《工厂电气控制与可编程序控制器》教学

1、.,第一篇 电气控制技术,0绪论 1常用低压电器 2 继电-接触器控制系统的基本控制电路 3电气控制在生产中的应用 4继电-接触器控制系统的设计,.,电气控制与可编程控制器课程是工业自动化及机电专业必修课程。电气控制与可编程控制器以电工基础和电子技术课程为知识基础、以从事机电工程技术人员为讲授对象，是以电气控制技术应用和电气工程设计为主的学科。 电气控制与可编程控制器课程教材内容分两大部分。第一部分为工厂电气控制技术，主要内容有主电路常用的低压电器、控制电路常用的电器元件、继电接触式自动控制系统、典型生产机械电器控制线路、电气控制系统的设计与安装、电气控制实训等；第二部分为可编程序控制器，以三

2、菱FX2N系列PLC为例，系统介绍了PLC的结构、工作原理、指令系统、编程方法、应用实例及实验系统。,绪 论,.,设置本课程的目的是：使同学掌握工厂电气控制系统常用元器件使用、基本控制环节、电气控制系统的设计与安装等基本知识与相关技能，从而胜任现代企业中或销售部门与电气控制系统相关的设计、维修、安装、销售及管理等工作。 学习本课程的要求是：学生应掌握常用低压电器的使用、继电接触式自动控制系统基本控制环节、典型生产机械电器控制线路、电气控制系统的设计与安装，掌握可编程序控制器的工作原理、系统组成、指令系统和编程方法，具备继电接触器式电气控制系统的设计能力、工厂常用电气设备的维修与安装能力，具有对

3、可编程控制器的应用能力。,.,1 常用低压电器,1.1概述 低压电器的概念：是指工作在交流1200 V、 直流1500 V以下的电路中，起通、断、保护、控制或调节作用的电器设备。 低压电器的分类 ： 按用途可分为低压配电电器、低压控制电器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器等。 按动作性质可分为手动电器和自动电器两种,.,低压电器的基本结构 触头的结构形式有： 桥式触头 （a，b） 指形触头 （C）,触点的结构形式,.,低压电器的基本结构 电弧 电弧产生：电弧的产生 当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，电器的触头间便会产生电弧。 电弧是高温高导

4、电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。 因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。 电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过310V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A = mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电

5、子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热

6、游离维持的。,.,低压电器的基本结构 常用灭弧方法：电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧。 1、电动力灭弧 灭弧原理： 触头断开时，两个断口处产生电弧，根据左手定则电弧受F作用 向外运动。 电弧被拉长 迅速熄灭 受冷却作用,.,2、磁吹灭弧,.,3、栅片灭弧,.,低压电器的基本结构 电磁机构 组成：吸引线圈、铁心、衔铁三大部分 分类：按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式 作用：将电磁能机械能使触点闭合或断开（动作）,.,交直流电磁机构区别,铁心 直流励磁的电磁铁 交流励磁的电磁铁 通过恒定磁通 通过交变磁通 线圈产生热量 线圈产生热量 铁心不产生热量 铁心产生热量 （无磁滞损耗与涡流损耗）

7、 （有磁滞损耗与涡流损耗） 线圈无骨架且成细长形 线圈有骨架且粗短形 （增加其和铁心接触面积） （与铁心分开） 有助于散热 以免铁心热量传给线圈 （铁心为纯铁铸成） 铁心为硅钢片叠成 降低成本 减少铁损耗,.,交直流电磁机构区别,线圈 电压线圈： 并联在电源上 电流值由电路电压和线圈阻抗决定 线圈匝数多、导线细 电流小、 采用绝缘性能好的漆包线,线圈 电压线圈： 并联在电源上 电流值由电路电压和线圈阻抗决定 线圈匝数多、导线细 电流小、 采用绝缘性能好的漆包线,.,低压电器的基本结构 交流电磁铁的短路环,.,低压控制电器的主要技术参数 额定工作电压和电流 通断能力 使用寿命 使用类别,.,型号

8、表示方法,.,表1-2 低压电器的加注通用派生代号一览表,.,1.2 接触器 接触器是一种用来频繁接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它是利用电磁吸力和弹簧反作用配合动作而使触头闭合或分断的一种电器，还具有低压释放保护的功能，并能实现远距离控制，在自动控制系统中应用得相当广泛。 接触器按其主触头通过电流的种类不同，可分为直流接触器和交流接触器。,.,交流接触器 交流接触器主要由电磁铁和触点两部分组成， 当电磁铁线圈通电后， 吸住动铁心（也称衔铁）， 使常开触点闭合， 因而把主电路接通。 电磁铁断电后， 靠弹簧反作用力使动铁心释放， 切断主电路。,.,交流接触器结构及图形符号

9、(a) 外形图； (b) 结构图； (c) 电气符号,.,交流接触器的触点分为两类， 一类接在电动机的主电路中， 通过的电流较大， 称作主触点； 另一类接在控制电路中， 通过的电流较小， 称为辅助触点。 主触点断开瞬间， 触点间会产生电弧烧坏触点， 因此交流接触器的动触点都做成桥式， 有两个断点， 以降低当触点断开时加在断点上的电压， 使电弧容易熄灭。 在电流较大的接触器的主触点上还专门装有灭弧罩， 其外壳由绝缘材料制成， 里面的平行薄片使三对主触点相互隔开， 其作用是将电弧分割成小段， 使之容易熄灭。,.,为了减小磁滞及涡流损耗， 交流接触器的铁心由硅钢片叠成。 此外， 由于交流电在一个周期

