濟等特點，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。
按照所控制電路的種類、接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類。
（一）交流接觸器
1．交流接觸器結構與工作原理
如圖l-1所示為交流接觸器的外形與結構示意圖。交流接觸器由以下四部分組成：

圖l-1 CJ10-20型交流接觸器
1一滅弧罩 2一觸點壓力彈簧片 3一主觸點 4一反作用彈簧 5一線圈 6一短路環 7一靜鐵心 8一彈簧 9一動鐵心 10一輔助常開觸點 11一輔助常閉觸點
（1）電磁機構 電磁機構由線圈、動鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉換成機械能，產生電磁吸力帶動觸點動作。
（2）觸點系統 包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷主電路，通常為三對常開觸點。輔助觸點用于控制電路，起電氣聯鎖作用，故又稱聯鎖觸點，一般常開、常閉各兩對。
（3）滅弧裝置 容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸點滅弧、電動力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對于大容量的接觸器，采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。
（4）其他部件 包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構及外殼等。
電磁式接觸器的工作原理如下：線圈通電后，在鐵芯中產生磁通及電磁吸力。此電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動觸點機構動作，常閉觸點打開，常開觸點閉合，互鎖或接通線路。線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸點機構復位，斷開線路或解除互鎖。
2．交流接觸器的分類
交流接觸器的種類很多，其分類方法也不盡相同。按照一般的分類方法，大致有以下幾種。
①按主觸點極數分 可分為單極、雙極、三極、四極和五極接觸器。單極接觸器主要用于單相負荷，如照明負荷、焊機等，在電動機能耗制動中也可采用；雙極接觸器用于繞線式異步電機的轉子回路中，起動時用于短接起動繞組；三極接觸器用于三相負荷，例如在電動機的控制及其它場合，使用最為廣泛；四極接觸器主要用于三相四線制的照明線路，也可用來控制雙回路電動機負載；五極交流接觸器用來組成自耦補償起動器或控制雙籠型電動機，以變換繞組接法。
