1、,吉林大學,王永志,Changchun , China,常用低壓電器,本章內(nèi)容,電器的功能、分類和工作原理 電氣控制中常用的電器 主令電器 動力線路中常用電器,1.1 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(jù)外界的信號（機械力、 電動力和其它物理量）和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調節(jié)的電氣元件或設備。 電器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。,1.1 電器的功能、分類和工作原理,二、電器的分類 1按工作電壓等級分 （1）高壓

2、電器 用于交流電壓1200V、直流1500V及以上電路中的電器，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，按鈕等。 （2）自動電器 產(chǎn)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、電動機起動器等。 （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

3、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，各類電磁式電器的工作原理基本相同，由檢測部分（電磁機構）和執(zhí)行部分（觸頭系統(tǒng)）兩部分組成。 （一）電磁機構 1電磁機構的結構形式 電磁機構由吸引線圈、鐵心和銜鐵組成，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-吸引線圈 圖1-1 直動式電磁機構,

4、1-銜鐵 2-鐵心 3-吸引線圈 圖1-2 拍合式電磁機構,吸引線圈的作用是將電能轉換為磁能，即產(chǎn)生磁通，銜鐵在電磁吸力作用下產(chǎn)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，因此線圈與鐵心接觸以利散熱。線圈做成無骨架、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(jù)線圈在電路中的聯(lián)接方式可分為串聯(lián)線

5、圈（即電流線圈）和并聯(lián)線圈（即電壓線圈）。,2電磁機構的工作原理 電磁鐵工作時，線圈產(chǎn)生的磁通作用于銜鐵，產(chǎn)生電磁吸力，并使銜鐵產(chǎn)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：電磁吸力和反力。電磁吸力由電磁機構產(chǎn)生，反力由復位彈簧和觸頭等產(chǎn)生。電磁機構的工作特性常用吸力特性和反力特性來表達。,（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,式中，F(xiàn)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(shù)時，電磁吸力 F與B2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

6、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,當電壓頻率f、電磁線圈的匝數(shù)N和線圈外加電壓U為常數(shù)時，氣隙磁通也為常數(shù)，則電磁吸力F也為常數(shù)，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1-3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。,交流電磁機構的吸力特性,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，則流過線圈的電

7、流I為常數(shù)，與磁路的氣隙大小無關。,圖1-4 直流電磁機構的吸力特性,吸力特性為二次曲線形狀，如圖1-4所示。,（2）反力特性 電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關系曲線稱為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖1-5中所示曲線3即為反力特性曲線。,1-直流接觸器吸力特性 2-交流接觸器吸力特性 3-反力特性,圖1-5 吸力特性和反力特性,空隙從大到小吸力略增,到達2時，動、靜觸點接觸，觸頭上的初壓力作用到街鐵上，觸頭上反作用力驟增，曲線發(fā)生突變。氣隙越小、觸頭壓力越緊，反作用力就越大,曲線就越陡,（3）反力特性與吸力特性的配合 為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性

8、配合好，如圖1-5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)生彈跳，導致觸頭的熔焊或燒毀，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，吸力特性與反力特性必須配合得當 。 適度原則,由于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。這樣，交流電源頻率的變化，使銜鐵產(chǎn)生強烈振動和噪聲，甚至使鐵心松散。因此交流電

9、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2/3的面積，如圖1-6所示。,3交流電磁機構上短路環(huán)的作用,單相交流電磁鐵鐵心的短路環(huán),結構圖 (b)電磁吸力圖,當交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面積S2在環(huán)中產(chǎn)生渦流時，根據(jù)電磁感應定律，此渦流產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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)行元件，用來接通或斷開被控制電路。 觸頭的結構形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。 主觸頭

10、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型觸頭和指型觸頭，如圖1-7所示。,(a)橋形觸頭 (b)指形觸頭 圖1-7 觸頭結構形式圖,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1-8所示。,(a)點接觸 (b)線接觸 (c)面接觸 圖1-8 觸頭接觸形式圖*,接通A-B-C 斷開C-B-A,（三）滅弧工作原理,觸點在通電狀

11、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(chǎn)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常用的滅弧方法 （1）迅速增大電弧長度 電弧長度增加，使觸點間隙增加，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常用的滅弧裝置 （1）電動力吹弧 電動力吹弧如圖1-9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

