教學(xué)課件-電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)項目化教程(段峻)

項目一常用低壓電器的認(rèn)識和選用任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識和選用任務(wù)二接觸器的認(rèn)識和選用任務(wù)三繼電器的認(rèn)識和選用任務(wù)四熔斷器的認(rèn)識與選用任務(wù)五開關(guān)電器及主令電器的認(rèn)識和選用

一、電器與電氣

電器與電氣是兩個不同的概念，由于在使用中容易混淆，下面對其進(jìn)行說明：

電器是所有電工器械的簡稱，是指能根據(jù)外界施加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)，并能對電路或非電對象進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)的電工器械。電器單指設(shè)備，如繼電器、接觸器、互感器、開關(guān)、熔斷器、變阻器等。電器的控制作用就是手動或自動地接通、斷開電路，因此，“分?jǐn)唷焙汀伴]合”是電器最基本、最典型的功能。簡言之，電器就是一種能控制電的工具。

電氣是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統(tǒng)稱。它可以理解為以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)，涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面，包括基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施設(shè)備等。電氣是廣義詞，它可指一種行業(yè)、一種專業(yè)，也可指一種技術(shù)，而不是具體指某種產(chǎn)品。

二、電氣控制技術(shù)概述

電氣控制主要分為兩大類：一種是傳統(tǒng)的以繼電器、接觸器等為主搭接起來的邏輯電路，即繼電-接觸器控制；另一種是基于PLC(ProgrammableLogicController，可編程序控制器)的弱電控制強(qiáng)電的系統(tǒng)——PLC控制。

1．基本概念

1)繼電-接觸器控制

繼電-接觸器控制技術(shù)屬于傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)。繼電-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護(hù)電器等元件用導(dǎo)線按一定的控制邏輯連接而成的系統(tǒng)。它主要采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現(xiàn)對電動機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的啟動、停止、反向、調(diào)速及多臺設(shè)備的順序控制和自動保護(hù)等功能。

2)

PLC控制

PLC控制技術(shù)屬于現(xiàn)代電氣控制技術(shù)，它是計算機(jī)技術(shù)與繼電-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的控制技術(shù)，同時PLC的輸入、輸出仍與低壓電器密切相關(guān)。PLC控制以微處理技術(shù)為核心，綜合應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)等，以軟件手段實現(xiàn)各種控制功能。

PLC控制具有如下優(yōu)點：

(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

(2)適用性強(qiáng)，當(dāng)需要改變設(shè)備的控制功能時，只要修改程序，稍稍修改接線即可完成，應(yīng)用靈活；

(3)編程方便，易于應(yīng)用；

(4)功能強(qiáng)大，擴(kuò)展能力強(qiáng)；

(5)系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便；

(6)體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。

2.電氣控制技術(shù)的發(fā)展歷程

隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及工業(yè)生產(chǎn)的要求提高，控制手段及控制方式不斷進(jìn)步，控制理論也在不斷發(fā)展，同時也對電氣控制技術(shù)提出了更高的要求，如能夠增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、提高系統(tǒng)的控制性能和產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源及原材料的消耗等。電氣控制技術(shù)將會在工業(yè)自動化中發(fā)揮更大的作用。

三、課程性質(zhì)及任務(wù)

本課程是一門集電氣技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等為一體的專業(yè)課，具有很強(qiáng)的實踐性。本課程的主要內(nèi)容是以電動機(jī)或其他執(zhí)行電器為控制對象，介紹電氣控制的基本原理，講解典型電氣控制電路及其分析設(shè)計方法，同時著重介紹PLC的功能、硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、編程方法、程序結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計。

任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識和選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解低壓電器的概念及分類；

(2)掌握常用低壓電器電磁機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

一、任務(wù)導(dǎo)入

在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)炔块T中，廣泛使用著各種生產(chǎn)機(jī)械，它們大多以電動機(jī)為動力進(jìn)行拖動。為了保證電動機(jī)運(yùn)行的可靠性與安全性，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項控制功能的若干個電器組件的組合，稱為電氣控制系統(tǒng)。

二、相關(guān)知識

(一)低壓電器的概念及分類

電器是指根據(jù)特定的信號(機(jī)械力、電動力及其他物理量)和控制要求，能通、斷電路，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)、檢測和調(diào)節(jié)等功能的電氣元件或設(shè)備。

電器可分為高壓電器和低壓電器兩大類。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是將工作在交流1200

V(50

Hz)以下、直流1500

V以下的電器設(shè)備稱為低壓電器。低壓電器的種類繁多，按其用途可分為配電電器、保護(hù)電器、主令電器、控制電器和執(zhí)行電器等，按其操作方式可分為自動電器和手動電器，也可以按其使用場合分為一般工業(yè)電器、特殊工礦電器、安全電器、農(nóng)用電器及牽引電器等。常用低壓電器具體分類及用途如表1-1所示。

(二)電磁式電器的基本結(jié)構(gòu)

常用的各類低壓電器的工作原理和構(gòu)造基本相同，由檢測部分(電磁機(jī)構(gòu))和執(zhí)行部分(觸頭系統(tǒng))組成。另外，為了快速熄滅電弧，部分低壓電器還具有滅弧系統(tǒng)。

1．電磁機(jī)構(gòu)

1)交流電磁機(jī)構(gòu)

電磁機(jī)構(gòu)是低壓電器的主要組成部分之一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動觸點動作，使電路接通或斷開。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈、鐵芯和銜鐵三個基本部分組成。電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式大致有如下幾種：

(1)銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵芯。此類電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖1-1(a)所示，其銜鐵繞鐵軛的棱角而轉(zhuǎn)動磨損較?。昏F芯用整塊鑄鐵或鑄鋼制成。這種形式的電磁鐵廣泛應(yīng)用于直流電器中。

(2)銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵芯。此類電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖1-1(b)所示，其銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動，鐵芯用硅鋼片疊成，其形狀有E型和U型兩種。此種結(jié)構(gòu)多用于觸點容量較大的交流電器中。

(3)銜鐵沿直線運(yùn)動的雙E型直動式鐵芯。此類電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖1-1(c)所示，其銜鐵在線圈內(nèi)作直線運(yùn)動。此類結(jié)構(gòu)多用于交流接觸器、繼電器中。

圖1-1常用電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式

對于單相交流電磁機(jī)構(gòu)，由于磁通是交變的，當(dāng)磁通過零時吸力也為零，此時的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開；磁通過零點后吸力又重新增大，當(dāng)吸力大于反力時，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周期二次過零，致使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動與噪聲，甚至使鐵芯松散。解決的辦法是在鐵芯端面安裝一個銅制的短路環(huán)(或稱分磁環(huán))，如圖1-2(a)所示。

圖1-2交流電磁鐵的短路環(huán)

此外，交流線圈除線圈發(fā)熱外，鐵芯中還有渦流和磁滯損耗，鐵芯也要發(fā)熱。為了改善線圈和鐵芯的散熱情況，鐵芯與線圈之間留有散熱間隙，并且把線圈做成有骨架的矮胖型。鐵芯用硅鋼片疊成，以減少渦流。

2)直流電磁機(jī)構(gòu)

與交流電磁機(jī)構(gòu)相比，直流線圈匝數(shù)多，因而電感量大。在斷電瞬間，由于磁通的急劇變化，會感應(yīng)出很高的反電動勢，容易使線圈擊穿損壞，所以常在線圈的兩端反向并聯(lián)一個由電阻和回路二極管組成的放電回路，如圖1-3所示。由于直流電流恒定，電磁機(jī)構(gòu)中不存在渦流損失，鐵芯不會發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，因此線圈做成無骨架、高而薄的瘦高型，以改善線圈自身的散熱。鐵芯和銜鐵由軟鋼或者工程純鐵制造。

圖1-3直流線圈的放電回路

3)電磁機(jī)構(gòu)的工作原理及特性

(1)電磁機(jī)構(gòu)的工作原理。

在電磁機(jī)構(gòu)中，銜鐵受到兩個方向相反的力的作用：

一個是線圈通電形成磁場產(chǎn)生的電磁吸力，它將銜鐵吸向鐵心；

另一個是彈簧的反作用力，它使銜鐵釋放。線圈通電，只有當(dāng)電磁吸力大于彈簧的反力時，銜鐵才可靠地被鐵心吸住。而當(dāng)電磁線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在彈簧的反力作用下與鐵心脫離，即銜鐵釋放。電磁機(jī)構(gòu)的工作特性是用吸力特性和反力特性來描述的，二者間的配合關(guān)系將直接影響電磁式電器工作的可靠性。

