配套课件-电气控制与PLC技术

第1章电气控制电路中的常用电器1.1低压控制电器概述1.2电磁式控制电器的基本原理1.3交流接触器1.4继电器1.5熔断器1.6热继电器1.7自动空气开关1.8温度继电器1.9感应式速度继电器1.10漏电继电器1.11主令电器小结

思考与练习本章主要介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格、符号以及电气控制线路的基本环节。通过对典型电气控制系统的分析，掌握正确选择和合理使用常用电器以及分析和设计电气控制线路的基本方法，为后续章节的学习打下基础。1.1低压控制电器概述1.1.1电器的分类电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。完全由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器-接触器控制系统，简称电气控制系统。电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。下面是几种常见的电器分类方法。

1.按工作电压等级分类

(1)高压电器：用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。

(2)低压电器：用于交流50Hz(或60Hz)、额定电压为1200V以下，直流额定电压1500V及以下的电路中的电器，例如接触器、继电器等。

2.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，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。

(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，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。

3.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、继电器、电动机启动器等。

(2)主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。

(3)保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。

(4)执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。

(5)配电电器：用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。

4.按工作原理分类

(1)电磁式电器：依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。

(2)非电量控制电器：依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。1.1.2电器的作用低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。低压电器的作用有：

(1)控制作用。如控制电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。

(2)保护作用。根据设备的特点，对设备、环境以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。

(3)测量作用。利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其他非电参数，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等进行测量。

(4)调节作用。可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等。

(5)指示作用。利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护状态指示等。

(6)转换作用。在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等。当然，低压电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现。1.2电磁式控制电器的基本原理电磁式低压电器是利用电磁系统控制动作的低压器件。其基本原理是当某一电压或电流达到某一数值时，对应电磁吸力足以克服反力弹簧弹力，从而使得连杆带动触头闭合或断开，完成相应功能。电磁式低压电器属于开关的范畴。它的作用是用低电压小电流去控制大电流或高电压的转接。1.2.1电磁式低压电器的基本组成

电磁式低压电器是利用电磁现象完成电气电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、指示等功能的。电磁式低压电器的结构示意图如图1.1所示，它由以下几部分组成。

(1)固定支架系统：为触头、线圈、铁芯、弹簧等提供支撑、保护、固定等。

(2)电磁系统：依靠线圈通电产生的磁通，使铁芯产生吸引力，作为触头动作的力量来源。

(3)触头系统：用来对电气回路进行切断或接通的电气部分，是电磁低压电器的执行部分。

(4)灭弧系统：在负荷较重时，触头动作会产生较强的电弧，灭弧系统就是专门用来熄灭电弧的。电磁式低压电器的动作过程为：当线圈1通电后，将会在磁路2中产生磁通Ф，因此产生一吸力吸引衔铁3向下移动，并带动触头5动作，接通或断开电路。当线圈失电后，衔铁在弹簧4弹力的作用下，恢复到线圈通电前的状态，触头也同时复位。图1.1电磁式低压电器的结构示意图1.2.2电磁机构电磁机构也称电磁系统，由吸引线圈和磁路两个部分组成。磁路包括铁芯、铁轭、衔铁和空气隙。吸引线圈通以一定电压或电流产生激励磁场及吸力，并通过气隙转换为机械能，从而带动衔铁运动使触头动作，以完成触头的断开和闭合。图1.2是几种常用的电磁机构示意图，由图可见衔铁在电磁力的作用下可以直动，也可以绕某一支点转动。电磁吸力是指电磁铁线圈通电后，铁芯吸引衔铁的力，其表达式为：(1-1)式中：S0——磁路中气隙的横截面积；

B0——磁路中气隙的磁感应强度；

μ0——真空磁导率。式(1-1)是在稳恒磁场中的作用关系式，如果是在交变磁场中，需要考虑其等效值。电磁吸力的大小与气隙的横截面积和气隙的磁感应强度的平方成正比。所以，我们要产生足够的吸力，除了要考虑磁感应强度的大小即磁场的强弱以外，还要考虑到气隙的横截面积大小。图1.2常用电磁机构示意图1.2.3触头系统触头(也称触点)是用于切断或接通电器回路的部分，按其接触情况可以分为点接触式、线接触式和面接触式三种，如图1.3所示。根据用途不同，触点分为主触点和辅助触点两种。主触点用以通断电流较大的主电路，一般由接触面较大的常开触点组成。辅助触点用以通断电流较小的控制电路，它由常开触点和常闭触点成对组成。当触头未动作时处于断开状态的触点称为常开(或动合)触点；当触头未动作时处于接通状态的触点称为常闭(或动断)触点。触点材料一般采用银或银的合金，常用的有银-氧化镉、银-钨或铜-钨等。对触头的基本性能要求是：接触电阻尽可能小。为了使触头接触得更加紧密，以减小接触电阻，消除开始接触时产生的振动，一般制造时，在触头上装有接触弹簧，使触头在刚刚接触时产生初压力，并且随着触头的闭合逐渐增大触头互压力。图1.3电磁式继电器的触头(a)点接触式；(b)线接触式；(c)面接触式1.2.4灭弧系统

电器的触头在闭合或断开(包括熔体在熔断时)的瞬间，都会在触头间隙中产生弧状的火花，这种由电器原因产生的火花称为电弧。电弧的产生主要经历以下四个物理过程：

(1)强电场放射。触头刚开始分离时，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头间很小的间隙上，因此该处的电场强度很大，可以达到107甚至109V/m。如此的强电场可以将阴极表面的自由电子拉到气隙中，使触头间隙的气体中存在大量的电子，这就是强电场放射过程。

(2)撞击电离。触头间隙中的自由电子在电场作用下，向正极加速运动，同时获得了足够的动能。自由电子在前进途中撞击气体原子，将气体原子分裂为电子和正离子。电子在向正极运动中撞击其他原子，使触头间隙中气体越来越多的现象，称为撞击电离。

(3)热电子发射。撞击电离产生的正离子向阴极运动，撞在阴极上会使阴极温度迅速升高，使阴极电子的动能增加。当阴极温度达到一定程度时，一部分有足够动能的电子将从阴极表面逸出，再参与撞击电离。由于高温使电极发射电子的现象称为热电子发射。

(4)高温游离。当电弧间隙中的气体温度升高时，气体分子热运动速度加快。当电弧的温度达到3000℃或更高时，气体分子将发生强烈的不规则运动并造成相互碰撞，结果使气体分子游离为电子和正离子。以上的四个过程会产生大量的热，从而会烧坏触头，引起接触不良。大容量电器应迅速灭弧。灭弧的基本原理是将电弧拉长、切短、隔离、冷却，以降低电弧温度和电弧强度。常用的灭弧方法有以下几种：

