電氣控制與plc第一章

第1篇電氣控制與PLC電氣控制技術(shù)合肥工業(yè)大學(xué)王建平朱程輝編寫第1章電氣控制與PLC常用低壓電器

本章摘要1.1低壓電器概述1.2接觸器1.3控制繼電器1.4其他常用低壓電器1.1低壓電器概述

電器對(duì)電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測(cè)和保護(hù)的作用。在電力輸配電系統(tǒng)和電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中電器的應(yīng)用極為廣泛。隨著電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些電器元件可能被電子電路所取代。

由于電器元件本身也朝著新的領(lǐng)域擴(kuò)展，例如：電器元件性能的提高；新型電器元件的產(chǎn)生；機(jī)、電、儀一體化電器元件的實(shí)現(xiàn)；電器元件應(yīng)用范圍的擴(kuò)展等，而且有些電器元件有其特殊性，因此電器元件是不可能完全被取代的，以繼電器、接觸器等工業(yè)電器為基礎(chǔ)的電氣控制技術(shù)仍具有相當(dāng)重要的地位。

所謂電器是一種根據(jù)外界的信號(hào)和要求，手動(dòng)或自動(dòng)地接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備。低壓電器通常指工作在交流電壓1200V、直流電壓1500V以下的電路中的電氣設(shè)備。

本章主要介紹電氣控制系統(tǒng)中常用的各種低壓電器元件的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)規(guī)格，不涉及元器件的設(shè)計(jì)，而著重于元件的應(yīng)用。1.1.1低壓電器的分類1.1.2

電氣控制系統(tǒng)常用低壓電器1.1.3

國內(nèi)低壓電器的發(fā)展概述1.1.1低壓電器的分類分類方法：按工作電壓等級(jí)分類按動(dòng)作原理分類按用途分類按工作電壓等級(jí)分類1)高壓電器：用于交流電壓1200V、直流1500V及以上電路中的電器，例如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。2)低壓電器：用于交流50Hz（或60Hz）額定電壓1200V一下、直流額定電壓1500V以下的電路內(nèi)起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器，例如接觸器、繼電器等。按動(dòng)作原理分類1)手動(dòng)電器：通過人的操作發(fā)出動(dòng)作指令的電器，例如刀開關(guān)、按鈕等。2)自動(dòng)電器：產(chǎn)生電磁吸力而自動(dòng)完成動(dòng)作指令的電器，例如接觸器、繼電器、電磁閥等。按用途分類1)控制電器，用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，例如接觸器、繼電器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等。2)配電電器，用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器、低壓斷路器等。3)主令電器，用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)送動(dòng)作指令的電器，例如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。4)保護(hù)電器，用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器，例如熔斷器、熱繼電器等。5)執(zhí)行電器，用于完成某種動(dòng)作或傳送功能的電器，例如電磁鐵、電磁離合器等。1.1.2電氣控制系統(tǒng)常用低壓電器接觸器：交流接觸器直流接觸器繼電器：電磁式繼電器：電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器

時(shí)間繼電器：直流電磁式、空氣阻尼式、半導(dǎo)體式其他繼電器：熱繼電器、干簧繼電器、速度繼電器熔斷器：瓷插式螺旋式有填料封裝管式無填料封裝管式快速熔斷器自復(fù)式低壓斷路器：框架式塑料外殼式快速直流斷路器限流式漏電保護(hù)器位置開關(guān)：制動(dòng)式滾動(dòng)式微動(dòng)式按鈕、刀開關(guān)等1.1.3國內(nèi)低壓電器的發(fā)展概述國內(nèi)低壓電器的發(fā)展概況低壓控制電器的發(fā)展趨勢(shì)1)國內(nèi)低壓電器的發(fā)展概況

低壓電器可分為低壓配電電器和低壓控制電器。

第一代產(chǎn)品：20世紀(jì)60～70年代初，僅有17個(gè)系列，自行開發(fā)，填補(bǔ)我國低壓電器工業(yè)空白，市場(chǎng)占有率約15﹪；

第二代產(chǎn)品：20世紀(jì)70年代末～80年代初，產(chǎn)品進(jìn)入更新?lián)Q代的時(shí)期，開發(fā)新產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)明顯提高，保護(hù)特性較完善，體積縮小，適應(yīng)成套裝置要求，市場(chǎng)占有率約45﹪；

第三代產(chǎn)品：20世紀(jì)90年代，抓住主要產(chǎn)品系列，跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)高性能、小型化、電子化、智能化、組合化、模塊化、多功能化產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率約40﹪。2)低壓控制電器的發(fā)展趨勢(shì)1)電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)在低壓電器中的應(yīng)用范圍越來越廣。2)應(yīng)用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)電器。3)低壓電器的小型化、多功能化和組合化。4)研究限流新技術(shù)，提高分?jǐn)嗄芰拖蘖髂芰Α?)低壓電器測(cè)試技術(shù)的數(shù)字化和電磁兼容技術(shù)的研究。1.2接觸器什么是接觸器？

接觸器是電力拖動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用量大面廣的一種低壓控制電器，用來頻繁地接通和斷開交直流主回路和大容量控制電路。主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠（零）電壓保護(hù)。1.2.1結(jié)構(gòu)與工作原理1.2.2交流接觸器1.2.3直流接觸器1.2.4主要技術(shù)參數(shù)與選用原則1.2.1結(jié)構(gòu)與工作原理

一）接觸器的結(jié)構(gòu)

接觸器主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。

l-動(dòng)觸頭2-靜觸頭

3-動(dòng)鐵心4-反力彈

5-線圈6-靜鐵心

7-墊氈

8-接觸彈簧

9-滅弧罩

10-觸頭壓力簧片

圖1-1接觸器結(jié)構(gòu)圖（1）電磁機(jī)構(gòu)

電磁機(jī)構(gòu)是接觸器的主要組成部分之一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)觸點(diǎn)使之閉合或斷開。電磁機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鐵心（銜鐵）、靜鐵心和電磁線圈三部分。電磁機(jī)構(gòu)類型1)按銜鐵的運(yùn)動(dòng)方式分為：

①銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-2a所示。銜鐵繞磁軛的棱角而轉(zhuǎn)動(dòng)，磨損較小，鐵芯用軟鐵，適用于直流接觸器。

②銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-2b所示。銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵芯用硅鋼片疊成，用于交流接觸器。

③銜鐵直線運(yùn)動(dòng)，如圖1-2c所示。銜鐵在線圈內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，多用于交流接觸器中。

圖1-2常用電磁機(jī)構(gòu)的形式

l―鐵心2―線圈3―銜鐵2)按鐵心形狀分類，電磁機(jī)構(gòu)可分為U形（如圖1-2a所示）和E

形（如圖1-2b和c所示）。3)按線圈的連接方式分類，可分為并聯(lián)（電壓線圈）和串聯(lián)（電流線圈）兩種。4)按吸引線圈的種類分類，可分為直流線圈和交流線圈兩種。(a)

吸力特性

電磁機(jī)構(gòu)的吸力與氣隙的關(guān)系曲線稱為吸力特性。吸力特性隨勵(lì)磁電流種類(交流或直流)、線圈連接方式(串聯(lián)或并聯(lián))的不同而有所差異。電磁機(jī)構(gòu)的吸力可近似地按下式求得： （1-1）

式中，F(xiàn)為電磁吸力（N）；B為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；S為鐵心截面積（m2）。

當(dāng)鐵心截面積S為常數(shù)時(shí)，電磁吸力F與B2成正比，也可認(rèn)為F與氣隙磁通Φ2成正比，即F∝Φ2。由于勵(lì)磁電流的種類對(duì)吸力特性有很大影響，所以下面分別對(duì)交、直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性進(jìn)行討論。交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性

設(shè)線圈外加電壓U不變，交流電磁線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻忽略不計(jì)，則