10、内有两次过零点， 当电流为零时， 电磁吸力也为零， 使动铁心振动， 噪声大。 为了消除这一现象， 在交流接触器铁心的端面一部分嵌有短路环。 在选用接触器时， 应注意它的额定电流、 线圈电压及触点数量等。 接触器的额定电压是指吸引线圈的额定电压， 额定电流是指主触点的额定电流。,.,直流接触器,.,接触器的选择 一般根据以下原则来选择接触器： （1）接触器类型 交流负载选交流接触器，直流负载选直流接触器，根据负载大小不同，选择不同型号的接触器。 （2）接触器额定电压 接触器的额定电压应大于或等于负载回路电压。 （3）接触器额定电流 接触器的额定电流应大于或等于负载回路的额定电流。对于电动机负载，

11、可按下面的经验公式计算： Ij=1.3Ie 其中： Ij为接触器主触点的额定电流； Ie为电动机的额定电流。,.,（4）吸引线圈的电压 吸引线圈的额定电压应与被控回路电压一致。 （5）触点数量 接触器的主触点、常开辅助触点、常闭辅助触点数量应与主电路和控制电路的要求一致。,.,1.3 继电器,继电器是一种根据外界输入的信号（电量，如电压、电流；非电量，如时间、速度、热量等）来控制电路的通、断的自动切换电器。其触点常接在控制电路中。值得注意的是，继电器的触点不能用来接通和分断大容量电路，这也是继电器与接触器显著的区别。 继电器的种类很多。按输入信号的不同可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、

12、热继电器、速度继电器与压力继电器等。本节主要介绍常用的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、速度继电器、热继电器和其他信号继电器。,.,1电磁式继电器 电磁式继电器是使用最多的一种继电器，其基本结构和动作原理与接触器大致相同。但继电器是用于切换小电流的控制和保护电器，其触点种类和数量较多，体积较小，动作灵敏，无需灭弧装置。 (1)电流继电器 电流继电器是根据线圈中电流的大小而控制电路通、断的控制电器。它的线圈是与负载串联的，线圈的匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电磁式电流继电器结构如图1-9（a）所示。,.,电流继电器又有过电流继电器和欠电流继电器之分。当线圈电流超过整定值时衔铁吸合、触点

13、动作的继电器，称为过电流继电器，它在正常工作电流时不动作 。过电流继电器的图形符号、文字符号如图1-9（b）所示。 当线圈电流降到某一整定值时衔铁释放的继电器，称为欠电流继电器。通常它的吸引电流为额定电流的3050，而释放电流为额定电流的1020，正常工作时衔铁是吸合的。欠电流继电器的文字符号、图形符号如图1-9（c）所示。,.,（a）电磁式电流继电器结构示意图 （b）过电流继电器（c）欠电流继电器 图19 电流继电器的结构示意图及符号,.,(2) 电压继电器 电压继电器是根据线圈两端电压大小而控制电路通断的控制电器。它的线圈是与负载并联的，线圈的匝数多，导线细，线圈的阻抗大。 电压继电器又分

14、为过电压继电器和欠电压继电器。过电压继电器是在电压为110115的额定电压以上动作，而欠电压继电器在电压为4070额定电压动作。它们的图形符号、文字符号如图110所示。常用的电压继电器有JT4等系列。,（a）过电压 （b）欠电压 （c）常开触点 （d）常闭触点 图1-10 电压继电器符号,.,(3) 中间继电器 中间继电器实际上也是一种电压继电器，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。它在电路中常用来扩展触点数量和增大触点容量。中间继电器的图形符号、文字符号如图111（）所示。常用的中间继电器有JZ12、JZ7、JZ8等系列。图111（b）为JZ7型中间继电器结构图

15、。,.,（a）图形、文字符号 （b）中间继电器的结构示意图 图111 中间继电器的结构示意图和符号,.,2 时间继电器 在生产中， 经常需要按一定的时间间隔来对生产机械进行控制。这类自动控制称为时间控制。 时间控制通常是利用时间继电器来实现的。 时间继电器是一种能使感受部分在感受信号（线圈通电或断电）后，自动延时输出信号（触点闭合或分断）的继电器。时间继电器的种类很多，主要有电磁式、空气阻尼式、晶体管式等。时间继电器的符号如图1-12所示。 目前应用较多的是空气阻尼式和晶体管式。,.,空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的， 它由电磁机构、 延时机构、 触头三部

16、分组成， 其外形及结构如下图所示。,.,空气阻尼式时间继电器结构图,.,上图是通电延时的空气阻尼式时间继电器的结构和触头符号。 线圈1通电后， 吸下动铁心2， 活塞3因失去支撑， 在释放弹簧4的作用下开始下降， 带动伞形活塞5和固定在其上的橡皮膜6一起下移， 在膜上面造成空气稀薄的空间， 活塞由于受到下面空气的压力， 只能缓慢下降。 经过一定时间后， 杠杆8才能碰触微动开关9， 使常闭触点断开， 常开触点闭合。 可见， 从电磁线圈通电开始到触点动作为止， 中间经过一定的延时， 这就是时间继电器的延时作用。 延时长短可以通过螺钉10调节进气孔的大小来改变。 空气阻尼式时间继电器的延时范围较大，

