机床电气控制技术电子教案1第一章常用低压电器

低压控制电器通常用于电力拖动控制系统，这类电器主要有接触器、继电器、控制器等。对这类电器的要求是寿命长、体积小、重量轻、动作迅速准确、安全可靠。第一节控制电器1接触器是用来接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。接触器按其主触电控制电路中的电流分类，分为：交流接触器和直流接触器。1.1接触器2交流接触器一般由以下部分组成：1、电磁机构2、触点系统3、灭弧装置4、反力装置5、支架与底座1.1.1接触器的结构组成和工作原理31、电磁机构由吸引线圈、铁心及衔铁组成。2、触电系统包括主触点和辅助触点。3、灭弧系统主要是灭弧罩。4、反力装置由弹簧、缓冲弹簧和触点弹簧组成。5、支架与底座图1.1交流接触器结构示意图1、动触点；2、静触点；3、衔铁；4、缓冲弹簧；5、电磁线圈；6、铁心；7、垫毡；8、触电弹簧；9、灭弧罩；10、触点压力簧片4交流接触器的工作原理

当电磁线圈通电后，铁心被磁化产生磁通。由此在衔铁气隙处产生电磁力将衔铁吸合，主触点在衔铁的带动下闭合，接通主电路。同时衔铁还带动辅助触点动作，动断辅助触点首先断开，接着动合辅助触点闭合。

当线圈断电或外加电压显著降低时，在反力弹簧的作用下衔铁释放，主触点、辅助触点又恢复到原来的状态。51、额定电压2、额定电流3、线圈的额定电压4、额定操作效率5、机械与电气寿命6、接通和分析能力1.1.2接触器的主要技术参数6交流接触器：CJ10、CJ12、CJ20、CJX1、3TB、3TF、CJX2、B系列、K型辅助接触器。直流接触器：CZ0、CZ16、CZ18、CZ21、CZ22系列。1.1.3接触器的常用类型及电气符号7图1.4

接触器的图形符号和文字符号8接触器的选择的一般步骤：1、根据负载性质确定使用类别，再按照使用类别选择相应系列的接触器。2、根据负载额定电压确定接触器的电压等级。3、根据负载工作电流确定接触器的额定电流。4、交流接触器吸合线圈的额定电压一般选用380V或220V。5、根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。1.1.4接触器的选用原则9

继电器是一种在输入信号的作用下接通或断开控制电路的控制电器，这种输入信号可以是电量信号（电流、电压等），也可以是非电量信号（温度、压力、时间、转速等）。与接触器不同，继电器主要用于控制小电流电路，触电额定电流不大于5A，通常接在控制回路中。1.2继电器10

电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。图1.5电磁式继电器结构示意图1、底座；2、反力弹簧；3、4调整螺钉；5、非磁性垫片；6、衔铁；7、铁心；8、极靴；9、电磁线圈；10、触点系统1.2.1电磁式继电器的结构组成和动作原理11

电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。

电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触电，起到中间放大的作用。

中间继电器实质上是一种电压继电器，其触点数量多，触点容量大（额定电流5~10A）。121、继电特性2、额定电压和额定电流3、吸合电压和释放电压、吸合电流和释放电流4、吸合时间和释放时间1.2.2电磁式继电器的主要技术参数图1.6继电特性曲线13

电磁式继电器：JL18、JT18、JDZ1、JZ15、JZ18、JZC2（3TH）、JZC3、K系列继电器。1.2.3电磁式继电器的常用型号及电气符号图1.8继电器的图形符号和文字符号14

时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理，实现触电延时接通或断开的控制电路。

时间继电器在控制系统中用来控制动作时间，有两种延时方式：通电延时和断电延时。

通电延时即从继电器线圈通电开始，延迟一定时间后触电闭合或断开，当线圈断电时，触电立即回到初始状态。

断电延时即当继电器线圈通电时，触电立即闭合或断开，从线圈断电开始，延时一定时间后触电回到初始状态。1.3时间继电器15时间继电器按其结构组成和工作原理可分为：1、直流电磁式时间继电器2、空气阻尼式时间继电器3、电动式时间继电器4、电子式时间继电器1.3.1时间继电器的结构组成和工作原理161、直流电磁式时间继电器

直流电磁式时间继电器是利用电磁系统在线圈通电后磁通延缓变化的原理工作的。当继电器线圈通电时，由于衔铁处于释放位置，因而磁路的气隙大、磁阻大、磁通小，铜套阻尼作用不明显，一般可忽略不计。