(2)電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性。

所謂吸力特性，是指電磁機(jī)構(gòu)的電磁吸力隨銜鐵與鐵心間氣隙寬度δ變化的關(guān)系曲線，它隨勵磁電流種類(交流或直流)、線圈的連接方式(串聯(lián)或并聯(lián))的不同而有所差異。當(dāng)線圈中通過電流時，磁路中產(chǎn)生磁通，該磁通產(chǎn)生使銜鐵吸合的吸力。

在電磁機(jī)構(gòu)的氣隙寬度δ較小、磁通分布比較均勻的條件下，電磁機(jī)構(gòu)的吸力Fat可近似地按下式求得：

(1-1)

式中：μ0?=?π?×?10-7H/m，空氣磁導(dǎo)系數(shù)；

B——氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T；

S——極靴面積，即銜鐵端面面積，單位為m2。

由式(1-1)可知，電磁機(jī)構(gòu)的吸力Fat與B2成正比。由于B

=

Φ/S，所以也可認(rèn)為Fat與磁通Φ2成正比，與S成反比，即

(1-2)

式中：Ф——氣隙磁通，單位為Wb。

①直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性。

直流電磁線圈通入的是恒定的直流電流，直流磁路對直流電路無影響，所以勵磁電流不受磁路氣隙寬度δ的影響，磁通勢(I·N)也不受磁路氣隙的影響，根據(jù)磁路歐姆定律，該直流磁通勢在磁路中產(chǎn)生的磁通為

(1-3)

式中：Φ——磁通，單位為Wb；

I·N——磁通勢，單位為安匝；

Rm

=?δ/μ0S——氣隙磁阻；

δ——氣隙寬度。

對于給定的直流電磁機(jī)構(gòu)，線圈匝數(shù)N和線圈中的電流I都是常數(shù)，與磁路系統(tǒng)的氣隙大小無關(guān)，具有恒磁通勢特性，所以直流電磁機(jī)構(gòu)中的磁通僅與磁路的磁阻成反比。

由式(1-1)～式(1-3)推導(dǎo)可得

即直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力Fat與氣隙δ2成反比，故其吸力特性為二次曲線形狀，如圖1-4所示。

圖1-4直流電磁機(jī)構(gòu)吸力特性

②交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性。

對于具有電壓線圈的交流電磁機(jī)構(gòu)，其吸力特性與直流電磁機(jī)構(gòu)有所不同。交流電磁機(jī)構(gòu)吸引線圈的電阻遠(yuǎn)比其感抗值小，在忽略線圈電阻和漏磁的情況下，線圈電壓與磁通的關(guān)系為

即

(1-4)

式中：U——線圈電壓有效值，單位為V；

E——線圈感應(yīng)電勢，單位為V；

f——線圈電壓的頻率，單位為Hz；

N——線圈匝數(shù)；

Φ——氣隙磁通平均值，單位為Wb。

由式(1-4)可見，當(dāng)外加電源電壓U、頻率f和線圈匝數(shù)N均為常數(shù)時，氣隙磁通平均值Φ亦為常數(shù)，即與δ無關(guān)，具有恒磁鏈特性。再由式(1-2)得，電磁吸力的平均值Fav亦為常數(shù)，說明交流電磁機(jī)構(gòu)的Fav與δ的大小無關(guān)。實際應(yīng)用中，由于漏磁的作用，吸力Fav隨氣隙δ的減小應(yīng)略有增加，如圖1-5所示。值得注意的是，在交流電磁機(jī)構(gòu)中，磁通跟隨線圈電壓(或電流)變化，電磁吸力Fat也隨之變化，但它們都與δ的大小無關(guān)。

圖1-5交流電磁機(jī)構(gòu)吸力特性

由以上分析可以得出如下結(jié)論：直流電磁機(jī)構(gòu)具有恒磁通勢特性，吸力與氣隙的平方成反比，電流與氣隙大小無關(guān)；交流電磁機(jī)構(gòu)具有恒磁鏈特性，吸力與氣隙的大小無關(guān)，電流與氣隙大小成正比。因此，直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性曲線比交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性曲線要陡。

4)電磁機(jī)構(gòu)的反力特性

所謂反力特性，是指作用在電磁機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動部分上的反作用力隨氣隙寬度δ變化的關(guān)系曲線。電磁機(jī)構(gòu)的反力是指阻礙銜鐵吸合，使之釋放的力。

(1)反力Fr的構(gòu)成和反力特性的形式。

在忽略電磁機(jī)構(gòu)運(yùn)動部件重力和摩擦阻力的情況下，電磁機(jī)構(gòu)的反力主要由釋放彈簧和觸點彈簧的彈力構(gòu)成，用Fr表示。根據(jù)胡克定理，彈簧的彈力與其形變的位移x成正比，即反力特性可表示為

Fr

=?Kx(1-5)

因此，反力特性曲線都是直線段，如圖1-6中的曲線3所示。

(2)反力形成的機(jī)理。

氣隙減小的過程就是觸點閉合的過程。在圖1-6中，δ1為氣隙的最大值，此時電磁機(jī)構(gòu)處于未通電的狀態(tài)，銜鐵處于釋放狀態(tài)，對應(yīng)的動、靜觸點之間的距離稱為觸點開距，也叫觸點行程。當(dāng)線圈通電后，在吸力的作用下銜鐵開始吸合，在銜鐵吸合過程中，氣隙由δ1開始減小時，釋放彈簧被拉伸(或壓縮)，反力逐漸線性地增大，如曲線3中的ab段所示，這一段為釋放彈簧的反力變化曲線。

圖1-6吸力特性與反力特性的配合

5)吸力特性與反力特性的配合

為使電磁機(jī)構(gòu)能正常工作，在銜鐵吸合的過程中，電磁吸力都必須大于反力，即電磁吸力特性始終在反力特性的上方。但電磁吸力又不能過大，否則會使銜鐵吸合時的運(yùn)動速度過快，產(chǎn)生過大的沖擊力，使銜鐵與鐵心柱端面形成嚴(yán)重的機(jī)械磨損，且過大的沖擊力會使觸點產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，導(dǎo)致觸點熔焊或燒損，引起嚴(yán)重的電磨損，降低觸點的使用壽命。因此，電磁吸力特性與反力特性配合適當(dāng)?shù)某叨仁牵诒ＷC銜鐵可靠吸合的前提下，盡量減少銜鐵和鐵心柱端面間的機(jī)械磨損與觸點的電磨損。為此，反力特性曲線應(yīng)在電磁吸力特性曲線的下方且彼此靠近，如圖1-6所示。

2.觸頭系統(tǒng)

觸頭也叫觸點，是電器元件的執(zhí)行部分，用于控制電路的接通與斷開。觸點工作性能的好壞將直接影響整個電路的工作性能。因此，為了提高觸點的工作效果，觸點通常用導(dǎo)電性能好的銅、銀、鎳及其合金材料制成。

(1)觸點的接觸形式。

觸點的接觸形式有點接觸(如球面對球面、球面對平面等)、面接觸(如平面對平面)和線接觸(如圓柱對平面、圓柱對圓柱)三種。

三種接觸形式中，點接觸形式的觸點接觸面小，只用于小電流的電器中，如接觸器的輔助觸點和繼電器的觸點；面接觸形式的觸點接觸面大，允許通過較大的電流，一般在接觸表面鑲有銀合金，以減小觸點接觸電阻，提高耐磨性，其多用于較大容量電器，如接觸器的主觸點；線接觸形式的觸點接觸區(qū)域是一條直線，其觸點在通、斷過程中有滾動動作，這種滾動接觸多用于中等容量的觸點，如直流接觸器的主觸點。

(2)觸頭的結(jié)構(gòu)形式。

常用的繼電器和接觸器中，觸頭的結(jié)構(gòu)形式主要有單斷點指形觸頭和雙斷點橋式觸頭兩種，觸點的接觸形式有三種，即點接觸、線接觸和面接觸，如圖1-7所示。

圖1-7觸頭的結(jié)構(gòu)形式

3．滅弧系統(tǒng)

1)電弧的產(chǎn)生及危害

當(dāng)觸頭分?jǐn)嚯娏鲿r，由于電場的存在，觸頭間會產(chǎn)生電弧。電弧實際上是觸頭間氣體在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。電弧的存在既燒蝕觸頭的金屬表面，縮短電器使用壽命，又延長了切斷電路的時間，還容易形成飛弧造成電源短路事故，所以必須迅速將電弧熄滅。

2)常用的滅弧方法

滅弧的方法有多種，常用的有以下幾種：

(1)電動力滅弧(雙斷口滅弧)。圖1-8(a)所示是橋式雙斷口觸頭系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在觸點分?jǐn)鄷r，將電弧分成兩段以提高電弧的起弧電壓；同時利用兩段電弧相互間產(chǎn)生的電動力將電弧向外側(cè)拉長，以增大電弧與冷空氣的接觸面，從而迅速散熱而滅弧。

