资源简介

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参考书目：
《电气控制及PLC应用技术》，董海棠，周志文，人民邮电出版社
《电气控制工程基础与可编程控制器应用教程》，高溥，孟建军，西安电子科技大学出版社
《现代电气控制及PLC应用技术》，（第2版）王永华，北航出版社
《机床电气自动控制》，陈远龄，重庆大学出版社
《S7-300/400PLC应用技术》，廖长初，机械工业出版社
电气控制技术是随着科学技术的不断发展及生产工艺不断提出新的要求而得到飞速发展的，在生产过程、科学研究及其他各个领域的应用十分广泛。
随着新的电器元件的出现和计算机技术的发展，电气控制技术也在持续发展。
绪论
一、电气控制技术的发展
控制方法上，主要是从手动控制到自动控制；
控制功能上，是从简单的控制设备到复杂的控制系统；
操作方式上，由笨重到轻巧；
控制原理上，从有触点的继电接触式控制系统到以计算机为核心的“软”控制系统。
现代化生产的水平、产品质量和经济效益
等各项指标，在很大程度上取决于生产设备
的先进性和电气自动化程度。
现代电气控制技术正是综合了计算机、自动控
制、电子技术和精密测量等许多先进科学技术成果，
并得到飞速发展。
工业生产的各个领域，无论是过程控制还
是电气控制，都有大量的开关量和模拟量信
号。实现电气控制的各种控制功能就要按一定
的逻辑规则对这些信号进行处理。
20世纪70年代以前，电气自动控制的任务基本
上都由继电器控制系统完成。该系统主要由继电
器、控制器和按钮组成，它取代了原来的手动控制
方式。
随着大规模集成电路和微处理器的发展及
应用，在1969年出现了世界上第一台以软件
手段来实现各种控制功能的控制装置--可编
程序逻辑控制器（PLC）。
优点：结构简单、价格低廉。
缺点：采用固定的硬接线，灵活性差，机械触点工作频率低，易损坏，可靠性低。
它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，因此它是一种适应于工业环境的控制装置。
现在的PLC和原来的控制系统相比，增加了算术运算、数据转换、过程控制、数据通信等功能，可以完成大型而复杂的控制任务。PLC又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，因而在工业自动控制领域的应用越来越广泛。
二、课程的性质、内容
本课程是一门实践性较强的专业课。主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍和讲解继电接触式控制系统和可编程控制系统的工作原理、设计方法和实际应用。
（1）熟悉常用控制电器的基本原理和用途，达到正确使用和选用的目的，同时了解一些新型元器件的用途。
（2）熟练掌握电气控制线路的基本环节，具有对一般电气控制线路的独立分析能力，使之能设计简单的电气控制线路，较好的掌握电气控制线路的简单设计方法。
（3）可编程控制器的基本概况，深刻领会可编程控制器的工作原理。
（4）熟练掌握可编程控制器的基本指令系统和典型电路的编程，熟练掌握可编程控制器的程序设计方法，做到能根据工艺流程和控制要求正确选用可编程控制器编制用户程序，经调试应用于生产过程控制。
（5）掌握和了解可编程控制器的网络和通信原理，会编制简单的通信程序。
（6）了解可编程控制器的实际应用程序的设计步骤和方法。
第一章 常用低压电器
第一节 电器的基本知识
第二节 开关电器
第三节 熔断器
第四节 接触器
第五节 继电器
第六节 主令电器
一、电器的定义和分类
低压电器通常指工作在交流电压1200V以下，或直流电压1500以下的电器。
电器就是一种根据外界施加的信号和技术要求，能自动或手动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。
第一节 电器的基本知识
1.电器的定义
2.电器的分类
按工作电压等级分类:
高压电器：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。
低压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。
按动作原理分类：
手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。
自动电器：不需要人工操作，按照电的或非电的信号自动完成动作指令的电器。
按用途分类：
控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。
要求：有一定的通断能力，操作频率高，寿命长
　 如: 接触器、继电器、启动器、电磁阀等
配电电器：用于电能的输送和分配的电器。
要求：分断能力强、限流效果好、动稳定及热稳定性能好。
　如：刀开关、自动开关、隔离开关、断路器。
主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。
如：控制按钮、行程开关、万能转换开关等。
保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。
