電氣控制基礎(chǔ)知識

第三章電氣控制基礎(chǔ)知識

第一節(jié)電氣控制

一、常用低壓電器

低壓電器被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)電氣和建造電氣控制系統(tǒng)中，它是實現(xiàn)繼電一一接觸器控

制的主要電器元件。

1.常用低壓電器的分類

常用低壓電器是按照電器的工作電壓等級進行劃分的。通常將工作電壓直流1200V,交

流1000V以下的電器元件稱為低壓電器。

電器是用來完成對被控對象實施控制、調(diào)節(jié)、檢測和保護等作用的電氣設(shè)備（器件）的

總稱。主要應(yīng)用于電能的產(chǎn)生、輸送、分配和電氣控制。

低壓電器的分類由低壓配電電器和低壓控制電器兩類組成。低壓配電電器包括斷路器、

漏電保護器、熔斷器、刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。低壓控制電器包括接觸器、繼電器、起動器、

控制器、主令電器、電阻器、變阻器、電磁鐵等。

在我國低壓電器目前有國家產(chǎn)品、合資產(chǎn)品、進口產(chǎn)品。相比之下進口和合資的產(chǎn)品價

格偏高，在設(shè)計和使用的過程中，不一定非要追求品牌，現(xiàn)在國產(chǎn)品牌大多都經(jīng)過了IS09002

的質(zhì)量認(rèn)證，在質(zhì)量上也很過關(guān)。具有很高的性能價格比。

（1）低壓配電電器的分類

低壓配電電器的分類包括斷路器、漏電保護器、熔斷器、刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，主要用

來實現(xiàn)電能的分配和電氣保護（短路、過載、欠壓、防漏電等）。

（2）低壓控制電器的分類

低壓控制電器的分類包括接觸器、繼電器、起動器、控制器、主令電器、電阻器、變

阻器、電磁鐵等，主要用來實現(xiàn)電路的接通和斷開（實現(xiàn)被控對象的運行和住手）。

2.低壓斷路器

低壓斷路器是用于路線和設(shè)備保護的電氣產(chǎn)品，它具有短路、過載、欠壓等保護功能。

按種類劃分低壓斷路器有保護配電路線、保護電動機、保護照明負(fù)載和漏電保護四種用途，

按結(jié)構(gòu)劃分有框架式和裝置式。

（1）低壓斷路器的組成

低壓斷路器主要由觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、操作機構(gòu)以及各種脫扣機構(gòu)組成。

1）觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。觸頭系統(tǒng)是低壓斷路器的執(zhí)行機構(gòu)，主觸頭用于實現(xiàn)主電路的

接通和斷開，其配套的輔助觸頭用于控制電路中的聯(lián)鎖控制。滅弧裝置用于主觸頭的熄弧。

2）操作機構(gòu)和自由脫扣機構(gòu)。操作機構(gòu)和自由脫扣機構(gòu)是低壓斷路器的機械傳動部份,

主要實現(xiàn)低壓斷路器主觸頭和輔助觸頭的接通和斷開，其操作形式有手柄操作、杠桿操作、

電磁鐵操作和電動機操作。低壓斷路器的自動脫扣由短路、過載、欠壓等三種保護裝置實現(xiàn),

當(dāng)電路傳來故障信號時，相應(yīng)的脫扣裝置動作，最終

頂主杠桿上移，主杠桿驅(qū)動自由脫扣機構(gòu)而使其掛勾

摘除，主觸頭靠反力彈簧的作用實現(xiàn)分?jǐn)?，電路得?/p>

了保護。

3）電磁脫扣器。電磁脫扣器是由開口鐵心和勵磁

線圈組成（如圖3-1所示），主觸頭閉合后，工作電流

流過主觸頭和電磁脫扣器的勵磁線圈，當(dāng)電路正常工

作時（工作電流不大于電磁脫扣器整定的電流值），電

磁脫扣器的銜鐵不吸合，電路發(fā)生短路故障時，電路

中的短路電流會居I］增（普通是工作電流的5~7、10~

14倍），電磁脫扣器的銜鐵吸合并推動主杠桿上移，圖3-1低壓斷路器動作原理圖

主杠桿驅(qū)動自由脫扣機構(gòu)使低壓斷路器分?jǐn)?。短路時，1一彈簧2—主觸頭

其動作是靠電磁力的影響，所以動作時間很快。3、4、5—自由脫扣機構(gòu)

分?jǐn)鄷r間應(yīng)在0.02s以內(nèi)完成。6、8-電磁脫扣器7—主杠桿

4）過載脫扣器。9、10、11一欠壓脫扣器

過載脫扣器由發(fā)熱元件和雙金屬片組成。主觸12、13-過載脫扣器

頭閉合后，工作電流流過加熱元件，當(dāng)電路正常工作時（工作電流不大于過載整定的電流值）

雙金屬片雖發(fā)生變形。但不足以推動主杠桿。電路發(fā)生過載故障時，發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量增

加導(dǎo)致雙金屬片發(fā)生較大的變形并推動主杠桿上移，主杠桿驅(qū)動自由脫扣機構(gòu)使低壓斷路器

分?jǐn)唷＿^載時，發(fā)熱元件和雙金屬片的動作受慣性的影響而不能瞬間動作，其動作時間和當(dāng)

