電氣控制及自動化第一章常用低壓電器第一節概述電器定義：凡是對電能的生產、輸送、分配和使用起控制、調節、檢測、轉換及保護作用的電工器械均可稱為電器。（一種能控制電路的設備。）低壓電器：用于交流1200V、直流1500V以下的電路中起通斷、保護、控制或調節作用的電器產品。高壓電器：交流1200V以上、直流1500V以上。低壓電器發展很快，目前沿著體積小、重量輕、安全可靠、使用方便的方向發展。Schneider、Siemens、AB、OMRON、Fuji德力西、正泰、人民常用低壓電器第二節低壓電器的電磁機構及執行機構結構觸點系統滅弧系統電磁機構執行機構感應機構

電磁式低壓電器在電氣控制線路中使用量很大，類型也很多，各類電磁式低壓電器在工作原理和構造上亦基本相同。一、電磁機構電磁機構的主要作用是：將電磁能量→機械能量→觸頭動作→接通或分斷電路電磁機構實質上是電磁鐵的一種，作用就是使觸頭實現自動化操作。1、結構鐵心、銜鐵和線圈等幾部分組成。直流：鐵心由整塊鑄鐵鑄成，只有線圈發熱，線圈匝數多，導線細（細長型），不設線圈骨架，線圈與鐵心直接接觸，有利于線圈散熱。交流：鐵心由硅鋼片（減少鐵損）疊成，鐵心和線圈均發熱，線圈匝數少，導線粗（短粗型），線圈設骨架，與鐵心隔離，利于各自散熱。硅鋼片：減少鐵損（鐵心存在磁滯和渦流損耗）2、吸力特性和反力特性的配合

整個吸合過程中，吸力＞反力，但不能過大（沖擊力大，使觸點產生彈跳現象，引起熔焊或磨損）反映在特性圖上就是要保持吸力特性在反力特性上方且彼此靠近。δ2點時，動靜觸點接觸，觸點上初壓力作用在銜鐵上，反作用力驟增，曲線突變。3、單相交流電磁機構短路環

單相交流電磁機構的電磁吸力是一個兩倍于電源頻率的周期性變量。所以在交流電每周期內銜鐵要兩次過零，銜鐵周而復始被吸合又拉開，產生強烈的振動和噪聲。方法：在鐵心和銜鐵的端面上開槽，在槽內安置一個銅制的短路環。注意：在短路環設計時，使φ1、φ2相差90°，并且使F1、F2近似相等，合成磁力會相當平坦。二、觸點系統

是觸點電器的執行部件，通過觸點的動作來接通或斷開被控制電路。動觸點靜觸點①觸點材料：銅質（良好的接觸性能，易氧化，氧化銅電阻大，使觸點過熱），小電流電器用銀（其氧化膜的電阻率與銀相似）②結構形式橋式：點接觸、面接觸（滅弧效果好）指形：線接觸，滾動摩檫，有利于去氧化膜電流不大的場合電流較大的場合觸點分合次數多、電流大的場合三、滅弧系統1、電弧的產生電弧的產生實際上是一種氣體放電的現象，即氣體中有大量的帶電質點作定向運動。在動靜觸點于通電狀態下脫離接觸的瞬間，間隙很小，電路電壓在觸點間形成很高的電場強度，觸點間隙中形成了炙熱的電子流即電弧。2、電弧特點：外部有白熾弧光，內部有很高的溫度和密度很大的電流。

隨著電壓和電流的上升，電弧增強。3、危害：使電路依舊保持導通狀態，延遲電路開斷；燒損觸點。4、滅弧方法交流滅弧：有自然過零點（正負級轉換，易被熄滅）直流滅弧：不易滅弧原理：迅速增加電弧長度；使電弧與介質相接觸。A電動力滅弧根據電磁力的作用雙斷點橋式觸點在分斷時具有電動力滅弧功能，不用任何附加裝置，即可使電弧迅速熄滅。用于小容量交流接觸器。電弧長度向外拉長，加快冷卻，并被熄滅。注意：電磁感應用右手，電磁力用左手。B磁吹力滅弧在觸點電流中串一個磁吹線圈，利用電弧電流本身滅弧，電流增加，吹磁能力越強。常用于直流接觸器。C窄縫滅弧