如：熔断器、热继电器。
执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。
如：电磁铁、电磁离合器。
按工作原理分类：
电磁式电器： 依据电磁感应原理来工作的电器。如交直流接触器、各种电磁式继电器等。
非电量控制电器： 电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、压力继电器、温度继电器等。
按有无触点分类：
有触点
无触点
按使用场合分类
一般工业用电器
特殊工矿用电器
农用电器
其他场合（航空、船舶）用电器
按使用系统分类：
电力拖动用电器
电力系统用电器
自动化通讯用电器
二、电磁式电器（感测部分、执行部分）
1.电磁机构— 将电磁能转换为机械能并带动触点动作，从而完成接通或分断电路。
铁芯
激磁线圈
衔铁
组成
铁心
直流电磁电器：铁心多用整块钢材或工业纯铁，不发热
交流电磁电器：多用硅钢片叠铆而成，发热
线圈
通入电流种类不同
在电路中的接入形式
直流线圈：无骨架、高而薄，铁心与线圈直接接触，易于散热
交流线圈：有骨架、短而厚，铁心存在磁滞和涡流损耗，会发热
串联线圈：阻抗小，导线粗，匝数少 ，主要用于电流检测类电磁电器
并联线圈：阻抗大，导线细，匝数多
双E形直动式铁心,多用于交流接触器、继电器中
沿棱角转动的拍合式铁心，主要应用于直流电磁机构
沿轴转动的拍合式铁心，多用于触点容量较大的
交流电磁机构
(a) (b) (c)
常用的磁路结构
1-衔铁 2-铁心 3-吸引线圈
2.触点 — 一切有触点电器的执行元件。 通
过触头的开合控制电路通、断。通常由动、静
触点组合而成。
结构形式
优点：动作过程有滚动；接触压力大，电动稳定性高。
缺点：触头开距大；闭合时冲击能量大
优点：两个有效灭弧区；触头开距小；闭合时冲击能量小。
缺点：触头不能自动净化；触点接触压力小，电动稳定性低。
桥式触点
指形触点
触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小，触头材料一般有铜和银，银质触头更好；
增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；
改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。
减小接触电阻的方法
3.吸力特性与反力特性
电磁吸力由电磁机构产生。吸力特性，是指电磁吸力随衔铁与铁心间气隙变化的关系曲线。不同的电磁机构，有不同的吸力特性。当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反力。电磁电器中反力由复位弹簧和触头产生，衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力(此时是剩磁产生的电磁吸力)。
直流电磁机构吸力特性
直流电磁机构的励磁电流是恒定不变的直流，其磁动势也是恒定不变的。但随着衔铁的吸合，空气隙变小，吸合后空气隙将消失，磁路的磁阻显著减小，因而磁通要增大。吸合后的电磁力要比吸合前大得多。
δ1为电磁机构气隙的初始值； δ2为动、静触头开始接触时的气隙长度。
对于依靠弹簧复位的电磁铁来说，在线圈断电时，由于剩磁产生吸力，使复位比较困难，会造成一些保护用继电器的性能不能满足要求。在吸力较小的直流电压型电器中，衔铁上一般都装有一片0.lmm 厚非磁性磷钢片，增加在吸合时的空气间隙，使衔铁易于复位。在吸力较大的直流电压型电器中，如直流接触器，铁心的端面上加有极靴，减小在闭合状态下的吸力，使衔铁复位自如。
Fat为电磁吸力(N)
B为气隙中磁感应强度(T)
S为磁极截面积(m2)
交流电磁机构的电磁吸力是一个两倍电源频率的周期性变量。它有两个分量：一个是恒定分量F0，其值为最大吸力值的一半；另一个是交变分量，其幅值为最大吸力值的一半，并以两倍电源频率变化，总的电磁吸力在从0到Fatm的范围内变化。
对于交流电磁铁，由于外加正弦交流电压，其气隙磁感应强度亦按正弦规律变化
又因为外加电压一定的条件下，交流磁路中主磁通的最大值 基本不变。因此，交流电磁铁在吸合衔铁的过程中，电磁吸力的平均值随空气隙的变化较小。基本为一条直线（与气隙长度无关），如图中2线所示。
在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，吸合电流随δ的变化成正比变化，为衔铁吸合后的额定电流的很多倍，U 形电磁机构可达5～6 倍，E 形电磁机构可达10～15 倍。若衔铁卡住不能吸合，或衔铁频繁动作，交流励磁线圈很可能因电流过大而烧毁。所以，在可靠性要求较高或要求频繁动作的控制系统中，一般采用直流电磁机构而不采用交流电磁机构。
反力特性
反力特性如图所示，其中δ1为电磁机构气隙的初始值； δ2为动、静触头开始接触时的气隙长度。由于超行程机构的弹力作用，反力特性在δ2处有一突变。
4.短路环
，
50Hz 的电源加在线圈上时，吸力为100Hz 的脉动吸力。当脉动的吸力F小于弹力Fr时，衔铁将在弹簧的作用下移动，而当吸力F 大于弹力Fr时，衔铁将克服弹簧力而吸合。如此周而复始，使衔铁产生振动，发出噪声，不能正常工作。