（1-2）（1-3）

式中，U為線圈外加電壓（V）；E為線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）；f為電壓頻率（Hz）；Φ為氣隙磁通(Wb)；N為電磁線圈的匝數(shù)。

當(dāng)電壓頻率f、電磁線圈的匝數(shù)N和線圈外加電壓U為常數(shù)時(shí)，氣隙磁通Φ也為常數(shù)，則電磁吸力也為常數(shù)，即F與氣隙δ大小無關(guān)。實(shí)際上，考慮到漏磁通的影響，電磁吸力F隨氣隙δ的減小略有增加。交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性如圖1-3所示。由于交流電磁機(jī)構(gòu)的氣隙磁通Φ不變，IN隨氣隙磁阻(也即隨氣隙δ)的變化成正比變化，所以交流電磁線圈的電流I與氣隙成正比變化。

圖1-3交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性

直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性

由于線圈外加電壓U和線圈電阻不變，所以流過線圈的電流I也為常數(shù)，即不受氣隙δ變化的影響，根據(jù)磁路定律有：（1-4）

式中，Rm為氣隙磁阻（H-1），則（1-5）

即電磁吸力F與氣隙δ的平方成反比。直流

電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性如圖1-4所示。

由于一般U形交流電磁機(jī)構(gòu)，在線圈通電而銜鐵尚未吸合瞬間，電流將達(dá)到吸合后額定電流的5～6倍，E形電磁機(jī)構(gòu)將達(dá)到10～15倍。如果銜鐵卡住不能吸合，或者頻繁動(dòng)作，線圈可能燒毀。這就是對(duì)于可靠性高或頻繁動(dòng)作的控制系統(tǒng)一般采用直流電磁機(jī)構(gòu)，而不采用交流電磁機(jī)構(gòu)的原因。圖1-4直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性（b）反力特性

電磁機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的靜阻力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性。阻力的大小與作用彈簧、摩擦阻力以及銜鐵重量有關(guān)。（c）吸力特性與反力特性之間的配合

吸力特性與反力特性的配合如圖1-5所示。

電磁機(jī)構(gòu)欲使銜鐵吸合，在整個(gè)吸合過程中，吸力都必須大于反力；但也不能過大，否則會(huì)影響電器的機(jī)械壽命。反映在特性圖上，就是要保證吸力特性曲線在反力特性曲線上方。當(dāng)切斷電磁機(jī)構(gòu)的激磁電流以釋放銜鐵時(shí)，其反力特性必須大于剩磁吸力，才能保證銜鐵可靠釋放。因此，吸力特性與反力特性必須配合得當(dāng)，才有助于電器性能的改善。在實(shí)際應(yīng)用中，可調(diào)整反力彈簧或觸頭初壓力以改變反力特性，使之與吸力特性有良好配合。上述配合對(duì)于繼電器同樣適用。

在δ1～δ2的區(qū)域內(nèi)，反力隨氣隙減小略有增大。到達(dá)δ2的位置，動(dòng)觸點(diǎn)開始與靜觸點(diǎn)接觸，這時(shí)觸點(diǎn)上的初壓力作用到銜鐵上，反力驟增，曲線突變。其后在δ2到0的區(qū)域內(nèi)，氣隙越小觸點(diǎn)壓得越緊，反力越大，其曲線較δ1～δ2段陡。

圖1-5吸力特性和反力特性

1-直流接觸器吸力特性2-交流接觸器吸力特性3-反力特性

對(duì)于單相交流電磁機(jī)構(gòu)，由于磁通是交變的，當(dāng)磁通過零時(shí)吸力也為零，吸合后的銜鐵在反作用彈簧的作用下將被拉開，磁通過零后吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時(shí)，銜鐵又吸合。由于交流電源頻率的變化，銜鐵的吸力隨之每個(gè)周波二次過零，因而銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)與噪聲，甚至使鐵心松散。

為了避免銜鐵振動(dòng)，如圖1-6所示在鐵心端面上安裝一個(gè)銅制的分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），其包圍鐵心端面約2/3的面積。當(dāng)電磁機(jī)構(gòu)的交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面S2時(shí)，環(huán)中產(chǎn)生渦流。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此渦流產(chǎn)生的磁通Φ2在相位上落后于截面S1中的磁通Φ1。這樣，鐵心中有兩個(gè)不同相位的磁通Φ1和Φ2，電磁機(jī)構(gòu)的吸力為它們產(chǎn)生的吸力F1和F2之和。只要此合力始終大于反力，銜鐵的振動(dòng)現(xiàn)象就消失了。圖1-6加短路環(huán)后的磁通和電磁吸力曲線

a)磁通示意圖b)電磁吸力曲線（2）觸頭系統(tǒng)

觸頭（觸點(diǎn)）是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制的電路。

觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。

觸頭按其結(jié)構(gòu)形式可分為橋型觸頭和指型觸頭。

觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭和常閉觸頭；原始狀態(tài)時(shí)（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原始狀態(tài)時(shí)閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭。

按觸頭接觸形式可分為三種，即點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。點(diǎn)接觸指兩個(gè)半球形觸點(diǎn)或一個(gè)半球形與一個(gè)平面形觸點(diǎn)構(gòu)成。它常用于小電流的電器中，如接觸器的輔助觸點(diǎn)或繼電器觸點(diǎn)。線接觸指兩個(gè)帶弧面的矩形觸頭相接觸，它的接觸區(qū)域是一條直線。觸點(diǎn)在通斷過程中是滾動(dòng)接觸，這樣，可以自動(dòng)清除觸點(diǎn)表面的氧化膜，同時(shí)長(zhǎng)期工作的位置不是在易燒灼的接觸點(diǎn)，從而保證了觸點(diǎn)的良好接觸。這種滾動(dòng)線接觸多用于中等容量的觸頭，如接觸器的主觸頭。面接觸指兩個(gè)平面觸頭相接觸，它可允許通過較大的電流。這種觸點(diǎn)一般在接觸表面上鑲有合金，以減小觸點(diǎn)接觸電阻和提高耐磨性，多用作較大容量接觸器的主觸點(diǎn)。

由于觸點(diǎn)表面的不平與氧化層的存在，兩個(gè)觸點(diǎn)的接觸處有一定的電阻。為了減小此接觸電阻，需在觸點(diǎn)間加一定壓力。當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，由于安裝時(shí)彈簧被預(yù)先壓縮了一段，因而產(chǎn)生一個(gè)初壓力F1，如圖1-7b所示。觸點(diǎn)閉合后由于彈簧在超行程內(nèi)繼續(xù)變形而產(chǎn)生一終壓力F2如圖1-7c所示。彈簧壓縮的距離l稱為觸點(diǎn)的超行程，即從靜、動(dòng)觸點(diǎn)開始接觸到觸點(diǎn)壓緊，整個(gè)觸點(diǎn)系統(tǒng)向前壓緊的距離。有了超行程，在觸點(diǎn)磨損情況下，仍具有一定壓力。磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)予更換。圖1-7觸點(diǎn)的位置示意圖

a)最終拉開位置b)剛剛接觸位置c)最終閉合位置（3）滅弧裝置

當(dāng)觸頭斷開瞬間，觸頭間距離極小，電場(chǎng)強(qiáng)度極大，觸頭間產(chǎn)生大量的帶電粒子，形成熾熱的電子流，產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，稱為電弧。電弧的存在既妨礙了電路及時(shí)可靠地分?jǐn)?，又?huì)使觸頭受到磨損。因此，必須采取適當(dāng)且有效的措施，以保護(hù)觸頭系統(tǒng)，降低它的磨損，提高它的分?jǐn)嗄芰?，從而保證整個(gè)電器的工作安全可靠。

