第1章電器控制基礎(chǔ)

第一章

工廠電氣控制基礎(chǔ)1.1常用低壓電器1.2電氣控制電路基本環(huán)節(jié)11.1常用低壓電器21.概念

電器：是一種能根據(jù)外界的信號（機械力、電動力和其它物理量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件或設(shè)備。低壓電器：常指用于交流額定電壓1200v、直流額定電壓1500v及以下的電路中的電器產(chǎn)品3電力拖動自動控制系統(tǒng)常用電器4低壓電器的分類按控制作用分類執(zhí)行電器用來完成某種動作或傳遞功率。例如：電磁鐵。控制電器用來控制電路的通斷。例如：開關(guān)、繼電器。主令電器用來控制其它自動電器的動作，以發(fā)出控制“指令”。例如：按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。保護電器用來保護電源、電路及用電設(shè)備，使它們不致在短路、過載狀態(tài)下運行，免遭損壞。例如：熔斷器、熱繼電器等。按動作方式分自動切換電器按照信號或某個物理量的變化而自動動作的電器。例如：接觸器、繼電器等。非自動電器通過人力操作而動作的電器。例如：開關(guān)、按鈕等。按動作原理分類電磁式電器它是根據(jù)電磁鐵的原理工作的。例如：接觸器、繼電器等。非電磁式電器它是依靠外力（人力或機械力）或某種非電量的變化而動作的電器。例如：行程開關(guān)、按鈕、速度繼電器、熱繼電器等。51)電磁式電器電磁機構(gòu)觸點系統(tǒng)電磁機構(gòu)滅弧裝置對于有觸點的電磁式電器，感測與控制部分大都是電磁機構(gòu)，而執(zhí)行部分則是觸點系統(tǒng)。

6(1)電磁式電器工作原理71—鐵芯2—線圈3—銜鐵4—靜觸點5—動觸點6—觸點彈簧7—釋放彈簧

8(2)電磁機構(gòu)吸力特性與反力特性的配合吸力特性：是指電磁吸力隨銜鐵與鐵芯間氣隙δ變化的關(guān)系曲線。電磁機構(gòu)的吸力F可近似地按下式求得：

B為氣隙磁感應(yīng)強度，S為磁極截面積。當S為常數(shù)時，F(xiàn)與B^2成正比，也可認為F與磁通量

Φ^2成正比，即

:9電磁機構(gòu)的吸力可近似地按下式求得當S為常數(shù)時，F(xiàn)與B2成正比。對于具有電壓線圈的直流電磁機構(gòu)，因外加電壓和線圈電阻不變，故流過線圈的電流為常數(shù)。與磁路的氣隙大小無關(guān)。根據(jù)磁路定律。式中則吸力F與成反比，亦即與氣隙2成反比，故吸力特性為二次曲線形狀，如圖1-8所示。它表明銜鐵閉合前后吸力變化很大。氣隙磁阻

10對于具有電壓線圈的交流電磁機構(gòu)，其吸力特性與直流電磁機構(gòu)有所不同。設(shè)外加電壓不變，則交流吸引線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻可忽略，其電壓為

(1-4)

(1-5)當頻率f、匝數(shù)N和電壓U均為常數(shù)時，Ф為常數(shù)，由式(1-3)知F亦為常數(shù)，說明F與δ大小無關(guān)。實際上考慮到漏磁的作用，F(xiàn)隨δ的減小略有增加。當氣隙δ變化時，I與δ成線性關(guān)系，圖1-9示出了F=f(δ)與I=f(δ)的關(guān)系曲線。11圖1-8直流電磁機構(gòu)的吸力特性圖1-9交流電磁機構(gòu)的吸力特性12吸力隨勵磁電流種類的不同而有所差異

線圈通以直流電的電磁機構(gòu)在穩(wěn)態(tài)時磁路對電路沒有影響，可以認為I與δ無關(guān),電流為常數(shù).根據(jù)磁路定律

故吸力特性為二次曲線形狀，如圖所示。它表明銜鐵閉合前后吸力變化很大，氣隙越小吸力越大。13吸力隨勵磁電流種類的不同而有所差異線圈通以交流電的電磁機構(gòu)