因此对单相交流电磁机构，可在铁心端面上，取一部分截面嵌入一个闭合的短路环。利用该短路环的感生电流建立的磁场（比原磁场滞后）与原磁场共同作用，克服磁场过零点，才能保持足够的电磁吸力，使电磁机构工作稳定。
解决办法：
短路环作用：减小
衔铁吸合时产生的
振动和噪音。
5.电磁式电器的工作原理
图中虚线部分所示为一个交流电磁机构，合上开关SA后，线圈通电，其衔铁吸合，从而带动其常开触点动作，使得指示灯PG通电点亮；打开开关SA后，线圈断电，在反力作用下，衔铁释放，其常开触点打开，指示灯PG断电熄灭。
原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。
当一个较大电流的电路突然断电时，如触头间的电压超过一定数值，触头间空气在强电场的作用下会产生电离放电现象，在触头间隙产生大量带电粒子，形成炽热的电子流，被称为电弧。电弧伴随高温、高热和强光，可能造成电路不能正常切断（延长了切断故障的时间）、烧毁触头（高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏) 、引起火灾(形成飞弧造成电源短路事故)等其它事故，因此对切换较大电流的触头系统必须采取灭弧措施。
6 .电弧的产生与灭弧
灭弧的基本方法
（1）拉长电弧，从而降低电场强度；
（2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱
周围的温度；
（3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧；
（4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所
需的临极电压降。
常用的灭弧装置
（1）电动力吹弧
双断口电动力吹弧
1-静触头 2-动触头 3-电弧
桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能。当触头打开时，在断口中产生电弧，同时也产生如图所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的力F 的作用，使其向外运动并拉长，迅速离开触头而熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器等交流电器中。
（2）磁吹灭弧
磁吹灭弧原理
1-磁吹线圈 2-铁心 3-导磁夹板 4-引弧角 5-灭弧罩 6-磁吹线圈磁场 7-电弧电流磁场 8-动触头
在触点电路中串入吹弧线圈，由线圈产生的磁场通过导磁夹板引向触点周围，与电弧的磁场相互作用，加强触头下方磁场，减小上方磁场，使电弧向外吹离触点，经引弧角进入灭弧罩，使电弧熄灭。
（3）栅片灭弧
栅片灭弧示意图
1-灭弧栅片 2-触头 3-电弧
灭弧栅是一组薄钢片，它们彼此间相互绝缘，当电弧进入栅片时被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极，这样就使每段短弧上的电压达不到燃弧电压，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。由于栅片灭弧装置的灭弧效果在电流为交流时要比直流时强得多，因此在交流电器中常采用栅片灭弧。
（4）窄缝灭弧
窄缝灭弧
1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧
利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的下部宽，上部窄，当触头断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将电弧柱分成若干直径较小的电弧，同时可将电弧直径压缩，使电弧同缝紧密接触，加强冷却和去游离作用，使电弧熄灭加快。灭弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。
开关是最为普通的电器之一，其作用是分合电路，开断电流。常用的开关有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关、组合开关、空气断路器等。
第二节 开关电器
一、刀开关
刀开关是低压开关，是低压电器中结构比较简
单、应用较广的一类手动电器，主要用于接通和断
开长期工作设备的电源，也可用来非频繁地接通和
分断容量较小的低压配电电器。
1 分类
按刀的级数分:单极、双极和三极
按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置
按刀的转换方向分为：单掷和双掷
按接线方式分为：板前接线和板后接线
按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作
按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器
2 结构
由操作手柄、触刀、触点座和底座组成。
结构图和符号
