第1章電氣控制電路中的常用電器1.1低壓控制電器概述1.2電磁式控制電器的基本原理1.3交流接觸器1.4繼電器1.5熔斷器1.6熱繼電器1.7自動空氣開關1.8溫度繼電器1.9感應式速度繼電器1.10漏電繼電器1.11主令電器小結

思考與練習本章主要介紹電氣控制領域中常用低壓電器的工作原理、用途、型號、規格、符號以及電氣控制線路的基本環節。通過對典型電氣控制系統的分析，掌握正確選擇和合理使用常用電器以及分析和設計電氣控制線路的基本方法，為后續章節的學習打下基礎。1.1低壓控制電器概述1.1.1電器的分類電器是接通和斷開電路或調節、控制和保護電路及電氣設備用的電工器具。完全由控制電器組成的自動控制系統，稱為繼電器-接觸器控制系統，簡稱電氣控制系統。電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結構各異。下面是幾種常見的電器分類方法。

1.按工作電壓等級分類

(1)高壓電器：用于交流電壓1200V、直流電壓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.按動作原理分類

(1)手動電器：用手或依靠機械力進行操作的電器，如手動開關、控制按鈕、行程開關等主令電器。

(2)自動電器：借助于電磁力或某個物理量的變化自動進行操作的電器，如接觸器、各種類型的繼電器、電磁閥等。

3.按用途分類

(1)控制電器：用于各種控制電路和控制系統的電器，例如接觸器、繼電器、電動機啟動器等。

(2)主令電器：用于自動控制系統中發送動作指令的電器，例如按鈕、行程開關、萬能轉換開關等。

(3)保護電器：用于保護電路及用電設備的電器，如熔斷器、熱繼電器、各種保護繼電器、避雷器等。

(4)執行電器：用于完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。

(5)配電電器：用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器、隔離開關、刀開關、自動空氣開關等。

4.按工作原理分類

(1)電磁式電器：依據電磁感應原理來工作，如接觸器、各種類型的電磁式繼電器等。

(2)非電量控制電器：依靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關、行程開關、按鈕、速度繼電器、溫度繼電器等。1.1.2電器的作用低壓電器能夠依據操作信號或外界現場信號的要求，自動或手動地改變電路的狀態、參數，實現對電路或被控對象的控制、保護、測量、指示、調節。低壓電器的作用有：

(1)控制作用。如控制電梯的上下移動、快慢速自動切換與自動停層等。

(2)保護作用。根據設備的特點，對設備、環境以及人身實行自動保護，如電機的過熱保護、電網的短路保護、漏電保護等。

(3)測量作用。利用儀表及與之相適應的電器，對設備、電網或其他非電參數，如電流、電壓、功率、轉速、溫度、濕度等進行測量。

(4)調節作用?？蓪σ恍╇娏亢头请娏窟M行調整，以滿足用戶的要求，如柴油機油門的調整、房間溫濕度的調節、照度的自動調節等。

(5)指示作用。利用低壓電器的控制、保護等功能，檢測出設備運行狀況與電氣電路工作情況，如絕緣監測、保護狀態指示等。

(6)轉換作用。在用電設備之間轉換或對低壓電器、控制電路分時投入運行，以實現功能切換，如勵磁裝置手動與自動的轉換，供電的市電與自備電的切換等。當然，低壓電器的作用遠不止這些，隨著科學技術的發展，新功能、新設備會不斷出現。1.2電磁式控制電器的基本原理電磁式低壓電器是利用電磁系統控制動作的低壓器件。其基本原理是當某一電壓或電流達到某一數值時，對應電磁吸力足以克服反力彈簧彈力，從而使得連桿帶動觸頭閉合或斷開，完成相應功能。電磁式低壓電器屬于開關的范疇。它的作用是用低電壓小電流去控制大電流或高電壓的轉接。1.2.1電磁式低壓電器的基本組成

電磁式低壓電器是利用電磁現象完成電氣電路或非電對象的切換、控制、檢測、保護、指示等功能的。電磁式低壓電器的結構示意圖如圖1.1所示，它由以下幾部分組成。

(1)固定支架系統：為觸頭、線圈、鐵芯、彈簧等提供支撐、保護、固定等。

(2)電磁系統：依靠線圈通電產生的磁通，使鐵芯產生吸引力，作為觸頭動作的力量來源。

(3)觸頭系統：用來對電氣回路進行切斷或接通的電氣部分，是電磁低壓電器的執行部分。

(4)滅弧系統：在負荷較重時，觸頭動作會產生較強的電弧，滅弧系統就是專門用來熄滅電弧的。電磁式低壓電器的動作過程為：當線圈1通電后，將會在磁路2中產生磁通Ф，因此產生一吸力吸引銜鐵3向下移動，并帶動觸頭5動作，接通或斷開電路。當線圈失電后，銜鐵在彈簧4彈力的作用下，恢復到線圈通電前的狀態，觸頭也同時復位。圖1.1電磁式低壓電器的結構示意圖1.2.2電磁機構電磁機構也稱電磁系統，由吸引線圈和磁路兩個部分組成。磁路包括鐵芯、鐵軛、銜鐵和空氣隙。吸引線圈通以一定電壓或電流產生激勵磁場及吸力，并通過氣隙轉換為機械能，從而帶動銜鐵運動使觸頭動作，以完成觸頭的斷開和閉合。圖1.2是幾種常用的電磁機構示意圖，由圖可見銜鐵在電磁力的作用下可以直動，也可以繞某一支點轉動。電磁吸力是指電磁鐵線圈通電后，鐵芯吸引銜鐵的力，其表達式為：(1-1)式中：S0——磁路中氣隙的橫截面積；

B0——磁路中氣隙的磁感應強度；

μ0——真空磁導率。式(1-1)是在穩恒磁場中的作用關系式，如果是在交變磁場中，需要考慮其等效值。電磁吸力的大小與氣隙的橫截面積和氣隙的磁感應強度的平方成正比。所以，我們要產生足夠的吸力，除了要考慮磁感應強度的大小即磁場的強弱以外，還要考慮到氣隙的橫截面積大小。圖1.2常用電磁機構示意圖1.2.3觸頭系統觸頭(也稱觸點)是用于切斷或接通電器回路的部分，按其接觸情況可以分為點接觸式、線接觸式和面接觸式三種，如圖1.3所示。根據用途不同，觸點分為主觸點和輔助觸點兩種。主觸點用以通斷電流較大的主電路，一般由接觸面較大的常開觸點組成。輔助觸點用以通斷電流較小的控制電路，它由常開觸點和常閉觸點成對組成。當觸頭未動作時處于斷開狀態的觸點稱為常開(或動合)觸點；當觸頭未動作時處于接通狀態的觸點稱為常閉(或動斷)觸點。觸點材料一般采用銀或銀的合金，常用的有銀-氧化鎘、銀-鎢或銅-鎢等。對觸頭的基本性能要求是：接觸電阻盡可能小。為了使觸頭接觸得更加緊密，以減小接觸電阻，消除開始接觸時產生的振動，一般制造時，在觸頭上裝有接觸彈簧，使觸頭在剛剛接觸時產生初壓力，并且隨著觸頭的閉合逐漸增大觸頭互壓力。圖1.3電磁式繼電器的觸頭(a)點接觸式；(b)線接觸式；(c)面接觸式1.2.4滅弧系統

電器的觸頭在閉合或斷開(包括熔體在熔斷時)的瞬間，都會在觸頭間隙中產生弧狀的火花，這種由電器原因產生的火花稱為電弧。電弧的產生主要經歷以下四個物理過程：

(1)強電場放射。觸頭剛開始分離時，其間隙很小，電路電壓幾乎全部降落在觸頭間很小的間隙上，因此該處的電場強度很大，可以達到107甚至109V/m。如此的強電場可以將陰極表面的自由電子拉到氣隙中，使觸頭間隙的氣體中存在大量的電子，這就是強電場放射過程。