當頻率f、匝數(shù)N和電壓U均為常數(shù)時，Φ為常數(shù)，知F亦為常數(shù)，說明F與δ大小無關(guān)。當氣隙δ變化時，吸引線圈的阻抗會跟著變化，則吸引線圈的電流I也會跟著變化。如忽略線圈電阻，則可近似地認為I與δ呈線性關(guān)系.14吸力特性與反力特性的配合：在銜鐵吸合過程中，其吸力特性必須始終處于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之銜鐵釋放時，吸力特性必須位于反力特性下方，即反力要大于吸力（此時的吸力是由剩磁產(chǎn)生的）。在吸合過程中還須注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則,會影響到電磁機構(gòu)壽命。對于可靠性高或頻繁動作的控制系統(tǒng)采用直流電磁機構(gòu)，而不采用交流電磁機構(gòu)的原因.圖1-2吸力特性與反力特性的配合1—直流電磁鐵吸力特性2—交流電磁鐵吸力特性3—反力特性反力特性：是指反作用力Fr與氣隙δ的關(guān)系曲線15(3)交流電磁機構(gòu)上短路環(huán)的作用16交流電磁機構(gòu)上短路環(huán)的作用由于交流電源頻率的變化，銜鐵的吸力隨之每個周波二次過零，因而銜鐵產(chǎn)生強烈振動與噪聲，甚至使鐵心松散。因此交流接觸器鐵心端面上都安裝一個銅制的分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），使鐵心通過2個在時間上不相同的磁通Φ1和Φ2，矛盾就解決了。17電磁機構(gòu)的交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面，在環(huán)中產(chǎn)生電流，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此電流產(chǎn)生的磁通?2在相位上落后于截面S1中的磁通?1，由?1、?2產(chǎn)生吸力f1、f2，如圖6.6所示。作用在銜鐵上的力是f1、f2的合力f，只要此合力始終超過其反力，銜鐵的振動現(xiàn)象就消失了。182）觸點系統(tǒng)觸點是電器的執(zhí)行機構(gòu)，它在銜鐵的帶動下起接通和分斷電路的作用。結(jié)構(gòu)形式：觸點的接觸形式：觸點的分類：按觸點的運動情況：動觸點和靜觸點按觸點的職能分：主觸點和輔助觸點按觸點的狀態(tài)可分為：常開觸點和常閉觸點19203).滅弧系統(tǒng)在大氣中分斷電路時，電場的存在使觸頭表面的大量電子溢出從而產(chǎn)生電弧。當接觸器觸點切斷電路時，如電路中電壓超過10～12V和電流超過80～100mA時，在拉開的兩個觸點之間將出現(xiàn)強烈火花，這實際上是一種氣體放電的現(xiàn)象，通常稱為“電弧”。撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結(jié)果，使得在兩觸點間呈現(xiàn)大量向陽極飛馳的電子流，這就是所謂的電弧。電弧一經(jīng)產(chǎn)生，就會產(chǎn)生大量熱能。電弧的存在既燒蝕觸頭金屬表面，降低電器的使用壽命，又延長了電路的分斷時間，所以必須迅速把電弧熄滅。

常用的滅弧方法有電動力滅弧、磁吹滅弧、柵片滅弧、滅弧罩幾種21222.接觸器定義：接觸器是用于遠距離頻繁地接通和分斷主電路或大容量控制電路，主要用于控制電動機，也可用于控制其他電力負載。它不僅具有欠壓和失壓保護功能，而且還具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設(shè)備簡單經(jīng)濟等特點，在電力拖動控制線路中得到了廣泛應(yīng)用。直流接觸器23電磁式接觸器分類按主觸頭所在動力回路的電流種類分：交流、直流按主觸頭對數(shù)分：單極（一對主觸頭）、多極（二至四對主觸頭）按電磁線圈回路（通常叫做控制回路）的電流種類分：交流操作、直流操作按主回路電壓等級分：低壓、高壓按鐵心結(jié)構(gòu)形式分：轉(zhuǎn)動式（或稱角移式）和直動式24

線圈通電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通及電磁吸力。此電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動觸頭機構(gòu)動作，使得常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。線圈斷電或線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸頭機構(gòu)恢復(fù)常態(tài)。工作過程1-動觸橋2-靜觸點3-銜鐵4-緩沖彈簧5-電磁線圈6-靜鐵心7-墊氈8-觸點彈簧9-滅弧罩10-觸點壓力簧片接觸器工作過程25

交流接觸器由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置及輔助部件構(gòu)成。CJX2交流接觸器符號、結(jié)構(gòu)如上圖所示。接觸器的結(jié)構(gòu)和原理一般接觸器都由下列幾個部分組成：電磁機構(gòu)；主觸點和滅弧裝置；輔助觸點；釋放彈簧機構(gòu)或緩沖裝置；支架與底座。26觸頭系統(tǒng)包括主觸頭和輔助觸頭。三對常開主觸頭用于接通和分斷主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于控制線路，只允許小電流通過。觸頭又分為常開和常閉兩種，當線圈通電時，所有的常閉觸頭首先斷開，然后所有的常開觸頭閉合，當線圈斷電時，在反向彈簧力的作用下，所有觸頭都恢復(fù)常態(tài)。觸頭系統(tǒng)27接觸器在分斷大電流電路時，在動靜觸頭之間會產(chǎn)生較大的電弧，他不僅會燒壞觸頭，延長電路分斷時間，嚴重時還會造成相間短路，所以在20A以上的接觸器上均裝有滅弧裝置。對于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸頭滅弧、電動力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對于大容量的接觸器，采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。

電動力滅弧雙斷口滅弧縱縫滅弧柵片滅弧滅弧裝置28接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸點允許切斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命等。額定電壓:指主觸頭的額定電壓。交流接觸器的額定電壓一般為220V、380V、660V及1140V；直流接觸器一般為220V、440V及660V。輔助觸頭的常用額定電壓：交流380V；直流220V。

額定電流:指主觸頭的額定電流。電流等級為：6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A。

接觸器的主要技術(shù)參數(shù)