开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）
作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。
带熔断器式刀开关—用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。
QS
结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。
1．刀开关的选用：
①按用途和安装位置选择合适的型号和操作方式。
②额定电压和额定电流必须符合电路要求。
2．刀开关的安装：
①应做到垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向应从下向上合，断开操作时的手柄操作方向应从上向下分，不允许采用平装或倒装，以防止产生误合闸。
②接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后，刀片和电源隔离，防止意外事故发生。
3 刀开关的选用与安装
低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。
二、低压断路器
功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及
失压时自动分断电路。
特点：操作安全，分断能力较高。
低压断路器的结构和工作原理
触点系统、灭弧装置、脱扣机构
低压断路器原理图
1．主触点 2．自由脱扣器3．过电流脱扣器
4．分励脱扣器 5．热脱扣器6．失压脱扣器 7．按钮
线路短路或严重过载保护
低压断路器的主触点1是靠手动操作或自动合闸。主触点1闭合后，自由脱扣机构2将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器3的线圈和热脱扣器的热元件与主电源串联。当电路发生短路或严重过载路过载时，过电流脱扣器3的衔铁被吸合，推动杠杆使之逆时针转动，使自由脱扣机构动作，主触点在复位弹簧的作用下分开，从而切断主电路。
低压断路器原理图
1．主触点 2．自由脱扣器3．过电流脱扣器
4．分励脱扣器 5．热脱扣器6．失压脱扣器 7．按钮
线路过载保护
当电路过载时，热脱扣器的热元件产生的热量增加，加热双金属片，使之向上弯曲，推动自由脱扣机构动作，完成过载保护动作。
低压断路器原理图
1．主触点 2．自由脱扣器 3．过电流脱扣器
4．分励脱扣器 5．热脱扣器6．失压脱扣器 7．按钮
电动机的失压保护
当电路失压时，失压脱扣器6 的衔铁释放，使自由脱扣机构动作，使主触点分开，完成电路分断的保护动作。自由脱扣机构动作时自动脱扣，使开关自动跳闸，主触点断开分断电路。
低压断路器原理图
1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器
4．分励脱扣器 5．热脱扣器6．失压脱扣器 7．按钮
分励脱扣器4则作为远距离控制分断电路之用，分断的作用点在按钮7上。
动作原理演示
（1）框架式断路器 主要用作配电网络的保护开关
（2）塑料外壳式断路器 主要用于配电网中，分配电能和作为电路及电源设备的控制和保护。
两者都称为智能化断路器。控制核心采用了微处理器或单片机技术。具有实时显示电路中的电气参数(电流、电压、功率、功率因数等)，对电路进行在线监视、自动调节、测量、试验、自诊断和通信等功能。
框架式断路器、塑料外壳式断路器、直流快速断路器和限流式断路器
低压断路器的类型
(3) 快速断路器 具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s 以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护。主要型号有DS系列。
(4) 限流断路器 利用短路电流产生的巨大吸力，使触点迅速断开，能在交流短路电流尚未达到峰值之前就把故障电路切断，用于短路电流相当大(高达70kA)的电路中。主要型号有DWX15 和DZX10两种系列。
低压断路器的选用
选择原则是：
（1）低压断路器的额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和电流；
（2）热脱扣器的整定电流和负载的额定电流相一致；
（3）过电流电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。对于电动机保护电路，该电磁脱扣器的整定值一般可整定到电动机起动电流的1～7倍。
使用低压断路器的注意事项
(1)每隔一定时间（一般为半年），应清除落于断路器的灰尘，以保护断路器良好的绝缘。
(2）操作机构每使用一段时间（可考虑一至二年一次），在传动机构部分应加润滑油（小容量塑壳断路器不需要）。
(3）灭弧室在因短路分断后，或较长时期使用之后，应清除灭弧室内壁和栅片上的金属颗粒和黑烟灰。有时陶瓷灭弧室容易破损，如发现破损的灭弧室，必须更换；长期不用的，在需要使用前应先烘一次，以保证良好的绝缘。
(4）断路器的触头在长期使用后，如触头表面发现有毛刺、金属颗粒等，应当予以清理，以保证良好的接触。对可更换的弧触头，如发现磨损到少于原来厚度的1/3时要考虑更换。
熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。
第三节 熔断器
优点：结构简单、体积小、使用维护方便、具有较高的分断能力和良好的限流性能等优点。
熔断器主要由熔体（保险丝）和安装熔体的熔管（熔座或支架）组成。
熔体是核心部分,它既是感测元件，又是执行元件。
熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、银、铜及其合金制成，通常制成丝状和片状。
熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。
一、熔断器结构
工作原理—熔断器串接在被保护电路中，当电路正常工作时，熔断器允许通过一定大小的电流其熔体不熔化；当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔化，自动切断电路，从而达到保护目的。
熔断器的安秒特性曲线见下图
通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断熔丝而断开和保护电路。
图 熔断器的安秒特性（保护特性）曲线
0 Ｉmin I/IN
t
熔断区
正
常
工
作
区
过 载 区
表明熔断器的熔断时间与流过熔体电流的关系。是反时限特性，流过熔体的电流越大，熔化（或熔断）时间越短。
熔断器
最小熔化电流
熔体额定电流IN应小于最小熔化电流。
1．插入式熔断器
二、熔断器的分类
常用于380V 及以下电压等级的电路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护来使用。多用于民用和照明电路中。
结构简单，价格低廉，更换方便，使用时将瓷盖插入瓷座，拔下瓷盖便可更换熔丝
2．螺旋式熔断器
熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。
3．封闭式熔断器
有填料封闭式熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1kA以下的电路中。
装入填充材料（简称填料）是加速灭弧，提高熔断器分断能力的有效措施。
常用的填料有石英砂（SiO2）和三氧化二铝砂（Al2O3）
无填料封闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V 以下、600A以下电力网或配电设备中。
快速熔断器
主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V 形深槽的变截面熔体。
4.自恢复熔断器
采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。
1．额定电压 指熔断器长期工作时和熔断后所能承受的电压。
2．额定电流
熔断器额定电流 指保证熔断器能长期正常工作的电流，是由熔断器各部分长期工作时的允许温升所决定的。
熔体额定电流 指在规定条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值。有2，4，6，8，10A等。
3．极限分断能力 指熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。
4．截断电流特性 指在规定的条件下，截断电流与预期电流的关系特性。截断电流是指熔断体分断期间电流到达的最大瞬时值。
三、熔断器主要技术参数
四、熔断器的选择：
1 类型选择—线路要求、使用场合、安装条件、适用范围；例如，作电网配电用，应选择一般工业用熔断器；作硅元件保护用，应选择保护半导体器件熔断器；供家庭使用，宜选用螺旋式或半封闭插入式熔断器。
2 熔断器额定电压大于或等于线路的工作电压；
3 熔断器额定电流大于或等于所装熔体的额定电流；
4 熔体额定电流 与负载相匹配；
①对于电阻负载或者其他无冲击电流负载　　　　　　　　　　　 　　
熔体额定电流略 >电路的额定电流
②保护一台电动机，为了防止电动机起动时电流过大而将熔断器的熔体烧断，熔体的额定电流 IfN≥(1.5~2.5)IN
③多台电动机的合用熔断丝可以按照下式粗略估算
IfN≥(1.5~2.5)INmax+ΣIN
例 某机床电动机的型号为Y112M－4，额定功率为4kW，额定电压为380V，额定电流为8.8A，该电动机正常工作时不需要频繁启动。若用熔断器为该电动机提供短路保护，试确定熔断器的型号规格。
解：(1)选择熔断器的类型：用RL1系列螺旋式熔断器。
(2)选择熔体额定电流：IRN=(1.5～2.5)×8.8≈13.2～22A
查表得熔体额定电流为：IRN=20A
(3)选择熔断器的额定电流和电压：
查表，可选取RL1－60/20型熔断器，
其额定电流为60A，额定电压为500V。
五、熔断器的安装和维护
1）安装熔断器除保证足够的电气距离外，还应保证足够的间距，以保证拆卸、更换熔体方便。
2）安装前应检查熔断器的型号、额定电压、额定电流、额定分断能力等参数是否符合规定要求。
3）安装熔体必须保证接触良好，不能有机械损伤。
