《電工電子技術(shù)》課件-第7章

第7章常用低壓電器與電器控制7.1常用低壓電器

7.2基本電氣控制線電路

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

電器是根據(jù)外界特定的信號和要求，自動或手動接通和斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。電器的種類繁多，構(gòu)造各異，根據(jù)工作電壓高低，它可分為高壓電器和低壓電器。工作在交流額定電壓1200V及以下、直流額定電壓1500V及以下的電器稱為低壓電器。本章主要介紹常用的低壓電器，以及由低壓電器構(gòu)成的電氣控制線路。7.1常用低壓電器根據(jù)低壓電器與使用系統(tǒng)之間的關(guān)系，習(xí)慣上把它分為以下幾類：低壓配電電器、低壓控制電器、低壓主令電器、低壓保護(hù)電器和低壓執(zhí)行電器。7.1.1低壓配電電器

低壓配電電器包括刀開關(guān)、組合開關(guān)、熔斷器和低壓斷路器。其主要用于低壓配電系統(tǒng)中，要求在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下動作準(zhǔn)確、工作可靠。

1．刀開關(guān)刀開關(guān)屬于非自動切換的開關(guān)電器，一般用于主電路電源的控制。刀開關(guān)是一種手動電器，主要用來手動接通與斷開交、直流電路，通常只作隔離開關(guān)使用，也可用于不頻繁地接通與分?jǐn)囝~定電流以下的負(fù)載，如小型電動機(jī)、電爐等。刀開關(guān)按極數(shù)劃分為單極、雙極與三極。其結(jié)構(gòu)主要由操作手柄、觸刀、觸點(diǎn)座和底板組成，依靠手動來實現(xiàn)觸刀插入觸點(diǎn)座與脫離觸點(diǎn)座的控制，如圖7-1所示。刀開關(guān)的文字符號為QS，圖形符號如圖7-2所示。為了使用方便和減小體積，在刀開關(guān)上再安裝上熔絲或熔斷器，可組成兼有通、斷電路和保護(hù)作用的開關(guān)電器，如膠蓋閘刀開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)等。圖7-1刀開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)圖7-2刀開關(guān)的圖形符號

1)膠蓋閘刀開關(guān)(HK)膠蓋閘刀開關(guān)主要用于頻率為50Hz，電壓小于380V，電流小于60A的電力線路中，作為一般照明、電熱等回路的控制開關(guān)；也可用作分支線路的配電開關(guān)。三極的膠蓋閘刀開關(guān)適當(dāng)降低容量時可以直接用于不頻繁啟動和停止的小型電動機(jī)控制，并借助于熔絲起過載保護(hù)作用。常用的膠蓋閘刀開關(guān)有開啟式閘刀開關(guān)(HK1)、封閉式閘刀開關(guān)(HK2)，如圖7-3所示。膠蓋閘刀開關(guān)在安裝和使用時應(yīng)注意以下事項：

(1)手柄要向上，不得倒裝或平裝，以防止閘刀松動落下時誤合閘。

(2)接線時，電源線接上端，負(fù)載線接下端。

(3)合閘順序一般是：先合上刀開關(guān)，再合上其他用于控制負(fù)載的開關(guān)，分閘順序則相反。

(4)盡量縮短刀開關(guān)合閘與分閘的時間。圖7-3膠蓋閘刀開關(guān)的外形圖

2)熔斷器式刀開關(guān)熔斷器式刀開關(guān)以具有高分?jǐn)嗄芰Φ挠刑盍先蹟嗥?例如RT型熔斷器)作為觸刀，并由兩個滅弧室和操作機(jī)構(gòu)組成。熔斷器式刀開關(guān)可作為不頻繁地接通和分?jǐn)嚯娐酚?，其熔斷器還可分?jǐn)喽搪冯娏?。圖7-4為熔斷器式刀開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

2.組合開關(guān)

組合開關(guān)(俗稱轉(zhuǎn)換開關(guān))在機(jī)床電氣和其它電氣設(shè)備中使用廣泛。其體積小、接線方式多，使用非常方便，常用于交流50Hz、380V及以下、直流220V及以下的電氣線路中，供手動不頻繁地接通或分?jǐn)嚯娐?、換接電源、測量三相電壓、改變負(fù)載的連接方式，控制小容量交、直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)、Y/△啟動和變速換向等。組合開關(guān)也是一種閘刀開關(guān)，不過它的刀片(動觸片)是轉(zhuǎn)動式的，比刀開關(guān)輕巧而且組合性強(qiáng)，能組成幾十種接線方式。圖7-5為組合開關(guān)的外形及電氣圖形符號。組合開關(guān)分為單極、雙極和多極三類。其主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、允許操作頻率、極數(shù)、可控制電動機(jī)最大功率等。其中，額定電流具有10、20、40和60A等幾個等級。全國統(tǒng)一設(shè)計的新型組合開關(guān)有HZ15系列，其他常用的組合開關(guān)有HZ10、HZ5和HZ2型。近年引進(jìn)生產(chǎn)的德國西門子公司的3ST、3LB系列組合開關(guān)也有應(yīng)用。圖7-4熔斷器式刀開關(guān)結(jié)構(gòu)圖圖7-5組合開關(guān)的外形及電氣圖形符號