12、量交流接觸器中。,1-靜觸頭 2-動觸頭 圖1-9 電動力滅弧示意圖,(2)磁吹滅弧 在觸點電路中串入吹弧線圈，如圖1-10所示。,1-磁吹線圈 2-絕緣套 3-鐵心 4-引弧角 5-導磁夾板 6-滅弧罩 7-動觸頭 8-靜觸頭 圖1-10 磁吹滅弧示意圖*,全正相加強,有正有負相加弱,推力方向,（3）柵片滅弧 滅弧柵是一組薄銅片，它們彼此間相互絕緣，如圖1-11所示。似水波被截斷一樣,1-滅弧柵片 2-觸點 3-電弧 圖1-11 柵片滅弧示意圖,150250V絕緣強度,隔離的同時還能吸收熱量，可快速冷卻電弧,第二節(jié) 電氣控制中常用電器,刀開關 熔斷器 接觸器 熱繼電器,交機電機,熔絲,交流接

13、觸器,熱繼電器,刀開關,按鈕開關,電氣控制電路,交機電機,熔絲,交流接觸器,熱繼電器,按鈕開關,第二節(jié) 電氣控制中常用電器,一、低壓隔離器 低壓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切除后，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：由操縱手柄、觸刀、觸刀插座和絕緣底板等組成。圖1-12為其結構簡圖。,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

14、（膠蓋開關）、帶滅弧裝置和熔斷器的封閉式負荷開關（鐵殼開關）等。 刀開關的主要技術參數(shù)： 額定電壓 額定電流 分斷能力,1-靜插座 2-操縱手柄 3-觸刀 4-支座 5-絕緣底板 圖1-12 低壓隔離開關結構簡圖,選用刀開關時，刀的極數(shù)要與電源進線相數(shù)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。 刀開關的圖形、文字符號如圖1-13所示。,(a)單極 ( b)雙極 (c)三極 圖1-13 刀開關的圖形、文字符號,膠蓋瓷底刀開關的結構 mnbft 1出線盒 2熔絲 3動觸頭 4手柄 5靜觸頭 6電源進線座 7瓷座 8膠蓋 9接用電器,2組合開關 組合開關

15、也是一種刀開關，不過它的刀片是轉動式的，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(nèi)，采用疊裝式結構，其層數(shù)由動觸頭數(shù)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)。 組合開關一般在電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。,組合開關的結構和圖形、文字符號如圖1-14所示,圖1-14 組合開關結構和圖形、文字符號,a) b) 圖1-9組合開關的結構圖 a）外形圖 b）內(nèi)部結構 1手柄 2轉軸 3彈簧 4凸輪 5絕緣墊板 6動觸點 7靜觸點 8絕緣方軸 9接線柱,二、熔斷器 （學校

16、一樓配電室） 1熔斷器的工作原理和保護特性 熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的保護電器，廣泛用于供電線路和電氣設備的短路保護。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(shù)值并經(jīng)過一定的時間后，電流在熔體上產(chǎn)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。 線(絲)管現(xiàn)在,工作原理 熔斷器的熔體與被保護的電路串聯(lián)，當電路正常工作時，熔體允許通過一定大小的電流而不熔斷。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔體中流過很大的故障電流，當

17、電流產(chǎn)生的熱量達到熔體的熔點時，熔體熔斷切斷電路，從而實現(xiàn)保護目的。 分類 插入式、螺旋式、封閉管式 、快速熔斷式 符號,文字符號和圖形符號,FU,熔斷器熔體熔斷的電流值與熔斷時間的關系稱為熔斷器的保護特性曲線，也稱為熔斷器的安-秒特性，如圖1-15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If N是熔體長期工作而不致熔斷的電流。,圖1-15 熔斷器的安-秒特性,2常用熔斷器的種類及技術數(shù)據(jù) 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（一、二舍一樓門衛(wèi)對著的屋），品種規(guī)格很多。 在電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常選用螺旋式熔斷器，它有明顯的

18、分斷指示不用任何工具就可取下或更換熔體等優(yōu)點。,熔斷器的主要技術參數(shù)有： （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)定值時所能承受的電流。廠家為了減少熔斷管額定電流的規(guī)格，熔斷管的額定電流等級比較少，而熔體的額定電流等級比較多，也即在一個額定電流等級的熔管內(nèi)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(shù)）的條件下，能分斷的最大電流值，在電路中出現(xiàn)的最大電流值一般指短路電流值。所以極限分