17、可达0.4180 s。,.,当电磁线圈断电后， 活塞在恢复弹簧11的作用下迅速复位， 气室内的空气经由出气孔12及时排出， 因此， 断电不延时。,.,通电延时的空气阻尼式时间继电器结构示意图,.,晶体管式时间继电器 晶体管式时间继电器也称为半导体式时间继电器， 它主要利用电容对电压变化的阻尼作用作为延时环节而构成。 其特点是延时范围广， 精度高， 体积小， 便调节， 寿命长， 是目前发展最快、 最有前途的电子器件。 下图是采用非对称双稳态触发器的晶体管时间继电器原理图。,.,晶体管式时间继电器原理图,.,整个线路可分为主电源、 辅助电源、 双稳态触发器及其附属电路等几部分。 主电源是有电容滤波

18、的半波整流电路， 它是触发器和输出继电器的工作电源。 辅助电源是也带电容滤波的半波整流电路， 它与主电源叠加起来作为R、 C环节的充电电源。 另外， 在延时过程结束， 二极管V3导通后， 辅助电源的正电压又通过R和V3加到晶体管V5的基极上， 使之截止， 从而使触发器翻转。,.,触发器的工作原理是： 接通电源时， 晶体管V5处于导通状态， V6处于截止状态。 主电源与辅助电源叠加后， 通过可变电阻R和R1对电容器C充电。 在充电过程中， a点的电位逐渐升高， 直至高于b点的电位， 二极管V3则导通， 使辅助电源的正电压加到晶体V5的基极上。 这样， V5就由导通变为截止， 而V6则由截止变为导

19、通， 使触发器发生翻转。 于是， 继电器K便动作； 通过触头发出相应的控制信号。 与此同时， 电容器C经由继电器的常开触头对电阻R4放电， 为下一步工作做准备。,.,3 热继电器 电动机在工作时， 当负载过大、 电压过低或发生一相断路故障时， 电动机的电流都要增大， 其值往往超过额定电流。 如果超过不多， 电路中熔断器的熔体不会熔断， 但时间长了会影响电动机的寿命， 甚至烧毁电动机， 因此需要有过载保护。 热继电器用于电动机的过载保护， 它是利用电流热效应使双金属片受热后弯曲， 通过联动机构使触点动作的自动电器。 下图是热继电器的结构及图形符号。,.,.,它由发热元件、 双金属片、 触点及一套

20、传动和调整机构组成。 发热元件是一段阻值不大的电阻丝， 串接在被保护电动机的主电路中。 双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。 图中所示的双金属片， 下层一片的热膨胀系数大， 上层的小。 当电动机过载时， 通过发热元件的电流超过整定电流， 双金属片受热向上弯曲脱离扣板， 使常闭触点断开。 由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的， 它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电， 从而接触器主触点断开， 电动机的主电路断电， 实现了过载保护。,.,热继电器动作后， 双金属片经过一段时间冷却， 按下复位按钮即可复位。 热继电器的主要技术数据是整定电流。 整定电流是指长期通过发热元件而不致使热继电器

21、动作的最大电流。 当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20时， 热继电器应在20分钟内动作。 热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变。 选用和整定热继电器时一定要使整定电流值与电动机的额定电流一致。,.,由于热继电器是间接受热而动作的， 热惯性较大， 因而即使通过发热元件的电流短时间内超过整定电流几倍， 热继电器也不会立即动作。 只有这样， 在电动机起动时热继电器才不会因起动电流大而动作， 否则电动机将无法起动。 反之， 如果电流超过整定电流不多， 但时间一长也会动作。 由此可见， 热继电器与熔断器的作用是不同的， 热继电器只能作过载保护而不能作短路保护， 而熔断器则只能作短路保护而

22、不能作过载保护。 在一个较完善的控制电路中， 特别是容量较大的电动机中， 这两种保护都应具备。,.,热继电器的选用 热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。通常选用时应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合加以考虑。 原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器(主要是发热元件)的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器的额定电流(实际上是选取发热元件的额定电流)为电动机额定电流的6080。,.,在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间

23、不超过6s时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取热继电器。 当电动机为重复短时工作时，首先注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不能使用。对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可采用装入电动机内部的温度继电器。,.,热继电器使用中应注意的问题 热继电器尽管选用得当，但使用不当时也会造成对电动机过载保护的不可靠，因此，必须正确使用热继电器。 热继电器本身的额定电流等级并不多，但其发热元件编号很多。每一种编号都有一定的电流整定范围，故在使用上先应使发热元件的电流与电动机的电流相适应，然

24、后根据电动机实际运行情况再做上下范围的适当调节。,.,热继电器有手动复位和自动复位两种方式。对于重要设备，当热继电器动作之后，必须待故障排除后方可重新启动电动机，宜采用手动复位方式；如果热继电器和接触器的安装。地点远离操作地点，且从工艺上又易于看清楚过载情况，则宜采用自动复位式。 热继电器的出线端的连接导线，须严格规定选用。这是因为导线的材料和其线径大小均能影响发热元件端点传导到外部热量的多少。导线过细，轴向导热较差，热继电器可能提前动作；反之，导线过粗，轴向导热快，热继电器可能延迟动作。按规定，连接导线应为铜线，若不得已要用铝线，导线的截面积应放大18倍。除此之外，出线端螺钉应当拧紧，以免因