1）磁吹式滅弧裝置。其原理如圖1-8所示。由于這種滅弧裝置是利用電弧電流本身滅弧，因而電弧電流越大，吹弧的能力也越強(qiáng)，且不受電路電流方向影響。它廣泛應(yīng)用于直流接觸器中。圖1-8磁吹式滅弧裝置

1-鐵心

2-絕緣管

3-吹弧線圈

4-導(dǎo)磁頰片

5-滅弧罩

6-熄弧角

2）滅弧柵。滅弧柵滅弧原理如圖1-9所示。電弧被柵片分割成許多串聯(lián)的短電弧，當(dāng)交流電壓過零時(shí)電弧自然熄滅，兩柵片間必須有150～250V電壓，電弧才能重燃。一方面電源電壓不足以維持電弧，同時(shí)由于柵片的散熱作用，電弧自然熄滅后很難重燃。這是一種很常用的交流滅弧裝置。

圖1-9滅弧柵滅弧原理

a)柵片滅弧原理

b)電弧進(jìn)入柵片的圖形

1-靜觸點(diǎn)2-短電弧3-滅弧柵片4-動(dòng)觸點(diǎn)5-長(zhǎng)電弧

3）滅弧罩。比滅弧柵更為簡(jiǎn)單的是采用一個(gè)用陶土和石棉水泥做的耐高溫的滅弧罩，用以降溫和隔弧?？捎糜诮涣骱椭绷鳒缁?。

4）多斷點(diǎn)滅弧。在交流電路中也可采用橋式觸點(diǎn)，如圖1-10所示。有兩處斷開點(diǎn)，相當(dāng)于兩對(duì)電極，若有一處斷點(diǎn)處要使電弧熄滅后重燃需要150～250V，現(xiàn)二處斷點(diǎn)就需要2×(150～250)V，所以有利于滅弧。若采用雙極或三極接觸器控制一個(gè)電路時(shí)，可靈活地將二個(gè)極或三個(gè)極串聯(lián)起來作為一個(gè)觸點(diǎn)使用，這組觸點(diǎn)便成為多斷點(diǎn)，滅弧效果將大大提高。

圖1-10橋式觸頭

a)閉合狀態(tài)b)斷開狀態(tài)

1-動(dòng)觸頭2-靜觸頭3-電弧二）接觸器的工作原理

當(dāng)接觸器線圈通電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通。由此在銜鐵氣隙處產(chǎn)生吸力，使銜鐵產(chǎn)生閉合動(dòng)作，主觸頭在銜鐵的帶動(dòng)下也閉合，于是接通了主電路。同時(shí)銜鐵還帶動(dòng)輔助觸頭動(dòng)作，使原來打開的輔助觸頭閉合，而使原來閉合的輔助觸頭打開。當(dāng)線圈斷電或電壓顯著降低時(shí)，吸力消失或減弱，銜鐵在釋放彈簧作用下，主、輔觸頭又恢復(fù)到原來狀態(tài)。這就是接觸器的工作原理。接觸器的圖形、文字符號(hào)如圖1-11所示。

圖1-11接觸器圖形、文字符號(hào)a)線圈

b)主觸頭

c)常開輔助觸頭

d)常閉輔助觸頭1.2.2交流接觸器

交流接觸器線圈通以交流電（或直流電），主觸頭接通、分?jǐn)嘟涣髦麟娐?，如圖1-12所示。當(dāng)交流磁通穿過鐵心時(shí)，將產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱。為減少鐵損，鐵心用硅鋼片沖壓而成。為便于散熱，線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上。

圖1-12交流接觸器

a)CJ10-60交流接觸器b)CJX2-N系列交流接觸器c)CJ12系列接觸器1.2.3直流接觸器

直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路，直流接觸器外形如圖1-13所示。因?yàn)榫€圈通入的是直流電，鐵心中不會(huì)產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不會(huì)發(fā)熱。圖1-13CZ0-150G直交流接觸器

直流接觸器滅弧較困難，一般采用滅弧能力較強(qiáng)的磁吹滅弧裝置。

對(duì)于250A以上的直流接觸器往往采用串聯(lián)雙繞組線圈，直流接觸器雙繞組線圈接線如圖1-14所示。線圈1為起動(dòng)線圈，線圈2為保持線圈，接觸器的一個(gè)常閉輔助觸頭與保持線圈并聯(lián)連接。在電路剛接通瞬間，保持線圈被常閉觸頭短接，可使起動(dòng)線圈獲得較大的電流和吸力。當(dāng)接觸器動(dòng)作后，常閉觸頭斷開，兩線圈串聯(lián)通電，由于電源電壓不變，所以電流減小，但仍可保持銜鐵吸合，因而可以節(jié)電和延長(zhǎng)電磁線圈的使用壽命。圖1-14直流接觸器雙繞組線圈接線圖1.2.4主要技術(shù)參數(shù)與選用原則接觸器的主要技術(shù)參數(shù)接觸器的型號(hào)及代表含義接觸器的選用原則1、接觸器的主要技術(shù)參數(shù)（1）額定電壓：接觸器的額定電壓是指主觸頭的額定電壓。常用電壓等級(jí)分為交流接觸器380、660及1140V；直流接觸器220、440、660V。（2）額定電流：接觸器的額定電流是指主觸頭的額定電流。CJ20系列交流接觸器額定電流等級(jí)有10、16、32、55、80、125、200、315、400、630A。CZ18系列直流接觸器額定電流等級(jí)有40、80、160、315、630、1000A。（3）電磁線圈的額定電壓：電磁線圈的額定電壓是指保證銜鐵可靠吸合的線圈工作電壓。常用電壓等級(jí)分為交流線圈36、127、220、380V；直流線圈24、48、110、220V。（4）觸頭數(shù)目：各種類型的接觸器觸頭數(shù)目不同。交流接觸器的主觸頭有三對(duì)（常開觸頭），一般有四對(duì)輔助觸頭（兩對(duì)常開、兩對(duì)常閉），最多可達(dá)到六對(duì)（三對(duì)常開、三對(duì)常閉）。直流接觸器主觸頭一般有兩對(duì)（常開觸頭）；輔助觸頭有四對(duì)（兩對(duì)常開、兩對(duì)常閉）。（5）接通和分?jǐn)嗄芰Γ褐钢饔|頭在規(guī)定條件下能可靠地接通和分?jǐn)嗟碾娏髦?。在此電流值下，接通時(shí)主觸頭不應(yīng)發(fā)生熔焊；分?jǐn)鄷r(shí)主觸頭不應(yīng)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間燃弧。（6）額定操作頻率：接觸器額定操作頻率是指每小時(shí)接通次數(shù)。通常交流接觸器為600次/h；直流接觸器為1200次/h。（7）機(jī)械壽命和電氣壽命。機(jī)械壽命是指接觸器在需要修理或更換機(jī)構(gòu)零件前所能承受的無載操作次數(shù)。電氣壽命是在規(guī)定的正常工作條件下，接觸器不需修理或更換的有載操作次數(shù)。（8）使用類別。接觸器用于不同負(fù)載時(shí)，其對(duì)主觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰σ蟛煌?，按不同使用條件來選用相應(yīng)使用類別的接觸器便能滿足其要求。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，常見的接觸器使用類別及典型用途如表1-1所示。2、接觸器的型號(hào)及代表含義

交流接觸器型號(hào)的含義如下：

例如：CJ12-250/3為CJ12系列交流接觸器，額定電流250安，三個(gè)主觸點(diǎn)。部分CJ20系列交流接觸器主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1-2所示。常用的CZ18系列直流接觸器主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1-3所示。直交流接觸器型號(hào)的含義如下：3、接觸器的選用原則根據(jù)主電路電流種類確定選擇交流接觸器還是直流接觸器。根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。根據(jù)負(fù)載功率和操作情況來確定接觸器主觸頭的電流等級(jí)。根據(jù)接觸器主觸頭接通與分?jǐn)嘀麟娐冯妷旱燃?jí)來決定接觸器的額定電壓。接觸器線圈額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等，一般交流負(fù)載用交流接觸器，直流負(fù)載用直流接觸器，但對(duì)于頻繁動(dòng)作的交流負(fù)載，可選用帶直流電磁線圈的交流接觸器。接觸器的觸頭數(shù)目和種類應(yīng)能滿足主電路和控制電路的要求。1.3控制繼電器概述電磁式電流、電壓及中間繼電器干簧繼電器時(shí)間繼電器熱繼電器速度繼電器1.3.1概述

繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁力或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化，從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其他器件或裝置動(dòng)作的一種控制元件。它用于各種控制電路中進(jìn)行信號(hào)傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，控制主電路和輔助電路中的器件或設(shè)備按預(yù)定的動(dòng)作程序進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)的目的。繼電器的分類1)按輸入量的物理性質(zhì)分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器等；2)按動(dòng)作原理分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等；3)按動(dòng)作時(shí)間分為快速繼電器、延時(shí)繼電器、一般繼電器；4)按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理分為有觸點(diǎn)繼電器、無觸點(diǎn)繼電器；5)按用途分為電器控制系統(tǒng)用繼電器、電力系統(tǒng)用繼電器。本節(jié)主要介紹電器控制系統(tǒng)用的電磁式繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等。繼電特性圖1-15繼電特性曲線

繼電器的主要特性是輸入/輸出特性，電磁式繼電器的特性如圖1-15所示，這一矩形曲線統(tǒng)稱為繼電特性曲線。

當(dāng)繼電器輸入量x由零增至x1以前，繼電器輸出量y為零。當(dāng)輸入量增加到x2時(shí)，繼電器吸合，通過其觸點(diǎn)的輸出量為y1，若x再增加，y值不變。當(dāng)x減少到x1時(shí)，繼電器釋放，輸出由y1降到零，x再減小，y值均為零。

在圖1-15中，x2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器動(dòng)作，輸入量必須大于此值；x1稱為繼電器釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須等于或小于此值。K=x1/x2稱為繼電器的返回系數(shù)。它是繼電器重要參數(shù)之一。不同場(chǎng)合要求不同的K值。例如一般繼電器要求低返回系數(shù)，K值在0.1～0.4之間，這樣當(dāng)繼電器吸合后，輸入值波動(dòng)較大時(shí)不致引起誤動(dòng)作；欠電壓繼電器則要求高返回系數(shù)，K值在0.6以上。

繼電器的另一個(gè)重要參數(shù)是吸合時(shí)間和釋放時(shí)間。吸合時(shí)間是從線圈接受電信號(hào)到銜鐵完全吸合時(shí)所需的時(shí)間；釋放時(shí)間是從線圈失電到銜鐵完全釋放時(shí)所需的時(shí)間。一般繼電器的吸合時(shí)間與釋放時(shí)間為0.05～0.15s，快速繼電器為0.005～0.05s，它的大小影響著繼電器的操作頻率。1.3.2電磁式電流、電壓及中間繼電器電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理電流繼電器電壓繼電器中間繼電器1.電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1-16電磁式繼電器原理圖1-鐵心2-旋轉(zhuǎn)棱角3-釋放彈簧4-調(diào)節(jié)螺母5-銜鐵6-動(dòng)觸頭7-靜觸頭8-非磁性墊片9-線圈

電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)是由鐵心、銜鐵、線圈、釋放彈簧和觸頭等部分組成，如圖1-16所示。由于繼電器用于控制電路，所以流過觸頭的電流較小，故不需要滅弧裝置。

圖1-17電磁式繼電器圖形、文字符號(hào)

a)線圈一般符號(hào)

b)過電流、欠電流繼電器線圈

c)過電壓、欠電壓繼電器線圈

d)常開、常閉觸頭2.電流繼電器

電流繼電器反映的是電流信號(hào)。在使用時(shí)電流繼電器的線圈和負(fù)載串聯(lián)，其線圈匝數(shù)少而線徑粗。這樣，線圈上的壓降很小，不會(huì)影響負(fù)載電路的電流，而導(dǎo)線粗電流大仍可獲得需要的磁勢(shì)。常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。

在電路正常工作時(shí)，欠電流繼電器吸合動(dòng)作，當(dāng)電路電流減小到某一整定值（0.3～0.65IN）以下時(shí)，欠電流繼電器釋放，對(duì)電路起欠電流保護(hù)作用。

在電路正常工作時(shí)，過電流繼電器不動(dòng)作，當(dāng)電路中電流超過某一整定值（1.1～4IN）時(shí)，過電流繼電器吸合動(dòng)作，對(duì)電路起過電流保護(hù)作用。3.電壓繼電器

電壓繼電器反映的是電壓信號(hào)。使用時(shí)，電壓繼電器線圈與負(fù)載并聯(lián)，其線圈匝數(shù)多而線徑細(xì)。常用的有欠（零）電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。

在電流正常工作時(shí)，欠電壓繼電器吸合動(dòng)作，當(dāng)電路電壓減小到某一整定值以下（0.3～0.5UN）時(shí)，欠電壓繼電器釋放，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)欠電壓保護(hù)。

零電壓繼電器是當(dāng)電路電壓降低到（0.05～0.25UN）時(shí)釋放，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)零電壓保護(hù)。

在電流正常工作時(shí)，過電壓繼電器不動(dòng)作，當(dāng)電路電壓超過某一整定值（1.05～1.2UN）時(shí)，過電壓繼電器吸合，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)。4.中間繼電器

中間繼電器實(shí)質(zhì)上式一種電壓繼電器。它的特點(diǎn)是觸頭數(shù)目較多，電流容量可增大，起到中間放大（觸頭數(shù)目和電流容量）作用。表1-5（p15）列出了JZ7系列中間繼電器技術(shù)數(shù)據(jù)。1.3.3干簧繼電器

干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號(hào)，在檢測(cè)、自動(dòng)控制、計(jì)算計(jì)算、通信等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

干簧繼電器主要由干簧管和勵(lì)磁線圈組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-18所示。干簧管由一組或幾組導(dǎo)磁舌簧片封裝在惰性氣體（如氦、氮等氣體）的玻璃管中組成開關(guān)元件，舌簧片的接觸部分通常鍍以貴金屬如金、銠、鈀等，具有良好的導(dǎo)電性能。由于觸點(diǎn)密封在充有惰性氣體的玻璃管中與外界隔絕，減小了觸頭的電腐蝕，提高了工作可靠性。干簧繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖1-19所示。圖1-18干簧電磁式繼電器原理圖

圖1-19干簧繼電器圖形、文字符號(hào)

1-舌簧片2-線圈3-玻璃管4-骨架a)常開觸頭b)常閉觸頭當(dāng)線圈通電后，管中兩舌簧片的自由端分別被磁化成N極和S極而相互吸引，因而接通了被控制的電路。線圈斷電后，舌簧片在本身的彈力作用下分開并復(fù)位，控制電路亦被切斷。可見，導(dǎo)磁的舌簧片又兼作接觸簧片，即控制觸頭，或者說，一組舌簧片起開關(guān)電路和磁路雙重作用。干簧繼電器外形如圖1-20所示。圖1-20TRR型干簧繼電器干簧繼電器的特點(diǎn)1）吸合功率小，靈敏度高。一般舌簧繼電器吸合與釋放時(shí)間均在0.5～2ms以內(nèi)，小型的甚至小于1ms，與電子線路的動(dòng)作速度相近。2）觸頭密封，不受塵埃、潮氣及有害氣體污染，動(dòng)片質(zhì)量小，動(dòng)作速度快，觸頭壽命長(zhǎng)，一般可達(dá)108次左右。3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。4）價(jià)格低廉，維修方便。

