第四章

電器基礎知識

第一節(jié)常用低壓電器

第二節(jié)變壓器

第三節(jié)電動機

第四節(jié)電氣控制基礎知識

第五節(jié)自動控制基礎知識

學習要點：

1.常用低壓電器的原理與內(nèi)部構造。

2.變壓器的工作原理。

3.電動機的工作原理與分類。

4.電氣控制線路的分類。

5.pLC及監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)的組成。

第一節(jié)常用低壓電器

凡是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和應用能起到切換、控制、調(diào)節(jié)、檢測以及

保護等作用的電工器械均稱為電器。低壓電器通常是指在交流電壓1200V及以

下、直流電壓1500v及以下的電路中使用的電器。

一、低壓電器的分類

低壓電器的品種繁多，分類的方法也很多。

(一)按動作性質(zhì)分類，電器可分為自動電器和非自動電器

(1)自動電器。這類電器有電磁鐵等動力機構，按照指令、信號或參數(shù)變化而

自動動作，使工作電路接通和切斷，如接觸器、自動開關等.

(2)非自動電器。這類電器沒有動力機構，依靠人力或其他外力來接通或切斷

電路，如刀開關、轉(zhuǎn)換開關等。

按工作原理分類，電器可分為電磁式電器和非電量控制器

(1)電磁式電器。電磁式電器是依據(jù)電磁感應原理來工作的電器，如交直流接

觸器、各種電磁式繼電器等。

(2)非電量控制器。電器根據(jù)外力或某種非電物理量的變化而動作，如刀開

關、行程開關、按鈕、速度維電器、壓力繼電器、溫度繼電器等。

(三)按照用途分類，電器可分為控制電器、保護電器和執(zhí)行電器

(1)控制電器。用來控制電動機的啟動、正反轉(zhuǎn)、制動、調(diào)速等動作的電器，如

開關、信號控制電器、接觸器、繼電潛、電磁啟動器等。

(2)保護電器。用于保護電路及用電設備，使其安全運行的電器，如熔斷器、

電流繼電器、熱繼電器等。

（3）執(zhí)行電器。用來驅(qū)動機械運行或保持機械裝置在指定位置的電器。如電磁

閥、電磁離合器、電磁制動器等。

大多數(shù)電器既可作控制電器，也可作保護電器，它們之間沒有明顯的界限。

例如，電流繼電器可按“電流”參量來控制電動機，又可用來保護電動機不致過

載；又如行程開關既可用來控制工作臺的加、減速及行程長度，又可作為終端開

關保護工作臺不致闖到導軌外面去。

二、低壓電器的基本結構

從組成上看，低壓電器一般都具有兩個基本組成部分，即感測部分和執(zhí)行部

分。感測部分大多是電磁機構，執(zhí)行部分一般是觸頭。當觸頭分斷大電流電路時,

一般還需要滅弧裝置。

（一）電磁機構

電磁機構是各種電磁式電器的感測部分，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能從

而帶動觸頭的閉合或分斷。

電磁機構一般由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。根據(jù)動作方式的不同分為直動式

和轉(zhuǎn)動式（見圖4-1-1）o

電磁機構的工作原理是線圈通電流后產(chǎn)生磁場，磁通經(jīng)鐵芯、銜鐵和工作氣

隙形成閉合回路，產(chǎn)生的電磁吸力克服復位彈簧的反作用力，將銜鐵吸向鐵芯；

線圈斷電后，銜鐵在復位彈簧的作用下恢復原始狀態(tài)。電磁鐵分為直流電磁鐵和

交流電磁鐵。

（二）觸頭

觸頭用來接通和斷開電路，是一切有觸頭的電器的執(zhí)行元件。對觸頭的要求

一般是：接通時導電性能好、不跳（振）動、噪聲小、不過熱；斷開時能可靠地

刀開關的額定電壓一般為交流500V、直流440V以下，額定電流有10A、

15A、20A、30A、60A、100A、200A、400A、600A、1000A及1500A等。

刀開關體積大，操作費力，每小時允許接通次數(shù)低。因此，刀開關主要用作

車間配電線路中電源的引入開關或隔離開關，起到隔離電源卻分斷負載的作用。

常用的刀開關有膠蓋刀開關和鐵殼開關，通常都帶有熔斷器以起短路保護作用

（見圖4-1-4）o

進線座

（二）組合開關

組合開關經(jīng)常作為轉(zhuǎn)換開關使用，但在電氣控制線路中也作為隔離開關使

用，起不頻繁接通和分斷電氣控制線路的作用。組合開關與刀開關不同，其操作

是左右旋轉(zhuǎn)的平面操作，所以又稱為轉(zhuǎn)換開關。按用途分為單電源開關、兩電源

或兩電路換接開關、三電路換接開關、四電路換接開關、控制小容量交流電動機

開關、電焊機開關。按安裝形式分為板前接線式、板后接線式。按極數(shù)可分為單

極、二極、三極、四極。按節(jié)數(shù)可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)、五節(jié)、六節(jié)。

