《電器控制與PLC技術》課件第1章

第1章常用低壓電器1.1低壓電器的電磁機構和執(zhí)行機構1.2刀開關與自動開關1.3熔斷器1.4主令電器1.5接觸器1.6繼電器1.7小結習題1.1低壓電器的電磁機構和執(zhí)行機構

1．低壓電器的分類

低壓電器是指工作在交流電壓1200V或直流電壓1500V以下的各種電器。機械生產上大多用的是低壓電器。

低壓電器種類繁多，按其結構、用途及所控制對象的不同，可以有不同的分類方式。

(1)按用途和控制對象不同，可將低壓電器分為配電電器和控制電器。

用于電能的輸送和分配的電器稱為低壓配電電器，這類電器包括刀開關、轉換開關、空氣斷路器和熔斷器等。用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器稱為控制電器，這類電器包括接觸器、啟動器和各種控制繼電器等。

(2)按操作方式不同，可將低壓電器分為自動電器和手動電器。

通過電器本身參數變化或外來信號(如電、磁、光、熱等)自動完成接通、分斷、啟動、反向和停止等動作的電器稱為自動電器。常用的自動電器有接觸器、繼電器等。

通過人力直接操作來完成接通、分斷、啟動、反向和停止等動作的電器稱為手動電器。常用的手動電器有刀開關、轉換開關和主令電器等。

(3)按工作原理不同，可將低壓電器分為電磁式電器和非電量控制電器。

電磁式電器是依據電磁感應原理來工作的電器，如接觸器、各類電磁式繼電器等。非電量控制電器是靠外力或某種非電量的變化而動作的電器，如行程開關、速度繼電器等。

2．低壓電器的作用

(1)控制作用：如電梯的上下移動、快慢速自動切換與自動停層等。

(2)保護作用：根據設備的特點，對設備、環(huán)境，以及人身實行自動保護，如電機的過熱保護，電網的短路保護、漏電保護等。

(3)測量作用：利用儀表及與之相適應的電器，對設備、電網或其他非電參數進行測量，如電流、電壓、功率、轉速、溫度、濕度等。

(4)調節(jié)作用：低壓電器可對一些電量和非電量進行調整，以滿足用戶的要求，如柴油機油門的調整、房間溫/濕度的調節(jié)、照明度的自動調節(jié)等。

(5)指示作用：利用低壓電器的控制、保護等功能，檢測出設備運行狀況與電氣電路工作情況，如絕緣監(jiān)測、保護掉牌指示等。

(6)轉換作用：在用電設備之間轉換或對低壓電器、控制電路分時投入運行，以實現功能切換，如勵磁裝置手動與自動的轉換，供電的市電與自備電的切換等。

當然，低壓電器的作用遠不止這些，隨著科學技術的發(fā)展，新功能、新設備會不斷出現。常用低壓電器的主要種類和用途如表1-1所示。

表1-1常用低壓電器的主要種類及用途

3.低壓電器的基本結構

電磁式低壓電器大都有兩個主要組成部分，即感測部分(電磁機構)和執(zhí)行部分(觸頭系統(tǒng))。

1)電磁機構

電磁機構的主要作用是將電磁能量轉換成機械能量，帶動觸頭動作，從而完成接通或分斷電路的功能。

電磁機構由吸引線圈、鐵芯和銜鐵三個基本部分組成。

常用的電磁機構如圖1-1所示，可分為三種形式。圖1-1常用的電磁機構(a)U形拍合式；(b)E形拍合式；(c)E形直動式

2)直流電磁鐵和交流電磁鐵

按吸引線圈所通電流性質的不同，電磁鐵可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。

直流電磁鐵由于通入的是直流電，其鐵芯不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，因此線圈與鐵芯接觸以利散熱，線圈做成無骨架、高而薄的瘦高形，以改善線圈自身的散熱性能。鐵芯和銜鐵由軟鋼和工程純鐵制成。

交流電磁鐵由于通入的是交流電，鐵芯中存在磁滯損耗和渦流損耗，線圈和鐵芯都發(fā)熱，因此交流電磁鐵的吸引線圈有骨架，使鐵芯與線圈隔離并將線圈制成短而厚的矮胖形，以利于鐵芯和線圈的散熱。鐵芯用硅鋼片疊加而成，以減小渦流。當線圈中通以直流電時，氣隙磁感應強度不變，直流電磁鐵的電磁吸力為恒值。當線圈中通以交流電時，磁感應強度為交變量，交流電磁鐵的電磁吸力F在0(最小值)～Fm(最大值)之間變化，其吸力曲線如圖1-2所示。在一個周期內，當電磁吸力的瞬時值大于反力時，銜鐵吸合；當電磁吸力的瞬時值小于反力時，銜鐵釋放。所以電源電壓每變化一個周期，電磁鐵吸合兩次，釋放兩次，使電磁機構產生劇烈的振動和噪聲，因而不能正常工作。圖1-2交流電磁鐵吸力變化情況為了消除交流電磁鐵產生的振動和噪聲，在鐵芯的端面開一小槽，在槽內嵌入銅制短路環(huán)，如圖1-3所示。短路環(huán)利用磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一時刻都大于反力，以消除振動和噪聲。圖1-3交流電磁鐵的短路環(huán)

3)觸頭系統(tǒng)

觸頭是電器的執(zhí)行部分，起接通和分斷電路的作用。

觸頭主要有兩種結構形式：橋式觸頭和指形觸頭，具體如圖1-4所示。圖1-4觸頭的結構形式(a)點接觸橋式觸頭；(b)面接觸橋式觸頭；(c)指形觸頭

4)滅弧裝置

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生電弧。電弧一經產生，就會產生大量熱能。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。

常用的滅弧方法如下：

(1)機械滅?。和ㄟ^機械將電弧迅速拉長，如圖1-5所示。該方法主要用于開關電路。圖1-5機械滅弧

(2)磁吹滅?。涸谝粋€與觸頭串聯的磁吹線圈產生的磁力作用下，電弧被拉長且被吹入由固體介質構成的滅弧罩內，電弧被冷卻熄滅，如圖1-6所示。圖1-6磁吹滅弧

(3)金屬柵片滅?。寒斢|頭分開時，產生的電弧在電場力的作用下被推入一組金屬柵片而被分成數段，彼此絕緣的金屬片相當于電極，因而就有許多陰陽極壓降，對于交流電弧，在電弧過零時將使電弧無法維持而熄滅，如圖1-7所示。交流電器常用柵片滅弧。