不足之處是觸頭易冷焊粘住，過載能力低，觸點(diǎn)開距小，耐壓低，斷開瞬間觸頭易抖動(dòng)。1.3.4時(shí)間繼電器

從敏感元件得到輸入信號(hào)起，到產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)（

如觸頭的通斷等），有一個(gè)符合一定準(zhǔn)確度的延時(shí)過程的繼電器，稱為時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器的延時(shí)方式有兩種：

通電延時(shí)——接受輸入信號(hào)后要延遲一段時(shí)間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化。當(dāng)輸入信號(hào)消失后，輸出瞬時(shí)復(fù)原。

斷電延時(shí)——當(dāng)接受輸入信號(hào)時(shí)，立即產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)消失后，繼電器需經(jīng)過一定的延時(shí)，輸出才復(fù)原。時(shí)間繼電器種類較多，常用的有：電磁式、空氣阻尼式、半導(dǎo)體式等。

圖1-21時(shí)間繼電器圖形符號(hào)及文字符號(hào)

a)線圈一般符號(hào)b)通電延時(shí)線圈c)斷電延時(shí)線圈d)瞬時(shí)常開觸點(diǎn)e)瞬時(shí)常閉觸點(diǎn)

f)延時(shí)閉合的常開觸點(diǎn)g)延時(shí)斷開的常開觸點(diǎn)h)延時(shí)斷開的閉合觸點(diǎn)i)延時(shí)閉合的常閉觸點(diǎn)1.直流電磁式時(shí)間繼電器

直流電磁式時(shí)間繼電器在鐵心上增加了一個(gè)阻尼銅套。其結(jié)構(gòu)示意如圖1-22所示。由電磁感應(yīng)定律可知在繼電器通斷電過程中銅套內(nèi)將感生渦流，它將反對(duì)穿過銅套的磁通變化，因而對(duì)原吸合磁通起了阻尼作用。

圖1-22帶有阻尼銅套的鐵心

1-鐵心2-阻尼銅套3-線圈4-絕緣層2.空氣阻尼式時(shí)間繼電器

空氣阻尼式時(shí)間繼電器又稱氣囊式時(shí)間繼電器，它是利用空氣阻尼作用達(dá)到延時(shí)目的的。它由電磁結(jié)構(gòu)、延時(shí)結(jié)構(gòu)和觸頭組成。

空氣阻尼式時(shí)間繼電器的電磁結(jié)構(gòu)有交、直流兩種。延時(shí)方式有通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型。其外觀區(qū)別在于：當(dāng)銜鐵位于鐵心和延時(shí)結(jié)構(gòu)之間時(shí)為通電延時(shí)型；當(dāng)鐵心位于銜鐵和延時(shí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)之間時(shí)為斷電延時(shí)型。JS7-A系列時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)原理如圖1-23所示。

圖1-23JS7—A系列空氣阻尼式時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖

a)通電延時(shí)型b)斷電延時(shí)型

1—線圈2—鐵心3—銜鐵4—反作用力彈簧5—推板6—活塞桿

7—杠桿8—塔形彈簧9—弱彈簧10—橡皮膜11—空氣室壁

12—活塞13—調(diào)節(jié)螺釘14—進(jìn)氣孔15、16—微動(dòng)開關(guān)

以通電延時(shí)型為例，當(dāng)線圈1的電后，銜鐵3吸合，活塞桿6在塔形彈簧8作用下帶動(dòng)活塞12及橡皮膜10向上移動(dòng)，橡皮膜下方空氣室空氣變得稀薄，形成負(fù)壓，活塞桿只能緩慢移動(dòng)，其移動(dòng)速度由進(jìn)氣孔氣隙大小決定。經(jīng)一段延時(shí)后，活塞桿通過杠桿7壓動(dòng)微動(dòng)開關(guān)15，使其觸頭動(dòng)作，起到通電延時(shí)作用。

當(dāng)線圈斷電時(shí)，銜鐵釋放，橡皮膜下方空氣室內(nèi)的空氣通過活塞肩部所形成的單向閥迅速地排出，使活塞桿、杠桿、微動(dòng)開關(guān)等迅速復(fù)位。由線圈得電到觸頭動(dòng)作的一段時(shí)間即為時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間，其大小可以通過調(diào)節(jié)螺釘13調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔氣隙大小來改變?？諝庾枘崾綍r(shí)間繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、延時(shí)范圍較大（0.4～180s）、價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)，但其延時(shí)精度較低，沒有調(diào)節(jié)指示，適用于延時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合。國產(chǎn)JS7-A系列空氣阻尼式時(shí)間繼電器的外形如圖1-24所示，技術(shù)數(shù)據(jù)如表1-7（p19）所示。圖1-24JS7-A系列空氣阻尼時(shí)間繼電器3.半導(dǎo)體時(shí)間繼電器

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體時(shí)間繼電器也迅速發(fā)展。這類時(shí)間繼電器體積小，延時(shí)范圍寬、延時(shí)精度高、壽命長(zhǎng)，已得到廣泛應(yīng)用。以JSJ系列半導(dǎo)體時(shí)間繼電器為例，如圖l-25所示。圖1-25JSJ系列半導(dǎo)體時(shí)間繼電器工作原理圖

半導(dǎo)體時(shí)間繼電器是利用RC電路電容充放電原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)的。圖1-25中有兩個(gè)電源；主電源是由變壓器二次側(cè)的18V電壓經(jīng)整流、濾波得到；輔助電源是由變壓器二次側(cè)的12V電壓經(jīng)整流、濾波獲得。當(dāng)電源變壓器接上電源時(shí)，晶體管V1導(dǎo)通、V2截止，繼電器KA不動(dòng)作。兩個(gè)電源分別向電容C充電，a點(diǎn)電位隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)a點(diǎn)點(diǎn)位高于b點(diǎn)電位時(shí)，晶體管V1截止、V2導(dǎo)通，V2集電極電流通過繼電器KA的線圈，KA各觸頭動(dòng)作輸出信號(hào)。圖中KA的常閉觸頭斷開充電電路，常開觸頭閉合，使電容放電，為下次工作作好準(zhǔn)備。調(diào)節(jié)電位器RP，就可以改變延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短。此電路延時(shí)范圍為0.2～300s。

半導(dǎo)體時(shí)間繼電器的輸出形式有兩種：有觸頭式和無觸頭式，前者是用晶體管驅(qū)動(dòng)小型電磁式繼電器，后者是采用晶體管或晶閘管輸出。JSZ3半導(dǎo)體時(shí)間繼電器如圖1-26所示。圖1-26JSZ3半導(dǎo)體時(shí)間繼電器1.3.5熱繼電器

熱繼電器是利用電流流過發(fā)熱元件產(chǎn)生熱量來使檢測(cè)元件受熱彎曲，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的一種保護(hù)電器。由于發(fā)熱元件具有熱慣性，所以在電路中不能用于瞬時(shí)過載保護(hù)，更不能做短路保護(hù)，主要用作電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期過載保護(hù)。1.熱繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭等組成，其結(jié)構(gòu)示意如圖1-27所示。熱元件由發(fā)熱電阻絲做成。

圖1-27熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

1-推桿2-主雙金屬片3-加熱元件4-導(dǎo)板

5-補(bǔ)償雙金屬片6-靜觸點(diǎn)7-常開靜觸頭

8-復(fù)位螺釘

9-動(dòng)觸頭10-按鈕11-調(diào)節(jié)旋鈕12-支撐件13-壓簧

14-推桿

雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成，當(dāng)雙金屬片受熱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彎曲變形。使用時(shí)，熱元件3串接在電動(dòng)機(jī)定子繞組中，電動(dòng)機(jī)繞組電流即為流過熱元件的電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片2彎曲，但還不足以使繼電器動(dòng)作；當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量增大，使雙金屬片變形彎曲位移增大，經(jīng)過一定時(shí)間后，雙金屬片彎曲到推動(dòng)導(dǎo)板4，并經(jīng)過補(bǔ)償雙金屬片5與推桿14將觸頭9和6分開，觸頭9和6為熱繼電器串于接觸器線圈回路的常閉觸頭，斷開后使接觸器失電，接觸器的常開觸頭將電動(dòng)機(jī)與電源斷開，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。