前電流值成反時限特性。

5）欠壓脫扣器。欠壓脫扣器是由開口鐵心和勵磁線圈組成。當(dāng)有外電壓時（電壓應(yīng)來自

于主觸頭的上口），欠壓脫扣器的勵磁線圈有電流流過，銜鐵吸合且不影響低壓斷路器的正常

分?jǐn)?，外電壓失壓或者電壓偏低時，銜鐵釋放并推動主杠桿上移，主杠桿驅(qū)動自由脫扣機構(gòu)使

低壓斷路器分?jǐn)?，此時低壓斷路器不能接通。

（2）低壓斷路器的型號種類

低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和型號種類不少，目前我國常用的有DW和DZ系列。DW型也叫萬能式

空氣開關(guān)，DZ型叫塑料外殼式空氣開關(guān)，其產(chǎn)品代號含義如下：

應(yīng)注意的是，不同型號的低壓斷路器分別具有不同的保護機構(gòu)和參數(shù)的整定方法，使用

時應(yīng)根據(jù)電路的保護要求選擇其型號并進行參數(shù)的整定。

(3)萬能式低壓斷路器

DW16系列萬能式低壓斷路器是合用于交流50Hz、額定電流100A至4000A、額定工作電

壓400V或者690V的配電網(wǎng)中?？蓪崿F(xiàn)電能的分配，保護路線和電源設(shè)備的過載、欠電壓、短

路。額定電流160A至690A的斷路器也可作為變壓器中性點直接接地的TN電網(wǎng)中單相金屬性

對地短路保護之用。還可在交流50HZ、380V網(wǎng)絡(luò)中用作電動機的不頻繁起動及過載、欠電壓

和短路保護之用。DW16型萬能式低壓斷路器結(jié)構(gòu)如圖3-2、3-3所示。

圖3-2DW16系列萬能式低壓斷路器結(jié)構(gòu)

圖3-3DW16系列萬能式低壓斷路器保護特性曲線

圖3-3(左圖)是熱一電磁式過電流脫扣器的保護特性曲線，它采用長延時電流整定調(diào)

節(jié)范圍（0.64~1的In）,保護特性為反時限特性，即瞬時動作電流越大，動作時間越短。-

般瞬時電流達到整定電流的L2倍時，動作時間應(yīng)不大于20分鐘，瞬時電流達到整定電流的

1.5倍時，動作時間應(yīng)不大于2分鐘。它只能用來保護電動機的過載。

圖3-3（右圖）是保護電動機用過電流的保護特性曲線，它采用的是瞬時過電流整定調(diào)

節(jié)范圍（10的In）,當(dāng)瞬時電流達到電磁脫扣器整定電流的10倍時，動作時間應(yīng)不大于0.02

秒。普通用來作電動機的短路保護。

DW16斷路器的操作有手動、杠桿傳動和電動方式。電磁式瞬間過電流脫扣器實現(xiàn)短路

保護，過載長延時脫扣器由電流互感器和雙金屬片組合后實現(xiàn)過載保護，斷路器的主觸頭選

用特殊的合金材料，滅弧罩采用耐弧塑料和柵片滅弧方式，提高了斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?/p>

抗熔焊性能。DW16斷路器的技術(shù)參數(shù)見表3-1o

表3-1DW16系列萬能空氣斷路器的技術(shù)參數(shù)

觸點脫扣電流整定倍數(shù)

額定額定工額定工

型號最大作電流作電壓熱一電磁式電磁式

保護電機械

電流Ue/V接地

In/A動機壽命

長延時瞬時瞬時

A

100、160、

10000

200、250、

DW16—630630次

315、400、

630A

630

4000.64~0.25~

800、1000、3~61n「31n5~10In5000次

DW16—20002000690Un0.5In

1600、20002000A

2500、32003000次

DW16—40004000

、40004000A

表3-2C32系列塑料外殼式低壓斷路器的技術(shù)參數(shù)

脫扣電流整定倍數(shù)

最大電流額定電流額定電壓機械壽命

型號可配附件

AIn/AUe/VC型D型通一斷

1、2、3、

4、6、10、

C32N

16、20、SD、0F、

1、2、3、4633805roin10"14In20000次

25、32、MX+OF、MN

極

40、50、

63

（4）塑料外殼式低壓斷路器

C32型系列斷路器是合用于交流50HZ,額定電流從1A至63A,額定工作電壓380（400）V

及以下的電路中。在民用低壓配電中有很大的用量，此外，也可以作為電動機的不頻繁起動。

C32型斷路器的技術(shù)參數(shù)見表3-2。

塑料外殼式低壓斷路器目前種類不少，如C32、C45、C65、NSC、3VE、TO,TG、H等系列。

塑料外殼式低壓斷路器同樣具有過載、短路保護功能，普通欠電壓保護是作為附件進行配置

的。在電動機保護控制電路中，可以由斷路器來完成電動機的過載保護，而不需要再另加熱

繼電器，但也有的用戶在使用過程中，為了保險而重復(fù)加入熱繼電器。熱過載保護采用的是

加熱元件和雙金屬片的組合。

塑料外殼式低壓斷路器分1極、2極、3極、4極。和3極整體式，可直接安裝在控制

板上，也可通過35inm標(biāo)準(zhǔn)卡軌進行卡接安裝。

（5）低壓斷路器的容量選擇

低壓斷路器的容量選擇要綜合考慮短路、過載時的保護特性。

1）單臺電動機的過流保護應(yīng)按下式計算：

【SZDeKISN

式中％ZD一瞬時或者短時過電流脫扣器整定電流值（A）；

K——可靠系數(shù)，對動作時間大于0.02s的斷路器，K取1.35,對動作時間小于0.02s

的斷路器，K取1.7、2.0；

ISN——電動機的起動電流（A）。

2）多臺電動機的過流保護應(yīng)按下式計算：

【SZD，1-35（1SNMAX+0

式中【SNMAX——最大的電動機起動電流（A）;