(4)窄縫滅?。涸陔娀⌒纬傻拇艌觥㈦妶隽Φ淖饔孟?，將電弧拉長進入滅弧罩的窄縫中，使其分成數段并迅速熄滅，如圖1-8所示。該方式主要用于交流接觸器中。

圖1-7金屬柵片滅弧圖1-8窄縫滅弧

1.2刀開關與自動開關

1.2.1刀開關

刀開關是一種手動電器，在低壓電路中用于不頻繁地接通和分斷電路，或用于隔離電源，故又稱之為“隔離開關”。

1.刀開關的結構和安裝

刀開關是一種結構較為簡單的手動電器，主要由手柄、觸刀、靜插座和絕緣底板等組成，如圖1-9所示。圖1-9刀開關結構示意圖刀開關在切斷電源時會產生電弧，因此在安裝刀開關時手柄必須朝上，不得倒裝或平裝。

接線時應將電源線接在上端，負載接在下端，這樣拉閘后刀片與電源隔離，可防止意外發(fā)生。

2.常用刀開關

常用刀開關有HD系列及HS系列板用刀開關、HK系列開啟式負荷開關和HH系列封閉式負荷開關。刀開關的外形如圖1-10所示。

刀開關的型號含義和電氣符號如圖1-11所示。圖1-10刀開關的外形圖圖1-11刀開關的型號含義和電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號1.2.2組合開關

組合開關又稱萬能轉換開關，一般用于電氣設備中不頻繁地通斷電路、換接電源和負載，小容量電動機不頻繁的起?？刂啤Ｈf能轉換開關是一種多擋式，控制多回路的主令電器，一般可作為多種配電裝置的遠距離控制，也可作為電壓表、電流表的換相開關，還可作為小容量電動機的啟動、制動、調速及正反向轉換的控制。其觸頭擋數多、換接線路多、用途廣泛，故有“萬能”之稱。萬能轉換開關主要由操作機構、面板、手柄及數個觸點座等部件組成，并用螺栓組裝成為一個整體，如圖1-12所示。萬能轉換開關的結構原理圖及電氣符號如圖1-13所示，圖中水平方向的數字1～3表示觸點編號，垂直方向的數字及文字“左”、“0”、“右”表示手柄的操作位置(擋位)，虛線表示手柄操作的聯動線。在不同的操作位置，各對觸點的通、斷狀態(tài)的表示方法為：在觸點的下方與虛線相交位置有黑色圓點表示在對應操作位置時觸點接通，沒涂黑色圓點表示在該操作位置不通。圖1-12萬能轉換開關外形圖圖1-13萬能轉換開關的結構原理圖及電氣符號(a)結構原理圖；(b)電氣符號1.2.3低壓斷路器

低壓斷路器也稱為自動空氣開關，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁啟動的電動機。它的功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部功能的總和，是低壓配電網中一種重要的保護電器。

低壓斷路器具有多種保護功能(過載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調、分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以目前被廣泛應用。

1．結構和工作原理

低壓斷路器由操作機構、觸點、保護裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成。低壓斷路器的工作原理圖如圖l-14所示。圖1-14低壓斷路器工作原理圖低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片向上彎曲，推動自由脫扣機構動作；當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放，也使自由脫扣機構動作。分離脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下停止按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸點斷開。

2．低壓斷路器的典型產品

低壓斷路器的主要分類方法是以結構形式分類的，分為裝置式和開啟式兩種。裝置式又稱為塑料殼式，開啟式又稱為框架式或萬能式。

(1)裝置式斷路器。裝置式斷路器如圖1-15所示，其有絕緣塑料外殼，內裝觸點系統(tǒng)、滅弧室及脫扣器等，可手動或電動(對大容量斷路器而言)合閘。它有較高的分斷能力和動穩(wěn)定性，有較完善的選擇性保護功能，廣泛用于配電線路。圖1-15裝置式斷路器的外形圖目前常用的裝置式斷路器有DZ10、DZ20、DZX19和C45N(目前已升級為C65N)等系列產品。其中，C45N(C65N)斷路器具有體積小、分斷能力高、限流性能好、操作輕便，型號規(guī)格齊全、可以方便地在單極結構基礎上組合成雙極、三極、四極斷路器等優(yōu)點，廣泛使用在60A及以下的民用照明支干線及支路中(多用于住宅用戶的進線開關及商場照明支路開關)。

(2)框架式斷路器?？蚣苁綌嗦菲魅鐖D1-16所示，一般容量較大，具有較高的短路分斷能力和較高的動穩(wěn)定性。它適用于在交流50Hz，額定電壓380V的配電網絡中作為配電干線的主保護。

框架式斷路器主要由觸點系統(tǒng)、操作機構、過電流脫扣器、分離脫扣器及欠壓脫扣器、附件及框架等部分組成，全部組件進行絕緣后裝于框架結構的底座中。圖1-16框架式斷路器的外形圖目前我國常用的有DW15、ME、AE、AH等系列的框架式低壓斷路器。其中，DW15系列斷路器是我國自行研制生產的，有1000、1500、2500和4000A等幾個型號。ME、AE、AH等系列斷路器是利用引進技術生產的，它們的規(guī)格型號較為齊全(ME開關電流為630～5000A，共分13個等級)，額定分斷能力較DW15更強，常用于低壓配電干線的主保護。

(3)智能化斷路器。目前國內生產的智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種?？蚣苁街悄芑瘮嗦菲髦饕糜谥悄芑詣优潆娤到y(tǒng)中的主斷路器；塑料外殼式智能化斷路器主要用在配電網絡中分配電能和作為線路及電源設備的控制與保護，亦可用于三相籠型異步電動機的控制。智能化斷路器的特征是采用了以微處理器或單片機為核心的智能控制器(智能脫扣器)，它不僅具備普通斷路器的各種保護功能，同時還具備實時顯示電路中的各種電氣參數(電流、電壓、功率、功率因數等)。對電路進行在線監(jiān)視、自行調節(jié)、測量、試驗、自診斷、通信等功能，能夠對各種保護功能的動作參數進行顯示、設定和修改，保護電路動作時的故障參數能夠存儲在非易失存儲器中以便查詢。國內DW45、DW40、DW914(AH)、DW18(AE-S)、DW48、DW19(3WE)、DW17(ME)等智能化框架斷路器和智能化塑殼斷路器都配有ST系列智能控制器及配套附件。ST系列智能控制器是國家機械部“八五”至“九五”期間的重點項目，產品性能指標達到20世紀90年代國際先進水平。它采用積木式配套方案，可直接安裝于斷路器本體中，無需重復二次接線，并可多種方案任意組合。