3.熔斷器

熔斷器是一種最簡單的保護(hù)電器，可以實現(xiàn)過載和短路保護(hù)。由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、維護(hù)方便、價格低廉，所以在強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)中都獲得了廣泛的應(yīng)用。熔斷器主要由熔斷體(簡稱熔體，有的熔體裝在具有滅弧作用的絕緣管中)、觸頭插座和絕緣底板組成。熔體是核心部分，常做成絲狀或片狀。制造熔體的金屬材料有兩類：一類是低熔點(diǎn)材料，如鉛錫合金、鋅等；一類是高熔點(diǎn)材料，如銀、銅、鋁等。熔斷器接入電路時，熔體串聯(lián)在電路中，負(fù)載電流流過熔體，由于電流熱效應(yīng)而使溫度上升。當(dāng)電路發(fā)生過載或短路時，電流大于熔體允許的正常發(fā)熱電流，使熔體溫度急劇上升，超過其熔點(diǎn)而熔斷，從而分?jǐn)嚯娐?，保護(hù)了電路和設(shè)備。常用的熔斷器有瓷插式、螺旋式及管式熔斷器三種。

1)瓷插式熔斷器圖7-6所示是瓷插式熔斷器的外形結(jié)構(gòu)圖。它由瓷座、瓷蓋、動/靜觸點(diǎn)及熔絲等幾部分組成。常用的瓷插式熔斷器有RC1A系列。熔斷器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，廣泛應(yīng)用于照明和小容量電動機(jī)的短路保護(hù)。

2)螺旋式熔斷器螺旋式熔斷器如圖7-7所示。它主要由瓷帽、瓷套、上/下接線端、底座和熔斷管等組成。圖7-6瓷插式熔斷器圖7-7螺旋式熔斷器螺旋式熔斷器的底座、瓷帽和熔斷管均由陶瓷制成。熔斷管內(nèi)裝有一組熔絲或熔片，還裝有滅弧用的石英砂。熔斷管上蓋有一個熔斷指示器，當(dāng)熔斷管中的熔絲或熔片熔斷時，帶顏色點(diǎn)指示器自動跳出，表示熔絲熔斷。使用時，先將熔斷管帶顏色點(diǎn)的一端插入瓷帽，然后將瓷帽擰入瓷座，熔斷管便可接通電路。在安裝螺旋式熔斷器時，電氣設(shè)備接線應(yīng)接在連接金屬螺紋殼上的上接線端，電源線應(yīng)接在底座上的下接線端，這樣連接可保證在更換熔斷管時，螺紋金屬殼不帶電，保證人身安全。螺旋式熔斷器斷流能力大，體積小，更換熔絲容易，使用安全可靠，并帶有熔斷顯示裝置，常用在電壓為500V、電流為200A的交流線路及電動機(jī)控制電路中做過載或短路保護(hù)。

3)管式熔斷器管式熔斷器如圖7-8所示。常用的管式熔斷器有無填料閉管式熔斷器和有填料閉管式熔斷器。

(1)無填料閉管式熔斷器是一種可拆卸的低壓熔斷器。當(dāng)熔斷器已起到保護(hù)作用，熔體熔斷之后，用戶可以自行拆開，重裝新的熔體，所以檢修方便，恢復(fù)供電也較快。因此，凡屬故障經(jīng)常發(fā)生的場合，采用這種熔斷器作為低壓電力網(wǎng)絡(luò)和成套配電裝置的短路保護(hù)及連續(xù)過載保護(hù)是很適合的。圖7-8管式熔斷器

(2)有填料閉管式熔斷器在結(jié)構(gòu)方面的最大特征，就是在其熔斷管內(nèi)充滿了填料，借此增強(qiáng)熔斷器熄滅電弧的能力。填料之所以有助于滅弧，是因為作為填料的介質(zhì)材料具有較高的導(dǎo)熱和絕緣性能，并且由于它的顆粒外形而具有很大的同電弧接觸的表面積。一般情況下，在選擇熔斷器時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況選擇和計算熔體額定電流，對于電爐、照明等阻性負(fù)載電路的短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)稍大于或等于負(fù)載的額定電流；對于一臺電動機(jī)負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)等于1.5~2.5倍電動機(jī)的額定電流；對于多臺電動機(jī)負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)等于1.5~2.5倍最大一臺電動機(jī)的額定電流與其他電動機(jī)額定電流之和；在電動機(jī)功率較大，而實際負(fù)載較小時，熔體額定電流可適當(dāng)選小些，小到以電動機(jī)啟動時熔絲不斷為準(zhǔn)。