②按滅弧介質分 可分為空氣式接觸器、真空式接觸器等。依靠空氣絕緣的接觸器用于一般負載，而采用真空絕緣的接觸器常用在煤礦、石油、化工企業及電壓在660V和1140V等一些特殊的場合。
按有無觸點分 可分為有觸點接觸器和無觸點接觸器。常見的接觸器多為有觸點接觸器，而無觸點接觸器屬于電子技術應用的產物，一般采用晶閘管作為回路的通斷元件。由于可控硅導通時所需的觸發電壓很小，而且回路通斷時無火花產生，因而可用于高操作頻率的設備和易燃、易爆、無噪聲的場合。
3．交流接觸器的基本參數
（1）額定電壓 指主觸點額定工作電壓，應等于負載的額定電壓。一只接觸器常規定幾個額定電壓，同時列出相應的額定電流或控制功率。通常，最大工作電壓即為額定電壓。常用的額定電壓值為220V、380V、660V等。
（2）額定電流 接觸器觸點在額定工作條件下的電流值。380V三相電動機控制電路中，額定工作電流可近似等于控制功率的兩倍。常用額定電流等級為5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。
（3）通斷能力 可分為最大接通電流和最大分斷電流。最大接通電流是指觸點閉合時不會造成觸點熔焊時的最大電流值；最大分斷電流是指觸點斷開時能可靠滅弧的最大電流。一般通斷能力是額定電流的5～10倍。當然，這一數值與開斷電路的電壓等級有關，電壓越高，通斷能力越小。
（4）動作值 可分為吸合電壓和釋放電壓。吸合電壓是指接觸器吸合前，緩慢增加吸合線圈兩端的電壓，接觸器可以吸合時的最小電壓。釋放電壓是指接觸器吸合后，緩慢降低吸合線圈的電壓，接觸器釋放時的最大電壓。一般規定，吸合電壓不低于線圈額定電壓的85％，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70%
（5）吸引線圈額定電壓 接觸器正常工作時，吸引線圈上所加的電壓值。一般該電壓數值以及線圈的匝數、線徑等數據均標于線包上，而不是標于接觸器外殼銘牌上，使用時應加以注意。
（6）操作頻率 接觸器在吸合瞬間，吸引線圈需消耗比額定電流大5～7倍的電流，如果操作頻率過高，則會使線圈嚴重發熱，直接影響接觸器的正常使用。為此，規定了接觸器的允許操作頻率，一般為每小時允許操作次數的最大值。
（7）壽命 包括電壽命和機械壽命。目前接觸器的機械壽命已達一千萬次以上，電氣壽命約是機械壽命的5%～20％。
（二）直流接觸器
直流接觸器的結構和工作原理基本上與交流接觸器相同。在結構上也是由電磁機構、觸點系統和滅弧裝置等部分組成。由于直流電弧比交流電弧難以熄滅，直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。
（三）接觸器的符號與型號說明
1．接觸器的符號
接觸器的圖形符號如圖l-2所示，文字符號為KM。