3．低壓斷路器的主要技術參數和電氣符號

低壓斷路器的主要技術參數：

(1)額定電壓：斷路器長期工作時的允許電壓，通常等于或大于電路的額定電壓。

(2)額定電流：斷路器在電路中長期工作時的允許持續(xù)電流。

(3)通斷能力：斷路器在規(guī)定的電壓、頻率以及規(guī)定的線路參數(交流電路為功率因數，直流電路為時間常數)下，所能接通和分斷的短路電流值。

(4)分斷時間：切斷故障電流所需的時間，包括固有斷開時間和燃弧時間。

低壓斷路器的電氣符號如圖1-17所示。圖1-17低壓斷路器電氣符號

4．低壓斷路器的選用原則

(1)根據線路對保護的要求確定斷路器的類型和保護形式——框架式、裝置式或限流式等。

(2)斷路器的額定電壓應等于或大于被保護線路的額定電壓。

(3)斷路器欠壓脫扣器的額定電壓應等于被保護線路的額定電壓。

(4)斷路器的額定電流及過流脫扣器的額定電流應大于或等于被保護線路的計算電流。

(5)斷路器的極限分斷能力應大于線路的最大短路電流的有效值。

(6)配電線路中的上、下級斷路器的保護特性應協調配合，下級的保護特性應位于上級保護特性的下方且不相交。

(7)斷路器的長延時脫扣電流應小于導線允許的持續(xù)電流。

1.3熔斷器

熔斷器是一種簡單而有效的保護電器，在電路中主要起短路保護作用。

1.3.1熔斷器的結構與工作原理

熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。其工作原理為電流熱效應，即正常時電流等于額定電流，溫度小于熔點溫度，熔體不熔斷；短路時電流大于或遠大于額定電流，溫度大于熔點溫度，熔體熔斷，從而切斷電路。1.3.2常用熔斷器

1．插入式熔斷器

插入式熔斷器如圖1-18所示，它常用于380V及以下電壓等級的線路末端，作為配電支線或電氣設備的短路保護。圖1-18插入式熔斷器

2．螺旋式熔斷器

螺旋式熔斷器如圖1-19所示，熔體的上端蓋有一熔斷指示器，一旦熔體熔斷，指示器馬上彈出，可透過瓷帽上的玻璃孔觀察到，它常用于機床電氣控制設備中。螺旋式熔斷器的分斷電流較大，可用于電壓等級500V及其以下、電流等級200A以下的電路中，作短路保護。圖1-19螺旋式熔斷器

3．封閉式熔斷器

封閉式熔斷器分為有填料熔斷器和無填料熔斷器兩種，如圖1-20和圖1-21所示。有填料熔斷器一般用方形瓷管，內裝石英砂及熔體，分斷能力強，用于電壓等級500?V以下、電流等級1kA以下的電路中。無填料封閉式熔斷器將熔體裝入封閉式圓筒中，分斷能力稍小，用于電壓等級500V以下、電流等級600A以下的電力網或配電設備中。圖1-20有填料封閉式熔斷器圖1-21無填料封閉式熔斷器

4．快速熔斷器

快速熔斷器主要用于半導體整流元件或整流裝置的短路保護。由于半導體元件的過載能力很低，只能在極短時間內承受較大的過載電流，因此要求短路保護具有快速熔斷的能力?？焖偃蹟嗥鞯慕Y構和有填料封閉式熔斷器基本相同，但熔體材料和形狀不同，它是由銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。

5．自復熔斷器

自復熔斷器采用金屬鈉作熔體，在常溫下具有高電導率。當電路發(fā)生短路故障時，短路電流產生高溫使鈉迅速汽化，汽態(tài)鈉呈現高阻態(tài)，從而限制了短路電流。當短路電流消失后，溫度下降，金屬鈉恢復原來的良好導電性能。自復熔斷器只能限制短路電流，不能真正分斷電路，其優(yōu)點是不必更換熔體，能重復使用。1.3.3熔斷器的選擇

1．熔斷器的安秒特性

熔斷器的動作是靠熔體的熔斷來實現的，當電流較大時，熔體熔斷所需的時間就較短；而電流較小時，熔體熔斷所需的時間就較長，甚至不會熔斷。因此對熔體來說，其動作電流和動作時間特性，即熔斷器的安秒特性為反時限特性，如圖1-22所示。圖1-22熔斷器的安秒特性每一熔體都有一最小熔化電流，相應于不同的溫度，最小熔化電流也不同。雖然該電流受外界環(huán)境的影響，但在實際應用中可以不加考慮。一般定義熔體的最小熔斷電流與熔體的額定電流之比為最小熔化系數，常用熔體的熔化系數大于1.25，也就是說，額定電流為10A的熔體在12.5A電流以下時不會熔斷。熔斷電流與熔斷時間之間的關系如表1-2所示。表1-2熔斷電流與熔斷時間之間的關系從這里可以看出，熔斷器只能起到短路保護作用，不能起過載保護作用。如確需在過載保護中使用，則必須降低其使用的額定電流，如8A的熔體用于10A的電路中，作短路保護兼作過載保護，但此時的過載保護特性并不理想。

2．熔斷器的選擇

選擇熔斷器類型主要的依據是負載的保護特性和短路電流的大小。對于容量小的電動機和照明支線，常采用熔斷器作為過載及短路保護，因而希望熔體的熔化系數適當小些，通常選用鉛錫合金熔體的RQA系列熔斷器。對于較大容量的電動機和照明干線，則應著重考慮短路保護和分斷能力，通常選用具有較高分斷能力的RM10和RL1系列的熔斷器。當短路電流很大時，宜采用具有限流作用的RT0和RT12系列的熔斷器。熔體的額定電流可按以下方法選擇：

(1)保護無啟動過程的平穩(wěn)負載，如照明線路、電阻、電爐等時，熔體額定電流略大于或等于負荷電路中的額定電流。

(2)保護單臺長期工作的電機熔體電流時，可按最大啟動電流選取，也可按下式選?。?/p>

IRN≥(1.5～2.5)IN

式中：IRN——熔體額定電流；

IN——電動機額定電流。

如果電動機頻繁啟動，上式中系數可適當加大至3～3.5，具體應根據實際情況而定。

(3)保護多臺長期工作的電動機(供電干線)時，按下式選?。?/p>

IRN≥(1.5～2.5)IN

max+ΣIN

式中：IN

max——容量最大單臺電機的額定電流；

ΣIN——其余電動機額定電流之和。

3．熔斷器的級間配合

為防止發(fā)生越級熔斷而擴大事故范圍，上、下級(即供電干、支線)線路的熔斷器間應有良好配合。選用時，應使上級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比下級(供電支線)的大1～2個級差。

