第1章常用低压电器

电气控制与PLC系统主讲人：任胜杰办公室：31-121PLC实验室电话mail:renjie817@126.comrenjie817@QQ：55317827电气控制与PLC系统励志有志者、事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚；

苦心人、天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。

——蒲松龄撰自勉联

电气控制与PLC系统目标授人以鱼，不如授之以渔ltisbettertoteachamanfishingthantogivehimfish.

——老子道德经

教材与参考教材本课程使用的教材：电气控制与PLC系统任胜杰.机械工业出版社.2013.ISBN:7111136047

教材与参考教材参考教材：电气控制系统与可编程控制器

常晓玲.机械工业出版社.2004.ISBN:7111136047

教材与参考教材本课程的参考教材：电气控制与PLC应用（第二版）吴丽.黄河水利出版社.2005.ISBN:7806218882教材与参考教材本课程的参考教材：工厂电气控制技术（第三版）方承远.机械工业出版社.2006.ISBN:7111032748

前言课程的性质性质——实践性强的专业课。内容——电机、其他执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、线路、程序及控制装置的设计方法。目标——电气控制线路、程序、技术资料的阅读分析能力。电气控制线路、程序的设计能力。前言课程的任务熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构成、原理及用途，独立分析和设计能力。掌握可编程序控制器（PLC）的基本构成、工作原理、特点及其应用发展情况。掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程语言、指令系统与编程方法。掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计与调试方法等。控制方法：手动前言电气控制技术的发展控制功能：简单自动操作方式：笨重控制原理：有触点硬接线继电器控制方式：集中拖动新技术：综合应用电子技术、检测技术、计算机技术、自动控制理论复杂轻巧微处理器的软件顺序控制DCS网络现场总线以太网前言电器：对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用非常广泛。电器元件本身朝着新的领域扩展电器元件性能提高

新型电器元件产生

机、电、仪一体化电器元件实现

电器元件应用范围扩展以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位。可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关。

掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础。第1章常用低压电器

1.1低压电器的基本知识1.2开关电器1.3低压熔断器1.5主令电器1.6接触器1.4低压断路器本章小结1.7继电器1.1低压电器的基本知识1.1.1电器的分类按电器的电压等级分：

高压电器：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。低压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。按电器的性能和用途分：控制电器和配电电器按电器的动作方式分：手动电器和自动电器按执行机理分：有触点电器和无触点电器

按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。1.1.2电磁式电器的工作原理1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。

组成

原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。铁芯衔铁吸引线圈1.1低压电器的基本知识直动式转动式交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢1.1低压电器的基本知识衔铁沿棱角转动的拍合式为衔铁沿轴转动的拍合式衔铁直线运动的双E形直动式常见的电磁机构的结构示意图常用电磁机构的形式1-铁芯2-线圈3-衔铁

（3）电磁机构的吸力与反力特性1.1低压电器的基本知识电磁吸力吸力特性——吸力F与铁心间隙δ的特性曲线。直流电磁机构电磁吸力交流电磁机构电磁吸力（3）电磁吸力与反力特性1.1低压电器的基本知识123Fδ0直流电磁铁吸力特性交流电磁铁吸力特性反力特性F∝Φ2∝1/Rm2∝1/δ2U≈E＝4.44fΦNΦ＝NI/Rm剩磁特性4交流电磁式电器的电磁吸力1.1低压电器的基本知识ωtFtF交流分量最大值F直流分量反力交流电磁式电器的短路环短路环——减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。1.1低压电器的基本知识1.1低压电器的基本知识交流电磁机构的电磁吸力

加短路环后的磁通与吸力特性

未加短路环的磁通与吸力特性触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。桥式触头指形触头1.1低压电器的基本知识2.触头系统和电弧

类型

材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成灭弧系统

电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。1.1低压电器的基本知识

电弧的危害：

延长了切断故障的时间；

高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

形成飞弧造成电源短路事故。

灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。第1章常用低压电器

1.1低压电器的基本知识1.2开关电器1.3低压熔断器1.5主令电器1.6接触器1.4低压断路器本章小结1.7继电器1.2开关电器1.2.1刀开关

分类：

按刀的级数分:单极、双极和三极

按刀的结构分：平板式和条架式按操作方式分：手柄操作、正面旋转手柄操作、杠杆操作和电动操作按刀的转换方向分：单掷和双掷1.刀开关的外形及结构

作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

外形及结构：1.2开关电器2.刀开关的图形及文字符号

1.2开关电器QKQKQK三极单极双极1.2.2负荷开关1、开启式负荷开关

结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。

分类：单相双极和三相三极两种。1.2开关电器

1.2开关电器1.2.2负荷开关1、开启式负荷开关

用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。图形符号与字母标识。1.2.1刀开关闸刀开关动作原理：动作原理参见动画1.2.2负荷开关2封闭式负荷开关（铁壳开关）

