《机电传动控制》课件第5章

5.1常用低压电器5.2电气控制系统图5.3异步电动机的启动控制线路5.4异步电动机的正反转控制线路5.5异步电动机的调速控制线路5.6异步电动机的制动控制线路5.7液压控制5.8其他基本控制线路小结习题与思考题5.1.1电器的定义及分类

1.电器的定义

凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节目的的电气元件，统称为电器。

2.电器的分类

电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，构造各异，其分类方法很多。

5.1常用低压电器

1)按工作电压等级分类

(1)低压电器：工作电压在交流1200V、直流1500V以下的各种电器。例如，接触器、继电器、刀开关、按钮等。

(2)高压电器：工作电压在交流1200V、直流1500V以上的各种电器。例如，高压熔断器、高压隔离开关、高压断路器等。

2)按用途分类

(1)控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。例如，接触器、各类继电器、启动器等。

(2)主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。例如，控制按钮、主令开关、行程开关等。

(3)保护电器：用于保护电路及电气设备的电器。例如，熔断器、热继电器、断路器、避雷器等。

(4)配电电器：用于电能的输送和分配的电器。例如，各类刀开关、断路器等。

(5)执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。例如，电磁铁、电磁阀、电磁离合器等。

3)按工作原理分类

(1)电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。例如，交直流接触器、各种电磁式继电器、电磁阀等。

(2)非电量控制电器：这类电器是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的。例如，行程开关、按钮、压力继电器、温度继电器等。

4)按动作原理分类

(1)手动电器：用手或依靠机械力进行操作的电器。例如，手动开关、控制按钮、行程开关等。

(2)自动电器：借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器。例如，接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。5.1.2电磁式电器的工作原理与结构特点

电磁式电器在电气自动化控制电路中使用最多，类型也很多，其工作原理和构造基本相同。就其结构而言，电磁式电器大都由电磁机构和触头系统两个主要部分组成。

1.电磁机构

电磁机构的主要作用是将电磁能量转换为机械能量，即将电磁机构中吸引线圈的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成对电路的通断控制。

电磁机构由吸引线圈、铁芯(静铁芯)、衔铁(动铁芯)等几部分组成。

1)常用的磁路结构

常用的磁路结构可分三种形式，如图5-1所示。

(1)拍合式铁芯：即衔铁沿棱角转动的铁芯，如图5-1(a)所示。这种形式广泛应用于直流电器中。

(2)衔铁沿轴转动的铁芯：如图5-1(b)所示，其铁芯形状有E形和U形两种。

此种结构多用于触头容量较大的交流电器中。

(3)双E形直动式铁芯：衔铁直线运动，如图5-1(c)所示。这种形式多用于交流接触器、继电器中。图5-1常用的磁路结构

2)吸引线圈

吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量。按通入电流种类不同，吸引线圈可分为直流线圈和交流线圈。

对于直流电磁铁，因其铁芯不发热，只有线圈发热，所以直流电磁铁的吸引线圈做成高而薄的瘦长形且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。对于交流电磁铁，由于其铁芯存在磁滞和涡流损耗，这样线圈和铁芯都发热，因此交流电磁铁的吸引线圈有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖形，这样有利于铁芯和线圈的散热。

同样功率的电磁线圈，交流线圈的电阻远远小于直流线圈的电阻(对交流，线圈的感抗很大，加上直流电阻，总的阻抗也大)。因此，在使用过程中应当注意：若交流电器的线圈

误接入同电压的直流电源，则很容易被烧坏；若直流电器的线圈误接入同电压的交流电源，则由于直流线圈的电抗值和电阻值叠加总是要大于直流电阻，因此不会损坏元件，但出力肯定不够，无法使用。

2.触头系统

触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用，因此，要求触头导电、导热性能良好，通常用铜制成。但铜的表面容易氧化而生成氧化铜，将增大触头的接触电阻，使触头的损耗增大，温度上升。所以有些电器，如继电器和小容量的电器，其触头常采用银质材料，这不仅在于其导电和导热性能均优于铜质触头，更主要的是其氧化膜的电阻率与纯银相似(氧化铜则不然，其电阻率可达纯铜的十余倍以上)，而且，要在较高的温度下才会形成，同时又容易粉化。因此，银触头具有较小和稳定的接触电阻。对于大、中容量的低压电器，在结构设计上，触头采用滚动接触，可将氧化膜去掉，这种结构的触头也常采用铜质材料。触头主要有以下几种结构形式：

1)桥式触头

图5-2(a)是两个点接触的桥式触头，图5-2(b)是两个面接触的桥式触头，两个触头串于同一条电路中，电路的接通与断开由两个触头共同完成。点接触形式适用于电流不大且触头压力小的场合；面接触形式适用于大电流的场合。图5-2触头的结构形式

2)指形触头

图5-2(c)所示为指形触头，其接触面为一直线，触头接通或分断时将产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜。此种形式适用于通电次数多、电流大的场合。

为了使触头接触得更加紧密，以减小接触电阻，并消除开始接触时产生的振动，常在触头上装有接触弹簧，在刚刚接触时产生初压力，并且随着触头闭合增大触头压力。5.1.3电弧

1.电弧的产生

在大气中断开电路时，如果被断开电路的电流超过某一数值，断开后加在触头间隙两端的电压超过某一数值(在12~20V之间)，则触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的电离放电现象。产生电弧游离的过程如下：

(1)热电发射。

触头分断电流时，阳极表面大电流收缩集中，出现炽热光斑，温度很高，触头表面电子吸收热能，发射到触头间隙，形成自由电子。

(2)高电场发射。

触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。(3)碰撞游离。

高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。

(4)热游离。

电弧中心温度高达10000℃，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。

2.电弧放电的主要特征

(1)电弧由三部分组成，包括阴极区、阳极区和弧柱区。(2)电弧温度很高，弧柱中心可达10000℃左右，电弧表面也会达到3000～4000℃。

(3)电弧是一种自持放电现象，极间的带电质点不断产生和消失，处于动平衡状态。

(4)电弧是一束游离的气体，在外力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形。

3.电弧的危害

(1)电弧的存在延长了电器开断故障电路的时间。

(2)电弧产生的高温将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。

(3)电弧在电动力、热力作用下能移动，易造成飞弧短路和伤人，使事故扩大。

4.灭弧方法

实际上，当游离作用大于去游离作用时，电弧电流增加，电弧更加炽热并燃烧；当两者作用持平时，电弧维持稳定燃烧；若去游离作用始终大于游离作用，则电弧电流减少，直至电弧熄灭。常用的灭弧方法有以下几种。