25、螺钉松动导致接触电阻增大，影响发热元件的温升，最终可能使保护特性不稳定而引起误动作。,.,热继电器和电动机的周围介质温度应尽量相同，否则会破坏已整调好的配合情况。例如，当电动机安装于高温处，而热继电器却安装于低温处时，热继电器动作将会延迟；反之，热继电器的动作将会提前。 热继电器必须按照产品说明书中规定的方式安装。当与其他电器装在一起时，应将热继电器装在其他电器的下方，以免其动作特性受其他电器发热的影响。 使用中应定期去除尘埃和污垢。若双金属片中出现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻揩拭，切忌用砂纸打磨。 使用中每年要通电校验一次。另外，当主电路发生短路事故后，应检查发热元件和双金属片是否已发生永久性

26、变形。若发生变形或无法作出判断时，则应进行通电试验。在调整时，绝不允许弯折双金属片。,.,4速度继电器 速度继电器是根据电磁感应原理制成的，主要由转子、定子和触点三部分组成，其结构如图116所示。其工作原理是：套有永久磁铁的轴与被控电动机的轴相连，用以接受转速信号，当速度继电器的轴由电动机带动旋转时，磁铁磁通切割圆环内的笼型绕组，绕组感应出电流，该电流与磁铁磁场作用产生电磁转矩，在此转矩的推动下，圆环带动摆杆克服弹簧力顺电动机方向偏转一定角度，并拨动触点改变其通断状态。调节弹簧松紧可调节速度继电器的触点在电动机不同转速时切换。 速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动。当反接制动的电动机转速

27、下降到接近零时，能自动切断电源。速度继电器的符号如图117所示。,.,.,5 温度继电器 电动机出现过载电流时，会使其绕组温升过高，而利用发热元件可间接地反映出绕组温升的高低，热继电器就可以起到电动机过载保护的作用。然而，即使电动机不过载，由于电网电压升高，会导致铁损增加而使铁心发热，这样也会使绕组温升过高，或者电动机环境温度过高以及通风不良等，同样会使绕组温度过高。出现后两种情况时，若用热继电器已显得无能为力。为此，出现了按温度原则动作的继电器，这就是温度继电器。,.,温度继电器是埋设在电动机发热部位，如电动机定子槽内、绕组端部等，可直接反映该处发热情况，无论是电动机本身出现过载电流引起温度

28、升高，还是其他原因引起电动机温度升高，温度继电器都可引起保护作用。不难看出，温度继电器具有“全热保护”作用。 温度继电器大体上有两种类型，一种是双金属片式温度继电器，另一种是热敏电阻式温度继电器。,.,双金属片式温度继电器 JW2系列温度继电器就是一种双金属片温度继电器，其结构组成如图1-18所示。 在结构上它是封闭式的，其内部有盘式双金属片2，此双金属片左面为主动层，右面为被动层。动触点8铆在双金属片上，且经由导电片3、外壳l与连接片4相连，静触点6与连接片4相连。当电动机发热部位温度升高时，产生的热量通过外壳1传导给其内部的双金属片，当达到一定温度时双金属片开始变形，双金属片及动触点向图中

29、左方瞬动地跳开，从而控制接触器使电动机断电达到过热保护的目的。当故障排除后，发热部位温度降低，双金属片也反向弹回而使触点重新复位。,.,图118 JW2系列温度继电器 1一外壳；2一双金属片；3一导电片；4一连接片 5，7一绝缘垫片；6一静触点；8一动触点,.,双金属片式温度继电器的动作温度是以电动机绕组绝缘等级为基础来划分的，它共有50、60、70、80、95、105、115、125、135、145、165等11个规格。继电器的返回温度因动作温度而异，一般比动作温度低540。 双金属片式温度继电器的缺点是加工工艺复杂，且双金属片又容易老化。另外，由于体积偏大而多置于绕组的端部，故很难反映温度

30、上升的情况，以致发生动作滞后的现象。同时，也不宜用来保护高压电动机，因为过强的绝缘层会加剧动作的滞后现象。,.,热敏电阻式温度继电器 这种继电器的外型同一般晶体管式时间继电器相似，但作为温度检测元件的热敏电阻不装在继电器中，而是装在电动机定子槽内或绕组的端部。热敏电阻是一种半导体器件，根据材料性质来分有正温度系数和负温度系数两种热敏电阻。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、灵敏度高等优点而得到广泛应用和迅速发展。 没有电源变压器的正温度系数热敏电阻式温度继电器电路如图1-19所示。 图中RT，是表示各绕组内埋设的热敏电阻串联后的总电阻，它同电阻R3、R4、R6构成一电

31、桥。,.,由晶体管VT1、VT2构成的开关接在电桥的对角线上。当温度在65以下时，RT大体为一恒值且比较小，电桥处于平衡状态，VT1及VT2截止，晶闸管VS不导通，执行继电器KA不动作。当温度上升到动作温度时，RT阻值剧增，电桥出现不平衡状态而使VT1及VT2导通，晶闸管VS获得门极触发电流而导通，执行继电器KA线圈有电而使衔铁吸合，其常闭触点分断接触器线圈从而使电动机断电，实现了电动机的过热保护。当电动机温度下降至返回温度时，RT阻值锐减，电桥恢复平衡使VS关断，执行继电器线圈断电而使衔铁释放。 在热敏电阻式温度继电器中，执行继电器的任务是控制主电路接触器的线圈电路，因此，完全可以用一只双向