常用的熔斷器有管式熔斷器R1系列、螺旋式熔斷器RL1系列、填料封閉式熔斷器RT0系列及快速熔斷器RS0、RS3系列等。熔斷器的型號含義和電氣符號如圖1-23所示。圖1-23熔斷器的型號含義和電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號

1.4主令電器

控制系統(tǒng)中，主令電器是一種專門發(fā)布命令，直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路的電器，常用來控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、調速及制動等。常用的主令電器有：控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器等。另外不常用的主令電器還有腳踏開關、倒順開關、緊急開關、鈕子開關等。本節(jié)僅介紹幾種常用的主令電器。1.4.1控制按鈕

控制按鈕是一種結構簡單、使用廣泛的手動主令電器，它可以與接觸器或繼電器配合，對電動機實行遠距離的自動控制，用于實現控制線路的電氣聯鎖。

如圖1-24所示，控制按鈕由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成，通常做成復合式，即具有常閉觸點和常開觸點。按下按鈕時，先斷開常閉觸點，后接通常開觸點；按鈕釋放后，在復位彈簧的作用下，按鈕觸點自動復位的先后順序與按下按鈕時相反。通常，在無特殊說明的情況下，有觸點電器的觸點動作順序均為“先斷后合”。圖l-24按鈕開關結構示意圖在電氣控制線路中，常開按鈕常用于啟動電動機，也稱啟動按鈕；常閉按鈕常用于控制電動機停車，也稱停車按鈕；復合按鈕用于聯鎖控制的電路中。

控制銨鈕的種類很多，在結構上有撳鈕式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式、帶燈式和打碎玻璃按鈕。圖1-25所示為部分按鈕的產品圖。圖1-25部分按鈕的產品圖常用的控制按鈕有LA2、LA18、LA20、LAY1和SFAN-1型系列按鈕。其中，SFAN-1型為消防打碎玻璃按鈕；LA2系列為仍在使用的老產品，新產品有LA18、LA19、LA20等系列。LA18系列采用積木式結構，觸點數目可按需要拼裝至六常開六常閉，一般裝成二常開二常閉。LA19、LA20系列有帶指示燈和不帶指示燈兩種，前者按鈕帽用透明塑料制成，兼作指示燈罩。按鈕選擇的主要依據是使用場所、所需要的觸點數量、種類及顏色。其中，顏色具體含義為：紅——停止、綠——啟動、黑——點動；結構具體含義為：蘑菇——急停、指示燈式——指示、鑰匙——安全、平鈕——一般?？刂瓢粹o的型號含義和電氣符號如圖1-26所示。圖1-26控制按鈕的型號含義和電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號1.4.2行程開關

行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程，進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度，自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。行程開關的部分產品圖如圖1-27所示。

行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。圖1-27行程開關的部分產品圖

1．直動式行程開關

直動式行程開關的結構原理如圖1-28所示。其動作原理與按鈕開關相同，但其觸點的分合速度取決于生產機械的運行速度，不宜用在速度低于0.4m/min的場所。

圖1-28直動式行程開關

2．滾輪式行程開關

滾輪式行程開關的結構原理如圖1-29所示。當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時，撞桿轉向右邊，帶動凸輪轉動，頂下推桿，使微動開關中的觸點迅速動作。當運動機械返回時，在復位彈簧的作用下，各部分動作部件復位。

滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(羊角式)非自動復位式。雙滾輪行程開關具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路。

圖1-29滾輪式行程開關

3．微動式行程開關

微動式行程開關的結構如圖1-30所示。常用的有LXW-11系列產品。

行程開關的型號含義和電氣符號如圖1-31所示。圖1-30微動式行程開關圖1-31行程開關的型號含義和電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號1.4.3接近開關與紅外線光電開關

1．接近開關

接近式位置開關是一種非接觸式的位置開關，簡稱接近開關。它由感應頭、高頻振蕩器、放大器和外殼組成。當運動部件與接近開關的感應頭接近時，就使其輸出一個電信號。接近開關分為電感式和電容式兩種。

電感式接近開關的感應頭是一個具有鐵氧體磁芯的電感線圈，只能用于檢測金屬體。振蕩器在感應頭表面產生一個交變磁場，當金屬塊接近感應頭時，金屬中產生的渦流吸收了振蕩的能量，使振蕩減弱以至停振，因而產生振蕩和停振兩種信號，經整形放大器轉換成二進制的開關信號，從而起到“開”、“關”的控制作用。電容式接近開關的感應頭是一個圓形平板電極，與振蕩電路的地線形成一個分布電容，當有導體或其他介質接近感應頭時，電容量增大從而使振蕩器停振，經整形放大器輸出電信號。電容式接近開關既能檢測金屬，又能檢測非金屬及液體。

常用的電感式接近開關型號有LJ1、LJ2等系列；常用的電容式接近開關型號有LXJ15、TC等系列產品。接近開關的外形如圖1-32所示，電氣符號如圖1-33所示。

圖1-32接近開關的外形圖

圖1-33接近開關的電氣符號

2．紅外線光電開關

紅外線光電開關分為反射式和對射式兩種。

反射式光電開關的工作原理是：利用物體將光電開關發(fā)射出的紅外線反射回去，由光電開關接收，從而判斷是否有物體存在。如有物體存在，則光電開關接收到紅外線，其觸點動作，否則其觸點復位。對射式光電開關由分離的發(fā)射器和接收器組成。當無遮擋物時，接收器接收到發(fā)射器發(fā)出的紅外線，其觸點動作；當有物體遮擋時，接收器便接收不到紅外線，其觸點復位。光電開關和接近開關的用途已遠超出一般的行程控制和限位保護，可用于高速計數、測速、液面控制、檢測物體的存在、檢測零件尺寸等多種場合。1.4.4主令控制器

主令控制器是一種頻繁地對電路進行接通和切斷的電器。通過它可以對控制電路發(fā)布命令，與其他電路聯鎖或切換。它常配合磁力啟動器對繞線式異步電動機的啟動、制動、調速及換向實行遠距離控制，廣泛用于各類起重機械的拖動電動機的控制系統(tǒng)中。