1)电动力灭弧

电动力灭弧的原理如图5-3所示，这是一种桥式结构双断口触头。当触头打开时，在断口中产生电弧，在电动力的作用下，使电弧向外运动并拉长，加快冷却并熄灭。这种灭弧方法一般用于交流接触器中。图5-3电动力灭弧示意图

2)磁吹灭弧

磁吹灭弧的原理如图5-4所示。在触头电路中串入一个磁吹线圈，负载电流产生的磁场方向如图5-4所示。当触头开断产生电弧后，在电动力作用下，电弧被拉长并吹入灭弧罩6

中，从而使电弧冷却、熄灭。

这种灭弧装置利用电流来灭弧，电流越大，吹弧能力越强。它广泛应用于直流接触器中。图5-4磁吹灭弧示意图

3)窄缝灭弧

这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内只有一个纵缝，缝的下部宽、上部窄，如图5-5所示。当触头断开时，电弧在电动力作用下进入缝内，窄缝可将电弧弧

柱直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，加强冷却和消电离作用，以使电弧熄灭加快。窄缝灭弧常用于交流和直流接触器上。图5-5窄缝灭弧

4)栅片灭弧

图5-6为栅片灭弧示意图。灭弧栅由多片镀铜薄钢片(称为栅片)组成，它们安放在电器触头上方的灭弧栅内，彼此之间互相绝缘。当电弧产生时，在电动力作用下，电弧被拉入灭弧栅而被分割成数段串联的短弧，增强消电离能力以使电弧迅速冷却而很快熄灭。栅片灭弧常用于大电流的刀开关与大容量交流接触器中。图5-6栅片灭弧示意图5.1.4电器的基本特性

1.电磁吸力与吸力特性

电磁铁的吸力可按下式求得：

(5-1)

式中：Fat——电磁吸力(N)；

B——气隙中的磁感应强度(T)；

S——磁极截面积(m2)。在铁芯与衔铁之间的气隙值δ及外加电压U一定时，对于直流电磁铁，电磁吸力是一个恒定值。但对于交流电磁铁，由于外加正弦交流电压，其气隙磁感应强度亦按正弦规律变化，即

B=Bmsinωt

(5-2)

将式(5-2)代入式(5-1)，整理得

式中：

Fatm——电磁吸力最大值，；

F0——电磁吸力平均值，。

因此，交流电磁铁的电磁吸力是随时间变化而变化的。

另一方面，交、直流电磁铁在吸动或释放过程中，由于气隙值δ是变化的，因此电磁吸力又随δ值变化而变化。通常，交流电磁铁的吸力是指它的平均吸力。所谓吸力特性，是指吸动过程中电磁吸力Fat随衔铁与铁芯间气隙δ变化的关系曲线，不同的电磁机构有不同的吸力特性。图5-7表示一般电磁铁的吸力特性。对于直流电磁铁，其励磁电流的大小与气隙无关，动作过程中为恒磁通工作，其吸力随气隙的减小而增大，所以吸力特性曲线比较陡峭，如图5-7中的曲线1所示。而交流电磁铁的励磁电流与气隙成正比，动作过程中为近似恒磁通工作，其吸力随气隙的减小略有增大，所以吸力特性比较平坦，如图5-7中的曲线2所示。图5-7电磁铁的吸力特性

2.反力特性和返回系数

所谓反力特性，是指吸动过程中反作用力Fr与气隙δ的关系曲线，如图5-7中的曲线3所示。

为了使电磁机构能正常工作，其吸力特性与反力特性配合必须得当。在衔铁吸合过程中，其吸力特性必须始终处于反力特性上方，即吸力要大于反力。反之，衔铁释放时，吸力特性必须位于反力特性下方，即反力要大于吸力。返回系数是指释放电压Ure(或释放电流Ire)与吸合电压Uat(或吸合电流Iat)的比值，用β表示，即

返回系数是反映电磁式电器动作灵敏度的一个参数，对电器工作的控制要求、保护特性和可靠性有一定影响。

3.交流电磁机构上短路环的作用

根据交流电磁吸力公式可知，交流电磁机构的电磁吸力是一个两倍电源频率的周期性变量。它有两个分量：一个是恒定分量F0，其值为最大吸力值的一半；另一个是交变分量F~，F~=F0cos2ωt，其幅值为最大吸力值的一半，并以两倍电源频率变化。总的电磁吸力Fat在从0~Fatm的范围内变化，吸力曲线如图5-8所示。图5-8交流电磁机构的实际吸力曲线电磁机构在工作中，衔铁始终受到反作用弹簧、触头弹簧等反作用力Fr的作用。尽管电磁吸力的平均值F0大于Fr，但在某些时候Fat仍将小于Fr(如图5-8所示实线中小于Fr的部分)。

当Fat<Fr时，衔铁开始释放；当Fat>Fr时，衔铁又被吸合，如此周而复始，从而使衔铁产生振动，发出噪声。为此必须采取有效措施，以消除振动和噪声。

具体办法是在铁芯端部开一个槽，槽内嵌入称为短路环(或称阻尼环)的铜环，如图5-9所示。图5-9交流电磁铁的短路环短路环把铁芯中的磁通分为两部分，即不穿过短路环的Φ1和穿过短路环的Φ2，且Φ2滞后于Φ1，使合成吸力始终大于反作用力，从而消除了振动和噪声。短路环通常包围2／3

的铁芯截面，一般用铜、锰白铜(亦称康铜)或镍铬合金等材料制成。5.1.5常用低压电器的类型、结构及使用

常用低压电器主要有熔断器、开关电器、主令电器、继电器和接触器等。下面就这些电器的用途、基本结构、主要类型与产品型号、图形符号与文字符号以及使用和选用的注意事项作简要介绍。