19、斷能力也反映了熔斷器分斷短路電流的能力。,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等于所裝熔體的額定電流。 確定熔體電流是選擇熔斷器的主要任務，具體來說有下列幾條原則： （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 If NI 式中If N為熔體的額定電流，I為電路的工作電流。,（4）為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級（即供電干、支線）熔斷器間應有良好 的協(xié)調配合，為此，應使上一級（供電干線）熔斷器

20、的熔體額定電流比下一級（供電支線）大12個級差。 熔斷器的圖形、文字符號如圖1-16所示。,圖1-16 熔斷器的圖形、文字符號,熔斷器,熔斷器（俗稱保險絲）擔負的主要任務是為電線電纜作短路保護（有時也作過載保護），不論短路電流值有多高，它都能切斷。其次，也適宜用作設備和電器的保護,三、控制繼電器 繼電器是一種根據(jù)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。,繼電器種類很多，按輸入信號可分為有：電壓繼電器、電流繼電器

21、、功率繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等； 按工作原理可分為有：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； 按用途可分為：控制與保護繼電器； 按輸出形式可分為：有觸點和無觸點繼電器。,繼電器的主要特性是輸入-輸出特性，即繼電特性。其特性曲線如圖1-17所示。圖中x2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入須大于或等于此值；x1稱為繼電器釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須小于或等于此值。,圖1-17 繼電特性,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 ；（實驗時旋動電源調節(jié)旋鈕可有此感覺） 若x再增大，y

22、1值保持不變。 當x減小到小于等于x1時，繼電器觸點釋放，輸出量由y1降至零。（實驗時旋動電源調節(jié)旋鈕可有此感覺）,X1,X2可以是電流、電壓等,令k=x1/x2稱為繼電器的返回系數(shù)，它是繼電器的重要參數(shù)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(shù)，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(shù)，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。 另一個重要參數(shù)是吸合時間和釋放時間。 吸合時間是指從線圈接受電信號

23、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間與釋放時間為0.050.15s,快速繼電器為0.0050.05s，它的大小影響著繼電器的操作頻率。,繼電器觸頭（閉合或分斷）電路（通或斷） 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(xiàn)在以下幾個方面： 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

24、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1-18所示。,圖1-18所示為電磁機構和觸頭系統(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。 按其在電路中的聯(lián)接方式，可分為電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器等。,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) 圖1-18 電磁式繼電器的典型結構,1電流繼電器 電流繼電器反映的是電流信

25、號。使用時，電流繼電器的線圈串于被測電路中，根據(jù)電流的變化而動作。為降低負載效應和對被測量電路參數(shù)的影響，線圈匝數(shù)少，導線粗，阻抗小。電流繼電器除用于電流型保護的場合外，還經(jīng)常用于按電流原則控制的場合。電流繼電器有欠電流和過電流繼電器兩種。 （1）欠電流繼電器 線圈中通以30%65%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10%20%時繼電器釋放。所以，在電路正常工作時，欠電流繼電器始終是吸合的。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

26、器吸引線圈的匝數(shù)很少。直流過電流繼電器的吸合值為70%300%額定電流，交流過電流繼電器的吸合值為110%400%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)。,2電壓繼電器 電壓繼電器反映的是電壓信號。使用時，電壓繼電器的線圈并接于被測電路，線圈的匝數(shù)多、導線細、阻抗大。繼電器根據(jù)所接線路電壓值的變化，處于吸合或釋放狀態(tài)。常用的有欠（零）電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。 電路正常工作時，欠電

27、壓繼電器吸合，當電路電壓減小到某一整定值（30%50%UN）以下時，欠電壓繼電器釋放，對電路實現(xiàn)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（105%120%UN）時，過電壓繼電器吸合，對電路實現(xiàn)過電壓保護。 零電壓繼電器是當電路電壓降低到5%25%UN時釋放，對電路實現(xiàn)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，只是觸頭數(shù)量多（一般有8對），容量也大，起到中間放大（觸頭數(shù)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系列中間繼電器的技術參數(shù)。,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(shù)K調整

