第1章 常用低压电器

《机床电气控制技术》目录第一章常用低压电器第二章继电-接触器控制电路第三章常用机床电气控制第四章桥式起重机和电梯电气控制第五章继电-接触器控制系统的设计第六章可编程控制器第七章PLC的程序设计与应用设计第一节低压电器基本知识第二节电磁式接触器第三节电磁式继电器第四节热继电器第五节熔断器第六节低压开关电器与主令电器第七节常用电子电器第八节速度继电器与干簧继电器第一章常用低压电气

是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。第一节低压电器的基本知识采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；

利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；

利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。低压电器：电器：是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件。一、低压电器的分类按控制作用分类执行电器用来完成某种动作或传递功率。例如：电磁铁。控制电器用来控制电路的通断。例如：开关、继电器。主令电器用来控制其它自动电器的动作，以发出控制“指令”。例如：按钮、转换开关等。保护电器用来保护电源、电路及用电设备，使它们不致在短路、过载状态下运行，免遭损坏。例如：熔断器、热继电器等。按动作方式分自动切换电器按照信号或某个物理量的变化而自动动作的电器。例如：接触器、继电器等。非自动电器通过人力操作而动作的电器。例如：开关、按钮等。按动作原理分类电磁式电器它是根据电磁铁的原理工作的。例如：接触器、继电器等。非电磁式电器它是依靠外力（人力或机械力）或某种非电量的变化而动作的电器。例如：行程开关、按钮、速度继电器、热继电器等。一、低压电器的分类（二）低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。（一）低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。如：刀开关、低压断路器、熔断器等；（三）低压主令电器：用于发送控制指令的电器。如按钮、主令开关、形成开关、主令控制器、转换开关等。（四）低压保护电器：用于对电路及用电设备进行保护的电器。如熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。（五）低压执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。低压电器的基本结构电磁机构

电磁机构是电器元件的感受部件，它的作用是将电磁能转换成为机械能并带动触点闭合或断开。它通常采用电磁铁的形式，由电磁线圈、静铁心（铁心）、动铁心（衔铁）等组成，其中动铁心与动触点支架相连。

触头系统

触头系统属于执行部件。它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的。灭弧装置

电弧：是指触头在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，都会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种由电气原因造成的火花。返回二、电磁式低压电器基本结构（一）电磁机构电磁机构的结构型式电磁机构：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。图1-1电磁机构a-直动式电磁机构b-拍合式电磁机构衔铁2-铁心3-线圈电磁机构电磁铁的示意图电磁铁的工作原理

电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动动、静触点，分断电路。

电磁铁的分类电磁铁按励磁电流可分为：直流电磁铁和交流电磁铁按接入电路的方式可以分为：电压线圈和电流线圈短路环

由于交流电磁铁的磁通是交变的，线圈磁场对衔铁的吸引力也是交变的。当交流电流过零时，线圈磁通为零，对衔铁的吸引力也为零，衔铁在复位弹簧作用下将产生释放趋势，这就使动、静铁心之间的吸引力随着交流电的变化而变化，从而产生振动和噪音，加速动、静铁心接触面积的磨损，引起结合不良，严重时还会使触点烧蚀。为了消除这一弊端，在铁心柱面的一部分，嵌入一只铜环，名为短路环。返回电磁机构工作原理（1）反力特性图1-2电磁机构反力特性与吸力特性a-反力特性b-直流电磁机构吸力特性c-交流电磁机构吸力特性（2）直流电磁机构的吸力特性（3）交流电磁机构的吸力特性图1-3交流电磁机构电磁吸力随时间变化情况图1-4电磁机构吸力特性与反力特性的配合1-直流吸力特性2-交流吸力特性3-反力特性4-剩磁吸力特性图1-5交流电磁机构短路环电磁机构的输入—输出特性图1-6电磁机构的继电特性（二）触头系统