(1)灭弧罩灭弧。灭弧罩由陶土材料制成，其结构如图1.4所示。安装时用灭弧罩将触头罩住，当电弧发生时，电弧进入灭弧罩内，依靠灭弧罩对其进行降温，增加带电离子的复合作用，使电弧容易熄灭，也防止电弧飞出。图1.4灭弧罩的结构

(2)灭弧栅片熄弧。灭弧栅片是由绝缘材料制成的骨架，再嵌上镀铜的钢片制成。安装时，灭弧栅片位于触头的上方。电弧产生后，由于钢片导磁，电弧产生的电磁力使电弧与钢片相吸，于是电弧进入栅片并被分成许多串联的短弧。栅片的散热作用和用于交流电流的“阴极效应”使电弧迅速熄灭。其他的灭弧方式还有磁吹灭弧和纵缝灭弧等。低压电器灭弧时，可以只采用一种方法，也可以多种方法并用，以增加灭弧能力。1.3交流接触器接触器是一种用来自动地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，也可用于其他负载。接触器具有控制量大、过载能力强、可频繁操作、工作可靠、设备简单经济等特点，还具有零压保护、欠压释放保护等作用，因此在电器控制中应用十分广泛。按其流过线圈的工作电流种类不同，接触器可分成交流接触器CJ型和直流接触器CZ型两类。1.3.1交流接触器的结构和工作原理交流接触器是利用电磁吸力与弹簧弹力配合动作，使触头闭合或分断的。实验室的交流接触器的外形及结构如图1.5所示。它有两种工作状态；得电动作状态和失电释放状态。当吸引线圈得电后，衔铁被吸合，所有的动合触头闭合，动断触头分断，接触器处于得电状态；当吸引线圈失电后，衔铁释放，在复位弹簧的作用下，所有的动合触头分断，动断触头闭合，接触器处于失电状态。交流接触器由电磁系统、触头系统、灭弧装置、弹力装置等部分组成。触头有五个动合触头，其中三个主触头、两个辅助触头，还有两个动断辅触头。这些辅助触头常起电气连锁作用。图1.5交流接触器的外形结构及图形符号(a)外形；(b)结构示意图；(c)图形符号1.3.2交流接触器的型号和基本参数

1.交流接触器的型号及含义

2.交流接触器的型号和基本参数

(1)额定电压：接触器铭牌上的额定电压是指接触器主触头之间的正常工作电压值。

(2)额定电流：接触器铭牌上的额定电流是指接触器主触头之间的正常工作电流值。

(3)吸引线圈的额定电压：指接触器电磁线圈的正常工作电压值。

(4)主触头接通与分断能力：指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。

(5)额定操作频率：指接触器每小时允许的操作次数。表1.1为常用的CJ10系列交流接触器的技术数据。表1.1常用CJ10系列交流接触器的技术数据1.3.3交流接触器的选用方法应根据控制电路的要求，正确地选择交流接触器。

(1)选择类型。根据所控制对象的电流类型来选择交流或直流接触器。

(2)选择触头的额定电压。通常触头的额定电压应大于或等于回路的额定电压。

(3)选择主触头的额定电流。主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。在频繁启动、制动、正反转的场合，选择主触头的额定电流可以稍微大一些，有10%～20%的裕量。

(4)选择线圈电压。线圈的工作电压应与回路的工作电压相当。1.4继电器继电器属于一种参量控制开关，即当某一电压或电流达到某一数值时，开关开启或闭合，因此继电器属于开关的范畴。它利用电磁原理或其他(如热电或电子)方法实现自动接通或断开一个或一组触点，实现开关功能的非手动开关。它的作用是用低电压小电流去控制大电流或高电压的转接。用继电器可以构成逻辑、时序电路。继电器分为电磁式继电器、舌簧继电器、双金属片温度继电器。1.4.1继电器的工作原理和特性

1.电磁式继电器的工作原理和特性图1.6是电磁式继电器的结构示意和电路图形符号。电磁式继电器是使用最早、应用最广泛的一种继电器。图1.6电磁式继电器动作原理图继电器中有两种触点，一种是可以移动的触点叫做动触点(图1.6中的触点l)，另一种是位置固定的触点叫做静触点(图1.6中的触点2和3)。线圈未通电时处于断开状态的静触点称为常开触点(图1.6中的触点3)，处于接通状态的静触点称为常闭触点(图1.6中的触点2)。如果一个动触点与一个静触点常接，而同时与另一个静触点常开，就称它为转换触点(图1.6中的触点1)。在一个继电器中，可以具有一个或数个(组)常开触点、常闭触点和相应的转换触点。电磁继电器中一般只设一个线圈(也有设多个线圈的)。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。通过这样吸合、释放，从而达到了电路中的导通、切断的目的。电磁式继电器的工作原理是电磁感应定律。在图1.6中，当线圈中通以直流电流时，线圈中间的铁芯会被磁化而产生磁力，进而吸引衔铁(动铁)，使静触点分开(l和2分开)、动触点闭合(l和3接通)。当线圈断开电流时，铁芯失去磁性，衔铁被返回弹簧拉起，触点3断开，触点1与2接通。

2.热敏干簧继电器的工作原理和特性热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

3.固态继电器(SSR)的工作原理和特性固态继电器是一种由两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器件。其中采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型；按开关形式可分为常开型和常闭型；按隔离形式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，其中以光电隔离型为最多。1.4.2继电器主要产品技术参数

(1)额定工作电压：继电器正常工作时线圈所需要的电压，根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

(2)直流电阻：继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。

(3)吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

(4)释放电流：继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态，这时的电流远远小于吸合电流。

(5)触点切换电压和电流：继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。1.4.3继电器测试

(1)测触点电阻。用万能表的电阻挡测量常闭触点与动点之间的电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点之间的阻值为无穷大。由此可以区分常闭触点和常开触点。

(2)测线圈电阻。可用万能表R × 10Ω挡测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在开路现象。

(3)测量吸合电压和吸合电流。使用可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以多测几次求平均值。

(4)测量释放电压和释放电流。如(3)所述连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低电源电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可多测几次，求得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约为吸合电压的10%～50%，如果释放电压太小(小于1/10的吸合电压)，则不能正常使用，这样会对电路的稳定性造成威胁，导致工作不可靠。1.4.4继电器的电符号和触点形式继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框，同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观；另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：

(1)动合型(H型)。线圈不通电时，两触点是断开的，通电后两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。

(2)动断型(D型)。线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。

(3)转换型(Z型)。这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点与其中一个静触点断开并与另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合状态，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点，用“转”字的拼音字头“Z”表示。1.4.5继电器的选用选择继电器时，首先了解被控电路所要求的必要条件。这些条件有：