￡I—其余電動機工作電流之和（A）,

3）單臺電動機的過載保護應(yīng)按下式計算：

Igzdfs

式中Igzd一一過載電流的整定值（A）；

K一一可靠系數(shù)，普通取0.9^1.1；

Ijs——路線的計算電流或者實際電流（A）。

4）欠電壓保護是保護當(dāng)加在電氣設(shè)備上的工作電壓為零或者過低時，防止電氣設(shè)備損壞

的一種保護措施。當(dāng)路線的實際電壓低于額定電壓的15%時，低壓斷路器將跳閘。

3.漏電保護器

漏電保護器是用于保護人類防止觸電和保護電氣設(shè)備避免發(fā)生火災(zāi)的保護電器。漏電保

護器分單獨器件和組合器件兩種，組合器件主要是和低壓斷路器組合。

漏電保護器按動作原理分有電壓型、電流型和脈沖型，按結(jié)構(gòu)分有電磁式和電子式，目

前常用的是電流型。漏電保護器的工作原理如圖3-5所示。

圖3-5漏電保護器工作原理圖

在圖3-5中是通過檢測穿過零序電流互感器的3根相線和1根N線的電流相量和是否達

到漏電保護器的動作電流值來決定其是否脫扣。對于正常工作的三相四線配電系統(tǒng)，不論其

所帶負(fù)載如何，均有ia+ib+ic+iN=O,漏電保護器不動作。一旦發(fā)生接地故障時，故障相有一

部份電流經(jīng)故障點流入大地，此時零序電流互感器內(nèi)電流相量和不等于零，即ia+ib+ic+iN書,

漏電保護器動作，切斷故障回路，從而保證人身安全。

漏電保護器的額定漏電流有10mA、30mA、50mA、100mA、300mA、500mA、其中10mA用來

保護動物、兒童、浴室、游泳池、醫(yī)院中外科手術(shù)器械等，30mA是用來保護正常人的生命安

全，50mA以上主要是保護設(shè)備和廠房避免發(fā)生火災(zāi)。漏電保護器應(yīng)每隔6個月進行一次性能

指標(biāo)的測試，測試應(yīng)使用專用測試儀器。不合格的漏電保護器可以降級使用。

4.低壓熔斷器

低壓熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單-、價格便宜、使用方便的保護電器。主要用于配電路線和電

動機的快速過載和短路保護。低壓熔斷器由熔斷管、熔體和插座三部份組成。當(dāng)瞬時電流超

過規(guī)定值并經(jīng)過足夠時間后，使熔體熔化。低壓熔斷器普通串接在電氣回路中，當(dāng)熔體熔斷

后，回路開路，電氣設(shè)備從電源中分離出來，從而起到保護作用。

熔斷器有螺旋式、無填料管式、有填料管式、瓷插式等。這些通常在低壓電氣控制回路

中選用，半導(dǎo)體元件、可控硅元件、大功率晶體管的短路保護通常選用快速熔斷器來做保護。

(1)低壓熔斷器的選擇類型

選擇熔斷器可依據(jù)負(fù)載的保護特性、短路電流的大小和使用場合。普通按電網(wǎng)電壓選用

相應(yīng)電壓等級的熔斷器、按配電系統(tǒng)中可能浮現(xiàn)的最大短路電流選擇有相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟?/p>

器、根據(jù)被保護負(fù)載的性質(zhì)和容量選擇熔體的額定電流。

(2)低壓熔斷器的容量選擇可依據(jù)不同的電氣設(shè)備和路線進行。

1)照明回路沖擊電流很小，所以熔斷器的選用系數(shù)應(yīng)盡量小一些。

IRNEI或者RJ=d.ri.5)?

式中IRN——熔體的額定電流(A)；

I——電器的實際工作電流（A）。

2）單臺電動機負(fù)載電氣回路中有沖擊電流，熔斷器的選用系數(shù)應(yīng)盡量大一些。

島》（1.5~2.5）I

3）多臺電動機負(fù)載電氣回路中，應(yīng)考慮電動機有同時起動的可能性，所以熔斷器的選用

應(yīng)按下列原則選用。

（1了2.5）1麗+叫

式中hm——設(shè)備中最大的一臺電動機的額定電流（A）;