4.低壓斷路器

低壓斷路器又稱空氣自動開關(guān)，相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器和各種繼電器的組合。它的特點(diǎn)是：在正常工作時，可以人工操作，接通或切斷電源與負(fù)載的聯(lián)系；當(dāng)出現(xiàn)故障時，如短路、過載、欠壓等，又能自動切斷故障電路，起到保護(hù)電路的作用，因此得到了廣泛的應(yīng)用。低壓斷路器主要由觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器和滅弧裝置等組成。操作機(jī)構(gòu)分為直接手柄操作、杠桿操作、電磁鐵操作和電動機(jī)驅(qū)動4種。脫扣器有電磁脫扣器、熱脫扣器、復(fù)式脫扣器、欠壓脫扣器、分勵脫扣器等類型，如圖7-9所示。圖7-9低壓斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖中，低壓斷路器的三個主觸點(diǎn)串接于三相電路中，正常工作時，經(jīng)操作機(jī)構(gòu)將其閉合，此時傳動桿3由鎖扣4鉤住，保持主觸點(diǎn)的閉合狀態(tài)，同時分閘彈簧1已被拉伸。當(dāng)主電路出現(xiàn)過電流故障且達(dá)到過電流脫扣器的動作電流時，過電流脫扣器6的銜鐵吸合，頂桿上移將鎖扣4頂開，在分閘彈簧1的作用下使主觸點(diǎn)斷開。當(dāng)主電路出現(xiàn)欠壓、失壓或過載時，欠壓、失壓脫扣器和熱脫扣器分別將鎖扣頂開，使主觸點(diǎn)斷開。分勵脫扣器可由主電路或其他控制電源供電，由操作人員發(fā)出指令或繼電保護(hù)信號使分勵線圈通電，其銜鐵吸合，將鎖扣頂開，在分閘彈簧的作用下使主觸頭斷開，同時也使分勵線圈斷電。7.1.2低壓控制電器

低壓控制電器包括接觸器、繼電器、控制器等，主要用于電氣傳動系統(tǒng)中，要求壽命長、體積小、重量輕、工作可靠。

1.接觸器接觸器是一種自動的電磁式電器，適用于遠(yuǎn)距離頻繁接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路。其主要控制對象是電動機(jī)、變壓器等電力負(fù)載。它具有低壓釋放保護(hù)功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件，控制容量大，操作頻率高，使用壽命長。常用的接觸器分為交流接觸器和直流接觸器。1)交流接觸器交流接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和滅弧裝置等組成，如圖7-10所示。

(1)電磁系統(tǒng)。電磁機(jī)構(gòu)的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并帶動觸點(diǎn)閉合或斷開，完成通斷電路的控制作用。電磁機(jī)構(gòu)通常采用電磁鐵的形式，由吸引線圈、鐵芯(亦稱靜鐵芯)和銜鐵(也稱動鐵芯)三部分組成。其中動鐵芯與動觸點(diǎn)支架相連，電磁線圈通電時產(chǎn)生磁場，使動、靜鐵芯磁化互相吸引，當(dāng)動鐵芯被吸引向靜鐵芯時，與動鐵芯相連的動觸點(diǎn)也被拉向靜觸點(diǎn)，令其閉合接通電路。電磁線圈斷電后，磁場消失，動鐵芯在復(fù)位彈簧的作用下回到原位。圖7-10交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖

(2)觸點(diǎn)系統(tǒng)。觸點(diǎn)是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。觸點(diǎn)按功能不同可分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流，一般由三對常開觸點(diǎn)組成；輔助觸點(diǎn)用于接通或斷開控制電路，允許流過較小的電流，有常開和常閉觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)(動合觸點(diǎn))是指電磁線圈未通電時斷開，通電后閉合的觸點(diǎn)；常閉觸點(diǎn)(動斷觸點(diǎn))是指電磁線圈未通電時閉合，通電后斷開的觸點(diǎn)。線圈斷電后所有觸點(diǎn)復(fù)位。交流接觸器的電氣圖形符號如圖7-11所示。圖7-11交流接觸器電氣圖形符號

(3)滅弧裝置。觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娐窌r，由于熱電子發(fā)射和強(qiáng)磁場的作用，使氣體游離，從而在分?jǐn)嗨查g產(chǎn)生電弧。觸點(diǎn)間的電壓越高，電弧就越大；負(fù)載的電感越大，斷開時的火花也越大。電弧的高溫會燒損觸點(diǎn)，縮短電器的使用壽命，同時延長了電路的分?jǐn)鄷r間。因此，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊缁?。交流接觸器常用的滅弧方法有電動力滅弧、磁吹滅弧和柵片滅弧。

2)直流接觸器直流接觸器主要用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)囝~定電壓440V、額定電流600A的直流電路或頻繁地操作和控制直流電動機(jī)的一種控制電器。其結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，但也有區(qū)別，主要表現(xiàn)如下。

(1)電磁系統(tǒng)。直流接觸器的電磁系統(tǒng)由鐵芯、線圈和銜鐵等組成。因線圈中通過的是直流電，故鐵芯中不會產(chǎn)生渦流，鐵芯不發(fā)熱，也沒有鐵損耗。線圈匝數(shù)較多，電阻大，電流流過時發(fā)熱，為使線圈散熱良好，通常將線圈制成長而薄的圓筒狀。

(2)觸點(diǎn)系統(tǒng)。直流接觸器的觸點(diǎn)系統(tǒng)多為單極的，只有小電流才制成雙極的，觸點(diǎn)也有主、輔觸點(diǎn)之分。由于主觸點(diǎn)的通斷電流較大，故多采用滾動接觸的指形觸點(diǎn)；輔助觸點(diǎn)的通斷電流較小，常采用點(diǎn)接觸的橋式觸點(diǎn)。