(1)控制电路的电源电压，能提供的最大电流；

(2)被控制电路中的电压和电流；

(3)被控电路需要几组、什么形式的触点。一般在选用继电器时，控制电路的电源电压可作为选择的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。选用时需注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，应考虑电路板的安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置等，则应选用超小型继电器产品。1.4.6时间继电器当继电器感测部分接收输入信号后，经过一段时间，执行部分才动作，这类继电器称为时间继电器。按其动作原理时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、电动式以及电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。下面就以空气阻尼式时间继电器为例说明其工作原理。空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼的作用来延时的。JS7-A系列空气阻尼式时间继电器如图1.7所示。该时间继电器由电磁系统、触头系统和延时机构组成。电磁铁采用直动式双E型；触头系统是借助桥式双断点微动开关，构成瞬时触头和延时触头两部分，供控制时选用；延时机构是利用空气通过小孔时产生阻尼作用的气囊式阻尼器。这种继电器分为通电延时型和断电延时型两种。下面以通电延时型的继电器为例，介绍其动作原理。图1.8为JS7-A系列通电延时型空气阻尼式时间继电器的动作原理图。其动作的过程是：当线圈1通电时，衔铁2克服反作用弹簧3的阻力，与静铁芯4吸合，推杆5在螺旋压缩弹簧6的作用下向上移动，使与活塞12相连的橡皮膜8也向上移动，但其上移的速度受进气孔10进气速度的控制，而进气速度可通过调节螺钉9带动螺塞11以改变进气孔的大小加以调节，进气越慢，延时越长。空气进入气囊，经过一段时间，活塞12才能移到最上端，并通过杠杆13压动微动开关KT2，使其动断触头断开、动合触头闭合，起到通电延时作用，故微动开关KT2的触头称为延时触头。另一个微动开关KT1是在衔铁2吸合时，在推板14的作用下立即动作，使KT1的动断触头瞬时断开、动合触头瞬时闭合，故KT1的触头称为瞬时触头。当线圈1断电时，衔铁2在反作用弹簧3的作用下，通过推杆5将活塞12推向最下端，这时橡皮膜8下方气室内的空气通过橡皮膜、弱弹簧7和活塞12的局部所形成的单向阀迅速从橡皮膜上方的缝隙中排掉，使微动开关KT1和KT2的各触头瞬时复位。图1.7JS7-A系列空气阻尼式时间继电器(a)外形；(b)结构原理；(c)表示符号图1.8JS7-A系列通电延时型空气阻尼式时间继电器动作原理1.5熔断器熔断器主要有插入式熔断器、螺旋式(快速)熔断器、圆筒帽形熔断器、快速熔断器、半导体器件保护用熔断器、有填料封闭管式熔断器、有填料封闭管式圆筒帽形熔断器、有填料封闭管式螺栓连接熔断器、有填料封闭管式刀形触头熔断器、圆管式熔断器、无填料管式熔断器、微型熔断器、模数化螺旋式熔断器等。电气控制中较为常用的是圆筒帽形熔断器，大功率电动机控制电路中常用的是有填料封闭管式熔断器、有填料封闭管式圆筒帽形熔断器等。瓷插入式熔断器的结构图如图1.9所示。图1.9瓷插入式熔断器的结构图1.5.1圆筒帽形熔断器的概述圆筒帽形熔断器适用于交流50Hz、额定电压至600V、额定电流至125A的电路，主要作为电气线路的过载和短路保护；还可派生为半导体器件及其成套装置的短路保护以及电动机短路保护。圆筒帽形熔断器(有填料封闭式)由纯铜/银片(或丝)制成的变截面熔体封装于由高强度瓷或环氧玻璃布管制成的熔管内，熔管中充满经化学处理过的高纯度石英砂作为灭弧介质，熔体二端采用点焊与端帽牢固的连接。熔断器可带有撞击器，当熔体熔断时，撞击器立即动作，推动微动开关，发出各种信号或自动切换电路。圆筒帽形熔断器呈插入式结构，按尺寸可安装于RT14、RT18、RT19以及其他相应尺寸的熔断器支持件。1.5.2熔断器的选择熔断器的类型主要依据负载的保护特性和短路电流的大小来选择。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些，通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力，通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RT12系列的熔断器。熔体的额定电流可按以下方法选择。

(1)保护无启动过程的平稳负载，如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。

(2)保护单台长期工作的电机时，熔体额定电流可按最大启动电流选取，也可按下式选取：

Irn≥(1.5～2.5)In(1-2)式中：Irn为熔体额定电流；In为电动机额定电流。如果电动机频繁启动，式中系数可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。

(3)保护多台长期工作的电机(供电干线)时，熔体额定电流按下式选取：

式中：In

max为容量最大单台电机的额定电流；为其余电动机额定电流之和。(1-3)

(4)熔断器的级间配合。为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大1～2个级差。

(5)熔断器的型号及含义。熔断器的型号及含义如图1.10所示。图1.10熔断器的型号及含义1.5.3高压交流熔断器的选择

1.型号选择在3～35kV的电站和变电所中常用的高压熔断器有两大类：一类是户内高压限流熔断器，最高额定电压能达40.5kV，常用的型号有RN1、RN3、RN5、XRNM1、XRNT1、XRNT2、XRNT3型，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和RN4型额定电流均为0.5A，是保护电压互感器的专用熔断器。另一类是户外高压喷射式熔断器，此类熔断器在熔体熔断产生电弧时，需要等待电流过零才能开断电路，无限流作用，常用的型号有RW3、RW4、RW7、RW9、RW10、RW11、RW12、RW13型等，其作用除与RN1型相同外，在一定条件下还可以分断和关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流。其中，RW10－35/0.5型为保护35kV电压互感器专用的户外产品。

2.按工作电压选择熔断器的一般工作条件为

Ue≥Uwe

(1-4)式中：Ue——熔断器的额定电压；

Uwe——安装处电网的额定电压。即熔断器的额定电压(kV)应不小于熔断器安装处电网的额定电压(kV)。以石英砂作为熔断器填充物的限流型熔断器只能按Ue = Uwe的条件选择，这种情况下此类熔断器熔断产生的最大过电压倍数限制在规定的2.5倍相电压之内，此值并未超过同一电压等级电器的绝缘水平。如果熔断器使用在工作电压低于其额定电压的电网中，过电压倍数造成的威胁可能增大3.5～4倍。表1.2为常用的RC1A系列瓷插入式熔断器的技术数据。表1.2RC1A系列瓷插入式熔断器的技术数据3.按工作电流及保护特性选择一般选择条件为