分类按功能可分为：主触头和辅助触头。主触头用于接通和分断主电路；辅助触头用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。按形状可分为：桥式触头和指形触头。桥式触头又分为点接触桥式触头和面接触桥式触头。触头按位置可分为：静触头和动触头。静触头固定不动，动触头能由联杆带着移动。触头按其初始位置可分为：常闭触头和常开触头。常闭触头（又称动断触头）——常态时动、静触头是相互闭合的。常开触头（又称动合触头）——常态时动、静触头是分开的。（二）触头系统触头的接触形式图1-7触头的接触形式a-点接触b-线接触c-面接触触头的结构形式图1-8触头的结构形式a-点接触桥式触头b-面接触桥式触头c-线接触指形触头减小接触电阻的方法触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。（三）电弧的产生和灭弧方法电弧的产生电弧的产生的原因（4）高温游离（1）强电场放射（2）撞击电离（3）热电子发射灭弧的基本方法（1）拉长电弧，从而降低电场强度；（2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度；（3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧；（4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降。灭弧装置电弧的危害使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。会烧损触点，缩短电器的使用寿命。灭弧措施返回常用的灭弧装置（1）电动力吹弧

图1-9双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧（2）磁吹灭弧图1-10磁吹灭弧原理1-磁吹线圈2-铁心3-导磁夹板4-引弧角5-灭弧罩6-磁吹线圈磁场7-电弧电流磁场8-动触头（3）栅片灭弧图1-11栅片灭弧示意图1-灭弧栅片2-触头3-电弧（4）窄缝灭弧图1-12窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧

接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。第二节电磁式接触器用途它具有低压释放保护功能，可进行频繁操作，实现远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。

符号返回a）线圈b）常开主触c）常闭主触点d）常开辅助触点e）常闭辅助触点按操作方式分有：●电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分有：●空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头控制的电流性质分有：●交流接触器、直流接触器；按电磁机构的励磁方式分有：●直流励磁操作与交流励磁操作两种。交流接触器特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头直流接触器特点：直流线圈、滚动指型触头分类

一、接触器的结构及工作原理图1-13交流接触器结构示意图1-动触头2-静触头3-衔铁4-弹簧5-线圈6-铁心7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力弹簧交流接触器的结构和工作原理结构

交流接触器的主要部分是电磁系统、触点系统和灭弧装置，其外形和结构如图所示

工作原理

交流接触器有两种工作状态：得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。接触器主触头的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触头则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，分断或接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头随之复位。

a）外形b）结构示意图返回二、接触器的主要技术参数

接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。

常用的交流接触器有CJ20、CJX2、CJ12和CJ10、CJ0等系列，直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22和CZ10、CZ2等系列。三、常用典型交流接触器简介（一）空气电磁式交流接触器典型产品有：CJ20、CJ21、CJ26、CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。CJ20系列型号含义：B系列型号含义：（二）切换电容器接触器（三）真空交流接触器

专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。

常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX2A、LC1-D、6C系列等。

以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。

常用的真空交流接触器有：CKJ和EVS系列等。（四）直流接触器

应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。

常用直流接触器有：CJ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。CZ18系列接触器型号含义：四、接触器的选用1．接触器极数和电流种类的确定2．根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。3．根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。6．接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。4．根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。5．接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定。第三节电磁式继电器

继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。

它用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。与接触器的区别

继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作。继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因此，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。继电器分类按动作原理可分为：常用的继电器按动作原理分有电磁式、磁电式、感应式、电动式、光电式、压电式、热继电器与时间继电器等。按激励量不同分为:交流、直流、电压、电流、中间、时间、速度、温度、压力、脉冲继电器等。

返回常用的继电器电磁式继电器电流继电器电压继电器中间继电器时间继电器热继电器速度继电器返回一、电磁式继电器的基本结构及分类（一）电磁式继电器的结构1．电磁机构2．触头系统3．调节装置图1-14电磁式继电器的典型结构1-底座2-铁心3-释放弹簧4-调节螺母5-调节螺母6-衔铁7-非磁性垫片8-极靴9-触头系统10-线圈（二）电磁式继电器的分类按用途不同分有：控制继电器、保护继电器、通讯继电器和安全继电器等电磁式继电器按输入信号不同分有：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器和中间继电器按线圈电流种类不同分有：交流继电器和直流继电器二、电磁式继电器的特性及主要参数（一）电磁式继电器的特性（二）继电器的主要参数1．额定参数2．动作参数5．动作时间3．整定植４．返回参数