(2)柵片滅弧。滅弧柵片是一組鍍銅的薄銅片，它們彼此間相互絕緣，如圖1-8(b)所示。電弧在電動力的作用下被推入柵片中分割成數(shù)段，而柵片就是這些電弧的電極。每兩片柵片間都有150～250V的絕緣強(qiáng)度，使整個滅弧柵片的絕緣強(qiáng)度大大提高，以致外加電壓無法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧冷卻。

(3)磁吹滅弧。如圖1-8(c)所示，在觸頭電路中串入一個磁吹線圈，該線圈產(chǎn)生的磁場由導(dǎo)磁板引向觸頭周圍，其方向由右手定則確定。觸頭間的電弧所產(chǎn)生的磁場，其方向為⊙+所示。這兩個磁場在電弧下方方向相同(疊加)，在電弧上方方向相反(相減)，所以電弧下方的磁場強(qiáng)于上方的磁場。在下方磁場作用下，電弧受力的方向為F所指的方向。在F的作用下，電弧被吹離觸頭，經(jīng)熄弧角引進(jìn)滅弧罩，使電弧熄滅。

圖1-8常用滅弧方法原理示意圖

(4)滅弧罩滅弧。在電弧所形成的磁場電動力的作用下，可使電弧拉長并進(jìn)入滅弧罩的窄(縱)縫中。幾條縱縫可將電弧分割成數(shù)段，并且與固體介質(zhì)相接觸時，還能吸收電弧熱量使電弧冷卻，從而使電弧迅速熄滅。

三、拓展知識：電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性

1.電磁機(jī)構(gòu)繼電特性的概念

由電磁機(jī)構(gòu)的工作原理知，在反力特性恒定的情況下，銜鐵是否吸合，取決于吸引線圈上電壓(或通入電流)的大小，即銜鐵狀態(tài)是吸引線圈電壓(或電流)的函數(shù)。這種銜鐵狀態(tài)(吸合與釋放)與吸引線圈電壓(或電流)的關(guān)系曲線稱為電磁機(jī)構(gòu)的輸入/輸出特性，通常稱為“繼電特性”。

2．電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性分析

將線圈電壓(或電流)作為輸入量x，而將銜鐵狀態(tài)作為輸出量y，并設(shè)銜鐵處于吸合位置，記作y

=?1，釋放位置記作y

=

0，則電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性如圖1-9所示。

圖1-9電磁機(jī)構(gòu)的電磁特性

習(xí)題與思考題

1．什么是低壓電器?低壓電器的分類有哪些？

2．簡述電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性和反力特性，兩者之間應(yīng)滿足怎樣的配合關(guān)系?

3．常用的滅弧方法有哪些?

任務(wù)二接觸器的認(rèn)識和選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解接觸器的概念及分類；

(2)掌握接觸器的工作原理、符號及技術(shù)參數(shù)；

(3)能夠根據(jù)工程實際需要選擇合適的接觸器。

一、任務(wù)導(dǎo)入

接觸器主要用于電力拖動控制系統(tǒng)，用來控制電路的通斷。對這類電器的技術(shù)要求是：有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器和機(jī)械壽命長。它不同于低壓斷路器，雖有一定的過載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過載保護(hù)的功能。由于接觸器結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、工作可靠、維護(hù)方便，因而用途十分廣泛。

二、相關(guān)知識

(一)接觸器的概念及分類

接觸器是一種用于頻繁地接通或分?jǐn)鄮в胸?fù)載的交、直流電路或大容量控制電路的自動控制電器。在功能上，接觸器除能實現(xiàn)自動切換外，還具有手動開關(guān)所不能實現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失電壓(或欠電壓)保護(hù)功能。接觸器的圖形符號如圖1-10所示，文字符號為KM。

圖1-10接觸器圖形符號

(二)交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理

交流接觸器用于控制電壓為380V以下、電流為600?A以下的交流電路，頻繁地啟動和控制交流電動機(jī)等電氣設(shè)備。圖1-11為CJ10-20型交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)示意圖。交流接觸器由以下四部分組成：

(1)電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈、動鐵芯(銜鐵)和靜鐵芯組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點動作。

(2)觸頭系統(tǒng)。觸頭系統(tǒng)包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷主電路，通常有三對常開觸點。輔助觸點用于控制電路，一般有兩對常開和兩對常閉觸點；輔助觸點容量小，不設(shè)滅弧裝置，主要用于控制電路。

(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、電動力滅弧及陶土滅弧罩滅?。粚τ诖笕萘康慕佑|器(200A以上)，采用縱縫滅弧罩及滅弧柵片滅弧。

(4)其他部件。其他部件包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機(jī)構(gòu)及外殼等。

圖1-11CJ10-20型交流接觸器

(三)直流接觸器

直流接觸器的工作原理與交流接觸器相同，結(jié)構(gòu)組成也基本相似，也是由觸點系統(tǒng)、電磁機(jī)構(gòu)和滅弧裝置等部分組成的。圖1-12為直流接觸器的結(jié)構(gòu)原理。

圖1-12直流接觸器的結(jié)構(gòu)原理

1．觸點系統(tǒng)

直流接觸器也有主觸點和輔助觸點。主觸點一般做成單極或雙極，由于主觸點接通或斷開的電流較大，故采用滾動接觸的指形觸點；輔助觸點的通斷電流較小，常采用點接觸的雙斷點橋式觸點。

2．電磁機(jī)構(gòu)

直流接觸器采用直流并聯(lián)型電磁機(jī)構(gòu)，因為線圈中通的是直流電，鐵心中不會產(chǎn)生渦流，所以鐵心可用整塊鑄鐵或鑄鋼制成，且不需要安裝短路環(huán)。鐵心中無磁滯和渦流損耗，因而鐵心不發(fā)熱。線圈的匝數(shù)較多，電阻大，線圈本身發(fā)熱，因此吸引線圈做成長而薄的圓筒狀，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸，以便散熱。

3．滅弧裝置

直流接觸器一般采用磁吹式滅弧裝置。

(四)接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號

1．接觸器的主要技術(shù)參數(shù)

1)額定電壓

額定電壓指主觸點之間額定工作電壓值，也就是主觸頭所在電路的電源電壓。直流接觸器額定電壓有110V、220V、440V、660

V，交流接觸器額定電壓有127V、220V、380V、660V等幾種。

2)額定電流

額定電流指接觸器主觸點在額定工作電壓下的允許額定電流值。直流接觸器額定電流有5

A、10?A、20?A、40?A、60?A、100?A、150?A、250?A、400?A及600?A；交流接觸器額定電流有5

A、10?A、20?A、40?A、60?A、100?A、150?A、250?A、400?A、600?A等幾種。

3)通斷能力

通斷能力可分為最大接通電流和最大分?jǐn)嚯娏?。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?jǐn)嚯娏魇侵赣|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(dāng)然，這一數(shù)值與開斷電路的電壓等級有關(guān)，電壓越高，通斷能力越小。

根據(jù)控制對象的不同，常將接觸器分為若干個使用類別。接觸器的使用類別不同，對接觸器主觸點的接通和分?jǐn)嗄芰Φ囊笠膊灰粯?。在電力拖動控制系統(tǒng)中，常見的接觸器使用類別及其典型用途如表1-2所列。

4)動作值

交流接觸器的動作值主要指其吸合電壓值和釋放電壓值。吸合電壓值是指接觸器吸合時，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；釋放電壓值是指接觸器吸合后，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，吸合電壓值不低于線圈額定電壓的85%，釋放電壓值不高于線圈額定電壓的70%。

5)吸引線圈額定電壓

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。一般線圈額定電壓值、線圈匝數(shù)、線徑等數(shù)據(jù)均標(biāo)于線包上，而不是標(biāo)于接觸器銘牌上，使用時應(yīng)加以注意。直流接觸器線圈電壓等級有24V、48V、110V、220V、440

V，交流接觸器線圈電壓等級有36V、110V、220V、380V。

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(yán)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(shù)的最大值。交、直流接觸器操作頻率分別為600次/h、1200次/h。

2．接觸器的型號及其含義

在接觸器中，交流接觸器應(yīng)用最為廣泛，產(chǎn)品系列、品種最多，其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。典型產(chǎn)品有CJ10、CJ20、CJ26、CJ40等系列。近年來，我國也從國外引進(jìn)一些交流接觸器產(chǎn)品，如德國BBC公司的B系列、西門子公司的3TB系列、法國TE公司的LC1-D和LC2-D系列等。國產(chǎn)交流接觸器型號含義如圖1-13所示，進(jìn)口B系列和LC1-D系列接觸器型號的含義如圖1-14所示。