額定電流有10A、15A、20A、40A、60A等幾個等級，如圖4一1一5所示。

普通類型的組合開關，各極是同時接通或同時分斷的。在機床控制電路中，

這種組合開關主要作為電源弓人開關，有時也用來啟動那些不經(jīng)常啟、停的小型

電機（W5kw）,如小型砂輪機、冷卻泵電機或小型通風機等。

組合開關也可以做成在一個操作位置上，使總極數(shù)中的一部分接通、一部分

斷開的結構，即所謂交替通斷的類型。謂兩位轉(zhuǎn)換類型。這兩類組合開關可作為

控制小型鼠籠形感應電動機的正、反轉(zhuǎn)，星一三角啟動或多速電動機的換速之用。

組合開關外形和結構如圖4-1-6所示，組合開關沿轉(zhuǎn)軸4自下而上分別安

裝了3層開關組件，每層上均有一個動觸頭8、一對靜觸頭9及一對接線柱1,

各層分別控制一條支路的通與斷，形成

組合開關的三極。當手柄3每轉(zhuǎn)過一定

角度，就帶動固定在轉(zhuǎn)軸上的3層開關

組件中的3個動觸頭同時轉(zhuǎn)動至一個新

位置，在新位置上分別與各層的靜觸頭

接通或斷開。

根據(jù)組合開關在電路中的不同作

用，組合開關圖形與文字符號有兩種。

當在電路中用作隔離開關時，其圖形符

號如圖4一1一7所示，其文字標注

符為Qs,有單極、雙極和三極之分，1.接線柱2.絕緣柄3.手柄4.轉(zhuǎn)軸

機床電氣控制線路中一般采用三極組合5.彈簧6.凸輪7.絕緣墊板8.動觸頭9.靜觸頭

圖4-1-6組合開關示意圖

開關。

(a)單極(b)雙極(c)三極

004-1-7組合開關圖形符號

圖4-1-8所示是組合開關作轉(zhuǎn)換開關使用時

LlL2L3

的圖形符號，圖示是一個三極組合開關，圖中I與

II分別表示組合開關手柄轉(zhuǎn)動的兩個操作位置，I

位置線上的3個空點右方畫了3個黑點，表示當SA

n

手柄轉(zhuǎn)動到I位置時，LI、LZ與L3支路線分別

與、、支路線接通；而位置線上個空TTT

UVWn3UVW

點右方?jīng)]有相應黑點，表示當手柄轉(zhuǎn)動到n位置

圖4-1-2組合開關作轉(zhuǎn)換

時，LI、L2與L3支路線與U、V、W支路線處于開關時的圖形符號

斷開狀態(tài)。

（三）轉(zhuǎn)換開關

轉(zhuǎn)換開關在電氣控制線路中常用于skw以下電動機的啟動、停止、變速、換

向和星一三角啟動，還可用于電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換。

圖4-1-9所示是專用作小容量異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)換開關。開關右側(cè)

裝有3副靜觸頭，標注號分別為LI、L2和W,左側(cè)也裝有3副靜觸頭，標注

號分別為U、V、L3。轉(zhuǎn)軸上固定有兩組共6個動觸頭。開關手柄有“倒”“?！?/p>

“順”3個位置，當手柄置于“?！蔽恢脮r，兩組動觸頭與靜觸頭均不接觸。

（a）外形（b）結構

1.動觸頭2.靜觸頭3.調(diào)節(jié)螺釘4.觸頭壓力彈簧

圖4-1-9轉(zhuǎn)換開關

圖4TT0所示是轉(zhuǎn)換開關的圖形符號。圖中小黑點表示開關手柄在不同位置上

各支路的通斷狀況。開關手柄置于“?！蔽恢脮r支路1—6均不接通，置于“順”

位置時支路1、么3接通，置于“倒”位置時則支路4、5、6接通。

（四）低壓斷路器

低壓斷路器又稱自動開關、空氣開關，不但LlL2L3

能用于正常情況時不頻繁接通和斷開電路，而且|

當電路中出現(xiàn)過載、短路等故障時，能自動切斷LI.3臣5[6]順

故障電路，有效地保護串接在后面的電氣設備，1F'"7廣-1

因此在電氣控制線路中使用廣泛?！浮窱「I

低壓斷路器的種類很多，按其結構形式可分uVW

為框架式（萬能式）和塑料外殼式（裝置式）；圖4-1-10轉(zhuǎn)換開關圖形符號

按操作可分為手動、電動和液壓傳動操作；按觸

頭數(shù)目可分為單極、雙極和只極；按動作速度可分為延時動作、普通速度和快速

動作等。

低壓斷路器的額定電流和額定電壓應不低于電氣控制線路中設備正常工作

電流和工作電壓，極限通斷能力應不低于電路的最大短路電流，欠電壓脫扣器的

額定電壓應等于電氣控制線路的額定電壓，過電流脫扣器的額定電流應不低于電

氣控制線路的最大負載電流。

圖4-1?11所示是低壓斷路器結構示意圖。主觸頭1由操作機構手動或電

動合閘，在合閘位置上自由脫扣機構2將主觸頭鎖扣在閉合狀態(tài)。電氣控制線

路正常工作時，過電流脫扣器3線圈所產(chǎn)生吸力不能將上方的擺桿吸合，電氣

控制線路中出現(xiàn)短路故障，短路過電流使過電流脫扣器線圈吸力增加，將線圈上

方的擺桿式銜鐵吸合使之繞支點逆時針轉(zhuǎn)動，自由脫扣機構上升并和主觸頭脫

扣，主觸頭在拉簧作用下左移分斷電路。

1.主觸頭2.自由脫扣機構3.過電流脫扣器4.分勵脫扣器

5.熱脫扣器6.失壓脫扣器7.按鈕

圖4-1-11低壓斷路器結構示意圖

電氣控制線路中出現(xiàn)過載故障時，熱脫扣器5的線圈因發(fā)熱對上方的雙金

屬片進行加熱，因雙金屬片的下層金屬材料的膨脹系數(shù)大于上層，加熱后雙金屬

片產(chǎn)生上翹，推動自由脫扣機構上升而使主觸頭脫扣分

斷電路。電氣控制線路中出現(xiàn)失壓現(xiàn)象時，失壓脫扣器

6線圈的吸力減少而不能吸合上方的銜鐵，從而使銜鐵

上升導致自由脫扣機構隨之上升，主觸頭脫扣而分斷電

路。分勵脫扣器4則作為遠程控制分斷電路用，受按鈕

7控制，合上遠地的按鈕，則分勵脫扣器線圈吸合卜方

的擺桿式銜鐵，自由脫扣機構上升，使主觸頭分斷電路。圖4-1-12低壓斷路器

低壓斷路器在電氣原理圖中的圖形符號如圖4一1一圖形符號

12所示。

（五）按鈕

按鈕是機床電氣設備中常用的一類手動電器。由于這類電器主要用來發(fā)布電

氣控制的“命令”，以控制其他電器的動作，所以又稱為主令電器。

按鈕開關的外觀和結構示意圖如圖4-113所示。

4.常開觸頭5.常閉觸頭

圖4-1-13按鈕及其結構

按鈕經(jīng)常用作短時接通或斷開小電流控制電路的開關，通過遠距離控制接觸

器、繼電器等電器來控制電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。因此，一個按鈕盒內(nèi)常包

括兩個以上的按鈕元件，在線路中起不同的作用。最常見的是由兩個按鈕元件組

成“啟動”“停止”的雙聯(lián)按鈕，以及由3個按鈕元件組成的“正轉(zhuǎn)”“反轉(zhuǎn)”