29額定操作頻率（次/h）一般為：300次/h~1200次/h,直流接觸器的額定操作頻率比交流接觸器的高.吸引線圈額定電壓通斷能力電氣壽命和機械壽命現(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器，其額定電流最大可達2500A，允許接通次數(shù)為150～1500次/h，電壽命50～100萬次，機械壽命500～1000萬次。30接觸器的選用(自學(xué))1.接觸器的類型選擇：根據(jù)接觸器所控制負載的輕重和負載電流的類型。2.額定電壓的選擇接觸器的額定電壓不小于負載回路的電壓。3.額定電流的選擇：一般接觸器的額定電流不小于被控回路的額定電流。對于電動機負載可按經(jīng)驗公式計算：4.吸引線圈的額定電壓：吸引線圈的額定電壓與所接控制電路的電壓相一致。313.繼電器繼電器是控制系統(tǒng)中一種重要的元件，它的作用就是按照某種要求接通或斷開控制系統(tǒng)中的電路。當繼電器輸入電壓、電流和頻率等電量或溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等非電量達到規(guī)定值時，繼電器的觸點便接通或分斷所控制或保護的電路。繼電器一般由輸入感測機構(gòu)和輸出執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成，前者用以反映輸入量的高低，后者用以接通或切斷電路。常用的繼電器是有觸點的，觸點有通和斷兩種狀態(tài)，狀態(tài)的改變由某種機構(gòu)帶動。定義32繼電器-分類按輸入量的物理性質(zhì)，繼電器可以分為電壓、電流、速度、時間、溫度、壓力、熱繼電器等。最常用的是電磁式繼電器，它是根據(jù)吸引線圈中的電流量的大小來動作的。電磁式繼電器分直流和交流兩大類，它們的主要結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器基本相同，它們各自又可分為電流、電壓、時間、中間繼電器等。吸引線圈采用直流控制的叫直流繼電器；吸引線圈采用交流控制的叫交流繼電器。33電磁式繼電器常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時間繼電器。中間繼電器實際上也是一種電壓繼電器，只是它具有數(shù)量較多、容量較大的觸點，起到中間放大(觸點數(shù)量及容量)作用。電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與原理電磁式繼電器與接觸器類似，是由鐵心、銜鐵、線圈、釋放彈簧和觸點等部分組成，如圖所示。圖

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-動觸點7-靜觸點8-非磁性墊片9-線圈34繼電特性電磁式繼電器吸力特性、反力特性及其動作原理與接觸器類似，不再重復(fù)。繼電器的主要特性是輸入－輸出特性，又稱繼電特性K=x1/x2稱為繼電器的返回系數(shù)其返回系數(shù)可通過調(diào)節(jié)釋放彈簧松緊程度(擰緊時，x2與x1同時增大，K也隨之增大；放松時，K減小)，調(diào)整鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚薄(增厚時x1增大，K增大；減薄時K減小)來達到。35繼電器-電壓繼電器1）電壓繼電器觸點的動作和線圈的動作電壓大小有關(guān)的繼電器叫電壓繼電器，它用于電力拖動系統(tǒng)的電壓保護和控制，使用時電壓繼電器的線圈與負載并聯(lián)。其線圈的匝數(shù)多而線徑細。分類：按線圈電流的種類可以分為交流和直流電壓繼電器，按吸合電壓大小又可以分為過電壓、欠電壓和零電壓繼電器。特點36繼電器-中間繼電器中間繼電器的作用是增加被控制線路的數(shù)量或加大觸點允許的斷開容量，以達到分配控制信號和功率放大的目的。中間繼電器有交、直流兩種。中間繼電器的特點是觸點數(shù)目較多，一般在3~4對以上，觸點形式常采用橋形觸點（與接觸器輔助觸點相同）。動作功率較大的中間繼電器與小型接觸器的結(jié)構(gòu)相同。37繼電器-電流繼電器2）電流繼電器觸點的動作和線圈的動作電流大小有關(guān)的繼電器叫電流繼電器，使用時電流繼電器的線圈與負載串聯(lián)。特點其線圈的匝數(shù)少而粗。分類：按線圈電流的種類可以分為交流和直流電流繼電器，按吸合電流大小又可以分為過電流和低電流繼電器。38繼電器的電氣符號

39繼電器-時間繼電器時間繼電器的特點是當?shù)玫娇刂菩盘柡螅ㄈ缋^電器線圈接通或斷開電源），其觸點狀態(tài)并不立即改變，而是經(jīng)過一段時間的延遲之間，觸點才閉合或斷開，因此這種繼電器又稱為延時繼電.時間繼電器按工作原理分可分為：電磁式、空氣阻尼式（氣囊式）、晶體管式、單片機控制式等。其外形如下圖所示。

40空氣阻尼式時間繼電器41

2．空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器又稱氣囊式時間繼電器，它的延時范圍寬(0.4～180s)，可用作斷電延時，也可以方便地改變電磁機構(gòu)位置獲得通電延時，因此可以用在常開觸點延時斷開、常閉觸點延時閉合，或者常開觸點延時閉合、常閉觸點延時斷開。上述各種觸點廣泛地應(yīng)用在交流控制電路中。42按延時方式可分為通電延時型時間繼電器和斷電延時型時間繼電器。

對于通電延時型時間繼電器，當線圈得電時，其延時動合觸點要延時一段時間才閉合，延時動斷觸點要延時一段時間才斷開。當線圈失電時，其延時動合觸點迅速斷開，延時動斷觸點迅速閉合。