1.熔断器

1)熔断器的用途

熔断器安装在电路中，是用来保证电路安全运行的电器元件。当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断而切断电流，起到保护电路安全运行的作用。总体来说，熔断器用于配电线路的严重过载和短路保护。由于它具有结构简单、体积小、使用维护方便、较高的分断能力和良好的限流性能等优点，因而获得广泛的应用。

2)熔断器的结构及工作原理

熔断器主要由熔体、熔管、填料、盖板、接线端、指示器和底座等部分组成。熔体由易熔金属材料铝、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常制成丝状或片状。熔管是安装熔体的外壳，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

图5-10为熔断器的外形及结构图。图5-10熔断器的外形及结构图(a)插入式；(b)螺旋式熔断器串接在被保护的电路中，当电路正常工作时，熔断器允许通过一定大小的电流，其熔体不熔化；当主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，熔体熔化，电路自动切断，从而达到保护目的。

电流通过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比。因此，电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性或安秒特性，即熔断器的熔断时间与熔断电流的关系曲线，如图5-11所示。图5-11熔断器的安秒特性曲线图中，Imin为最小熔化电流，即通过熔断器的电流小于此电流时，熔体不会熔断。所以选择熔体的额定电流时，IN

应小于Imin。Imin/IN=1.5～2，称为熔化系数，它反映过载时的保护特性。熔断器安秒特性数值关系见表5-1。表5-1熔断器安秒特性数值关系

3)熔断器的类型与技术参数

熔断器的类型及常用系列产品有：

(1)插入式熔断器。常用产品有RC1A系列，主要用于380V及以下电压等级的线路末端，起短路保护的作用。由于其分断能力较小，一般多用于民用和工业的照明电路中。

(2)螺旋式熔断器。常用产品有RL6、RL7、RLS2等系列。该系列产品的熔管内装有石英砂，用于熄灭电弧，具有较高的分断能力，可用于电压等级500V及其以下、电流等级

200A以下的电路中，作短路保护用。其中RL6、RL7多用于机床电器控制设备中，RLS2为快速熔断器，主要用于保护硅整流元件和晶闸管等半导体元件。

(3)封闭管式熔断器。该种熔断器分为无填料、有填料和快速三种。RM10系列为无填料的熔断器，它将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下、600A以下电力网或配电设备中。其特点是可拆卸，当熔体熔断后，用户可按要求自行拆开，重新装入新的熔体。

RT12、RT14、RT15系列为有填料的熔断器，技术参数符合国际电工低压熔断器标准，与国外同类产品的外形、安装尺寸相同，具有较大的分断能力，一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，主要用于电压等级500V以下、电流等级1kA以下的电路中，还可用于熔断器式隔离器、开关熔断器等开关电器中。RS3系列为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。

4)新型熔断器

(1)自复式熔断器。自复式熔断器是一种新型熔断器，它利用金属钠作熔体，在常温下，钠的电阻很小，允许通过正常工作电流，当电路发生短路时，短路电流产生高温使钠迅速气化，气态钠的电阻变得很高，从而限制了短路电流。当故障消除后，温度下降，金属钠重新固化，恢复其良好的导电性。其优点是能重复使用，不必更换熔体，但在线路中只能限制故障电流，而不能切断故障电路，一般与断路器配合使用。常用产品有RZI系列。

(2)高分断能力熔断器。随着电网供电容量的不断增加，对熔断器的性能指标也提出了更高的要求，如根据德国AEG公司制造技术标准生产的NT型系列产品为低压高分断能力熔断器，额定电压为660V，额定电流为1000A，分断能力可达120kA，适用于工业电气装置、配电设备的过载和短路保护。NT型熔断器符合国际电工标准和我国新制定的低压熔断器标准，并且与国外同类产品具有通用性和互换性。NT型熔断器规格齐全，具有功率损耗低，保护特性稳定，限流性能好，体积小等特点。同时，NT型熔断器也可作为导线的过载和短路保护。另外通过引进该公司制造技术，还生产了NT型熔断器。

5)熔断器的选择

在选择熔断器时，主要考虑以下几方面因素：

(1)熔断器类型，应根据线路要求、使用场合、安装条件和各类熔断器的适用范围来确定。

(2)熔断器额定电压，应大于或等于线路的工作电压。

(3)熔体的额定电流，与负载的大小及性质有关。其选择方法是：

①对于阻性负载的短路电流保护，应使熔断器的熔体电流等于或略大于电路的工作电流。

单台电动机

Ifu≥(1.5～2.5)IN

(5-3)

式中：IN——电动机的额定电流。

多台电动机

Ifu≥(1.5～2.5)INmax+∑IN

(5-4)

式中：INmax——容量最大的一台电动机的额定电流；

∑IN——其他电动机额定电流的总和。②在电容器设备中，电容器电流是经常变化的，因此在这种设备中熔断器只作为短路保护。一般情况下，熔体的额定电流应大于电容器额定电流的1.6倍。

(4)额定分断能力，必须大于电路中可能出现的最大故障电流。

(5)选择性保护特性。在电路系统中，电器之间的选择性保护特性非常重要，它能把故障产生的影响限制在最小范围内，即要求电路中某一支路发生短路或过载故障时，只有

距离故障点最近的熔断器动作，而主回路的熔断器或断路器不动作，这种合理的选配称为选择性配合。根据系统的具体条件可分为熔断器之间上一级和下一级的选择性配合以及断路器与熔断器的选择性配合等。具体选择可参考各电路的保护特性。

熔断器的图形及文字符号如图5-12所示。图5-12熔断器的图形及文字符号

2.开关电器

开关电器是最普通、使用最早的电器。其作用是分合电路、开断电流。常用的开关电器有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关(组合开关)、自动空气开关(空气断路器)等。1)刀开关

刀开关是结构最简单、应用最广泛的一种手动电器，在低压电路中作不频繁接通和分断电路或用于电路与电源的隔离。

刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成，如图5-13所示。依靠手动来实现触刀插入插座或脱离插座，完成电接通与分断控制。刀开关有有载运行操作、无载运行操作、选择性运行操作之分；又有正面操作、侧面操作、背面操作等几种；还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分。刀口接触形式有面接触和线接触两种。线接触形式中，刀片容易插入，接触电阻小，制造方便。开关常采用弹簧片以保证接触良好。图5-13刀开关的结构图刀开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳定电流等。