“停止”的三聯(lián)按鈕，即復合按鈕。此外還有一種緊急式按鈕一裝有凸出的蘑

菇形鈕帽，常作為“急?！卑粹o。

按鈕開關的圖形與文字符號如圖4TT4所示。

SB

常開

圖47-14按鈕開關的圖形與文字符號

（四）行程開關

行程開關也稱為限位開關，它把接收到的機械位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，完?/p>

電動機及電路的控制。行程開關的作用是控制電動機按照既定的行程啟動、停止、

反轉(zhuǎn)、變速和循環(huán)，形成機械運動控制和安全保護。

行程開關的作用過程：行程開關內(nèi)部設置有類似于微動開關的元件，可以在

接收到機械力時，對開關內(nèi)部的觸頭進行作用使其發(fā)生轉(zhuǎn)換。行程開關的控制鈕

在工作時會受到工作機械的碰觸，微動開關作用觸頭，觸頭狀態(tài)的改變使工作機

械的運動動方向發(fā)生改變，在機械力信號消失后，行程開關復位。

行程開關所控制的工作機械，通常會在運動部件上的固定位置配有特殊的

觸塊，它的作用是更清晰的將機械信號傳遞給行程開關。行程開關的控制鈕通常

可以直接接觸到觸塊，部分情況下也有行程開關是由傳動桿接觸觸塊，再將機械

信號傳遞給控制鈕的。

行程開關主要可以分為兩個種類，直動式行程開關和旋轉(zhuǎn)式行程開關。行

程開關的這兩個種類的基本結構相似，部件都包括操作機構、傳動系統(tǒng)、觸頭系

統(tǒng)和外殼，其中區(qū)別是在于兩種行程開關的傳動系統(tǒng)不同。

直動式行程開關也叫按鈕式行程開關，顧名思義它的動作原理與按鈕有很

多相似之處。旋轉(zhuǎn)式行程開關的結構是由擋鐵壓動滾輪，滾輪傳動桿帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)

動，再以凸輪撞擊撞塊令觸頭斷開和閉合，當擋鐵移開后，做頭在復位彈簧作用

下復位。旋轉(zhuǎn)式行程開關中的雙滾輪式設計，是不具有自動復位功能的。雙滾輪

式行程開關在與觸塊脫離之后，不會自動復位，而是等待觸塊做往返運動直至再

次與滾輪接觸，借助觸塊的外力完成復位過程。

常用行程開關有直動式、單輪旋轉(zhuǎn)式和雙輪旋轉(zhuǎn)式等。其圖形與文字符號如

圖4_1_15所示。

（a）直動式（b）單輪旋轉(zhuǎn)式（c）雙輪旋轉(zhuǎn)式（a）常開式（b）常閉式

圖4-1-15行程開關的圖形與文字符號

直動式行程開關結構如圖4-1

-16所示，當運動機械的擋鐵撞到行

程開關的頂桿1時，頂桿受壓觸動

使常閉觸頭3斷開，常開觸頭5閉

合；頂桿上的擋鐵移走后，頂桿在彈

簧2作用下復位，各觸頭回至原始

通斷狀態(tài)。

1.頂桿2.彈簧3.常閉觸頭4.觸頭彈簧S.常開觸頭

圖4-1-16直動式行程開關結構

旋轉(zhuǎn)式行程開關結構如圖4-1-17所示，當

運動機械的擋鐵撞到行程開關的滾輪1時，行程

開關的杠桿2連同轉(zhuǎn)軸3、凸輪4一起轉(zhuǎn)動，

凸輪將撞塊5壓下，當撞塊被壓至一定位置時便

推動微動開關7動作，使常閉觸頭斷開，常開觸

頭閉合；當滾輪上的擋鐵移走后，復位彈簧8就

使行程開關各部件恢復到原始位置。行程開關觸

頭圖形與文字符號如圖4-1T8所示。

1.滾輪2.杠桿3.轉(zhuǎn)軸

4.凸輪5.撞塊6.調(diào)節(jié)螺釘

7.微動開關8.復位彈簧

圖4-1-17旋轉(zhuǎn)式行程開關結構

(a)行程開關常閉觸頭(b)行程開關常開觸頭

圖4-1-18行程開關觸頭圖形與文字符號

行程開關選用時根據(jù)使用場合和控制對象確定行程開關種類。例如當機械運

動速度不太快時通常選用一般用途的行程開關，在機床行程通過路徑上不宜裝直

動式行程開關而應選用凸輪軸轉(zhuǎn)動式行程開關。行程開關額定電壓與額定電流則

根據(jù)控制電路的電壓與電流選用。

為克服直動式結構的缺點，常采用具有彎片狀彈簧的瞬動機構的微動開關，

其圖形及原理如圖4?1?19所示。

】?操作鈕2.彈簧3.彈簧片4.常閉觸頭S.常開觸頭6.拉鉤

圖47-19微動開關的圖形及原理

當推桿被壓下時，彈簧片發(fā)生變形，儲存能量并產(chǎn)生位移，當達到預定的臨

界點時，彈簧片連同動觸點產(chǎn)生瞬時跳躍，從而導致電路的接通、分斷或轉(zhuǎn)換。

同樣，減小操作力時，彈簧片釋放能量并產(chǎn)生反向位移，當通過另一臨界點時，

彈簧片向相反方向跳躍。采用瞬動機構可以使開關觸點的接觸速度不受推桿壓下

速度的影響，這樣不僅可以減輕電弧對觸點的燒蝕，而且也能提高觸點動作的準

確性。微動開關的體積小、動作靈敏，適合在小型機構中使用，但由于推桿所允

許的極限行程很小，以及開關的結構強度不高，因此在使用時必須對推桿的最大

行程在機構上加以限制，以免壓壞開關。

（七）非接觸式行程開關

前述行程開關和微動開關均屬接觸式行程開關，工作時均有擋塊與推桿的機

械碰撞和觸點的機械分合，在動作頻繁時，容易發(fā)生故障，工作可靠性較低。近

年來，隨著電子器件的發(fā)展和控制裝置的需要，一些非接觸式行程開關應運而生,

這類產(chǎn)品的特點是，當擋塊運動時，無須與開關的部件接觸即可發(fā)出電信號，故

以其使用壽命長、操作頻率高、動作迅速可靠而得到了廣泛的應用。這類開關有

接近開關、光電開關等。

1.接近開關

為了克服有觸點行程開關可靠性較差，使用壽命短和操作頻率低的缺點，采

用了無觸點式行程開關，也叫電子接近開關。目前晶體管無觸點電子開關正獲得

越來越多的應用。接近開關大多由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成，接近

開關工作原理如圖4-1-20所示。振蕩器振蕩后，在開關的感應面上產(chǎn)生交變磁

場，當金屬物體接近感應面時，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩

器減弱以致停振。振蕩與停振是兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進制的

開關信號，從而達到檢測位置的目的。

圖4-1-20接近開關工作原理

接近開關外形結構多種多樣，電子電路裝調(diào)后用環(huán)氧樹脂密封，具有良好的防潮、防腐

性能。它既能無接觸又無壓力地發(fā)出檢測信號，又具有靈敏度高、頻率響應快、重復定位精

度高、工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長等優(yōu)點。在自動控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應用。其圖形與文