對于斷電延時型時間繼電器，當線圈得電時，其延時動合觸點迅速閉合，延時動斷觸點迅速斷開。當線圈失電時，其延時動合觸點要延時一段時間再斷開，延時動斷觸點要延時一段時間再閉合。43空氣阻尼式時間繼電器如圖1所示。當線圈得電吸下銜鐵和支撐桿，連結(jié)在一起的膠木塊下降，但空氣室中的空氣受進氣孔處調(diào)節(jié)螺釘?shù)淖璧K，在活塞下降過程中空氣室內(nèi)造成稀薄空氣而使活塞下降緩慢，到達最終位置時壓合微動開關(guān)，觸點閉合送出信號。圖

空氣阻尼式時間繼電器示意圖1-線圈2-鐵心3-支撐桿4-膠木塊5-微動開關(guān)6-活塞7-橡皮膜8-調(diào)節(jié)螺釘9-進氣孔10-出氣孔11-恢復(fù)彈簧4445時間繼電器的圖形符號及文字符號

46繼電器-熱繼電器熱繼電器是利用電流流過熱元件時產(chǎn)生的熱量，使雙金屬片發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機構(gòu)動作的一種保護電器。主要用于交流電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運行的保護及其它電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。471．工作原理熱繼電器的工作原理如圖所示。熱元件(雙金屬片)是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片壓軋而成。上層稱主動層，采用膨脹系數(shù)高的銅或銅鎳合金或鐵鎳鉻合金制成，下層稱被動層，采用膨脹系數(shù)低的鐵鎳合金制成。使用時將兩只熱元件分別串連在兩相電路中。電流超過允許值時，雙金屬片(熱元件)被加熱超過一定溫度，壓下壓動螺釘4，鎖扣機構(gòu)5脫開，熱繼電器觸點8、9切斷控制電路使主電路停止工作。繼電器動作后一般不能自動復(fù)位，要等雙金屬片冷卻后，按下復(fù)位按鈕7才能復(fù)位。改變壓動螺釘4的位置，還可以用來調(diào)節(jié)動作電流。4849熱繼電器的型號含義及圖形符號

(b)熱元件(c)動斷觸點

50熱繼電器的選用：過載能力較差的電動機，熱元件的額定電流IRT為電動機的額定電流IN的60％～80％。在不頻繁的啟動場合，若電動機啟動電流為其額定電流6倍以及啟動時間不超過6秒時，可按電動機的額定電流選取熱繼電器；當電動機為重復(fù)且短時工作制時，要注意確定熱繼電器的操作頻率，對于操作頻率較高的電動機不宜使用熱繼電器作為過載保護。在三相異步電動機電路中，對Y聯(lián)結(jié)的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，一般采用兩相結(jié)構(gòu)，即在兩相主電路中串接熱元件。但對于定子繞組為△聯(lián)結(jié)的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。

51速度繼電器

速度繼電器是利用轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來切換電路的自動電器，它主要用作鼠籠式異步電動機的反接制動控制中，故也稱為反接制動繼電器。

速度繼電器主要由定子、轉(zhuǎn)子和觸點三部分組成。

速度繼電器根據(jù)電動機的額定轉(zhuǎn)速進行選擇。

52速度繼電器的軸與電動機的軸相連接，轉(zhuǎn)子2固定在軸上，定子3與軸同心。當電動機轉(zhuǎn)動時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動，繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使定子向軸的轉(zhuǎn)動方向偏擺，通過擺錘5撥動觸點6，使常閉觸點斷開、常開觸點閉合。當電動機轉(zhuǎn)速下降到接近零時，轉(zhuǎn)矩減小，擺錘在彈簧力的作用下恢復(fù)原位，觸點也復(fù)位

53速度繼電器的圖形符號和文字符號

54主令電器主令電器是在自動控制系統(tǒng)中發(fā)出指令或信號的電器，用來控制接觸器、繼電器或其它電器線圈，使電路接通或分斷，從而達到控制生產(chǎn)機械的目的。主令電器應(yīng)用廣泛、種類繁多。按其作用可分為：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器及其它主令電器（如腳踏開關(guān)、鈕子開關(guān)、緊急開關(guān)）等。55按鈕控制按鈕由按鈕帽1、復(fù)位彈簧2、橋式觸頭3、4、5和外殼等組成，通常做成復(fù)合式，即具有動合觸點和動斷觸點按鈕按驅(qū)動形式分，有推壓式、推拉式、旋轉(zhuǎn)式、杠桿式、帶鎖式等。按用途分，有起動按鈕（動合按鈕）、停止按鈕（動斷按鈕）、復(fù)合按鈕（動合、動斷組合按鈕）三種。按按鈕結(jié)構(gòu)形式分，有開啟式、防水式、防腐式等。56行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)。是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的撞擊來發(fā)出控制信號的小電流主令電器。主要用于生產(chǎn)機械的運動方向、行程大小控制或位置保護等。

799812345657行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式和微動式三種。直動式的缺點是觸點分合速度取決于擋塊移動速度。當擋塊移動速度低于0.4m/min時，觸點切斷太慢，易受電弧燒灼，這時應(yīng)采用有盤形彈簧機構(gòu)能瞬時動作的滾輪式行程開關(guān)，或具有彎形片狀彈簧的更為靈敏、輕巧的微動開關(guān)。58圖