28、到控制系統(tǒng)所要求的范圍以內(nèi)。一般整定方法有2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(shù)上升，反之返回系數(shù)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(shù)增大；反之釋放值減小，返回系數(shù)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)。,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(jù)繼電器所保護或所控

29、制對象對繼電器提出的要求，如觸頭的數(shù)量、種類，返回系數(shù)，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(jīng)常將觸頭并聯(lián)使用。有時為增加觸頭的分斷能力，也有把觸頭串聯(lián)起來使用的。,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1-19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，中間繼電器的文字符號為KA。,(a)線圈 (b)常開觸頭 (c)常閉觸頭 圖1-19 電磁式繼電器的圖形符號,（二）時間繼電器 在自動控制系統(tǒng)中，需要有瞬時動作的繼電器，也需要延時動作的繼電器。時間繼電器就是利用某種原理實現(xiàn)觸頭延時動作的自動電器，經(jīng)常用于時間原則進行控制的場合

30、（反應遲鈍型）。其種類主要有電磁阻尼式、空氣阻尼式、電子式和電動機式。 時間繼電器的延時方式有兩種： 通電延時：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：接受輸入信號時，瞬時產(chǎn)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直流電磁式時間繼電器 在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上加上阻尼銅套，即可構成斷電延時時間繼電器，其結構原理如圖所示。,1-鐵心 2-阻尼銅套 3-絕緣層 4-線圈 帶有阻尼銅套的鐵心示意圖,它是利用電磁阻尼原理產(chǎn)生延時的，由電磁感應定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中銅套內(nèi)將感應電勢，并通過感應電流，此電流

31、產(chǎn)生的磁通總是反對原磁通變化。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。,2.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，其結構由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸頭3部分組成。電磁機構為雙E直動式，觸頭系統(tǒng)是LX5型微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。 空氣阻尼式時間繼電器的電磁機構可

32、以是直流的，也可以是交流的；既有通電延時型，也有斷電延時型的。只要改變電磁機構的安裝方向，便可實現(xiàn)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1-21a；當鐵心位于銜鐵和延時機構之間時為斷電延時，如圖1-21b。 空氣阻尼式時間電器的延時觸頭有： 延時閉合的常開觸頭、延時斷開的常閉觸頭及延時斷開的常開觸頭、延時閉合的常閉觸頭。,現(xiàn)以通電延時型為例介紹其工作原理。,a)通電延時型 (b)斷電延時型 1-線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-反力彈簧 5-推板 6-活塞蓋 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-

33、微動開關 圖1-21 JS7-A系列時間繼電器動作原理,進氣口小，移動速度慢，延時長；反之則快,上下活動杠桿,隨銜鐵上下移動,時間繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-23所示。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i),(a)線圈一般符號 (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1-23 時間繼電器的圖形符號及文字符號,請看傘,3半導體時間繼電器 電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產(chǎn)品，電子式時間繼電器是采用晶體管或集

34、成電路和電子元件等構成。 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、調節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點，所以發(fā)展很快，應用廣泛。 半導體時間繼電器的輸出形式有兩種：有觸點式和無觸點式，前者是用晶體管驅動小型磁式繼電器，后者是采用晶體管或晶閘管輸出。 4單片機控制時間繼電器 隨著微電子技術的發(fā)展，采用集成電路、功率電路和單片機等電子元件構成的新型時間繼電器大量面市。如DHC6多制式單片機控制時間繼電器、J5S17、J3320、JSZl3等系列大規(guī)模集成電路數(shù)字時間繼電器，J5145等系列電子式數(shù)顯時間繼電器J5G1等系列固態(tài)時間繼電器等。,時間繼電器的選用 在選用時間繼電器時，首先應考

35、慮滿足控制系統(tǒng)所提出的工藝要求和控制要求，并應根據(jù)對延時方式的要求選用通電延時型和斷電延時型。 當要求的延時準確度低和延時時間較短時，可以選用電磁式（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，可以選用晶體管式；若晶體管式不能滿足要求時，再考慮使用電動機式。這是因為雖然電動式精度高，延時范圍大，但體積大，成本高?？傊x用時除考慮延時范圍和準確度外，還要考慮控制系統(tǒng)對可靠性、經(jīng)濟性、工藝安裝尺寸等提出的要求。,（三）熱繼電器 熱繼電器就是利用電流的熱效應原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。熱繼電器可以根據(jù)過載電流的大小自動調