字符號如圖4T-21所示。

o\SQO-

圖4-1-21接近開關圖形與文字符號

2.光電開關

開關內(nèi)部有發(fā)光及受光器件，半導體光源經(jīng)脈沖調(diào)制發(fā)射出一定周期的脈沖

光,經(jīng)檢測物的反射或遮光后被光敏元件接收,把經(jīng)過光電變換的信號進行放大、

選通、檢波、整形后再放大輸出。其外形多種多樣，如圖4-1-22所示。

trinr

B4-1-22光電開關⑶檢收肝

國1光申開關T作云意聞

光電開關具有體積小、可靠性高、檢測精度高、響應速度快、易與TTL及CMOS

電路兼容的優(yōu)點。光電開關的光源可采用紅外線、可見光、光纖等，其按工作原

理分為透光型和反射型兩種。

（八）接觸器

接觸器是一種根據(jù)外來輸入信號利用電磁鐵操作，頻繁地接通或斷開交、直

流主電路及大容量控制電路的自動切換電器。主要用于控制電動機、電焊機、電

熱設備、電容器組等。其工作原理為：當電磁鐵線圈得電，電磁鐵吸合時，帶動

接觸器觸頭閉合，使電路接通。線圈失電時，電磁鐵在彈簧力作用下釋放，接觸

器觸頭斷開，使電路切斷。

接觸器不僅能實現(xiàn)遠距離集中控制，而且操作頻率高、控制容量大，具有低

壓釋放保護、工作可靠、使用壽命長和體積小等優(yōu)點，是繼電器一接觸器控制系

統(tǒng)中最重要和最常用的元件之一。

接觸器的基本參數(shù)包括：主觸頭的額定電壓、主觸頭允許切斷電流、觸頭數(shù)、

線圈電壓、操作頻率、機械壽命和電壽命等。現(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器，其額定電流最

大可達2500A,允許接通次數(shù)為150-1500次/h,總壽命可達到1500萬

-2000萬次。接觸器的外形婦圖4-1-23所示，圖形和文字符號如圖4-1-24所

Zj\o

BB4-1-24接觸器的圖形和文字符號

1.交流接觸器

交流接觸器常用于遠距離接通或

斷開電壓至1140V、電流至63OA的

交流電路，以及頻繁控制交流電動機。

接觸器可分為兩種狀態(tài)，即常開狀態(tài)

和常閉狀態(tài)。接觸器一般由電磁系統(tǒng)、

觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、彈簧和支架底

座等部分組成（見圖4-1-25）。

L觸動橋2.靜觸頭3.銜鐵4.緩沖彈簧5.電磁線圈

6.鐵芯7.墊苞8.觸頭彈簧9.滅弧罩10.觸頭壓力黃片

圖4-1-25接觸器結構示意圖

(1)電磁系統(tǒng)

交流接觸器的電磁系統(tǒng)采用交流

電磁機構，當線圈通電后，銜鐵在電磁吸力的作用下，克服復位彈簧的反力與鐵

芯吸合，帶動觸頭動作，從而接通或斷開相應電路。線圈斷電后，銜鐵及觸頭恢

復常態(tài)。

(2)觸頭系統(tǒng)

根據(jù)用途的不同，接觸器的觸頭可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用來通斷

電流較大的主電路，一般由3對動合觸頭組成；輔助觸頭用來通斷小電流的控

制電路，由成對的動合、動斷觸頭組成。

(3)滅弧裝置

接觸器通常用于通斷大電流，因此，有效地滅弧是十分重要的。交流接觸器

通常采用電動力滅弧和滅弧柵滅弧。

(4)其他部分

包括復位彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動機構、接線柱和外殼等。常

用的交流接觸器產(chǎn)品：國內(nèi)有N才3(CJ46)、CJ12、CJ10X.CJ20、CJX1、

CJX2等系列；引進國外技術生產(chǎn)的有B系列、3TB、3TD>LC-D等系列。

2.直流接觸器

直流接觸器主要用來遠距離接通或斷開電壓至440V、電流至630A的直流電

路，其組成部分和工作原理與交流接觸器基本相同，只是采用了直流電磁機構(為

了保證鐵芯的可靠釋放，常在磁路中夾有非磁性墊片以減小剩磁的影響)。由于

直流接觸器的線圈通以直流電，所以沒有沖擊的啟動電流，也不會產(chǎn)生鐵芯猛烈

撞擊現(xiàn)象，因而它的壽命長，更適用于頻繁啟動、制動的場合。目前常用的直流

接觸器型號有CZO、CZ18等系列。

直流接觸器常用縱縫和磁吹裝置滅弧(圖4-1-26)o

XX線圈的磁場

匕觸動點移動速度

(a)縱縫滅孤(b)被吹滅弧

0B4-1-26直流接觸器的滅通奘?

（1）縱縫滅弧縱縫滅弧裝置如圖4-1-26（a）所示其原理為依靠磁場

產(chǎn)生的電動力將電弧拉人用耐弧材料制成的夾縫中，加快散熱冷卻，從而達到滅

弧目的。（2）磁吹滅弧磁吹滅弧裝置如圖4-1-26（h）所示）觸頭回路（主

回路）中串接有吹弧線圈（較粗的幾匝導線，其間穿以鐵芯增加導磁性），通電

后會產(chǎn)生較大的磁通。觸頭分斷的瞬間產(chǎn)生的電弧就是載流體，它在磁通的作用

下產(chǎn)生電磁力州寄電弧拉長并冷卻從而滅弧。由于電磁電流越大，吹弧的能力越

大，且磁吹力的方向與電流方向無關，故一般應用于直流接觸器中。

（九）繼電器

繼電器是一種利用輸人信號（電流、電壓、時間、溫度等）的變化來接通或

斷開所控制的電路，以實現(xiàn)自動控制或完成保護任務的自動電器。與接觸器不同，

繼電器主要用于反映控制信號，其觸點數(shù)目多、容量?。ㄖ荒芡ㄟ^小電流），觸

點通常接在控制電路中。

繼電器的種類很多，分類方法也很多，常用的分類力法有：

按輸人量的物理性質(zhì)分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器和溫度繼

電器等；

按動作原理分為：電磁式繼電器、干簧繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和

電子式繼電器等。

按動作時間分為：快速繼電器、延時繼電器和一般繼電器

按執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用原理分為：有觸點繼電器和無觸點繼電器。

電磁式繼電器具有工作可靠、結構簡單、制造方便、壽命長等一系列優(yōu)點，

故在機床電氣控制中應用很廣，但隨著科技的進步，固態(tài)繼電器有逐步取代傳統(tǒng)