刀开关的主要类型有大电流隔离开关、负荷开关、熔断器式刀开关。

常用的产品有HD14、HD17、HS13系列刀开关，其中HD17为新型换代产品。HK2、HD13BX系列为开启式负荷刀开关，HD13BX为较先进的开启式负荷刀开关，其操作方式为旋转型。

HH4系列为封闭式负荷刀开关。HR3、HR5系列为熔断器式刀开关，其中HR5刀开关中的熔断器采用NT低压高分断型，结构紧凑，其分断能力高达100kA。刀开关型号的含义如下所示：图5-14刀开关的符号(a)单极；(b)双极；(c)三极使用刀开关时应注意：安装时应使手柄向上，不得倒装或平装，避免由于重力自动下落引起的误动作合闸；接线时应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样在拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故。

2)转换开关

转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁地通断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及直接控制小容量感应电动机的运行状态。图5-15转换开关结构示意转换开关由动触头(动触片)、静触头(静触片)、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，结构示意图如图5-15所示。当转动手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。常用产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；HZ10为早期全国统一设计产品；HZ15为新型的全国统一设计的更新换代产品。转换开关有单极、双极和多极之分。普通类型的转换开关各极是同时通断的，特殊类型的转换开关各极交替通断(一个操作位置其触头一部分接通，另一部分断开)，以满足不同的控制要求。其表示方法类似于万能转换开关。图5-16转换开关符号(a)单极；(b)三极转换开关的图形符号和文字符号如图5-16所示。

在选用刀开关与转换开关时主要考虑以下几方面：

(1)根据使用场合选择合适的产品型号和操作方式。

(2)应使其额定电压等于或大于电路的额定电压，其额定电流应等于或大于电路的额定电流。

(3)合理的安装方式、外形尺寸与定位尺寸。

3)断路器

断路器俗称自动开关，用于低压配电电路不频繁通断控制，在电路发生短路、过载或欠电压等故障时，能自动分断故障电路，是低压配电线路中应用广泛的一种保护电器。断路器的种类繁多，按其用途和结构特点可分为框架式断路器、塑料壳断路器、直流快速断路器和限流式断路器等。目前我国的框架式断路器主要有DW15、DW16、DW17(ME)、DW45等系列，框架式断路器主要用作配电网络的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用作配电网络的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制开关。下面以塑料壳断路器为例，简单介绍断路器的结构、工作原理、图形符号与文字符号、使用与选用方法。

(1)断路器的结构和工作原理。断路器主要由三个基本部分组成：触头、灭弧系统和各种脱扣器(包括过电流脱扣器、失压(欠电压)脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器)。

图5-17是断路器工作原理示意图。开关靠操作机构手动或电动合闸，触头闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70％~110％之间的任一电压时，就能可靠地分断断路器。分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1s，否则线圈会被烧毁。塑料壳断路器为防止线圈烧毁，在分励脱扣器线圈中串联了一个微动开关，当分励脱扣器通过衔铁吸合时，微动开关从常闭状态转换成常开，由于分励脱扣器电源的控制线路被切断，即使人为地按住按钮7，分励线圈始终不再通电，这就避免了线圈烧损情况的产生。当断路器再次合闸后，微动开关重新处于常闭位置。但DW45产品在出厂后，要由用户在分励脱扣器线圈之前串联一组常开触头。欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器：当电源电压下降(甚至缓慢下降)到额定工作电压的70％至35％范围内时，欠电压脱扣器应运作；当欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭全；当电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。图5-17断路器工作原理示意图

(2)断路器的主要技术参数和系列产品。断路器的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其整定电流范围、分断能力、动作时间等。

常用的塑料外壳式断路器有DZ10、DZ15、DZ20、DZ19、DZ30、C45N、S060等系列产品。

其中DZ20系列为20世纪90年代更新换代产品，该产品具有较高的分断能力，可达50kA。

表5-2列出了DZ20系列塑料外壳式断路器的主要技术参数。表5-2DZ20系列塑料外壳式断路器的主要技术参数

(3)断路器的选用。

断路器的选用原则如下：

①断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。例如，一般选用塑料外壳式；短路电流很大时，选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求时，选用框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路时，应选用直流快速断路器等。

②断路器的额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。③断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。

④欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压；过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。断路器的图形符号及文字符号如图5-18所示。图5-18断路器的图形符号及文字符号

3.主令电器

在控制系统中，主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器，常用来控制电力拖动系统中电动机的启动、停车、调速及制动等。

常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其它主令电器，如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。本节仅介绍几种常用的主令电器。

1)控制按钮

控制按钮是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器，它可以与接触器或继电器配合，对电动机实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。图5-19控制按钮的结构示意图控制按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成的。其结构示意如图5-19所示。

控制按钮通常做成复合式的，即具有常闭触点和常开触点。按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点；按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触点自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触点电器的触点动作顺序均为“先断后合”。在电器控制线路中，常开按钮用来启动电动机，也称启动按钮；常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮；复合按钮用于联锁控制电路中。目前使用较多的控制按钮产品有LA18、LA19、LA20、LA25和LAY3等系列。其中LA25系列为通用型按钮的更新换代产品，采用组合式结构，可根据需要任意组合其触点数目，最多可组成6个单元。LAY3系列是根据德国西门子公司技术标准生产的产品，规格、品种齐全，其结构形式有按钮式、紧急式、钥匙式和旋转式等，还有的带有指示灯，适用于工作电压660V(AC)或440V(DC)以下、额定电流10A的场合，可取代同类进口产品。随着计算机技术的不断发展，控制按钮又派生出用于计算机系统的弱电按钮新产品，如SJL系列弱电按钮，具有体积小、操作灵敏等特点。

按钮选择的主要依据是使用场所、所需要的触点数量、种类及颜色。对于控制直流负载，因直流电弧熄灭比交流困难，故在同样的工作电压下直流工作电流应小于交流工作电流。一般以红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮。