圖1-2 接觸器的圖形符號
a)線圈 b)主觸點 c)輔助觸點
2．接觸器的型號說明


例如：CJl0Z-40／3 為交流接觸器，設計序號10，重任務型，額定電流40A主觸點為3極。CJl2T-250／3為改型后的交流接觸器，設計序號12，額定電流250A，3個主觸點。
我國生產的交流接觸器常用的有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列產品，CJ0系列及其改型產品已逐步被CJ20、CJX系列產品取代。上述系列產品一般具有三對常開主觸點，常開、常閉輔助觸點各兩對。直流接觸器常用的有CZ0系列，分單極和雙極兩大類，常開、常閉輔助觸點各不超過兩對。
除以上常用系列外，我國近年來還引進了一些生產線，生產了一些滿足IEC標準的交流接觸器，下面作以簡單介紹。
CJl2B-S系列鎖扣接觸器用于交流50Hz，電壓380V及以下、電流600A及以下的配電電路中，供遠距離接通和分斷電路用，并適宜于不頻繁地起動和停止交流電動機。具有正常工作時吸引線圈不通電、無噪聲等特點。其鎖扣機構位于電磁系統的下方。鎖扣機構靠吸引線圈通電，吸引線圈斷電后靠鎖扣機構保持在鎖住位置。由于線圈不通電，不僅無電力損耗，而且消除了磁噪音。
由德國引進的西門子公司的3TB系列、BBC公司的B系列交流接觸器等具有80年代初水平。它們主要供遠距離接通和分斷電路，并適用于頻繁地起動及控制交流電動機。3TB系列產品具有結構緊湊、機械壽命和電氣壽命長、安裝方便、可靠性高等特點。額定電壓為220～660V，額定電流為9～630A。
（四）接觸器的選用
交流接觸器的選用，應根據負荷的類型和工作參數合理選用。具體分為以下步驟：
1．選擇接觸器的類型
交流接觸器按負荷種類一般分為一類、二類、三類和四類，分別記為AC₁、AC₂、AC₃和AC₄。一類交流接觸器對應的控制對象是無感或微感負荷，如白熾燈、電阻爐等；二類交流接觸器用于繞線式異步電動機的起動和停止；三類交流接觸器的典型用途是鼠籠型異步電動機的運轉和運行中分斷；四類交流接觸器用于籠型異步電動機的起動、反接制動、反轉和點動。
2．選擇接觸器的額定參數
根據被控對象和工作參數如電壓、電流、功率、頻率及工作制等確定接觸器的額定參數。
1）接觸器的線圈電壓，一般應低一些為好，這樣對接觸器的絕緣要求可以降低，使用時也較安全。但為了方便和減少設備，常按實際電網電壓選取。
2）電動機的操作頻率不高，如壓縮機、水泵、風機、空調、沖床等，接觸器額定電流大于負荷額定電流即可。接觸器類型可選用CJl0、CJ20等。
3）對重任務型電機，如機床主電機、升降設備、絞盤、破碎機等，其平均操作頻率超過100次／min，運行于起動、點動、正反向制動、反接制動等狀態，可選用CJl0Z、CJl2型的接觸器。為了保證電壽命，可使接觸器降容使用。選用時，接觸器額定電流大于電機額定電流。
4）對特重任務電機，如印刷機、鏜床等，操作頻率很高，可達600～12000次／h，經常運行于起動、反接制動、反向等狀態，接觸器大致可按電壽命及起動電流選用，接觸器型號選CJl0Z、CJl2等。
5）交流回路中的電容器投入電網或從電網中切除時，接觸器選擇應考慮電容器的合閘沖擊電流。一般地，接觸器的額定電流可按電容器的額定電流的1.5倍選取，型號選CJ10、CJ20等。
6）用接觸器對變壓器進行控制時，應考慮浪涌電流的大小。例如交流電弧焊機、電阻焊機等，一般可按變壓器額定電流的2倍選取接觸器，型號選CJl0、CJ20等。
7）對于電熱設備，如電阻爐、電熱器等，負荷的冷態電阻較小，因此起動電流相應要大一些。選用接觸器時可不用考慮(起動電流)，直接按負荷額定電流選取。型號可選用CJl0、CJ20等。
8）由于氣體放電燈起動電流大、起動時間長，對于照明設備的控制，可按額定電流1.1～1.4倍選取交流接觸器，型號可選CJl0、CJ20等。
9）接觸器額定電流是指接觸器在長期工作下的最大允許電流，持續時間≤8h，且安裝于敞開的控制板上，如果冷卻條件較差，選用接觸器時，接觸器的額定電流按負荷額定電流的110%～120%選取。對于長時間工作的電機，由于其氧化膜沒有機會得到清除，使接觸電阻增大，導致觸點發熱超過允許溫升。實際選用時，可將接觸器的額定電流減小30%使用。
三、繼電器
繼電器是根據某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力裝置的自動電器。

