第1章 常用低压电器

现代电气控制设备及PLC学时：48学时（38学时普通课+10学时实验）教材：PLC电气控制技术、漆汉宏主编（机械工业出版社）参考教材：现代电气控制与PLC应用技术、袁琦主编，机械工业出版社电气与PLC控制技术、蔡红斌主编，清华大学出版社总成绩=平时成绩*30%+考试成绩*70%学习PLC的理由

PLC控制是当今自动化控制的主流，目前自动化机台控制大多采用PLC控制，只要是从事自动化的人员，就必须要会使用PLC，否则入不了自动化控制的门。2、学习PLC的方法？

首先，要懂电气控制。

其次，要选一个厂家的PLC，边学边领悟边实践。

*懂电气控制的同学很容易学习PLC。3、学习PLC的目标？（这门课）掌握可编程控制器原理，从产品的角度出发，了解其使用，包括产品选型，控制系统设计，安装调试。认真做好每一次实验。学习PLC的先修课程（1）电路基础（2）模拟电子技术（3）数字电子技术（4）微机原理与应用（5）信号检测关于这门课1、课程要求：

（1）1-2次作业。（必交）

（2）1-2次当堂练习。

（3）动手设计一个小项目。2、考试要求：闭卷

第一章常用低压电器

第一节概述（自学）第二节接触器第三节继电器第四节熔断器第五节低压隔离器（自学）第六节低压断路器（自学）第七节主令电器概述

电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气元件。简言之，电器就是一种能控制电的工具，最基本、最典型的功能就是“开”和“关”。低压控制电器是低压电器的一种，我们学习低压控制电器元件，主要是能正确地使用和选用电器元件，因此不涉及元件的设计，而着重于应用。

一、电器的分类

（一）按工作电压等级分：1.高压电器用于1200VAC、1500VDC及以上电路中的电器。2.低压电器用于1200VAC（50Hz或60Hz）、

1500VDC及以下电路中起通断、保护、控制和调节作用的电器（简称电器）。

（二）按动作原理分：1.手动电器需通过人工直接操作才能完成动作的电器，例如刀开关、控制按钮、转换开关等。2.自动电器不需人工操作，而是按照指令、信号或某个物理量的变化自动完成动作的电器，例如接触器、继电器、电磁阀、行程开关等。等）（三）

按用途分：1.低压控制电器在低压配电线路和电动机控制线路中起控制作用的电器。

（转换开关、继电器、接触器等）2.低压配电电器在低压供、配电系统中用来输送和分配电能的电器。

（例如低压断路器、熔断器、刀开关等）3.低压保护电器在低压供、配电系统中对电路和电气设备起保护作用的电器。

（例如熔断器、热继电器、避雷器等）4.低压主令电器在自动控制系统中用来发送控制指令的电器。

（例如按钮、行程开关、转换开关等）5.低压执行电器在自动控制系统中用来完成某种动作或传送功能的电器。

（例如电磁铁、电磁离合器等）接触器：交流接触器 直流接触器二、电力拖动自动控制系统中常用的低压控制电器继电器：电磁式继电器：电压继电器电流继电器中间继电器 时间继电器：空气阻尼式电动式电子式热继电器

速度继电器

主令电器：按钮

开关行程开关

接近开关光电开关凸轮控制器与主令控制器万能转换开关

第一节主令电器

作用：主令电器是自动控制系统中用于发布命令或信号，接通或断开控制电路的电器。分类：控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。

控制按钮控制按钮（按钮）。在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器线圈的通断，间接控制主电路。图1-1控制按钮结构示意图1—按钮帽2—复位弹簧3—动触桥4—常闭静触点5—常开静触点由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。常态时（未按下时）处于接通的触点，称为常闭触点；常态时处于断开的触点，称为常开触点。当操作人员按下按钮帽时，先分断常闭触点，再接通常开触点；当手指松开按钮帽时，在复位弹簧作用下，常开触点先断开，然后常闭触点闭合。常用的控制按钮型号有LA18、LA19、LA20及LA25等系列。型号含义为：例如LA20-22DJ表示：二常开二常闭带指示灯紧急式按钮。为了标明控制按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等不同颜色，以示区别。根据有关国标，对不同用途的按钮，其按钮颜色规定见表1-1。表1-1按钮的颜色、用途按钮作用按钮帽颜色停止、急停红色起动绿色点动黑色复位蓝色起动与停止交替动作黑白、白色或灰色

控制按钮的图形、文字符号（a）常开按钮图1-2控制按钮的图形、文字符号（b）常闭按钮（c）复合按钮1.1.2行程开关行程开关是一种不依靠手的直接操作，而利用生产机械某些运动部件上的挡块碰撞来发出控制指令使触点动作的主令电器。行程开关也称为位置开关或限位开关。行程开关的动作原理如下：操作机构接受机械设备发出的动作信号，并将该信号传递到触头系统，触头系统再将操作机构传来的机械信号，通过本身的转换动作，变换成电信号，输出到有关控制回路，做出必要的反应。图1-3行程开关结构示意图1—顶杆2—弹簧3—常闭触点4—触点弹簧5—常开触点行程开关按结构不同可分为直动式、滚动式、微动式，它们都是由操作机构、触头系统和外壳三部分组成。直动式行程开关的结构示意图如图1-3所示。常用的行程开关有JLXK1、LX10、LX19、LX21、3SE3等系列，JLXK系列行程开关的含义为：

例如JLXK1-211表示：一常开一常闭双轮防护式程开关。行程开关的图形、文字符号如图1-4所示。图1-4行程开关的图形、文字符号（a）常开触点（b）常闭触点1.2开关电器1.2.1刀开关刀开关通常称作闸刀开关。主要应用于不频繁接通和分断小容量的低压供电线路、小容量电路的电源开关。

