1、- 33 - 第一篇 電氣控制技術 電氣控制技術是由生產機械的驅動裝置電動機為控制對象、以微電子裝置為核心、以電力電子裝置為執(zhí)行機構而組成的電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照一定的規(guī)律控制電動機，使之滿足生產工藝的要求，同時又達到提高效率、降低能耗、提高產品質量、降低勞動強度的最終目的。電氣控制技術在工業(yè)生產、科學研究以及其他各個領域的應用十分廣泛，已經成為實現生產過程自動化的重要技術手段之一。 本篇主要以電動機和其他執(zhí)行電器為控制對象，介紹電氣控制中常用的低壓電器、基本線路以及電氣控制系統(tǒng)的分析和設計方法。第一章 常用低壓電器 通常對一個或多個器件組合，能手動或自動分合，額定電壓在直流1500V、交流

2、1200V及其以下的電路，以及能夠實現電路中被控制對象的控制、調節(jié)、變換、檢測、保護等作用的基本器件稱為低壓電器。低壓電器是組成各種電氣控制成套設備的基礎配套組件，它的正確使用是低壓電力系統(tǒng)可靠運行、安全用電的基礎，也是電氣控制線路設計的重要保證。 本章主要介紹常用低壓電器的結構、工作原理、用途及其圖形符號和文字符號，為正確選擇和合理使用這些電器及進行電氣控制線路的設計打下基礎。第一節(jié) 電器的功能、分類和工作原理一、電器的功能 電器是一種能根據外界的信號(機械力、電動力和其他物理量)和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調節(jié)的元件或設備。電器

3、的控制作用就是手動或自動地接通、斷開電路，“通”稱為“開”，“斷”也稱為“關”。因此，“開”和“關”是電器最基本、最典型的功能。二、電器的分類 低壓電器種類繁多，功能多樣，用途廣泛，結構各異。其分類方法亦很多，常用分類方法有以下幾種。 1按工作電壓等級分 (1) 高壓電器 用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上的電路中的電器，例如高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器等。 (2) 低壓電器 用于交流50Hz(或60Hz)額定電壓為1200V以下、直流額定電壓為1500V及以下的電路中的電器，例如接觸器、繼電器等。 2按動作原理分 (1) 手動電器 人手操作發(fā)出動作指令的電器，例如刀開關

4、、按鈕等。 (2) 自動電器 產生電磁力而自動完成動作指令的電器，例如接觸器、繼電器、電磁閥等。 3按用途分 (1) 控制電器 用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，例如接觸器、繼電器、電動機啟動器等。 (2) 配電電器 用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器等。(3) 主令電器 用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，例如按鈕、轉換開關等。(4) 保護電器 用于保護電路及用電設備的電器，例如熔斷器、熱繼電器等。 (5) 執(zhí)行電器 用于完成某種動作或傳送功能的電器，例如電磁鐵、電磁離合器等。三、電磁式電器的基本原理 低壓電器中大部分為電磁式電器，其基本結構由電磁機構和觸頭系統(tǒng)組成。觸頭系統(tǒng)存在接

5、觸電阻和電弧等物理現象，對電器的安全運行影響較大；而電磁機構的電磁吸力與反力是決定電器性能的主要因素之一。低壓電器的主要技術性能指標與參數就是在這些基礎上制定的。因此，觸頭結構的設計、電弧的產生、滅弧裝置的設計以及電磁吸力和反力等問題是低壓電器的基本問題，也是研究電器元件結構和工作原理的基礎。 (一)電磁機構電磁機構是電磁式電器的感測元件，它將電磁能轉換為機械能，從而帶動觸頭動作。1電磁機構的結構形式電磁機構由線圈、鐵心和銜鐵三部分組成，其結構形式按銜鐵的運動方式可分為直動式和拍合式。圖1-1和圖1-2是直動式和拍合式電磁機構的常用結構形式。 1銜鐵：2鐵心：3線圈 1銜鐵：2鐵心：3線圈 圖

6、1-1 直動式電磁機構 圖1-2 拍合式電磁構機線圈的作用是將電能轉換為磁能，即產生磁通，銜鐵在電磁吸力作用下產生機械位移使鐵心吸合。通入直流電的線圈稱直流線圈，通入交流電的線圈稱交流線圈。 直流線圈通電，鐵心不會發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，因此使線圈與鐵心直接接觸，易于散熱。線圈一般做成無骨架、高而薄的瘦高型，以改善線圈自身散熱。鐵心和銜鐵由軟鋼或工程純鐵制成。 對于交流線圈，除線圈發(fā)熱外，由于鐵心中有渦流和磁滯損耗，鐵心也會發(fā)熱。為了改善線圈和鐵心的散熱情況，在鐵心與線圈之間留有散熱間隙，而且把線圈做成有骨架的矮胖型。鐵心用硅鋼片疊成，以減少渦流。另外，根據線圈在電路中的連接方式可分為串聯線圈(即

7、電流線圈)和并聯線圈(即電壓線圈) a) 串聯電磁機構 b) 并聯電磁機構如圖1-3所示。串聯(電流)線圈串接在線路中， 圖1-3 電磁機構中線圈的連接方式流過的電流大,為減少對電路的影響，線圈的導線粗，匝數少，線圈的阻抗較小。并聯(電壓)線圈并聯在線路上，為減少分流作用，需要較大的阻抗，因此線圈的導線細且匝數多。 2電磁機構的工作原理 電磁鐵工作時，線圈產生的磁通作用于銜鐵，產生電磁吸力，并使銜鐵產生機械位移，銜鐵復位時復位彈簧將銜鐵拉回原位。因此作用在銜鐵上的力有兩個：一個是電磁吸力，另一個是反力。電磁吸力由電磁機構產生，反力由復位彈簧和觸頭等產生。電磁機構的工作特性常用吸力特性和反力特性