圖1-13國產(chǎn)交流接觸器型號含義圖1-14B系列和LC1-D系列接觸器型號的含義

直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理基本上與交流接觸器相同，在結(jié)構(gòu)上也是由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等部分組成。常用的直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。CZ18系列接觸器型號含義如圖1-15所示。

圖1-15CZ18系列接觸器型號含義

3．接觸器的選用

為了保證系統(tǒng)正常工作，必須根據(jù)以下原則正確地選擇接觸器，使接觸器的技術(shù)參數(shù)滿足控制電路的要求。

1)接觸器類型的選擇

接觸器的類型應(yīng)根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類來選擇，即交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)選用直流接觸器。同時，還應(yīng)根據(jù)接觸器負(fù)擔(dān)的工作任務(wù)來正確地選擇電動機(jī)的使用類別。

2)接觸器主觸點額定電壓的選擇

接觸器主觸點的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載的額定電壓。

3)接觸器主觸點額定電流的選擇

主觸點的額定電流應(yīng)大于負(fù)載電路的額定電流。對于電動機(jī)負(fù)載，接觸器主觸點額定電流按下式計算：

(1-6)

式中：PN——電動機(jī)功率(kW)；

UN——電動機(jī)額定線電壓(V)；

cosφ——電動機(jī)功率因數(shù)，其值在0.85～0.9之間；

η——電動機(jī)的效率，其值一般在0.8～0.9之間。

4)接觸器吸引線圈電壓的選擇

交流接觸器采用交流電磁機(jī)構(gòu)時，吸引線圈的額定電壓一般直接選用380

V或220V。如遇特殊情況，也可選用127?V、36?V，這時接觸器線圈額定電壓與主電路電壓不同，需要附加一個控制變壓器。直流接觸器線圈的額定電壓應(yīng)與控制回路的電壓一致。

5)交流接觸器節(jié)電器的選用

我國現(xiàn)生產(chǎn)的額定電流在100

A以上的大中容量交流接觸器，電磁系統(tǒng)消耗有功功率在數(shù)十瓦至一百多瓦之間，為了節(jié)約電能，可采用無聲節(jié)電器。

三、拓展知識：接觸器的使用和維護(hù)

1．安裝前的檢查

安裝前的檢查主要包括如下內(nèi)容：接觸器銘牌與線圈的技術(shù)數(shù)據(jù)是否符合控制電路的要求；接觸器的外觀應(yīng)無機(jī)械損傷；用手推動接觸器的活動部分時要動作靈活，無卡住現(xiàn)象；必要時，對新購進(jìn)或擱置已久的接觸器作解體檢查；檢查接觸器在85%額定電壓時能否正常動作，有無卡住現(xiàn)象；在失壓或電壓過低時能否釋放；檢測產(chǎn)品的絕緣電阻；安裝時，應(yīng)將鐵心端面的防銹油擦凈，安裝螺釘要加彈簧墊圈并擰緊，避免異物落入接觸器內(nèi)。

2．日常維護(hù)

日常維護(hù)對接觸器的正常運(yùn)行、使用壽命的延長有著重要的作用。日常維護(hù)主要包含以下內(nèi)容：

(1)定期檢查接觸器，觀察螺絲是否松動，可動部分是否靈活。對有故障的元件應(yīng)及時處理。

(2)當(dāng)觸點表面因電弧燒蝕而有金屬小粒時，應(yīng)及時清除。因為氧化銀的導(dǎo)電能力很好，當(dāng)銀和銀基合金觸點表面因電弧而燒成黑色時，也不要挫去銀和銀基合金，否則會縮短觸點的壽命。當(dāng)觸點磨損到只剩1/3時，則應(yīng)更換。

(3)滅弧罩材質(zhì)較脆，拆裝時應(yīng)注意不要損壞。

習(xí)題與思考題

1．接觸器在控制電路中的作用是什么?根據(jù)結(jié)構(gòu)特征如何區(qū)分交、直流接觸器?

2．交流接觸器在鐵芯上安裝短路環(huán)的目的是什么?為什么?

3．交流接觸器在銜鐵吸合瞬間，為什么在線圈中會產(chǎn)生很大的沖擊電流?直流接觸器會不會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象?為什么?

4．接觸器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？

任務(wù)三繼電器的認(rèn)識和選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解繼電器的作用及分類；

(2)掌握常用繼電器的工作原理和符號。

一、任務(wù)導(dǎo)入

繼電器是一種根據(jù)輸入信息的變化，接通或斷開小電流控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護(hù)作用的控制電器。繼電器由感測機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個基本部分組成。感測機(jī)構(gòu)把感測到的信息(電量或非電量)傳遞給中間機(jī)構(gòu)，中間機(jī)構(gòu)將這一信息與預(yù)定值(整定值)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到整定值時，中間機(jī)構(gòu)發(fā)出指令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，以實現(xiàn)對電路的通、斷控制。

二、相關(guān)知識

(一)繼電器的概念及分類

繼電器的種類很多，其分類方法也很多，常用的分類方法如下：

(1)按輸入信號的性質(zhì)分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等。

(2)按輸出形式可分為有觸點和無觸點兩類。

(3)按用途可分為電力拖動用控制繼電器和電力系統(tǒng)用保護(hù)繼電器。

幾種常用的繼電器。

(二)電壓繼電器

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

(三)電流繼電器

電流繼電器用于電力拖動系統(tǒng)的電流保護(hù)和控制。電流繼電器的線圈串聯(lián)接入主電路(或通過電流互感器接入)，用來感測主電路中線路電流的變化，通過與電流設(shè)定值的比較自動判斷工作電流是否超限。

為減小電流繼電器對回路分壓的影響，其線圈需阻抗小、導(dǎo)線粗、匝數(shù)少。觸點接于控制電路，為執(zhí)行元件。常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。欠電流繼電器用于電路欠電流保護(hù)，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(dāng)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?jǐn)嚯娐贰＿^電流繼電器在電路正常工作時不動作，整定范圍通常為額定電流的110%～350%。當(dāng)被保護(hù)線路的電流高于額定值，達(dá)到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機(jī)構(gòu)動作，控制電路失電，從而控制接觸器及時分?jǐn)嚯娐?，對電路起過流保護(hù)作用。電流繼電器的圖形符號如圖1-16(b)所示。

圖1-16電壓、電流繼電器圖形符號

(四)中間繼電器

中間繼電器觸點數(shù)量較多，在電路中主要是擴(kuò)展觸點的數(shù)量和起中間放大作用，其觸頭的額定電流較小，一般為5A。它可以分為交流和直流繼電器，結(jié)構(gòu)原理與接觸器相似。中間繼電器實物及圖形符號如圖1-17所示。

圖1-17中間繼電器實物及圖形符號

(五)時間繼電器

1．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(jī)構(gòu)和觸頭三部分組成。

空氣阻尼式時間繼電器的延時方式有通電延時型和斷電延時型兩種。其外觀區(qū)別在于：當(dāng)銜鐵位于鐵芯和延時機(jī)構(gòu)之間時，為通電延時型；當(dāng)鐵芯位于銜鐵和延時機(jī)構(gòu)之間時，為斷電延時型。

以JS72A系列時間繼電器為例來分析其工作原理，如圖1-18所示。

圖1-18JS72A系列空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖

2．晶體管式時間繼電器

晶體管式時間繼電器也稱為半導(dǎo)體式時間繼電器，其外形如圖1-19(a)所示。它主要利用電容對電壓變化的阻尼作用來實現(xiàn)延時。晶體管式時間繼電器具有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和耐震動、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。圖1-19(b)是采用非對稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的晶體管時間繼電器原理圖，其工作原理在此不詳述。

圖1-19晶體管式時間繼電器

時間繼電器分通電延時型和斷電延時型兩種。通電延時型是線圈通電吸合后觸點延時動作，斷電延時型是線圈斷電釋放后觸點延時動作。時間繼電器常開、常閉觸點可以通電延時或斷電延時，因此延時動作觸點共有四種類型。時間繼電器也有瞬時動作觸點，其圖形符號及文字符號如圖1-20所示。

圖1-20時間繼電器圖形符號及文字符號

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，目前出現(xiàn)了很多高精度的電子式、數(shù)字式定時器產(chǎn)品，如各個系列的電子式超級時間繼電器、數(shù)字式時間繼電器、數(shù)顯時間繼電器。定時時間可以以秒、分、小時為單位，具有數(shù)值預(yù)置、復(fù)位、啟動控制、狀態(tài)顯示等多種功能。圖1-21為幾種新型時間繼電器的外形圖。