控制按钮的图形符号及文字符号如图5-20所示。图5-20按钮的图形符号及文字符号(a)常开触点；(b)常闭触点；(c)复式触点

2)行程开关

行程开关的工作原理和按钮相同，区别在于它不是靠手的按压，而是利用生产机械运动部件的碰压而使触点动作来发出控制指令的主令电器。它用于控制生产机械的运动方向、

速度、行程大小或位置等，其结构形式多种多样。当行程开关用于位置保护时，亦称为限位开关。行程开关主要由操作机构、触头系统和外壳组成。图5-21为LX19系列行程开关外形图。图5-21LX19系列行程开关(a)单轮旋转式；(b)双轮旋转式目前，国内生产的行程开关的品种和规格很多，较为常用的有LXW5、LX19、JXK3、LX32、LX33等系列。韩国Kacon推出的新型行程开关——ZXL限位开关有着优良的特性：12A/250V的负载容量，100万次电气寿命；镀金触点保证微量负载的可靠通断；双重密封效果(内置密封型开关)；IP67防护等级；带动作状态指示装置(高亮LED)，便于设备调试、维护和检修；过行程型结构设计，最大行程角度90°；铸造铝合金壳体，机械强度高。

行程开关的操作机构有直动、滚动直动、杠杆单轮、双轮、滚动摆杆可调式及杠杆可调式等。在选用行程开关时，应根据不同的使用场合，满足额定电压、额定电流、复位方式和触点数量等方面的要求。

行程开关的图形符号及文字符号如图5-22所示。图5-22行程开关的图形及文字符号(a)常开触点；(b)常闭触点；(c)复式触点

3)接近开关

无触点行程开关又称接近开关，它可以代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等非接触

式开关。由于它具有非接触式触发，动作速度快，可在不同的检测距离内动作，发出的信号稳定无脉动，工作稳定可靠，寿命长，重复定位精度高以及能适应恶劣的工作环境等特点，因而在机床、纺织、印刷、塑料等工业生产中应用广泛。接近开关的主要技术参数有工作电压、输出电流、动作距离、重复精度及工作响应频率等。

接近开关的主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和3SG等系列。

接近开关的选择应把握以下原则：工作频率、可靠性及精度；检测距离、安装尺寸；触点形式(有触点、无触点)、触点数量及输出形式(NPN型、PNP型)；电源类型(直流、

交流)、电压等级。

接近开关的文字符号与行程开关相同。其图形符号及文字符号如图5-23所示。图5-23接近开关的图形符号及文字符号

4)万能转换开关

万能转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换，电压表、电流表的换相测量控制，配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可用于直接控制小容量电动机的启动、调速和换向。由于其换接电路多，用途广泛，故又称为万能转换开关。万能转换开关的常用产品有LW5和LW6系列。LW5系列可控制5.5kW及以下的小容量电动机；LW6系列只能控制2.2kW及以下的小容量电动机。万能转换开关用于可逆运行控制时，只有在电动机停车后才允许反向启动。LW5系列万能转换开关按手柄的操作方式可分为自复式和定位式两种。

所谓自复式，是指用手拨动手柄于某一挡位时，手松开后，手柄自动返回原位；定位式则是指手柄被置于某挡位时，不能自动返回原位而停在该挡位。万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的，不同型号的万能转换开关的触点数目不同。

万能转换开关各挡位电路通断状况的表示方法有两种：一种是图形表示法，另一种是列表表示法。图5-24为LW6系列转换开关中某一层的结构原理示意图。万能转换开关图形表示法如图5-25所示，在零位时，1、3两路接通；在左位时，仅1路接通；在右位时，仅2路接通。图5-24万能转换开关结构原理示意图图5-25万能转换开关的图形符号及文字符号

5)主令控制器与凸轮控制器

图5-26是主令控制器某一层的结构示意图。其中：1为固定于方轴上的凸轮块，2为接线柱，3是固定的静触点，4是固定于绕转动轴6转动的支杆5上的动触点。当转动方轴时，凸轮块随之转动，当凸轮块的凸起部分转到与小轮7接触时，则推动支杆5向外张开，使动触点4离开静触点3，将被控回路断开。当凸轮块的凹陷部分与小轮7接触时，支杆5在反力弹簧作用下复位，使动触点闭合，从而接通被控回路。这样安装一串不同形状的凸轮块，可使触点按一定顺序闭合与断开，以获得按一定顺序进行控制的电路。图5-26主令控制器的结构示意图主令控制器的主要产品有LK14、LK15、LK16系列。LK14系列主令控制器的额定电压为380V，额定电流为15A，控制电路数为12个。

凸轮控制器是一种大型的手动控制器，主要用于起重设备中直接控制中、小型绕线式异步电动机的启动、停止、调速、反转和制动，也适用于有相同要求的其他电力拖动场合。

凸轮控制器主要由触头、转轴、凸轮、杠杆、手柄、灭弧罩及定位机构等组成。图5-27为凸轮控制器的结构原理图。其工作原理与主令控制器基本相同。由于凸轮控制器可直接控制电动机工作，因此其触头容量大并有灭弧装置，这是与主令控制器的主要区别。凸轮控制器的优点是控制线路简单，开关元件少，维修方便等；缺点是体积较大，操作笨重，不能实现远距离控制。图5-27凸轮控制器的结构原理图目前使用的凸轮控制器主要有KT10、KT14及KT15等系列。

主令控制器与凸轮控制器的图形符号及触头在各挡位通断状态的表示方法与万能转换开关类似，文字符号也用SA表示。

4.接触器

接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。接触器不仅具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，它还具有低电压释放保护功能，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。按照所控制电路的种类，接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。

1)交流接触器

图5-28为交流接触器的外形与结构示意图。它由以下四部分组成：

(1)电磁机构。电磁机构由线圈、动铁芯(衔铁)和静铁芯组成。其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力以带动触点动作。

(2)触点系统。触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般有常开、常闭各两对。

(3)灭弧装置。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧；对于大容量的接触器，

采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。

(4)其他部件。其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。图5-28CJ10-20型交流接触器电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力，此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。

2)直流接触器

直流接触器的结构和工作原理基本与交流接触器相同，在结构上也是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等部分组成的。但也有不同之处，主要区别在铁芯结构、线圈形状、触头形状与数量、灭弧方式以及吸力特性、故障形式等方面。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，因而直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。

3)接触器的主要技术参数和类型

接触器的主要技术参数有：

(1)额定电压：主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。

常用的额定电压值为220V、380V、660V等。

(2)额定电流：接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

(3)通断能力：可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。

一般通断能力是额定电流的5～10倍。当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。

(4)动作值：可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85％，释放电压不高于线圈额定电压的70%。