8、來表達。 (1) 吸力特性 電磁機構的電磁吸力F與氣隙的關系曲線稱為吸力特性。電磁吸力可按下式求得 (1-1)式中，F為電磁吸力，N；B為氣隙磁感應強度，T；S為磁極截面積，m2。當鐵心截面積S為常數時，電磁吸力F與B 2成正比，也可認為F與氣隙磁通 2成正比。勵磁電流的種類對吸力特性有很大影響。對于具有電壓線圈的交流電磁機構，設線圈外加電壓U不變，交流電磁線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，若電阻忽略不計，則 U E = 4.44f N (1-2) (1-3)式中，U為線圈外加電壓；E為線圈感應電動勢；f為電壓頻率；為氣隙磁通；N為電磁線圈的匝數。 當電壓頻率f、電磁線圈的匝數N和線圈外加電壓U

9、為常數時，氣隙磁通也為常數，則電磁吸力也為常數，即F與氣隙大小無關。實際上，考慮到漏磁通的影響，電磁吸力F隨氣隙的減少略有增加。交流電磁機構的吸力特性如圖1-4所示。由于交流電磁機構的氣隙磁通不變，IN隨氣隙磁阻(也即隨氣隙)的變化成正比變化，所以交流電磁線圈的電流I與氣隙成正比變化。 對于具有電壓線圈的直流電磁機構，其吸力特性與交流電磁機構有所不同。因外加電壓U和線圈電阻不變，則流過線圈 圖1-4 交流電磁機構的吸力特性的電流I為常數，與磁路的氣隙大小無關。根據磁路定律 (1-4) 則 F2 (1-5)故其吸力特性為二次曲線形狀，如圖1-5所示。 在一些要求可靠性較高或操作頻繁的場合，一般不

10、采用交流電磁機構而采用直流電磁機構, 這是因為一般U形鐵心的交流電磁機構的勵磁線圈通電而銜鐵尚未吸合的瞬間，電流將達到銜鐵吸合后額定電流的56倍；E形鐵心電磁機構則達到額定電流的1015倍。如果銜鐵卡住不能吸合或者頻繁操作時，交流勵磁線圈則有可能被燒毀。 (2)反力特性 電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關系曲線稱 圖1-5 直流電磁機構的吸力特性為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖1-6中所示曲線1-為直流接觸器吸力特性；2-為交流接觸器吸力特性；3-即為反力特性曲線。圖中1為起始位置，2為動、靜觸頭接觸時的位置。在12區(qū)域內，反作用力隨氣隙減小而略有增大，到達2位置時，動、

11、靜觸頭接觸，這時觸頭上的初壓力作用到銜鐵上, 反作用力驟增，曲線發(fā)生突變。在20區(qū)域內，氣隙越小, 觸頭壓得越緊, 反作用力越大, 其曲線比12段越陡。 (3)反力特性與吸力特性的配合 保證使銜鐵能牢牢吸合，重要是要保證反力特性與吸力特性配合，如圖1-6所示。在整個吸合過程中，吸力都必須大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能過大或過小，吸力過大時，動、靜觸頭接觸時以及銜鐵與鐵心接觸時的沖擊力也大，會使觸頭和銜鐵發(fā)生彈 圖1-6 吸力特性和反力特性跳，導致觸頭熔焊或燒毀，影響電器的機械壽命；吸力過小時，會使銜鐵運動速度降低，難以滿足高操作頻率的要求。因此，在實際應用中，可調整反力彈簧或觸頭

12、初壓力以改變反力特性，使之與吸力特性有良好配合。 3交流電磁機構上短路環(huán)的作用 因單相交流電磁機構上鐵心的磁通是交變的，故當磁通過零時，電磁吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開，磁通過零后電磁吸力又增大，當吸力大于反力時，銜鐵又被吸合。由于交流電源頻率的變化，使銜鐵容易產生強烈振動和噪聲，甚至使鐵心松散。因此，交流電磁機構鐵心端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)。短路環(huán)包圍鐵心端面約23的面積，如圖1-7所示。圖1-7 交流電磁鐵鐵心的短路環(huán)當交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面積S2在環(huán)中產生渦流時，根據電磁感應定律，此渦流產生的磁通2在相位上落后于短路環(huán)外鐵心截面S1中的磁通1，由1、2產

13、生的電磁吸力為F1、F2，作用在銜鐵上的合成電磁吸力是F1+F2，只要此合力始終大于其反力，銜鐵就不會產生振動和噪聲。 (二) 觸頭系統(tǒng) 觸頭(觸點)是電磁式電器的執(zhí)行部件，用來接通或斷開被控制電路。1 觸頭的結構形式 按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭和常閉觸頭：原始狀態(tài)時(即線圈未通電)斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原始狀態(tài)閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭(線圈斷電后所有觸頭復原)。觸頭按其結構形式可分為橋形觸頭和指形觸頭，如圖1-8所示。2