電磁式繼電器之勢。

電磁式繼電器有交流和直流之分，兩者的主要結構和工作原理與接觸器基本

相同。

1中間繼電器

中間繼電器又稱為輔助繼電器，它本質(zhì)上是電壓繼電器，但它的觸頭較多（觸

頭多達6對甚至更多，觸頭沒有主、輔之分），觸頭能承受的電流也較大（額

定電流5—10A）,動作靈敏（動作時間小于0.055）

中間繼電器的主要用途是當其他繼電器的觸頭數(shù)或觸頭容量不夠時，可借助

中間繼電器來擴大觸頭數(shù)或觸頭容量，起到中間轉(zhuǎn)換的作用

中間繼電器的常用型號有Jzls、JZ14、Jzl7（交流和直流）及JZ7、JZS

（交流）。中間繼電器的圖形與文字符號如圖4—1一27所示

2.時間繼電器

圖4-1-27中間繼電器圖形與文字符號

時間繼電器是種接收信號(線圈通電或斷電)，經(jīng)過一定的延時才'能輸出

信〃號，實現(xiàn)觸頭延時動作的控制電器，適用于定時控制。時間繼電器的圖形與

文字符號如圖4-1-28所示。

圖4-1-28時間繼電器圖形與文字符號

按延時方式分，時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型；按動作原理與

構造的不同分，時間繼電器可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式等類型。

(1)空氣阻尼式時間繼電器

空氣阻尼式通電延時型時間繼電器結構如圖4T-29(a)所示，當線圈1

通電后，鐵芯2將銜鐵3吸合，推板5使微動開關16立即動作，而活塞桿6在

塔形彈簧7作用下將帶動活塞13及橡皮膜9向上移動。

(a)通電延時原理(b)斷電不延時原理(c)斷電延時原理

L線圈2.鐵芯3.銜鐵4.復泣彈簧，推板6.活塞桿7.塔形彈簧&弱彈簧。.橡皮膜

10.空氣室壁II.調(diào)衍螺桿12.進氣孔13.活塞14、16.微動開關】5.杠桿

圖4-1-29空氣阻尼式時間繼電器原理

由于橡皮膜下氣室空氣須經(jīng)進氣孔12緩慢補充，因此橡皮膜下氣室短期內(nèi)

形成負壓，導致活塞桿不能迅速上移產(chǎn)生延時，活塞桿緩慢升到最上端時才能通

過杠桿巧觸動微動開關14,延時時間長短取決于進氣孔12的大小，可通過調(diào)

節(jié)螺桿H調(diào)節(jié)。圖4-1-29(b)所示是斷電不延時工作原理。當線圈1斷電時,

銜鐵3在復位彈簧4作用下將活塞13推至最下端的狀態(tài)。由于橡皮膜下氣室

內(nèi)的空氣可通過活塞桿6與橡皮膜之間的間隙順利進人上氣室，上、下氣室間

不形成負壓，因此微動開關14與16都迅速復位。

圖4?1?29(C)所示是將電磁機構倒置安裝構成斷電延時型時間繼電器示意

圖。斷電時微動開關14將在延時后觸動。

空氣阻尼式時間繼電器延時精度較低，不能精確設定延時時間，延時精度要

求較高的電氣控制線路中不宜采用。

(2)電子式時間繼電器

電子式時間繼電器可分為晶體管式時間繼電器和數(shù)字式時間繼電器。晶體管

式時間繼電器具有延時范圍廣、體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便以及壽命長等優(yōu)點，

因而得到了廣泛的應用。

晶體管式時間繼電器分為通電延時型、斷電延時型和帶瞬動觸點的通電延時

型。它們均是利用RC電路充放電原理構成延時。

數(shù)字式時間繼電器采用數(shù)字脈沖計數(shù)電路，較之晶體管式時間繼電器來說，

延時范圍更大，精度更高，主要用于各種需要精確延時和延時時間較長的場合。

這類時間繼電器功能特別強，有通電延時、斷電延時、定時吸合、循環(huán)延時4種

延時形式和十幾種延時范圍供用戶選擇，這是晶體管式時間繼電器無可比擬的。

電子式時間繼電器常用產(chǎn)品有JS、JSB、JJSB、JS14、JS20等系列。

(3)時間繼電器選用

時間繼電器選用時主要考慮延時范圍、延時類型、延時精度及工作條件等。

3.壓力繼電器

壓力繼電器是將流體壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕霓D(zhuǎn)換元件，常用于氣動、液壓

控制系統(tǒng)或多機床自動線中，也用于氣路中的連鎖裝置、機床上的氣動卡盤中,

如圖4-1-30所示。

圖4-1-30壓力繼電器

壓力繼電器有柱塞式、膜片式、彈簧管式和波紋管式4種結構形式。柱塞式

壓力繼電器的結構如圖4-1-31所示，由柱塞、彈簧、調(diào)節(jié)螺母和微動開

關等組成。微動開關與頂桿間的距離一般大于0.2mmo

壓力繼電器安裝在氣

路、水路或油路的分支管路

中。當管路的壓力超過整定

值時，通過緩沖器、橡皮膜

抬起頂桿，使微動開關動

作。管路壓力低于整定值

時，頂桿脫離微動開關，觸

頭復位。通過調(diào)節(jié)螺母，可

調(diào)節(jié)整定壓力。壓力繼電器

必須放在壓力有明顯變化進油口

柱塞式壓力繼電器結構

的地方才能輸出電信號。例

如若將壓力繼電器接在回油路中，因回油路接油箱，壓力無變化，壓力繼電器將

不會工作。常用的壓力繼電器有YJ系列、TE52系列和YT-1226系列等。

4.固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器是由半導體元件組成的無觸頭開關器件，它較之電磁式繼電器具