4）安装引线要有足够的截面积，而且必须拧紧接线螺钉，避免接触不良。
5）在运行中应经常注意熔断器的指示器，以便及时发现—相熔体熔断的情况，防止缺相运行。如果检查发现熔体已经腐蚀、损伤或熔断，应更换同一型号规格的熔断器，不允许用其它型号熔断器代用（除非已通过验证）。
6）熔断器插入与拔出要用规定的把手，不要直接用手拔熔体（熔断后外壳温度很高，以免烫伤），也不可用不合适的工具插入与拔出。更换时，必须在不带电的情况下进行。
7）使用时应经常清除熔断器上及导电插座上的灰尘和污垢。
第四节 主令电器
主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器，不允许直接分合主电路。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。
（一）控制按钮
按钮是一种用人力操作，并具有储能复位的开关电器。它主要用于电气控制线路中，以控制接触器、继电器等的动作，进而控制电气设备或电动机等的运行。
控制按钮结构示意图
1-按钮帽 2-复位弹簧 3-常闭静触点
4-动触点 5-常开静触点
控制按钮一般结构主要由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。
当按下按钮时，先断开常闭触点，而后接通常开触点。按钮释放后，在复位弹簧作用下使触点复位。
1、按钮开关的结构
LA4型按钮开关的结构示意图。
复位弹簧
静触点
桥式动触点
按钮帽
接线柱
（1）常开按钮
工作过程
电路符号
常开(动合)按钮
SB
作用
通常用来接通控制电路。
结构
（启动按钮）
桥式动触点
静触点
2、按钮的分类
（2）常闭按钮
桥式动触点
静触点
工作过程
电路符号
常闭(动断)按钮
SB
作用
通常用来断开控制电路。
结构
（停止按钮）
（3）复合按钮
工作过程
电路符号
复合按钮
SB
作用
常闭按钮断开一个电路，
常开按钮接通另一个电路。
按钮开关颜色规定：
“停止”和“急停”按钮必须是红色。
“启动”按钮的颜色是绿色。
“点动”按钮必须是黑色。
“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑白、白色或灰色。
“复位”按钮必须是蓝色。复位按钮兼有停止的作用时，则必须是红色。
常用的按钮有自复位和自保持两种。其中自复位式按钮在外力释放后，按钮在弹簧的作用下将恢复原位；自保持式按钮内部有电磁或者机械结构，当按下后，在撤去外力时按钮不会自行复位，继续保持。
（二）行程开关
行程开关又称限位开关或位置开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器，它将机械信号转换为电信号，以控制生产机械的运动方向、行程大小或者位置保护。
主电路： 一台电机正反转
STA1
STA2
STB1
STB2
例:工作台前进、后退往复运动
控制电路：应在正反转的基础上，在每套支路
中分别串联行程开关的动断触点。
动作原理:运动部件撞击产生动作
微动开关
微动开关是尺寸很小而又非常灵敏的行程开关。
其特点是操作力小和操作行程短，用于机械、纺织、轻工、电子仪器等各种机械设备和家用电器中作限位保护和联锁等。
接近开关
万能转换开关
（三）组合开关
组合开关也称为转换开关，可实现多组触点的组合。其种类很多，可在机床中作为不带负载的接通或者断开电源，供转换之用；也可在小容量电机中控制电机的启动、停止和正反转，或者直接作电源开关。在局部照明中也使用它来进行控制。
组合开关是一种多触点、多位置式的转换开关。它能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。
（b） 符号
（a）外形
（c) 结构
结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。当转动手柄时，动触片改变位置，进而和静触片闭合或者断开，实现了状态的改变。 ?
特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。
声控开关
接近开关
微动开关
其它一些常见的开关电器
第五节 接触器
接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。
主要控制对象是电动机，也可以是电热设备，电焊机，电容器组，特点是容量大，过载能力强，寿命长，简单经济。
接触器外形图
按驱动方式分有：
●电磁式接触器、气动式接触器和液压式接触器；
按灭弧介质分有：
●空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；
按主触头控制的电路种类分有：
●交流接触器、直流接触器 等 ；
分类
在工业生产中，使用量最大的是电磁式交流接触器，简称为交流接触器。
一、接触器的结构及工作原理
1-主触点 2-常闭辅助触点
3-常开辅助触点 4-动铁心 5-线圈
6-静铁心 7-灭弧罩 8-弹簧
交流接触器结构示意图
电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.