(2)撞擊電離。觸頭間隙中的自由電子在電場作用下，向正極加速運動，同時獲得了足夠的動能。自由電子在前進途中撞擊氣體原子，將氣體原子分裂為電子和正離子。電子在向正極運動中撞擊其他原子，使觸頭間隙中氣體越來越多的現象，稱為撞擊電離。

(3)熱電子發射。撞擊電離產生的正離子向陰極運動，撞在陰極上會使陰極溫度迅速升高，使陰極電子的動能增加。當陰極溫度達到一定程度時，一部分有足夠動能的電子將從陰極表面逸出，再參與撞擊電離。由于高溫使電極發射電子的現象稱為熱電子發射。

(4)高溫游離。當電弧間隙中的氣體溫度升高時，氣體分子熱運動速度加快。當電弧的溫度達到3000℃或更高時，氣體分子將發生強烈的不規則運動并造成相互碰撞，結果使氣體分子游離為電子和正離子。以上的四個過程會產生大量的熱，從而會燒壞觸頭，引起接觸不良。大容量電器應迅速滅弧。滅弧的基本原理是將電弧拉長、切短、隔離、冷卻，以降低電弧溫度和電弧強度。常用的滅弧方法有以下幾種：

(1)滅弧罩滅弧。滅弧罩由陶土材料制成，其結構如圖1.4所示。安裝時用滅弧罩將觸頭罩住，當電弧發生時，電弧進入滅弧罩內，依靠滅弧罩對其進行降溫，增加帶電離子的復合作用，使電弧容易熄滅，也防止電弧飛出。圖1.4滅弧罩的結構

(2)滅弧柵片熄弧。滅弧柵片是由絕緣材料制成的骨架，再嵌上鍍銅的鋼片制成。安裝時，滅弧柵片位于觸頭的上方。電弧產生后，由于鋼片導磁，電弧產生的電磁力使電弧與鋼片相吸，于是電弧進入柵片并被分成許多串聯的短弧。柵片的散熱作用和用于交流電流的“陰極效應”使電弧迅速熄滅。其他的滅弧方式還有磁吹滅弧和縱縫滅弧等。低壓電器滅弧時，可以只采用一種方法，也可以多種方法并用，以增加滅弧能力。1.3交流接觸器接觸器是一種用來自動地接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交流電路，并可實現遠距離控制。其主要控制對象是電動機，也可用于其他負載。接觸器具有控制量大、過載能力強、可頻繁操作、工作可靠、設備簡單經濟等特點，還具有零壓保護、欠壓釋放保護等作用，因此在電器控制中應用十分廣泛。按其流過線圈的工作電流種類不同，接觸器可分成交流接觸器CJ型和直流接觸器CZ型兩類。1.3.1交流接觸器的結構和工作原理交流接觸器是利用電磁吸力與彈簧彈力配合動作，使觸頭閉合或分斷的。實驗室的交流接觸器的外形及結構如圖1.5所示。它有兩種工作狀態；得電動作狀態和失電釋放狀態。當吸引線圈得電后，銜鐵被吸合，所有的動合觸頭閉合，動斷觸頭分斷，接觸器處于得電狀態；當吸引線圈失電后，銜鐵釋放，在復位彈簧的作用下，所有的動合觸頭分斷，動斷觸頭閉合，接觸器處于失電狀態。交流接觸器由電磁系統、觸頭系統、滅弧裝置、彈力裝置等部分組成。觸頭有五個動合觸頭，其中三個主觸頭、兩個輔助觸頭，還有兩個動斷輔觸頭。這些輔助觸頭常起電氣連鎖作用。圖1.5交流接觸器的外形結構及圖形符號(a)外形；(b)結構示意圖；(c)圖形符號1.3.2交流接觸器的型號和基本參數

1.交流接觸器的型號及含義

2.交流接觸器的型號和基本參數

(1)額定電壓：接觸器銘牌上的額定電壓是指接觸器主觸頭之間的正常工作電壓值。

(2)額定電流：接觸器銘牌上的額定電流是指接觸器主觸頭之間的正常工作電流值。

(3)吸引線圈的額定電壓：指接觸器電磁線圈的正常工作電壓值。

(4)主觸頭接通與分斷能力：指接觸器主觸頭在規定條件下能可靠地接通和分斷的電流值。

(5)額定操作頻率：指接觸器每小時允許的操作次數。表1.1為常用的CJ10系列交流接觸器的技術數據。表1.1常用CJ10系列交流接觸器的技術數據1.3.3交流接觸器的選用方法應根據控制電路的要求，正確地選擇交流接觸器。

(1)選擇類型。根據所控制對象的電流類型來選擇交流或直流接觸器。

(2)選擇觸頭的額定電壓。通常觸頭的額定電壓應大于或等于回路的額定電壓。

(3)選擇主觸頭的額定電流。主觸頭的額定電流應大于或等于負載的額定電流。在頻繁啟動、制動、正反轉的場合，選擇主觸頭的額定電流可以稍微大一些，有10%～20%的裕量。

(4)選擇線圈電壓。線圈的工作電壓應與回路的工作電壓相當。1.4繼電器繼電器屬于一種參量控制開關，即當某一電壓或電流達到某一數值時，開關開啟或閉合，因此繼電器屬于開關的范疇。它利用電磁原理或其他(如熱電或電子)方法實現自動接通或斷開一個或一組觸點，實現開關功能的非手動開關。它的作用是用低電壓小電流去控制大電流或高電壓的轉接。用繼電器可以構成邏輯、時序電路。繼電器分為電磁式繼電器、舌簧繼電器、雙金屬片溫度繼電器。1.4.1繼電器的工作原理和特性

1.電磁式繼電器的工作原理和特性圖1.6是電磁式繼電器的結構示意和電路圖形符號。電磁式繼電器是使用最早、應用最廣泛的一種繼電器。圖1.6電磁式繼電器動作原理圖繼電器中有兩種觸點，一種是可以移動的觸點叫做動觸點(圖1.6中的觸點l)，另一種是位置固定的觸點叫做靜觸點(圖1.6中的觸點2和3)。線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點稱為常開觸點(圖1.6中的觸點3)，處于接通狀態的靜觸點稱為常閉觸點(圖1.6中的觸點2)。如果一個動觸點與一個靜觸點常接，而同時與另一個靜觸點常開，就稱它為轉換觸點(圖1.6中的觸點1)。在一個繼電器中，可以具有一個或數個(組)常開觸點、常閉觸點和相應的轉換觸點。電磁繼電器中一般只設一個線圈(也有設多個線圈的)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。通過這樣吸合、釋放，從而達到了電路中的導通、切斷的目的。電磁式繼電器的工作原理是電磁感應定律。在圖1.6中，當線圈中通以直流電流時，線圈中間的鐵芯會被磁化而產生磁力，進而吸引銜鐵(動鐵)，使靜觸點分開(l和2分開)、動觸點閉合(l和3接通)。當線圈斷開電流時，鐵芯失去磁性，銜鐵被返回彈簧拉起，觸點3斷開，觸點1與2接通。

2.熱敏干簧繼電器的工作原理和特性熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環、恒磁環、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環產生的磁力驅動開關動作。恒磁環能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環的溫控特性決定的。

3.固態繼電器(SSR)的工作原理和特性固態繼電器是一種由兩個接線端為輸入端,另兩個接線端為輸出端的四端器件。其中采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。固態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，其中以光電隔離型為最多。1.4.2繼電器主要產品技術參數

(1)額定工作電壓：繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，根據繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。

(2)直流電阻：繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。

(3)吸合電流：繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。

(4)釋放電流：繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態，這時的電流遠遠小于吸合電流。

(5)觸點切換電壓和電流：繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。1.4.3繼電器測試

(1)測觸點電阻。用萬能表的電阻擋測量常閉觸點與動點之間的電阻，其阻值應為0；而常開觸點與動點之間的阻值為無窮大。由此可以區分常閉觸點和常開觸點。

(2)測線圈電阻?？捎萌f能表R?×?10Ω擋測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在開路現象。