lN——設(shè)備中去除對大一臺電動機后其他電動機的額定電流之和（A）。

低壓熔斷器在選用時應(yīng)嚴(yán)格注意級間的保護原則，切忌發(fā)生越級保護的現(xiàn)象，選用中除

了依據(jù)供電回路短路電阻外，還應(yīng)適當(dāng)?shù)乜紤]上下級的級差，普通級差在1~2個級差。

5.交流接觸器

交流接觸器可以完成對電氣設(shè)備的頻繁操作控制，通常由主令電器進行遠距離的操作控

制。交流接觸器由主觸頭、輔助觸點、鐵芯、銜鐵、線圈、彈簧、拉桿等組成。其結(jié)構(gòu)原理

見圖3-6、圖3-7所示。

（1）交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理

交流接觸器是采用電磁控制結(jié)構(gòu)，主要由電磁機構(gòu)、主觸點、輔助觸點、滅弧裝置三部

分組成。主觸點用來接通電氣控制主路。輔助觸點接在控制電路中，完成相應(yīng)的自鎖、互鎖、

聯(lián)鎖等控制。

圖3-6交流接觸器外形結(jié)構(gòu)圖圖3-7電磁操作機構(gòu)原理圖

1一常閉觸頭2一常開觸頭3動鐵心

4一反力彈簧5一線圈6-靜鐵心

在交流接觸器的電磁操作機構(gòu)中，動鐵心連接著主觸頭，勵磁線圈沒有得電時，反力彈

簧推動動鐵心并使主觸頭和輔助觸頭中的常開觸點處于斷開位置，當(dāng)勵磁線圈得電后，電磁

力克服彈簧力后拉動動鐵心下移，吸向靜鐵心，同時動鐵心帶動主觸頭和輔助觸頭中的常開

觸點閉合，輔助觸頭中的常閉觸點斷開。

交流接觸器目前國內(nèi)的品牌不少，下面就以施耐德的LC1系列交流接觸器為例。其產(chǎn)品

代號含義如下:

D□

C標(biāo)準(zhǔn)NNIS濟F

線■類M

京閉觸點數(shù)

靠開觸點數(shù)

3一用三角接觸容?定電流

(2)交流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)

表3-3LC1接觸器的基本技術(shù)資料是正確選擇接觸器的依據(jù)，其主要技術(shù)指標(biāo)有主觸頭

上允許的額定電壓和額定電流、勵磁線圈的額定電壓、分?jǐn)嗟哪芰?、額定操作頻率、機械操

作次數(shù)和電氣壽命、額定工作制等。

表3-3LC1接觸器的基本技術(shù)資料和參數(shù)

額定工作額定功率輔助觸點額定控制配合的分量

型號XX代碼

電流AC-3380V/AC-3NONC回路電壓熱繼電器kg

LC1-D0910XXC9A4KW1LR2-D1301C0.320

LC1-D0901XXC9A4KW1LR2-D1302C0.320

LC1-D1210XXC12A5.5KW1LR2-D1303C0.320

LC1-D1201XXC12A5.5KW1LR2-D1304C0.320

LC1-D1810XXC18A7.5KW1LR2-D1305C0.350

LC1-D1801XXC18A7.5KW1LR2-D1306C0.350

24V、36、42、

LC1-D2510XXC25A11KW1B5、CC5、LR2-D1307C0.505

48、110、220、

LC1-D2501XXC25A11KW1D5、E5、F5、LR2-D1308C0.505

230、240、

LC1-D3210XXC32A15KW1阪P5、U5、LR2-D1310C0.525

380、400、

LC1-D3201XXC32A15KW1Q5、V5、N5、LR2-D1312C0.525

415、440、

LC1-D3810XXC38A18.5KW1R5、S5、Y5LR2-D1314C0.555

500、660

I.C1-D3801XXC38A18.5KW1LR2-D1316C0.555

LC1-D4011XXC40A18.5KW11LR2-D3322C1.150

LC1-D5011XXC50A22KW11LR2-D3353C1.150

LC1-D6511XXC65A30KW11LR2-D3355C1.150

LC1-D8011XXC80A37KW11LR2-D3357C1.500

LC1-D9511XXC95A45KW11LR2-D3359C1.500

(3)交流接觸器的使用類別和選用

在使用過程中，可依據(jù)手冊中的具體參數(shù)選用。根據(jù)GB14084.4-1993《低壓開關(guān)設(shè)備和

控制設(shè)備一低壓機電式接觸器和電動機起動器》將接觸器分為四種使用類別：

AC-1：表示用接觸器控制無感或者微感負(fù)載、電阻爐。

AC-2：表示用接觸器控制繞線式感應(yīng)電動機的起動、分?jǐn)唷?/p>

AC-3：表示用接觸器控制籠型感應(yīng)電動機的起動、運轉(zhuǎn)中分?jǐn)唷?/p>

AC-4：表示用接觸器控制籠型感應(yīng)電動機的起動、反接制動或者反向運轉(zhuǎn)、點動。

選用交流接觸器時，通常負(fù)載的額定電流應(yīng)為接觸器額定電流的70婷80%。同時應(yīng)注意

接觸器的安裝形式、主路參數(shù)、控制參數(shù)、輔助參數(shù)?？刂祁l繁起動或者反接制動時接觸器額

定電流應(yīng)降低一級，接觸器要根據(jù)電動機的不同工作制(長期、短時，反復(fù)短時)來確定。

6.繼電器

繼電器是實現(xiàn)電氣電路中的自動控制和保護電力裝置的電器器件，它的表現(xiàn)形式主要是

接通或者斷開控制電路。繼電器的種類不少，按輸入信號的性質(zhì)分有：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。按工作原理分有：電磁式繼電

器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等。按輸出形式分有：有觸點

繼電器和無觸點繼電器兩類，按用途分有：控制用繼電器和保護用繼電器。

繼電器除了輸入信號是電信號控制外，還有一些非電量的控制信號，如溫度、壓力、流

量、速度等。本書僅介紹電氣控制信號的繼電器。

(1)電磁式繼電器

電磁式繼電器是應(yīng)用得最早、最多的一種型式。其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器大體相同。

由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，電磁式繼電器原理結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。由于繼電

器用于控制電路，流過觸點的電流比較小(普通5A以下)，故不需要滅弧裝置。

圖3-8電磁式繼電器原理結(jié)構(gòu)圖

1-鐵心2-旋轉(zhuǎn)棱角3-釋放彈簧4-調(diào)節(jié)螺母5一銜鐵

6一動觸點7—靜觸點8—非磁性墊片9一線圈

電磁式繼電器的特性是指繼電器接通和斷開時的特性，當(dāng)繼電器線圈得到額定電壓時，

電磁機構(gòu)帶動銜鐵使其觸點動作，線圈失電后靠反力彈簧使觸頭回位。

電磁式繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有觸頭的額定電壓和額定電流、線圈的控制電壓、動作參