14、觸頭接觸形式觸頭按其接觸形式可分為點接觸、線接觸和面接觸三種，如圖1-9所示。圖1-9(a)為點接觸，它由兩個半球形觸頭或一個半球形與一個平面形觸頭構成常用于小電流的電器中，如接觸器的輔助觸頭或繼電器觸頭。 圖1-8 觸頭結構形式 圖1-9 觸頭接觸形式圖1-9(b)為線接觸，它的接觸區(qū)域是一條直線，觸頭的通斷過程是滾動式進行的。開始接通時，靜、動觸頭在A點處接觸，靠彈簧壓力經B點滾動到C點，斷開時做相反運動。這樣可以自動清除觸頭表面的氧化物，觸頭長期正常工作的位置不是在易灼燒的A點，而是在工作點C點，保證了觸頭的良好接觸。線接觸多用于中容量的電器，如接觸器的主觸頭。圖1-9(c)為面接觸，它

15、允許通過較大的電流。這種觸頭一般在接觸表面上鑲有合金，以減少觸頭接觸電阻并提高耐磨性，多用于大容量接觸器的主觸頭。3 觸頭的分類固定不動的稱為靜觸頭，能由聯桿帶著移動的稱為動觸頭，觸頭通常以其初始位置，即“常態(tài)"位置來命名的。對電磁式電器來說, 是電磁鐵線圈未通電時的位置；對非電量電器來說，是 l按鈕帽；2復位彈簧；3聯桿；在沒有受外力作用時的位置。 4常閉觸頭；5常開觸頭；常閉觸頭(又稱動斷觸頭)常態(tài)時動靜觸頭是相互閉合的。 6靜觸頭；7動觸頭常開觸頭(又稱動合觸頭)常態(tài)時動靜觸頭是相互分開的。觸 圖1-10 觸頭位置示意頭的位置如圖1-10所示。 4推動機構 推動機構與動觸頭的聯

16、桿相接，以推動動觸頭動作。對于電磁式電器，推動力是電磁鐵的電磁力；對于非電量電器，推動力是人力或機械力。當推動力消失后，依靠復位彈簧的彈力使動觸頭復位。(三) 滅弧工作原理 觸點在通電狀態(tài)下動、靜觸頭脫離接觸時，由于電場的存在，使觸頭表面的自由電子大量溢出而產生電弧。電弧的存在既燒損觸頭金屬表面，降低電器的壽命，又延長了電路的分斷時間，所以必須迅速消除。1滅弧方法 1靜觸頭：2動觸(1) 迅速增大電弧長度 電弧長度增加，使觸點間隙增 圖1-11 電動力吹弧示意加，電場強度降低，同時又使散熱面積增大，降低電弧溫度，使自由電子和空穴復合的運動加強，因而電荷容易熄滅。 (2) 冷卻 使電弧與冷卻介質

17、接觸，帶走電弧熱量，也可使復合運動得以加強，從而使電弧熄滅。2滅弧裝置 (1) 電動力吹弧 電動力吹弧如圖1-11所示。雙斷點橋式觸頭在分斷時具有電動力吹弧功能，不用任何附加裝置，便可使電弧迅速熄滅。這種滅弧方法多用于小容量交流接觸器中。(2) 磁吹滅弧 在觸點電路中串入吹弧線圈，如圖1-12 所示。圖中的1-磁吹線圈：2-絕緣套：3-鐵心：4-引弧角： 5-導磁甲板：6-滅弧罩：7-動觸頭：8-靜觸頭。該線圈產生的磁場由導磁夾板引向觸點周圍，其方向由右手定則確定(為圖中×所示)。觸點間的電弧所產生的磁場，其方向為所示。這兩個磁場在電弧下方方向相同(疊加)，在弧柱上方方向相反(相減)

18、，所以弧柱下方的磁場強于上方的磁場。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 圖1-12 磁吹滅弧示意作用下，電弧被吹離觸點，經引弧角引進滅弧罩，使電弧熄滅。 (3) 柵片滅弧 滅弧柵是一組鍍銅薄鋼片，它們彼此間相互絕緣如圖1-13所示。圖中的1-滅弧柵片：2-觸點：3-電弧。電弧進入柵片被分割成一段段串聯的短弧，而柵片就是這些短弧的電極。每兩片滅弧片之間都有150250V的絕緣強度，使整個滅弧柵的絕緣強度大大加強，以致外加 圖1-13 柵片滅弧示意電壓無法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量,使電弧迅速冷卻?；谏鲜鲈?，電弧進入柵片后就會很快熄滅。由于柵片滅弧裝置的

19、滅弧效果在交流時要比直流時強得多，因此在交流電器中常采用柵片滅弧。第二節(jié) 電氣控制中常用電器 一、隔離器隔離器是低壓電器中結構比較簡單、應用十分廣泛的一類手動操作電器，品種主要有低壓刀開關、熔斷器式刀開關和組合開關三種。 隔離器主要是在電源斷開后，將線路與電源明顯地隔開，以保障檢修人員的安全。熔斷器式刀開關由刀開關和熔斷器組合而成，故兼有兩者的功能，即電源隔離和電路保護功能，可分斷一定的負載電流。1刀開關刀開關結構簡圖由圖1-14所示。由1-靜插座；2-操縱手柄；3-觸刀；4-支座；5-絕緣底板等組成。刀開關的主要類型有：帶滅弧裝置的大容量刀開關，帶熔斷器的開啟式負荷開關(膠蓋開 圖1-14刀