32、晶闸管来代替执行继电器，直接控制接触器的线圈。 温度继电器的触点在电路图中的图形符号与电压或电流继电器相同，只是在符号旁标注字母“”即可。,.,图1-19 热敏电阻式温度继电器电路,.,6压力继电器 压力继电器广泛用于各种气压和液压控制系统中，通过检测气压或液压的变化，发出信号，控制电动机的启停，从而提供保护。 图1-20为一种简单的压力继电器结构示意图，由微动开关、给定装置、压力传送装置及继电器外壳等几部分组成。给定装置包括给定螺帽、平衡弹簧等。压力传送装置包括人油口管道接头、橡皮膜、及滑杆等。当使用于机床润滑油泵的控制时，润滑油经管道接头人油口进入油管，将压力传送给橡皮膜，当油管内的压力达

33、到某给定值时，橡皮膜便受力向上凸起，推动滑杆向上，压合微动开关，发出控制信号。旋转弹簧上面的给定螺帽，便可调节弹簧的松紧程度，改变动作压力的大小，以适应控制系统的需要。,.,图1-20 压力继电器结构简图 1一微动开关；2一滑杆；3一弹簧； 4一橡皮膜；5一入油口,.,7 液位继电器 某些锅炉和水柜需根据液位的高低变化来控制水泵动机的启停，这一控制可由液位继电器来完成。图1-21为液位继电器的结构示意图。浮筒置于被控锅炉或水柜内，浮筒的一端有一根磁钢，锅炉外壁装有一对触点，动触点的一端也有一根磁钢，它与浮筒一端的磁钢相对应。当锅炉或水柜内的水位降低到极限值时，浮筒下落使磁钢端绕支点A上翘。由于

34、磁钢同性相斥的作用，使动触点的磁钢端被斥下落，通过支点B使触点1-1接通，2-2断开。反之，水位升高到上限位置时，浮筒上浮使触点2-2接通，1-1断开。显然，液位继电器的安装位置决定了被控的液位。,.,图1-21 JYF-02液位继电器,.,8 干簧继电器 干簧继电器由于其结构小巧、动作迅速、工作稳定、灵敏度高等优点，近年来得到广泛的干簧继电器的主要部分是干簧管，它由一组或几组导磁簧片封装在惰性气体(如氦、氮等气体)的玻璃管中组成开关元件。导磁簧片又兼作接触簧片，即控制触点，也就是说，一组簧片起开关电路和磁路双重作用。图122为干簧继电器的结构原理图，其中图(a)表示利用线圈内磁场驱动继电器动

35、作，图(b)表示利用外磁场驱动继电器动作。在磁场作用下，干簧管中的两根簧片分别被磁化而相互吸引，接通电路。磁场消失后，簧片靠本身的弹性分开。,.,图122 干簧继电器的结构原理,.,干簧继电器特点： 接触点与空气隔绝，可有效地防止老化和污染，也不会因触点产生火花而引起附近易燃物的燃烧。 触点采用金、钯的合金镀层，接触电阻稳定，寿命长，为1001000万次。 动作速度快，为13ms，比一般继电器快510倍。 与永久磁铁配合使用方便、灵活。可与晶体管配套使用。 承受电压低，通常不超过250V。,.,1.4主令电器 主令电器是自动控制系统中用来发送控制命令的电器。常见的主令电器有控制按钮、行程开关、

36、万能转换开关等。,.,1按钮 按钮又称控制按钮， 也是一种简单的手动开关， 通常用于发出操作信号， 接通或断开电流较小的控制电路， 以控制电流较大的电动机或其他电气设备的运行。 按钮的结构和图形符号如图1-23所示， 它由按钮帽、 动触点、 静触点和复位弹簧等构成。 将按钮帽按下时， 下面一对原来断开的静触点被桥式动触点接通， 以接通某一控制电路； 而上面一对原来接通的静触点则被断开， 以断开另一控制回路。,.,手指放开后，在弹簧的作用下触点立即恢复原态。 原来接通的触点称为常闭触点， 原来断开的触点称为常开触点。 因此， 当按下按钮时， 常闭触点先断， 常开触点后通； 而松开按钮时， 常开触

37、点先断， 常闭触点后通。有时间先后的问题。 为了标明各个按钮的作用， 避免误操作， 通常将按钮帽做成不同的颜色， 以示区别。 按钮帽的颜色有红、 绿、 黑、 黄、 蓝等， 一般用红色表示停止按钮， 绿色表示起动按钮。,.,图1-23 按钮结构及其电气符号 (a) 结构图； (b) 符号图,.,常用的控制按钮有LA2、LAl8、LA20、LAYl和SFAN一1型系列按钮。其中SFAN-1型为消防打碎玻璃按钮。LA2系列为仍在使用的老产品，新产品有LAl8、LAl9、LA20等系列。其中LAl8系列采用积木式结构，触点数目可按需要拼装至六常开六常闭，一般装成二常开二常闭。LAl9、LA20系列有带

38、指示灯和不带指示灯两种，前者按钮帽用透明塑料制成，兼作指示灯罩。,.,2 行程开关 行程开关又称限位开关， 是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的自动电器， 用于控制生产机械的运动方向、 行程大小或位置保护等。 行程开关的种类很多， 但其结构基本一样， 不同的仅是动作的传动装置。 图1-10为行程开关的外形图。,.,从结构上来看， 行程开关可分为三部分： 操作机构、 触点系统、 外壳， 其中单轮和径向传动杆式行程开关可自动复位， 而双轮行程开关不能自动复位。 下图为行程开关的动作原理图。,.,滚轮式行程开关结构示意图,.,图1-26 滚轮式行程开关外形图 (a) 单轮旋转式； （