Ie≥Ije≥Igzd

(1-5)式中：Ie——熔断器熔管的额定电流，单位为A；

Ije——熔断器熔体的额定电流，单位为A；

Igzd——回路最大持续工作电流，单位为A。此条件为选择熔断器额定电流的总体要求，其中熔体额定电流的选择最为重要，它的选择与其熔断特性有关，应能满足保护的可靠性、选择性和灵敏度要求。在选择时，还应考虑以下具体情况。

(1)保护配电设备(即35kV及以下电力变压器)时，按下式选择

Ije = KIbzd(1-6)式中：Ibzd——变压器回路最大持续工作电流，单位为A；

K——可靠系数，不考虑电机自启动时取1.1～1.3。考虑电机自启动时，K取1.5～2.0。按此条件选择可确保变压器在通过最大持续工作电流，通过变压器励磁涌流，电动机自启动或保护范围以外短路产生的冲击电流时熔件不熔断，而且能保证前后级保护动作的选择性以及本段范围内短路能以最短时间排除故障。

(2)保护电力电容器时，按下式选择

Ije = KIce(1-7)式中：Ice——电容器回路的额定电流，单位为A；

K——可靠系数，对于跌落式熔断器取1.35～1.5。对于限流型熔断器，当有一台电容器时，可靠系数取1.5～1.8；当有一组电容器时，可靠系数取1.35～1.8。

(3)保护电力线路时，按一般条件选择：

Ie≥Ije≥Igzd

(1-8)

4.按开断电流选择一般选择条件为

Ike≥Idt(Ske≥Sdt)(1-9)式中：Ike(或Ske)——熔断器的额定开断电流，单位为kA(或额定开断容量，单位为MVA)；

Idt——短路全电流，单位为kA。对于限流型熔断器取Idt≥I"(次暂态电流幅值)；对于非限流型熔断器取Idt≥Ich(稳态短路电流最大有效值)。对于跌落式熔断器，其开断能力应分别按上、下限值来验算。在验算上限值时要应用系统的最大运行方式；验算下限值时，应用最小运行方式。

5.短路电流的稳定性对于限流型熔断器可不进行动、热稳定的校验；而对于非限流型熔断器，要求进行动、热稳定的校验工作。总之，我们在选用熔断器的时候，一定要注意以下几点：

(1)高压熔断器的额定电压应大于或等于实际工作的最高电压；

(2)限流型熔断器不允许使用在低于或高于它们的额定电压的线路，非限流型熔断器在选择时要进行动、热稳定性校验；

(3)熔体的额定电流应小于熔断器的额定电流，但应大于回路持续工作电流；

(4)根据保护动作选择性要求来校验熔体额定电流，以保证装设回路中前后保护动作时间的配合；

(5)保护电压互感器的高压熔断器只需按工作电压与开断能力来选择。1.6热继电器热继电器是根据电流通过发热元件所产生的热，使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。它主要用于电动机的过载、断相以及电流不平衡的保护。1.6.1热继电器的工作原理热继电器也称热偶，如图1.11所示。当负载电流流过发热元件(一种合金电阻片，通过电流时产生热量并发散)时，使它附近的膨胀元件受热。膨胀元件是由两种膨胀性能不同的金属片沿其表面焊接而成，称为双金属片。双金属片的下层金属片具有较大的膨胀系数。当通过电流超过某特定电流时，发热元件的热量使双金属片向上弯曲，于是带动机构偏转，断开控制电路内的触点，从而使接触器的主触头断开，负载电路被切断。图1.11热继电器(a)实物图；(b)原理图热继电器是用于电动机或其他电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流增大，使电动机的绕组温度升高。如果过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但如果过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧毁电动机绕组。因此，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。1.6.2热继电器的应用热继电器投入使用前，必须对其整定电流进行调整，以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流匹配。例如，对于一台10kW、380V的电动机，额定电流为19.9A，可使用JR20-25型热继电器，发热元件整定电流为17～21～25A。先按一般情况整定在21A，若发现经常提前动作，而电动机温升不高，可将整定电流改至25A继续观察；若在21A时，电动机温升高，而热继电器滞后动作，则可改在17A观察，以得到最佳的配合。下面以QX系列启动器为例，介绍继电器具体调整过程。QX3、QX4系列为自动星形-三角形启动器，由三个交流接触器、一个三相热继电器和一个时间继电器组成，外配一个启动按钮和一个停止按钮。启动器在使用前，应对时间继电器和热继电器进行适当的调整，这两项工作均在启动器安装现场进行。电工大多数只知电动机的容量，而不知电动机正常启动时间、电动机额定电流。

(1)时间继电器调整时，暂不接入电动机进行操作，先试验时间继电器的动作时间是否能与所控制的电动机的启动时间一致。如果不一致，就应微调时间继电器的动作时间，再进行试验。但两次试验的间隔至少要在90s以上，以保证双金属时间继电器自动复位。

(2)热继电器的调整，由于QX系列启动器的热电器中的热元件串联在电动机相电流电路中，而电动机在运行时是接成三角形的，因此电动机运行时的相电流是线电流(即额定电流)的0.577倍。根据计算所得值，将热继电器的整定电流旋钮调整到相应的刻度(中线刻度左右)。如果计算所得值不在热继电器热元件额定电流调节范围，即大于或小于调节机构的刻度标注高限或低限数值，则需更换适当的热继电器，或选择适当的热元件。1.6.3热继电器的型号及含义热继电器型号表示及含义如图1.12所示。表1.3为常用JR16系列热继电器的技术数据。图1.12热继电器型号表示及含义表1.3常用JR16系列热继电器的技术数据1.6.4热继电器的常见故障及解决办法热继电器的常见故障及解决方法如表1.4所示。表1.4热继电器的常见故障及解决办法续表1.7自动空气开关

自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器。它集控制和多种保护功能于一身，除了能完成接触和分断电路外，也能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时还可以用于不频繁地启动电动机。自动空气开关具有操作安全，使用方便，工作可靠，安装简单，动作后(如短路故障排除后)不需要更换元件(如熔体)等优点。因此，它在工业、住宅等方面获得广泛应用。1.7.1自动空气开关的工作原理自动空气开关又名断路器，就是既能开断正常负荷电流，又能开断短路故障电流的开关。当开关开断时，在断口处将燃弧，燃弧的能量为断口两端电流和电压的乘积。自动空气开关能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。自动空气开关的动、静触头及触杆设计成平行状，利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，限流特性强。短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。自动空气开关的灭弧室采用金属栅片结构。自动空气开关具有复式脱扣器。反时限动作是双金属片受热弯曲使脱扣器动作，瞬时动作是铁芯衔铁机构带动脱扣器动作。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣三种。图1.13所示为SMB45-100H系列高分断小型自动空气开关，用于保护线路的短路和过载。它适用于照明配电系统和电动机的配电系统，为嵌入式安装。自动空气开关的极数分为单极、二极、三极和四极。图1.13自动空气开关(a)实物图；(b)结构原理图和图形符号1.7.2自动空气开关的型号含义及主要特性自动空气开关的电气符号为QF，DL。其型号以及含义如图1.14所示。图1.14自动空气开关的型号以及含义塑壳式自动空气开关的主要特性如下。