20、開關結構簡圖關)、帶滅弧裝置和熔斷器的封閉式負荷開關(鐵殼開關)等。常用的產品有：HD11HDl4和HS11HSl3系列刀開關，HK1、HK2系列膠蓋開關，HH3、HH4系列鐵殼開關。刀開關的主要技術參數有：長期工作所承受的最大電壓額定電壓；長期通過的最大允許電流額定電流；以及分斷能力等。新產品有HDl8、HDl7、HSl7等系列刀形隔離開關，HG1系列熔斷器式隔離開關等。選用刀開關時，刀的極數要與電源進線相數相等；刀開關的額定電壓應大于所控制的線路額定電壓；刀開關的額定電流應大于負載的額定電流。表1-1列出HK1系列膠蓋開關的技術參數。刀開關的圖形、文字符號如圖1-15所示。表1-1 HK1

21、系列膠蓋開關的技術參數2組合開關組合開關的刀片是轉動式的，操作比較輕巧，它的動觸頭(刀片)和靜觸頭裝在封閉的絕緣件內，采用疊裝式結構，其層數由動觸頭數量決定，動觸頭裝在操作手柄的轉軸上，隨轉軸旋轉而改變各對觸頭的通斷狀態(tài)。組合開關的結構和圖形、文字符號如圖1-16所示。 圖1-15 刀開關的圖形、文字符號 圖1-16 組合開關的結構和圖形、文字符號表1-2 HZ10系列組合開關的技術數據組合開關的主要參數有額定電壓、額定電流、極數等。其中額定電流有10A、25A、60A等幾級。常用產品有HZ5、HZl0系列和新型組合開關HZl5等系列。HZ10系列組合開關的技術數據見表1-2。組合開關一般在電

22、氣設備中用于非頻繁地接通和分斷電路、接通電源和負載、測量三相電壓以及控制小容量異步電動機的正反轉和星三角降壓啟動等。二、熔斷器 1工作原理和保護特性熔斷器是一種最簡單有效的保護電器，它具有分斷能力強，安裝體積小，使用維護方便等優(yōu)點，廣泛用于供電線路和電氣設備的短路保護中。熔斷器由熔體和安裝熔體的熔斷管(或座)等部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常用低熔點的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設計成滅弧柵狀和具有變截面片狀結構。當通過熔斷器的電流超過一定數值并經過一定的時間后，電流在熔體上產生的熱量使熔體某處熔化而分斷電路，從而保護了電路和設備。 熔斷器熔體熔斷的電流值與熔斷時

23、間的關系稱為熔斷器的保護特性曲線，也稱為熔斷器的安-秒 ( I-t ) 特性,如圖 圖1-17 熔斷器的安-秒特性1-17所示。由特性曲線可以看出，流過熔體的電流越大，熔斷所需的時間越短。熔體的額定電流IfN是熔體長期工作而不致熔斷的電流。熔斷器的熔斷電流與熔斷時間的數值關系如表1-3所示。表1-3 熔斷器的熔斷電流與熔斷時間的數值關系 2種類及技術數據 熔斷器按其結構型式分為插入式、螺旋式、有填料密封管式、無填料密封管式等，品種規(guī)格多。在電氣控制系統(tǒng)中經常選用螺旋式熔斷器，它有明顯的分斷指示和不用任何工具就可取下或更換熔體等優(yōu)點。最近推出的新產品有RL6、RL7系列，可以替代老產品RL1、R

24、L2系列。RLS2系列是快速熔斷器，用以保護半導體硅整流元件及晶閘管，可替代老產品RLS1系列。RTl2、RTl5、NGT等系列是有填料密封管式熔斷器，瓷管兩端銅帽上焊有聯結板，可直接安裝在母線排上，RTl2、RTl5系列帶有熔斷指示器，熔斷時紅色指示器彈出。RTl4系列熔斷器帶有撞擊器，熔斷時撞擊器彈出，既可作熔斷信號指示，也可觸動微動開關以切斷接觸器線圈電路，接觸器斷電，實現三相電動機的斷相保護。 主要技術參數如下。 (1) 額定電壓 指熔斷器長期工作時和分斷后能夠承受的電壓，其值一般等于或大于電氣設備的額定電壓。 (2) 額定電流 指熔斷器長期工作時，設備部件溫升不超過規(guī)定值時所能承受的

25、電流。即在一個額定電流等級的熔管內可以分幾個額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷管的額定電流。 (3) 極限分斷能力 是指熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因素(或時間常數)的條件下，能分斷的最大電流值，在電路中出現的最大電流值一般指短路電流值。3熔斷器的選擇 熔斷器的選擇主要包括熔斷器類型、額定電壓、熔斷器額定電流和熔體額定電流的確定。熔斷器的類型主要由電控系統(tǒng)整體設計確定，熔斷器的額定電壓應大于或等于實際電路的工作電壓；熔斷器額定電流應大于或等于所裝熔體的額定電流。表1-4列出了RL6、RLS2、RTl2、RTl4等系列的技術數據。確定熔體電流是選擇熔斷器的主要任務，具體來說有下

26、列幾條原則。 (1) 對于照明線路或電阻爐等電阻性負載，熔體的額定電流應大于或等于電路的工作電流，即IfNI，式中IfN為熔體的額定電流，I為電路的工作電流。 (2) 保護一臺異步電動機時，考慮電動機沖擊電流的影響，熔體的額定電流按下式計算 IfN(1.52.5) IN (1-6) 式中，IN為電動機的額定電流。 (3) 保護多臺異步電動機時，若各臺電動機不同時啟動，則應按下式計算 IfN(1.52.5) INmax + IN (1-7)式中，INmax為容量最大的一臺電動機的額定電流；IN 為其余電動機額定電流的總和。(4) 為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級(即供電干、支線)熔斷器間應有 圖1-