主令控制器一般由外殼、觸點、凸輪、轉軸等組成，與萬能轉換開關相比，它的觸點容量大，操縱擋位也較多。主令控制器的動作過程與萬能轉換開關類似，也是由一塊可轉動的凸輪帶動觸點動作的。常用的主令控制器有LK5和LK6系列。其中，LK5系列有直接手動操作、帶減速器的機械操作與電動機驅動等三種形式的產品。LK6系列由同步電動機和齒輪減速器組成定時元件，由此元件按規(guī)定的時間順序，周期性地分合電路。

控制電路中，主令控制器觸點的圖形符號及操作手柄在不同位置時的觸點分合狀態(tài)的表示方法與萬能轉換開關相似。

從結構上講，主令控制器分為兩類：一類是凸輪可調式主令控制器；一類是凸輪固定式主令控制器。圖1-34所示為凸輪可調式主令控制器。圖1-34凸輪可調式主令控制器(a)外形圖；(b)結構原理圖

1.5接觸器

接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交直流電路，并可實現遠距離控制，其主要控制對象是電動機，也可用于電熱設備、電焊機、電容器組等其他負載。它還具有低電壓釋放保護功能，接觸器具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設備簡單經濟等特點，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。按照所控制電路的種類，接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類。1.5.1交流接觸器

1．交流接觸器的結構與工作原理

圖1-35所示為交流接觸器的外形與結構示意圖。交流接觸器由以下四部分組成：

(1)電磁機構。電磁機構由線圈、動鐵芯(銜鐵)和靜鐵芯組成，其作用是將電磁能轉換成機械能，產生電磁吸力帶動觸點動作。圖l-35CJ10-20型交流接觸器

(2)觸點系統(tǒng)。包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷主電路，通常為三對常開觸點。輔助觸點用于控制電路，起電氣聯鎖作用，故又稱聯鎖觸點，一般有常開、常閉各兩對。

(3)滅弧裝置。容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸點滅弧、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。

(4)其他部件。包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構及外殼等。

交流電磁式接觸器的工作原理為：線圈通電后，在鐵芯中產生磁通及電磁吸力，此電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動觸點機構動作，常閉觸點打開，常開觸點閉合，互鎖或接通線路；線圈失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，觸點機構復位，斷開線路或解除互鎖。

2．交流接觸器的分類

交流接觸器的種類很多，其分類方法也不盡相同。按照一般的分類方法，大致有以下幾種。

(1)按主觸點極數分，可分為單極、雙極、三極、四極和五極接觸器。單極接觸器主要用于單相負荷，如照明負荷、焊機等，在電動機能耗制動中也可采用；雙極接觸器用于繞線式異步電動機的轉子回路中，啟動時用于短接啟動繞組；三極接觸器用于三相負荷，例如在電動機的控制及其他場合，使用最為廣泛；四極接觸器主要用于三相四線制的照明線路，也可用來控制雙回路電動機負載；五極交流接觸器用來組成自耦補償啟動器或控制雙籠型電動機，以變換繞組接法。

(2)按滅弧介質分，可分為空氣式接觸器和真空式接觸器等。依靠空氣絕緣的接觸器用于一般負載，而采用真空絕緣的接觸器常用在煤礦、石油、化工企業(yè)及電壓在660V和

1140V等一些特殊的場合。

(3)按有無觸點分，可分為有觸點接觸器和無觸點接觸器。常見的接觸器多為有觸點接觸器，而無觸點接觸器屬于電子技術應用的產物，一般采用晶閘管作為回路的通斷元件。由于可控硅導通時所需的觸發(fā)電壓很小，而且回路通斷時無火花產生，因而可用于高操作頻率的設備和易燃、易爆、無噪聲的場合。

3．交流接觸器的基本參數

(1)額定電壓：指主觸點額定工作電壓，應等于負載的額定電壓。一只接觸器常規(guī)定幾個額定電壓，同時列出相應的額定電流或控制功率。通常，最大工作電壓即為額定電壓。常用的額定電壓值為220V、380V、660V等。

(2)額定電流：指接觸器觸點在額定工作條件下的電流值。380V三相電動機控制電路中，額定工作電流可近似等于控制功率的兩倍。常用額定電流等級為5?A、10?A、20?A、

40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

(3)通斷能力：可分為最大接通電流和最大分斷電流。最大接通電流是指觸點閉合時不會造成觸點熔焊時的最大電流值；最大分斷電流是指觸點斷開時能可靠滅弧的最大電流。一般通斷能力是額定電流的5～10倍。當然，這一數值與開斷電路的電壓等級有關，電壓越高，通斷能力越小。

(4)動作值：可分為吸合電壓和釋放電壓。吸合電壓是指接觸器吸合前，緩慢增加吸合線圈兩端的電壓，接觸器可以吸合時的最小電壓；釋放電壓是指接觸器吸合后，緩慢降低吸合線圈的電壓，接觸器釋放時的最大電壓。一般規(guī)定，吸合電壓不低于線圈額定電壓的85%，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70%。

(5)吸引線圈額定電壓：指接觸器正常工作時，吸引線圈上所加的電壓值。一般該電壓數值以及線圈的匝數、線徑等數據均標于線包上，而不是標于接觸器外殼銘牌上，使用時應予以注意。

(6)操作頻率：接觸器在吸合瞬間，吸引線圈需消耗比額定電流大5～7倍的電流，如果操作頻率過高，則會使線圈嚴重發(fā)熱，直接影響接觸器的正常使用。為此，規(guī)定了接觸器的允許操作頻率，一般為每小時允許操作次數的最大值。

(7)壽命：包括電壽命和機械壽命。目前接觸器的機械壽命已達一千萬次以上，電氣壽命約是機械壽命的5%～20%。

4．接觸器的型號

常見接觸器有CJ20系列、3TH和CJX1(3TB)系列。其中，CJ20系列是較新的產品，而3TH和CJX1(3TB)系列是從德國西門子公司引進制造的新型接觸器。接觸器的型號含義及電氣符號如圖1-36所示。接觸器的部分型號的用途如圖1-37所示。圖1-36接觸器的型號含義及電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號圖1-37接觸器的部分型號的用途