39、b） 双轮旋转式； （c） 电气符号,.,微动开关,.,行程开关动作原理图,.,由于半导体元件的出现，产生了一种非接触式的行程开关，这就是接近开关。当生产机械接近它到一定距离范围之内时，它就能发出信号，以控制生产机械的位置或进行计数。 从原理上看，接近开关有高频振荡型、感应电桥型、霍尔效应型、光电型、永磁及磁敏元件型、电容型及超声波型等多种形式，其中以高额振荡型为最常用，占全部接近开关产量的80以上。我国生产的接近开关也是高频振荡型的，它包括感应头、振荡器、开关器、输出器和稳压器等几部分。,.,万能转换开关是具有更多操作位置和触点、能够换接多个电路的一种手动控制电器。由于它能控制多个回路，适应

40、复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。,万能转换开关主要用作电气控制电路的换接 。,LW6系列万能转换开关结构示意图,3万能转换开关,.,图130 LW6系列万能转换开关,.,1.5 其他常用低压电器,1熔断器 熔断器是一种用于短路保护的电器，它是由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的绝缘底座或绝缘管等组成。熔断器的符号如图131所示。 熔体呈片状或丝状，用易熔金属材料如锡、铅、铜、银及其合金等制成，熔丝的熔点一般在200300。熔断器使用时是串接在要保护的电路上，当正常工作时，熔体相当于一根导体，允许通过一定的电流，熔体的发热温度低于熔化温度，因此长期不熔断；而当电路发生短路或严重过载故障时，

41、流过熔体的电流大于允许的正常发热的电流，使得熔体的温度不断上升，最终超过熔体的熔化温度而熔断，从而切断电路，保护了电路及设备。熔体熔断后要更换熔体，电路才能重新接通工作。,.,熔断器的主要技术参数有：额定电压、熔体的额定电流、支持件的额定电流、极限分断能力等，见表110所列。 常用的熔断器有瓷插式熔断器 、螺旋式熔断器、螺旋式快速熔断器及有填料封闭管式熔断器等类型。,.,熔断器的结构示意图,.,图1-31 熔断器 (a) 瓷插式熔断器； (b) 无填料封闭管式熔断器； (c) 螺旋式熔断器； (d) 有填料封闭管式熔断器； （e） 电气符号,.,熔断器的选用: 在照明和电热电路中选用的熔体额定

42、电流应等于或略大于保护设备的额定电流， 而保护电动机的熔体为了防止在起动时被熔断，又能在短路时尽快熔断， 一般可选用熔体的额定电流约等于电动机额定电流的（1.52.5）倍。,.,2 刀开关 刀开关又称闸刀开关， 是结构最简单的手动电器， 如图1-32所示， 由静插座、 手柄、 动触刀、 铰链支座和绝缘底板组成。 刀开关在低压电路中用于不频繁接通和分断电路， 或用来将电路与电源隔离。 按极数不同刀开关分单极（单刀）、 双极（双刀）和三极（三刀）三种， 单刀和三刀在电路图中的符号如图1-32所示。,.,图1-32 刀开关的基本结构及电气符号 (a) 结构； (b) 电气符号,(a),.,封闭式负荷

43、开关(铁壳开关),.,3 组合开关 组合开关又称转换开关， 是手动控制电器。 它是一种凸轮式的作旋转运动的刀开关。 组合开关主要用于电源引入或5.5 kW以下电动机的直接起动、 停止、 反转、 调速等场合。 按极数不同， 组合开关有单极、 双极、 三极和多极结构， 常用的为HZ10系列组合开关。 HZ10系列组合开关的结构及图形符号如图1-35所示。,.,图1-35 HZ10系列组合开关结构图 (a) 外形； （b） 电气符号,.,4 低压断路器（自动开关） 低压断路器又称自动空气开关、 自动空气断路器或自动开关， 它是一种半自动开关电器。 当电路发生严重过载、 短路以及失压等故障时， 低压断

44、路器能自动切断故障电路， 有效保护串接在它后面的电气设备。 在正常情况下， 低压断路器也可用于不频繁接通和断开的电路及控制电动机。 低压断路器的保护参数可以人为整定， 使用安全、 可靠、 方便， 是目前使用最广泛的低压电器之一。,.,低压断路器按其用途和结构特点可分为框架式低压断路器、 塑料外壳式低压断路器、 直流快速低压断路器和限流式低压断路器等。 下面主要介绍塑料外壳式和框架式低压断路器。,.,塑料外壳式低压断路器 塑料外壳式低压断路器又称装置式低压断路器或塑壳式低压断路器， 一般用作配电线路的保护开关、 电动机及照明线路的控制开关等。 其外形及内部结构如图1-37所示， 它主要由触头系统

45、、 灭弧装置、 自动与手动操作机构、 外壳、 脱扣器等部分组成。 根据功能的不同， 低压断路器所装脱扣器主要有电磁脱扣器（用于短路保护）、 热脱扣器（用于过载保护）、 失压脱扣器、 过励脱扣器以及由电磁和热脱扣器组合的复式脱扣器等。 脱扣器是低压断路器的重要部分， 可人为整定其动作电流。,.,图1-37 常用塑壳式低压断路器外形及内部结构图 (a) 外形； (b) DZ5型内部结构； (c) DZ10型外形；(d) 图形符号,.,塑壳式低压断路器工作原理如图1-38所示。 其中， 触头2合闸时， 与转轴相连的锁扣扣住跳扣4， 使弹簧1受力而处于储能状态。 正常工作时， 热脱扣器的发热元件10温