數(shù)、整定值、動作時間等。

(2)電壓繼電器

電壓繼電器是用于電氣設(shè)備或者電動機免于過電壓和欠電壓的一種保護電器器件。將電壓

繼電器線圈并聯(lián)接入在主電路中，感測主電路的路線電壓，電壓繼電器的過電壓參數(shù)整定值

普通為被保護路線額定電壓的1.05~1.2倍。當(dāng)被保護路線電壓正常時，銜鐵不動作，被保

護路線電壓高于額定值，達到過電壓繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構(gòu)動作，常開和

常閉觸點輸出相應(yīng)的控制信號，從而達到保護的作用。

電壓繼電器的欠電壓參數(shù)整定值普通為被保護路線額定電壓的0.1~0.6倍。當(dāng)被保護

路線電壓正常時，銜鐵可靠吸合，被保護路線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(gòu)復(fù)位，常開和常閉觸點復(fù)位，從而達到保護的作用。

(3)電流繼電器

電流繼電器是用于電氣設(shè)備或者電動機免于過電流和欠電流的一種保護電器器件。將電流

繼電器線圈串接在主電路中，感測主電路的工作電流，電流繼電器的過電流參數(shù)整定值普通

為被保護路線額定電流的1.1~4倍。當(dāng)被保護路線中電流正常時，銜鐵不動作，被保護路線

中的電流高于額定值，達到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構(gòu)動作，常開和常

閉觸點輸出相應(yīng)的控制信號，從而達到保護的作用。

電流繼電器的欠電流參數(shù)整定值普通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，惟獨當(dāng)電流降低到某

一整定值時，銜鐵釋放，觸點機構(gòu)動作，常開和常閉觸點輸出相應(yīng)的控制信號，從而達到保

護的作用。

(4)時間繼電器

時間繼電器是接通控制信號后，觸點延時接通或者斷開的自動控制電器，其控制原理有空

氣阻尼式、電磁式、電動式和晶體管式等。

1)空氣式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的(如圖2-9所示)。它由電磁系統(tǒng)、

延時機構(gòu)和觸點三部份組成，電磁機構(gòu)為直動式雙E型，觸點系統(tǒng)是借用LX5型微動開關(guān)，

延時機構(gòu)采用氣囊式阻尼器。空氣阻尼式時間繼電器普通和控制繼電器組合在一起使用，既

具有由空氣室中的氣動機構(gòu)帶動的延時觸點，也具有由電磁機構(gòu)直接帶動的瞬動觸點。

圖3-9空氣式時間繼電器原理結(jié)構(gòu)圖

1-線圈2-鐵芯3一銜鐵4-反力彈簧5-推板6-活塞桿

7一杠桿8-塔形彈簧9一弱彈簧10-橡皮膜11一空氣室壁

12一活塞13一調(diào)節(jié)螺桿14一進氣孔15、16—微動開關(guān)圖形符號

在圖3-9中，當(dāng)時間繼電器線圈得電吸合時，銜鐵受電磁力的作用上移并帶動推板聯(lián)動，

從而再也不壓迫活塞桿而產(chǎn)生一定的上移空間。此時，空氣經(jīng)進氣孔進入到氣室蓄積一定的

能

量后推動活塞、活塞桿上移，活塞桿帶動杠桿聯(lián)動并壓迫微動開關(guān)16而產(chǎn)生觸點狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。

由于氣室內(nèi)的氣體需要一定的時間蓄積才可以推動活塞，顧微動開關(guān)觸點的翻轉(zhuǎn)具有一定的

延時時間。而銜鐵是瞬時動作的，它將直接帶動微動開關(guān)15產(chǎn)生瞬動觸點的翻轉(zhuǎn)。

2）直流電磁式時間繼電器是在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套而構(gòu)

成。利用電磁阻尼原理產(chǎn)生延時的效果。在繼電器線圈通斷電過程中，主磁通的變化將使銅

套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，并流過感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通總是反對原磁通變化。繼電器線圈

通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通變化量小，銅套阻尼作用相對也小，

因此銜鐵吸合時延時不顯著（普通忽稍不計）。而當(dāng)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。

3）半導(dǎo)體時間繼電器是采用晶體管、集成電路、電子元件等構(gòu)成，電子式時間繼電器具

有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和耐振動、調(diào)節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點，所以發(fā)展很

快，應(yīng)用廣泛。半導(dǎo)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(qū)動小型磁式繼電器，后者是采用晶體管或者晶閘管輸出。

時間繼電器分通電延時和斷電延時兩種，通電延時，其線圈的供電時間要大于觸點的延

時時間，斷電延時，線圈只要提供一個脈沖沿信號即可。時間繼電器和控制繼電器組合時，

可以提供延時觸點和非延時觸點。

（4）過載熱繼電器

過載熱繼電器主要用于電氣設(shè)備和電動機的過載保護。電氣設(shè)備在運行的過程中，往往

會發(fā)生過載現(xiàn)象，過載的允許時間與過載的嚴(yán)重性成一定的比例關(guān)系，即過載越嚴(yán)重動作的

時間應(yīng)越快。

電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的

觸點動作。電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導(dǎo)板使常閉觸點斷開，從而切斷電

動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作后普通不能自動復(fù)位，要等雙金屬片冷卻后按下

復(fù)位按鈕復(fù)位。熱繼電器動作電流的調(diào)節(jié)可以借助旋轉(zhuǎn)凸輪于不同位置來實現(xiàn)。

我國常用的JRI6和JR20系列熱繼電器均為帶有斷相保護的熱繼電器（如圖3-10所示），

它有差動式斷相保護機構(gòu)。過載熱繼電器的選擇主要根據(jù)電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)方式確定，