刀开关结构示意图1—手柄2—触刀3—静插座4—铰链支座5—绝缘底板1.2.3低压断路器低压断路器又称自动空气开关，是低压配电系统中一种很重要的保护电器。

它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合。当电路发生严重过载、短路及失压（包括欠压）等故障时，能自动切断故障电路，有效地保护串接在其后面的电气设备。在正常情况下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。因此，低压断路器既是保护电器，也是控制电器。

图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮低压断路器在结构上有触头系统、操作机构、保护装置（各种脱扣器）、灭弧装置等组成。其结构原理图如图1-12所示。

图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮低压断路器的工作原理：主触点1是靠操作机构通过手动或电动来闭合的，主触点闭合后，自由脱扣机构将其锁在合闸位置上。当电路中发生故障时，脱扣机构就在相关脱扣器的作用下将锁钩脱开，主触点在释放弹簧的作用下迅速将电路分断。图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮当电路发生短路或严重过载时，与主电路串联的过电流脱扣器的线圈将产生较强的电磁力将其衔铁吸下，使自由脱扣机构的锁钩脱开，从而分断主触点。图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮当电路发生过载时，与主电路串联的热脱扣器的热元件将产生一定的热量，加热膨胀系数不同的双金属片，使之向上弯曲，推动自由脱扣机构，使其锁钩脱开，使主触点分断。图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮

失压脱扣器的线圈与主电路是并联的，在电压正常情况下，失压脱扣器的线圈产生足够强的电磁力将其衔铁吸住，不影响自由脱扣机构和主触点，但在电压严重下降或失压的情况下，电磁吸力不足或消失，衔铁被释放而推动自由脱扣机构动作，解开锁钩，使主触点分开，切断主电路。图1-12低压断路器工作原理图1—主触点2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按钮分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需远距离控制时，按下启动按钮，使线圈得电，衔铁带动自由脱扣器机构动作，使主触点断开。低压断路器的图形、文字符号如图1-13所示。

图1-13低压断路器的图形、文字符号1.3熔断器熔断器是一种保护电器，广泛应用于低压供电线路和控制电路及用电设备中作短路保护或严重过电流。熔体是熔断器的主要元件，熔断器的熔体按串联方式接于被保护电路中，当电路正常工作时，熔体在额定电流下不会熔断；当电路发生短路或严重过电流时，熔体中的电流将远大于其额定电流，经过一定时间后，产生的热量将使温度升高，当温度达到熔化温度时，熔体自行熔断，切断故障电路，从而达到保护电路和电气设备的目的。熔断器的图形、文字符号如图1-18所示。图1-18熔断器的图形、文字符号接触器

接触器分交流、直流两种，是用来自动接通和分断大电流电路的电器。主要控制对象是电动机。

一、结构和工作原理接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成1－主触点2－常闭辅助触点3－常开辅助触点4－动铁心5－电磁线圈6－静铁心7－灭弧罩8－弹簧图1－1接触器结构示意图（四）接触器的工作原理

当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开，常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。（一）触点触点的结构形式很多，按控制的电路可分:

主触点辅助触点

触点按其原始状态分:常开触点常闭触点接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。接通或断开主电路，允许通过较大的电流。用于接通或断开控制电路，只能通过较小电流动合触点，线圈通电闭合的触点。动断触点，线圈通电断开的触点。（三）灭弧装置电弧:当接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10～12V

和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这是一种气体放电的现象，称之为“电弧”。熄灭电弧:降低电弧温度、电场强度

常用的灭弧装置:

灭弧罩(耐弧陶土、石棉水泥、耐弧塑料)

灭弧栅(耐弧栅片—镀铜薄钢片)

磁吹灭弧装置(触头电路中串一灭弧线圈)（二）电磁机构电磁机构包括动铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三部分,将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。

接触器的图形符号、文字符号如下图所示。（a）线圈（b）主触头（c）常开辅助触头（d）常闭辅助触头1.5继电器原理：感应元件中的输入量（电压、电流等电量或温度、时间、速度、压力等非电量）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。分类：按用途分：控制和保护继电器按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器机械式按输入量分：电流、电压、中间、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器特点：额定电流不大于5A1.5.1中间继电器

中间继电器属于电磁式继电器中的一种，其结构与交流接触器基本上相同。

与接触器不同的是，继电器是用于控制电路，触点容量较小（一般5A以下），没有灭弧装置。触头组数较多，无主、辅触点之分。其主要作用是，当其他继电器的触点数量或容量不够时，由中间继电器的触点来补充，起增加触点数量和起中间放大作用。图1-21中间继电器的结构示意图1—复位弹簧2—动触点3—静触点4—衔铁5—铁芯6—线圈中间继电器的图形、文字符号如图1-22所示。图1-20中间继电器的图形、文字符号定义：感应元件接收外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。作用：按整定时间长短通断电路分类：按工作原理分：空气阻尼式

电动式电子式按延时方式分：通电延时型断电延时型

1.5.4时间继电器通电延时时间继电器的图形、文字符号如图1-26所示。（a）线圈（b）延时触点（c）瞬时触点图1-26通电延时时间继电器的图形、文字符号断电延时型时间继电器的工作原理与通电延时型时间继电器相似，线圈通电后，瞬时触点和延时触点均迅速动作；线圈断电后，瞬时触点迅速复位，延时触点延时复位。断电延时时间继电器的图形、文字符号如图1-27所示。（a）线圈（b）延时触点（c）瞬时触点图1-27断电延时时间继电器的图形、文字符号作用：电动机的过载保护1.5.5热继电器结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。