(5)吸引线圈额定电压：接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。

(6)操作频率：接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大5～7倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。(7)寿命：包括电气寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20％。

常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2、3TB、3TD、LC1—D等系列。

CJ10、CJ12系列为早期全国统一设计的系列产品，目前仍在广泛使用。

CJ10X系列为消弧接触器，是近年发展起来的新产品。CJ20系列为全国统一设计的新型接触器。

4)接触器的型号说明

(1)交流接触器型号的含义：

(2)直流接触器型号的含义:例如：CJ10Z-40／3为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A，主触点为3极。CJ12T-250／3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，3个主触点。

我国生产的交流接触器常用的有CJ10、CJ12、CJX1、CJ20等系列及其派生系列产品，CJ10系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。直流接触器常用的有CZ0系列，分单极和双极两大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足IEC标准的交流接触器，下面简单介绍。

CJ12B-S系列锁扣接触器用于交流50Hz、电压380V及以下、电流600A及以下的配电电路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地启动和停止交流电动机，具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。其锁扣机构位于电磁系统的下方，锁扣机构靠吸引线圈通电，吸引线圈断电后，靠锁扣机构保持在锁住位置。由于线圈不通电，故不仅无电力损耗，而且消除了磁噪音。从德国引进的西门子公司的3TB系列、BBC公司的B系列交流接触器等具有较高水平。它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地启动及控制交流电动机。3TB系列产品具有结构紧凑，机械寿命和电气寿命长，安装方便，可靠性高等特点，额定电压为220～660V，额定电流为9～630A。

5)接触器的选择依据

(1)根据负载性质选择接触器的类型。

(2)额定电压应大于或等于主电路工作电压。

(3)额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。

(4)吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。

6)接触器常见故障分析

接触器是频繁通断负载的电器，其可靠性直接影响电气系统的性能。掌握接触器的故障分析及其排除方法可缩短电气设备维修的时间。接触器的常见故障及处理方法见表5-3。表5-3接触器常见故障分析

7)接触器的图形符号及文字符号

接触器的图形符号及文字符号如图5-29所示。图5-29接触器的图形符号及文字符号

5.继电器

继电器是根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。

继电器的种类很多，按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器和压力继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等；按输出形式可分为有触点和无触点两类；

按用途可分为控制用与保护用继电器等。

1)电磁式继电器

电磁式继电器是应用最早、最多的一种型式。其结构及工作原理与接触器大体相同，由电磁系统、触点系统和释放弹簧等组成。由于继电器用于控制电路，流过触点的电流比较小(一般5A以下)，故不需要灭弧装置。

电磁式继电器有直流和交流两大类。由于其结构简单、价格低廉、使用维护方便，因而广泛地应用于控制系统中。

(1)电磁式继电器的特性。

继电器的主要特性是输入-输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如图5-30所示。当继电器输入量X由零增至X2以前，继电器输出量Y为零。当输入量X由零增加到X2时，继电器吸合，输出量跳变为Y1；若X继续增大，则Y保持Y1不变。当X由较大值减小到X1时，继电器释放，输出量由Y1跳变为零；若X继续减小，则Y值均为零。图5-30继电特性曲线图5-30中，X2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于X2；X1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于X1。

Kf＝X1／X2称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。Kf值是可以调节的。

例如，一般继电器要求低的返回系数Kf值应在0.1～0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作；欠电压继电器则要求高的返回系数，Kf值在0.6以上。设

某继电器Kf＝0.66，吸合电压为额定电压的90％，则电压低于额定电压的50％时，继电器释放，起到欠电压保护作用。另两个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s，快速继电器为0.005～0.05s。它的大小影响继电器的操作频率。

(2)电磁式继电器的类型。

①电流继电器。电流继电器的线圈与被测量电路串联，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。

电流继电器又有欠电流和过电流继电器之分。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%～65％，释放电流为额定电流的10％～20%，用于欠电流保护和控制，在正常工

作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器才释放且输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围为1.1～4.0倍额定电流。

②电压继电器。根据动作电压值不同，电压继电器有过电压、欠电压和零电压继电器之分。过电压继电器在电压为额定电压的105％～120％以上时动作；欠电压继电器在电

压为额定电压的40％～70％时动作；零电压继电器在电压降低至额定电压的5％～25％时动作，它们分别用作过电压、欠电压和零电压保护。

③中间继电器。中间继电器实质上是一种电压继电器，触点对数多，触点容量大(额定电流5～10A)，动作灵敏度高。其主要用途为：当其他继电器的触点对数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩展它们的触点数或触点容量，起到信号中继作用。

(3)电磁式继电器常用型号。

常用电磁式继电器有JL14、JL18、JT18、JZ15、3TH80、

3TH82及JZC2等系列。其中JL14系列为交直流电流继电器，JL18系列为交直流过电流继电器，JT18系列为直流通用继电器，JZ15系列为中间继电器，3TH80、3TH82系列为接触器式继电器，与JZC2系列类似。

(4)电磁式继电器的图形符号及文字符号。

电磁式继电器的图形符号及文字符号如图5-31所示。图5-31电磁式继电器的图形符号及文字符号(a)线圈一般符号；(b)电流继电器线圈；(c)电压继电器线圈；(d)触点

2)时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器。

它的种类很多，常用的有直流电磁式、空气阻尼式、电子式和单片机控制等。其按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。

(1)常用时间继电器的工作原理及特性。

①直流电磁式时间继电器。在直流电磁式电压继电器的铁芯上增加一个阻尼铜套，即可构成时间继电器。当线圈通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁通小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著。而当线圈断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，这种继电器仅用作断电延时，常用产品有JT3和JT18系列。②空气阻尼式时间继电器。它是利用空气阻尼原理获得延时的。其由电磁系统、延时机构和触点三部分组成，电磁机构为直动式双E型铁芯，触点系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器既具有由空气室中的气动机构带动的延时触点，也具有由电磁机构直接带动的瞬动触点，可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁机构可以是