27、18 熔斷器的圖良好的協調配合，為此，應使上一級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比 形、文字符號下一級(供電支線)大12個級差。熔斷器的圖形、文字符號如圖1-18所示。 表1-4 RL6、RLS2、RTl2、RTl4等系列的技術數據三、繼電器 繼電器是一種根據某種輸入信號的變化，使其自身的執(zhí)行機構動作的自動控制電器。它具有輸入電路(又稱感應元件)和輸出電路(又稱執(zhí)行元件)，當感應元件中的輸入量(如電壓、電流、溫度、壓力等)變化到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制電路。1 繼電器分類(1) 按輸入信號: 可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等；

28、(2) 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、電子式繼電器，熱繼電器等；(3) 按用途: 可分為控制繼電器與保護繼電器；(4) 按輸出形式: 可分為有觸點繼電器和無觸點繼電器。 2 繼電器特性繼電器主要特性是輸入輸出特性，即繼電特性。 圖1-19 繼電特性曲線繼電特性曲線如圖1-19所示。當繼電器輸入量x由零增至x2以前，輸出量y 為零。當輸入量x增加到x2時，繼電器吸合，輸出量為y1，若x 再增大，y1值保持不變。當x減小到x1時，繼電器釋放，輸出量由y1降至零。x再減小，y值均為零。圖中，x2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入量必須大于或等于此值；x1稱為繼電器

29、釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須小于或等于此值。k=x1x2稱為繼電器的返回系數，它是繼電器的重要參數之一。k值是可以調節(jié)的，不同場合要求不同的k值。例如一般繼電器要求低的返回系數，k值應在0.10.4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高的返回系數，k值應在0.6以上。如某繼電器k=0.66，吸合電壓為額定電壓的90，則電壓低于額定電壓的60時，繼電器釋放，起到欠電壓保護的作用。3 重要參數繼電器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受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

30、間與釋放時間為O.05O.15s，快速繼電器為0.0050.05s，它的大小影響著繼電器的操作頻率。 無論繼電器的輸入量是電量或非電量，繼電器工作的最終目的總是控制觸頭的分斷或閉合，而觸頭又是控制電路通斷的，就這一點來說接觸器與繼電器是相同的。但是它們又有區(qū)別，主要表現在以下兩個方面。 (1) 所控制的線路不同 繼電器用于控制電訊線路、儀表線路、自控裝置等小電流電路及控制電路；接觸器用于控制電動機等大功率、大電流電路及主電路。 (2) 輸入信號不同 繼電器的輸入信號可以是各種物理量，如電壓、電流、時間、壓力、速度等，而接觸器的輸入量只有電壓。 (一) 電磁式繼電器 在低壓控制系統(tǒng)中采用的繼電器

31、大部分是電磁式繼電器，電磁式繼電器的結構與原理和接觸器基本相同。電磁式繼電器的典型結構如圖l-20所示, 它由1-底座；2-反力彈簧；3,4-調節(jié)螺釘；5-非磁性墊片；6-銜鐵；7-鐵心；8-極靴；9-電磁線圈；10-觸頭系統(tǒng)組成。按吸引線圈電流的類型，可分為直流電磁式繼電器和交流電磁式繼電器。按其在電路中的連接方式，可分為電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器等。1電流繼電器電流繼電器反映的是電流信號。使用時，電流繼電器的線圈串聯于被測電路中，根據電流的變化而動作。為降 圖l-20 電磁式繼電器的典型結構低負載效應和對被測量電路參數的影響，線圈匝數少，導線粗，阻抗小。電流繼電器除用于電流型保護的

32、場合外，還經常用于按電流原則控制的場合。電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。 (1) 欠電流繼電器 線圈中通以3065的額定電流時繼電器吸合，當線圈中的電流降至額定電流的1020時繼電器釋放。當電路由于某種原因使電流降至額定電流的20以下時，欠電流繼電器釋放發(fā)出信號，從而改變電路狀態(tài)。 (2) 過電流繼電器 其結構、原理與欠電流繼電器相同，只不過吸合值與釋放值不同。過電流繼電器吸引線圈的匝數很少。直流過電流繼電器的吸合值為70300額定電流，交流過電流繼電器的吸合值為110400額定電流。應當注意，過電流繼電器在正常情況下(即電流在額定值附近時)是釋放的，當電路發(fā)生過載或短路故障時，過

33、電流繼電器才吸合，吸合后立即使所控制的接觸器或電路分斷，然后自己也釋放。由于過電流繼電器具有短時工作的特點，所以交流過電流繼電器不用裝短路環(huán)。 常用的交直流電流繼電器有JT4、JTl4等系列，表1-5所列為JLl4系列交直流電流繼電器的技術數據。表1-5 JLl4系列交直流電流繼電器技術數據。2電壓繼電器電壓繼電器是根據輸入電壓大小變化而動作的繼電器。使用時，電壓繼電器的線圈并接于被測電路，線圈的匝數多、導線細、阻抗大。繼電器根據所接線路電壓值的變化，處于吸合或釋放狀態(tài)。常用的電壓繼電器按用途分為欠(零)電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。 常用的電壓繼電器有JT4系列。JT4系列交流電磁式繼電器的