（一）電磁式繼電器
1.電磁式繼電器的結構與工作原理

圖1-3 電磁式繼電器原理圖
1- 鐵心 2-旋轉棱角 3-釋放彈簧 4-調節螺母 5--銜鐵
6-動觸點 7-靜觸點 8-非磁性墊片 9-線圈

圖l-4 電磁式繼電器圖形、文字符號
2.電磁式繼電器的特性
X由零增至X₂以前，繼電器輸出量Y為零。當輸入量X增加到X₂時，繼電器吸合，輸出量為Y₁；若X繼續增大，Y保持不變。當X減小到X₁時，繼電器釋放，輸出量由Y₁變為零，若X繼續減小，Y值均為零。

圖l-5 繼電特性曲線
圖1-5中，X₂稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入量必須等于或大于X₂；X₁稱為繼電器釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須等于或小于X₁。
K_f＝X₁／X₂稱為繼電器的返回系數，它是繼電器重要參數之一。K_f值是可以調節的。
例如一般繼電器要求低的返回系數，K_f值應在0.1～0.4之間，這樣當繼電器吸合后，輸入量波動較大時不致引起誤動作；欠電壓繼電器則要求高的返回系數，K_f值在0.6以上。設某繼電器K_f＝0.66，吸合電壓為額定電壓的90％，則電壓低于額定電壓的50％時，繼電器釋放，起到欠電壓保護作用。
另一個重要參數是吸合時間和釋放時間。吸合時間是指從線圈接受電信號到銜鐵完全吸合所需的時間；釋放時間是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為0.05～0.15s，快速繼電器為0.005～0.05s，它的大小影響繼電器的操作頻率。
3．電壓繼電器
電壓繼電器用于電力拖動系統的電壓保護和控制。其線圈并聯接入主電路，感測主電路的線路電壓；觸點接于控制電路，為執行元件。
按吸合電壓的大小，電壓繼電器可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。
過電壓繼電器(FV)用于線路的過電壓保護，其吸合整定值為被保護線路額定電1.05～1.2倍。當被保護的線路電壓正常時，銜鐵不動作；當被保護線路的電壓高于額定值，達到過電壓繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，控制接觸器及時分斷被保護電路。
欠電壓繼電器(KV)用于線路的欠電壓保護，其釋放整定值為線路額定電壓的0.1～0.6倍。當被保護線路電壓正常時，銜鐵可靠吸合；當被保護線路電壓降至欠電壓繼電器的釋放整定值時，銜鐵釋放，觸點機構復位，控制接觸器及時分斷被保護電路。
零電壓繼電器是當電路電壓降低到5％～25％U_N時釋放，對電路實現零電壓保護。用于線路的失壓保護。
中間繼電器實質上是一種電壓繼電器。它的特點是觸點數目較多，電流容量可增大，起到中間放大(觸點數目和電流容量)的作用。
4．電流繼電器
電流繼電器用于電力拖動系統的電流保護和控制。其線圈串聯接入主電路，用來感測主電路的線路電流；觸點接于控制電路，為執行元件。電流繼電器反映的是電流信號。常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。
欠電流繼電器（KA）用于電路起欠電流保護，吸引電流為線圈額定電流30％～65％，釋放電流為額定電流10％～20％，因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路。
過電流繼電器（FA）在電路正常工作時不動作，整定范圍通常為額定電流1.1～4倍，當被保護線路的電流高于額定值，達到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路。對電路起過流保護作用。
JT4系列交流電磁繼電器適合于交流50Hz，380V及以下的自動控制回路中作零電壓、過電壓、過電流和中間繼電器使用，過電流繼電器也適用于60Hz交流電路。
通用電磁式繼電器有：JT3系列直流電磁式和JT4系列交流電磁式繼電器，均為老產品。新產品有：JT9、JTl0、JLl2、JL14、JZ7等系列，其中JLl4系列為交直流電流繼電器，JZ7系列為交流中間繼電器。
（二）時間繼電器
時間繼電器是一種利用電磁原理或機械動作原理實現觸點延時接通或斷開的自動控制電器，其種類很多，常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等。
時間繼電器圖形符號及文字符號如圖1-6所示。

圖1-6 時間繼電器圖形符號及文字符號
1．直流電磁式時間繼電器
在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套，即可構成時間繼電器，其結構示意圖如圖1-7所示。它是利用電磁阻尼原理產生延時的，由電磁感應定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中銅套內將感應電勢，并流過感應電流，此電流產生的磁通總是反對原磁通變化。