圖1-21幾種新型時間繼電器的外形圖

(六)熱繼電器

電動機(jī)在實際運(yùn)行中常會遇到過載情況，若過載不嚴(yán)重、時間較短，只要電動機(jī)繞組不超過允許的溫升，這種過載是允許的。但如果長時間過載，繞組超過允許溫升時，將會加劇電動機(jī)繞組絕緣的老化，縮短電動機(jī)的使用年限，嚴(yán)重時會將電動機(jī)燒毀，因此必須對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。

熱繼電器主要用作電動機(jī)的過載保護(hù)，以及電動機(jī)的斷相保護(hù)。按相數(shù)來分，熱繼電器有單相、兩相和三相式三種類型(三相式熱繼電器常用于三相交流電動機(jī)的過載保護(hù))；按功能來分，三相式熱繼電器又有不帶斷相保護(hù)和帶斷相保護(hù)兩種類型。

熱繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-22所示。

圖1-22熱繼電器的圖形符號及文字符號

1．熱繼電器結(jié)構(gòu)與工作原理

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成，如圖1-23所示。熱元件由發(fā)熱電阻絲做成，雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬輾壓而成。當(dāng)雙金屬片受熱時，會出現(xiàn)彎曲變形。使用時，把熱元件(主觸點)串接于電動機(jī)的主電路中，而輔助常閉觸點串接于電動機(jī)的控制電路中。

圖1-23熱繼電器實物及原理示意圖

2．具有斷相保護(hù)的熱繼電器

決定電動機(jī)發(fā)熱量的是繞組的相電流，熱繼電器的熱元件最好串接在相線上。但在實際應(yīng)用中，為了接線方便，常將熱元件串接于三相交流電的進(jìn)線端，即通過熱元件的電流是電動機(jī)的線電流，并按額定線電流整定。如果線路沒有發(fā)生斷相故障，則不論電動機(jī)是星形接法還是三角形接法，不帶斷相保護(hù)的三相式熱繼電器都能起到保護(hù)作用。

若三相異步電動機(jī)為三角形接線，正常運(yùn)行時，流過電動機(jī)繞組的相電流是流過熱繼電器熱元件電流的1/3，而當(dāng)發(fā)生斷相時，流過電動機(jī)中全壓繞組的相電流就是線電流的2/3，如圖1-24所示。如果熱繼電器的整定的動作電流是I，則電動機(jī)繞組中允許通過的最大相電流為I/3，當(dāng)發(fā)生斷相時，只有當(dāng)電動機(jī)一相繞組中的電流達(dá)到2I/3時，通過熱繼電器的電流才能達(dá)到動作電流I，熱繼電器才能動作，這時電動機(jī)存在燒毀繞組的危險。所以三角形接線的電動機(jī)必須采用帶有斷相保護(hù)的熱繼電器。帶有斷相保護(hù)的熱繼電器與不帶斷相保護(hù)的三相式熱繼電器的區(qū)別在于采用了差動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)板，如圖1-25所示。差動機(jī)構(gòu)由上導(dǎo)板1、下導(dǎo)板2及杠桿5等組成，它們之間均用轉(zhuǎn)軸連接。

圖1-24電動機(jī)三角形接線一相斷路時的電流分配圖1-25帶有斷相保護(hù)的熱繼電器的工作原理

根據(jù)前述內(nèi)容，可總結(jié)出熱繼電器接入電動機(jī)定子電路的方式，當(dāng)電動機(jī)的定子繞組為星形接法時，帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)的熱繼電器均可串接于三相交流電的進(jìn)線端，如圖1-26(a)所示。采用這種接入電路方式，在發(fā)生三相均勻過載、不均勻過載乃至發(fā)生一相斷線事故時，流過熱繼電器的電流即為流過電動機(jī)繞組的電流，所以熱繼電器可以如實地反映電動機(jī)的過載情況。當(dāng)電動機(jī)定子繞組為三角形接法時，若采用不帶斷相保護(hù)的熱繼電器，為了能進(jìn)行斷相保護(hù)，則須將三個發(fā)熱元件串接在電動機(jī)的每相繞組上，如圖1-26(c)所示。若采用斷相式熱繼電器，則可采用圖1-

26(b)的接線形式。

圖1-26熱繼電器接入電路的方式

3．熱繼電器的主要參數(shù)及常用型號

熱繼電器的主要參數(shù)有熱繼電器額定電流、相數(shù)、熱元件額定電流、整定電流及調(diào)整范圍等。熱繼電器的整定電流是指熱繼電器的熱元件允許長期而不致引起熱繼電器動作的最大電流值。通常熱繼電器的整定電流是根據(jù)電動機(jī)的額定電流整定的?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)電流旋鈕，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其整定電流。

常用的JRS1系列和JR20系列熱繼電器的型號含義如圖1-27所示。

圖1-27JRS1和JR20系列熱繼電器的型號含義

4．熱繼電器的選用與維修

1)熱繼電器的選用

熱繼電器有兩相式、三相式和三相帶斷相保護(hù)等形式。對于星形接法的電動機(jī)及電源對稱性較好的情況，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對于電網(wǎng)均衡性差的電動機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對于三角形接法的電動機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。

熱繼電器有手動復(fù)位和自動復(fù)位兩種方式。對于重要設(shè)備，宜采用手動復(fù)位方式；如果熱繼電器和接觸器的安裝地點遠(yuǎn)離操作地點，且從工藝上又易于看清過載情況，宜采用自動復(fù)位方式。另外，熱繼電器必須按照產(chǎn)品說明書規(guī)定的方式安裝。當(dāng)與其他電器安裝在一起時，應(yīng)將熱繼電器安裝在其他電器的下方，以免其動作受其他電器發(fā)熱的影響。

2)熱繼電器的故障及維修

熱繼電器的故障主要有熱元件燒斷、誤動作、不動作及接觸不良四種情況。

(1)熱元件燒斷。當(dāng)熱繼電器負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)短路或電流過大時，會使熱元件燒斷。這時應(yīng)切斷電源檢查線路，排除電路故障，重新選用合適的熱繼電器。更換后，應(yīng)重新調(diào)整整定電流值。

(2)誤動作。誤動作的原因有：整定值偏小，以致未出現(xiàn)過載就動作；電動機(jī)啟動時間過長，引起熱繼電器在啟動過程中動作；設(shè)備操作頻率過高，使熱繼電器經(jīng)常受到啟動電流的沖擊而動作；使用場合有強(qiáng)烈的沖擊及振動，使熱繼電器操作機(jī)構(gòu)松動而使常閉觸點斷開；環(huán)境溫度過高或過低，使熱繼電器出現(xiàn)未過載而誤動作，或出現(xiàn)過載而不動作，這時應(yīng)改善使用環(huán)境的條件，使環(huán)境溫度不高于40℃，不低于-30℃。

(3)不動作。由于整定值調(diào)整得過大或動作機(jī)構(gòu)卡死、推桿脫出等原因均會導(dǎo)致過載，使熱繼電器不動作。

(4)接觸不良。熱繼電器常閉觸點接觸不良，將會使整個電路不工作。使用中，應(yīng)定期除去塵埃和污垢。若雙金屬片出現(xiàn)銹斑，則可用棉布蘸上汽油輕輕揩拭，切忌用砂紙打磨。當(dāng)主電路發(fā)生短路事故后，應(yīng)檢查發(fā)熱元件和雙金屬片是否已經(jīng)發(fā)生永久性變形。在調(diào)整時，絕不允許彎折雙金屬片。

(七)速度繼電器

速度繼電器主要用于籠型異步電動機(jī)的反接制動控制，所以也稱為反接制動繼電器。感應(yīng)式速度繼電器是靠電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)觸點動作的，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-28所示。

圖1-28速度繼電器結(jié)構(gòu)原理、圖形和文字符號

三、拓展知識：兩種繼電器

1．干簧繼電器

干簧繼電器又稱舌簧繼電器，是一種具有密封觸點的電磁式繼電器。干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號，在檢測、自動控制和計算機(jī)控制技術(shù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。干簧繼電器主要由干式舌簧片與勵磁線圈組成。干式舌簧片(觸點)是密封的，由鐵鎳合金做成，舌片的接觸部分通常鍍有貴重金屬(如金、銠、鈀等)，接觸良好，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。觸點密封在充有氮氣等惰性氣體的玻璃管中，因而有效地防塵，減少觸點的腐蝕，提高工作可靠性。

干簧繼電器實物及結(jié)構(gòu)原理如圖1-29所示。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，因而接通被控電路。線圈斷電后，干簧片在本身的彈力作用下分開，將線路切斷。干簧繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、吸合功率小、靈敏度高等特點，一般吸合與釋放時間均在0.5～2?ms以內(nèi)。觸點密封，不受塵埃、潮氣及有害氣體污染，動片質(zhì)量小，動程小，觸點電氣壽命長，一般可達(dá)107次左右。圖1-29干簧繼電器實物及結(jié)構(gòu)原理

2．固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器(Solid

State

Relays，SSR)，是一種無觸點通、斷電子開關(guān)，為四端有源器件，如圖1-29所示。其中有兩個輸入控制端，兩個輸出受控端，中間采用光、電隔離，作為輸入、輸出之間的電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無信號時呈阻斷狀態(tài))，從而控制較大的負(fù)載。整個器件無可動部件及觸點，可實現(xiàn)與機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能。

習(xí)題與思考題

1．熱繼電器在電路中起什么作用？它能否作短路保護(hù)?為什么?