1)额定极限短路分断能力Icu自动空气开关的分断能力指标有两种：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。Ics作为一个特性参数，并非只简单考虑自动空气开关的分断能力，而是作为一种分断指标，即分断几次短路故障后，还能保证其正常工作。对塑壳式自动空气开关而言，应有足够的Icu，能够分断短路电流使开关跳闸。按规定，塑壳式自动空气开关的Ics只要大于25%Icu就算合格。而目前市场上断路器的Ics大多数在(50%～75%)Icu之间，所以对供电要求不高的配电系统，只须考虑Icu。

2)限流分断能力限流分断能力是指自动空气开关短路跳闸时限制故障电流的能力。自动空气开关发生短路时、触头快速打开产生电弧，相当于在线路中串入一个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加。自动空气开关断开时间越少，Ics就越接近Icu，限流效果就越好，还可大大降低短路电流引起的电磁效应、电动效应和热效应对自动空气开关和用电设备的不良影响，延长自动空气开关的使用寿命。

3)短路保护短路保护就是短路瞬时跳闸。要注意在负荷变化后及时调整保护的整定值，防止整定值过小造成频繁跳闸而影响供电质量，或整定值过大使线路和设备得不到有效保护。

4)过载延时保护过载延时保护是指负荷电流超过设备的限定范围有烧毁设备的危险时，保护装置能在一定时间内切断电源。过载有个热量积累的过程，保护动作不需要过于迅速。对于短时过电流，保护不应该动作。

5)隔离功能隔离功能就是要求自动空气开关断开后的泄漏电流不致对人员和设备产生危害。多次短路跳闸后开关性能下降，泄漏电流会增大。对人体而言，30mA以下为安全漏电电流，而在恶劣的环境中，超过300mA的泄漏电流持续两小时以上，就可能使绝缘损坏，发生相地短路，进而引发火灾。

6)漏电保护漏电器有热磁式和电子式两种。相比而言，电子式漏电器具有体积小、精度高、灵敏度高的优点，但其抗干扰能力较差。目前电子式漏电保护器占据主流地位，它的工作原理为：当漏电电流达到整定值时，执行电路接收零序电流互感器二次侧的感应电压信号，驱动转换触点输出漏电保护信号，使脱扣器动作，切断电源。一般终端开关的整定漏电脱扣电流为30mA、上一级支路开关的整定值为300mA。起火危险性大的电弧性短路难以被短路保护有效切断，而漏电器可以可靠地断开接地故障，防止人身触电和相地短路故障的发生。1.7.3自动空气开关的选用原则自动空气开关的选用原则主要有以下几点：

(1)根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式，可选用框架式、装置式或限流式等。

(2)断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。

(3)断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。

(4)断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。

(5)断路器的极限分断能力应大于线路最大短路电流的有效值。

(6)配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。

(7)断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。1.8温 度 继 电 器温度继电器是按照感应到的温度高低使触头动作的继电器。它广泛应用于电动机绕组、大功率晶体管等的过热保护。温度继电器可以安装在电机的内部或绕组的端部，既能保护由于过载而使电机产生的过热现象，又能保护其他原因造成的过热现象。温度继电器一般可分为机械式、电子式和磁铁式三种。由于经常使用的是前两种，因此磁铁式温度继电器不做相应介绍。1.8.1机械式温度继电器机械式温度继电器可分为许多种，主要有温度计式，压力式及双金属片式。它们的结构和原理各不相同，其中以温度计式温度继电器结构最为简单。温度计式温度继电器是在水银温度计的上下端各引出一电极制成的。温度升高时，水银柱上升，接通两电极；温度下降时，水银柱也下降，两电极断开，从而实现电路通断，达到控制目的。温度计式温度继电器结构简单，调节方便，但是触头数量较少，且触头容量和电压也有限，一般用于恒温箱的控制电路中。压力式温度继电器在实际应用中原理简单，易于调试。它利用等体积内气体受热膨胀，气体压力亦相应增加的原理，通过控制温度实现自动地通电或断开。如用于浇版机的熔铅炉，可使熔铅保持一定的温度；用于无粉腐蚀机的控制电路中，能对腐蚀药水进行恒温控制。双金属片式温度继电器的工作原理与热继电器相似，在此不再重述。1.8.2电子式温度继电器和其他温度继电器采用电子线路构成的温度继电器称为电子式温度继电器。电子式温度继电器种类很多，大致可分为数字式和模拟式两种。电子式温度继电器动作准确，造型小巧，显示直观，感温头容易放在需要保护的地方，但其抗电冲击能力不足，售价也较高。其他比较常见的温度继电器还有热敏电阻式温度继电器。热敏电阻式温度继电器是根据热敏电阻的温度特性制成的温度控制元件。热敏电阻是热敏电阻式温度继电器的温度感测元件，它是一种半导体器件，其阻值大小随感应到的温度变化而变化，根据材料性质的不同可分为正温度系数和负温度系数两种。由于正温度系数热敏电阻具有明显的开关特性，电阻温度系数大、体积小、灵敏度高，因此得到广泛应用和迅速发展。1.8.3温度继电器的常见故障温度继电器的常见故障有不动作、动作不准、不能复位等。检查故障的方法为：首先检查触点，看有无引线脱落、烧毛、损坏、油污等现象；其次检查感温部分，温度继电器不同，其检查方法也不一样，如对气压式检查是否漏气，对磁铁式检查永磁铁是否失磁，对双金属片式检查是否变形等，也可将感温部分放入烘箱中加热或放入冰箱中冷却，再进行观察，实际中依需要而定。故障排除方法也要视故障原因而定，在此不再阐述。1.9感应式速度继电器感应式速度继电器是利用电磁感应原理工作的继电器，广泛应用于生产机械运动部件的速度控制和反接控制快速停车，如车床主轴、铣床主轴等。常用的感应式速度继电器是JY1型感应式速度继电器，其具有结构简单、工作可靠、价格低廉等特点。1.9.1感应式速度继电器的工作原理感应式速度继电器是靠电磁感应原理实现触头动作的。它由转子、定子和触头三部分组成。图1.15所示是JY1型速度继电器的结构原理与电气图形符号，其工作原理为：速度继电器转轴1与电动机同轴连接，当电动机转动时，带动继电器转子磁极2(永久磁铁)一起转动，定子笼型绕组4的导条切割磁场产生感应电动势与电流，此感应电流与磁场的作用产生转矩，使定子朝着转子转动方向偏摆，通过摆杆5推动簧片6，使继电器的动合触头闭合、动断触头断开。电动机转动方向相反时，继电器转子的旋转方向也反向，产生的转矩方向也相反，摆杆5推动另一侧的簧片，使另一侧的触头闭合或断开。当转速下降到一定值时，产生的转矩小于簧片的反作用力，这时定子恢复到原来位置，对应的触头就恢复到原来的状态。图1.15JY1型速度继电器(a)结构原理；(b)电气图形符号1.9.2感应式速度继电器的应用感应式速度继电器的转轴与电动机转轴连在一起。在感应式速度继电器的转轴上固定着一个圆柱形的永久磁铁；磁铁的外面套有一个可以按正、反方向偏转一定角度的外环；在外环的圆周上嵌有鼠笼绕组。当电动机转动时，外环的鼠笼绕组切割永久磁铁的磁力线而产生感生电流并产生转矩，使外环随着电动机的旋转方向转过一个角度。这时固定在外环支架上的顶块顶着动触头，使其一组触头动作。若电动机反转，则顶块拨动另一组触头动作。当电动机的转速下降到100r/min左右时，由于鼠笼绕组的电磁力不足，顶块返回，触头复位。因为继电器的触头是否动作与电动机的转速有关，所以这种继电器叫速度继电器，又因速度继电器用于电动机的反接制动，故也称其为反接制动继电器。1.9.3感应式速度继电器的常见故障感应式速度继电器常见故障主要有以下两种。