圖1-7 帶有阻尼銅套的鐵心示意圖
1-鐵心 2-阻尼銅套 3-絕緣層 4-線圈
電器通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通小，銅套阻尼作用相對也小，因此銜鐵吸合時延時不顯著(一般忽略不計)。
而當繼電器斷電時，磁通變化量大，銅套阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放而起到延時作用。因此，這種繼電器僅用作斷電延時。
這種時間繼電器延時較短，JT3系列最長不超過5s，而且準確度較低，一般只用于要求不高的場合。
2．空氣式時間繼電器
空氣阻尼式時間繼電器，是利用空氣阻尼原理獲得延時的。它由電磁系統、延時機構和觸點三部分組成，電磁機構為直動式雙E型，觸點系統是借用LX5型微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。
空氣阻尼式時間繼電器，既具有由空氣室中的氣動機構帶動的延時觸點，也具有由電磁機構直接帶動的瞬動觸點，可以做成通電延時型，也可做成斷電延時型。電磁機構可以是直流的，也可以是交流的。
3．半導體時間繼電器
電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產品，電子式時間繼電器是采用晶體管或集成電路和電子元件等構成．目前已有采用單片機控制的時間繼電器。電子式時間繼電器具有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和耐振動、調節方便及壽命長等優點，所以發展很快，應用廣泛。
半導體時間繼電器的輸出形式有兩種：有觸點式和無觸點式，前者是用晶體管驅動小型磁式繼電器，后者是采用晶體管或晶閘管輸出。
4．單片機控制時間繼電器
近年來隨著微電子技術的發展，采用集成電路、功率電路和單片機等電子元件構成的新型時間繼電器大量面市。如DHC6多制式單片機控制時間繼電器、J5S17、J3320、JSZl3等系列大規模集成電路數字時間繼電器，J5145等系列電子式數顯時間繼電器．J5G1等系列固態時間繼電器等。
DHC6多制式單片機控制時間繼電器是為適應工業自動化控制水平越來越高的要求而生產的。多種制式時間繼電器可使用戶根據需要選擇最合適的制式，使用簡便方法達到以往需要較復雜接線才能達到的控制功能．這樣既節省了中間控制環節．又大大提高了電氣控制的可靠性。
DHC6多種制式時間繼電器采用單片機控制，LCD顯示．具有9種工作制式、正計時、倒計時任意設定、8種延時時段、延時范圍從0.01s～999.9h任意設定、鍵盤設定，設定完成之后可以鎖定按鍵．防止誤操作。可按要求任意選擇控制模式，使控制線路最簡單可靠。其外貌如圖1-8所示。

圖l-8 DHC6多種制式時間繼電器
J5S17系列時間繼電器由大規模集成電路、穩壓電源、撥動開關、四位LED數碼顯示器、執行繼電器及塑料外殼幾部分組成。采用32kHz石英晶體振蕩器，安裝方式有面板式和裝置式兩種。裝置式插座可用M4螺釘固定在安裝板上．也可以安裝在標準35mm安裝卡軌上。
J5S20系列時間繼電器是四位數字顯示小型時間繼電器，它采用晶體振蕩作為時基基準．采用大規模集成電路技術，不但可以實現長達9999h的長延時，還可保證其延時精度。配用不同的安裝插座及附件可應用在面板安裝、35mm標準安裝導執及螺釘安裝的場合。
5．時間繼電器的選用
選用時間繼電器時應注意：其線圈(或電源)的電流種類和電壓等級應與控制電路相同；按控制要求選擇延時方式和觸點型式；校核觸點數量和容量，若不夠時，可用中間繼電器進行擴展。
時間繼電器新系列產品JS14A系列、JS20系列半導體時間繼電器、JS14P系列數字式半導體繼電器等量具有體積小、延時精度高、壽命長、工作穩定可靠、安裝方便、觸點輸出容大和產品規格全等優點，廣泛用于電力拖動、順序控制及各種生產過程的自動控制中。
（三）其它非電磁類繼電器
非電磁類繼電器的感測元件接受非電量信號(如：溫度、轉速、位移及機械力等)。常用的非電磁類繼電器有：熱繼電器、速度繼電器、干簧繼電器、永磁感應繼電器等。
1．熱繼電器
熱繼電器(FR)主要用于電力拖動系統中電動機負載的過載保護。
電動機在實際運行中，常會遇到過載情況，但只要過載不嚴重、時間短，繞組不超過允許的溫升，這種過載是允許的。但如果過載情況嚴重、時間長，則會加速電動機絕緣的老化，縮短電動機的使用年限，甚至燒毀電動機，因此必須對電動機進行過載保護。
（1）繼電器結構與工作原理 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成，如圖l-9所示，熱元件由發熱電阻絲做成。雙金屬片由兩種熱膨脹系數不同的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時，會出現彎曲變形。使用時，把熱元件串接于電動機的主電路中，而常閉觸點串接于電動機的控制電路中。