触点：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。
灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。
其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。
动铁心（衔铁）
静铁心
电磁线圈
按所控制电路
主触点
辅助触点
按原始状态
常开触点
常闭触点
灭弧罩
灭弧栅
磁吹灭弧装置
1．交流接触器的结构
2．工作原理
线圈加额定电压，铁芯中产生磁通，因此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生吸合动作，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，吸力消失，衔铁在释放弹簧作用下打开，触头恢复常态。
KM
常闭辅助触点
线圈
KM
主触点
KM
常开辅助触点
KM
二、接触器的符号
额定电压
交流接触器： 127、220、380、500V
直流接触器： 110、220、440V
交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A
直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A
额定电流
吸引线圈额定电压
交流接触器：36、110（127）、220、380V
直流接触器：24、48、220、440V
指主触头的额定工作电压，其等级有：
指在正常工作条件下主触头中允许通过的长期工作电流，一般按下面等级制造：
三、接触器的主要技术指标
在接触器非封闭条件下，按照规定条件进行试验，接触器各部件连续工作8小时，其温升小于极限值所能承受的最大电流。
约定发热电流
在规定条件下，能在给定电压下接通和分断的预期电流值。要求在此电流下，接触器分断和接通时，不发生熔焊、飞弧和过分磨损等情况。
通断和分断能力
机械寿命指接触器在无负载和无维修的条件下所能操作的循环次数。电气寿命指在正常条件下，无维修时的操作循环次数。
机械寿命和电气寿命
操作频率
每小时允许操作的次数。该参数是一个重要的指标，其影响接触器的电寿命、灭弧室的工作条件和线圈温升等。
工作制
有短时工作制、断续工作制、不间断工作制和8小时工作制四种工作。
根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；
接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；
吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；
额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。
四、接触器的使用原则
五、接触器常见故障分析
1．触点过热 造成触点发热的主要原因有：触点接触压力不足；触点表面接触不良；触点表面被电弧灼伤烧毛等。以上原因都会使触点接触电阻增大，使触点过热。
2．触点磨损 触点磨损有两种：一种是电气磨损，由触点间电弧或电火花的高温使触点金属气化和蒸发所造成；另一种是机械磨损，由于触点闭合时的撞击，触点表面的相对滑动摩擦等造成。
3．线圈断电后触点不能复位 其原因有：触点熔焊在一起；铁心剩磁太大；反作用弹簧弹力不足；活动部分机械上被卡住；铁心端面有油污等。上述原因都会使线圈断电后衔铁不能释放，致使触点不能复位。
4．衔铁振动和噪声 产生振动和噪声的主要原因有：短路环损坏或脱落；衔铁歪斜或铁心端面有锈蚀、尘垢，使动、静铁心接触不良；反作用弹簧弹力太大；活动部分机械上卡住而使衔铁不能完全吸合等。
5．线圈过热或烧毁 线圈中流过的电流过大时，就会使线圈过热甚至烧毁。发生线圈电流过大的原因有以下几个方面：线圈匝间短路；衔铁与铁心闭合后有间隙；操作频繁，超过了允许操作频率；外加电压高于线圈额定电压等。
六、接触器的安装与维护
接触器的使用寿命的长短，不仅取决于产品本身的技术性能，而且与产品的使用维护是否符合要求有关。在安装、调整及使用接触器时应注意以下各点：
安装前：应检查产品的铭牌及线圈上的技术数据（如额定电压、电流、操作频率和通电持续率等）是否符合实际使用要求；用手分合接触器的活动部分，要求产品动作灵活无卡住现象；将铁心极面上的防锈油擦净，以免油垢粘滞而造成接触器断电不能可靠释放；检查与调整触头的工作参数（开距、超程、初压力和终压力等），并使各极触头动作同步。
安装与调整：安装时应将螺钉拧紧，以防振动松脱；检查接线正确无误后，应在主触头不带电情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查产品动作是否可靠，然后才能投入使用。
继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。
相同 在结构上也是由电磁机构和触点系统组成。
不同 继电器可以对多种输入量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路和保护电路，而接触器用来控制大电流电路，因此，继电器触点容量较小，且无灭弧装置。
第六节 继电器
继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，以实现远距离控制和保护的自动控制电器。输入量可以是电量也可以是非电量。
作用：控制、放大、联锁、保护和调节
按用途不同分有：控制继电器、保护继电器、通讯继电器和安全继电器等
电磁式继电器按输入信号不同分有：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器和中间继电器
按线圈电流种类不同分有：交流继电器和直流继电器
按动作时间不同分有：瞬时继电器、延时继电器
按动作原理不同分有：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器、电子式继电器
分类
一、电磁式继电器
1．电磁机构
2．触头系统
3．调节装置
图 电磁式继电器的典型结构
1-底座 2-铁心 3-释放弹簧 4-调节螺母 5-调节螺母
6-衔铁 7-非磁性垫片 8-极靴 9-触头系统 10-线圈
1、电流继电器
触点的动作与线圈电流的大小有关的继电器称做电流继电器。