滾輪式行程開關(guān)

a)外形圖b)原理圖1-滾輪2-上轉(zhuǎn)臂3、5、11-彈簧4-套架6、9-壓板7-觸點8-觸點推桿10-小滑輪圖

微動行程開關(guān)原理圖1-推桿2-彎形片狀彈簧3-常開觸點4-常閉觸點5-恢復(fù)彈簧59行程開關(guān)的型號含義和電氣符號60接近開關(guān)和光電開關(guān)非接觸式的、無觸點行程開關(guān)例如，當一被測金屬體靠近接近開關(guān)區(qū)域時，接近開關(guān)就在無接觸、無壓力、無火花的情況下迅速準確地判定出金屬體的位置。若將其用于一般行程開關(guān)控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，都是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。接近開關(guān)除檢測金屬體位置外，也可以用于高速記數(shù)測速，以及檢測零件尺寸等。接近開關(guān)按其工作原理分：有高頻振蕩型、電容型、感應(yīng)電橋型、永久磁鐵型、霍爾效應(yīng)型等，其中高頻振蕩型最為常用61五、熔斷器熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的保護電器。常作為電路或用電設(shè)備的短路保護。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護電路中按結(jié)構(gòu)形式可分為插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、封閉管式熔斷器、快速熔斷器和自復(fù)式熔斷器等。熔斷器的作用原理可用保護特性或安秒特性來表示。所謂安秒特性是指熔化電流與熔化時間的關(guān)系.62六、低壓斷路器低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)或自動開關(guān)。它相當于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關(guān)作用又能自動進行欠壓、失壓、過載和短路保護的電器。低壓斷路器主要由觸頭、滅弧裝置、操動機構(gòu)和保護裝置等組成。斷路器的保護裝置由各種脫扣器來實現(xiàn)。斷路器的脫扣器形式有：欠壓脫扣器、過電流脫扣器、分勵脫扣器等。63圖

自動空氣斷路器原理圖1-觸點2-鎖鍵3-搭鉤4-轉(zhuǎn)軸5-杠桿6-彈簧7-銜鐵8-欠電壓脫扣器9-加熱電阻絲10-熱脫扣器雙金屬片11-銜鐵12-過電流脫扣器13-彈簧641.滅弧室2.分勵脫扣器3.輔助觸頭4.欠壓脫扣器5.合閘電磁鐵6.智能控制器

7.操作機構(gòu)8.電動操作機構(gòu)9.面板10.安全隔板11.二次回路接線端子12.抽屜座6566自動空氣斷路器的工作原理當過電流時銜鐵11吸合；欠電壓時銜鐵7釋放；過載時雙金屬片10彎曲，當出現(xiàn)上述三種中任一種情況時，均通過杠桿5使搭鉤3脫開，由主觸點1切斷電路。自動空氣斷路器又分塑殼式與萬能式兩種。它相當于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種自動切斷電路故障用的保護電器。它與接觸器所不同的是允許切斷短路電流，但允許操作次數(shù)較低。它的主要參數(shù)是額定電壓、額定電流和允許切斷的極限電流。選擇時自動空氣斷路器的允許切斷極限電流應(yīng)略大于電路最大短路電流。67斷路器的型號含義和電氣符號68小結(jié)

主要介紹了常用低壓電器的用途、基本構(gòu)造、工作原理及其主要參數(shù)、型號與電氣符號。每種電器都有一定的使用范圍，要根據(jù)使用要求正確選用。電器的技術(shù)參數(shù)是選用的主要依據(jù)。其參數(shù)可以在產(chǎn)品說明書及電工手冊中查閱。開關(guān)電器是利用觸頭來接通和斷開電路的，在斷開過程中由于電弧存在而需要滅弧裝置，選擇電器時要考慮到觸頭通斷電路的能力。從工作原理上來說低壓電器絕大部分都是利用電磁原理制成的，所以自動化電器普遍帶有電磁機構(gòu)，因此電磁線圈的電流種類、電壓高低也是這些電器選擇的重要依據(jù)。

69電氣設(shè)備的功能是通過電器元件的不同組合來實現(xiàn)的，從電路圖中認識電器元件是認識分析電氣設(shè)備功能的基礎(chǔ)，掌握電路圖繪制和分析的方法是分析電氣設(shè)備工作的關(guān)鍵，不同種類的電路圖其作用不同，結(jié)構(gòu)特點也不同。電器元件在電路圖中的表達是通過符號來實現(xiàn)的，應(yīng)通過不斷地對電路分析來熟悉電氣符號的形式；電氣設(shè)備的功能則是通過電器元件的不同組合來實現(xiàn)的，本任務(wù)應(yīng)使學(xué)習(xí)者掌握電氣線路圖的組成特點，充分掌握其看圖的方法規(guī)律，為進一步看懂電路圖打下良好的基礎(chǔ)。電氣元件的符號與看圖方法70相關(guān)知識

繼電器—接觸器的控制方式稱作電器控制，其電氣控制電路是由各種有觸點電器，如接觸器、繼電器、按鈕、開關(guān)等組成。它能實現(xiàn)電力拖動系統(tǒng)的起動、反向、制動、調(diào)速和保護，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對電力拖動系統(tǒng)的要求不斷提高，在現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)中采用了許多新的控制裝置和元器件，如MP、MC、PC、晶閘管等用以實現(xiàn)對復(fù)雜的生產(chǎn)過程的自動控制。盡管如此，目前在我國工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛、最基本的控制仍是電器控制。