电压继电器是反映电压变化的控制电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。分：过电压、欠电压、零电压继电器。三、电磁式电压继电器与电流继电器（一）电磁式电压继电器1．过电压继电器

在电路中用于过电压保护2．欠电压继电器

在电路中用于欠电压保护（二）电磁式电流继电器1．过电流继电器

通常，交流过电流继电器的吸合电流I0=（1.1～3.5）IN，直流过电流继电器的吸合电流I0=（0.75～3）IN。由于过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作，其触头来切断电路，故过电流继电器无释放电流值。直流欠电流继电器的吸合电流与释放电流调节范围I0=（0.3～0.65）IN和Ir=（0.1～0.2）IN。2．欠电流继电器

正常工作时，继电器线圈流过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动作。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。（三）电磁式中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。（四）常用典型电磁式继电器简介１．直流电磁式通用继电器常用的有JT3、JT9、JT10、

JT18等系列２．电磁式中间继电器常用的有JZ7、JDZ2、JZ14

等系列3．电磁式交、直流电流继电器常用的有JL3、JL14、

JL15等系列4．继电器返回系数的调节

（五）电磁式继电器的选用1．使用类别的选用

2．额定工作电流与额定工作电压的选用3．工作制的选用四、时间继电器继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。对于电磁式时间继电器，当电磁线圈通电或断电后，经一段时间，延时触都头状态才发生变化，即延时触头才动作。分类：空气式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类。延时方式：通电延时和断电延时两种。时间继电器用途

时间继电器是利用电磁原理或机械原理实现触点延时闭合或延时断开的自动控制电器。

延时方式

通电延时和断电延时

符号返回（一）直流电磁式时间继电器图1-15直流电磁式时间继电器（二）空气阻尼式时间继电器

空气式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的分：通电延时、断电延时组成：电磁系统、延时机构、工作触点空气式时间继电器的结构及工作原理结构工作原理是利用空气阻尼的原理获得延时的。

a）外形图b）结构图1—线圈2—反力弹簧3—衔铁4—静铁心5—弹簧片6、8—微动开关

7—杠杆9—调节螺钉10—推杆11—活塞杆12—宝塔弹簧返回图1-16JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图a-通电延时型b-断电延时型1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉12-进气孔13-活塞14、16-微动开关15-杠杆第四节热继电器

热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护

热继电器用途

热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中用作电动机的过载保护。

结构工作原理

主双金属片与加热元件串接在接触器负载端，（电动机电源端）的主回路中。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使继电器动作。当电动机过载时，流过热元件的电流增大，热元件产生的热量增加，使双金属片产生的弯曲位移增大，主双金属片推动导板，并通过补偿双金属片与推杆将触点（即串接在接触器线圈回路的热继电器常闭触点）分开，以切断电路保护电动机。符号返回FRa)热元件b）常闭触点热继电器的结构热继电器种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其外形及结构如图所示，主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。热继电器的常闭触点串联在被保护的二次回路中，它的热元件由电阻值不高的电热丝或电阻片绕成，串联在电动机或其他用电设备的主电路中。靠近热元件的双金属片，是用两种不同膨胀系数的金属用机械辗压而成，为热继电器的感测元件。

a）外形b）结构图电流整定装置2—主电路接线柱3—复位按钮4—常闭触头5—动作机构6—热元件31—常闭触头接线柱32—公共动触头接线柱33—常开触头接线柱1—主触头2—主双金属片3—热元件4—推动导板5—补偿双金属片6—常闭触头7—常开触头8—复位调节螺钉9—动触头10—复位按钮11—偏心轮12—支撑件13—弹簧返回一、电气控制对热继电器性能的要求图1-17热继电器保护特性与电动机过载特性的配合１-电动机的过载特性2-热继电器的保护特性１．应具有合理可靠的保护特性２．具有一定的温度补偿