直流的，也可以是交流的。通电延时型时间继电器如图5-32(a)所示。其工作原理如下：当线圈1通电后，衔铁3吸合，微动开关16(瞬时开关)动作(不延时)。活塞杆6在塔形弹簧8的作用下，带动活塞12及橡皮膜10向上移动，但由于橡皮膜上方气室的空气稀薄，形成负压，因此活塞杆6只能缓慢地向上移动，移动速度可通过调节螺杆13进行调整。经过延时后，活塞杆移动到最上端。这时通过杠杆7压动微动开关15，使其常闭触点断开，常开触点闭合，起到通电延时作用。图5-32JS7-A系列时间继电器原理示意图(a)通电延时型；(b)断电延时型当线圈1断电时，电磁吸力消失，衔铁3在反力弹簧4的作用下释放，并通过活塞杆6将活塞12推向下端，这时橡皮膜10下方气室内的空气通过橡皮膜10、弱弹簧9和活塞12

的肩部所形成的单向阀，迅速地从橡皮膜上方的气室缝隙中排掉，微动开关15、16能迅速复位，无延时。

断电延时型时间继电器如图5-32(b)所示。③电子式时间继电器。电子式时间继电器在时间继电器中已成为主流产品，它是由晶体管或集成电路和电子元件等构成的，目前已有采用单片机控制的时间继电器。电子式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，应用广泛。

常用的产品有JSJ、JS20、JSS、JSZ7、3PU、ST3P和SCF等系列。

JS20系列产品规格齐全，有通电延时型和断电延时型，并带有瞬动触点，具有延时范围长、调整方便、性能稳

定、延时误差小等优点。

JSS为数字电路型时间继电器，通过计数进行延时。其规格有消除型、积累型和循环型。JSS可用拨码开关设定时间范围，延时范围从0.1s～9999min可调，具有延时范围宽、精度高、寿命长等优点。

JSZ7系列是根据德国西门子公司技术标准生产的时间继电器，其主要技术指标、性能、外形和安装尺寸与同类进口产品基本相同。

在选用时间继电器时，应根据控制要求选择其延时方式，根据延时范围和精度选择继电器的类型。

④单片机控制时间继电器。近年来随着微电子技术的发展，采用集成电路、功率电

路和单片机等电子元件构成的新型时间继电器大量面市。例如，DHC6多制式单片机控制时间

继电器，J5S17、J3320、JSZ13系列大规模集成电路数字时间继电器，J5145系列电子

式数显时间继电器，J5G1系列固态时间继电器等。

DHC6多制式单片机控制时间继电器是为适应工业自动化控制水平越来越高的要求而生产的。多制式时间继电器可使用户根据需要选择最合适的制式，使用简便方法达到以往

需要较复杂接线才能达到的控制功能，这样既节省了中间控制环节，又大大提高了电气控制的可靠性。

DHC6多制式时间继电器采用单片机控制，LCD显示，具有9种工作制式，正计时、倒计时任意设定，8种延时时段，延时范围从0.01s～999.9h任意设定，用键盘设定时，在设定完之后可以锁定按键，防止误操作。可按要求任意选择控制模式，使控制线路简单可靠。

(2)时间继电器的选用。选用时间继电器时应注意：其线圈(或电源)的电流种类和电压等级应与控制电路相同；按控制要求选择延时方式和触点型式；若校核触点数量和容量

不够，则可用中间继电器进行扩展。

(3)时间继电器的图形符号及文字符号如图5-33所示。图5-33时间继电器的图形符号及文字符号(a)通电延时；(b)继电延时

3)热继电器

(1)热继电器的作用和特性。热继电器是利用电流的热效应原理来实现电动机的过载保护。电动机在实际运行中，常会遇到过载情况，但只要过载不严重、时间短，绕组不超过允许的温升，这种过载是允许的。但如果过载情况严重、时间长，则会加速电动机绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，甚至烧毁电动机，因此，必须对电动机进行过载保护。热继电器具有反时限保护特性，即通过热继电器的过载电流越大，其触头动作时间越短。其反时限保护特性见表5-4。表5-4热继电器的反时限保护特性

(2)热继电器的结构和工作原理。热继电器主要由热元件、双金属片和触点组成，如图5-34所示。

热元件由发热电阻丝做成。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属辗压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形。使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机的控制电路中。图5-34热继电器的结构示意图(a)结构示意图；(b)差动式断相保护示意图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，但还不足以使热继电器的触点动作。当电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触点断开，从而切断电动机控制电路以起保护作用。热继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后，才能按下复位按钮复位。热继电器动作电流的调节可借助旋转凸轮于不同位置来实现。

(3)热继电器的型号及选用。我国目前生产的热继电器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JR15、JR16等系列。

JR1、JR2系列热继电器采用间接受热方式，其主要缺点是双金属片靠发热元件间接加热，热偶合较差；双金属片的弯曲程度受环境温度影响较大，不能正确反映负载的过流情况。

JR15、JR16系列热继电器采用复合加热方式并采用了温度补偿元件，因此较能正确反映负载的工作情况。

JR1、JR2、JR0和JR15系列热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和Y连接定子绕组的三相异步电动机的断相保护，但

不能用作定子绕组为△连接的三相异步电动机的断相保护。

JR16和JR20系列热继电器均有带断相保护的热继电器，具有差动式断相保护机构。

热继电器的选择主要根据电动机定子绕组的连接方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动机电路中，对Y连接的电动机可选两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构的热继电器，即在两相主电路中串接热元件。对于三相感应电动机，定子绕组为△连接的电动机必须采用带断相保护的热继电器。

(4)热继电器的图形符号及文字符号如图5-35所示。图5-35热继电器的图形符号及文字符号(a)热元件；(b)常闭触点

4)速度继电器

(1)速度继电器的结构。速度继电器又称为反接制动继电器，它主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。感应式速度继电器的原理如图5-36所示。它是靠电磁感应原理实

现触点动作的，主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁。定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。

(2)速度继电器的工作原理。图5-36为速度继电器的原理示意图。速度继电器的轴与电动机的轴相连接，转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子

随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触点，使常闭触点断开、常开触点闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触点也复原。速度继电器根据电动机的额定转速进行选择。图5-36速度继电器的原理示意图

(3)速度继电器的类型。常用的速度继电器有YJ1型和JF20型。通常速度继电器的动作转速为120r／min以上，复位转速在100r／min以下，转速在3000～6000r／min间能