当线圈断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用显然也增大，使衔铁延时释放，从而达到延时的目的。

直流电磁式时间继电器延时时间的调节，是通过改变铁心与衔铁间非磁性垫片的厚度（粗调）或改变释放弹簧的松紧（细调）来实现的。因垫片的厚度具有阶梯性，故用于粗调，垫片越厚延时越短，反之越长。而弹簧的松紧可连续调节，故用于细调，弹簧越紧则延时越短，反之越长。172、空气阻尼式时间继电器

JS23系列通电延时型时间继电器结构原理图

（a）排气阶段（b）进行延时动作阶１、铭牌；２、滤气片；３、调时旋钮；４、延时片；５、动作弹簧；６、波纹状气囊；７、阀门弹簧；８、阀杆图1.9

JS23系列通电延时型时间继电器结构原理图183、电动式时间继电器

图1.10

JS11系列通电延时型电动式时间继电器结构示意图

１、延时调整处；２、指针；３、刻度盘；４、复位游丝；５、差动轮系；６、减速齿轮；７、同步电动机；８、凸轮；９、脱扣机构；10、延时触点；11、瞬动触点；12、离合电磁铁194、电子式时间继电器

图1.11

JS20系列晶体管时间继电器的电路原理图20时间继电器的常用型号：JS23、JS11、JS201.3.2时间继电器的常用类型及电气符号图1.13时间继电器的图形符号及文字符号211、根据控制电路对延时触电的要求选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。2、根据延时范围或延时精度要求选用合适的时间继电器3、根据工作条件选择时间继电器的类型。1.3.3时间继电器的选用原则22

速度继电器是一种当转速达到规定值时动作的继电器。它是根据电磁感应原理制成的，主要用作笼型异步电动机的反接制动，故又称反接制动继电器。速度继电器主要由转子、定子和触电三部分组成。转自是一个圆柱形永久磁铁。定子是一个空的笼型圆环，由硅钢片叠成，并在其中装有笼型绕组。速度继电器的工作原理与鼠笼式异步电动机相似。它的转子是一块永久磁铁，与电动机或机械转轴连在一起，随轴转动。它的外边有一个可以转动一定角度的外环，装有鼠笼型绕组。1.4速度继电器23图1.14

JY1系列速度继电器外形与结构示意图1、转子；2、外环；3、笼型绕组；4、动断触点；5、摆杆；6、动合触点24图1.15速度继电器的图形符号和文字符号（a）转子（b）动合触点（c）动断触点25

继电器种类很多，除前面介绍的几种继电器外，还有固态继电器、干簧继电器、相序继电器、温度继电器、压力继电器、综合继电器等。１、固态继电器固态继电器简称SSR，是一种新型无触点继电器。２、干簧继电器干簧继电器是近年来迅速发展起来的一种新型密封触点继电器。1.5其他继电器26

低压保护电器通常用于电路与电气设备的安全保护，主要有断路器、熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器、避雷器等。要求其反应灵敏、可靠性高。第二节保护电器27

低压断路器又称为自动空气开关或自动开关。它相当于闸刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种自动切断电路故障的保护电器。与接触器不同，断路器能够切断短路电流，但允许的操作次数较低。2.1断路器28

低压断路器主要由触点系统、操作机构和脱扣器等部分组成。2.1.1断路器的结构组成和工作原理图1.16低压断路器结构示意图1、弹簧；2、主触点；3、传动杆；4、锁扣；5、过电流脱扣器；6、过载脱扣器；7、欠压脱扣器；8、分励脱扣器291、额定电压2、额定电流3、通断能力4、分段时间2.1.2断路器的主要技术参数30低压断路器型号繁多、品种复杂，按其用途和结构形式分为框架式和塑壳式两大类。2.1.3断路器的常用型号及电气符号图1.18低压断路器的图形符号和文字符号31

断路器是一种利用熔化作用而切断电路的保护电器，在低压配电系统和机床电气控制系统中主要起过载和短路保护作用。使用时熔断器串接在被保护的电路中，在正常情况下，它相当于一根导线。当流过它的电流超过规定值时，熔体产生的热量使自身熔化而切断电路。熔体是用低熔点的金属丝或金属薄片做成的。2.2熔断器32