5．新型接觸器

B系列交流接觸器是一種新型的接觸器，它是引進德國BBC公司生產線和生產技術而生產的交流接觸器。該系列接觸器的工作原理與我國現有的交流接觸器相同，但因采用了合理的結構設計、合理的尺寸參數，各零件按其功能選用最合適的材料和采用先進的加工工藝，故產品具有較高的技術經濟指標。B系列接觸器具有正裝式結構與倒裝式結構兩種布置形式。正裝式結構的觸頭系統(tǒng)在前、磁系統(tǒng)在后(靠近安裝面)，屬于這種結構形式的有B9、B12、B16、B25、B30、B460及K型七種。

倒裝式結構的觸頭系統(tǒng)在后、磁系統(tǒng)在前。這種布置由于磁系統(tǒng)在前面，便于更換線圈；由于主接線端靠近安裝面，因此接線距離短，能方便接線。此種布置便于安裝多種附件，如輔助觸頭、TP型氣囊式延時繼電器、VB型機械聯鎖裝置、WB型自鎖繼電器及連接件，從而擴大了使用功能。本系列中型號B37～B370的8檔產品均屬此種結構。另外，接觸器各零部件和組件的連接多采用卡裝或用螺釘組件；接觸器均有附件的卡裝結構，而且B系列接觸器的通用件較多，零部件基本通用；有多種電壓線圈供用戶選用。所以，B系列交流接觸器適用于交流50Hz或60Hz、額定電壓至660V、額定電流至475A的電力線路，供遠距離接通與分斷電路或頻繁地控制交流電動機啟動、停止之用。它具有失壓保護作用，常與T系列熱繼電器組成電磁啟動器，此時具有過載及斷相保護作用。

B系列交流接觸器的型號含義如下：1.5.2直流接觸器

直流接觸器的結構和工作原理基本上與交流接觸器相同，在結構上也是由電磁機構、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置等部分組成的。由于直流電弧比交流電弧難以熄滅，因此直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。1.5.3接觸器的選擇

接觸器的選擇主要集中在交流接觸器的選用方面，應根據負荷的類型和工作參數合理選用。

1．選擇接觸器的類型

交流接觸器按負荷種類一般分為一類、二類、三類和四類，分別記為AC1、AC2、AC3和AC4

。一類交流接觸器對應的控制對象是無感或微感負荷，如白熾燈、電阻爐等；二類交流接觸器用于繞線式異步電動機的啟動和停止；三類交流接觸器的典型用途是鼠籠型異步電動機的運轉和運行中分斷；四類交流接觸器用于籠型異步電動機的啟動、反接制動、反轉和點動。

2．選擇接觸器的額定參數

可根據被控對象和工作參數，如電壓、電流、功率、頻率及工作制等來確定接觸器的額定參數：

(1)接觸器的線圈電壓一般應低一些為好，這樣對接觸器的絕緣要求可以降低，使用時也較安全。但為了使用方便和減少設備，常按實際電網電壓選取。

(2)電動機的操作頻率不高時，如壓縮機、水泵、風機、空調、沖床等，接觸器額定電流大于負荷額定電流即可，接觸器類型可選用CJ10、CJ20等。

(3)對重任務型電機，如機床主電機、升降設備、絞盤、破碎機等，其平均操作頻率超過100次/min，運行于啟動、點動、正反向制動、反接制動等狀態(tài)，可選用CJ10Z、CJ12型的接觸器。為了保證電壽命，可使接觸器降容使用。選用時，接觸器額定電流應大于電機額定電流。

(4)對特重任務型電機，如印刷機、鏜床等，操作頻率很高，可達600～12000次/h，經常運行于啟動、反接制動、反向制動等狀態(tài)，接觸器大致可按電壽命及啟動電流選用，接觸器型號可選CJ10Z、CJ12等。

(5)交流回路中的電容器投入電網或從電網中切除時，接觸器選擇應考慮電容器的合閘沖擊電流。一般地，接觸器的額定電流可按電容器額定電流的1.5倍選取，型號可選CJ10、CJ20等。

(6)用接觸器對變壓器進行控制時，應考慮浪涌電流的大小。例如交流電弧焊機、電阻焊機等，一般可按變壓器額定電流的2倍選取接觸器，型號選CJ10、CJ20等。

(7)對于電熱設備，如電阻爐、電熱器等，負荷的冷態(tài)電阻較小，因此啟動電流相應要大一些。選用接觸器時可不用考慮(啟動電流)，直接按負荷額定電流選取，型號可選用CJ10、CJ20等。

(8)由于氣體放電等使得啟動電流大，啟動時間長時，對于照明設備的控制，可按額定電流的1.1～1.4倍選取交流接觸器，型號可選CJ10、CJ20等。

(9)接觸器額定電流是指接觸器在長期工作下的最大允許電流，持續(xù)時間≤8h，且安裝于敞開的控制板上，如果冷卻條件較差，選用接觸器時，接觸器的額定電流應按負荷額定電流的110%～120%選取。對于長時間工作的電機，由于其氧化膜沒有機會得到清除，使接觸電阻增大，導致觸點發(fā)熱超過允許溫升，因此實際選用時，可將接觸器的額定電流減小30%使用。

1.6繼電器

繼電器是根據某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力裝置的自動電器。

繼電器的種類很多，按輸入信號的性質可分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等；按輸出形式可分為有觸點繼電器和無觸點繼電器兩類；按用途可分為控制用繼電器與保護用繼電器等。1.6.1電流、電壓和中間繼電器

電流、電壓和中間繼電器都屬于電磁式繼電器。我們首先來了解一下電磁式繼電器的結構及工作原理。

1．結構及工作原理

繼電器一般由三個基本部分組成：檢測機構、中間機構和執(zhí)行機構。低壓控制系統(tǒng)中的控制繼電器大部分為電磁式結構。圖1-38所示為電磁式繼電器的典型結構示意圖。電磁式繼電器由電磁機構和觸頭系統(tǒng)兩個主要部分組成。電磁機構由線圈1、鐵芯2、銜鐵7組成。觸頭系統(tǒng)由于其觸點都接在控制電路中，且電流小，故不裝設滅弧裝置，它的觸點一般為橋式觸點，有動合和動斷兩種形式。另外，為了實現繼電器動作參數的改變，繼電器一般還具有改變彈簧松緊和改變銜鐵打開后氣隙大小的裝置，即反作用調節(jié)螺釘6。圖1-38電磁式繼電器的結構示意圖當通過電流線圈1的電流超過某一定值時，電磁吸力大于反作用彈簧力，銜鐵7吸合并帶動絕緣支架動作，使動斷觸點9斷開，動合觸點10閉合，通過調節(jié)螺釘6來調節(jié)反作用力的大小，即調節(jié)繼電器的動作參數值。