71

常用電氣控制系統(tǒng)的圖文符號電力拖動控制系統(tǒng)由電動機和各種控制電器組成。為了表達電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計意圖，便于分析系統(tǒng)工作原理、安裝、調(diào)試和檢修控制系統(tǒng)，必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號來表達。國家標準局參照國際電工委員會（IEC）頒布文件，制定了我國電氣設(shè)備的有關(guān)國家標準，如：CB4728-85《電氣圖常用圖形符號》GB5226-85《機床電氣設(shè)備通用技術(shù)條件》GB7159-87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》GB6988-86《電氣制圖》GB5094-85《電氣技術(shù)中的項目代號》電氣圖形符號有圖形符號、文字符號及回路標號等。721.2電氣控制電路基本環(huán)節(jié)

電氣原理圖一般分為主回路、控制回路和輔助回路3個部分。主回路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電機之間相連的電器元件，一般由（QS,FU,FR的熱元件(QF)KM主觸點和電動機）接觸器和繼電器線圈等是小電流線路屬于控制回路；其他如信號、保護、測量等也是小電流線路但屬于輔助回路。1.電氣原理圖73繼電器-接觸器原理圖的繪制所有的主回路（或稱動力回路）在圖上都用粗線畫出，并且一般都畫在圖紙的上方或左方?？刂坪洼o助回路用細線表示，畫在同一張圖紙的下方或右方。圖中各電器元件均應(yīng)用國標規(guī)定的圖形符號和文字符號同一電器的各部件（如繼電器的線圈和觸點）可以畫在不同的位置，但必須采用相同的文字符號表示。為了區(qū)分同一電器的各觸點或同一類型的各電器，可以用輔助符號或數(shù)字序號加以區(qū)別。74繼電器-接觸器原理圖的繪制線路圖中的所有觸點都按其“正?！蔽恢卯嫵鏊^正常位置是指各電器在沒有通電或受外力作用時的狀態(tài)。例如接觸器線圈未通電，主令控制器手柄在零位，按鈕未按下時的情況等。盡可能減少線條和避免線條交叉各導(dǎo)線之間有電的聯(lián)系時，在導(dǎo)線的交點處畫一個實心圓點。根據(jù)圖面布置的需要，可以將圖形符號旋轉(zhuǎn)90度，但文字符號不可倒置。75繼電器-接觸器原理圖的繪制線路圖中的所有觸點都按其“正?！蔽恢卯嫵鏊^正常位置是指各電器在沒有通電或受外力作用時的狀態(tài)。例如接觸器線圈未通電，主令控制器手柄在零位，按鈕未按下時的情況等。盡可能減少線條和避免線條交叉各導(dǎo)線之間有電的聯(lián)系時，在導(dǎo)線的交點處畫一個實心圓點。根據(jù)圖面布置的需要，可以將圖形符號旋轉(zhuǎn)90度，但文字符號不可倒置。76

看電氣原理圖的方法1）電氣原理圖是用表示電器設(shè)備的特定圖形符號和文字符號，按規(guī)定的制圖原則繪制的，因此必須首先熟悉圖形符號的表示意義和各種標注法以及制圖原則。2）對于一張具體的電氣原理圖，應(yīng)了解控制對象的生產(chǎn)工藝過程，按照工藝過程，搞清線路動作的全過程。一般是從某一主令電器(或保護電器)的動作開始，到電動機的運行進入穩(wěn)定狀態(tài)(或完成一個工作循環(huán)停機)而結(jié)束。773）電氣原理圖中有主回路、控制回路和輔助回路等，可以按其基本功能分類，有助于分析和理解電路原理，同時還要標清線路中每臺電機和每個電器元件的原理、性能和作用，以及元件之間的閉鎖關(guān)系。4）電氣原理圖中的電器元件通常不表示空間實際位置，例如同一個接觸器的線圈和觸點往往分開畫在圖中的不同位置甚至畫在兩張圖上，因此，當接觸器動作后，應(yīng)考慮到全部觸點轉(zhuǎn)換狀態(tài)后在電路中起到的作用。此外，對于同時動作的電器，應(yīng)注意觸點轉(zhuǎn)換的邏輯關(guān)系和是否有延時過程。