磁場電動力電弧拉長在由耐弧陶土、石棉、水泥等絕緣材料制成的滅弧罩窄縫中，把電弧分割，使其冷卻而迅速熄滅。用于交流接觸器。D柵片滅弧一組彼此絕緣的金屬柵片a電弧被分段每相鄰柵片間電弧壓降減小，不足維持電弧。b由于柵片的散熱作用，電弧自燃被熄滅后很難重燃。第三節接觸器用來接通或分斷電動機主電路或其他負載電路的控制電器，可實現頻繁的遠距離自動控制。體積較小、壽命長、價格低、維護方便、具有低壓斷路功能，是電力拖動控制系統中最重要也是最常用的控制電器之一，即使在先進的PLC控制系統中，也一般不能被取代。1、接觸器結構、工作原理線圈通電→線圈電流建立磁場→靜鐵心產生電磁吸力→吸合銜鐵→帶動觸頭動作→常閉斷開，常開閉合線圈斷電→電磁力消失→反作用彈簧使銜鐵釋放→各觸頭復位（1）電磁系統（2）觸點系統（主觸點、輔助觸點）（3）滅弧系統直流接觸器和電流在20A以上的交流接觸器均裝有滅弧罩（4）其他部件反力裝置（彈簧）、傳動機構、接線端子和外殼等1一滅弧罩2一觸點壓力彈簧片3一主觸點4一反作用彈簧5一線圈6一短路環7一靜鐵心8一彈簧9一動鐵心10一輔助常開觸點11一輔助常閉觸點

2、接觸器的主要技術參數額定電壓、電流（主觸點）、吸引線圈額定電壓、額定頻率吸合電壓=0.8～1.1UN，釋放電壓＜0.7UN最高操作頻率1200次/小時3、接觸器的圖形和文字符號a)線圈b)主觸點c)輔助觸點

國標：交流CJ直流CZ根據：負載性質、額定電壓、電流、吸引線圈的額定電壓和頻率與控制電路的選用電壓和頻率相一致。經驗方法：對額定電壓為380V的交流接觸器，其額定電流數值（A）約為電動機最大功率數值（KW）的2倍。如：CJ20-10380V2.2KW10ACJ20-160380V80KW160ACJ20-630380V300KW630A可根據電動機額定功率來選定交流接觸器4、接觸器的選擇第四節控制繼電器控制繼電器：根據某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現

控制和保護電路的自動電器。繼電器的結構和工作原理與接觸器相似，兩者區別在：1.繼電器可對多種輸入量的變化作出反應，而接觸器只有在一定的電壓作用下動作；2.繼電器用于接通和切換小電流的控制電路；3.繼電器沒有滅弧裝置，觸點多且無主、輔觸點之分等。電流繼電器電壓繼電器中間繼電器輸入—輸出特性繼電器的返回系數K=X1/X2、K值可調，不同場合對K值的要求不同，一般繼電器要求K值低些，在0.1～0.4之間，這樣繼電器吸合后，輸入量波動較大時不致引起誤動作。一、電壓、電流繼電器

（常用的電磁式繼電器）電流繼電器：根據輸入（線圈）電流的大小而動作的繼電器。電流繼電器的線圈串入電路中，以反映電路電流的變化，其線圈匝數少，導線粗，阻抗小。電流繼電器選用時要注意線圈電流的種類和等級應與負載電路一致。分為：過電流繼電器欠電流繼電器電壓繼電器：根據輸入電壓的大小而動作的繼電器。電壓繼電器的線圈與負載并聯，其線圈匝數多，線徑細，阻抗大，選用時，線圈電流的種類和電壓等級與控制電路相一致。分為：過電壓繼電器欠電壓繼電器二、中間繼電器一個輸入信號

多個輸出信號或放大信號

中間繼電器實質上為電壓繼電器。在控制電路中起信號傳遞、放大和分路等中繼作用，它屬于電壓繼電器的一種，主要用于擴展觸點數量，實現邏輯控制。

選用時注意電流種類和電壓等級與控制電路一致，以及觸點數量、形式。三、時間繼電器從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經過一定的延時后才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器。分類按動作原理：電磁式、空氣阻尼式、電動式、電子式按延時方式：通電延時、斷電延時1、電磁式僅適合于在直流電路中作斷電延時。在繼電器線圈斷電過程中，銅套內將產生感應電流，此感應電流產生的磁通阻礙穿過銅套內的原磁通的變化，因而對原磁通起阻尼作用；而吸合過程中，氣隙大、磁阻大、磁通小，銅套阻尼作用小，因而鐵心吸合時的延時不顯著，可忽略不計。2、空氣阻尼式時間繼電器延時時間的調節是通過轉動調節螺釘，改變進氣孔的大小來實現。特點：結構簡單，延時范圍大，壽命長，價格低廉，且不受電源電壓及頻率波動的影響，但延時精度較低。3、符號線圈觸點四、熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應原理來切斷電路的保護電器，如果過載情況嚴重，時間長，會加速電動機絕緣的老化，甚至燒毀電動機，熱繼電器用于對連續運行的電動機實現過載和斷相保護。1、結構及工作原理過載—切斷電動機控制電路冷卻后—自動復位，也可手動復位加熱元件——串接于定子繞組中