常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。電磁式繼電器的型號含義和電氣符號如圖1-39所示。圖1-39繼電器的型號含義和電氣符號(a)型號含義；(b)電氣符號

2．電磁式繼電器的特性

繼電器的主要特性是輸入—輸出特性，又稱繼電特性。繼電特性曲線如圖1-40所示。當繼電器輸入量X由零增至X2以前，繼電器輸出量Y為0。當輸入量X增加到X2時，繼電器吸合，輸出量為Y1；若X繼續(xù)增大，Y保持不變。當X減小到X1時，繼電器釋放，輸出量由Y1變?yōu)榱?；若X繼續(xù)減小，Y值均為零。圖1-40中，X2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入量必須等于或大于X2；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X1。

Kf=X1/X2稱為繼電器的返回系數，它是繼電器的重要參數之一。Kf值是可以調節(jié)的。圖l-40繼電特性曲線例如，一般繼電器要求較低的返回系數，Kf值應在0.1～0.4之間，這樣當繼電器吸合后，輸入量波動較大時不致引起誤動作；欠電壓繼電器則要求較高的返回系數，Kf值在0.6以上。設某繼電器Kf=0.66，吸合電壓為額定電壓的90%，則電壓低于額定電壓的50%時，繼電器釋放，起到欠電壓保護作用。

另一個重要參數是吸合時間和釋放時間。吸合時間是指從線圈接收電信號到銜鐵完全吸合所需的時間；釋放時間是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為0.05～0.15s，快速繼電器為0.005～0.05s，它的大小影響繼電器的操作頻率。

3．電壓繼電器

電壓繼電器用于電力拖動系統(tǒng)的電壓保護和控制。其線圈并聯接入主電路，感測主電路的線路電壓；觸點接于控制電路中，為執(zhí)行元件。

按吸合電壓的大小，電壓繼電器可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。

過電壓繼電器(FV)用于線路的過電壓保護，其吸合整定值為被保護線路額定電壓的1.05～1.2倍。當被保護的線路電壓正常時，銜鐵不動作；當被保護線路的電壓高于額定值，達到過電壓繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，控制接觸器及時分斷被保護電路。欠電壓繼電器(KV)用于線路的欠電壓保護，其釋放整定值為線路額定電壓的0.1～0.6倍。當被保護線路電壓正常時，銜鐵可靠吸合；當被保護線路電壓降至欠電壓繼電器的釋放整定值時，銜鐵釋放，觸點機構復位，控制接觸器及時分斷被保護電路。

零電壓繼電器在電路電壓降低到5%～25%UN時釋放，對電路實現零電壓保護，用于線路的失壓保護。

中間繼電器實質上是一種電壓繼電器。它的特點是觸點數目較多，電流容量可增大，起到中間放大(觸點數目和電流容量)的作用。其產品外形如圖1-41所示。圖1-41中間繼電器外形圖

4．電流繼電器

電流繼電器用于電力拖動系統(tǒng)的電流保護和控制。其線圈串聯接入主電路，用來感測主電路的線路電流；觸點接于控制電路中，為執(zhí)行元件。電流繼電器反映的是電流信號。常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。

欠電流繼電器(KA)起欠電流保護作用，吸引電流為線圈額定電流的30%～65%，釋放電流為額定電流的10%～20%，因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路。其產品外形如圖1-42所示。圖1-42欠電流繼電器外形圖過電流繼電器(FA)在電路正常工作時不動作，整定范圍通常為額定電流的1.1～4倍。當被保護線路的電流高于額定值，達到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路，對電路起過流保護作用。其產品外形如圖1-43所示。

圖1-43過電流繼電器外形圖

JT4系列交流電磁繼電器適合于在交流50Hz、380V及以下的自動控制回路中作零電壓、過電壓、過電流和中間繼電器使用。過電流繼電器也適用于60Hz的交流電路。通用電磁式繼電器有JT3系列直流電磁式和JT4系列交流電磁式繼電器，均為老產品。新產品有JT9、JT10、JL12、JL14、JZ7等系列。其中，JL14系列為交直流電流繼電器；JZ7系列為交流中間繼電器。1.6.2時間繼電器

時間繼電器是一種利用電磁原理或機械動作原理實現觸點延時接通或斷開的自動控制電器，其種類很多，常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等。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才斷開，延時動斷觸點要延時一段時間才閉合。

時間繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-44所示。圖1-44時間繼電器的圖形符號及文字符號

1．直流電磁式時間繼電器

在直流電磁式電壓繼電器的鐵芯上增加一個阻尼銅套，即可構成時間繼電器，其結構示意圖如圖1-45所示。它是利用電磁阻尼原理產生延時的，由電磁感應定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中銅套內將產生感應電動勢，并流過感應電流，此電流產生的磁通總是阻礙原磁通變化。圖1-45帶有阻尼銅套的鐵芯示意圖電器通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大、磁阻大、磁通小、銅套阻尼作用相對也小，因此銜鐵吸合時延時不顯著(一般忽略不計)。而當繼電器斷電時，磁通變化量大，銅套阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放而起到延時作用。因此，這種繼電器僅用作斷電延時。

這種時間繼電器延時較短，JT3系列最長不超過5s，而且準確度較低，一般只用于要求不高的場合。

2．空氣阻尼式時間繼電器

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸點三部分組成。電磁機構為直動式雙E型；觸點系統(tǒng)借用LX5型微動開關；延時機構采用氣囊式阻尼器。其產品外形如圖1-46所示。

空氣阻尼式時間繼電器既具有由空氣室中的氣動機構帶動的延時觸點，也具有由電磁機構直接帶動的瞬動觸點，可以做成通電延時型，也可做成斷電延時型。電磁機構可以是直流的，也可以是交流的。圖1-46空氣阻尼式時間繼電器外形圖

3．半導體時間繼電器

半導體時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產品。半導體時間電子式繼電器采用晶體管或集成電路和電子元件等構成，目前已有采用單片機控制的時間繼電器。時間繼電器具有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和耐振動、調節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點，所以發(fā)展很快，應用廣泛。