46、升不高， 不会使双金属片弯曲到顶动6的程度； 电磁脱扣器13的线圈磁力不大， 不能吸住12去拔动6， 开关处于正常供电状态。 如果主电路发生过载或短路， 电流超过热脱扣器或电磁脱扣器动作电流时， 双金属片11或衔铁12将拨动连杆6， 使跳扣4被顶离锁扣3， 弹簧1的拉力使触头2分离切断主电路。 当电压失压和低于动作值时， 线圈9的磁力减弱， 衔铁8受弹簧7拉力向上移动， 顶起6使跳扣4与锁扣3分开切断回路， 起到失压保护作用。,.,图1-38 DZ型塑壳式低压断路器工作原理图,.,框架式低压断路器 框架式低压断路器又叫万能式低压断路器， 主要用于40100 kW电动机回路的不频繁全压起动， 并

47、起短路、 过载、 失压保护作用。 其操作方式有手动、 杠杆、 电磁铁和电动机操作四种， 额定电压一般为380 V， 额定电流有204000 A若干种。 常用的框架式低压断路器有DW系列等， 其所有零部件都安装在框架上， 它的热脱扣器、 电磁脱扣器和失压脱扣器等保护原理与塑壳式相同。,.,自动开关的选用原则： 自动开关的额定电压和额定电流应不小于电路的额定电压和最大工作电流；热脱扣器的整定电流应与所控制的符号的额定工作电流一致；欠电压脱扣器额定电压应等于线路额定电压；电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负荷电流正常工作时的最大电流。 对于单台电动机，DZ系列自动开关电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流I

48、z为 I z（1.51.7） I q 其中：I q为电动机的起动电流。,.,对于多台电动机，DZ系列自动开关电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流I z为 Iz（1.5 1.7）Iqmax 其他电动机额定电流 其中：Iqmax 为最大的一台电动机的起动电流。,.,5 漏电保护自动开关 漏电保护自动开关又称为漏电自动开关或漏电断路器，它是作为低压交流电流中的配电、电动机过载、短路保护、漏电保护等用途。漏电保护自动开关主要由三部分组成：自动开关、零序电流互感器和漏电脱扣器。实际上，漏电保护自动开关就是在一般的自动空气开关的基础上，增加了零序电流互感器和漏电脱扣器来检测漏电情况。因此，当人身触电或设备漏电时能

49、够迅速切断故障电路，避免发生人身和设备受到危害。,.,常用的漏电保护自动开关有电磁式和电子式两大类。电磁式漏电保护自动开关又分为电压型和电流型。 电流型的漏电保护自动开关比电压型的性能较为优越，所以目前使用的大多数漏电保护自动开关为电流型的。下面就介绍电磁式电流型的漏电保护自动开关。 根据其保护的线路又可分为三相和单相漏电保护自动开关。,.,三相漏电保护自动开关 图139所示为电磁式电流型的三相漏电保护自动开关的原理图。 电路中的三相电源线穿过零序电流互感器1的环形铁心，零序电流互感器的输出端与漏电脱扣器2相联结，漏电脱扣器的衔铁被永久磁铁吸住，拉紧了释放弹簧。当电路正常时，三相电流的向量和为

50、零，零序电流互感器的输出端物输出，漏电保护自动开关处于闭合状态。,.,当有人触电或设备漏电时，漏电电流或触电电流从大地流回变压器的中性点，此时，三相电流的向量和不为零，零序电流互感器的输出端有感应电流Is输出，当Is足够大时，该感应电流使得漏电脱扣器产生的电磁吸力抵销掉永久磁场所产生的对衔铁的电磁吸力，漏电脱扣器释放弹簧的反力就会将衔铁释放，漏电闭合自动开关触点动作，切断电路是触电的人或漏电的设备与电源脱离，起到漏电保护的作用。三相漏电保护自动开关主要用于动力线路或照明线路上。,.,图139 电磁式电流动作型的漏电保护自动开关原理图,.,单相漏电保护自动开关 对于单相电路的漏电保护自动开关，其

51、保护原理类似于三相漏电保护自动开关。 不同的是，单相漏电保护自动开关穿过零序电流互感器的导线是相线和中线。当线路正常时，相线和中线电流的向量和为零，因此零序电流互感器的铁心中的磁通也为零，互感器的二次回路无输出，漏电保护自动开关的触电处于闭合状态；而当出现人身触电或设备漏电时，相线和中线的矢量和不为零，互感器的二次侧有输出，如该输出电流大于漏电脱扣器的动作电流，则漏电脱扣器动作，使漏电保护自动开关的触点断开，从而切断电路，保护人身和设备的安全。,.,单相漏电保护自动开关一般用于学校、办公室、家庭等单相用电线路上，其额定电压为交流220V，额定电流为1516A或32A左右，额定动作电流为30mA

52、，漏电脱扣器动作时间小于0.1s。,.,漏电保护自动开关的选用原则 漏电保护开关的额定电压应与电路的工作电压相适应。 漏电保护开关的额定电流必须大于电路的最大工作电流。 漏电动作电流和动作时间应按分级保护原则和线路泄露电流的大小来选择。,.,分级保护的原则： 第一级干线保护，是以消除事故隐患为目标的保护，主要是以消除用电设备外壳带电及单相接地故障。漏电保护自动开关的漏电动作电流应小于线路单相接地故障电流（一般单相接地故障为200mA以上），因此干线保护的漏电保护动作电流可选择在60-120mA之间。 第二级是线路末端线路或设备保护，以防止触电为主要目标。动作电流应小于人体安全电流。通常取漏电动