４．具有手动复位与自动复位功能３．热继电器动作电流可以方便地调节二、双金属片热继电器的结构及工作原理图1-18双金属片式热继电器结构原理图1-主双金属片2-电阻丝3-导板4--补偿双金属片5-螺钉6-推杆7-静触头8-动触头9-复位按钮10-调节凸轮11-弹簧三、具有断相保护的热继电器图1-19电动机三角形联结时U相断线时的电流分析图1-20差动式断相保护机构及工作原理a)通电前b)三相正常电流c)三相均匀过载d)W相断路1-上导板2-下导板3-杠杆4-顶头5-补偿双金属片6-主双金属片四、热继电器典型产品及主要技术参数常用的热继电器有：JR20、JRS1、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列等型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-10配CJ20-101R0.1~0.13~0.15JR20-10配CJ20-109R2.6~3.2~3.82R0.15~0.19~0.2310R3.2~4~63R0.23~0.29~0.3511R4~5~64R0.35~0.44~0.5312R5~6~75R0.53~0.67~0.813R6~7.2~8.46R0.8~1~1.214R8.6~10~11.67R1.2~1.5~1.815R0.1~0.13~0.158R1.8~2.2~2.6JR20系列热继电器技术数据型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-16配CJ20-161S3.6~4.5~5.4JR20-25配CJ20-253T2.6~3.2~3.82S5.4~6.7~84T3.2~4~63S8~10~12JR20-63配CJ20-631U4~5~64S10~12~142U5~6~75S12~14~163U6~7.2~8.46S14~16~184U8.6~10~11.6JR20-25配CJ20-251T7.8~9.7~11.65U0.1~0.13~0.152T11.6~14.3~176U55~62~71JR20系列热继电器技术数据(续)JR20系列型号含义:五、热继电器的选用1）热继电器有三种安装方式，应按实际安装情况选择其安装型式。2）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。3）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。4）对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的热继电器5）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。速度继电器用途

速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。

结构及工作原理符号a）外形b）结构图返回nna）转子b）常开触点c）常闭触点KSKSKS第五节熔断器

熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护.一、熔断器结构及工作原理熔断器结构

熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管两部分组成。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常做成丝状或片状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

工作原理

熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而实现保护目的。返回二、熔断器的保护特性图1-21熔断器的保护特性分类插入式、螺旋式、封闭管式、快速熔断式符号FU三、熔断器的主要技术参数及典型产品（一）熔断器的主要技术参数1．额定电压2．额定电流3．极限分断能力4．熔断电流（二）熔断器的典型产品按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器

按用途分：工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断器和特殊熔断器。

典型产品有：RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18、RT18-□X系列熔断器以及RT14系列有填料密封管式熔断器。还有国外引进技术生产的NT系列有填料密闭式刀型触头熔断器与NGT系列半导体器件保护用熔断器等。RL系列型号含义：图1-22螺旋式熔断器结构示意图1-瓷帽2-金属螺管3-指示器4-熔管5-瓷套6-下接线端7-上接线端8-瓷座RL6、RL7螺旋式熔断器结构示意图：四、熔断器的选用1）熔断器类型的选择2）熔断器额定电压的选择3）熔体、熔断器额定电流的选择4）熔断器额定电流的校验低压开关

低压开关主要用作隔离、转换以及接通和分断电路。常作为机床电路的电源开关，或用于局部照明电路的控制及小容量电动机的起动、停止和正反转控制等。

主令电器

主令电器是指在电气自动控制系统中用来发出信号指令的电器。它的信号指令将通过继电器、接触器和其它电器的动作，接通和分断被控制电路，以实现对电动机和其它生产机械的远距离控制。

返回第六节低压开关电器与主令电器一、低压开关

低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关、以及用刀与熔断器组合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。低压开关刀开关组合开关自动开关漏电保护器返回（一）HK2系列胶盖瓷底刀开关型号及含义：有HK1、HK2系列极数额定电流设计代号开启式负荷开关HK2-

以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔离开关有HR3、HR5、HR6系列用于额定电压AC660V。

0

无熔断信号装置1

有熔断信号装置极数2

二极3

三极额定工作电流设计序号熔断器式隔离开关HR5-（二）HR5系列熔断器式刀开关二、低压断路器

低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。（一）低压断路器的结构和工作原理图1-23低压断路器工作原理1-分闸弹簧2-主触头3-传动杆4-锁扣5-轴6-过电流脱扣器7-热脱扣器8-欠压失压脱扣器9-分励脱扣器1．主触头及灭弧