(3)測量吸合電壓和吸合電流。使用可調穩壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進行監測。慢慢調高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準確，可以多測幾次求平均值。

(4)測量釋放電壓和釋放電流。如(3)所述連接測試，當繼電器發生吸合后，再逐漸降低電源電壓，當聽到繼電器再次發生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，亦可多測幾次，求得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約為吸合電壓的10%～50%，如果釋放電壓太小(小于1/10的吸合電壓)，則不能正常使用，這樣會對電路的穩定性造成威脅，導致工作不可靠。1.4.4繼電器的電符號和觸點形式繼電器線圈在電路中用一個長方框符號表示，如果繼電器有兩個線圈，就畫兩個并列的長方框，同時在長方框內或長方框旁標上繼電器的文字符號“J”。繼電器的觸點有兩種表示方法：一種是把它們直接畫在長方框一側，這種表示法較為直觀；另一種是按照電路連接的需要，把各個觸點分別畫到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點與線圈旁分別標注上相同的文字符號，并將觸點組編上號碼，以示區別。繼電器的觸點有三種基本形式：

(1)動合型(H型)。線圈不通電時，兩觸點是斷開的，通電后兩個觸點就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。

(2)動斷型(D型)。線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。

(3)轉換型(Z型)。這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點與其中一個靜觸點斷開并與另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合狀態，原來閉合的成斷開狀態，達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點，用“轉”字的拼音字頭“Z”表示。1.4.5繼電器的選用選擇繼電器時，首先了解被控電路所要求的必要條件。這些條件有：

(1)控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；

(2)被控制電路中的電壓和電流；

(3)被控電路需要幾組、什么形式的觸點。一般在選用繼電器時，控制電路的電源電壓可作為選擇的依據?？刂齐娐窇芙o繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩定的。確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器，可依據資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。選用時需注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，應考慮電路板的安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控裝置等，則應選用超小型繼電器產品。1.4.6時間繼電器當繼電器感測部分接收輸入信號后，經過一段時間，執行部分才動作，這類繼電器稱為時間繼電器。按其動作原理時間繼電器可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式以及電子式等；按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型兩種。下面就以空氣阻尼式時間繼電器為例說明其工作原理。空氣阻尼式時間繼電器又稱氣囊式時間繼電器，它是利用空氣阻尼的作用來延時的。JS7-A系列空氣阻尼式時間繼電器如圖1.7所示。該時間繼電器由電磁系統、觸頭系統和延時機構組成。電磁鐵采用直動式雙E型；觸頭系統是借助橋式雙斷點微動開關，構成瞬時觸頭和延時觸頭兩部分，供控制時選用；延時機構是利用空氣通過小孔時產生阻尼作用的氣囊式阻尼器。這種繼電器分為通電延時型和斷電延時型兩種。下面以通電延時型的繼電器為例，介紹其動作原理。圖1.8為JS7-A系列通電延時型空氣阻尼式時間繼電器的動作原理圖。其動作的過程是：當線圈1通電時，銜鐵2克服反作用彈簧3的阻力，與靜鐵芯4吸合，推桿5在螺旋壓縮彈簧6的作用下向上移動，使與活塞12相連的橡皮膜8也向上移動，但其上移的速度受進氣孔10進氣速度的控制，而進氣速度可通過調節螺釘9帶動螺塞11以改變進氣孔的大小加以調節，進氣越慢，延時越長?？諝膺M入氣囊，經過一段時間，活塞12才能移到最上端，并通過杠桿13壓動微動開關KT2，使其動斷觸頭斷開、動合觸頭閉合，起到通電延時作用，故微動開關KT2的觸頭稱為延時觸頭。另一個微動開關KT1是在銜鐵2吸合時，在推板14的作用下立即動作，使KT1的動斷觸頭瞬時斷開、動合觸頭瞬時閉合，故KT1的觸頭稱為瞬時觸頭。當線圈1斷電時，銜鐵2在反作用彈簧3的作用下，通過推桿5將活塞12推向最下端，這時橡皮膜8下方氣室內的空氣通過橡皮膜、弱彈簧7和活塞12的局部所形成的單向閥迅速從橡皮膜上方的縫隙中排掉，使微動開關KT1和KT2的各觸頭瞬時復位。圖1.7JS7-A系列空氣阻尼式時間繼電器(a)外形；(b)結構原理；(c)表示符號圖1.8JS7-A系列通電延時型空氣阻尼式時間繼電器動作原理1.5熔斷器熔斷器主要有插入式熔斷器、螺旋式(快速)熔斷器、圓筒帽形熔斷器、快速熔斷器、半導體器件保護用熔斷器、有填料封閉管式熔斷器、有填料封閉管式圓筒帽形熔斷器、有填料封閉管式螺栓連接熔斷器、有填料封閉管式刀形觸頭熔斷器、圓管式熔斷器、無填料管式熔斷器、微型熔斷器、模數化螺旋式熔斷器等。電氣控制中較為常用的是圓筒帽形熔斷器，大功率電動機控制電路中常用的是有填料封閉管式熔斷器、有填料封閉管式圓筒帽形熔斷器等。瓷插入式熔斷器的結構圖如圖1.9所示。圖1.9瓷插入式熔斷器的結構圖1.5.1圓筒帽形熔斷器的概述圓筒帽形熔斷器適用于交流50Hz、額定電壓至600V、額定電流至125A的電路，主要作為電氣線路的過載和短路保護；還可派生為半導體器件及其成套裝置的短路保護以及電動機短路保護。圓筒帽形熔斷器(有填料封閉式)由純銅/銀片(或絲)制成的變截面熔體封裝于由高強度瓷或環氧玻璃布管制成的熔管內，熔管中充滿經化學處理過的高純度石英砂作為滅弧介質，熔體二端采用點焊與端帽牢固的連接。熔斷器可帶有撞擊器，當熔體熔斷時，撞擊器立即動作，推動微動開關，發出各種信號或自動切換電路。圓筒帽形熔斷器呈插入式結構，按尺寸可安裝于RT14、RT18、RT19以及其他相應尺寸的熔斷器支持件。1.5.2熔斷器的選擇熔斷器的類型主要依據負載的保護特性和短路電流的大小來選擇。對于容量小的電動機和照明支線，常采用熔斷器作為過載及短路保護，因而希望熔體的熔化系數適當小些，通常選用鉛錫合金熔體的RQA系列熔斷器。對于較大容量的電動機和照明干線，則應著重考慮短路保護和分斷能力，通常選用具有較高分斷能力的RM10和RL1系列的熔斷器；當短路電流很大時，宜采用具有限流作用的RT0和RT12系列的熔斷器。熔體的額定電流可按以下方法選擇。

(1)保護無啟動過程的平穩負載，如照明線路、電阻、電爐等時，熔體額定電流略大于或等于負荷電路中的額定電流。

(2)保護單臺長期工作的電機時，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(1-2)式中：Irn為熔體額定電流；In為電動機額定電流。如果電動機頻繁啟動，式中系數可適當加大至3～3.5，具體應根據實際情況而定。

(3)保護多臺長期工作的電機(供電干線)時，熔體額定電流按下式選取：

式中：In

max為容量最大單臺電機的額定電流；為其余電動機額定電流之和。(1-3)

(4)熔斷器的級間配合。為防止發生越級熔斷、擴大事故范圍，上、下級(即供電干、支線)線路的熔斷器間應有良好配合。選用時，應使上級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比下級(供電支線)的大1～2個級差。