34、技術數據見表1-6所示。表1-6 JT4系列交流電磁式繼電器技術數據電路正常工作時，欠電壓繼電器吸合，當電路電壓減小到某一整定值(3050) UN時，欠電壓繼電器釋放，對電路實現欠電壓保護。 電路正常工作時，過電壓繼電器不動作，當電路電壓超過到某一整定值(105120) UN時，過電壓繼電器吸合，對電路實現過電壓保護。零電壓繼電器是當電路電壓降低到(525)UN時釋放，對電路實現欠電壓保護。3中間繼電器 中間繼電器實質上是電壓繼電器，其觸頭數量多(一般有8對)，容量也大，主要起到中間擴展和放大(觸頭數目和電流容量)的作用。常用的中間繼電器有JZ7和JZ8等系列。表1-7所示為JZ7系列中間繼電

35、器的技術參數。4電磁式繼電器的整定 繼電器在投入運行前，必須把它的返回系數調整到控制系統(tǒng)所要求的范圍以內。一般整定方法有兩種。 (1) 調整釋放彈簧的松緊程度 釋放彈簧越緊，反作用力越大，則吸合值和釋放值都增加，返回系數上升，反之返回系數下降。這種調節(jié)為精調，可以連續(xù)調節(jié)。但若彈簧太緊電磁吸力不能克服反作用力，有可能吸不上；彈簧太松，反作用力太小，又不能可靠釋放。 (2) 改變非磁性墊片的厚度 非磁性墊片越厚，銜鐵吸合后磁路的氣隙和磁阻增大，釋放值增大，使返回系數增大；反之釋放值減小，返回系數減小，采用這種調整方式，吸合值基本不變。這種調節(jié)為粗調，不能連續(xù)調節(jié)。表1-7 JZ7系列中間繼電器技

36、術參數 5電磁式繼電器的選擇 電磁式繼電器主要包括電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器。選用時主要依據繼電器所保護或所控制對象對繼電器提出的要求，如觸頭的數量、種類，返回系數，控制電路的電壓、電流、負載性質等。由于繼電器觸頭容量小，所以經常將觸頭并聯使用。有時為增加觸頭的分斷能力，也可以把觸頭串聯起來使用。6電磁式繼電器的圖形符號和文字符號 電磁式繼電器的圖形符號如圖1-21所示。電流繼電器的文字符號為KI，電壓繼電器的文字符號為KV，中間 圖1-21 電磁式繼電器圖形和文字符號繼電器的文字符號為KA。 (二) 時間繼電器在電氣控制系統(tǒng)中，需要有瞬時動作的繼電器，也需要延時動作的繼電器。時間繼電

37、器就是利用感測部件接受外界信號實現觸頭延時動作的自動電器，經常用于時間控制原則進行控制的場合。其種類按工作原理不同分為電磁式、空氣式、電子式和電動機式。時間繼電器按延時方式不同有通電延時，即接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發(fā)生變化。當輸入信號消失后，輸出瞬時復原；斷電延時，既接受輸入信號時，瞬時產生相應的輸出信號。當輸入信號消失后，延遲一定的時間，輸出才復原。1直流電磁式 在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上加上阻尼銅套，即可構成時間繼電器，其結構原理如圖1-22所示。圖中的1-鐵心；2-阻尼銅套；3-絕緣層；4-線圈。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

38、程中銅套內將感應電勢，并通過感應電流，此電流產生的磁通總是反對原磁通變化的。當繼電器通電時，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 圖1-22 鐵心阻尼銅套示意略不計)。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范圍很小，一般不超過5.5s，而且準確度較低，一般只用于要求不高的斷電延時的場合。直流電磁式時間繼電器JT3系列的技術數據如表1-8所示。表1-8 JT3系列直流電磁式時間繼電器技術數據2空氣阻尼式 空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理

39、獲得延時的，其結構由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸頭三部分組成。時間繼電器動作原理示意如圖1-23所示。1線圈：2鐵心：3銜鐵：4反力彈簧：5推板：6活塞桿：7杠桿：8塔形彈簧：9弱彈簧：10橡皮膜：11空氣室壁：12活塞：13調節(jié)螺桿：14進氣孔：15、16壓動微動開關圖1-23 時間繼電器動作原理電磁系統(tǒng)為雙E直動式，觸頭用微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。電磁機構可以是直流的，也可以是交流的；既有通電延時型，也有斷電延時型。只要改變電磁機構的安裝方向，便可實現不同的延時方式；當銜鐵位于鐵心和延時機構之間時為通電延時，如圖1-23(a)所示；當鐵心位于銜鐵和延時機構之間時為斷電延時，如圖1-23

40、(b)所示。現以通電延時型為例介紹其工作原理。當線圈1得電后，銜鐵3吸合，活塞桿6在塔形彈簧8的作用下帶動活塞12及橡皮膜1O向上移動，由于橡皮膜10下方的空氣較稀薄形成負壓，活塞桿6只能緩慢上移其移動的速度決定了延時的長短。調整調節(jié)螺桿13，改變進氣孔14的大小，可以調整延時時間；進氣孔大，移動速度快，延時短；進氣孔小，移動速度慢，延時較長。在活塞桿向上移動的過程中，杠桿7隨之做逆時針旋轉。當活塞桿移動到與已吸合的銜鐵接觸時，活塞桿停止移動。同時，杠桿7壓動微動開關15，使微動開關的常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合，起到通電延時的作用。延時時間為線圈通電到微動開關觸頭動作之間的時間間隔。當線圈1斷