有工作可靠、壽命長、對外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強、開關

速度快、無火花、無動作噪聲和使用方便等一系列優(yōu)點，因而具有很寬的應用領

域，有逐步取代傳統(tǒng)電磁式繼電器之勢，并進一步擴展到許多傳統(tǒng)電磁式繼電器

無法應用的領域，如計算機的輸人輸出接口、外圍和終端設備。在一些要耐振、

耐潮、耐腐蝕、防爆等特殊工作環(huán)境中以及要求高、可靠的工作場合，都較之傳

統(tǒng)的電磁式繼電器有無可比擬的優(yōu)越性，固態(tài)繼電器的缺點是過載能力低，易受

溫度和輻射影響，通斷阻抗比小。

固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸人端，另兩個接線端為輸出端的四端器件,

中間采用隔離器件實現(xiàn)輸人、輸出的電隔離。

固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關形式可分為常開

型和常閉型。按隔離形式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔

離型為最多。

（+）保護電器

1.熔斷器

熔斷器是一種簡單有效而價廉的保護電器，是利用金屬的熔化作用來切斷電

路的。它串接在所保護的電路中，作為電路及用電設備的短路或嚴重過載的保護

元件。熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和放置熔體的絕緣管（有利于熔斷器的

滅?。┗蚪^緣底座（亦稱熔殼）組成，熔體是由易熔金屬鉛、錫、鋅、銅、銀及

其合金制成，有絲狀、片狀及籠狀等形式。正常工作情況下，負載電流流過熔體,

熔體電阻引起的損耗使其發(fā)熱，但發(fā)熱溫度低于熔體的熔化溫度，故長期不會熔

斷；當電路發(fā)生過載或短路時，電流大于熔體允許的正常發(fā)熱電流，熔體溫度急

劇上升，超過熔體的熔點使熔體熔斷，從而切斷電路，保護了其他電氣設備。更

換新熔體后，電路又可重新工作。

熔體允許長期通過1.2倍額定電流。但當電路發(fā)生短路及嚴重過載時，熔

體中產(chǎn)生的熱量與通過電流的平方及通過電流的時間成正比，即通過電流越大，

熔體熔斷的時間越短。

熔斷器的類型有瓷插式、螺旋式和密封管式3種。熔斷器的圖形與文字符號

如圖4-1-32所示。

圖4-1-32熔斷器圖形與文字符號

選擇熔斷器時，主要考慮以下幾個主要技術參數(shù)。

(1)額定電壓

這是從滅弧角度出發(fā)，規(guī)定熔斷器所在電路工作電壓的極限。如果熔斷器的

實際工作電壓超過該額定電壓，一旦熔體熔斷時，可能發(fā)生電弧不能及時熄滅的

現(xiàn)象。

(2)熔體額定電流

這是指熔體長期通電而不會熔斷的最大電流。廠家生產(chǎn)的熔體有大小不同的

若干標準值，可根據(jù)負載電流的大小來選定。

(3)熔斷器額定電流

這是熔斷器長期工作所允許的由溫升決定的電流值。該額定電流應不小于所

選熔體的額定電流，并且在該額定電流范圍內(nèi)的不同規(guī)格的熔體可裝人同一熔殼

內(nèi)。

(4)極限分斷能力

極限分斷能力是指熔斷器所能分斷的最大短路電流值。它取決于熔斷器的滅

弧能力，與熔體的額定電流大小無關。一般有填料的熔斷器分斷能力較大，可大

至數(shù)十千安到數(shù)百千安。較重要的負載或距離變壓器較近時，應選用分斷能力較

大的熔斷器。

2.熱繼電器

熱繼電器是根據(jù)被控對象的溫度變化而動作的繼電器，主要用來保護電動機

的過載。電動機工作時允許短時過載，但長期過載、欠電壓運行或缺相運行時，

電動機的溫升就會超過額定工作溫升，導致繞組絕緣損壞，降低電動機的壽命，

必須予以保護。但熔斷器和過電流繼電器只能保護電動機不超過允許的最大電

流，并不能反映電動機的發(fā)熱狀況。因此，常采用

熱繼電器進行保護(見圖4-1-33)o

(1)熱繼電器的結構和工作原理

熱繼電器由加熱元件、雙金屬片、觸頭系統(tǒng)等

組成(見圖4—1—34),其中雙金屬片是關

鍵的測量元件。雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的

金屬通過機械碾壓形成一體，熱膨脹系數(shù)大的一側(cè)