(5)熔斷器的型號及含義。熔斷器的型號及含義如圖1.10所示。圖1.10熔斷器的型號及含義1.5.3高壓交流熔斷器的選擇

1.型號選擇在3～35kV的電站和變電所中常用的高壓熔斷器有兩大類：一類是戶內高壓限流熔斷器，最高額定電壓能達40.5kV，常用的型號有RN1、RN3、RN5、XRNM1、XRNT1、XRNT2、XRNT3型，主要用于保護電力線路、電力變壓器和電力電容器等設備的過載和短路；RN2和RN4型額定電流均為0.5A，是保護電壓互感器的專用熔斷器。另一類是戶外高壓噴射式熔斷器，此類熔斷器在熔體熔斷產生電弧時，需要等待電流過零才能開斷電路，無限流作用，常用的型號有RW3、RW4、RW7、RW9、RW10、RW11、RW12、RW13型等，其作用除與RN1型相同外，在一定條件下還可以分斷和關合空載架空線路、空載變壓器和小負荷電流。其中，RW10－35/0.5型為保護35kV電壓互感器專用的戶外產品。

2.按工作電壓選擇熔斷器的一般工作條件為

Ue≥Uwe

(1-4)式中：Ue——熔斷器的額定電壓；

Uwe——安裝處電網的額定電壓。即熔斷器的額定電壓(kV)應不小于熔斷器安裝處電網的額定電壓(kV)。以石英砂作為熔斷器填充物的限流型熔斷器只能按Ue?=?Uwe的條件選擇，這種情況下此類熔斷器熔斷產生的最大過電壓倍數限制在規定的2.5倍相電壓之內，此值并未超過同一電壓等級電器的絕緣水平。如果熔斷器使用在工作電壓低于其額定電壓的電網中，過電壓倍數造成的威脅可能增大3.5～4倍。表1.2為常用的RC1A系列瓷插入式熔斷器的技術數據。表1.2RC1A系列瓷插入式熔斷器的技術數據3.按工作電流及保護特性選擇一般選擇條件為

Ie≥Ije≥Igzd

(1-5)式中：Ie——熔斷器熔管的額定電流，單位為A；

Ije——熔斷器熔體的額定電流，單位為A；

Igzd——回路最大持續工作電流，單位為A。此條件為選擇熔斷器額定電流的總體要求，其中熔體額定電流的選擇最為重要，它的選擇與其熔斷特性有關，應能滿足保護的可靠性、選擇性和靈敏度要求。在選擇時，還應考慮以下具體情況。

(1)保護配電設備(即35kV及以下電力變壓器)時，按下式選擇

Ije?=?KIbzd(1-6)式中：Ibzd——變壓器回路最大持續工作電流，單位為A；

K——可靠系數，不考慮電機自啟動時取1.1～1.3。考慮電機自啟動時，K取1.5～2.0。按此條件選擇可確保變壓器在通過最大持續工作電流，通過變壓器勵磁涌流，電動機自啟動或保護范圍以外短路產生的沖擊電流時熔件不熔斷，而且能保證前后級保護動作的選擇性以及本段范圍內短路能以最短時間排除故障。

(2)保護電力電容器時，按下式選擇

Ije?=?KIce(1-7)式中：Ice——電容器回路的額定電流，單位為A；

K——可靠系數，對于跌落式熔斷器取1.35～1.5。對于限流型熔斷器，當有一臺電容器時，可靠系數取1.5～1.8；當有一組電容器時，可靠系數取1.35～1.8。

(3)保護電力線路時，按一般條件選擇：

Ie≥Ije≥Igzd

(1-8)

4.按開斷電流選擇一般選擇條件為

Ike≥Idt(Ske≥Sdt)(1-9)式中：Ike(或Ske)——熔斷器的額定開斷電流，單位為kA(或額定開斷容量，單位為MVA)；

Idt——短路全電流，單位為kA。對于限流型熔斷器取Idt≥I"(次暫態電流幅值)；對于非限流型熔斷器取Idt≥Ich(穩態短路電流最大有效值)。對于跌落式熔斷器，其開斷能力應分別按上、下限值來驗算。在驗算上限值時要應用系統的最大運行方式；驗算下限值時，應用最小運行方式。

5.短路電流的穩定性對于限流型熔斷器可不進行動、熱穩定的校驗；而對于非限流型熔斷器，要求進行動、熱穩定的校驗工作?？傊?，我們在選用熔斷器的時候，一定要注意以下幾點：

(1)高壓熔斷器的額定電壓應大于或等于實際工作的最高電壓；

(2)限流型熔斷器不允許使用在低于或高于它們的額定電壓的線路，非限流型熔斷器在選擇時要進行動、熱穩定性校驗；

(3)熔體的額定電流應小于熔斷器的額定電流，但應大于回路持續工作電流；

(4)根據保護動作選擇性要求來校驗熔體額定電流，以保證裝設回路中前后保護動作時間的配合；

(5)保護電壓互感器的高壓熔斷器只需按工作電壓與開斷能力來選擇。1.6熱繼電器熱繼電器是根據電流通過發熱元件所產生的熱，使雙金屬片受熱彎曲而推動機構動作的一種電器。它主要用于電動機的過載、斷相以及電流不平衡的保護。1.6.1熱繼電器的工作原理熱繼電器也稱熱偶，如圖1.11所示。當負載電流流過發熱元件(一種合金電阻片，通過電流時產生熱量并發散)時，使它附近的膨脹元件受熱。膨脹元件是由兩種膨脹性能不同的金屬片沿其表面焊接而成，稱為雙金屬片。雙金屬片的下層金屬片具有較大的膨脹系數。當通過電流超過某特定電流時，發熱元件的熱量使雙金屬片向上彎曲，于是帶動機構偏轉，斷開控制電路內的觸點，從而使接觸器的主觸頭斷開，負載電路被切斷。圖1.11熱繼電器(a)實物圖；(b)原理圖熱繼電器是用于電動機或其他電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流增大，使電動機的繞組溫度升高。如果過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但如果過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會燒毀電動機繞組。因此，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是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，為電動機提供過載保護的保護電器。1.6.2熱繼電器的應用熱繼電器投入使用前，必須對其整定電流進行調整，以保證熱繼電器的整定電流與被保護電動機的額定電流匹配。例如，對于一臺10kW、380V的電動機，額定電流為19.9A，可使用JR20-25型熱繼電器，發熱元件整定電流為17～21～25A。先按一般情況整定在21A，若發現經常提前動作，而電動機溫升不高，可將整定電流改至25A繼續觀察；若在21A時，電動機溫升高，而熱繼電器滯后動作，則可改在17A觀察，以得到最佳的配合。下面以QX系列啟動器為例，介紹繼電器具體調整過程。QX3、QX4系列為自動星形-三角形啟動器，由三個交流接觸器、一個三相熱繼電器和一個時間繼電器組成，外配一個啟動按鈕和一個停止按鈕。啟動器在使用前，應對時間繼電器和熱繼電器進行適當的調整，這兩項工作均在啟動器安裝現場進行。電工大多數只知電動機的容量，而不知電動機正常啟動時間、電動機額定電流。

(1)時間繼電器調整時，暫不接入電動機進行操作，先試驗時間繼電器的動作時間是否能與所控制的電動機的啟動時間一致。如果不一致，就應微調時間繼電器的動作時間，再進行試驗。但兩次試驗的間隔至少要在90s以上，以保證雙金屬時間繼電器自動復位。

(2)熱繼電器的調整，由于QX系列啟動器的熱電器中的熱元件串聯在電動機相電流電路中，而電動機在運行時是接成三角形的，因此電動機運行時的相電流是線電流(即額定電流)的0.577倍。根據計算所得值，將熱繼電器的整定電流旋鈕調整到相應的刻度(中線刻度左右)。如果計算所得值不在熱繼電器熱元件額定電流調節范圍，即大于或小于調節機構的刻度標注高限或低限數值，則需更換適當的熱繼電器，或選擇適當的熱元件。1.6.3熱繼電器的型號及含義熱繼電器型號表示及含義如圖1.12所示。表1.3為常用JR16系列熱繼電器的技術數據。圖1.12熱繼電器型號表示及含義表1.3常用JR16系列熱繼電器的技術數據1.6.4熱繼電器的常見故障及解決辦法熱繼電器的常見故障及解決方法如表1.4所示。表1.4熱繼電器的常見故障及解決辦法續表1.7自動空氣開關