(1)速度继电器转速较高时，动合触头也不闭合。其产生的主要原因有常开触头接触不良、正反触头接反和转子永久磁铁失磁等。

(2)动作值不正常。其产生的主要原因有反力弹簧调整不当、部件松动和安装不牢等。检修时要注意仔细观察，发现问题及时排除。我们在使用感应式速度继电器前，一定要检查速度继电器的外部结构有无损伤，仔细检查触头接触情况，防止有短路、断路情况使控制电路不能够正常工作。1.10漏 电 继 电 器漏电继电器是检测设备是否有漏电现象并将其转换为开关信号的保护电器。一般的漏电继电器做成具有一定开断能力的开关，自成一体，有时也称漏电保护器。目前常用的漏电开关检测的是电网对地电流，因此只在电网对地存在漏电时起保护作用，而对电网内部，如相对相、相对中性线的漏电则无能为力。漏电保护器可以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护，也可以作为三相电动机的缺相保护。漏电继电器既有单相的，也有三相的。1.10.1漏电继电器的结构和工作原理漏电继电器由检测装置、试验装置、脱扣机构、触头部分和固定部分组成。检测装置用来检测是否有漏电存在，脱扣装置的作用是带动触头跳闸。检测装置的原理为：在电设备的进线上套装一个用磁性物质做成的磁环，所有的电源线均穿环而过。正常情况下，负载一侧没有与大地构成回路，因此磁环中通过的总电流为零。这样对整个磁环来讲，相当于没有电流流过，因而在磁环中没有磁通产生。如果负载侧对地有电流流过，则磁环中有电流流过，磁环中将感应出与漏电流成函数关系的磁通。此时，如果磁环上已绕上线圈，则线圈中有感应电势产生。此电势的大小反映了漏电流的大小。在漏电继电器中，磁环上的线圈与漏电脱扣器线圈相连，磁环线圈产生感应电流时，带动脱扣中的衔铁复位，如图1.16所示。漏电脱扣器的原理如图1.17所示。正常情况下，漏电流脱扣器中的磁铁被永久磁铁产生的磁通Ф1吸在静铁芯上，衔铁带动触头处于未动作状态。当被保护电路中发生漏电现象时，漏电继电器的磁环中产生漏电流磁通，磁环线圈中有电流流过。该电流通过漏电脱扣器线圈时，线圈中产生一交变磁通Ф3。在该磁通与永久磁铁反向的半周内，流过脱扣器铁芯的总磁通将减少。如果漏电流足够大，则漏电脱扣器线圈产生的反向磁通足以使主磁通减少到衔铁动作，这时脱扣器衔铁释放，触头动作，发出通断信号。显然，漏电保护的原理是：电气设备漏电时，将出现异常的电流和电压信号，即剩余电流和设备外壳的对地电压。漏电保护装置就是通过检测机构取得这两种异常信号，经过中间机构的转换和传递，促使执行机构动作，并通过开关设备断开电源。由于其以漏电电流或由此产生的中性点对地电压变化为动作信号，因此不必以用电的电流值来整定动作值，灵敏度较高，动作后能有效地切断电源，保障人身安全。由于要求漏电继电器的电流互感器有较高的灵敏度，因此磁环应选用在低磁场强度下有较高磁导系数的导磁材料——坡莫合金。这样在漏电流达到额定漏电动作电流时，电流互感器有足够的输出，使漏电继电器触头在0.1s内动作。图1.16漏电继电器工作原理图图1.17漏电脱扣器原理图1.10.2漏电继电器的使用及常见故障由于漏电继电器用于保护设备，因此其安全性能应能得到检验。为此，漏电继电器加有试验按钮，以检测漏电继电器的保护性能。将按钮按下时，磁环有试验电流流过，漏电继电器应迅速动作。如果漏电继电器不动作，则说明有故障存在，必须立即停止使用。常用的漏电保护器相当于自动开关与漏电继电器的组合，主要用于人身安全保护。而人体对50Hz的交流电，电流达到2mA就有感觉，30mA以上即可致命，因此，在选用时应对漏电保护器动作电流的大小加以注意。为了能在较小信号下可靠动作，漏电保护器加了对小信号进行放大的电子电路。使用漏电继电器时应注意以下几点：