在三相異步電動機電路中，對星型連接的電動機可選兩相或者三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對于三

相感應(yīng)電動機，定子繞組為角型連接的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。

（5）速度繼電器

速度繼電器的結(jié)構(gòu)與交流機電相類似，速度繼電器主要由定子、轉(zhuǎn)子和觸點三部份組成。

定子的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子是一個圓柱形永久磁鐵。速度繼電器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示。

速度繼電器的轉(zhuǎn)子軸與電動機的軸相連接。定子與軸同心。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，速度繼電

器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，此電流產(chǎn)生

轉(zhuǎn)矩，使定子向軸的轉(zhuǎn)動方向偏擺，普通速度繼電器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在130r/min時，定子柄即可

撥動到觸點使常開觸點閉合、常閉觸點斷開。當(dāng)速度繼電器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到100r/min時,

轉(zhuǎn)矩減小，定子柄在彈簧力的作用下恢復(fù)原位并使觸點復(fù)位。

圖3-10過載熱繼電器原理結(jié)構(gòu)圖圖3-11速度繼電器原理結(jié)構(gòu)圖

1一熱元件2一雙金屬片1—轉(zhuǎn)子2—電動機軸3一定子4—繞組

3—導(dǎo)板3-觸點復(fù)位5一定子柄6--靜觸點7一動觸點8一簧片

7.主令電器

主令電器在控制電路中主要是用來發(fā)布控制命令,其作用是實現(xiàn)遠程操作和自動控制。

常用的主令電器有：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān),萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器有：腳踏

開關(guān)、倒順開關(guān)、緊急開關(guān)、鈕子開關(guān)等。

（1）控制按鈕

控制按鈕普通和接觸器或者繼電器配合使用，實現(xiàn)對電動機的遠程操作、控制電路的電氣

聯(lián)鎖等。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用廣泛的手動主令電器?？刂瓢粹o的結(jié)構(gòu)由按鈕帽、復(fù)位彈

簧、橋式觸點和外殼等組成，如圖3-12所示。

圖3-12控制按鈕原理圖及圖例符號

1-按鈕帽2-復(fù)位彈簧3-動觸點4-常開靜觸點5-常閉靜觸點

控制按鈕通常配備一個常開觸點和一個常閉觸點（也可以進行多組觸點的擴展），當(dāng)控制

按鈕被按下時，橋式動觸點將常閉靜觸點斷開，常開靜觸點閉合。釋放后，彈簧將橋式動觸

點拉回原位，相應(yīng)的觸點也復(fù)位。

1）常開按鈕是用來控制電動機和控制電路的起動和運行開始。使用時普通只對其常開觸

點進行接線，常開按鈕通常選其顏色為綠色，安裝時布局在上方或者是左刑）。

2）常閉按鈕是用來控制電動機和控制電路的住手。使用時普通只對其常閉觸點進行接

線，常閉按鈕通常選其顏色為紅色，安裝時布局在下方或者是右俱心

（2）行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。它的動作通常由外部的

機械運動部件通過撞擊來實現(xiàn)。行程開關(guān)普通也是由一個常開觸點和一個常閉觸點組合而成,

根據(jù)生產(chǎn)控制工藝要求的不同，行程開關(guān)的碰撞形式也不同。行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件

的行程位置而切換電路的電器，主要有直動式、滾輪式、微動式。它的作用原理與按鈕類似。

結(jié)構(gòu)原理如圖3-13所示。

/

0

九危

a）b）c）

圖3-13行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖

a）直動式b）滾輪式c）微動式

1）直動式行程開關(guān)其動作原理與按鈕開關(guān)相同，但其觸點的分合速度取決于生產(chǎn)機械的

運行速度，適合于正面的機械撞擊。

2）滾輪式行程開關(guān)其帶有滾輪的撞桿可擺布偏擺，可接受來自于正面、左仰］、右刑J的機

械撞擊。撞桿轉(zhuǎn)動時，帶動凸輪轉(zhuǎn)動，頂下推桿，使微動開關(guān)中的觸點迅速動作。當(dāng)運動機

械返回時，在復(fù)位彈簧的作用下，各部份動作部件復(fù)位。

3）微動式行程開關(guān)其動作原理是通過機械撞擊壓迫彈性膜片使其變形而使觸點發(fā)生翻

轉(zhuǎn)。

（3）萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式、控制多回路的主令電器。它主要用于完成對電路的選擇控

制、信號轉(zhuǎn)換、電源的換相測量等任務(wù)。如手動、自動的切換、多路信號的輸入選擇、電流

表和電壓表的換相測量等。結(jié)構(gòu)原理如圖3-14所示。

45*0*45*LI5-15D0403/2

十|21-------觸頭*號45,0,45,

~i3I—12X

W34X

56XX

NO78X

圖3-14萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

圖2-14中萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)打向左45°時，觸點1-2、3-4、5-6閉合，觸點7-8打開；打