自動空氣開關又稱自動空氣斷路器，是低壓配電網絡和電力拖動系統中非常重要的一種電器。它集控制和多種保護功能于一身，除了能完成接觸和分斷電路外，也能對電路或電氣設備發生的短路、嚴重過載及欠電壓等進行保護，同時還可以用于不頻繁地啟動電動機。自動空氣開關具有操作安全，使用方便，工作可靠，安裝簡單，動作后(如短路故障排除后)不需要更換元件(如熔體)等優點。因此，它在工業、住宅等方面獲得廣泛應用。1.7.1自動空氣開關的工作原理自動空氣開關又名斷路器，就是既能開斷正常負荷電流，又能開斷短路故障電流的開關。當開關開斷時，在斷口處將燃弧，燃弧的能量為斷口兩端電流和電壓的乘積。自動空氣開關能在線路和電動機發生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護。自動空氣開關的動、靜觸頭及觸桿設計成平行狀，利用短路產生的電動斥力使動、靜觸頭斷開，分斷能力高，限流特性強。短路時，靜觸頭周圍的芳香族絕緣物氣化，起冷卻滅弧作用，飛弧距離為零。自動空氣開關的滅弧室采用金屬柵片結構。自動空氣開關具有復式脫扣器。反時限動作是雙金屬片受熱彎曲使脫扣器動作，瞬時動作是鐵芯銜鐵機構帶動脫扣器動作。脫扣方式有熱動、電磁和復式脫扣三種。圖1.13所示為SMB45-100H系列高分斷小型自動空氣開關，用于保護線路的短路和過載。它適用于照明配電系統和電動機的配電系統，為嵌入式安裝。自動空氣開關的極數分為單極、二極、三極和四極。圖1.13自動空氣開關(a)實物圖；(b)結構原理圖和圖形符號1.7.2自動空氣開關的型號含義及主要特性自動空氣開關的電氣符號為QF，DL。其型號以及含義如圖1.14所示。圖1.14自動空氣開關的型號以及含義塑殼式自動空氣開關的主要特性如下。

1)額定極限短路分斷能力Icu自動空氣開關的分斷能力指標有兩種：額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics。Ics作為一個特性參數，并非只簡單考慮自動空氣開關的分斷能力，而是作為一種分斷指標，即分斷幾次短路故障后，還能保證其正常工作。對塑殼式自動空氣開關而言，應有足夠的Icu，能夠分斷短路電流使開關跳閘。按規定，塑殼式自動空氣開關的Ics只要大于25%Icu就算合格。而目前市場上斷路器的Ics大多數在(50%～75%)Icu之間，所以對供電要求不高的配電系統，只須考慮Icu。

2)限流分斷能力限流分斷能力是指自動空氣開關短路跳閘時限制故障電流的能力。自動空氣開關發生短路時、觸頭快速打開產生電弧，相當于在線路中串入一個迅速增加的電弧電阻，從而限制了故障電流的增加。自動空氣開關斷開時間越少，Ics就越接近Icu，限流效果就越好，還可大大降低短路電流引起的電磁效應、電動效應和熱效應對自動空氣開關和用電設備的不良影響，延長自動空氣開關的使用壽命。

3)短路保護短路保護就是短路瞬時跳閘。要注意在負荷變化后及時調整保護的整定值，防止整定值過小造成頻繁跳閘而影響供電質量，或整定值過大使線路和設備得不到有效保護。

4)過載延時保護過載延時保護是指負荷電流超過設備的限定范圍有燒毀設備的危險時，保護裝置能在一定時間內切斷電源。過載有個熱量積累的過程，保護動作不需要過于迅速。對于短時過電流，保護不應該動作。

5)隔離功能隔離功能就是要求自動空氣開關斷開后的泄漏電流不致對人員和設備產生危害。多次短路跳閘后開關性能下降，泄漏電流會增大。對人體而言，30mA以下為安全漏電電流，而在惡劣的環境中，超過300mA的泄漏電流持續兩小時以上，就可能使絕緣損壞，發生相地短路，進而引發火災。

6)漏電保護漏電器有熱磁式和電子式兩種。相比而言，電子式漏電器具有體積小、精度高、靈敏度高的優點，但其抗干擾能力較差。目前電子式漏電保護器占據主流地位，它的工作原理為：當漏電電流達到整定值時，執行電路接收零序電流互感器二次側的感應電壓信號，驅動轉換觸點輸出漏電保護信號，使脫扣器動作，切斷電源。一般終端開關的整定漏電脫扣電流為30mA、上一級支路開關的整定值為300mA。起火危險性大的電弧性短路難以被短路保護有效切斷，而漏電器可以可靠地斷開接地故障，防止人身觸電和相地短路故障的發生。1.7.3自動空氣開關的選用原則自動空氣開關的選用原則主要有以下幾點：