53、作电流在30mA以下，漏电动作时间（从漏电发生到开关动作完成的全程时间）小于0.1s的漏电保护开关。同时，任何供电线路和电气设备都有一定的泄露电流，因此漏电开关的漏电动作电流应考虑大于线路的正常泄露电流。例如，工厂线路及用电设备可选漏电动作电流为75mA、漏电不动作电流40mA、漏电全程时间为0.1s的漏电保护自动开关。,.,漏电保护自动开关的安装和使用 漏电保护开关有单极、两极、三极和四极之分。单极和两极用于照明电路，三极用于三相对称负荷，四极用于动力照明线路。 使用和安装时要注意： 漏电保护开关要安装在通风、干燥环境中，应避免灰尘和有害气体，远离交流接触器。 安装时进线和出线不能接错，相线

54、和中线不能接错。为了检查漏电保护开关的动作性能，漏电保护开关都设有试验按钮。安装完毕、漏电开关保护正常供电后，按下试验按钮，如果脱扣器动作，漏电保护开关打开，则证明漏电保护开关工作正常，否则必须重新检查接线或更换。,.,使用和安装时要注意： 对带有过载短路保护脱扣器的漏电保护开关，安装时可不必加装熔断器，而对不带短路保护的漏电保护开关（大多数单极、两极漏电保护开关均属此类），接线时应在其前加装熔断器。 漏电保护开关可用于接地保护电网，但用了漏电保护开关后，系统零线不得重复接地。对接零保护线路安装漏电保护开关时，中性线应穿过零序电流互感器，但保护接零线不得穿过零序电流互感器。 为了防止漏电保护开

55、关误动作，不能将未安装漏电保护开关的设备和安装了漏电保护开关的设备共用一套接地装置，各个被保护支路应有各自的专用零线，相邻保护支路的零线不能就近相接等。,., 继电器接触器控制系统的 基本控制电路 在工业、农业、交通运输等部门中，广泛使用着各种生产机械，它们大都以电动机作为动力来进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，最常见的是继电接触器控制方式，又称电气控制。 电气控制线路是把各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连接起来组成的控制线路。它的作用是：实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制，实现对拖动系统的保护，满足生产工艺要求，

56、实现生产过程自动化。,.,2.1 组成电气控制线路的基本环节,1自锁控制工作原理 图2-1所示为三相异步电动机单向全压启动、停止控制线路。主电路由刀开关QS、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成。控制回路由常闭触点FR、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器线圈KM和常开触点KM组成，这也是最典型最好的启动、停止控制线路。,.,图2-1 三相异步电动机单向全压启动、停止控制线路,.,自锁控制的工作原理分析： 启动时，合上QS，按下按钮SB2，则KM线圈有电，接触器KM吸合，主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时KM的辅助常开触点也闭合，使KM吸引线圈经两条路

57、通电。这样，当松手SB2复位跳开时，KM线圈照样通电处于吸合状态，使电动机进入正常运行。这种依靠接触器自身的触点保持通电的现象称为自锁。 要使电动机停止运转，只要按一下停止按钮SB1即可，按下SB2，线圈KM断电释放，则KM的主触点断开电源，电动机自停车到转速为零，同时辅助常开触点也断开，控制回路解除自锁，所以手松开按钮，控制回路也不能再自行启动。,.,电路的几种保护 短路保护 熔断器FU是作为主电路短路保护用的，但达不到过载保护的目的。这是因熔断器的规格是根据电动机的启动电流大小作适当选择的，另一方面熔断器的保护特性分散性很大，即使是同一种规格的熔断器，其特性曲线也往往很不相同。 过载保护

58、热继电器FR是作为过载保护用的。由于继电器热惯性很大，即使热元件流过几倍的额定电流，热继电器也不会立即动作，因此在电动机启动时间不长的情况下，热继电器是不会动作的。只有过载时间比较长，热继电器动作，常闭触点FR断开，接触器KM线圈失电跳闸、主触点KM断开主电路，电动机停止运转，实现了电动机的过载保护。,.,电路的几种保护 欠压保护和失压保护 依靠接触器本身实现。当电源电压低到一定程度或失电，接触器KM就会释放，主触点把主电源断开，电动机停止运转。这时如果电源恢复，由于控制电路失去自保，电动机不会自行启动。只有操作人员再次按下启动按钮SB2，电动机才会重新启动，这又叫零压保护。 欠压保护可以避免电机在低压下运行损坏电机。零压保护一方面可以避免电动机同时启动而造成电源电压严重下降；另一方面防止电动机自行再启动运转而可能造成的设备和人身事故。,.,2互锁控制工作原理 各种生产机械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动，这就要求电动机能正反向工作。三相异步电动机可借助正反向接触器改变定子绕组相序来实现正反向工作，其线路如图2-2所示。当误操作同时按正反向按钮SB2和SB3时，若采用图2-2(a)所示线路，将造成短路故障，如图中虚线所示，因此正反向工作间需要有一种联锁关系。通常采用图2-2(b)所示的电路，将其中一个接触器的常闭触点串入另一个