作用：手动通断电路及短路保护。外形及结构1.2开关电器QS

1.2开关电器1.2.2负荷开关2封闭式负荷开关（铁壳开关）

电气符号及文字标识

1.2.3转换开关

结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通。

特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。

用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制５ＫＷ以下电动机。1.2开关电器1.2.3转换开关

外形及结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通断。1.2开关电器结构外形转换开关的图形符号与文字标识QSQS特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途：电源的引入开关；通断小电流电路，控制５ＫＷ以下电动机。1.2开关电器1.2.4开关电器的主要技术参数HD11型刀开关的性能参数额定电流/A10020030060010001500额定电压/VAC400V、DC230V机械寿命/次300030003000200020001000电气寿命/次100010001000500500300短时耐受电流/kA61020253040动稳定电流峰值/kA杠杆操作式203040506080手柄式1520304050—操作力/N≤300≤300≤300≤400≤400≤400额定电压额定电流机械寿命电气寿命1.2开关电器1、开关电器的选用①按开关电器的用途和安装位置选择合适的型号和操作方式。②开关电器的额定电压和额定电压必须符合电路要求。③校验开关电器的动稳定性和热稳定性，如不满足要求，就应选大一级额定电流的刀开关。

1.2.5开关电器的选择与安装1.2开关电器2、开关电器的安装①刀开关安装时应做到垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向应从下向上合，断开操作时的手柄操作方向应从上向下分，不允许采用平装或倒装，以防止产生误合闸。②刀开关安装后应检查闸刀和静插座的接触是否成紧密。③导线与刀开关接线端子相连时，不应存在极大的扭应力，并保证接触可靠。④在安装杠杆操作机构时，应调节好连杆的长度，使刀开关操作灵活。第1章常用低压电器

1.1低压电器的基本知识1.2开关电器1.3低压熔断器1.5主令电器1.6接触器1.4低压断路器本章小结1.7继电器外形及结构：熔座（外壳）和熔体1.3低压熔断器

1.3低压熔断器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器分类：

作用：短路和严重过载保护1.3低压熔断器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器分类：

作用：短路和严重过载保护符号与字母：优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻。1.3低压熔断器熔断器的符号FU工作原理及安秒特性：当严重过载或短路时，电路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路。1.3低压熔断器安秒特性曲线t熔断区正常工作区过载区I/IN0IrIr为最小熔断电流。瓷插式熔断器插入式——RC1A系列，用于低压分支电路，额定电流小，民用。螺旋式熔断器螺旋管式——RL6用于机床，RLS2用于整流、晶闸管有填料式熔断器封闭管式——RT12有填料、无填料、快速，低压电网无填料密封式熔断器封闭管式——RT12有填料、无填料、快速，低压电网快速熔断器自恢复熔断器自复式——RZ1不能切断电源，与断路器配合使用1.3低压熔断器3、极限分断能力1.3.5低压熔断器的主要参数1、熔断器的额定电压Un：指熔断器长期工作时和熔断后所能承受的电压。交流额定电压（单位为V）有：220，380，415，500，600，1140；直流额定电压（单位为V）有：110，220，440，800，1000，1500。2、熔断器的额定电流In熔断器在长期工作制下，各部件温升不超过极限允许温升所能承载的电流值，习惯上，把熔断体支持件的额定电流简称为熔断器额定电流。指熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。

RT12系列熔断器技术数据80额定电压/V415熔断器代号A1A2A3A4熔断器额定电流/A203263100熔体额定电流/A4、6、10、16、2020、25、3232、40、50、6363、80、100极限分断能力/kA1、类型

线路要求、使用场合、安装条件、适用范围；2、额定电压使额定电压≥线路的额定电压；3、极限分断能力极限分断能力>电路中可能最大故障电流1.3.6熔断器的选择4、额定电流——熔体的额定电流与负载相匹配；1）阻性负载熔体额定电流略>电路的额定电流；2）电机负载单台电机Ifu≥（1.5～2.5）IN多台电机Ifu≥（1.5～2.5）INmax＋∑IN式中IN——电机额定电流；INmax——容量最大的一台电机额定电流；∑IN——其它电机额定电流的总和。3）电容负载设备中熔体的额定电流＝1.6倍电容额定电流；4）配电系统中主回路熔体的额定电流>支路熔体的额定电流5、各级熔断器间的协调配合。

为了防止越级熔断、扩大停电事故范围，各级熔断器间应有良好的协调配合，使下一级熔断器比上一级的先熔断，从而满足选择性保护要求。一般，选择比为1.6:1。6、保护半导体器件用熔断器的选择。