图1.19瓷插式熔断器结构示意图1、瓷盖；2、熔丝；3、动触点4、瓷体；5、静触点；6、空腔图1.20螺旋式熔断器的结构示意图

1、瓷座；2、下接线座；3、上接线座；

4、瓷套；5、熔断器；6、瓷帽2.2.1熔断器的结构组成和工作原理33图1.22有填料封闭管式熔断器1、瓷底座；2、弹簧片；3、管体4、绝缘手柄；5、熔体图1.21无填料封闭管式熔断器1、铜圈；2、熔断器；3、管帽；4、插座；5、特殊垫圈；6、熔体；7、熔片341、额定电压2、额定电流3、极限分断电流2.2.2熔断器的主要技术参数35熔断器的型号及含义如下：熔断器的图形符号和文字符号用2.2.3熔断器的型号及电气符号36选择熔断器时应从以下几个方面考虑：1、熔断器类型的选择2、熔体额定电流的选择3、熔断器的额定电压和额定电流4、额定分析能力5、熔断器的上、下级配合2.2.4熔断器的选用原则37

热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，广泛应用于电动机及其他负载的过载保护。

热继电器就是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护、以防电动机因过热而烧毁的一种保护电器。2.3热继电器38

图1.24

双金属片热继电器结构示意图１、４主双金属片；2、3、加热元件；5、导板；6、温度补偿片；7、推杆；８、静触点；9、动触点；10、调节螺钉；11、弹簧；12、凸轮旋钮；13、手动复位按钮；14、支撑杆2.3.1热继电器的结构组成和工作原理39

热继电器的主要技术数据是整定电流。所谓整定电流是指长期通过发热元件而不动作的最大电流。

热继电器的常用技术参数还包括额定电压、额定电流、相数以及热元件编号等。2.3.2热继电器的主要技术参数40

目前国内生产的热继电器品种很多，常用的有JR20、JR16、JR15、JR14等系列产品。引进产品有德国ABB公司的T系列、法国TE公司的LR1—D系列、德国西门子公司的3UA系列等。2.3.3热继电器的常用型号及电气符号图1.26热继电器的图形符号和文字符号41

开关是一种配电电器，用于隔离电源或在规定条件下接通、分断电路，以及转换正常或非正常的电路。

主令电器主要用来接通和分断控制电路，在电力拖动系统中控制电动机的起动、停止、制动、调速等。

常用的主令电器有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。第三节开关及主令电器42

刀开关又称闸刀开关，是结构最简单且应用最广泛的一种手动电器。

它广泛应用于配电设备作隔离电源用，有时也用于直接起动小容量的笼型异步电动机。

3.1刀开关43

刀开关由操作手柄、触刀、静夹座和绝缘底板组成。推动手柄使触刀插入静夹座中，电路就会被接通。为了保证刀开关合闸时触刀与静夹座有良好的接触，触刀与静夹座之间应有一定的接触压力。图1.27刀开关的典型结构1、出线座；2、底板；3、静夹座；4、触刀；5、手柄；6、进线座3.1.1刀开关的结构组成和工作原理44开启式负荷开关

图1.28HK系列闸刀开关结构示意图1、瓷质手柄；2、静夹座；3、熔丝；4、出线座；5、瓷底；6、进线座；7、下胶盖；8、上胶盖；9、出线手柄；10、胶盖紧固45封闭式负荷开关

１、U形开关；２、静夹座；３、熔断器；４、弹簧；５、转轴；６、操作手柄图1.29HH系列铁壳开关的结构示意图46刀开关的主要技术参数有：额定电压额定电流通断能力热稳定电流动稳定电流等3.1.2刀开关的主要技术参数47常用的刀开关有：HD系列刀形隔离器HS系列双投刀开关HK系列胶盖刀开关HH系列负荷开关HR系列熔断器式刀开关3.1.3刀开关的常用型号及电气符号48图1.31刀开关的图形符号和文字符号（a）单级（b）双级（c）三级（d）三极刀熔开关49

组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关。

与普通刀开关不同的是，组合开关的刀片是转动式的，比刀开关轻巧且易于组合，是一种多触点、多位置、可控制多个回路的电器。3.2组合开关50图1.32HZ10系列组合开关外形与结构示意图（a）外形图（b）结构示意图１、手柄；２、转轴；３、弹簧；４、凸轮；５、绝缘垫板；６、动触点；７、静触点；８、接线柱；９、绝缘方轴3.2.1组合开关的结构组成和工作原理51

组合开关的主要技术参数:

额定电压、额定电流、极数等

组合开关一般有单极、双极和三极3.2.2组合开关的主要技术参数52常用的组合开关有HZ5、HZ10、HZ15等系列。

图1.34组合开关文字符号及图形符号3.2.3组合开关的常用型号及电气符号53

1、组合开关作为电源的引入开关时，其额定电流应大于电动机的额定电流。2、用组合开关控制小容量（５kW以下）电动机的起动、停止时，其额定电流应为电动机额定电流的３倍。3.2.4组合开关的选用原则54

按钮开关是一种短时接通或断开小电流电路的手动电器，通常用于在控制电路中发出起动或停止等指令，通过接触器、继电器等控制电器接通或断开主电路。3.3按钮开关55按钮开关外形与结构示意图工作原理

动合按钮：未按下时，触点是断开的；当按下钮帽时，触点被接通；松开后，触点在复位弹簧作用下返回原位而断开。

动断按钮：未按下时，触点是闭合的；当按下钮帽时，触点被断开；松开后，触点在复位弹簧作用下恢复闭合。

复合按钮：未按下时，动断触点是闭合的，动合触点是断开的；当按下钮帽时，先断开动断触点，后接通动合触点；松开后，触点在复位弹簧作用下全部复位。3.3.1按钮开关的结构组成和工作原理图1.35按钮开关外形与结构示意图（a）外形图（b）结构示意图１、２—动断触点；３、４—动合触点；５—桥式触点；６—复位弹簧；７—按钮帽56

通常采用规格为额定电压交流500V，允许持续电流5A的按钮。按用途或使用场合选择按钮开关的形式和颜色。3.3.2按钮开关的主要技术参数57

常用的按钮开关型号有LA18、LA19、LA20、LA25和LAY3等系列。

图1.37按钮开关的图形符号和文字符号3.3.3按钮开关的常用型号及电气符号58

根据用途选择按钮开关的形式，如紧急式、钥匙式、指示灯式等。

根据使用环境选择按钮开关的种类，如开启式、防水式、防腐式等。

按工作状态和工作情况的要求，选择按钮开关的颜色。3.3.4按钮开关的选用原则59

行程开关又称位置开关或限位开关，是一种常用的小电流主令电器。

行程开关是利用生产设备中某些运动部件的机械位移碰撞位置开关，使其触点动作，将机械信号变为电信号，接通、断开或变换某些控制电路，从而实现对机械设备的电气控制。

行程开关常被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动或自动往返运动等。3.4行程开关60行程开关的种类很多，按结构可分为直动式、滚动式和微动式。１、直动式行程开关２、微动开关3.4.1行程开关的结构组成和工作原理61１、直动式行程开关

直动式行程开关主要由操作机构、触点系统和外壳等部分组成采用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。

直动式行程开关的优点是结构简单、成本较低，缺点是触点的分合速度取决于撞块的移动速度。图1.38直动式行程开关1、动触点；2、静触点；3、推杆62２、微动开关

微动开关（即微动式行程开关）克服了直动式行程开关的缺点，采用具有弯片状弹簧的瞬动机构。当推杆被压下时，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移，当达到预定的临界点时，弹簧片连同动触点产生瞬时跳跃，从而导致电路的接通、分断或转换。同样，减小操作力时，弹簧片会向相反方向跳跃。图1.39微动式行程开关1、壳体；2、弓簧片；3、动合触点；4、动断触点；5、动触点；6、推杆63

常用的行程开关有LX19、LXW5、LXK3、LX32、LX33等系列。

图1.40行程开关的图形符号和文字符号3.4.2行程开关的常用型号及电气符号64

根据机械位置确定开关形式和型号。

根据控制要求确定触点的数量。

根据控制回路的电压、电流确定开关的额定电压和额定

电流。

根据安装环境确定开关的防护形式，如开启式或保护式。3.4.3行程开关的选用原则65

感应开关是随着半导体元件的发展而产生的一种非接触式的物体检测装置，其实质上是一种无触点的行程开关。

常见的有接近开关、光电开关等。3.5感应开关66

接近开关又称无触点行程开关。

当运动着的物体在一定范围内与之接近时，接近开关就会发出物体接近而“动作”的信号，以不直接接触的方式控制运动物体的位置。

接近开关常用于行程控制、液位控制、限位保护等，也可用于高速计数、测速、检测零件尺、探测金属体的存在等。图1.43接近开关的图形符号和文字符号3.5.1接近开关67

光电开关又称为无接触式检测和控制开关。它利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射作用，检测物体的位置、形状、标志、符号等。