可靠动作。

(4)速度继电器的图形符号及文字符号如图5-37所示。图5-37速度继电器的图形符号及文字符号(a)转子；(b)常开触点；(c)常闭触点

5)可编程通用逻辑控制继电器

可编程通用逻辑控制继电器是近几年发展应用的一种新型通用逻辑控制继电器，亦称通用逻辑控制模块。它将控制程序预先存储在内部存储器中，用户程序采用梯形图或功能图语言编程，形象直观，简单易懂，由按钮、开关等输入开关量信号。通过执行程序对输入信号进行逻辑运算、模拟量比较、计时、计数等，另外还有显示参数、通信、仿真运行等功能。

其内部软件功能和编程软件可替代传统逻辑控制器件及继电器电路，并具有很强的抗干扰抑制能力。另外，其硬件是标准化的，要改变控制功能，只需改变程序即可。因此，在继电逻辑控制系统中，可以“以软代硬”替代其中的时间继电器、中间继电器、计数器等，以简化线路设计,并能完成较复杂的逻辑控制，甚至可以完成传统继电逻辑控制方式无法实现的功能。

因此，其在工业自动化控制系统、小型机械和装置、建筑电器等领域得到广泛应用，在智能建筑中适用于照明系统、取暖通风系统及门、窗、栅栏和出入口等的控制。

常用产品主要有德国金钟-默勒公司的Easy，西门子公司的LOGO，日本松下公司的可选模式控制器——控制存储式继电器等。任何复杂的电气控制线路都是按照一定的控制原则，由基本的控制线路组成的。基本控

制线路是学习电气控制的基础，特别是对生产机械整个电气控制线路工作原理的分析与设计

有很大的帮助。

电气控制系统图的表示方法有电气原理图、电气接线图、电气布置图。5.2电气控制系统图5.2.1电气控制系统图中的符号

在电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号必须符合统一的国家标准。国家标准局颁布了GB4728“电气图用图形符号”、GB6988“电气制图”和GB5094“电气技术中的项目代号”等新标准，各种电气图的绘制必须符合以上的国家标准。5.2.2电气原理图

电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电气元件展开的形式，利用图形符号和项目代号来表示电路各电气元件中导电部件和接线端子的连接关系及工作原理。

电气原理图的绘制规则由国家标准ＧＢ６９８８给出。它具有结构简单、层次分明的特点，适于研究和分析电路工作原理，在设计、研发和生产现场等方面得到广泛的应用。图5-38为CW6132型普通车床电气原理图。图5-38CW6132型普通车床电气原理图绘制电气原理图的原则：

(1)电气元件的可动部分通常表示在电器不得电或不工作的状态和位置；二进制逻辑元件应是置零时的状态；机械开关应是循环开始前的状态。

(2)原理图上的主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。

主电路是设备的驱动电路，包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分。控制电路由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的动合(常开)、动断(常闭)触点组合构成控制逻辑，实现需要的控制功能，是弱电流通过的部分。主电路、控制电路和其他辅助的信号电路、照明电路、保护电路一起构成电气控制系统的电气原理图。

(3)原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性(或频率)及相数；某些元器件的特性(如电阻、电容的数值等)；不常用电器(如位置传感器、手动触点等)的操作方式和功能。

(4)原理图上各电路的安排应便于分析、维修和寻找故障，原理图应按其功能分开画出。

(5)主电路的电源电路绘成水平线，受电的动力装置(电动机)及其保护电器支路应垂直电源电路画出。

(6)控制电路和信号电路应垂直地绘在两条或几条水平电源线之间。耗能元件(如线圈、电磁铁、信号灯等)应位于直接接地的水平电源线上。控制触点应连在另一电源线上。(7)为读图方便，图中应自左至右或自上而下表示操作顺序，并尽可能减少线条和避免线条交叉。

(8)在原理图上方将图分成若干图区，并标明该区电路的用途与作用；在继电器、接触器线圈下方，应列有触点表以说明线圈和触点的从属关系。5.2.3电气安装图

电气安装图是用来指示电气控制系统中各电器元件的实际安装位置和接线情况的。它包括电器布置图和安装接线图两个部分。

1.电器布置图

电器布置图是用来详细表明电气原理图中各电气设备、元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制。图中各电器代号应与有关电路图和电器清单中所有元器件代号相同。电气设备、元器件的布置应注意以下几方面：

(1)体积大和较重的电气设备、元器件，应安装在电器安装板的下方，而发热元器件应安装在电器安装板的上面。(2)强电、弱电应分开，弱电应加屏蔽，以防止外界干扰。

(3)需要经常维护、检修、调整的电器元件的安装位置不宜过高或过低。

(4)电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利于安装和配线。

(5)电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。如用走线槽，应加大各排电器间距，以利于布线和故障维修。

图5-39为CW6132型车床控制盘电器布置图，图中ＦＵ１～ＦＵ４为熔断器，ＫＭ为接触器，ＦＲ为热继电器，ＴＣ为照明变压器，ＸＴ为接线端子板。图5-39CW6132型车床控制盘电器布置图图5-40为CW6132型车床电气设备安装布置图。图中，ＱＳ为电源开关，Ｑ１为转换开关，Ｑ2为照明开关，ＳＢ１为停止按钮，ＳＢ２为启动按钮，Ｍ1、Ｍ2分别为主轴电动机和冷却泵电动机，ＥＬ为照明灯。图5-40CW6132型车床电气设备安装布置图

2.电气安装接线图

电气安装接线图用来表明电气设备或装置之间的接线关系。清楚地表明电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装布线的依据。安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。通常，接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。

电气接线图的绘制原则是：

(1)各电气元件均按实际安装位置绘出，元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制，尽可能符合电器的实际情况。

(2)一个元件中所有的带电部件均画在一起，并用点画线框起来，即采用集中表示法。

(3)各电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。

(4)各电气元件上凡需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。

(5)绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。

图5-41是根据上述原则绘制的与图5-38对应的电器箱外连部分电气安装接线图。图5-41CW6132型车床电气安装接线图5.3.1直接启动控制电路

笼型异步电动机的直接启动是一种简单、可靠、经济的启动方