圖1-9 熱繼電器原理示意圖
1-熱元件 2-雙金屬片 3-導板 4-觸點復位
當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸點動作。當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導板使常閉觸點斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后按下復位按鈕復位。熱繼電器動作電流的調節可以借助旋轉凸輪于不同位置來實現。
（2）熱繼電器的型號及選用
我國目前生產的熱繼電器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JRl5、JRl6等系列，JRl、JR2系列熱繼電器采用間接受熱方式，其主要缺點是雙金屬片靠發熱元件間接加熱，熱偶合較差；雙金屬片的彎曲程度受環境溫度影響較大，不能正確反映負載的過流情況。
JRl5、JRl6等系列熱繼電器采用復合加熱方式并采用了溫度補償元件，因此較能正確反映負載的工作情況。
JRl、JR2、JR0和JRl5系列的熱繼電器均為兩相結構，是雙熱元件的熱繼電器，可以
用作三相異步電動機的均衡過載保護和Y聯結定子繞組的三相異步電動機的斷相保護，但不能用作定子繞組為△聯結的三相異步電動機的斷相保護。
JRl6和JR20系列熱繼電器均有帶有斷相保護的熱繼電器，具有差動式斷相保護機構。熱繼電器的選擇主要根據電動機定子繞組的聯結方式來確定熱繼電器的型號，在三相異步電動機電路中，對Y聯結的電動機可選兩相或三相結構的熱繼電器，一般采用兩相結構的熱繼電器，即在兩相主電路中串接熱元件。對于三相感應電動機，定子繞組為△聯結的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。熱繼電器的圖形及文字符號如圖1-10所示。

圖1-10 熱繼電器的圖形及文字符號
2．速度繼電器

圖1-11 速度繼電器結構原理圖
1-轉子 2-電動機軸 3-定子 4-繞組5-定子柄 6-靜觸點 7-動觸點 8-簧片
從結構上看，與交流電機相類似，速度繼電器主要由定子、轉子和觸點三部分組成。定子的結構與籠型異步電動機相似，是一個籠型空心圓環，由硅鋼片沖壓而成，并裝有籠型繞組。轉子是一個圓柱形永久磁鐵。
速度繼電器的軸與電動機的軸相連接。轉子固定在軸上，定子與軸同心。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，繞組切割磁場產生感應電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產生轉矩，使定子向軸的轉動方向偏擺，通過定子柄撥動觸點，使常閉觸點斷開、常開觸點閉合。當電動機轉速下降到接近零時，轉矩減小，定子柄在彈簧力的作用下恢復原位，觸點也復原。速度繼電器根據電動機的額定轉速進行選擇。其圖形及文字符號如圖l-12所示。

圖1-12 速度繼電器的圖形、文字符號
常用的感應式速度繼電器有JYl和JFZ0系列。JYl系列能在3000r／min的轉速下可靠工作。JFZ0型觸點動作速度不受定子柄偏轉快慢的影響，觸點改用微動開關。JFZ0系列JFZ0-1型適用于300～1000r／min．JFZ0-2型適用于1000～3000r／rain。速度繼電器有兩對常開、常閉觸點，分別對應于被控電動機的正、反轉運行。一般情況下，速度繼電器的觸點，在轉速達120r／min時能動作，100r／min左右時能恢復正常位置。
3．干簧繼電器
干簧繼電器是一種具有密封觸點的電磁式斷電器。干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號，在檢測、自動控制、計算機控制技術等領域中應用廣泛。干簧繼電器主要由干式舌簧片與勵磁線圈組成。干式舌簧片(觸點)是密封的，由鐵鎳合金做成，舌片的接觸部分通常鍍有貴重金屬(如金、銠、鈀等)，接觸良好，具有優良的導電性能。觸點密封在充有氮氣等惰性氣體的玻璃管中，因而有效地防止了塵埃的污染，減少了觸點的腐蝕，提高了工作可靠性。其結構如圖1-13所示。