(1)根據線路對保護的要求確定斷路器的類型和保護形式，可選用框架式、裝置式或限流式等。

(2)斷路器的額定電壓UN應等于或大于被保護線路的額定電壓。

(3)斷路器欠壓脫扣器額定電壓應等于被保護線路的額定電壓。

(4)斷路器的額定電流及過流脫扣器的額定電流應大于或等于被保護線路的計算電流。

(5)斷路器的極限分斷能力應大于線路最大短路電流的有效值。

(6)配電線路中的上、下級斷路器的保護特性應協調配合，下級的保護特性應位于上級保護特性的下方且不相交。

(7)斷路器的長延時脫扣電流應小于導線允許的持續電流。1.8溫?度?繼?電?器溫度繼電器是按照感應到的溫度高低使觸頭動作的繼電器。它廣泛應用于電動機繞組、大功率晶體管等的過熱保護。溫度繼電器可以安裝在電機的內部或繞組的端部，既能保護由于過載而使電機產生的過熱現象，又能保護其他原因造成的過熱現象。溫度繼電器一般可分為機械式、電子式和磁鐵式三種。由于經常使用的是前兩種，因此磁鐵式溫度繼電器不做相應介紹。1.8.1機械式溫度繼電器機械式溫度繼電器可分為許多種，主要有溫度計式，壓力式及雙金屬片式。它們的結構和原理各不相同，其中以溫度計式溫度繼電器結構最為簡單。溫度計式溫度繼電器是在水銀溫度計的上下端各引出一電極制成的。溫度升高時，水銀柱上升，接通兩電極；溫度下降時，水銀柱也下降，兩電極斷開，從而實現電路通斷，達到控制目的。溫度計式溫度繼電器結構簡單，調節方便，但是觸頭數量較少，且觸頭容量和電壓也有限，一般用于恒溫箱的控制電路中。壓力式溫度繼電器在實際應用中原理簡單，易于調試。它利用等體積內氣體受熱膨脹，氣體壓力亦相應增加的原理，通過控制溫度實現自動地通電或斷開。如用于澆版機的熔鉛爐，可使熔鉛保持一定的溫度；用于無粉腐蝕機的控制電路中，能對腐蝕藥水進行恒溫控制。雙金屬片式溫度繼電器的工作原理與熱繼電器相似，在此不再重述。1.8.2電子式溫度繼電器和其他溫度繼電器采用電子線路構成的溫度繼電器稱為電子式溫度繼電器。電子式溫度繼電器種類很多，大致可分為數字式和模擬式兩種。電子式溫度繼電器動作準確，造型小巧，顯示直觀，感溫頭容易放在需要保護的地方，但其抗電沖擊能力不足，售價也較高。其他比較常見的溫度繼電器還有熱敏電阻式溫度繼電器。熱敏電阻式溫度繼電器是根據熱敏電阻的溫度特性制成的溫度控制元件。熱敏電阻是熱敏電阻式溫度繼電器的溫度感測元件，它是一種半導體器件，其阻值大小隨感應到的溫度變化而變化，根據材料性質的不同可分為正溫度系數和負溫度系數兩種。由于正溫度系數熱敏電阻具有明顯的開關特性，電阻溫度系數大、體積小、靈敏度高，因此得到廣泛應用和迅速發展。1.8.3溫度繼電器的常見故障溫度繼電器的常見故障有不動作、動作不準、不能復位等。檢查故障的方法為：首先檢查觸點，看有無引線脫落、燒毛、損壞、油污等現象；其次檢查感溫部分，溫度繼電器不同，其檢查方法也不一樣，如對氣壓式檢查是否漏氣，對磁鐵式檢查永磁鐵是否失磁，對雙金屬片式檢查是否變形等，也可將感溫部分放入烘箱中加熱或放入冰箱中冷卻，再進行觀察，實際中依需要而定。故障排除方法也要視故障原因而定，在此不再闡述。1.9感應式速度繼電器感應式速度繼電器是利用電磁感應原理工作的繼電器，廣泛應用于生產機械運動部件的速度控制和反接控制快速停車，如車床主軸、銑床主軸等。常用的感應式速度繼電器是JY1型感應式速度繼電器，其具有結構簡單、工作可靠、價格低廉等特點。1.9.1感應式速度繼電器的工作原理感應式速度繼電器是靠電磁感應原理實現觸頭動作的。它由轉子、定子和觸頭三部分組成。圖1.15所示是JY1型速度繼電器的結構原理與電氣圖形符號，其工作原理為：速度繼電器轉軸1與電動機同軸連接，當電動機轉動時，帶動繼電器轉子磁極2(永久磁鐵)一起轉動，定子籠型繞組4的導條切割磁場產生感應電動勢與電流，此感應電流與磁場的作用產生轉矩，使定子朝著轉子轉動方向偏擺，通過擺桿5推動簧片6，使繼電器的動合觸頭閉合、動斷觸頭斷開。電動機轉動方向相反時，繼電器轉子的旋轉方向也反向，產生的轉矩方向也相反，擺桿5推動另一側的簧片，使另一側的觸頭閉合或斷開。當轉速下降到一定值時，產生的轉矩小于簧片的反作用力，這時定子恢復到原來位置，對應的觸頭就恢復到原來的狀態。圖1.15JY1型速度繼電器(a)結構原理；(b)電氣圖形符號1.9.2感應式速度繼電器的應用感應式速度繼電器的轉軸與電動機轉軸連在一起。在感應式速度繼電器的轉軸上固定著一個圓柱形的永久磁鐵；磁鐵的外面套有一個可以按正、反方向偏轉一定角度的外環；在外環的圓周上嵌有鼠籠繞組。當電動機轉動時，外環的鼠籠繞組切割永久磁鐵的磁力線而產生感生電流并產生轉矩，使外環隨著電動機的旋轉方向轉過一個角度。這時固定在外環支架上的頂塊頂著動觸頭，使其一組觸頭動作。若電動機反轉，則頂塊撥動另一組觸頭動作。當電動機的轉速下降到100r/min左右時，由于鼠籠繞組的電磁力不足，頂塊返回，觸頭復位。因為繼電器的觸頭是否動作與電動機的轉速有關，所以這種繼電器叫速度繼電器，又因速度繼電器用于電動機的反接制動，故也稱其為反接制動繼電器。1.9.3感應式速度繼電器的常見故障感應式速度繼電器常見故障主要有以下兩種。

(1)速度繼電器轉速較高時，動合觸頭也不閉合。其產生的主要原因有常開觸頭接觸不良、正反觸頭接反和轉子永久磁鐵失磁等。

(2)動作值不正常。其產生的主要原因有反力彈簧調整不當、部件松動和安裝不牢等。檢修時要注意仔細觀察，發現問題及時排除。我們在使用感應式速度繼電器前，一定要檢查速度繼電器的外部結構有無損傷，仔細檢查觸頭接觸情況，防止有短路、斷路情況使控制電路不能夠正常工作。1.10漏?電?繼?電?器漏電繼電器是檢測設備是否有漏電現象并將其轉換為開關信號的保護電器。一般的漏電繼電器做成具有一定開斷能力的開關，自成一體，有時也稱漏電保護器。目前常用的漏電開關檢測的是電網對地電流，因此只在電網對地存在漏電時起保護作用，而對電網內部，如相對相、相對中性線的漏電則無能為力。漏電保護器可以對低壓電網直接觸電和間接觸電進行有效保護，也可以作為三相電動機的缺相保護。漏電繼電器既有單相的，也有三相的。1.10.1漏電繼電器的結構和工作原理漏電繼電器由檢測裝置、試驗裝置、脫扣機構、觸頭部分和固定部分組成。檢測裝置用來檢測是否有漏電存在，脫扣裝置的作用是帶動觸頭跳閘。檢測裝置的原理為：在電設備的進線上套裝一個用磁性物質做成的磁環，所有的電源線均穿環而過。正常情況下，負載一側沒有與大地構成回路，因此磁環中通過的總電流為零。這樣對整個磁環來講，相當于沒有電流流過，因而在磁環中沒有磁通產生。如果負載側對地有電流流過，則磁環中有電流流過，磁環中將感應出與漏電流成函數關系的磁通。此時，如果磁環上已繞上線圈，則線圈中有感應電勢產生。此電勢的大小反映了漏電流的大小。在漏電繼電器中，磁環上的線圈與漏電脫扣器線圈相連，磁環線圈產生感應電流時，帶動脫扣中的銜鐵復位，如圖1.16所示。漏電脫扣器的原理如圖1.17所示。正常情況下，漏電流脫扣器中的磁鐵被永久磁鐵產生的磁通Ф1吸在靜鐵芯上，銜鐵帶動觸頭處于未動作狀態。當被保護電路中發生漏電現象時，漏電繼電器的磁環中產生漏電流磁通，磁環線圈中有電流流過。該電流通過漏電脫扣器線圈時，線圈中產生一交變磁通Ф3。在該磁通與永久磁鐵反向的半周內，流過脫扣器鐵芯的總磁通將減少。如果漏電流足夠大，則漏電脫扣器線圈產生的反向磁通足以使主磁通減少到銜鐵動作，這時脫扣器銜鐵釋放，觸頭動作，發出通斷信號。顯然，漏電保護的原理是：電氣設備漏電時，將出現異常的電流和電壓信號，即剩余電流和設備外殼的對地電壓。漏電保護裝置就是通過檢測機構取得這兩種異常信號，經過中間機構的轉換和傳遞，促使執行機構動作，并通過開關設備斷開電源。由于其以漏電電流或由此產生的中性點對地電壓變化為動作信號，因此不必以用電的電流值來整定動作值，靈敏度較高，動作后能有效地切斷電源，保障人身安全。由于要求漏電繼電器的電流互感器有較高的靈敏度，因此磁環應選用在低磁場強度下有較高磁導系數的導磁材料——坡莫合金。這樣在漏電流達到額定漏電動作電流時，電流互感器有足夠的輸出，使漏電繼電器觸頭在0.1s內動作。圖1.16漏電繼電器工作原理圖圖1.17漏電脫扣器原理圖1.10.2漏電繼電器的使用及常見故障由于漏電繼電器用于保護設備，因此其安全性能應能得到檢驗。為此，漏電繼電器加有試驗按鈕，以檢測漏電繼電器的保護性能。將按鈕按下時，磁環有試驗電流流過，漏電繼電器應迅速動作。如果漏電繼電器不動作，則說明有故障存在，必須立即停止使用。常用的漏電保護器相當于自動開關與漏電繼電器的組合，主要用于人身安全保護。而人體對50Hz的交流電，電流達到2mA就有感覺，30mA以上即可致命，因此，在選用時應對漏電保護器動作電流的大小加以注意。為了能在較小信號下可靠動作，漏電保護器加了對小信號進行放大的電子電路。使用漏電繼電器時應注意以下幾點：