(3)滅弧裝置。直流接觸器一般采用磁吹式滅弧裝置。

2.繼電器繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化而接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、速度、時間、壓力等非電量，而輸出通常是觸點(diǎn)的動作。

1) 電流繼電器根據(jù)線圈中電流的大小而接通或斷開電路的繼電器稱為電流繼電器，使用時線圈串在線路中。電流線圈阻抗小，導(dǎo)線粗，匝數(shù)少，能通過大電流。電流繼電器分欠(零)電流繼電器和過電流繼電器。欠電流繼電器是當(dāng)線圈電流降到低于某一整定值時釋放的繼電器，而在線圈電流正常時銜鐵是吸合的。這種繼電器常用于直流電動機(jī)和電磁吸盤的失磁保護(hù)。過電流繼電器在正常工作時電磁吸力不足以克服彈簧的反作用力，銜鐵處于釋放狀態(tài)。當(dāng)線圈電流超過某一整定值時，銜鐵動作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。電流繼電器的電氣圖形符號如圖7-12所示。圖7-12電流繼電器電氣圖形符號

2) 電壓繼電器根據(jù)線圈兩端電壓的大小而接通或斷開電路的繼電器稱為電壓繼電器，使用時線圈并聯(lián)在線路中。為減少分流，電壓線圈導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多、電阻大。電壓繼電器分欠(零)電壓及過電壓繼電器。欠(零)電壓繼電器在正常電壓時動作，而當(dāng)電壓過低或消失時，觸頭復(fù)位。過電壓繼電器則是在正常電壓時不動作，只有當(dāng)其線圈兩端電壓超過其整定值后觸頭才動作，以實現(xiàn)過電壓保護(hù)。欠(失)電壓繼電器是在電壓為40％～70％額定電壓時才動作，對電路實現(xiàn)欠壓保護(hù)；零電壓繼電器是當(dāng)電壓降至0％～25％額定電壓時動作，進(jìn)行零壓保護(hù)；過電壓繼電器是在電壓為110％～150％額定電壓時動作，具體調(diào)整根據(jù)需要決定。電壓繼電器的電氣圖形符號如圖7-13所示。圖7-13電壓繼電器電氣圖形符號

3)中間繼電器中間繼電器是將一個輸入信號變成一個或多個輸出信號的繼電器。它的輸入信號為線圈的通電或斷電，它的輸出是觸點(diǎn)的動作，將信號同時傳給幾個控制元件或回路。中間繼電器的特點(diǎn)是觸點(diǎn)數(shù)目多(6對以上)，可實現(xiàn)對多回路的控制；觸點(diǎn)電流較大(5A以上)；動作靈敏(動作時間不大于0.05s)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理同于接觸器，與接觸器不同的是觸點(diǎn)無主、輔之分，當(dāng)電動機(jī)功率較小時，也可用它代替接觸器使用，可以認(rèn)為中間繼電器就是小容量的接觸器。

4)時間繼電器時間繼電器在電路中起著控制動作時間的作用。當(dāng)它的感測機(jī)構(gòu)接受輸入信號以后，需經(jīng)過一定的時間，執(zhí)行系統(tǒng)才會動作并輸出信號，進(jìn)而操縱控制電路。所以說時間繼電器具有延時功能。它被廣泛用于控制生產(chǎn)過程中按時間原則制定的工藝程序，如鼠籠式異步電動機(jī)的幾種降壓啟動均可由時間繼電器發(fā)出自動轉(zhuǎn)換信號。時間繼電器的種類很多，按動作原理可分為電磁式、空氣阻尼式、電動機(jī)式、電子式；按延時方式可分為通電延時型與斷電延時型兩種。常見的時間繼電器的外形如圖7-14所示。圖7-14時間繼電器空氣阻尼式繼電器是利用空氣阻尼作用而達(dá)到延時目的，它是應(yīng)用最廣泛的一種時間繼電器。下面以JS7-A系列時間繼電器通電延時型為例來分析其工作原理。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖7-15所示。當(dāng)線圈1通電后，銜鐵3吸合，活塞桿6在塔型彈簧7的作用下帶動活塞13及橡皮膜9向上移動，橡皮膜下方空氣室的空氣變得稀薄，形成負(fù)壓，活塞桿通過杠桿15壓動微動開關(guān)14，使其觸點(diǎn)動作，起到通電延時作用。當(dāng)線圈斷電后，銜鐵釋放，橡皮膜下方空氣室的空氣通過活塞肩部所形成的單向閥迅速排出，使活塞桿、杠桿、微動開關(guān)迅速復(fù)位。由線圈通電至觸頭動作的一段時間即為時間繼電器的延時時間，延時長短可通過調(diào)節(jié)螺釘11調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔氣隙大小來改變。圖7-15JS7-A系列空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖微動開關(guān)16在線圈通電或斷電時，在推板5的作用下都能瞬時動作，其觸頭為時間繼電器的瞬時觸頭。時間繼電器的電氣圖形符號如圖7-16所示?？諝馐綍r間繼電器結(jié)構(gòu)簡單，易構(gòu)成通電延時型和斷電延時型，調(diào)整簡便，價格較低，使用較為廣泛，但延時精度較低，一般使用在精度要求不高的場合。