圖1-13 干簧繼電器結構原理圖
1-舌簧片 2-線圈 3-玻璃管 4-骨架
當線圈通電后，管中兩占簧片的自由端分別被磁化成N極和S極而相互吸引，因而接通被控電路。線圈斷電后，干簧片在本身的彈力作用下分開，將線路切斷。
干簧繼電器具有：結構簡單，體積小。吸合功率小，靈敏度高，一般吸合與釋放時間均在0.5～2ms以內。觸點密封，不受塵埃、潮氣及有害氣體污染，動片質量小，動程小，觸點電壽命長，一般可達10⁷次左右。
干簧繼電器還可以用永磁體來驅動，反映非電信號，用作限位及行程控制以及非電量檢測等。主要部件為干簧繼電器的干簧水位信號器，適用于工業與民用建筑中的水箱、水塔及水池等開口容器的水位控制和水位報警。
4．可編程通用邏輯控制繼電器
可編程通用邏輯控制繼電器是近幾年發展應用的一種新型通用邏輯控制繼電器亦稱通用邏輯控制模塊，它將控制程序預先存儲在內部存儲器中，用戶程序采用梯形圖或功能圖
語言編程，形象直觀，簡單易懂，由按鈕、開關等輸入開關量信號。通過執行程序對輸入信號進行邏輯運算、模擬量比較、計時、計數等，另外還有顯示參數、通信、仿真運行等功能，其內部軟件功能和編程軟件可替代傳統邏輯控制器件及繼電器電路，并具有很強的抗干擾抑制能力。另外，其硬件是標準化的，要改變控制功能只需改變程序即可。因此，在繼電邏輯控制系統中，可以“以軟代硬”替代其中的時間繼電器、中間繼電器、計數器等，以簡化線路設計，并能完成較復雜的邏輯控制，甚至可以完成傳統繼電邏輯控制方式無法實現的功能。因此，在工業自動化控制系統、小型機械和裝置、建筑電器等廣泛應用在智能建筑中適用于照明系統、取暖通風系統、門、窗、柵欄和出入口等的控制。
常用產品主要有德國金鐘-默勒公司的Easy，西門子公司的LOGO、日本松下公司的可選模式控制器一控制存儲式繼電器等。
三、刀開關與低壓斷路器

開關有有載運行操作、無載運行操作、選擇性運行操作之分；又有正面操作、側面操作、背面操作幾種；還有不帶滅弧裝置和帶滅弧裝置之分。刀口接觸有面接觸和線接觸兩種，線接觸形式，刀片容易插入，接觸電阻小，制造方便。開關常采用彈簧片以保證接觸良好。
（一）低壓刀開關
常用的HD系列和HS系列刀開關的外形如圖1-14所示。刀開關的圖形和文字符號如圖1-15所示。

圖1-14 HD系列、HS系列刀開關外形圖
a）HD系列刀開關； b)HS系列刀開關

圖1-15刀開關的圖形、文字符號
a）單極 b）雙極 c）三極

刀開關的主要類型有：大電流刀開關、負荷開關、熔斷器式刀開關。常用的產品有：HD11～HDl4和HS11～HS13系列刀開關。

（二）低壓斷路器

1．結構和工作原理

圖1-16 低壓斷路器工作原理圖
1-主觸點 2-自由脫扣機構 3-過電流脫扣器 4-分勵扣器脫
5-熱脫扣器 6-欠電壓脫扣器 7-停止按鈕

2．低壓斷路器典型產品

3．低壓斷路器的選用原則

N應等于或大于被保護線路的額定電壓。

四、熔斷器

1．常用的熔斷器

圖1-17 插入式熔斷器
1-動觸點 2-熔體 3-瓷插件 4-靜觸點 5-瓷座

圖1-18 螺旋式熔斷器
1-底座 2-熔體 3-瓷帽

圖1-19 無填料密閉管式熔斷器
1-銅圈 2-熔斷管 3-管帽 4-插座 5-特殊墊圈 6-熔體 7-熔片

圖1-20 有填料封閉管式熔斷器
1-瓷底座 2-彈簧片 3-管體 4-絕緣手柄 5-熔體

2．熔斷器的選擇

圖1-21熔斷器的安秒特性

表1-2 熔斷電流與熔斷時間之間的關系

熔斷電流	1.25～1.3IN	1.6IN	2IN	2.5IN	3IN	4IN
熔斷時間	∞	1h	40s	8s	4.5s	2.5s

I_RN≥ (1.5～2.5)I_N
I_RN--熔體額定電流；I_N--電動機額定電流。如果電動機頻繁起動，式中系數可適當加大至3～3.5，具體應根據實際情況而定。