36、整動作時間，具有反時限保護特性。 當電動機的工作電流為額定電流時，熱繼電器應長期不動作。,1熱繼電器的結構及工作原理 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感測元件，由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片用機械碾壓而成。線膨脹系數(shù)大的稱為主動層，小的稱為被動層。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(chǎn)生的熱量使兩金屬片伸長。由于線膨脹系數(shù)不同，且因它們緊密結合在一起，所以，雙金屬片就會發(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，熱元件中電流增大，加上時間效應，所以雙金屬片接受的熱量就會大大

37、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。,其結構原理圖如圖1-24所示。,1-熱元件 2-雙金屬片3-導板 4-觸頭 圖1-24 熱繼電器工作原理示意圖,2熱繼電器的型號及選用 我國目前生產(chǎn)的熱繼電器主要有JR0、JR5、JR10、JR14、JR15、JR16等系列。按熱元件的數(shù)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保護裝置兩種。JR16系列熱繼電器的結構示意圖如圖1-25所示。,1-電流調節(jié)凸輪 2a、2b-簧片 3-手動復位按鈕 4-弓簧 5-雙金屬片 6-外導板 7-內(nèi)導板 8-常閉靜觸頭 9動觸頭 10-杠桿

38、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1-25 JR16系列熱繼電器結構示意圖,選擇熱繼電器的原則為： 根據(jù)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。 對于星形接法的電動機及電源對稱性較好的場合，可選用兩相結構的熱繼電器； 對于三角形接法的電動機或電源對稱性不夠好的場合，應選用三相結構或三相結構帶斷相保護的熱繼電器。 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，即熱元件額定電流應接近或略大于電動機的額定電流。,熱繼電器的圖形符號及文字符號如圖1-27所示。R16、JR20系列是目前廣泛使用的熱繼電器，教材P18表1-11為JR

39、16系列熱繼電器的主要參數(shù)。,a)熱元件 ( b)常閉觸頭 圖1-27 熱繼電器的圖形及文字符號,（四）速度繼電器 速度繼電器是根據(jù)電磁感應原理制成的，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。是一種利用速度原則對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。其結構原理如圖1-28所示。 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。,1-轉軸 2轉子 3-定子 4-繞組 5-擺錘 6、9-簧片 7、8-靜觸點 圖1-28 速度繼電器結構原理圖,速度繼電器的轉軸應與

40、被控電動機的軸相聯(lián)接，當電動機軸旋轉時，速度繼電器的轉子隨之轉動。這樣定子圓環(huán)內(nèi)的繞組便切割轉子旋轉磁場，產(chǎn)生使圓環(huán)偏轉的轉矩。偏轉角度與電動機的轉速成正比。當轉速使定子偏轉到一定角度時，與定子圓環(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，擺錘的繼續(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（常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合）。,速度繼電器各有一對常開觸頭和常閉觸頭，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，一般速度繼電器的觸頭動作速度為120r/min，觸頭的復位速度值為100r/mi

41、n。在連續(xù)工作制中，能可靠地工作在0003600r/min，允許操作頻率每小時不超過30次。 速度繼電器根據(jù)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1-29所示。,(a)轉子 (b)常開觸頭 (c)常閉觸頭 圖1-29 速度繼電器的圖形、文字符號,第三節(jié) 主令電器,主令電器是用來發(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，也可以通過電磁式電器的轉換對主電路實現(xiàn)控制，其主要類型有按鈕、行程開關、萬能轉換開關、主令控制器、腳踏開關等。 一、按鈕 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1-30所示為復合按鈕，它由按鈕帽、

42、復位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成。 按用途和結構的不同，分為起動按鈕、停止按鈕和復合按鈕等,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 圖1-30按鈕開關結構示意圖,為了便于識別各個按鈕的作用，避免誤動作，通常在按鈕帽上作出不同標記或涂上不同顏色，一般紅色表示停止，綠色表示起動等。在機床電氣設備中，常用的按鈕有LA-18、LA-19、LA-20、LA-25系列按鈕的主要技術數(shù)據(jù)如教材P20表-12。按鈕型號的含義如下：,其中結構型式代號的含義為： K-開啟式，S-防水式，J-緊急式，X-旋鈕式，H-保護式， F-防腐式，Y-鑰匙式，D-帶燈按鈕。,按鈕的圖形、文字