41、電后，電磁吸力消失，銜鐵3在反力彈簧4的作用下釋放，并通過活塞桿6帶動活塞12的肩部所形成的單向閥，迅速地從橡皮膜10上方的氣室縫隙中排出，因此杠桿7和微動開關15能在瞬間復位，線圈1通電和斷電時，微動開關16在推板5的作用下能夠瞬時動作，所以是時間繼電器的瞬動觸頭?？諝庾枘崾降奶攸c是：延時范圍較大(0.4180s)，結構簡單，壽命長，價格低。但其延時誤差較大，無調節(jié)刻度指示，難以確定整定延時值。在對延時精度要求較高的場合，不宜使用這種時間繼電器。常用的JS7-A系列時間繼電器的基本技術數據見表1-9。表1-9 JS7-A空氣阻尼式時間繼電器技術數據3晶體管式 晶體管式時間繼電器也稱半導體式時

42、間繼電器，具有延時范圍廣(最長可達3600s)、精度高(一般為5左右)、體積小、耐沖擊震動、調節(jié)方便和壽命長等優(yōu)點，它的發(fā)展很快，使用也日益廣泛。圖124 JSJ型晶體管式時間繼電器的原理圖晶體管式時間繼電器是利用RC電路中電容電壓不能躍變，只能按指數規(guī)律逐漸變化的原理電阻尼特性獲得延時的。所以，只要改變充電回路的時間常數即可改變延時時間。由于調節(jié)電容比調節(jié)電阻困難，所以多用調節(jié)電阻的方式來改變延時時間。常用的產品有JSJ、JSl3、JSl4、JSl5、JS20型等?，F以JSJ型為例說明晶體管式時繼電器的工作原理。圖1-24為JSJ型晶體管式時間繼電器的原理圖。其工作原理為：接通電源后，變壓器

43、副邊18V負電源通過K的線圈、R5使V5獲得偏流而導通，從而V6截止。此時K的線圈中只有較小的電流，不足以使K吸合，所以繼電器K不動作。同時，變壓器副邊12V的正電源經V2半波整流后，經過可調電阻R1、R、繼電器常閉觸頭K向電容C充電，使a點電位逐漸升高。當點a電位高于b點電位并使V3導通時，在12V正電源作用下V5截止，V6通過R3獲得偏流而導通。V6導通后繼電器線圈K中的電流大幅度上升，達到繼電器的動作值時使K動作，其常閉打開，斷開C的充電回路，常開閉合，使C通過R4放電，為下次充電作準備。繼電器K的其他觸頭則分別接通或分斷其他電路。當電源斷電后，繼電器K釋放。所以，這種時間繼電器是通電延

44、時型的，斷電延時只有幾秒鐘。電位器R1用來調節(jié)延時范圍。表1-10為JSJ型晶體管式時間繼電器的基本技術數據。表1-10 JSJ型晶體管式時間繼電器技術數據4電動機式 電動機式是用微型同步電動機帶動減速齒輪系獲得延時的，分為通電延時型和斷電延時型兩種。它由微型同步電動機、電磁離合系統(tǒng)、減速齒輪機構及執(zhí)行機構組成。常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。電動機式的延時范圍寬，其延時范圍可達072h，分為不同級別。由于同步電機的轉速恒定，減速齒輪精度較高，延時準確度高達1。同時延時值不受電源電壓波動和環(huán)境溫度變化的影響。由于具有上述優(yōu)點，電動機式就延時范圍和準確度而言，是電磁式、空氣阻尼式、晶

45、體管式時間繼電器無法相比的。電動機式的主要缺點是結構復雜、體積大、壽命低、價格貴、準確度受電源頻率的影響等。所以，電動機式不宜輕易選用，只有在要求延時范圍較寬和精度較高的場合才選用。5時間繼電器的選用首先應考慮工藝和控制要求，再根據對延時方式的選用通電延時型和斷電延時型。當要求的準確度低和延時時間較短時，可選用電磁式(只能斷電延時)或空氣阻尼式；當要求的延時準確度較高、延時時間較長時，可選用晶體管式；或晶體管式不能滿足要求時，再考慮使用電動機式?？傊?，選用時除考慮延時范圍和準確度外，還要考慮可靠性、經濟性、工藝安裝尺寸等提出的要求。時間繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-25所示。 (a)線圈一

46、般符號；(b)通電延時線圈；(c)斷電延時線圈；(d)延時閉合常開觸頭； (e)延時斷開常閉觸頭；(f)延時斷開常開觸頭；(g)延時閉合常閉觸頭； (h)瞬動常開觸頭；(i)瞬動常閉觸頭圖1-25 時間繼電器的圖形符號及文字符號(三) 熱繼電器熱繼電器是一種利用電流的熱效應原理，在出現電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載和斷相保護的保護電器。 1熱繼電器的結構及工作原理 熱繼電器其結構原理圖如圖1-26所示。具體由圖中的1-熱元件；2-雙金屬片；3-導板；4-觸頭組成。雙金屬片是熱繼電器的感測元件，由兩種線膨脹系數不同的金屬片用機械碾壓而成。線膨脹系數大的稱為主動層，小的稱為

47、被動層。在加熱以前，兩金屬片長度基本一致。當串在電動機定子電路中的熱元件有電流通過時，熱元件產生的熱量使兩金屬片伸長。由于線膨脹系數不同，且因它們緊密結合在一起，所以,雙金屬片就 圖1-26 熱繼電器雙金屬片會發(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，當電動機過載時，電流增大，加上時間效應，雙金屬片接受的熱量就會增加，從而使彎曲程度加大，最終使雙金屬片推動導板使熱繼電器的觸頭動作，切斷電動機的控制電路。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JR10、JRl4、JRl5、JRl6等系列。按熱元件數量分為兩相結構和三相結構。三相結構中有三相帶斷相保護和不帶斷相