I_RN≥ (1.5～2.5)I_{N max}+ΣI_N
I_{N max}-容量最大單臺電機的額定電流。ΣI_N其余.電動機額定電流之和。

五、主令電器

1．控制按鈕

圖l-22 按鈕開關結構示意圖
1-按鈕帽 2-復位彈簧 3-動觸點 4-常開靜觸點 5-常閉靜觸點

圖1-23 按鈕開關的圖形和文字符號
2．行程開關

圖1-24 直動式行程開關
1-推桿 2-彈簧 3-動斷觸點 4-動合觸點

圖1-25 滾輪式行程開關
1-滾輪 2-上轉臂 3、5、11-彈簧 4-套架 6-滑輪 7-壓板 8、9-觸點 10-橫板

圖1-26 微動式行程開關
1.推桿 2.彈簧 3.壓縮彈簧4.動斷觸點 5.動合觸點
3．接近開關

4．紅外線光電開關

5．萬能轉換開關

圖l-27 萬能轉換開關圖

圖1-28 萬能轉換開關的圖形符號
a) 圖形符號 b) 點閉合表
6.主令控制器

圖1-29 凸輪可調式主令控制器
a)外形圖 b)結構原理圖
1-凸輪塊 2-動觸點 3-靜觸點 4-接線端子 5-支桿 6-轉動軸 7-凸輪塊 8-小輪

第二節 電器控制的基本線路

任何復雜的電器控制線路都是按照一定的控制原則，由基本的控制線路組成的。基本控制線路是學習電器控制的基礎。特別是對生產機械整個電氣控制線路工作原理的分析與設計有很大的幫助。

一、三相籠型電動機直接起動控制

1．點動控制

圖1-30 點動控制線路

2．連續運行控制

圖1-31 連續運行控制線路

3．點動和長動結合的控制

圖1-32 點動和長動結合的控制線路

二、順序連鎖控制線路
1．多臺電動機先后順序工作的控制

圖1-33 兩臺電動機順序起動控制線路

2.利用時間繼電器順序起動控制線路

圖1-34 是采用時間繼電器的順序起動控制線路
三、互鎖控制線路

圖1－35 電動機正、反轉控制線路
a)無互鎖控制電路 b)具有電氣互鎖的控制電路 c)具有復合互鎖的控制電路

四、位置原則的控制線路

圖1-36 自動循環控制線路

五、時間原則的控制線路

，從而減小了起動電流。待起動后按預先整定的時間把電動機換成三角形聯結，使電動機在額定電壓下運行。控制線路如圖1-37所示。
y通電→KM_y主觸點閉合，定子繞組聯結成星形，M減壓起動；時間繼電器KT通電延時t(s)→KT延時常閉輔助觸點斷開KM_y斷電、KT延時閉合常開觸點閉合→KM_△主觸點閉合，定子繞組聯結成△→M加以額定電壓正常運行。→KM_△常閉輔助觸點斷開→KT線圈斷電。

圖1-37 三角形減壓起動控制控制線路

六、速度原則的控制線路

圖1-38 電動機單向運行的反接制動控制線路

圖1-39 電動機可逆運行的反接制動控制線路

第三節 典型電器控制系統

1.3.1搖臂鉆床的主要工作情況

1.3.2Z3040搖臂鉆床的電氣控制

圖1-40 Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖

4和下降接觸器KM3實現控制。

1亮。
2亮。

總結

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