熱繼電器動(dòng)作后，一般不能自動(dòng)復(fù)位，要等雙金屬片冷卻后，按下復(fù)位按鈕10才能復(fù)位。調(diào)節(jié)旋鈕11是一個(gè)偏心輪，它與支撐件12構(gòu)成一個(gè)杠桿，13是一壓簧轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪，改變它的半徑即可改變補(bǔ)償雙金屬片5與導(dǎo)板4的接觸距離，因而達(dá)到調(diào)節(jié)整定動(dòng)作電流的目的。此外，靠調(diào)節(jié)復(fù)位螺釘8來改變常開觸頭7的位置，使熱繼電器能工作在手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位兩種工作狀態(tài)。圖1-28JR36B熱繼電器外形2.熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)

熱繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖1-29所示。熱繼電器型號(hào)表示意義如下：圖1-29熱繼電器的圖形及文字符號(hào)

a)熱元件

b)常閉觸頭

熱繼電器的選用主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定其型號(hào)及熱元件的額定電流等級(jí)。具體的說：（1）對(duì)于過載能力較差的電動(dòng)機(jī)，其配用的熱繼電器（主要是發(fā)熱元件）的額定電流可適當(dāng)小些。（2）在不頻繁起動(dòng)場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作。（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)為重復(fù)短時(shí)工作時(shí)，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。此外，對(duì)于可逆運(yùn)行和頻繁通斷的電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器保護(hù)，必要時(shí)可采用裝入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度繼電器。1.3.6速度繼電器

速度繼電器主要用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制，也稱反接制動(dòng)繼電器。速度繼電器是依靠電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)觸頭動(dòng)作的，因此，它的電磁系統(tǒng)與一般電磁式電器是不同的，它與交流電動(dòng)機(jī)的電磁系統(tǒng)相似，即由定子和轉(zhuǎn)子組成其電磁系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子和觸頭三部分組成，如圖1-30所示。

圖1-30JY1速度繼電器結(jié)構(gòu)圖

a)結(jié)構(gòu)示意圖

b)外形

1-轉(zhuǎn)子

2-轉(zhuǎn)軸

3-定子

4-繞組

5-定子柄6-靜觸點(diǎn)7-動(dòng)觸點(diǎn)8-簧片

常用的速度繼電器有JY1和JFZ0兩個(gè)系列。JY1系列能在3000r/min以下可靠地工作。JFZ0系列有兩對(duì)常開、常閉觸頭，其觸點(diǎn)動(dòng)作速度不受定子柄偏擺的影響，兩組觸點(diǎn)改用兩組微動(dòng)開關(guān)。JFZ0-1型適用于300～1000r/min，JFZ0-2型適用于1000～3600r/min。一般速度繼電器轉(zhuǎn)軸在120r/min左右時(shí)觸頭即能正常工作。

速度繼電器的圖形及文字符號(hào)如圖1-31所示。圖1-31速度繼電器的圖形和文字符號(hào)

a)轉(zhuǎn)子b)常開觸頭c)常閉觸頭1.4其他常用低壓電器熔斷器低壓斷路器與低壓開關(guān)主令電器1.4.1熔斷器熔斷器的結(jié)構(gòu)與分類熔斷器的主要特性熔斷器的選擇1.熔斷器的結(jié)構(gòu)與分類

熔斷器是當(dāng)電路發(fā)生短路或過載故障時(shí)，通過熔體的電流使其發(fā)熱，當(dāng)達(dá)到熔化溫度時(shí)熔體自行熔斷，從而分?jǐn)喙收想娐?。在電路中主要起短路保護(hù)作用。

熔斷器主要由熔斷管（或蓋、座）、熔體及導(dǎo)電部件等部分組成。其中熔體是主要部分，它既是敏感元件又是執(zhí)行元件，因此熔斷器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。常用的熔斷器瓷插式熔斷器：如圖1-32所示，常用于低壓分支電路的短路保護(hù)。螺旋式熔斷器：如圖1-33所示。常用于機(jī)床電氣控制設(shè)備中。無填料密閉管式熔斷器：如圖1-34所示。它常用于低壓電力網(wǎng)或成套配電設(shè)備中。有填料密閉管式熔斷器：如圖1-35所示。常用于大容量的電力網(wǎng)或配電設(shè)備中?？焖偃蹟嗥鳎核饕糜诎雽?dǎo)體整流元件或整流裝置的短路保護(hù)。由于半導(dǎo)體元件的過載能力很低，只能在極短時(shí)間內(nèi)承受較大的過載電流，因此要求短路保護(hù)具有快速熔斷的能力。自復(fù)熔斷器：采用金屬鈉作熔體，在常溫下具有高電導(dǎo)率。當(dāng)短路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流產(chǎn)生高溫使鈉迅速汽化，汽態(tài)鈉呈現(xiàn)高阻態(tài)，從而限制了短路電流。當(dāng)短路電流消失后，溫度下降，金屬鈉恢復(fù)原來的良好導(dǎo)電性能。自復(fù)熔斷器只能限制短路電流，不能真正分?jǐn)嚯娐贰Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)是不必更換熔體，能重復(fù)使用。

我國還生產(chǎn)了一種熔斷信號(hào)器，型號(hào)為RX2-1000。它并聯(lián)于熔斷器，本身對(duì)線路不起保護(hù)作用，一旦熔體熔斷，信號(hào)器隨之立即動(dòng)作，指示器以足夠的力推動(dòng)與之相聯(lián)的微動(dòng)開關(guān)，接通信號(hào)源報(bào)警或作用于其它開關(guān)電器的感測(cè)元件，使三極開關(guān)分?jǐn)啵乐咕€路的斷相運(yùn)行。熔斷器的圖形、文字符號(hào)如圖1-36所示。圖1-36熔斷器圖形及文字符號(hào)2.熔斷器的主要特性（1）安秒特性

它是指流過熔體的電流I與熔體熔斷時(shí)間t的關(guān)系曲線，稱為“安秒特性”，如圖1-37所示。

熔斷器的安秒特性為反時(shí)限特性，即短路電流值越大，熔斷時(shí)間越短，這就能滿足短路保護(hù)的要求。圖中Imin為最小熔化電流或稱臨界電流，當(dāng)熔體電流小于臨界電流時(shí)，熔體不會(huì)熔斷，所以最小熔斷電流必須大于線路額定電流。最小熔化電流Imin與熔體額定電流IN之比稱為熔斷器的熔化系數(shù)，即K=Imin/IN。圖1-37熔斷器的安秒特性（2）極限分?jǐn)嗄芰?/p>

通常是指在額定電壓及一定的功率因數(shù)（或時(shí)間常數(shù)）下切斷短路電流的極限能力，常用極限斷開電流值（周期分量的有效值）來表示。熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥诰€路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。3.熔斷器的選擇（1）熔斷器類型的選擇

主要根據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流大小。用于保護(hù)照明電路和電動(dòng)機(jī)的熔斷器，一般考慮它們的過載保護(hù)，要求熔斷器的熔化系數(shù)適當(dāng)小些。對(duì)于大容量的照明線路和電動(dòng)機(jī)，除過載保護(hù)外，還應(yīng)考慮短路時(shí)的分?jǐn)嚯娏髂芰Α＃?）熔斷器額定電壓的選擇

熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于所接電路的額定電壓。（3）熔體、熔斷器額定電流的選擇