48、保護裝置兩種。JRl6系列熱繼電器的結構示意圖如圖1-27所示。1電流調節(jié)凸輪；2 a、b簧片；3手動復位按鈕；4弓簧；5雙金屬片；6外導板；7內導板；8常閉靜觸頭；9動觸頭；10杠桿；11復位調節(jié)螺釘；12補償雙金屬片；13推桿；14連桿；15壓簧圖1-27 JRl6系列熱繼電器的結構示意圖3差動式斷相保護裝置工作原理圖1-28為帶有差動式斷相保護裝置的熱繼電器動作原理示意圖。圖(a)為通電前的位置；圖(b)是三相均通過額定電流時的情況，此時3個雙金屬片受熱相同，同時向左彎曲內、外導板一起平行左移一段距離，但移動距離尚小，未能使常閉觸頭斷開，電路繼續(xù)保持通電狀態(tài)；圖(c)為三相均勻過載的情況

49、，此時三相雙金屬片都因過熱向左彎曲，推動內外導板向左移動較大距離，經補償雙金屬片和推桿，并借助片簧和弓簧使常閉觸頭斷開，從而達到切斷控制回路保護電動機的目的；圖(d)為電動機發(fā)生一相斷線故障(圖中是右邊的一相)的情況，此時該相雙金屬片逐漸冷卻，向右移動，帶動內導板右移，而其余兩相雙金屬片因繼續(xù)通電受熱而左移，并使外導板仍舊左移，內、外導板產生差動，通過杠桿的放大作用，使常閉觸點斷開，從而切斷控制回路。熱繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-29所示。4選擇熱繼電器的原則根據電動機的額定電流確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。熱繼電器熱元件的額定電流原則上按被控電動機的額定電流選取，即熱元件額

50、定電流應接近或略大于電動機的額定電流。R16、JR20系列是目前廣泛使用的熱繼電器，表1-11所列為JRl6系列熱繼電器主要技術參數。 圖1-28 差動式斷相保護裝置動作原理 圖1-29 熱繼電器的圖形符號及文字符號 表1-11 JRl6系列熱繼電器的主要技術參數 (四) 速度繼電器速度繼電器是根據電動機轉速變化而作出相應動作的繼電器，常用于電動機反接制動的電路中。速度繼電器根據電磁感應原理制成，常用于籠型異步電動機的反接制動控制線路中，也稱反接制動繼電器。當電動機制動轉速下降到一定值時，由速度繼電器切斷電動機控制電路。其結構原理如圖1-30所示。速度繼電器的工作原理實質上是一種利用速度原則對

51、電動機進行控制的自動電器。它主要由轉子、定子和觸頭組成。轉子是一個圓柱形永久磁鐵，定子是一個籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片疊成，并裝有籠型的繞組。速度繼電器的轉軸與被控電動機的軸相連接，當電動機軸旋轉時，速度繼電器的轉子隨之轉動。這樣就在速度繼電器的轉子和圓環(huán)內的繞組便切割旋轉磁場，產生使圓環(huán)偏轉的轉矩，偏轉角度是和電動機的轉速成正比的。當偏轉到一定角度時，與圓環(huán)連接的擺錘推動觸頭，使常閉觸頭分斷，當電動機轉速進一步升高后，擺錘繼續(xù)偏轉，使動觸頭與靜觸頭的常開觸頭閉合。當電動機轉速下降時，圓環(huán)偏轉角度隨之下降，動觸頭在簧片作用下復位(常開觸頭打開，常閉觸頭閉合)。速度繼電器有兩組觸頭(各有一對常開觸頭

52、和常閉觸頭)，可分別控制電動機 正、反轉的反接制動。常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型，一般速度繼電器的動作速度為120rmin，觸頭的復位速度值為100rmin。在連續(xù)工作制中，能可靠地工作在3003600 rmin，允許操作頻率每小時不超過30次。速度繼電器應根據電動機的額定轉速進行選擇。速度繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-31所示。 1轉軸；2轉子；3定子；4繞組； 圖1-31 速度繼電器的圖形符號及文字符號5擺錘；6、9簧片；7、8靜觸點圖1-30 速度繼電器結構第三節(jié) 控制線路中的主令電器主令電器是屬于控制電器，用來發(fā)布命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器；它可以直接作用于控制電路

53、，也可以通過電磁式電器的轉換對電路實現控制。主令電器應用廣泛，種類繁多，本節(jié)僅介紹幾種常用的主令電器。一、控制按鈕控制按鈕又稱為按鈕開關，簡稱按鈕，是最常用的主令電器，在低壓控制電路中用于手動發(fā)出控制信號。其典型結構如圖1-32所示，它由1,2-常閉觸頭；3,4-常開觸頭；5-橋式觸頭；6-復位彈簧；7-按鈕帽等組成。按用途和結構的不同，分為啟動按鈕、停止按鈕和復合按鈕等。啟動按鈕帶有常開觸頭，手指按下按鈕帽，常開觸頭閉合；手指松開，常開觸頭復位。啟動按鈕的按鈕帽采用綠色。停止按鈕帶有常閉觸頭，手指按下按鈕帽，常閉觸頭斷開；手指松開，常閉觸頭復位。停止按鈕的按鈕帽采用紅色。 復合按鈕帶有常開觸頭和常閉觸頭,手指按下按鈕帽，先斷開常閉觸頭再閉合常開觸頭；手指松開，常開觸頭和常閉觸頭先后復位。為了