(1)根據保護對象確定漏電繼電器的型號，如額定電流、漏電動作電流等。

(2)被保護電網應是中線接地系統。在被保護線路內，中性線不允許重復接地，保護地線不要穿過磁環，不得與中性線混在一起。

(3)為了防止漏電脫扣器線圈引線過長，使脫扣電流變小，引線的截面積大一些為好。

(4)使用過程中要定期試驗，以便及時查出漏電繼電器的故障，用電中不能因為裝了漏電繼電器而麻痹大意。漏電繼電器常見故障有：

(1)漏電繼電器不動作。其產生的主要原因有漏電動作電流較大、互感器傳動線圈斷線、復位彈簧彈力不足和機械部分被卡死。

(2)試驗按鈕無效。其產生的主要原因有漏電繼電器已經損壞、試驗線路接錯和試驗電阻變大等。

(3)過于靈敏，稍有振動或電流沖擊即動作。其產生的主要原因有分磁板氣隙變小、永久磁鐵失磁和銜鐵表面有污物等。檢修時要仔細觀察，有時設備故障原因不止一個，有些問題則必須通過實際摸索才能解決。1.11主令電器在控制系統中，主令電器是專門發布命令、直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路的電器，常用來控制電力拖動系統中電動機的啟動、停車、調速及制動等。常用的主令電器有按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器、腳踏開關、倒順開關、緊急開關、鈕子開關等。本節我們主要介紹按鈕、行程開關和接近開關。1.11.1按鈕按鈕是一種短時接通或斷開小電流電路的手動電器，在電路中起著主令控制作用?？刂瓢粹o是一種靠外力操作接通或分斷電流的電氣元件，是一種結構簡單，應用十分廣泛的主令電器。在電氣自動控制電路中，用于手動發出控制信號以控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等。控制按鈕一般由按鈕帽、復位彈簧、觸頭和外殼等部分組成，如圖1.18所示。按鈕中觸頭的形式和數量根據需要可裝配成1常開1常閉到6常開6常閉等形式。按下按鈕時，先斷開常閉觸頭，然后接通常開觸頭，而當松開按鈕時，在復位彈簧作用下，常開觸頭先斷開，常閉觸頭后閉合。圖1.18LA19系列按鈕的外形與結構(a)外形；(b)內部結構；(c)圖形符號及字母代號控制按鈕按保護形式分為開啟式、保護式、防水式和防腐式等；按結構形式分為嵌壓式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式、帶信號燈式、帶燈撳鈕式、帶燈緊急式等；按鈕的顏色分為紅、黑、綠、黃、白、藍等。不同顏色的按鈕是有不同含義，更換時應注意：紅色的含義及用途為停車、關斷和緊急停車；黑色或綠色的含義及用途為啟動、工作和點動；黃色的含義及用途為返回、移動出界和清除預置(清零)；白色或藍色的含義及用途為以上顏色未包括的。常用的控制按鈕有LA18、LA19、LA20及LA25等系列，以及具有防塵、防濺作用的LA30系列和性能更全的LA101系列。常用按鈕的技術數據如表1.5所示。表1.5常用按鈕的技術數據1.11.2行程開關

行程開關是根據生產機械的行程發出命令以控制其運動方向和行程長短的電器。若將行程開關安裝于生產機械行程的終點處，用以限制其行程，則稱為限位開關或終端開關。它的作用原理與按鈕類似，動作時碰撞行程開關的頂桿。行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式和微動式三種。直動式的缺點是觸頭分合速度取決于擋塊移動速度。當擋塊移動速度低于0.4m/min時，觸頭切斷太慢，易受電弧燒灼，這時應采用有盤形彈簧機構能瞬時動作的滾輪式行程開關，或采用具有彎形片狀彈簧、更靈敏輕巧的微動開關。直動式和滾輪式行程開關的外形及動作原理分別如圖1.19和圖1.20所示；微動式行程開關動作原理如圖1.21所示。圖1.19直動式行程開關(a)外形；(b)動作原理；(c)圖形符號及字母代號圖1.20滾輪式行程開關(a)外形；(b)動作原理圖1.21微動式行程開關動作原理常用的行程開關有JLXK1系列、LX13系列、LX19系列、LX31系列和LX32系列。其中JLXK1系列行程開關的技術數據如表1.6所示。表1.6常用JLXK1系列行程開關的技術數據1.11.3接近開關接近開關又稱無觸點的行程開關，它不同于普通行程開關。接近開關是一種非接觸式的檢測裝置，當運動著的物體在一定范圍內接近它時，它就能發出信號，以控制運動物體的位置。接近開關既能起開關的作用，又能起計數的作用。根據工作原理劃分，接近開關有高頻振蕩型、電容型、霍爾效應型、感應電橋型等，其中以高頻振蕩型最常用。高頻振蕩型接近開關由感應頭、振蕩器、開關器和輸出器等組成。當裝在生產機械上的金屬物體接近感應頭時，由于感應作用，使處于高頻振蕩器線圈磁場中的金屬物體內部產生渦流損耗(金屬物體為鐵磁體時還有磁滯損耗)，以致振蕩回路因電阻增大和能耗增加而使振蕩減弱，直到停止振蕩。此時開關器導通，并通過輸出器發出信號，以起到控制作用。接近開關具有定位精度高、操作頻率高、功耗小、壽命長、使用面廣和環境適應力強等優點。目前，接近開關已逐漸得到推廣應用。小結本章主要介紹電氣控制電路中常用電器的結構、工作原理、型號及應用，同時介紹了它們的圖形符號，為正確選擇和合理使用這些電器打下了基礎。

(1)每種電器都有一定的使用范圍和條件，要根據要求正確選用。它們的技術參數是選用的主要依據。參數可以在產品說明書及電工手冊中查詢。

(2)使用電器時，如：交流接觸器、電磁式繼電器、熔斷器、熱繼電器、自動空氣開關、溫度繼電器、感應式速度繼電器和主令電器等，除了要根據控制要求正確選用電器的類型外，還要根據被保護、被控制電路的條件，進行必要的調整，整定動作值。

(3)通過本章的學習，重點掌握各種電器的構造、原理、圖形符號、文字符號、型號意義和選擇原則等。在學習時，應聯系實物進行練習。低壓電器是組成控制電路的基本器件，只有對低壓電器有了真正的理解，才能學好控制電路的基本原理。所以，學好低壓電器是學好電氣控制技術的基礎。思?考?與?練?習

1.電弧是怎么產生的？滅弧的基本原理是什么？交流電器的滅弧方法有哪幾種?

2.接觸器的主觸頭、輔助觸頭和線圈各接在什么電路中？如何連接?

3.交流電磁線圈誤接入直流電源，直流電磁線圈誤接入交流電源，會發生什么問題？為什么？線圈電壓為220V的交流接觸器，誤接入380V交流電源，會發生什么問題？為什么?

4.接觸器主觸頭在使用中產生過熱的原因是什么？交流接觸器在使用中線圈產生過熱的原因是什么?

5.熱繼電器選用的原則是什么?

6.畫出時間繼電器的瞬時閉合動合觸頭、瞬時分斷動斷觸頭、延時閉合動合觸頭和延時分斷動斷觸頭的圖形和文字符號，并說明它們在線圈得電或失電狀態時的動作狀態。

7.熔斷器有哪些用途?一般應如何選用?在電路中應如何連接?

8.簡述雙金屬片式熱繼電器的結構與工作原理。

9.何謂熱繼電器的整定電流，如何調節?熱繼電器的熱元件和觸頭在電路中如何連接?熱繼電器會不會因電動機啟動電流大而動作?為什么在電動機過載時會動作?