43、符號如圖1-31所示。,(a)常開按鈕 (b)常閉按鈕 (c)復合按鈕 圖1-31 按鈕的圖形、文字符號,二、行程開關 行程開關主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短。行程開關也稱位置開關。 行程開關按結構分為機械結構的接觸式有觸點行程開關和電氣結構的非接觸式接近開關。 接觸式行程開關靠運動物體碰撞行程開關的頂桿而使行程開關的常開觸頭接通和常閉觸頭分斷，從而實現(xiàn)對電路的控制作用，其結構如圖1-32所示。,(a)直動式 (b)滾輪式 (c)微動式 1-頂桿 2-彈簧 1-滾輪 2-上轉臂 3-3,5,11-彈簧 1-推桿 2-彎形片狀彈簧 3-常閉觸頭 6-套架 6,9-

44、壓板 7-觸頭 3-常開觸頭 4-常閉觸頭 4-觸頭彈簧 8-觸頭推桿 10-小滑輪 5-恢復彈簧 5-常開觸頭 圖1-32 行程開關的結構圖,行程開關的圖形、文字符號如圖1-33所示。,(a)常開觸頭 (b)常閉觸頭 圖1-33 行程開關的圖形、文字符號,主令控制器 當電動機容量較大時，工作繁重，操作頻繁，調整性能要求較高時，往往采用主令控制器操作。由主令控制器的觸頭來控制接觸器，再由接觸器來控制電動機。這樣，觸頭的容量可大大減小，操作更為輕便。 主令控制器是按照預定程序轉換控制電路的主令電器，其結構和凸輪控制器相似，只是觸頭的額定電流較小。 主令控制器通常是與控制屏相配合來實現(xiàn)控制的，因此

45、要根據(jù)控制屏的型號來選擇主令控制器。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的有LK14LK16系列的主令控制器。LK14系列主令控制器的技術數(shù)據(jù)見表1-14。 主令控制器的圖形符號和文字符號與凸輪控制器類似。,主令電器 按鈕,按鈕又稱控制按鈕或按鈕開關是一種接通或分斷小電流電路的主令電器，其結構簡單應用廣泛。觸頭允許通過的電流較小一般不超過5A，主要用在低壓控制電路中手動發(fā)出控制信號。 按鈕由按鈕帽，復位彈簧，橋式動、靜觸頭和外殼等組成。一般為復合式即同時具有常開、常閉觸頭。按下時常閉觸頭先斷開，然后常開觸頭閉合。去掉外力后在恢復彈簧的作用下，常開觸頭斷開，常閉觸頭復位。,結構及符號,主令開關 按鈕,第四節(jié) 動力線路

46、中常用電器,一、低壓斷路器 低壓斷路器又稱為自動空氣開關，它可用來分配電能，不頻繁地起動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護。當發(fā)生嚴重的過載或短路及欠電壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合，而且在分斷故障電流后一般不需要更換零部件，因而獲得了廣泛的應用。 （一）低壓斷路器的結構及工作原理 低壓斷路器的結構原理如圖1-36所示，主要由觸頭、滅弧系統(tǒng)、各種脫扣和操作結構等組成。,1-熱脫扣器整定電流 2-手動脫扣按鈕 3-脫扣彈簧 4-手動合閘機構 5-合閘聯(lián)桿 6-熱脫扣器 7-鎖扣 8-電磁脫扣器 9-脫扣聯(lián)桿 10，11-動、靜觸點 12，

47、13-彈簧 14-發(fā)熱元件 15-電磁脫扣彈簧 16-調節(jié)旋鈕 圖1-36 低壓斷路器工作原理圖,1發(fā)熱元件,2向左推,3使7不再扣住9,4讓9放開5,0手工合閘后10和11閉合,5若短路則 8也可使7脫扣,手動合閘后，動、靜觸點閉合，脫扣聯(lián)桿9被鎖扣7的鎖鉤鉤住，它又將合閘聯(lián)桿5鉤住，將觸點保持在閉合狀態(tài)。 發(fā)熱元件14與主電路串聯(lián)，有電流流過時產(chǎn)生熱量使熱脫扣器6的下端向左彎曲，發(fā)生過載時，脫扣器6彎曲到將脫扣鎖鉤7推離開脫扣聯(lián)桿9，從而松開合閘聯(lián)桿5，動、靜觸點10、11受脫扣彈簧3的作用而迅速分開。 電磁脫扣器8有一個匝數(shù)很少的線圈與主電路串聯(lián)。當發(fā)生短路時，它使鐵心脫扣器上部的吸力大