2．電動機(jī)的啟動電流較大，當(dāng)電動機(jī)啟動時，熱繼電器會不會動作?為什么?

3．中間繼電器的作用是什么?

4．中間繼電器和接觸器有何異同?

5．當(dāng)出現(xiàn)通風(fēng)不良或環(huán)境溫度過高而使電動機(jī)過熱時，能否采用熱繼電器進(jìn)行保護(hù)?為什么?

6．簡述固態(tài)繼電器的優(yōu)、缺點。

7．普通的兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，為什么不能對三角形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)進(jìn)行斷相保護(hù)?

任務(wù)四熔斷器的認(rèn)識與選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解熔斷器的作用及分類；

(2)掌握熔斷器的工作原理、符號及技術(shù)參數(shù)；

(3)能夠根據(jù)工作實際需要選擇合適的熔斷器。

一、任務(wù)導(dǎo)入

熔斷器是電網(wǎng)和用電設(shè)備中最常用的安全保護(hù)電器，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便等優(yōu)點。熔斷器是根據(jù)電流的熱效應(yīng)原理工作的，使用時將它串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，在正常情況下，熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線；當(dāng)發(fā)生短路或過載時，通過熔斷器的電流很大，由于電流的熱效應(yīng)，使熔體的溫度急劇上升，當(dāng)熔體溫度超過熔體的熔點時，熔體熔斷而分?jǐn)嚯娐罚瑥亩Ｗo(hù)了電路和設(shè)備。

二、相關(guān)知識

(一)熔斷器的結(jié)構(gòu)及工作原理

熔斷器主要由熔體和安裝熔體的熔管(或熔座)兩部分組成。熔體是熔斷器的主要組成部分，它既是檢測元件又是執(zhí)行元件。熔體由易熔金屬材料鉛、錫、鋅、銀、銅及其合金制成，通常做成絲狀、片狀、帶狀或籠狀，它串聯(lián)于被保護(hù)電路。熔管一般由硬質(zhì)纖維或瓷質(zhì)絕緣材料制成半封閉式或封閉式外殼，熔體裝于其內(nèi)。熔管的作用是便于安裝熔體和有利于熔體熔斷時熄滅電弧。熔斷器工作時，熔體串接在電路中。

(二)熔斷器的保護(hù)特性

熔斷器的保護(hù)特性是指流過熔體的電流與熔體熔斷時間的關(guān)系，稱為“時間-電流特性”或稱“安-秒特性”，如圖1-30所示。

熔斷器的時間-電流特性曲線是反時限性的，即流過熔體的電流越大，熔化(或熔斷)時間越短，因為熔體在熔化和汽化過程中，所需熱量是一定的。在一定的過載電流范圍內(nèi)，熔斷器不會立即熔斷，可繼續(xù)使用。

圖1-30熔斷器的保護(hù)特性

(三)常用熔斷器

常用的熔斷器可分為瓷插式、螺旋式、封閉式熔斷器和快速熔斷器以及自復(fù)熔斷器等幾種類型。

1．瓷插式熔斷器

瓷插式熔斷器的結(jié)構(gòu)如圖1-31(a)所示。它常用于380V及以下的線路中，作為配電支線或不重要電氣設(shè)備的短路保護(hù)用。

2．螺旋式熔斷器

螺旋式熔斷器的結(jié)構(gòu)如圖1-31(b)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)。其分?jǐn)嚯娏鬏^大，可用于電壓等級500?V及其以下、電流等級200

A以下的電路中。由于有較好的抗震性能，螺旋式熔斷器常用于機(jī)床電氣控制設(shè)備中。

圖1-31瓷插式熔斷器和螺旋式熔斷器

3．封閉式熔斷器

封閉式熔斷器分有填料熔斷器和無填料熔斷器兩種，如圖1-32和圖1-33所示。有填料熔斷器一般用方形瓷管，內(nèi)裝石英砂及熔體，分?jǐn)嗄芰?qiáng)，用于電壓等級500?V以下、電流等級1kA以下的電路中。無填料密閉式熔斷器將熔體裝入密閉式圓筒中，分?jǐn)嗄芰ι孕。糜?00V以下、600A以下電力網(wǎng)或配電設(shè)備中。

圖1-32有填料封閉式熔斷器圖1-33無填料密閉式熔斷器

4．快速熔斷器

快速熔斷器的實物圖如圖1-34所示。它主要用于半導(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，只能在極短時間內(nèi)承受較大的過載電流，因此要求具有快速短路保護(hù)的能力?？焖偃蹟嗥鞯慕Y(jié)構(gòu)與有填料封閉式熔斷器基本相同，但熔體材料和形狀不同，它是以銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。

圖1-34RS0、RS3系列快速熔斷器

5．自復(fù)式熔斷器

自復(fù)式熔斷器采用金屬鈉作為熔體，在常溫下具有高電導(dǎo)率。當(dāng)電路發(fā)生短路故障時，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；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)式熔斷器只能限制短路電流，不能真正分?jǐn)嚯娐?。其?yōu)點是不必更換熔體，能重復(fù)使用。

(四)熔斷器的型號和主要技術(shù)參數(shù)

1．熔斷器的型號和電氣符號

熔斷器的典型產(chǎn)品有RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔斷器，RL1B系列帶斷相保護(hù)螺旋式熔斷器，RT14系列有填料封閉式熔斷器。熔斷器型號的含義及電氣圖形符號如圖1-35所示。

圖1-35熔斷器型號的含義及圖形和文字符號

2．主要技術(shù)參數(shù)

1)額定電壓

額定電壓指熔斷器長期工作時和熔斷后所能承受的電壓，其值一般要大于或等于所接電路的額定電壓。熔斷器的交流額定電壓有220V、380V、415V、500V、600V、1140

V，直流額定電壓有110V、220V、440V、800V、1000V、1500V。

2)額定電流

額定電流指熔斷器長期工作，各部件溫升不超過允許溫升的最大工作電流。熔斷器的額定電流有兩種：一種是熔管額定電流，也稱熔斷器額定電流；另一種是熔體的額定電流。廠家為減少熔管額定電流的規(guī)格，熔管額定電流等級較少，而熔體額定電流等級較多。在一種電流規(guī)格的熔管內(nèi)可安裝多種電流規(guī)格的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔管的額定電流。

3)極限分?jǐn)嗄芰?/p>

熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因數(shù)(或時間常數(shù))條件下，能可靠分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏鞣Q為極限分?jǐn)嗄芰Α?/p>

(五)熔斷器的選用

熔斷器的選用主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流和熔體額定電流。

1．熔斷器類型的選擇

熔斷器主要根據(jù)使用場合及負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小來選擇不同的類型。

2．熔體的額定電壓和電流的選擇

(1)熔斷器的額定電壓選擇必須等于或高于熔斷器安裝處的電路額定電壓。

(2)保護(hù)無啟動過程的平穩(wěn)負(fù)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(fù)荷電路中的額定電流。

(3)保護(hù)單臺長期工作的電機(jī)的熔體額定電流可按最大啟動電流選取，也可按下式選?。?/p>

IRN≥(1.5～2.5)IN

(1-7)

式中：IRN為熔體額定電流，IN為電動機(jī)額定電流。如果電動機(jī)頻繁啟動，式中系數(shù)1.5～2.5可適當(dāng)加大至3～3.5，具體應(yīng)根據(jù)實際情況而定。

(4)保護(hù)多臺長期工作的電機(jī)(供電干線)的熔體額定電流可按下式選取：

(1-8)

式中：INmax為容量最大單臺電機(jī)的額定電流，為其余電動機(jī)額定電流之和。

3．校驗熔斷器的保護(hù)特性

熔斷器的保護(hù)特性與被保護(hù)對象的過載特性要有良好的配合，同時熔斷器的額定分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥陔娐分锌赡艹霈F(xiàn)的最大故障電流。