5)熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來動作的，主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)和斷相保護(hù)，如圖7-17所示。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片、動作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、調(diào)整裝置及手動復(fù)位等部分組成。圖7-16時間繼電器的電氣圖形符號圖7-17熱繼電器的外形及原理結(jié)構(gòu)圖雙金屬片作為測量元件，由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片壓焊而成，線膨脹系數(shù)大的稱為主動片，線膨脹系數(shù)小的稱為被動片。熱元件串接在電動機(jī)定子繞組中，一對常閉觸點(diǎn)串接在電動機(jī)的控制電路中。當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，熱元件中流過的電流小，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使金屬片彎曲，但不能使觸點(diǎn)動作。當(dāng)電動機(jī)過載時，流過熱元件的電流加大，產(chǎn)生的熱量增加，使雙金屬片產(chǎn)生彎曲位移增大，經(jīng)過一定時間后，通過導(dǎo)板推動熱繼電器的觸點(diǎn)動作，使常閉觸點(diǎn)斷開，切斷電動機(jī)控制電路，使電動機(jī)主電路失電,電動機(jī)得到保護(hù)。電源切斷后，電流消失，雙金屬片逐漸冷卻，經(jīng)過一段時間后回復(fù)原狀，動觸點(diǎn)在失去作用力的情況下，靠自身彈簧的彈性自動復(fù)位與靜觸點(diǎn)閉合。這種熱繼電器也可采用手動復(fù)位，將螺釘5向外調(diào)到一定位置，使動觸點(diǎn)彈簧的轉(zhuǎn)動超過一定角度而失去反彈性，在此情況下，即使主雙金屬片冷卻復(fù)原，動觸頭也不能自動復(fù)位，需按下復(fù)位按鈕9才能使常閉觸點(diǎn)閉合。由于熱繼電器雙金屬片受熱膨脹的熱慣性及動作機(jī)構(gòu)傳遞信號的惰性原因，熱繼電器從電動機(jī)過載到觸點(diǎn)動作需要一定時間，也就是說，即使電動機(jī)嚴(yán)重過載甚至短路，熱繼電器也不會瞬時動作，因此熱繼電器不能用于短路保護(hù)。但也正是這個熱慣性和機(jī)械惰性，保證了熱繼電器在電動機(jī)啟動或短時過載時不會動作，從而滿足了電動機(jī)的運(yùn)行要求。熱繼電器的電氣圖形符號如圖7-18所示。圖7-18熱繼電器的電氣圖形符號7.1.3低壓主令電器低壓主令電器有控制按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)和萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。它們主要用于發(fā)送控制指令，要求操作頻率高、抗沖擊，電器和機(jī)械壽命要長。

1．控制按鈕

控制按鈕是一種手動且可自動復(fù)位的主令電器，在控制電路中用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器等?？刂瓢粹o通常所選用的規(guī)格為交流額定電壓500V，允許持續(xù)電流為5A。其結(jié)構(gòu)形式有多種，常見的有：緊急式——裝有突出的蘑菇形鈕帽，以便緊急時操作；旋鈕式——用手旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作；指示燈式——在透明的按鈕內(nèi)裝入信號燈，以作信號顯示；鑰匙式——為使用安全起見，須用鑰匙插入方可旋轉(zhuǎn)操作?？刂瓢粹o的顏色有紅、綠、黑、白、黃、藍(lán)等幾種，供不同場合選用?？刂瓢粹o由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成，其結(jié)構(gòu)如圖7-19所示，電氣圖形符號如圖7-20所示?？刂瓢粹o按用途和結(jié)構(gòu)不同，分為啟動按鈕、停止按鈕和復(fù)合按鈕等。啟動按鈕帶有常開觸點(diǎn)，手指按下按鈕帽，常開觸點(diǎn)閉合；手指松開，常開觸點(diǎn)復(fù)位。啟動按鈕的按鈕帽一般采用綠色。停止按鈕帶有常閉觸點(diǎn)，手指按下按鈕帽，常閉觸點(diǎn)斷開；手指松開，常閉觸點(diǎn)復(fù)位。停止按鈕的按鈕帽一般采用紅色。復(fù)合按鈕帶有常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，手指按下按鈕帽，常閉觸點(diǎn)先斷開，常開觸點(diǎn)后閉合；手指松開時，常開觸點(diǎn)先復(fù)位，常閉觸點(diǎn)后復(fù)位。圖7-19控制按鈕結(jié)構(gòu)示意圖圖7-20控制按鈕的電氣圖形符號