10.熱繼電器與熔斷器在電路中功能有何不同?

11.電動機主電路中已裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器?它們的作用是否相同?

12.畫出下列電器部件的圖形符號并寫出它們的文字符號：熱繼電器、組合開關、接觸器、限位開關、速度繼電器。

13.簡述感應式速度繼電器的工作原理。第2章電氣控制電路2.1電氣控制電路的繪圖規則及常用符號2.2基本電氣控制電路2.3電氣控制線路設計基礎2.4常用機床電氣控制線路分析2.5維修電工考證指導(中級工)

——電機與電氣控制部分小結

思考與練習

2.1電氣控制電路的繪圖規則及常用符號電氣控制電路是用導線將電動機、低壓電器和儀表連接起來并實現某種功能的電氣線路。為了表達電氣控制線路的組成、原理等設計意圖，同時也為了便于電氣元件的安裝、接線、調試、運行以及維護，將電氣控制線路中電氣元件的連接用統一的工程語言即工程圖的形式來表示，這就是電氣控制系統圖。電氣控制系統圖有三種：電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖。由于用途不同，它們的繪制原則也有所差別。我們重點介紹的是電氣原理圖。電氣原理圖用來表明設備電氣的工作原理、各電器元件的作用以及相互之間關系。掌握電氣原理圖，對于分析電氣線路，排除機床電路故障是十分有益的。2.1.1電氣原理圖的布局為了便于閱讀圖紙，快速檢索電氣線路，往往需要將圖幅分區，設立圖區編號，而后再進行電氣原理圖的布局。圖幅分區通常在圖的邊框處，橫向自左向右用阿拉伯數字表示出不同的區域，如圖2.1所示。圖2.1的正中空白處即為實際電氣原理圖的內容所在。為了能夠更為明確地表示該圖的具體內容，我們可以將上面的阿拉伯數字改為實際的電路功能文字表述。這樣一來，我們就可以完成電氣原理圖的布局了。電氣原理圖的合理布局主要考慮如下因素：

(1)電氣原理圖主電路實際內容的多少。圖2.1圖幅分區簡圖

(2)控制電路部分所要實現的功能，一般來說，控制電路所要實現的功能越多，控制電路越復雜，控制電路部分的內容越多。

(3)其他的輔助功能電路，例如電源保護部分以及指示燈電路部分(見圖2.2)。當然，繪布局圖比較費事，在通常的學習中，可以不做這方面的要求。2.1.2電氣原理圖的線條電氣原理圖的線條主要有粗實線、細實線、波浪線和虛線。它們具體的應用規則如下。

(1)粗實線主要應用于強電流、大功率的場合，在電氣原理圖中自然是電源電路和主電路部分。另外，我們繪制觸頭符號時，動觸片也用粗實線表示。

(2)細實線主要應用于弱電流、小功率的場合，在電氣原理圖中就是控制電路和指示燈電路(含照明電路)部分，有時候我們也用它來對電路中某一電器的特征做出相應的解釋。

(3)波浪線在表達變壓器等具體的常用電器符號時用到。

(4)虛線在表達電氣原理圖不同位置觸頭是由同一連桿控制的含義時用到。圖2.2所示為CW6132型車床電氣原理布局圖。為了方便，我們在繪圖過程中，通常除了電源電線用粗實線表示外，其他電線均用細實線表示。圖2.2CW6132型車床電氣原理布局圖2.1.3元器件符號繪制電氣控制系統圖時，所有電氣元件的圖形符號和文字符號必須符合國家標準的規定，不能采用任何非標準符號。元器件的文字符號也稱文字代號，國家標準GB7159—87《電氣圖用文字符號》中對元件的代號有明確規定，不能隨心所欲改變，以便讀圖與識圖。表2.1列出了常用的圖形和文字符號。2.1.4標注文字當圖中有些內容不便使用或不能使用圖形表達時，可采用標注文字進行說明，標注文字放在要說明的對象附近，也可放在圖樣的邊框附近。表2.1常用的圖形和文字符號2.2基本電氣控制電路電氣控制設備的種類繁多，電氣控制電路也多種多樣，然而任何一個復雜的電氣控制電路總是由一些最基本的控制電路組成。因此，掌握了這些基本控制電路，對分析和設計復雜電氣控制電路是非常有益的。基本控制電路掌握得越多，運用起來越得心應手。電氣控制電路分為交流電動機和直流電動機。由于結構上的區別，兩者的電氣控制電路也有所區別，主要表現為直流電動機的控制電路中要有勵磁電路控制。本書以介紹并勵式直流電動機的啟動控制電路為主。2.2.1點動控制電路一般來說，額定功率PN≤7.5kW的小型電動機啟動時可以直接使用閘刀開關，然而電動機較大時，不但操作不便，滅弧困難，而且往往因為閘刀開關不能同時動作而使熔絲燒熔。為了解決這一問題，可以使用接觸器，利用接觸器的主觸頭控制電動機主回路。這樣對電動機的控制也就轉換為對接觸器線圈的控制了。圖2.3為電動機點動控制電路，動作過程為：合上電源開關QS，按下SB→KM得電→主觸頭吸合→接通主電路→電動機M運轉；SB松開→KM失電→主觸頭復位→斷開主電路→電動機M停轉，實現點動控制。圖2.3電動機點動控制電路

FU1和FU2為熔斷器，它們分別實現對主電路和控制電路的短路保護。點動控制電路常用于短時工作制電氣設備或精確定位的設備中，如門窗的啟動控制或吊鉤移動控制等。2.2.2自鎖控制電路點動控制電路在連續工作時顯得十分不便，為此應設計一種具有自動保持按鈕動作狀態的電路，這就是自鎖控制電路(如圖2.4所示)。自鎖控制電路的動作過程為：合上電源開關QS，按下SB2→KM得電→主觸頭吸合→接通主電路→電動機M運轉。KM得電時，輔助觸頭閉合，實現自鎖控制。按下SB1→KM失電→主觸頭復位分斷→斷開主電路→電動機M停轉。KM失電時，輔助觸頭復位分斷，解除自鎖控制。圖2.4電動機自鎖控制電路自鎖控制電路的應用較廣，一般的按鈕控制均是在此基礎上改動而成的。例如，圖2.5所示的并勵式直流電動機的穩壓二極管降壓啟動控制電路也是在此基礎上得到的。圖2.5的工作過程為：合上電源開關QS，按下SB1，KM1得電，主觸頭吸合，接通主電路，電動機M在VDZ降壓的情況下運轉，時間繼電器KT得電，一段時間后，KT常開觸頭閉合，KM2得電并自鎖，將VDZ短路，電動機M全壓運轉。KM1得電時，輔助觸頭閉合，實現自鎖控制。按下SB2，KM1、KM2失電，主觸頭復位分斷，斷開主電路，電動機M停轉。KM1失電，輔助觸頭復位分斷，解除自鎖控制。圖2.5并勵式直流電動機的穩壓二極管降壓啟動控制電路2.2.3多地控制電路電氣控制中有時需要從多個地方控制一臺設備，并且兩地都能使其啟動和停止。此電路特點：多個停止按鈕串聯，多個啟動按鈕并聯。圖2.6中，SB1和SB3為甲地的啟動和停止按鈕，SB2和SB4為乙地的啟動和停止按鈕，SB1和SB2為并聯接法，因此無論按下哪只按鈕，KM都吸合，且能自鎖；SB3和SB4為串聯接法，都有停止作用。因此該電路為電動機的兩地控制電路。2.2.4可逆控制電路生產機械的運動部件往往要求正反兩個方向的運動，這就要求拖動電動機能作正反向旋轉。由電機原理可知，改變電動機三相電源相序即可改變電動機旋轉方向，因而常用的電動機可逆控制電路有以下幾種。圖2.6兩地控制電路

1.倒順轉換開關可逆控制電路圖2.7為倒順轉換開關可逆控制電路。其中圖