稱為主動層，小的一側(cè)稱為被動層。雙金屬片受熱

困4-1-33熱繼電器

后產(chǎn)生熱膨脹，但由于兩層金屬的熱膨脹系數(shù)不

同，且兩層金屬又緊密地結合在一起，致使雙金屬

片向被動層一側(cè)彎曲，因受熱而彎曲的雙金屬片產(chǎn)生的機械力就帶動動觸頭產(chǎn)生

分斷電路的動作。

熱繼電器原理圖中加熱元件13串接在電動機定子繞組中，電動機繞組電流

即為流過加熱元件的電流。

L固定柱2.雙金屬片3.導板4、6彈觸頭5.動觸頭連桿7.螺釘8.復位按鈕

9.簧片10.彈簧11.支撐桿12.調(diào)節(jié)偏心輪13.加熱元件14.補償雙金屬片

圖4-1-34熱繼電器原理圖

電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片2彎曲，但不足以

使熱繼電器動作，只有當電動機過載時，加熱元件產(chǎn)生大量熱量使雙金屬片彎曲

位移增大從而推動導板3左移，通過補償雙金屬片14與簧片9將動觸頭連桿5

和靜觸頭4分開。

動觸頭連桿5和靜觸頭4是熱繼電器串接于接觸器電氣控制線路中的常閉

觸頭，一旦兩觸頭分開，就使接觸器線圈斷電，再通過接觸器的常開主觸頭斷開

電動機的電源，使電動機獲得保護。熱繼電器文字符號如圖4T-35所示。

圖4-1-35熱繼電器文字符號

(2)熱繼電器的選擇

主要根據(jù)電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號和熱元件的額定電流等

級。例如某電動機的額定電流為14.6A,額定電壓為380V,如果選用JRI0一

40型熱繼電器，則可選擇熱元件的電流等級為16A,其電流調(diào)節(jié)范圍為10—

16A,因此可將其電流整定為14.6Ao

3.電流繼電器

電流繼電器根據(jù)電流信號動作，是使用最多的基礎繼電器之一。電流繼電器的線

圈是電流線圈，其特點是匝數(shù)少、導線粗、阻抗小、能通過較大電流，串接于被

保護電路中。電流繼電器分為欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。大于線圈額定

電流值而動作的為過電流繼電器，小于線圈額定電流值而動作的為欠電流繼電

器，兩者結構、原理大致相似。電流繼電器的圖形及結構，如圖4-卜36所示。

5.電流線圖6.常開觸頭7.常閉觸頭

圖4-1-36電流繼電器的圖形及結構

過電流繼電器廣泛用于直流電動機或繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的控制電路中，用

于頻繁、重載啟動的場合，作為電動機或主回路的過載、短路保護；欠電流繼電

器主要用于直流電動機中，對電動機進行弱磁保護（防止勵磁電流過小，電動機

因轉(zhuǎn)速過高或電樞電流過大而損壞）。

欠電流繼電器的吸引電流通常是線圈額定電流的30%-65%,釋放電流

為額定電流的10%-20%,因此，電路正常工作時，銜鐵是吸合的；當電流

低于某一整定值時，繼電器釋放，輸出信號。過電流繼電器在電路正常工作時不

動作，當電流超過某一整定值時才動作，整定范圍通常為1.1—4倍額定電

流。

比較常見的欠電流繼電器有JT3、JT4、JT9、JT10,過電流繼電器有

JL3、JT4、JL14、JL15等型號。選擇電流繼電器時主要根據(jù)電路內(nèi)的電流種

類和額定電流的大小。

4.電壓繼電器

電壓繼電器根據(jù)電壓信號動作，也是使用數(shù)量最多的基礎繼電器之一（見圖4T

-37）o根據(jù)動作電壓的不同有過電壓繼電器、欠（零）電壓繼電器之分。

圖4-1-37電壓繼電器

（I）過電壓繼電器

當控制線路出現(xiàn)超過所允許的正常電壓時（一般是額定電壓的110%—115%）,繼電

器動作而控制切換電器（接觸器），使電動機等停止工作，以保護電氣設備不致

因過高的電壓而損壞。

（2）欠（零）電壓繼電器

當控制線圈電壓過低，使控制系統(tǒng)不能正常工作（如異步電動機因TocU「

不宜在電壓過低的情況下工作），此時利用欠電壓繼電器電壓過低時動作，使控

制系統(tǒng)或電動機脫離不正常的工作狀態(tài)，這種保護稱欠（零）壓保護。通常，欠

電壓繼電器在電壓為額定電壓的40%—70%時動作；零電壓繼電器當電壓降

低到額定電壓的5%-25%時動作。

欠（零）電壓繼電器常用于交流電動機的欠壓和零壓保護以及制動和反轉(zhuǎn)控制等;

過電壓繼電器常用于直流電動機放大機控制系統(tǒng)中，防止放大機因過高的電壓而

損壞。

電壓繼電器的結構與電流繼電器相似，不同的是其線圈為電壓線圈，線圈匝

數(shù)多、導線細、阻抗大，與相應電源并聯(lián)。常用的電壓繼電器有JT系列、JY系

列等。選擇電壓繼電器時根據(jù)線路電壓的種類和大小。

5.速度繼電器

速度繼電器是當轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時觸頭動作的繼電器。主要用于電動機反接制動

控制電路中，當反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。速度繼

電器的圖形及結構如圖4/?38所示。

L轉(zhuǎn)子2.電動機軸3.定子4.籠形繞組

5.定子柄6.動觸頭7.反力彈簧

圖4-1-38速度繼電器固形及結構

轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨自偏

擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠形繞組。速度繼電器的軸與電動機軸相連，電

動機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場?；\形繞組切割磁力線而產(chǎn)生感

應電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向

偏擺，定子柄推動相應觸頭動作。定子柄推動觸頭的同時，也壓縮反力彈簧，其

反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力

彈簧的反作用力矩，定子返回原來位置，對應的觸頭恢復原始狀態(tài)。調(diào)整反力彈

簧的拉力即可改變觸頭動作的轉(zhuǎn)速。

一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min,

觸頭復位轉(zhuǎn)速為100r/min以下。速度繼電4w

器的文字符號如圖4-1-39所示。常開、觸點常閉觸點

圖4-1-39速度繼電器文字符號

（十一）執(zhí)行電器

1.電磁鐵

電磁鐵是一種通電以后對鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生引力，把電磁能轉(zhuǎn)換為機械能的電器。

在控制電路中，電磁鐵主要應用于兩個方面：一是用作控制元件，例如用電

磁鐵控制摩擦制動器（電磁制動器）、用電磁鐵控制液壓閥（電磁閥）等；二是

用于電磁牽引工作臺，它起著夾具的作用。

電磁鐵由勵磁線圈、鐵心和銜鐵三部分組成。線圈通電后產(chǎn)生磁場，吸合銜

鐵，使與銜鐵相連接的機械裝置動作。線圈中通以直流電的稱為直流電磁鐵，通

以交流電的稱為交流電磁鐵。

直流電磁鐵的線圈通直流電，產(chǎn)生恒定磁通，鐵芯中沒有磁滯損耗與渦流損

耗，只有線圈本身的銅損。因此，鐵芯用電工純鐵或鑄鋼制成圓環(huán)形，線圈無骨

架。而交流電磁鐵為減少交變磁場在鐵芯中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，鐵芯一

般采用硅鋼片疊壓后抑成，線圈有骨架，呈短粗形以增加散熱面積。

（1）直流電磁鐵的特點及應用

直流電磁鐵的線圈電流與銜鐵位置無關，但電磁吸力與氣隙長度關系很大，

所以銜鐵工作行程不能很大，由于線圈電感大，線圈斷電時會產(chǎn)生過高的自感電

勢，故使用時要采取措施消除自感電勢（常在線圈兩端并聯(lián)一個二極管或電阻）。

直流電磁鐵的工作可靠性高、動作平穩(wěn)（吸合時間0.05—0.085）、允許

的切換頻率較高（一般為120次/min,最高可達300次/min）,且沖擊小、

體積小、壽命比交流電磁鐵長，適用丁動作頻繁、工作平穩(wěn)可靠的執(zhí)行機構。直

流電磁鐵的缺點是需要直流電源，成本較高。常用的直流電磁鐵有MZZIA31ZZZS

系列直流制動電磁鐵和MWI>MwZ系列起重電磁鐵。

（2）交流電磁鐵的特點及應用

交流電磁鐵啟動力較大，無須專門電源，吸合快（動作時間0.01—0.