2．萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)如圖7-21所示，它由手柄、帶號碼牌的觸點(diǎn)盒等構(gòu)成，有的還帶有信號燈。它具有多個擋位，多對觸點(diǎn)，可供機(jī)床控制電路中進(jìn)行換接之用，在操作不太頻繁時可用于小容量電機(jī)的啟動、改變轉(zhuǎn)向，也可用于測量儀表等。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-22所示，圖中間帶口的圓為可轉(zhuǎn)動部分，每對觸頭在凹口對著時導(dǎo)通。實際中的萬能開關(guān)不止圖中一層，而是由多層相同的部分組成的；觸點(diǎn)不一定正好是三對，轉(zhuǎn)輪也不一定只有一個口。圖7-21萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的外形圖圖7-22萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點(diǎn)在電路中的圖形符號如圖7-23所示。圖形符號中的“每一橫線”代表一對觸點(diǎn)，而用三條豎線分別代表手柄位置。哪一對觸點(diǎn)接通就在代表該位置虛線上的觸點(diǎn)下面用黑點(diǎn)“·”表示。觸點(diǎn)的通斷也可用接通表來表示，表中的“×”表示觸點(diǎn)閉合，空白表示觸點(diǎn)斷開。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于電氣控制電路的轉(zhuǎn)換。在操作不太頻繁的情況下，也可用于小容量電動機(jī)的起動、停止或反向的控制。圖7-23轉(zhuǎn)換開關(guān)圖形符號

3．行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱位置開關(guān)或限位開關(guān)，是一種很重要的小電流主令電器。它是利用生產(chǎn)設(shè)備的某些運(yùn)動部件的機(jī)械位移而碰撞位置開關(guān)，使其觸點(diǎn)動作，將機(jī)械信號變?yōu)殡娦盘?，接通或斷開某些控制電路的指令，借以實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的電氣控制要求。這類開關(guān)常被用來限制機(jī)械運(yùn)動的位置或行程，使運(yùn)動機(jī)械按一定位置或行程自動停止、反向運(yùn)動或自動往返運(yùn)動等。如圖7-24所示，行程開關(guān)的種類很多，按結(jié)構(gòu)可分為直動式(如LX1、JLXK1系列)、滾動式(如LX2、JLXK2系列)和微動式(如LXW-11、JLXK1-11系列)；按觸點(diǎn)性質(zhì)可分為有觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式。其圖形及文字符號如圖7-25所示。7-24行程開關(guān)的外形圖圖7-25行程開關(guān)的圖形符號

4．接近開關(guān)

為了克服有觸點(diǎn)行程開關(guān)可靠性較差、使用壽命短和操作頻率低的缺點(diǎn)，可采用無觸點(diǎn)為了克服有觸點(diǎn)行程開關(guān)可靠性較差、使用壽命短和操作頻率低的缺點(diǎn)，可采用無觸點(diǎn)式行程開關(guān)，也叫接近開關(guān)。接近開關(guān)不是靠擋塊碰壓開關(guān)發(fā)出信號，而是在移動部件裝上一金屬片，當(dāng)運(yùn)動的金屬與開關(guān)接近到一定距離時發(fā)出接近信號，以不直接接觸方式進(jìn)行控制。接近開關(guān)工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長，在自動控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應(yīng)用。其圖形及文字符號如圖7-26所示。7.1.4低壓執(zhí)行電器

低壓執(zhí)行電器有電磁鐵、電磁離合器等，主要用于執(zhí)行某種動作或?qū)崿F(xiàn)傳動功能。圖7-26接近開關(guān)的圖形符號7.2基本電氣控制線路

在各行各業(yè)廣泛使用的電氣設(shè)備和生產(chǎn)機(jī)械中，其自動控制線路大多以各類電動機(jī)或其他執(zhí)行電器為被控對象，以繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、保護(hù)元件等器件組成的自動控制線路，通常稱為電氣控制線路。7.2.1電氣控制線路圖的繪制電氣控制系統(tǒng)是由許多電氣元件和電氣設(shè)備按照一定的控制要求連接而成的。為了說明生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理，方便電氣控制設(shè)備安裝、調(diào)試、維修、維護(hù)等技術(shù)要求，需采用電氣圖表示出來。電氣圖有三種：電氣原理圖、電氣接線圖、電氣位置圖。電氣圖應(yīng)根據(jù)國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，用規(guī)定的圖形和文字符號及規(guī)定的畫法繪制。

1．圖形符號

電氣圖的圖形符號應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB4728.1—GB4728.13《電氣圖用圖形符號》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了符號要素、限定符號、一般符號和常用其他符號等。有些符號規(guī)定了幾種形式，在繪圖時可根據(jù)要求選用，在規(guī)定的規(guī)則下作某些變化，使電氣圖看上去清晰。

2．文字符號

電氣圖的文字符號應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB7159—87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》。文字符號用來標(biāo)明電氣圖上的電氣設(shè)備、裝置和元器件的名稱、功能、狀態(tài)和特征，標(biāo)示在電氣設(shè)備、元器件圖形的旁邊。文字符號分為基本文字符號和輔助文字符號。基本文字符號有單字母符號和雙字母符號。單字母符號一般用來表示電氣設(shè)備、電氣元件的類別，例如開關(guān)類用Q表示。當(dāng)用單字母符號不能滿足該類電氣元件的要求，需要將該類別電器進(jìn)一步劃分時，才采用雙字母符號，如位置開關(guān)用SQ表示。輔助文字用來進(jìn)一步表示電氣設(shè)備、電氣元件的功能、特征和狀態(tài)。7.2.2電氣控制線路系統(tǒng)圖