光电开关中的核心器件是光电元件，这是将光照强弱的变化转换为电信号的传感元件。3.5.2光电开关68

低压执行电器通常用于传送动力、驱动负载，主要有电

磁阀、电磁铁、气动阀等。

要求其工作稳定安全、使用寿命长。第四节执行电器69

在机床等生产设备中，除了电动驱动，还可采用气动、

液压驱动装置。当负载惯性较大，所需功率也较大时，通常采用气压或液压控制系统，其执行元件是气缸、油压缸或油压电动机。

通过气路或油路上阀门的开通、关闭，调节管路压力的大小，从而改变气缸、油压缸的运行速度和运行方向。

装在气路或油路上的阀门一般采用电磁阀。4.1电磁阀70电磁阀是利用线圈通电激磁产生的电磁力来驱动阀芯运动，将阀开启或关闭。特点是结构紧凑、尺寸小、重量轻、维护简单、可靠性高、价格低廉。电磁阀包括电磁部件和阀体两部分。电磁部件由固定铁心、动铁心、线圈等部件组成，阀体部分由滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等组成。电磁线圈被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，结构简洁、紧凑。电磁阀从原理上分为直动式、分步直动式、先导式三大类。4.1.1电磁阀的结构组成和工作原理71１、直动式电磁阀

利用线圈通电产生磁场，驱动阀芯运动来开启或关闭阀门。

通电时，电磁线圈产生电磁力把活塞从阀座上提起，阀门打开。断电时，电磁力消失，弹簧力把活塞压在阀座上，阀门关闭。图1.44直动式电磁阀结构示意图1、阀体；2、活塞；3、密封片；4、活动铁心；5、隔磁管组72２、先导式电磁阀利用线圈通电产生磁场，驱动先导阀打开主阀口，主阀芯卸压，活塞上下部产生压差，使主阀芯上升，阀门打开。

通电时，电磁力把副阀口打开，上腔室压力迅速下降，在阀芯周围形成上低下高的压差，推动阀芯向上移动，阀门打开。

断电时，弹簧力把副阀口关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室，在阀芯周围形成下低上高的压差，推动阀芯向下移动，关闭阀门。图1.45先导式电磁阀结构示意图1、阀体；2、主阀口；3、阀芯；4、副阀口；5、铁心；6、线圈73３、分步直动式电磁阀分步直动式电磁阀是一种直动和先导式相结合的形式。当入口与出口压差小于或等于0.05MPa:

通电时，电磁力直接把先导小阀和主阀阀芯依次向上提起，阀门打开；当入口与出口压差大于0.05MPa，通电时，电磁力先打开先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开。

断电时，先导阀和主阀利用弹簧力或介质压力推动阀芯向下移动，使阀门关闭。74根据管道参数选择电磁阀的通径（DN）和接口方式。根据流体参数选择电磁阀的材质。根据压力参数选择电磁阀的原理和结构形式。电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24V。根据持续工作时间长短选择电磁阀的形式和型号。根据环境要求选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾等。4.1.2电磁阀的主要技术参数及选型原则75图1.46电磁阀的图形符号（a）二位二通电磁阀（b）二位三通电磁阀4.1.3电磁阀的电气符号76电磁铁是将电能转变为机械能的一种电器，它利用线圈通电后使铁心磁化产生的电磁吸力，通过衔铁操作和牵引机械装置完成各种事先拟定的动作。电磁铁是自动控制系统中常用的一种执行电器。4.2电磁铁77

电磁铁主要由电磁线圈、铁心和衔铁等部分组成。当线圈通电时，铁心磁化产生电磁吸力，衔铁被吸引，通过连杆或推杆驱动被操作机构，从而达到控制目的。电磁铁中的衔铁没有复位装置，线圈断电后，完全靠自重或外来机械力复位。图1.47单相交流牵引电磁铁结构示意图1、线圈；2、铁心；3、衔铁；4、阻尼铜环4.2.1电磁铁的结构组成和工作原理78电磁铁的主要技术参数：操作次数工作行程工作方式转矩通电持续率等4.2.2电磁铁的主要技术参数79

常用的电磁铁有MQ1、MQ3、MQZ1等系列产品，其中

MQZ1系列为小型直流牵引电磁铁。电磁铁的图形符号和文字符号:4.2.3电磁铁的常用型号及电气符号80

选用电磁铁时，主要根据机械负载的具体要求选择合适的型号及规格。4