4．熔斷器的上、下級的配合

熔斷器的選擇還需要考慮電路中其他配電電器、控制電器之間的配合要求。

三、拓展知識：熔斷器的運(yùn)行與維修

熔斷器在使用中應(yīng)注意以下幾點：

(1)熔斷器的安裝、檢修和更換應(yīng)由專職人員負(fù)責(zé)。

(2)安裝前，檢查熔斷器的型號、額定電流、額定電壓、額定分?jǐn)嗄芰Φ葏?shù)是否符合規(guī)定要求。

(3)安裝時，應(yīng)注意檢查熔管有無破損變形現(xiàn)象，有無放電的痕跡，有熔斷信號指示器的熔斷器，其指示是否保持正常狀態(tài)。熔斷器與底座觸刀接觸應(yīng)良好，以避免因接觸不良造成溫升過高，引起熔斷器誤動作和周圍電器元件損壞。

(4)熔斷器熔斷時，應(yīng)首先查明原因，排除故障。一般過載保護(hù)動作，熔斷器的響聲不大，熔絲熔斷部位較短，熔管內(nèi)壁沒有燒焦的痕跡，也沒有大量的熔體蒸發(fā)物附在管壁上。變截面熔體在大、小截面過渡部位的傾斜處熔斷，是因為過負(fù)荷引起的。反之，熔絲爆熔或熔斷部位很長，變截面熔體小截面部位熔斷，而中段熔片熔斷后跌落或蒸發(fā)物附在管壁上，則一般為短路引起。

(5)更換熔體時，必須將電源斷開，防止觸電。更換的熔體的規(guī)格應(yīng)和原來的相同，安裝熔絲時，不要把它碰傷，也不要擰得太緊，把熔絲軋傷。

(6)使用時，應(yīng)經(jīng)常清除熔斷器表面積有的塵埃，在定期檢修設(shè)備時，如發(fā)現(xiàn)熔斷器有損壞，應(yīng)及時更換。

習(xí)題與思考題

1．在電動機(jī)的主電路中裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器?

2．低壓斷路器有哪些基本組成部分?它在電路中的作用是什么?

3．熔斷器的技術(shù)參數(shù)有哪些?

4．如何正確選擇熔斷器?

任務(wù)五開關(guān)電器及主令電器的認(rèn)識和選用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)了解開關(guān)電器和主令電器的概念、分類等；

(2)掌握常用開關(guān)電器和主令電器的工作原理及其適用場合；

(3)掌握常用開關(guān)的安裝與選用方法。

一、任務(wù)導(dǎo)入

開關(guān)電器主要用于電氣線路的電源隔離，也可作為不頻繁地接通和分?jǐn)嗫蛰d電路或小電流電路之用。常用的有刀開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)(組合開關(guān))、自動空氣開關(guān)(空氣斷路器)等。

二、相關(guān)知識

(一)刀開關(guān)

刀開關(guān)按極數(shù)分，有單極式、雙極式和三極式；按結(jié)構(gòu)分，有平板式和條架式；按操作方式分，有直接手柄操作、正面旋轉(zhuǎn)手柄操作、杠桿操作和電動操作；按轉(zhuǎn)換方式分，有單投式和雙投式。

1．刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)

刀開關(guān)又稱閘刀開關(guān)，是手動電器中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，主要由靜插座、觸刀、操作手柄和絕緣底板等組成，典型結(jié)構(gòu)及外形如圖1-36所示。靜插座由導(dǎo)電材料和彈性材料制成，固定在絕緣材料制成的底版上。動觸刀與下支座鉸鏈連接，連接處依靠彈簧保證必要的接觸壓力，絕緣手柄直接與觸刀固定。能分?jǐn)囝~定電流的刀開關(guān)裝有滅弧罩，保證分?jǐn)嚯娐窌r安全可靠。在低壓電路中，刀開關(guān)主要用作電源隔離，也可用來非頻繁地接通和分?jǐn)嗳萘枯^小的低壓配電線路。

圖1-36刀開關(guān)典型結(jié)構(gòu)及實物圖

刀開關(guān)的圖形符號和文字符號如圖1-37所示。

圖1-37刀開關(guān)的圖形、文字符號

圖1-38為HZ10系列組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖及電氣符號。它是一種凸輪式的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的刀開關(guān)(又稱轉(zhuǎn)換開關(guān))，由分別裝在多層絕緣件內(nèi)的動、靜觸片組成。動觸片裝在附有手柄的絕緣方軸上，手柄每轉(zhuǎn)動90°，觸片便輪流接通或斷開。頂蓋部分是滑板，由凸輪、彈簧(扭簧)及手柄等零件構(gòu)成操作機(jī)構(gòu)。由于采用了扭簧儲能結(jié)構(gòu)，開關(guān)動作速度與手動操作速度無關(guān)，從而使開關(guān)能實現(xiàn)快速的通斷。組合開關(guān)也有單極、雙極、三極和多極結(jié)構(gòu)，主要用于電源的引入或5.5

kW以下電動機(jī)的直接啟動、停止、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等場合。

圖1-38HZ10系列組合開關(guān)

2．刀開關(guān)的型號及主要技術(shù)參數(shù)

(1)刀開關(guān)的型號。刀開關(guān)的型號及含義如圖1-39所示。

圖1-39刀開關(guān)的型號及含義

(2)主要技術(shù)參數(shù)。刀開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有下述四個：

①額定電壓。刀開關(guān)在長期工作中能承受的最大電壓稱為額定電壓。

②額定電流。刀開關(guān)在合閘位置允許長期通過的最大工作電流稱為額定電流。

③操作次數(shù)。刀開關(guān)的使用壽命分為機(jī)械壽命和電氣壽命兩種。機(jī)械壽命是指刀開關(guān)在不帶電的情況下所能達(dá)到的操作次數(shù)；電氣壽命指刀開關(guān)在額定電壓下能可靠地分?jǐn)囝~定電流的總次數(shù)。

④電穩(wěn)定性電流。

3．刀開關(guān)的選用與安裝

選用安裝刀開關(guān)時必須注意以下幾點：

(1)按刀開關(guān)的用途和安裝位置選擇合適的型號和操作方式。

(2)刀開關(guān)的額定電流和額定電壓必須符合電路要求。刀開關(guān)的額定電流應(yīng)大于或等于所分?jǐn)嚯娐分懈鱾€負(fù)載額定電流的總和。對于電動機(jī)負(fù)載，應(yīng)考慮其啟動電流，所以開啟式刀開關(guān)額定電流可取電機(jī)額定電流的3倍；封閉式刀開關(guān)額定電流可取負(fù)載額定電流的1.5倍。

(二)負(fù)荷開關(guān)

負(fù)荷開關(guān)可用于手動非頻繁接通和斷開帶負(fù)載的電路以及作為線路末端的短路保護(hù)，也可用于控制15kW以下的交流電動機(jī)非頻繁地啟動和停止。負(fù)荷開關(guān)如圖1-40所示。

圖1-40負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)與符號

封閉式負(fù)荷開關(guān)的操作有兩個特點：

一是采用了儲能合閘方式，利用一根彈簧，使開關(guān)接通與斷開速度與手柄操作速度無關(guān)，這既改善了開關(guān)的滅弧性能，又能防止觸點停留在中間位置，從而提高開關(guān)的通斷能力，延長其使用壽命；

二是操作機(jī)構(gòu)上裝有機(jī)械聯(lián)鎖，它可以保證開關(guān)合閘時不能打開防護(hù)鐵蓋，而當(dāng)打開防護(hù)鐵蓋時，不能將開關(guān)合閘。

(三)按鈕開關(guān)

1．按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

按鈕開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用廣泛的手動電器。它可以配合繼電器、接觸器，對電動機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動控制。按鈕開關(guān)由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點和外殼等部分組成，按鈕開關(guān)通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點和常開觸點，如圖1-41所示。按下按鈕時，常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合；釋放按鈕時，在復(fù)位彈簧的作用下，按鈕觸點按相反順序自動復(fù)位。

圖1-41按鈕開關(guān)實物及結(jié)構(gòu)示意圖

2．按鈕開關(guān)的分類及型號含義

按鈕開關(guān)的種類很多，按結(jié)構(gòu)分，有撳鈕式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式、帶指示燈式按鈕等。

按鈕開關(guān)的圖形符號及文字符號如圖1-42所示。

圖1-42按鈕開關(guān)的圖形和文字符號

按鈕開關(guān)的型號含義如圖1-43所示。

圖1-43按鈕開關(guān)的型號含義

3．按鈕開關(guān)的選用

在選擇按鈕開關(guān)時主要從使用場合考慮。一般主要考慮使用點數(shù)和按鈕帽的顏色等因素，如一般綠色表示啟動，紅色表示停止，黃色表示干預(yù)。

(四)低壓斷路器

低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁啟動的電動機(jī)。其功能相當(dāng)于刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器和熱繼電器等多種電器的組合，能實現(xiàn)過載、短路、失壓、欠壓等多種保護(hù)，是低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛的一種保護(hù)電器。