熱繼電器雙金屬片——溫度檢測元件

觸頭2、帶斷相保護的熱繼電器Δ形接法必須采用帶斷相保護的熱繼電器Y形相I=線IΔ形若Δ形接法的電動機發生斷路故障時，若線I達到額定電流，則在電動機繞組內部，電流較大的那一相的相I將超過額定相電流。3、電氣符號4、主要技術參數和選用原則熱繼電器整定電流是指熱繼電器的熱元件允許長期通過又不致引起繼電器動作的最大電流值。在不頻繁啟動的場合，要保證熱繼電器在電動機的啟動過程中不產生誤動作。通常，當電動機啟動電流不超過額定電流的6倍以及啟動時間不超過6S時，就可按電動機的額定電流選取熱繼電器。對于短時重復工作的電動機（起重機），熱繼電器雙金屬片的溫升跟不上電動機繞組的溫升，電動機得不到可靠的過載保護，應選用過電流繼電器或溫度繼電器。五、速度繼電器

轉子——圓柱型永久磁鐵速度繼電器定子——籠型空心圓環，硅鋼片疊成，裝有籠型繞組觸頭用于籠型異步電動機的反接制動控制（又稱反接制動繼電器），它是靠電磁感應的原理實現觸點動作的。電動機轉動→速度繼電器的轉子隨之轉動（使永久磁鐵的磁場變成了旋轉磁場）→定子內的短路籠形導體切割旋轉磁場→感應電勢并產生電流→電流與旋轉的轉子磁場作用產生轉矩→定子轉動→至一定角度→擺錘推動簧片動作→觸頭動作。一般速度繼電器有2個常開，常閉觸點，一個用于正轉動作，另一個用于反轉，觸點額定電壓380V，額定電流2A，通常速度繼電器動作速度130r/min，復位轉速100r/min以下。第五節熔斷器基于電流效應原理和發熱元件熱熔斷原理設計，具有一定的瞬動特性，用于電路的短路保護和嚴重過載保護。1.結構原理①熔體鉛、鋅、錫——低熔點金屬的熔體，不易滅弧，多用于小電流電路銅、銀——高熔點金屬，易于滅弧，多用于大電流電路②熔管（絕緣底座）

插入式熔斷器螺旋式熔斷器無填料封閉式熔斷器有填料封閉管式熔斷器

工作原理：熔體與被保護的電路串聯。正常時，熔體允許通過一定的電流；當電路發生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。FU電氣符號：熔斷器的選擇：電路上下兩級都裝設熔斷器時，兩級熔體額定電流的比值不小于1.6:1對于沒有沖擊性電流的負載，熔體的額定電流應大于或等于電路的工作電流。保護一臺異步電動機時，熔體的額定電流計算：IfN≥(1.5~2.5)IN保護多臺異步電動機時，若各臺電動機不同時啟動，則：IfN≥(1.5~2.5)INmax+∑IN第六節低壓隔離器一、刀開關——結構最簡單，應用、最廣泛的手控電器。用于、低壓電路不頻繁動作。常用的有HD、HS系列，膠殼HK、鐵殼HH系列，以及帶熔斷器的HG系列。

刀開關在安裝時，手柄要向上（開啟位置），不得倒裝或平裝，避免由于重力自由下落，引起誤動作和合閘，接線時，應將電源線接在上端，負載線接在下端，這樣拉閘后刀開關的刀片與電源隔離，既便于更換熔絲，又防止可能發生的意外事故。電氣符號選用原則刀開關額定電壓應大于或等于線路電壓。刀開關額定電流應大于或等于線路額定電流，對于電動機負載，小電機直接啟動，刀開關額定電流可取電動機額定電流的3倍，大電機降壓啟動，刀開關額定電流可取電動機額定電流的1.5倍。二、組合開關（轉換開關）

一種多檔式、控制多回路的主令電器，廣泛用于各種配電裝置的電源隔離、電路轉換、電動機的遠距離控制等。

電氣符號第七節低壓斷路器自動開關（自動空氣斷路器，空氣開關）——低壓電路中常用的具有保護環節的斷合電器。當電路發生嚴重過載、短路以及失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護串接其后的電氣設備；正常情況下，也可用于不頻繁地接通和斷開電路及控制電動機。相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合。1.結構和工作原理刀開關電磁脫扣器——短路保護欠壓脫扣器——欠壓保護雙金屬片——過載保護2.電氣符號3.選用原則

塑殼式常用，額定電壓、電流略大于或等于線路、設備的正常工作電壓、電流。第八節主令電器自動控制系統中用于發送和轉換命令的電器，用于控制電路，不能直接分合主電路。一、控制按鈕——低壓控制電路中，手動發出控制信號。橋式觸點：觸點額定電流5A以下，注意：按下時，常閉先開，常開后合；復位時，常開觸點先斷開，常閉觸點后閉合。紅色－停止或急停綠色－起動黑、白或灰－起動、停止交替黑色－點動藍色－復位二、行程開關（限位開關）——又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路