785）電氣原理圖中觸點、開關(guān)的狀態(tài)均是處于該電器未受力(電磁、機械及人工操作等)時的狀態(tài)，機械開關(guān)應(yīng)是循環(huán)開始前的狀態(tài)。另外，在舊標準中，對觸點符號通常規(guī)定：當觸點符號垂直放置時，動觸點在靜觸點左側(cè)為動合觸點，而在右側(cè)為動斷觸點；當觸點符號水平放置時，動觸點在靜觸點上方為動合觸點，而在下方為動斷觸點。新標準中沒有這種嚴格規(guī)定，識圖時應(yīng)注意從符號的圖形區(qū)分是動合還是動斷觸點。6）為了安裝與維修方便，電氣原理圖中各導(dǎo)線聯(lián)接點，電機和電器的接線端子都需編號。編號可以是阿拉伯數(shù)字，或根據(jù)需要將數(shù)字和拉丁字母組合使用，但不能使用字母“I”和“O”。79任何電氣控制線路都是由一些基本控制線路所組成，牢固掌握這些基本控制線路的結(jié)構(gòu)特點、控制原理對以后分析實際電氣設(shè)備的控制線路具有非常重要的意義，所以必須對基本控制線路的分析做到熟練和舉一反三。本任務(wù)從最簡單的點動控制、單向連續(xù)運轉(zhuǎn)控制分析入手，逐漸深入到正反轉(zhuǎn)、自動往返控制、各種降壓啟動控制、轉(zhuǎn)子串電阻控制、電氣制動控制等常見控制形式，通過大量實例的分析，應(yīng)能比較熟練地掌握電氣控制線路的分析方法、各種控制電路的結(jié)構(gòu)性能特點。80相關(guān)知識一、三相籠型異步電動機全壓起動控制電路三相籠型異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格便宜、維修方便等優(yōu)點，獲得了廣泛的應(yīng)用。對它的起動控制有直接起動與降壓起動兩種方式?；\型異步電動機的直接起動是一種簡單、可靠、經(jīng)濟的起動方法。由于直接起動電流可達電動機額定電流的4～7倍，過大的起動電流會造成電網(wǎng)電壓顯著下降，直接影響在同一電網(wǎng)工作的其它電動機，甚至使它們停轉(zhuǎn)或無法起動，故直接起動電動機的容量受到一定限制。

812.典型控制電路1)異步電動機控制線路原理圖單向點動單向點動控制電路

首先合上電源開關(guān)QS。

起動：

停止：

這種當按鈕按下時電動機就運轉(zhuǎn)，按鈕松開后電動機就停止的控制方式，稱為點動控制。因短時工作，電路中不設(shè)熱繼電器

8283電路工作原理如下：首先合上電源開關(guān)QS。起動：單向自鎖控制電路停止依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖。起自鎖作用的輔助觸點，則稱為自鎖觸點停止：84

電路保護環(huán)節(jié)①短路保護由熔斷器FU1、FU2分別實現(xiàn)主電路和控制電路的短路保護。為擴大保護范圍，在電路中熔斷器應(yīng)安裝在靠近電源端，通常安裝在電源開關(guān)下邊。②過載保護由于熔斷器具有反時限保護特性和分散性，難以實現(xiàn)電動機的長期過載保護，為此采用熱繼電器FR實現(xiàn)電動機的長期過載保護。當電動機出現(xiàn)長期過載時，串接在電動機定子電路中的雙金屬片因過熱變形，致使其串接在控制電路中的常閉觸點打開，切斷KM線圈電路，電動機停止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護。

③欠壓和失壓保護當電源電壓由于某種原因嚴重欠壓或失壓時，接觸器電磁吸力急劇下降或消失，銜鐵釋放，常開主觸點與自鎖觸點斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)。而當電源電壓恢復(fù)正常時，電動機不會自行運轉(zhuǎn)，避免事故發(fā)生。因此具有自鎖的控制電路具有欠壓與失壓保護。

85電動機正反向運行控制電路1．正一停一反控制電路接觸器KM1和KM2觸點不可同時閉合，以免發(fā)生相間短路故障?；ユi：利用接觸器常閉輔助觸點互相制約的方法稱為互鎖。而這兩個常閉輔助觸點稱為互鎖觸點。86電動機正反向運行控制電路2．正一反一?？刂齐娐钒粹o、接觸器雙重互鎖所謂按鈕互鎖，就是將復(fù)合按鈕動合觸點作為起動按

鈕，而將其動斷觸點作為互鎖觸點串接在另一個接觸器線圈支路中。這樣，要使電動機改變轉(zhuǎn)向，只要直接按反轉(zhuǎn)按鈕就可以了，而不必先按停止按鈕，簡化了操作。

87接觸器互鎖的電動機正反轉(zhuǎn)控制的工作原理如下：

首先合上電源開關(guān)QS。

正轉(zhuǎn)起動：

停止：

反轉(zhuǎn)起動：88幾種點動控制電路生產(chǎn)機械除需要正常連續(xù)運轉(zhuǎn)外，往往還需要作調(diào)整運動，這時就需要進行“點動”控制。圖b為采用開關(guān)SA斷開自鎖回路的點動控制電路，該電路可實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)和點動控制，由開關(guān)SA選擇，當SA合上時為連續(xù)控制；SA斷開時為點動控制。

圖c為用點動按鈕常閉觸點斷開自鎖回路的點動控制電路。SB2為連續(xù)運轉(zhuǎn)起動按鈕，SB1為連續(xù)運行停止按鈕，SB3為點動按鈕。當按下SB3時，常閉觸點先將自鎖回路切斷，而后常開觸點才接通，使KM線圈通電，常開主觸點閉合，電動機起動旋轉(zhuǎn)；當松開SB3時，常開觸點先斷開，KM線圈斷電，常開觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)，而后SB3常閉觸點才閉合，但KM常開輔助觸點已斷開，KM線圈無法通電，實現(xiàn)點動控制。8990電動機正反向運行控制電路3．自動往返控制電路91三相籠型異步電動機減壓起動控制電路三相籠型異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方式。直接啟動簡單、可靠、經(jīng)濟。直接啟動電流是其額定電流的4～7倍。因此，功率大的電動機直接啟動時，過大的啟動電流會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)上其它電器的正常工作。三相籠型異步電動機容量在10kW以上.降壓啟動是指：利用啟動設(shè)備或線路，降低加在電動機定子繞組上的電壓來啟動電動機。降壓啟動可達到降低啟動電流的目的，但由于啟動力矩與每相定子繞組所加電壓的平方成正比，所以降壓啟動的方法只適用于空載或輕載啟動。