向0°時，惟獨觸點5-6閉合，右45°時，觸點7-8閉合，其余打開。

(4)信號燈

信號燈是用來指示電氣運行狀態(tài)、生產(chǎn)節(jié)拍、機械位置、控制命令等的電器器件。其發(fā)

光源有白熾燈、筑炮、LED發(fā)光元件等形式，通常在低電壓中用白熾燈和LED發(fā)光元件，而

在高壓中用制炮?？梢詥为毷褂?，也可以和按鈕組合使用。

二、典型電氣控制電路

電氣控制路線是按照一定的生產(chǎn)工藝和控制原理設(shè)計而成，無論控制路線多么復(fù)雜，都

是由基本控制路線組合而成。學(xué)好基本控制路線是分析和設(shè)計電氣控制路線的基礎(chǔ)。掌握了

這些基礎(chǔ)知識將對電氣控制路線工作原理的分析與設(shè)計有很大的匡助。

1.電氣圖基本知識

電氣圖是根據(jù)國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，使用電氣圖例符號和文字符號以及規(guī)定的畫法繪制而

成的技術(shù)圖紙。它包括電氣控制系統(tǒng)圖(電氣原理圖、電氣接線圖、電器元件布置圖)、電氣

平面圖、設(shè)備布局圖、安裝施工圖、電氣圖例說明、設(shè)備材料明細表等。

(1)電氣原理圖

電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理、電氣控制邏輯關(guān)系、電器元件連接的方法

繪制的，具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明、便于研究和電路分析等優(yōu)點，如圖3-15所示。

圖3-15電氣原理圖

電氣原理圖根據(jù)控制對象的不同可分為主電路（圖a）和控制電路（圖b、圖c）。主電

路是將電源與電氣設(shè)備（電動機或者電負(fù)荷）借助于低壓電器進行可靠連接的電路，涉及到的

低壓電器有低壓斷路器、熔斷器、接觸器（智能控制單元）、熱過載保護器、接線端子等。控

制電路是由主令電器、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的常開和常閉輔助觸點、電磁閥、

電磁鐵等按控制要求和控制邏輯進行的組合。主電路用粗線條畫在原理圖的左邊。控制電路

用細線條畫在原理圖的右邊，也可以將主電路和控制電路分開繪制。

所有按鈕、觸點均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出。控制電路的分支路線，

原則上按照動作先后順序羅列，兩線交叉連接的電氣連接點須用黑點標(biāo)出，兩線連接的接線

端子用空心圓畫出。

繪制時采用電器元件展開圖的畫法。同一電器元件的各部件可以不畫在一起，但需用同

一文字符號標(biāo)出。若有多個同類電器，可在文字符號后加之?dāng)?shù)字序號，如KM1、KM2等。

（2）電氣接線圖

電氣接線圖是將分布在電控柜和現(xiàn)場的電器元件和設(shè)備進行路線連接（如圖3-16所示），

繪制接線圖時應(yīng)把各電器的各個部份（如觸點與線圈）畫在一起，文字符號、元件連接順序、

路線號碼編制必須與電氣原理圖一致。以安裝接線為主，基本不涉及電氣設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)和

工作原理，著重表達接線過程。

圖3-16電氣接線圖

（3）電氣元件布置圖

電氣元件布置圖是器件的布局和位置安裝（如圖3-17所示），包括在電控柜和現(xiàn)場的分

布，如電控柜中器件的分布、控制操作盤中器件的分布、器件的間隔和排放順序、安裝方式

和定位等。在進行元器件布局時要注意整齊、美觀、對稱、外形尺寸與結(jié)構(gòu)類型類似的電器

安裝在一起，以利于加工、安裝和配線。在電氣元件布置圖中，普通標(biāo)有各元件間距尺寸、

安裝孔距和進出線的方式。

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5

圖3-17電氣元件布局圖

2.三相交流異步電動機直接起動控制電路

此處介紹的三相交流異步電動機直接起動控制電路包括單向直接起動控制，正、反轉(zhuǎn)直

接起動控制，雙速直接起動控制電路。它們是由一些基本電氣控制環(huán)節(jié)組成，這些基本控制

環(huán)節(jié)有點動控制、自鎖控制、多點控制、順序控制、聯(lián)鎖控制、行程控制等。

三相交流異步電動機直接起動控制電路由主電路和控制電路構(gòu)成，普通主電路由低壓斷

路器（熔斷器）、接觸器主觸點、熱過載繼電器、接線端子、電動機組成?？刂齐娐酚傻蛪簲?/p>

路器（熔斷器）、熱過載繼電器輔助觸點、起動按鈕、住手按鈕、行程開關(guān)、聯(lián)鎖開關(guān)或者其他

繼電器觸點、接觸器和繼電器線圈組成。

（1）點動控制

1）閉合低壓斷路器QF1,主電路接通供電電源，如圖3-18ao

2）電動機點動過程：按下起動按鈕SB2-接觸器KM1線圈通電-KM1主觸點閉合一電動

機Ml通電運轉(zhuǎn)f松開起動按鈕BS2f接觸器KM1線圈斷電fKM1主觸點斷開f電動機Ml斷

電住手。如圖3-18bo

3）點動控制通常用來實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的手動調(diào)整、定位、維修處理等。