熔體額定電流大小與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。

對(duì)于負(fù)載平穩(wěn)無沖擊電流的照明電路、電熱電路等可按負(fù)載電流大小來確定熔體的額定電流；對(duì)于有沖擊電流的電動(dòng)機(jī)負(fù)載，為起到短路保護(hù)作用，又保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)，對(duì)三相龍型電動(dòng)機(jī)，其熔斷器熔體的額定電流為

單臺(tái)長(zhǎng)期工作電動(dòng)機(jī)：

（1-6）式中，INp為熔體額定電流（A）；INM為電動(dòng)機(jī)額定電流（A）。

單臺(tái)頻繁起動(dòng)電動(dòng)機(jī)：

（1-7）

多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一熔斷器保護(hù)：

（1-8）式中，INMmax為多臺(tái)電動(dòng)機(jī)中容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；ΣINM為其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和（A）。

在式（1-6）與式（1-8）中，對(duì)輕載起動(dòng)或起動(dòng)時(shí)間較短時(shí)，式中系數(shù)取1.5；重載起動(dòng)或起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，系數(shù)取2.5。當(dāng)熔體額定電流確定后，根據(jù)熔斷器額定電流大于或等于熔體額定電流來確定熔斷器額定電流。

（4）熔斷器額定電流的校驗(yàn)對(duì)上述選定的熔斷器類型及熔體額定電流，還須校驗(yàn)熔斷器的保護(hù)能力，看其與保護(hù)對(duì)象的過載特性是否有良好的配合。同時(shí)，熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰κ欠翊笥诨虻扔诒Ｗo(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流，這樣才可獲得可靠的短路保護(hù)。對(duì)于供電電路上的熔斷器，為防止越級(jí)熔斷，上、下級(jí)（即供電干、支線）熔斷器間應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配合，一般上一級(jí)熔斷器的熔體額定電流比下一級(jí)熔體額定電流大1～2個(gè)級(jí)差。1.4.2低壓斷路器與低壓開關(guān)低壓斷路器漏電保護(hù)器低壓開關(guān)組合開關(guān)1.低壓斷路器

低壓斷路器俗稱自動(dòng)空氣開關(guān)，是一種既有手動(dòng)開關(guān)作用，又能對(duì)欠電壓、過載和短路等故障進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)的開關(guān)電器，它是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。

低壓斷路器具有多種保護(hù)功能、動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω摺⒉僮鞣奖?、安全等?yōu)點(diǎn)，因此目前被廣泛應(yīng)用。（1）低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理

低壓斷路器由主觸頭及滅弧裝置、各種脫扣器、自由脫扣機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-38所示。斷路器外形如圖1-39所示。

圖1-38斷路器結(jié)構(gòu)原理圖

1-主觸點(diǎn)2-自由脫扣機(jī)構(gòu)3-過電流脫扣器4-分勵(lì)脫扣器5-熱脫扣器6-欠電壓脫扣器7-按鈕

圖1-39斷路器外形

a)DZ158-100小型斷路器

b)NM1系列塑料外殼式斷路器主觸頭及滅弧裝置：主觸頭是斷路器的執(zhí)行元件，用來接通和分?jǐn)嘀麟娐?，為提高其分?jǐn)嗄芰Γ饔|頭上裝有滅弧裝置。脫扣器：脫扣器是斷路器的感受元件，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，脫扣器感測(cè)到故障信號(hào)后，經(jīng)由自由脫扣器使主觸頭分?jǐn)?，從而起到保護(hù)作用。脫扣器有分勵(lì)脫扣器、欠電壓脫扣器、過電流脫扣器、熱脫扣器等。自由脫扣機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)：自由脫扣機(jī)構(gòu)是用來聯(lián)系操作機(jī)構(gòu)和主觸頭的機(jī)構(gòu)，當(dāng)操作機(jī)構(gòu)處于閉合位置時(shí)，也可操作分勵(lì)脫扣機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫扣，將主觸頭斷開。操作機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)斷路器閉合、斷開的機(jī)構(gòu)。通常電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中的斷路器采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。（2）低壓斷路器的類型萬能式斷路器：又稱敞開式電壓斷路器，具有絕緣襯底的框架結(jié)構(gòu)底座，所有的構(gòu)件組裝在一起，用于配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)。主要型號(hào)有DW10和DW15兩個(gè)系列。塑料外殼式斷路器：又稱裝置式低壓斷路器，具有用模壓絕緣材料制成的封閉型外殼將所有構(gòu)件組裝在一起。用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和電動(dòng)機(jī)、照明電路及電熱器等控制開關(guān)。主要型號(hào)有DZ5、DZ10、DZ20等系列。快速斷路器：具有快速電磁鐵盒強(qiáng)有力的滅弧裝置，最快動(dòng)作時(shí)間可在0.02s以內(nèi)，用于半導(dǎo)體整流元件和整流裝置的保護(hù)。主要型號(hào)有DS系列。限流斷路器：利用短路電流產(chǎn)生的巨大點(diǎn)動(dòng)斥力，使觸頭迅速斷開，能在交流短路電流尚未達(dá)到峰值之前就把故障電路切斷。用于短路電流相當(dāng)大（高達(dá)70kA）的電路中。主要型號(hào)有DWX15和DWX10兩個(gè)系列。（3）低壓斷路器的選用1）斷路器的額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和電流。2）斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路最大短路電流。3）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。4）過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負(fù)載電流。5）長(zhǎng)延時(shí)電流整定值等于電動(dòng)機(jī)額定電流。6）瞬時(shí)整定電流：對(duì)保護(hù)籠型異步電動(dòng)機(jī)的斷路器，瞬時(shí)整定電流為8～15倍電動(dòng)機(jī)額定電流；對(duì)于保護(hù)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的斷路器，瞬時(shí)整定電流為3～6倍電動(dòng)機(jī)額定電流。

圖1-40低壓斷路器的圖形與文字符號(hào)

低壓斷路器的圖形、文字符號(hào)如圖1-40所示。2.漏電保護(hù)器

當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)發(fā)生人身觸電或設(shè)備漏電時(shí)，漏電保護(hù)器能迅速自動(dòng)切斷電源，從而避免造成事故，它是最常用的一種漏電保護(hù)電器。

漏電保護(hù)器按其檢測(cè)故障信號(hào)的不同，可分為電壓型和電流型兩類。由于電壓型漏電保護(hù)器存在可靠性差等缺點(diǎn)，目前已被淘汰。這里僅介紹電流型漏電保護(hù)器。（1）結(jié)構(gòu)與工作原理

漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)上一般由零序電流互感器、漏電脫扣器、開關(guān)裝置三部分組成。零序電流互感器用于檢測(cè)漏電流的大??；漏電脫扣器能將檢測(cè)到的漏電流與一個(gè)預(yù)定基準(zhǔn)值相比較，從而判斷是否動(dòng)作；開關(guān)裝置是受漏電脫扣器控制的能接通和分?jǐn)啾槐Ｗo(hù)電路的機(jī)構(gòu)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，目前常用的電流型漏電保護(hù)器分為電磁式和電子式兩種。

1）電磁式電流型漏電保護(hù)器。

電磁式電流型漏電保護(hù)器的特點(diǎn)是把漏電電流直接接通漏電脫扣器來操作開關(guān)裝置，它由開關(guān)裝置、試驗(yàn)回路、電磁式漏電脫扣器和零序電流互感器組成。其結(jié)構(gòu)如圖1-41所示。