48、于彈簧的反力，脫扣鎖鉤7向左轉動，最后也使觸點斷開。 如果要求手動脫扣時，按下按鈕2就可使觸點斷開。 脫扣器可以對脫扣電流進行整定，只要改變熱脫扣器整定按鈕1使熱脫扣器達到所需要的彎曲程度,調節(jié)電磁脫扣器8的調節(jié)旋鈕16可以調節(jié)鐵心機構的氣隙大小。熱脫扣器6和電磁脫扣器8互相配合，熱脫扣器6擔負主電路的過載保護，電磁脫扣器8擔負短路故障保護。當?shù)蛪簲嗦菲饔捎谶^載而斷開后，應等待23分鐘才能重新合閘，以使熱脫扣器6回復原位。 低壓斷路器的主要觸點由耐壓電弧合金（如銀鎢合金）制成，采用滅弧柵片加陶瓷罩來滅弧。,（二）低壓斷路器的類型及其主要參數(shù) 1低壓斷路器的類型 （1）萬能式低壓斷路器 它又稱敞

49、開式低壓斷路器，具有絕緣襯底的框架結構底座，所有的構件組裝在一起，用于配電網(wǎng)絡的保護。主要型號有DW10和DW15兩個系列。,（二）低壓斷路器的類型及其主要參數(shù) 1低壓斷路器的類型 （2）裝置式低壓斷路器 它又稱塑料外殼式低壓斷路器，具有模壓絕緣材料制成的封閉型外殼將所有構件組裝在一起。用作配電網(wǎng)絡的保護和電動機、照明電路及電熱器等控制開關。主要型號有DZ5、DZ10、DZ20等系列。 （3）快速斷路器 它具有快速電磁鐵和強有力的滅弧裝置，最快動作時間可在0.02s以內(nèi)，用于半導體整流元件和整流裝置的保護。主要型號有DS系列。,直流快速斷路器,（4）限流斷路器 利用短路電流產(chǎn)生巨大的吸力，使觸

50、點迅速斷開，能在交流短路電流尚未達到峰值之前就把故障電路切斷。用于短路電流相當大（高達70kA）的電路中，主要型號有DWX15和DZX10兩種系列。 低壓斷路器的圖形、文字符號如圖1-37所示。,低壓斷路器的圖形、文字符號,萬能式限流斷路器,塑料殼式限流斷路器,2低壓斷路器的主要參數(shù) （1）額定電壓 它是指斷路器在長期工作時的允許電壓。通常，它等于或大于電路的額定電壓。 （2）額定電流 這是指斷路器在長期工作時的允許持續(xù)電流。 （3）通斷能力 這是指斷路器在規(guī)定的電壓、頻率以及規(guī)定的線路參數(shù)（交流電路為功率因素，直流電路為時間常數(shù)）下，所能接通和分斷的斷路電流值。 （4）分斷時間 它是指斷路器

51、切斷故障電流所需的時間。,（三）低壓斷路器的選擇 （1）低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流。 （2）低壓斷路器的極限通斷能力應大于或等于電路最大短路電流。 （3）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。 （4）過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流。,使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器優(yōu)越 當三相電路短路時，很可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運行。對于低壓斷路器來說，只要造成短路都會使開關跳閘，將三相同時切斷。 另外它還有其它自動保護作用。 但它結構復雜，操作頻率低，價格較高，因此適用于要求較高的場合，如電源總配電盤。,二、接觸器 接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換電器。在功能上接觸器除能自動切換外，還具有手動開關所缺乏的遠距離操作功能和失壓（或欠壓）保護功能，但沒有自動開關所具有的過載和短路保護功能。接觸器生產(chǎn)方便，成本低，主要用于控制電動機、電熱設備、電焊機、電容器組等。是電力拖動自動控制線路中應用最廣泛的電器元件。 接觸器按其主觸點控制的電路中電流種類分類，有直流接