（2）自鎖控制

1）閉合低壓斷路器QF1,主電路接通供電電源。

2）電動機起動過程：按下起動按鈕SB2-接觸器KM1線圈通電fKM1主觸點、輔助常開

觸點閉合一接觸器KM1自鎖一電動機Ml通電運轉(zhuǎn)。

3）電動機住手過程：按下住手按鈕SB1-接觸器KM1線圈斷電-KM1主觸點、輔助常開

觸點斷開-電動機Ml斷電住手。如圖3-18co

4）因起動按鈕SB2與KM1輔助常開觸點并聯(lián)，SB2釋放后，由KM1輔助常開觸點繼續(xù)為

其線圈供電，稱此控制方式為自鎖。它是電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)的基本控制方式。

（3）多點控制

1）閉合低壓斷路器QF1,主電路接通供電電源。

2）電動機起動過程：按下起動按鈕SB2或者SB4一接觸器KM1線圈通電-KM1主觸點、

輔助常開觸點閉合一接觸器KM1自鎖-電動機Ml通電運轉(zhuǎn)。

3）電動機住手過程：按下住手按鈕SB1或者SB3f接觸器KM1線圈斷電-KM1主觸點、

輔助常開觸點斷開一電動機Ml斷電住手。如圖3-18d?

4）多點控制又被稱為遠程控制，它主要是實現(xiàn)對電動機的多處起?？刂?。例如，在電氣

控制柜的操作面板上和生產(chǎn)現(xiàn)場上各有一組起停按鈕用來實現(xiàn)對電動機的起?？刂?。操作者

在兩處均可以實現(xiàn)對電動機的起?？刂?。在自動控制中，也可以實現(xiàn)由手動、半自動、全自

動等構(gòu)成的組合控制，總之，多點控制就是將多個啟動控制信號并聯(lián)起來，將多個住手信號

串聯(lián)在控制主路中。

圖3-18電動機的點動、自鎖、多點控制電氣控制原理圖

圖a主電路圖b點動控制圖c自鎖啟停控制圖d多點啟?？刂?/p>

（4）順序控制

1）閉合低壓斷路器QF1、QF2,主電路接通供電電源，如圖3-19a0

2）電動機Ml、M2的起動是按順序進行，當(dāng)電動機Ml未起動時，電動機M2不能起動，

電動機M2起動后，封鎖了電動機Ml的住手按鈕，此時，電動機M2不住手，電動機Ml不能

住手。如圖3-19b。

3）電動機起動過程：按下起動按鈕SB2-接觸器KM1線圈通電-KM1主觸點、輔助常開

觸點閉合f接觸器KM1自鎖f電動機Ml通電運轉(zhuǎn)。電動機Ml運轉(zhuǎn)后，KM1輔助常開觸點閉

合（允許KM2吸合）f按下起動按鈕SB4f接觸器KM2線圈通電-KM2主觸點、輔助常開觸

點閉合f接觸器KM2自鎖f電動機M2通電運轉(zhuǎn)。

4）電動機住手過程：按下住手按鈕SB3-接觸器KM2線圈斷電-KM2主觸點、輔助常開

觸點斷開一電動機M2斷電住手。電動機M2住手后，KM2輔助常開觸點斷開（允許KM1斷開）

f按下住手按鈕SB1f接觸器KM1線圈斷電-KM1主觸點、輔助常開觸點斷開f電動機Ml斷

電住手。

（5）行程控制

1）閉合低壓斷路器QF1、QF2,主電路接通供電電源。

2）電動機起動過程：按下起動按鈕SB2一接觸器KM1線圈通電-KM1主觸點、輔助常開

觸點閉合一接觸器KM1自鎖f電動機Ml通電運轉(zhuǎn)。碰到行程開關(guān)SQ1后，SQ1常開觸點閉合

-*接觸器KM2線圈通電fKM2主觸點、輔助常開觸點閉合f接觸器KM2自鎖-*電動機M2通電

運轉(zhuǎn)。

3）電動機住手過程：按下住手按鈕SB1或者碰到行程開關(guān)SQ1-接觸器KM1線圈斷電-KM1

主觸點、輔助常開觸點斷開f電動機Ml斷電住手。按下住手按鈕SB3或者碰到行程開關(guān)SQ2

f接觸器KM2線圈斷電-KM2主觸點、輔助常開觸點斷開f電動機M2斷電住手。如圖3T9c

所示。

4）行程開關(guān)SQ1、SQ2的作用是對電動機Ml、M2限位控制。

圖3-19電動機的順序控制、行程控制電氣控制原理圖

圖a主電路圖b順序啟?？刂茍Dc行程啟?？刂?/p>

⑹正、反轉(zhuǎn)控制

1）閉合低壓斷路器QF1,主電路接通供電電源，如圖3-20ao

2）電動機正向起動過程：在電動機處于住手狀態(tài)下，按下起動按鈕SB2一接觸器KM1線

圈通電一KM1主觸點、輔助常開觸點閉合、輔助常閉觸點斷開一接觸器KM1自鎖并對接觸器

KM2實施互鎖-電動機Ml通電運轉(zhuǎn)。

3）電動機反向起動過程：在電動機處于住手狀態(tài)下，按下起動按鈕SB3f接觸器KM2線

圈通電-KM2主觸點、輔助常開觸點閉合、輔助常閉觸點斷開接觸器KM2自鎖并對接觸器

KM1實施互鎖-*電動機M2通電運轉(zhuǎn)。

4）電動機住手過程：在電動機處于運行狀態(tài)下，按下住手按鈕SB1―接觸器KM1或者KM2

線圈斷電-KM1或者KM2主觸點、輔助常開觸點斷開一電動機Ml斷電住手。如圖3-20b所示。

5）由于接觸器KM1、KM2的線圈中采用了互鎖，所以，在接觸器KM1通電時，其輔助常

閉觸點斷開了接觸器