92減壓起動控制電路在電動機啟動時，在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞組電壓降低，啟動結(jié)束后再將電阻切除，使電動機在額定電壓下正常運行。1．定子電路串電阻降壓啟動

93減壓起動控制電路94電路工作情況：合上電源開關(guān)Q，按下起動按鈕SB2，KM1通電并自鎖，同時KT通電，電動機定子串入電阻R進行減壓起動，經(jīng)時間繼電器KT的延時，其常開延時閉合觸點閉合，KM2通電，將起動電阻短接，電動機進入全壓正常運行。KT的延時時間長短根據(jù)電動機起動過程時間長短來整定。該控制電路在電動機進入正常運行后，KM1、KT始終通電工作，不但消耗了電能，而且增加了出現(xiàn)故障的機率。若發(fā)生時間繼電器觸點不動作的故障，將使電動機長期在減壓下運行，造成電動機無法正常工作，甚至燒毀電動機。95減壓起動控制電路起動時把繞組接成星形連接，起動完畢后再自動換接成三角形接法而正常運行。凡是正常運行時定子繞組接成三角形的籠型異步電動機，均可采用這種降壓啟動方法在電機Y—Δ起動過程中，繞組的自動切換由時間繼電器KT延時動作來控制。96三相籠型異步電動機額定電壓通常為380/660V，相應(yīng)的繞組接法為△

/Y，這種電動機每相繞組額定電壓為380V。我國采用的電網(wǎng)供電電壓為380V，因此，電動機起動時接成Y聯(lián)接，電壓降為額定電壓的，正常運行時換接成D聯(lián)接，由電工基礎(chǔ)知識可知：因此Y聯(lián)接時起動電流僅為△聯(lián)接時的1/3，相應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩也是△聯(lián)接時的1/3。因此，Y-△起動僅適用于空載或輕載下的起動。現(xiàn)在生產(chǎn)的Y系列籠型異步電動機功率在4.0kW以上者均為380/660V，Y/△聯(lián)接，在需要減壓起動時均可采用Y-△起動。

（3-3）——電動機D接時線電流，單位為A；——電動機Y接時線電流，單位為A。式中Y-△減壓起動控制電路9798

圖為Y-D減壓起動控制電路。圖中KM1為Y聯(lián)接接觸器，KM2為接通電源接觸器，KM3為D聯(lián)接接觸器，KT為起動時間繼電器，HL1為Y聯(lián)接指示燈，HL2為D聯(lián)接指示燈。

1）電路工作情況：合上電源開關(guān)QF，按下起動按鈕SB2，KM1通電，隨即KM2通電并自鎖，電動機接成Y聯(lián)接，接入三相電源進行減壓起動，同時指示燈HL1亮，并由KM1的兩對常開輔助觸點將熱繼電器FR發(fā)熱元件短接。在按下SB2，KM1通電動作的同時，KT通電，經(jīng)一段時間延時后，KT常閉觸點斷開，KM1斷電釋放，電動機星形中性點斷開，F(xiàn)R發(fā)熱元件接入電路；另一對KT常開觸點延時閉合，KM3通電并自鎖，指示燈HL1關(guān)斷，HL2亮，電動機接成D聯(lián)接。運行時處于斷電狀態(tài)，使電路更為可靠地工作。至此，電動機Y-D減壓起動結(jié)束，電動機投入正常運行。停止時，按下SB1即可。

99該電路常用于13kW以上電動機的起動控制中，對電動機進行長期過載保護的熱繼電器FR發(fā)熱元件接在電流互感器的二次側(cè)，為防止電動機起動電流大、時間長而使熱繼電器發(fā)生誤動作，致使電動機無法正常起動。為此，設(shè)置了KM1觸點在起動過程中將其短接，不致發(fā)生誤動作。

100減壓起動控制電路1．Y-△降壓起動控制電路101三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機起動控制電路三相繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子中繞有三相繞組，通過滑環(huán)可以串接外加電阻，從而減小起動電流和提高起動轉(zhuǎn)矩，適用于要求起動轉(zhuǎn)矩高及對調(diào)速要求高的場合。按照繞線型異步電動機起動過程中轉(zhuǎn)子串接裝置不同有串電阻起動與串頻敏變阻器起動兩種控制電路。102

1．轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動控制電路按電流原則控制繞線型電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制電路

圖為按電流原則控制繞線型電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制電路。圖中KM1～KM3為短接電阻接觸器，R1～R3為轉(zhuǎn)子電阻，KA1～KA3為電流繼電器，KM4為電源接觸器，KA4為中間繼電器。103

電路工作情況：合上電源開關(guān)Q，按下起動按鈕SB2，KM4通電并自鎖，電動機定子繞組接通三相電源，轉(zhuǎn)子串入全部電阻起動，同時KA4通電，為KM1～KM3通電作準備。由于剛起動時電流很大，KA1～KA3吸合電流相同，故同時吸合動作，其常閉觸點都斷開，使KM1～KM3處于斷電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電阻全部串入，達到限制電流和提高轉(zhuǎn)矩的目的。在起動過程中，隨著電動機轉(zhuǎn)速