低壓斷路器有多種分類方法：按極數(shù)可分為單極、雙極、三極和四極；按滅弧介質(zhì)可分為空氣式和真空式；按結(jié)構(gòu)形式可分為塑料外殼式和框架式。

1．低壓斷路器的結(jié)構(gòu)

低壓斷路器主要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)等部分組成。主觸頭是斷路器的執(zhí)行元件，用來接通和分?jǐn)嘀麟娐?。脫扣器是斷路器的感受元件，?dāng)電路出現(xiàn)故障時，脫扣器感測到故障信號后，經(jīng)自由脫扣器使斷路器主觸頭分?jǐn)?，從而起到保護(hù)作用。脫扣器主要有過電流脫扣器、熱脫扣器、分勵脫扣器、欠電壓和失電壓脫扣器等。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)。操作機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)斷路器閉合、斷開的機(jī)構(gòu)。典型低壓斷路器的外形圖如圖1-44所示。

圖1-44低壓斷路器外形圖

2．低壓斷路器的工作原理

低壓斷路器的工作原理如圖1-45所示，其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(jī)構(gòu)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(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使脫扣機(jī)構(gòu)動作，主觸點斷開主電路。當(dāng)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(jī)構(gòu)動作。當(dāng)電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放，也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的；在需要遠(yuǎn)距離控制時，按下按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機(jī)構(gòu)動作，使主觸點斷開。

圖1-45低壓斷路器工作原理圖和電氣符號

3．低壓斷路器典型產(chǎn)品及型號

1)塑料外殼式斷路器

塑料外殼式斷路器又稱為裝置式斷路器，內(nèi)裝觸頭系統(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；有較高的分?jǐn)嗄芰蛣臃€(wěn)定性，有較完善的選擇性保護(hù)功能，廣泛用于配電線路。

2)框架式斷路器

框架式斷路器又稱為開啟式或萬能式斷路器，主要由觸頭系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、過電流脫扣器、分勵脫扣器及欠電壓脫扣器、附件及框架等部分組成，全部組件進(jìn)行絕緣后裝于框架底座中。框架式斷路器一般容量較大，具有較高的短路分?jǐn)嗄芰洼^高的動穩(wěn)定性。其適用于額定電壓為380V的配電網(wǎng)絡(luò)，作為配電干線的主保護(hù)開關(guān)。

(五)接近開關(guān)

接近式位置開關(guān)是一種非接觸式的位置開關(guān)，簡稱接近開關(guān)。它由感應(yīng)頭、高頻振蕩器、放大器和外殼等組成。當(dāng)運(yùn)動部件與接近開關(guān)的感應(yīng)頭接近時，就使其輸出一個電信號。常用的接近開關(guān)有電感式和電容式兩種，其實物及原理框圖如圖1-46所示。

圖1-46接近開關(guān)實物及原理框圖

(六)晶閘管開關(guān)

晶閘管開關(guān)又叫可控硅。

1．晶閘管的概念

日常使用的是單向晶閘管。它是由4層半導(dǎo)體材料組成的，有3個PN結(jié)，對外有3個電極。

圖1-47(b)中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強(qiáng)烈的正反饋，使兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶閘管飽和導(dǎo)通。

圖1-47晶閘管的結(jié)構(gòu)原理圖

2．晶閘管開關(guān)的特點

由于晶體管的導(dǎo)通與否可以通過在門極上加適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號進(jìn)行控制，使得它與傳統(tǒng)有觸頭開關(guān)一樣，具有“開”與“關(guān)”兩種狀態(tài)，因此同樣可以實現(xiàn)電路中控制與切換功能。由于晶閘管開關(guān)沒有觸頭的機(jī)械運(yùn)動，所以也叫靜態(tài)開關(guān)或無觸點開關(guān)。晶閘管開關(guān)具有動作快、壽命長、控制功率小、無電弧、無噪聲等優(yōu)點，特別適用于操作頻繁和有爆炸、腐蝕性氣流體的環(huán)境中。其缺點是導(dǎo)通時管壓降較大(約1V)，功耗較大，關(guān)斷時存在一定的漏電電流，不能實現(xiàn)電路隔離，以及過載能力低、價格高和體積大(有散熱器)等。

(七)行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱位置開關(guān)或限位開關(guān)。行程開關(guān)是一種根據(jù)行程位置而切換電路的電器，廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程或進(jìn)行終端限位保護(hù)。例如在電梯控制電路中，利用行程開關(guān)來控制樓層、控制速度轉(zhuǎn)換以及轎廂的上、下限位保護(hù)。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。

1．直動式行程開關(guān)

直動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖1-48所示。其動作原理與按鈕開關(guān)相似，觸點的分合速度取決于生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度，不宜用于速度低于0.4

m/min的場所。

圖1-48直動式行程開關(guān)

2．滾輪式行程開關(guān)

滾輪式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖1-49所示。當(dāng)運(yùn)動機(jī)械撞擊帶有滾輪的撞桿時，轉(zhuǎn)臂帶動推桿頂下，使微動開關(guān)觸點迅速動作。當(dāng)運(yùn)動機(jī)械離開時，在復(fù)位彈簧的作用下，行程開關(guān)自動復(fù)位。

圖1-49滾輪式行程開關(guān)

滾輪式行程開關(guān)又分為單滾輪自動復(fù)位和雙滾輪(羊角式)非自動復(fù)位式。雙滾輪行程開關(guān)具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，常應(yīng)用在一些動作過后需要保持信號的場合，還可以簡化線路。行程開關(guān)的電氣圖形符號及文字符號如圖1-50所示，型號含義如圖1-51所示。

圖1-50行程開關(guān)的符號圖1-51行程開關(guān)的型號含義

3．微動式行程開關(guān)

微動式行程開關(guān)是一種施壓促動的快速轉(zhuǎn)換開關(guān)。因為其開關(guān)的觸點間距比較小，故名微動開關(guān)，又叫靈敏開關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖1-52所示。常用的產(chǎn)品有LXW11系列。

圖1-52微動式行程開關(guān)

(八)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多擋式、能控制多回路的主令電器。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于各種控制電路的轉(zhuǎn)換和控制，以及電壓表、電流表的換相測量等。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)還可用于控制小容量電動機(jī)的啟動、調(diào)速和換向。

圖1-53為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)外形和單層的結(jié)構(gòu)示意圖。常用的產(chǎn)品有LW5和LW6系列。LW5系列可控制5.5kW及以下的小容量電動機(jī)，LW6系列只能控制2.2kW及以下的小容量電動機(jī)。其用于可逆運(yùn)行控制時，只有在電動機(jī)停車后才允許反向啟動。LW5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)按手柄的操作方式可分為自復(fù)式和定位式兩種：自復(fù)式是指用手轉(zhuǎn)動到某一擋位后，手一松開，開關(guān)就自動返回原位；定位式是指開關(guān)手柄置于某擋位時即停止在該擋位，而不會自動返回原位。

圖1-53萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)手柄的操作角度，依開關(guān)型號的不同而不同，其觸點的數(shù)量也不同。由于其觸點的數(shù)量多，且觸點分合狀態(tài)與操作手柄的位置有關(guān)，所以，在電路圖中觸點的閉合或斷開是采用展開圖來表示的，即操作手柄的位置用虛線表示，虛線上的黑圓點表示操作手柄轉(zhuǎn)到此位置時，該對觸點閉合；如無黑圓點，表示該對觸點斷開。此外，還應(yīng)表示出操作手柄與觸點分合狀態(tài)的關(guān)系，即需要列出“觸點閉合表”，表中用“×”表示觸頭閉合，無此標(biāo)記的表示觸頭斷開。其圖形符號和觸點閉合情況如圖1-54所示，當(dāng)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，只有觸點5-6閉合；打向右45°時，觸點7-8閉合，其余打開。

圖1-54萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形符號與觸點閉合表

(九)主令控制器

主令控制器又稱為凸輪控制器，是一種可以頻繁操作的電器，可以對控制電路發(fā)布命令、與其他電路發(fā)生聯(lián)鎖或進(jìn)行切換，常配合磁力啟動器對繞線式異步電動機(jī)的啟動、制動、調(diào)速及換向?qū)嵭羞h(yuǎn)距離控制，廣泛用于各類起重機(jī)械的控制系統(tǒng)中。

圖1