1.電氣原理圖電氣原理圖也稱電路圖。電路圖用規(guī)定的圖形和文字符號按控制系統(tǒng)要求詳細(xì)地表示了生產(chǎn)機(jī)械上所有電控設(shè)備之間的連接關(guān)系，是電氣技術(shù)中應(yīng)用最廣的電氣圖。電路圖用來理解控制系統(tǒng)中的設(shè)備及組成原理，為將來設(shè)備的安裝、維修和維護(hù)提供信息；為繪制電氣接線圖提供依據(jù)。電路圖的繪制應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB6988—86《電氣制圖》。圖7-27給出了某車床電路圖的實例。電路圖表示控制線路的工作原理，各電氣元件的作用和相互關(guān)系，但并不表示電氣元件的實際位置和實際連線。圖7-27某車床電路圖繪制電路圖時應(yīng)遵循如下原則：

(1)電路圖一般分為主電路和控制電路兩部分。主電路與控制電路應(yīng)分開畫，主電路畫在左側(cè)，控制電路畫在右側(cè)。主電路為設(shè)備的驅(qū)動電路，在控制電路的控制下，向用電設(shè)備供電。控制電路要實現(xiàn)控制系統(tǒng)所需要的邏輯控制功能，一般由主令電器、各繼電器、接觸器的線圈、各電器輔助觸點(diǎn)、照明、信號電路及各種保護(hù)電路等構(gòu)成。

(2)電路圖中的電路可以水平布置或者垂直布置。水平布置時電源線垂直畫，其它電路水平畫。各分支電路基本上按控制動作的順序由上而下排列。垂直布置時，電源線水平畫，其它電路垂直畫。各分支電路按控制動作的順序從左向右排列。兩根以上導(dǎo)線的電氣連接處要畫圓點(diǎn)。

(3)電路圖中各電氣元器件，一律采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號繪出，用國家標(biāo)準(zhǔn)文字符號標(biāo)記。各種電氣元件及其部件在電路中的位置，根據(jù)便于閱讀的原則應(yīng)按先后順序來安排。同一電氣元件的各個部分可以不畫在一起，但必須用同一文字符號來標(biāo)明。如圖7-27中接觸器KM的線圈和觸點(diǎn)都用KM表示。電路圖中的全部電氣元件觸點(diǎn)的開、閉情況，均以線圈失電、開關(guān)不動作時的原始位置繪出。

2.電氣接線圖電氣接線圖表示電氣控制系統(tǒng)設(shè)備中電機(jī)、各種電氣元件的實際安裝位置及實際接線情況。它們是根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作要求決定的，是在電路圖的基礎(chǔ)上編制的。圖7-28為某車床的電氣接線圖。繪制時應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)GB6988.5—86《電氣制圖、接線圖和接線表》。接線圖的編制規(guī)則主要有：

(1)同一電氣元件的各部件要畫在一起，接線圖中的文字符號、元件連接順序、接線端子的編寫應(yīng)與電路圖一致，以便檢查對照。

(2)在接線圖中，應(yīng)標(biāo)出電控設(shè)備的位置、設(shè)備代號、端子號、導(dǎo)線號、導(dǎo)線類型和截面積等。

(3)同一控制板上的電氣元件可以直接連接，而和控制板外的電氣元件的連接一定要用接線端子引進(jìn)、引出。

3.電氣位置圖

在成套的生產(chǎn)裝置、設(shè)備上可利用電氣位置圖將電控設(shè)備在裝置上的相對位置繪制出來。圖7-28中的各電控設(shè)備、電氣元件和電路圖中的符號應(yīng)相同，以便于電氣元件之間的接線安排和電氣元件的維修、維護(hù)與更換。圖7-28某車床的電氣接線圖7.2.3常見電氣控制線路

異步電動機(jī)控制線路由各種電氣元件組成，使用最廣泛和最基本的控制電路是各種有觸點(diǎn)電器，如主令電器、繼電器、接觸器等。使用各種有觸點(diǎn)電器組成的控制線路稱為繼電接觸控制線路。

1．異步電動機(jī)的點(diǎn)動控制線路

點(diǎn)動控制線路是由按鈕、接觸器來控制電動機(jī)的最簡單控制線路，其原理如圖7-29所示。其中，L1、L2、L3為接線端子，QS為閘刀開關(guān)，F(xiàn)U1為主電路保護(hù)熔斷器，F(xiàn)U2為控制電路熔斷器，SB為啟動按鈕，KM為接觸器。圖7-29異步電動機(jī)點(diǎn)動控制線路所謂點(diǎn)動控制就是按下啟動按鈕，電動機(jī)就運(yùn)轉(zhuǎn)；松開按鈕，電動機(jī)就停轉(zhuǎn)。這種控制方法常用于金屬加工機(jī)床某一機(jī)械部分的快速移動和電動葫蘆的升、降及移動控制。當(dāng)電動機(jī)需要點(diǎn)動時，先合上閘刀開關(guān)QS，此時電動機(jī)尚未接通電源。按下啟動按鈕SB，接觸器KM線圈得電，使銜鐵吸合，同時帶動觸點(diǎn)動作。KM主觸點(diǎn)閉合，接通電源電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機(jī)需要停轉(zhuǎn)時，松開啟動按鈕，KM線圈失電，觸點(diǎn)復(fù)位，KM主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)失電停轉(zhuǎn)。在分析各種控制線路的原理時，為了簡單明了，常用電器文字符號和箭頭配以少量文字說明來表達(dá)線路的工作原理。如點(diǎn)動控制線路的工作原理敘述如下：先合上電源開關(guān)QS。啟動：按下SB→KM線圈得電→KM主觸點(diǎn)閉合→電動機(jī)M啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。停止：松開SB→KM線圈失電→KM主觸點(diǎn)斷開→電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。斷開電源開關(guān)，系統(tǒng)停止工作。