在变流装置中作短路保护时，应考虑到熔断器熔体的额定电流是用有效值表示，而半导体器件的额定电流是用通态平均电流表示的，应乘以1.57换算成有效值。因此，熔体的额定电流可按下式计算：第1章常用低压电器

1.1低压电器的基本知识1.2开关电器1.3低压熔断器1.5主令电器1.6接触器1.4低压断路器本章小结1.7继电器又称自动开关，既能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常(故障)电路条件下接通、承载(一定时间)和分断电流。

功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。

特点：操作安全，分断能力较高。

分类：塑壳式（装置式）和框架式（万能式）

结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。1.4低压断路器塑壳式低压断路器万能式低压断路器万能式低压断路器结构图万能式低压断路器结构与符号断路器的符号万能式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮万能式低压断路器的工作原理图万能式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮线路短路或严重过载保护万能式低压断路器的工作原理图万能式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮远距离跳闸，对电路不起保护作用万能式低压断路器的工作原理图万能式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮线路过载保护万能式低压断路器的工作原理图万能式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮电动机的失压保护万能式低压断路器的工作原理图三、低压断路器低压断路器动作原理：动作原理参见动画1.4.2低压断路器主要参数额定电压：额定电流：脱扣器类型：整定电流范围：分断能力：操作频率：型号额定电流/A额定电压/V过电流脱扣额定电流A交流短路分断能力峰值/kA操作频率(次/h)DZ10-1001003801520253040506080100603030DZ10-25025038010014015017020025017.730DZ20-4004003802002503153504002560DZ20-6306303802503153504005006302560DZ20-125012503806307008001000125030301.4.3低压断路器的选择使断路器的额定电压、额定电流>电路的额定电压和电流；分断能力≥电路的最大短路电流。整定电流整定时注意事项1、过载整定电流≈使用电流、注意动作时间2、过电流脱扣器整定电流>正常尖峰电流3、欠电压脱扣器的额定电压>电路电压4、级间保护的配合满足系统要求，避免越级跳闸。第1章常用低压电器

1.1低压电器的基本知识1.2开关电器1.3低压熔断器1.5主令电器1.6接触器1.4低压断路器本章小结1.7继电器作用：发送控制命令或信号的电器分类：控制按钮：通常用作发布命令。参图行程开关参图接近开关参图万能转换开关参图主令控制器参图1.5主令电器1、按钮的外形与结构1.5主令电器

（a）按钮外形(b)按钮结构1、按钮的电气符号1.5主令电器

(c)按钮的电气符号1.5主令电器2、位置开关行程开关的外形与结构

1.5主令电器2、位置开关行程开关的外形与结构

1-滚轮2-转臂3-盘形弹簧4-推杆5-滚轮6-操纵件7-压缩弹簧8-弹簧

1、行程开关的电气符号1.5主令电器

行程开关的电气符号接近开关1.5主令电器万能转换开关1.5主令电器主令控制器1.5主令电器1.5主令电器按钮动作原理：动作原理参见动画1.5主令电器行程开关的结构和符号字母：常闭触点复式触点STST常开触点ST1.5主令电器单论行程开关的动作原理：动作原理参见动画1.5主令电器微动行程开关的动作原理：动作原理参见动画1.5主令电器转换开关的结构和符号字母：

1.5主令电器主令控制器的结构和符号字母：触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1.6接触器1．结构

1.6.1接触器的原理与结构

1.6.2工作原理

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。1.6

接触器1.6

接触器交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。1.6接触器1.6.2直流接触器

KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM1.6

接触器1.6.3接触器的符号

额定电压

交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V1.6

接触器1.6.4接触器的主要技术指标

1.6

接触器1.6.5接触器的型号

如CJ12T-250，该型号的意义为CJ12T系列交流接触器，额定电流250A，主触头为三极。CZ0-100/20为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，双极动合主触头。

根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。1.6

接触器1.6.6接触器的使用选择原则

作用：控制、放大、联锁、保护和调节分类：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、机械式按输入量分：电流、电压、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5A1.7

继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。

1.7.1电磁式电器1.7

继电器1、中间继电器

特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与普通电磁式电器类似2电压继电器1.7

继电器

3、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器1.7

继电器（b）动作电流Ｉq：使电流继电器开始动作所需的电流值；返回电流Ｉf：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；返回系数Ｋf：返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技术指标：3、电流继电器1.7

继电器作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式

空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型

1.7.2时间继电器1.7.2时间继电器外形及结构

1.7.2时间继电器符号1.7.2时间继电器通电延时型时间继电器动作原理：动作原理参见动画四、时间继电器断电延时型时间继电器动作原理：动作原理参见动画晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器的外形及原理

作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：>120rpm复位转速：<100rpm1.7.3速度继电器1.7.3速度继电器速度继电器的