(1)根据保护对象确定漏电继电器的型号，如额定电流、漏电动作电流等。

(2)被保护电网应是中线接地系统。在被保护线路内，中性线不允许重复接地，保护地线不要穿过磁环，不得与中性线混在一起。

(3)为了防止漏电脱扣器线圈引线过长，使脱扣电流变小，引线的截面积大一些为好。

(4)使用过程中要定期试验，以便及时查出漏电继电器的故障，用电中不能因为装了漏电继电器而麻痹大意。漏电继电器常见故障有：

(1)漏电继电器不动作。其产生的主要原因有漏电动作电流较大、互感器传动线圈断线、复位弹簧弹力不足和机械部分被卡死。

(2)试验按钮无效。其产生的主要原因有漏电继电器已经损坏、试验线路接错和试验电阻变大等。

(3)过于灵敏，稍有振动或电流冲击即动作。其产生的主要原因有分磁板气隙变小、永久磁铁失磁和衔铁表面有污物等。检修时要仔细观察，有时设备故障原因不止一个，有些问题则必须通过实际摸索才能解决。1.11主令电器在控制系统中，主令电器是专门发布命令、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。常用的主令电器有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。本节我们主要介绍按钮、行程开关和接近开关。1.11.1按钮按钮是一种短时接通或断开小电流电路的手动电器，在电路中起着主令控制作用。控制按钮是一种靠外力操作接通或分断电流的电气元件，是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁启动器等。控制按钮一般由按钮帽、复位弹簧、触头和外壳等部分组成，如图1.18所示。按钮中触头的形式和数量根据需要可装配成1常开1常闭到6常开6常闭等形式。按下按钮时，先断开常闭触头，然后接通常开触头，而当松开按钮时，在复位弹簧作用下，常开触头先断开，常闭触头后闭合。图1.18LA19系列按钮的外形与结构(a)外形；(b)内部结构；(c)图形符号及字母代号控制按钮按保护形式分为开启式、保护式、防水式和防腐式等；按结构形式分为嵌压式、紧急式、钥匙式、旋钮式、带信号灯式、带灯揿钮式、带灯紧急式等；按钮的颜色分为红、黑、绿、黄、白、蓝等。不同颜色的按钮是有不同含义，更换时应注意：红色的含义及用途为停车、关断和紧急停车；黑色或绿色的含义及用途为启动、工作和点动；黄色的含义及用途为返回、移动出界和清除预置(清零)；白色或蓝色的含义及用途为以上颜色未包括的。常用的控制按钮有LA18、LA19、LA20及LA25等系列，以及具有防尘、防溅作用的LA30系列和性能更全的LA101系列。常用按钮的技术数据如表1.5所示。表1.5常用按钮的技术数据1.11.2行程开关

行程开关是根据生产机械的行程发出命令以控制其运动方向和行程长短的电器。若将行程开关安装于生产机械行程的终点处，用以限制其行程，则称为限位开关或终端开关。它的作用原理与按钮类似，动作时碰撞行程开关的顶杆。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。直动式的缺点是触头分合速度取决于挡块移动速度。当挡块移动速度低于0.4m/min时，触头切断太慢，易受电弧烧灼，这时应采用有盘形弹簧机构能瞬时动作的滚轮式行程开关，或采用具有弯形片状弹簧、更灵敏轻巧的微动开关。直动式和滚轮式行程开关的外形及动作原理分别如图1.19和图1.20所示；微动式行程开关动作原理如图1.21所示。图1.19直动式行程开关(a)外形；(b)动作原理；(c)图形符号及字母代号图1.20滚轮式行程开关(a)外形；(b)动作原理图1.21微动式行程开关动作原理常用的行程开关有JLXK1系列、LX13系列、LX19系列、LX31系列和LX32系列。其中JLXK1系列行程开关的技术数据如表1.6所示。表1.6常用JLXK1系列行程开关的技术数据1.11.3接近开关接近开关又称无触点的行程开关，它不同于普通行程开关。接近开关是一种非接触式的检测装置，当运动着的物体在一定范围内接近它时，它就能发出信号，以控制运动物体的位置。接近开关既能起开关的作用，又能起计数的作用。根据工作原理划分，接近开关有高频振荡型、电容型、霍尔效应型、感应电桥型等，其中以高频振荡型最常用。高频振荡型接近开关由感应头、振荡器、开关器和输出器等组成。当装在生产机械上的金属物体接近感应头时，由于感应作用，使处于高频振荡器线圈磁场中的金属物体内部产生涡流损耗(金属物体为铁磁体时还有磁滞损耗)，以致振荡回路因电阻增大和能耗增加而使振荡减弱，直到停止振荡。此时开关器导通，并通过输出器发出信号，以起到控制作用。接近开关具有定位精度高、操作频率高、功耗小、寿命长、使用面广和环境适应力强等优点。目前，接近开关已逐渐得到推广应用。小结本章主要介绍电气控制电路中常用电器的结构、工作原理、型号及应用，同时介绍了它们的图形符号，为正确选择和合理使用这些电器打下了基础。

(1)每种电器都有一定的使用范围和条件，要根据要求正确选用。它们的技术参数是选用的主要依据。参数可以在产品说明书及电工手册中查询。

(2)使用电器时，如：交流接触器、电磁式继电器、熔断器、热继电器、自动空气开关、温度继电器、感应式速度继电器和主令电器等，除了要根据控制要求正确选用电器的类型外，还要根据被保护、被控制电路的条件，进行必要的调整，整定动作值。

(3)通过本章的学习，重点掌握各种电器的构造、原理、图形符号、文字符号、型号意义和选择原则等。在学习时，应联系实物进行练习。低压电器是组成控制电路的基本器件，只有对低压电器有了真正的理解，才能学好控制电路的基本原理。所以，学好低压电器是学好电气控制技术的基础。思 考 与 练 习

1.电弧是怎么产生的？灭弧的基本原理是什么？交流电器的灭弧方法有哪几种?

2.接触器的主触头、辅助触头和线圈各接在什么电路中？如何连接?

3.交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题？为什么？线圈电压为220V的交流接触器，误接入380V交流电源，会发生什么问题？为什么?

4.接触器主触头在使用中产生过热的原因是什么？交流接触器在使用中线圈产生过热的原因是什么?

5.热继电器选用的原则是什么?

6.画出时间继电器的瞬时闭合动合触头、瞬时分断动断触头、延时闭合动合触头和延时分断动断触头的图形和文字符号，并说明它们在线圈得电或失电状态时的动作状态。

7.熔断器有哪些用途?一般应如何选用?在电路中应如何连接?

8.简述双金属片式热继电器的结构与工作原理。

9.何谓热继电器的整定电流，如何调节?热继电器的热元件和触头在电路中如何连接?热继电器会不会因电动机启动电流大而动作?为什么在电动机过载时会动作?

10.热继电器与熔断器在电路中功能有何不同?

11.电动机主电路中已装有熔断器，为什么还要装热继电器?它们的作用是否相同?