半導體時間繼電器的輸出形式有兩種：有觸點式和無觸點式，前者是用晶體管驅動小型磁式繼電器，后者采用晶體管或晶閘管輸出。

4．單片機控制時間繼電器

近年來隨著微電子技術的發(fā)展，采用集成電路、功率電路和單片機等電子元件構成的新型時間繼電器大量面市。如DHC6多制式單片機控制時間繼電器，J5S17、J5S20、JSZ13等系列大規(guī)模集成電路數字時間繼電器，J5145等系列電子式數顯時間繼電器，J5G1等系列固態(tài)時間繼電器等。

DHC6多制式單片機控制時間繼電器是為適應工業(yè)自動化控制水平越來越高的要求而生產的。多種制式時間繼電器可使用戶根據需要選擇最合適的制式，使用簡便，但能達到以往需要較復雜接線才能達到的控制功能，這樣既節(jié)省了中間控制環(huán)節(jié)，又大大提高了電氣控制的可靠性。

DHC6多種制式時間繼電器采用單片機控制，LCD顯示，具有9種工作制式，正計時、倒計時任意設定，8種延時時段，延時范圍為0.01s～999.9h，可任意設定，由鍵盤設定，設定完成之后可以鎖定按鍵，防止誤操作?？砂匆笕我膺x擇控制模式，使控制線路最簡單可靠。其外形如圖1-47所示。

J5S17系列時間繼電器由大規(guī)模集成電路、穩(wěn)壓電源、撥動開關、四位LED數碼顯示器、執(zhí)行繼電器及塑料外殼幾部分組成。采用32kHz石英晶體振蕩器，安裝方式有面板式和裝置式兩種。裝置式插座可用M4螺釘固定在安裝板上，也可以安裝在標準35mm導軌上。圖1-47DHC6多種制式時間繼電器

J5S20系列時間繼電器是四位數字顯示的小型時間繼電器，它采用晶體振蕩作為時基基準，采用大規(guī)模集成電路技術，不但可以實現長達9999h的長延時，還可保證其延時精度。配用不同的安裝插座及附件可應用在面板安裝、35mm標準安裝導軌及螺釘安裝的場合。

選用時間繼電器時應注意：其線圈(或電源)的電流種類和電壓等級應與控制電路相同；按控制要求選擇延時方式和觸點形式；校核觸點數量和容量，若不夠時，可用中間繼電器進行擴展。時間繼電器新系列產品JS14A系列、JS20系列半導體時間繼電器，JS14P系列數字式半導體繼電器等具有體積小、延時精度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠、安裝方便、觸點輸出容量大和產品規(guī)格全等優(yōu)點，廣泛用于電力拖動、順序控制及各種生產過程的自動控制中。1.6.3熱繼電器

非電磁類繼電器的感測元件接受非電量信號(如：溫度、轉速、位移及機械力等)。常用的非電磁類繼電器有：熱繼電器、速度繼電器、干簧繼電器、永磁感應繼電器等。

熱繼電器(FR)主要用于電力拖動系統(tǒng)中的電動機負載的過載保護。

電動機在實際運行中，常會遇到過載情況，但只要過載不嚴重、時間短，繞組不超過允許的溫升，這種過載是允許的。但如果過載情況嚴重、時間長，則會加速電動機絕緣的老化，縮短電動機的使用年限，甚至燒毀電動機，因此必須對電動機進行過載保護。

1．熱繼電器的結構與工作原理

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成，如圖1-48所示。雙金屬片2是熱繼電器的感測元件，由兩種膨脹系數不同的金屬片輾壓而成。當串聯在電動機定子繞組中的熱元件有電流流過時，熱元件產生的熱量使雙金屬片伸長，由于膨脹系數不同，致使雙金屬片發(fā)生彎曲。電動機正常運行時，雙金屬片的彎曲程度不足以使熱繼電器動作。但是當電動機過載時，流過熱元件的電流增大，加上時間效應，就會加大雙金屬片的彎曲程度，最終使雙金屬片推動導板3，從而使熱繼電器的觸點4動作，切斷電動機的控制電路。熱繼電器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后按下復位按鈕復位。熱繼電器動作電流的調節(jié)可以借助旋轉凸輪于不同位置來實現。使用時，把熱元件串接于電動機的主電路中，而常閉觸點串接于電動機的控制電路中。圖1-48熱繼電器原理示意圖

2．熱繼電器的型號及選用

我國目前生產的熱繼電器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JR15、JR16等系列，其外形和結構如圖1-49所示。JR1、JR2系列熱繼電器采用間接受熱方式，其主要缺點是雙金屬片靠發(fā)熱元件間接加熱，熱耦合性較差；雙金屬片的彎曲程度受環(huán)境溫度影響較大，不能正確反映負載的過流情況。圖1-49熱繼電器的外形及結構(a)外形；(b)結構

JR15、JR16等系列熱繼電器采用復合加熱方式并采用了溫度補償元件，因此能較正確地反映負載的工作情況。

JR1、JR2、JR0和JR15系列的熱繼電器均為兩相結構，是雙熱元件的熱繼電器，可以用作三相異步電動機的均衡過載保護和Y型聯結定子繞組的三相異步電動機的斷相保護，但不能用作定子繞組為△型聯結的三相異步電動機的斷相保護。

JR16和JR20系列熱繼電器均為帶有斷相保護的熱繼電器，具有差動式斷相保護機構。熱繼電器的選擇主要根據電動機定子繞組的聯結方式來確定熱繼電器的型號，在三相異步電動機電路中，對Y型聯結的電動機可選兩相或三相結構的熱繼電器，一般采用兩相結構的熱繼電器，即在兩相主電路中串接熱元件。對于三相感應電動機，定子繞組為△型聯結的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。熱繼電器的型號含義及圖形符號如圖1-50所示。圖1-50熱繼電器的型號含義及圖形符號(a)型號含義；(b)圖形符號1.6.4速度繼電器

速度繼電器又稱為反接制動繼電器。它主要用于籠型異步電動機的反接制動控制。感應式速度繼電器的原理如圖1-51所示，它是靠電磁感應原理實現觸點動作的。

從結構上看，與交流電動機類似，速度繼電器主要由定子、轉子和觸點三部分組成。定子的結構與籠型異步電動機相似，是一個籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片沖壓而成，并裝有籠型繞組。轉子是一個圓柱形永久磁鐵。圖1-51感應式速度繼電器結構原理圖速度繼電器的軸與電動機的軸相連接。轉子固定在軸上，定子與軸同心。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，繞組切割磁場產生感應電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產生轉矩，使定子向軸的轉動方向偏擺，通過定子柄撥動觸點，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當電動機轉速下降到接近