035）；但是，若電源電壓下降15%以上，則吸力明顯減小，若電磁鐵不動作,

干式電磁鐵會在10?15min后燒壞線圈（濕式為1?1.5h）,且沖擊較大,

壽命低，因而實際使用中允許的切換頻率一般為10次/min,不得超過30次

/mino交流電磁鐵適用于操作不太頻繁、行程較大和動作時間短的執(zhí)行機構，

常用的交流電磁鐵有MQZ系列牽引電磁鐵、MZDI系列單和制動電磁鐵和MZSI

系列三相制動電磁鐵。

2.電磁離合器

電磁離合器是利用表面摩擦或電磁感應來傳遞兩個轉(zhuǎn)動體間轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行電

器，由于能實現(xiàn)遠距離操縱，控制能量小，便于實現(xiàn)機床自動化，同時動作快，

結構簡單，故獲得了廣泛應用。常用的電磁離合器有摩擦片式電磁離合器、電磁

粉末離合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。圖4-1-40所示是電磁多片摩擦離合器的結構

圖。主動軸1與裝有勵磁線圈4、集流環(huán)5和一組可沿軸線方向移動的摩擦片

的磁扼7固連，從動軸9與上面裝有另一組摩擦片的套筒固連，兩組摩擦片相

間排列。在電磁離合器沒有動作之前，主動軸由原動機帶動旋轉(zhuǎn)，從動軸則不轉(zhuǎn)

動。當勵磁線圈4通以電流后，電流經(jīng)正電刷、集流環(huán)流人線圈，并由另一集

流環(huán)從負電刷返回電源，電磁吸力吸引盤形銜鐵2克服復位彈簧3的阻力向右

運動，通過壓塊6使兩組摩擦片壓緊，主、從動軸處于接合狀態(tài)，兩者一起轉(zhuǎn)

動。當電流切斷時，磁力消失，依靠復位彈簧將銜鐵推開，使兩組摩擦片松開，

離合器處于分離狀態(tài)。

1.主動軸2.銜鐵3.復位彈費4.勵磁線圈

5.集流環(huán)6.壓塊7.磁糖8.摩擦片組9.從動軸

圖4-1-40電磁多片摩擦離合器結構圖

電磁離合器除了用于傳動外，也常用于制動。制動時，靠電磁離合器的作用

使主軸與電動機脫離，同時又將主軸壓緊在機身上，從而使主軸迅速制動。調(diào)整

電磁離合器的勵磁電流大小就可改變制動力的大小。

目前，國產(chǎn)的電磁多片摩擦離合器有DIM0—DIMS等系列產(chǎn)品，其工作頻

率在20次/min以下。

第二節(jié)變壓器

變壓器是一種用于電能轉(zhuǎn)換的電器設備，它可以把一種電壓、電流的交流電

能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。變壓器的功能主要有電壓變

換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。

最基本的變壓器，是以電感方式藕合在一起的兩組繞有導線的線圈。當交流

電流（具有某一已知頻率）流于其中一組線圈時，于另一組線圈中將感應出具有

相同頻率的交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈藕合及磁交鏈的程度。連

接交流電源的線圈稱為“一次線圈”（也稱為初級線圈），跨于此線圈的電壓稱

為“一次電壓”；同樣的，另一組線圈稱為“二次線圈”（也稱為次級線圈），所

感應的電壓為“二次電壓”。二次線圈的感應電壓可能大于或小于一次電壓，這

是由一次線圈與二次線圈間的“匝數(shù)比”所決定的。因此，變壓器分為升壓變壓

器與降壓變壓器兩種。

變壓器按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式

變壓器、干式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、防雷變

壓器、箱式變壓器和箱式變電器等。

一、變壓器的基本原理

變壓器的工作原理如圖4-2所示，當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩

端時，導線中就有交變電流II并產(chǎn)生交變磁通動①1,它沿著鐵芯穿過初級線

圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2,同時中1也

會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1,E1的方向與所加電壓U1方向相反而

幅度相近，從而限制了11的大小。為了保持磁通功,的存在就需要有一定的電

能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中

仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。

如果次級接上負載，次級線圈就產(chǎn)生電流人，并因此而產(chǎn)生磁通動①2,①2的

方向與中1相反，起了互相抵消的作用，使鐵芯中總的磁通量有所減少，從而使

初級自感電壓Ei減少，其結果使幾增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。

當次級負載電流加大時II增加，①1也增加，并且中1增加部分正好補充了被

①2所抵消的那部分磁通，以保持鐵芯里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損

耗，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電

功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改

變允許負載消耗的功率。

圖4-2變壓器工作原理

二、變壓器的損耗

當變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身

也是導體，在垂直于磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵芯的斷面上形

成閉合回路并產(chǎn)生電流，好像一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓

器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱，變壓淵的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)

生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅導線，這些銅導

線存在著電阻，電流流過時電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而

消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要是由鐵損和銅損產(chǎn)生

的。

由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小于輸人功率，為此

我們引人了一個效率的參數(shù)來對此進行描述，M二輸出功率/輸人功率。

三、變壓器銘牌的主要技術參數(shù)

(1)額定容量：變壓器長時間所能連續(xù)輸出的最大功率。單位是KVAo

(2)額定電壓：變壓器長時間運行時所能承受的工作電壓(銘牌值為中間分接

頭的值)。單位是KV0

(3)額定電流：變壓器在額定電壓下允許長期通過的電流。單位是Ao

(4)容量比：變壓落各側(cè)額定容量之比(各側(cè)的額定容量不一定相同)。

(5)電壓比：變壓器各側(cè)額定電壓之比。

(6)阻抗(或短路)電壓(%)：把變壓器二次繞組短路，在一次繞組上逐漸

壓到二次繞組的短路電流達額定值時，一次繞組所施加的電壓值。常用額定電壓

的百分數(shù)來表示。

(7)短路損耗(即銅損)：把變壓器二次繞組短路，在一次繞組通人額定電流

時變壓器消耗的功率。單位是kWO

(8)空載損耗(即鐵損)：變壓器在額定電壓下，二次空載(開路)時變壓器

鐵芯(勵磁和渦流)所產(chǎn)生的損耗。單位是kW0

（9）空載電流（％）:變壓器在額定電壓下，二次空載（開路）時在一次繞組

通過的（勵磁）電流。常用額定電流的百分數(shù)來表示。

（10）接線（或聯(lián)結）組別：用于標明變壓器各側(cè)三相繞組的連接順序、繞向和

極性以及各側(cè)線電壓相互關系的時鐘表示方法。對高壓繞組用符號Y（星形）、

D（三角形）、Z（曲折形）；中、低壓側(cè)用y、d