12.画出下列电器部件的图形符号并写出它们的文字符号：热继电器、组合开关、接触器、限位开关、速度继电器。

13.简述感应式速度继电器的工作原理。第2章电气控制电路2.1电气控制电路的绘图规则及常用符号2.2基本电气控制电路2.3电气控制线路设计基础2.4常用机床电气控制线路分析2.5维修电工考证指导(中级工)

——电机与电气控制部分小结

思考与练习

2.1电气控制电路的绘图规则及常用符号电气控制电路是用导线将电动机、低压电器和仪表连接起来并实现某种功能的电气线路。为了表达电气控制线路的组成、原理等设计意图，同时也为了便于电气元件的安装、接线、调试、运行以及维护，将电气控制线路中电气元件的连接用统一的工程语言即工程图的形式来表示，这就是电气控制系统图。电气控制系统图有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。由于用途不同，它们的绘制原则也有所差别。我们重点介绍的是电气原理图。电气原理图用来表明设备电气的工作原理、各电器元件的作用以及相互之间关系。掌握电气原理图，对于分析电气线路，排除机床电路故障是十分有益的。2.1.1电气原理图的布局为了便于阅读图纸，快速检索电气线路，往往需要将图幅分区，设立图区编号，而后再进行电气原理图的布局。图幅分区通常在图的边框处，横向自左向右用阿拉伯数字表示出不同的区域，如图2.1所示。图2.1的正中空白处即为实际电气原理图的内容所在。为了能够更为明确地表示该图的具体内容，我们可以将上面的阿拉伯数字改为实际的电路功能文字表述。这样一来，我们就可以完成电气原理图的布局了。电气原理图的合理布局主要考虑如下因素：

(1)电气原理图主电路实际内容的多少。图2.1图幅分区简图

(2)控制电路部分所要实现的功能，一般来说，控制电路所要实现的功能越多，控制电路越复杂，控制电路部分的内容越多。

(3)其他的辅助功能电路，例如电源保护部分以及指示灯电路部分(见图2.2)。当然，绘布局图比较费事，在通常的学习中，可以不做这方面的要求。2.1.2电气原理图的线条电气原理图的线条主要有粗实线、细实线、波浪线和虚线。它们具体的应用规则如下。

(1)粗实线主要应用于强电流、大功率的场合，在电气原理图中自然是电源电路和主电路部分。另外，我们绘制触头符号时，动触片也用粗实线表示。

(2)细实线主要应用于弱电流、小功率的场合，在电气原理图中就是控制电路和指示灯电路(含照明电路)部分，有时候我们也用它来对电路中某一电器的特征做出相应的解释。

(3)波浪线在表达变压器等具体的常用电器符号时用到。

(4)虚线在表达电气原理图不同位置触头是由同一连杆控制的含义时用到。图2.2所示为CW6132型车床电气原理布局图。为了方便，我们在绘图过程中，通常除了电源电线用粗实线表示外，其他电线均用细实线表示。图2.2CW6132型车床电气原理布局图2.1.3元器件符号绘制电气控制系统图时，所有电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不能采用任何非标准符号。元器件的文字符号也称文字代号，国家标准GB7159—87《电气图用文字符号》中对元件的代号有明确规定，不能随心所欲改变，以便读图与识图。表2.1列出了常用的图形和文字符号。2.1.4标注文字当图中有些内容不便使用或不能使用图形表达时，可采用标注文字进行说明，标注文字放在要说明的对象附近，也可放在图样的边框附近。表2.1常用的图形和文字符号2.2基本电气控制电路电气控制设备的种类繁多，电气控制电路也多种多样，然而任何一个复杂的电气控制电路总是由一些最基本的控制电路组成。因此，掌握了这些基本控制电路，对分析和设计复杂电气控制电路是非常有益的。基本控制电路掌握得越多，运用起来越得心应手。电气控制电路分为交流电动机和直流电动机。由于结构上的区别，两者的电气控制电路也有所区别，主要表现为直流电动机的控制电路中要有励磁电路控制。本书以介绍并励式直流电动机的启动控制电路为主。2.2.1点动控制电路一般来说，额定功率PN≤7.5kW的小型电动机启动时可以直接使用闸刀开关，然而电动机较大时，不但操作不便，灭弧困难，而且往往因为闸刀开关不能同时动作而使熔丝烧熔。为了解决这一问题，可以使用接触器，利用接触器的主触头控制电动机主回路。这样对电动机的控制也就转换为对接触器线圈的控制了。图2.3为电动机点动控制电路，动作过程为：合上电源开关QS，按下SB→KM得电→主触头吸合→接通主电路→电动机M运转；SB松开→KM失电→主触头复位→断开主电路→电动机M停转，实现点动控制。图2.3电动机点动控制电路

FU1和FU2为熔断器，它们分别实现对主电路和控制电路的短路保护。点动控制电路常用于短时工作制电气设备或精确定位的设备中，如门窗的启动控制或吊钩移动控制等。2.2.2自锁控制电路点动控制电路在连续工作时显得十分不便，为此应设计一种具有自动保持按钮动作状态的电路，这就是自锁控制电路(如图2.4所示)。自锁控制电路的动作过程为：合上电源开关QS，按下SB2→KM得电→主触头吸合→接通主电路→电动机M运转。KM得电时，辅助触头闭合，实现自锁控制。按下SB1→KM失电→主触头复位分断→断开主电路→电动机M停转。KM失电时，辅助触头复位分断，解除自锁控制。图2.4电动机自锁控制电路自锁控制电路的应用较广，一般的按钮控制均是在此基础上改动而成的。例如，图2.5所示的并励式直流电动机的稳压二极管降压启动控制电路也是在此基础上得到的。图2.5的工作过程为：合上电源开关QS，按下SB1，KM1得电，主触头吸合，接通主电路，电动机M在VDZ降压的情况下运转，时间继电器KT得电，一段时间后，KT常开触头闭合，KM2得电并自锁，将VDZ短路，电动机M全压运转。KM1得电时，辅助触头闭合，实现自锁控制。按下SB2，KM1、KM2失电，主触头复位分断，断开主电路，电动机M停转。KM1失电，辅助触头复位分断，解除自锁控制。图2.5并励式直流电动机的稳压二极管降压启动控制电路2.2.3多地控制电路电气控制中有时需要从多个地方控制一台设备，并且两地都能使其启动和停止。此电路特点：多个停止按钮串联，多个启动按钮并联。图2.6中，SB1和SB3为甲地的启动和停止按钮，SB2和SB4为乙地的启动和停止按钮，SB1和SB2为并联接法，因此无论按下哪只按钮，KM都吸合，且能自锁；SB3和SB4为串联接法，都有停止作用。因此该电路为电动机的两地控制电路。2.2.4可逆控制电路生产机械的运动部件往往要求正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能作正反向旋转。由电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向，因而常用的电动机可逆控制电路有以下几种。图2.6两地控制电路

1.倒顺转换开关可逆控制电路图2.7为倒顺转换开关可逆控制电路。其中图