圖1-41電磁式電流型漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)原理圖

1-電源變壓器2-主開關(guān)3-試驗(yàn)回路

4-零序電流互感器5-電磁式漏電脫扣器圖1-42NM1LE系列漏電保護(hù)器2）電子式電流型漏電保護(hù)器。電子式電流型漏電保護(hù)器的特點(diǎn)是把漏電電流經(jīng)過電子放大線路后才能使漏電脫扣器動(dòng)作，從而操作開關(guān)裝置。電子式漏電保護(hù)器的工作原理與電磁式的大致相同。只是當(dāng)漏電電流超過基準(zhǔn)值時(shí)，立即被放大并輸出具有一定驅(qū)動(dòng)功率的信號(hào)使漏電脫扣器動(dòng)作。圖1-42所示為NM1LE系列漏電保護(hù)器，它適用于交流50Hz，額定工作電壓至400V，額定工作電流16A～630A的配電網(wǎng)絡(luò)電路中作為漏電保護(hù)之用。亦可作為電動(dòng)機(jī)的不頻繁起動(dòng)及過載、短路保護(hù)。（2）漏電保護(hù)器的選用漏電保護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)有：1）額定電壓。指漏電保護(hù)器的使用電壓。規(guī)定為220V或380V。2）額定電流。被保護(hù)電路允許通過的最大電流。3）額定動(dòng)作電流。在規(guī)定的條件下，必須動(dòng)作的漏電電流值，單位是mA。當(dāng)漏電電流等于此值時(shí)，漏電保護(hù)器必須動(dòng)作。4）額定不動(dòng)作電流。在規(guī)定的條件下，不動(dòng)作的漏電電流值，單位是mA。當(dāng)漏電電流小于或等于此值時(shí)，保護(hù)器不應(yīng)動(dòng)作。此電流值一般為額定動(dòng)作電流的一半。5）動(dòng)作時(shí)間。從發(fā)生漏電到保護(hù)器動(dòng)作斷開的時(shí)間?？焖傩驮?.2s以下，延時(shí)型一般為0.2～2s。漏電保護(hù)器的選用原則1）手持電動(dòng)工具、移動(dòng)電器、家用電器應(yīng)選用額定漏電動(dòng)作電流不大于30mA的快速動(dòng)作的漏電保護(hù)器（動(dòng)作時(shí)間不大于0.1s）。2）單臺(tái)電機(jī)設(shè)備可選用額定漏電動(dòng)作電流為30mA及以上、100mA以下快速動(dòng)作的漏電保護(hù)器。3）有多臺(tái)設(shè)備的總保護(hù)應(yīng)選用額定漏電動(dòng)作電流為100mA及以上快速動(dòng)作的漏電保護(hù)器。3．低壓開關(guān)（1）膠殼刀開關(guān)

膠殼刀開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的手動(dòng)電器。用作電路的電源開關(guān)和小容量電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)的操作開關(guān)。膠殼刀開關(guān)由操作手柄、熔絲、觸刀、觸刀座和底座組成，如圖1-43所示。

圖1-43膠殼刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖

1-膠蓋2-膠蓋固定螺釘3-進(jìn)線座4-靜插座

5-熔絲6-瓷底板7-出線座8-動(dòng)觸刀9-瓷柄

圖1-44刀開關(guān)的圖形與文字符號(hào)

a)單級(jí)b)雙極c)三極

（2）鐵殼開關(guān)

鐵殼開關(guān)也稱封閉式負(fù)荷開關(guān)。用于非頻繁起動(dòng)、28kW以下的三相異步電動(dòng)機(jī)。鐵殼開關(guān)主要由鋼板外殼、觸刀、操作機(jī)構(gòu)、熔絲等造成，其結(jié)構(gòu)如圖1-45所示。操作機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)特點(diǎn)：

1）采用儲(chǔ)能合閘方式，在手柄轉(zhuǎn)軸與底座間裝有速斷彈簧，以執(zhí)行合閘或分閘操作，在速斷彈簧的作用下，動(dòng)觸刀與靜觸刀分離，使電弧迅速拉長(zhǎng)而熄滅。

2）具有機(jī)械聯(lián)鎖，當(dāng)鐵蓋打開時(shí)，刀開關(guān)被卡住，不能操作合閘。鐵蓋合上，操作手柄使開關(guān)合閘后，鐵蓋不能打開。

圖1-45鐵殼開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖

1-熔斷器2-夾座3-觸刀

4-手柄5-轉(zhuǎn)軸6-速動(dòng)彈簧4.組合開關(guān)

組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)質(zhì)上也是一種特殊刀開關(guān)，所不同的是，一般刀開關(guān)的操作手柄是在垂直安裝面的平面內(nèi)向上或向下轉(zhuǎn)動(dòng)，而組合開關(guān)的操作手柄則是平行于安裝面的平面內(nèi)向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)。

組合開關(guān)多用在機(jī)床電氣控制線路中，作為電源的引入開關(guān)，一般用于交流380V、直流220V，電流100A以下的電路中做電源開關(guān)。也可以用作不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負(fù)載以及控制5kW以下的小容量電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和星三角起動(dòng)等。

組合開關(guān)的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形與文字符號(hào)如圖1-46所示。組合開關(guān)由若干動(dòng)觸片和靜觸片分別裝于數(shù)層絕緣座內(nèi)而成，動(dòng)觸片安裝在手柄的轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，每層的動(dòng)觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并使靜觸片插入相應(yīng)的動(dòng)觸片中，可實(shí)現(xiàn)多條線路、不同聯(lián)接方式的轉(zhuǎn)換。圖1-46HZ10-10/3型組合開關(guān)

a)外形圖b)結(jié)構(gòu)圖c)圖形與文字符號(hào)

1-手柄2-轉(zhuǎn)軸3-扭簧4-凸輪5-絕緣墊板6-動(dòng)觸片7-靜觸片8-絕緣桿9-接線柱1.4.3主令電器主令電器主要用來接通或斷開控制電路，以發(fā)布命令或信號(hào)，改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器。常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器等?？刂瓢粹o行程開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主令控制器1.控制按鈕

控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛的主令電器。主要用于遠(yuǎn)距離操作具有電磁線圈的電器，如接觸器、繼電器等，也用在控制電路中發(fā)布執(zhí)行命令和執(zhí)行電氣聯(lián)鎖。

控制按鈕一般由按鈕、復(fù)位彈簧、觸頭和外殼等部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-47所示。每個(gè)按鈕中的觸頭形式和數(shù)量可根據(jù)需要裝配成一常開一常閉到六常開六常閉等形式。按下按鈕時(shí)，先斷開常閉觸頭，后接通常開觸頭。當(dāng)松開按鈕時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，常開觸頭先斷開，常閉觸頭后閉合。

控制按鈕按用途分為起動(dòng)按鈕（帶有常開觸頭）、停止按鈕（帶有常閉觸頭）和復(fù)合按鈕（帶有常開觸頭、常閉觸頭）等。按保護(hù)形式分為開啟式、保護(hù)式、防水式和防腐式等。按結(jié)構(gòu)形式分為嵌壓式、緊急式、鑰匙式、帶信號(hào)燈、帶燈撳鈕式、帶燈緊急式等。按鈕顏色有紅、黑、綠、黃、白、藍(lán)等。按鈕的圖形、文字符號(hào)如圖1-48所示。

圖1-47控制按鈕圖

a)結(jié)構(gòu)圖b)外形圖

1-按鈕帽2-復(fù)位彈簧3-動(dòng)觸頭4-常閉靜觸頭5-常開靜觸頭

圖1-48控制按鈕的圖形與文字符號(hào)

a)起動(dòng)按鈕b)停止按c)復(fù)合按鈕2.行程開關(guān)

行程開關(guān)也稱位置開關(guān)，它是利用運(yùn)動(dòng)部件的行程位置實(shí)現(xiàn)控制的電器。若將行程開關(guān)安裝于生產(chǎn)機(jī)械行程的終點(diǎn)處，用以限制其行程，則稱為限位開關(guān)或終端開關(guān)。

行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸頭行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。（1）有觸頭行程開關(guān)

機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式行程開關(guān)是依靠移動(dòng)機(jī)械上的撞塊碰撞其可動(dòng)部件，使常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開來實(shí)現(xiàn)對(duì)