2．異步電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路有些機(jī)床或生產(chǎn)機(jī)械需要電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，圖7-30為接觸器控制的異步電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路。與上面控制線路不同的是，增加了一個停止按鈕SB1，一個熱繼電器FR。停止按鈕SB1的作用主要是實現(xiàn)控制電路的停止操作。熱繼電器主要起過載保護(hù)，串在主電路中的元件稱為熱繼電器的熱元件，常閉觸點(diǎn)串接在控制電路中。其工作原理如下：

(1)合上電源開關(guān)QS。

(2)電動機(jī)啟動及連續(xù)運(yùn)行：注意：當(dāng)松開SB2時，接觸器KM的輔助觸點(diǎn)仍然閉合，KM線圈繼續(xù)保持通電，保證了電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸器KM通過自身的常開輔助觸點(diǎn)而使線圈保持通電的作用稱為自鎖，起自鎖作用的輔助觸點(diǎn)稱為自鎖觸點(diǎn)。

(3)電動機(jī)停止：圖7-30異步電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路

3.異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路生產(chǎn)實踐中，許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)能正、反轉(zhuǎn)，即要求電機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)。如機(jī)床主軸的正向和反向運(yùn)動，工作臺的前、后運(yùn)動，起重機(jī)吊鉤的上升和下降等。由電動機(jī)原理可知，將三相異步電動機(jī)的三相電源進(jìn)線中的任意兩相連線對調(diào)，電動機(jī)就能反向運(yùn)轉(zhuǎn)。實際運(yùn)用中，通過兩個接觸器改變定子繞組相序來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。如圖7-31(a)所示，SB1為停止按鈕，SB2為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)啟動按鈕，接觸器KM1控制電動機(jī)正轉(zhuǎn)，接觸器KM2控制電動機(jī)反轉(zhuǎn)。其工作原理如下：

(1)合上電源開關(guān)QS。

(2)電動機(jī)正轉(zhuǎn)控制：

(3)電動機(jī)反轉(zhuǎn)控制：圖7-31異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路注意，接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)不能同時閉合，否則將造成兩相電源短路故障。為了避免兩個接觸器同時得電動作，可在正、反轉(zhuǎn)控制電路中分別串接對方的常閉輔助觸點(diǎn)，這樣，當(dāng)一個接觸器得電動作時，通過其常閉輔助觸點(diǎn)使另一個接觸器不能得電。接觸器間這種互相制約的作用叫接觸器互鎖，實現(xiàn)互鎖作用的常閉輔助觸點(diǎn)稱為互鎖觸點(diǎn)。通過上述電路分析，電動機(jī)要由正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)，必須操作停止按鈕SB1后，再去操作反轉(zhuǎn)按鈕SB3，因此需對控制電路進(jìn)一步完善，如圖7-31(b)所示的線路就不需要操作停止按鈕SB1，只要直接操作反轉(zhuǎn)按鈕SB3即可。

4.異步電動機(jī)Y/△降壓啟動控制線路

Y/△降壓啟動電路用于在正常運(yùn)行時繞組接為三角形的鼠籠式電動機(jī)，通過采用Y/△的降壓啟動方法來達(dá)到限制啟動電流的目的。啟動時定子繞組首先連接成星形，啟動即將完成時再恢復(fù)為三角形接法。圖7-32為Y/△降壓啟動控制線路。電動機(jī)啟動時，合上電源開關(guān)QS，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1、KM3和時間繼電器KT的線圈同時得電，KM1、KM3的主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)采用星形降壓啟動；當(dāng)KT延時時間到，KM3線圈失電，KM2線圈得電，電動機(jī)主電路接成三角形。電動機(jī)需要停止時，按SB1即可。圖7-32異步電動機(jī)Y/△降壓啟動控制線路

5.其他常用控制線路

(1)點(diǎn)動與連續(xù)切換。圖7-33所示電路既能實現(xiàn)點(diǎn)動，又能實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)順序控制。在機(jī)床的控制線路中，經(jīng)常要求多臺電動機(jī)按順序啟動。圖7-34為兩臺電動機(jī)的順序啟動控制電路，當(dāng)電動機(jī)M1啟動之后，電動機(jī)M2才能啟動。

(3)多地控制。在大型生產(chǎn)機(jī)械中，為了操作方便，需要多地進(jìn)行控制，圖7-35為兩地控制線路。要在多地控制，需要多組按鈕。在使用這些多組按鈕時一定要注意：常開觸點(diǎn)要并聯(lián)，常閉觸點(diǎn)要串聯(lián)。圖7