使用时电流继电器与被测量电路串联，反映电流信号。为了不影响电路正常情况，其线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。
过流电流继电器
欠流电流继电器
对于欠电流继电器，正常工作时，由于电路的负载电流大于吸合电流而使衔铁处于吸合状态，当电路的负载电流降低至释放电流时，则衔铁释放。对于过电流继电器，正常工作时，线圈中流有负载电流，但不产生吸合动作，当出现比负载工作电流大的吸合电流时，衔铁才产生吸合动作，从而带动触点动作。
过流电流继电器
欠流电流继电器
2、电压继电器
触点的动作与线圈电压的大小有关的继电器称做电压继电器。使用时电压继电器与被测量电路并联，其线圈匝数多，导线细，线圈阻抗大。电压继电器反映的是电压信号。
对于过电压继电器，当线圈电压为额定电压时，衔铁不产生吸合动作；只有当线圈电压高于其额定电压的某一值时衔铁才产生吸合动作。交流过电压继电器在电路中起电压保护作用。对于欠电压继电器，当线圈的承受电压低于其额定电压时衔铁就产生释放动作。其特点是释放电压很低，在电路中做低电压保护。
3、中间继电器
中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大,在电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用，主要用于增加触点数量，实现逻辑控制。
触点数量较多，能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。
由于中间继电器只要求线圈电压为零时能可靠释放，对动作参数无要求，故中间继电器没有调节装置。
继电器输入信号输入后，经过一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。
对于电磁式时间继电器，当电磁线圈通电或断电后，经一段时间，延时触头状态才发生变化，即延时触头才动作。
4、时间继电器
延时方式：通电延时和断电延时
接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。
接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。
作用：按整定时间长短通断电路
分类
按构成原理分：
电磁式 电动式 空气阻尼式 电子式 数字式
电子元件组成，无机械部件，寿命长、精度高、体积小、延时范围大、控制功率小
延时范围成倍增加，精度大幅提高，控制功率和体积更小，适用于各种需要精确延时的场合及自控电路。
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
(a)通电延时线圈 (b)断电延时线圈 (c)通电延时闭合动合触点 (d)通电延时断开的动断触点 (e)断电延时断开的动合触点 （f）断电延时闭合的动断触点（g）瞬动触点
符号
KT
KT
空气阻尼型通电延时继电器
空气阻尼型断电延时继电器
几种新型时间继电器的外形：
超级时间继电器（电子式） 数显时间继电器
二、热继电器
电动机在实际运行中，常会遇到过载情况，但只要不严重、时间短，电机绕组不超过允许的温度，这些情况是允许的。但若长期过载运行，就会加速电动机绝缘老化过程，缩短电动机的使用寿命，甚至会导致烧毁电动机绕组。为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转，当电动机一旦出现长时间过载等情况，需要自动切断电路，从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器，这就是热继电器。
热继电器是利用电流的热效应原理以及发热元件的热膨胀原理设计的一种保护电器。
1—热继电器 2—双金属片 3—导板 4—触点
1.热继电器的结构及工作原理
热继电器主要由热元件、双金属片和触点三部分组成 。双金属片是感测元件。
(a) 热元件 (b) 常闭触点
图 热继电器的图形及文字符号
热元件串接在电动机定子绕组中，当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使继电器动作。当电动机过载时，流过热元件的电流增大，热元件产生的热量增加，使双金属片产生的弯曲位移增大，经过一定的时间后，双金属片推动导板使继电器触点动作，切断电动机控制电路。
2.热继电器的主要技术参数
热继电器额定电流 在额定电压下，热继电器所能正常工作的电流值，即热元件的最大整定电流值。
热元件额定电流 热元件整定电流的调节范围的最大电流值。
整定电流 热元件在长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。该值和负载的额定电流值相当。
与电流继电器和熔断器不同，热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。
3.热继电器的选用
(1) 原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的60%～80%。
(2) 在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作 通常，当电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间不超过6s且很少连续启动时，就可按电动机的额定电流选取热继电器。
(3) 当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不埋想，有时甚至不能使用。
作用：根据速度的大小通断电路
三、速度继电器
速度继电器主要是用来反映电动机等旋转机械的转速和转向变化的继电器。
速度继电器通常和接触器等配合来实现电动机的反接制动控制，所以也称为反接制动继电器。
速度继电器主要由转子、定子和触头三部分组成，转子是一个园柱形永久磁铁，定子是一个笼形空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。
图 速度继电器
1-调节螺钉 2-反力弹簧 3、5-静触点 6-调速杠杆
7-杠杆 8-绕组 9-定子 10-转轴 11-转子
工作原理：工作时转子和电机的旋转部分相连接。转子在旋转状态下形成了旋转磁场，线圈短路的定子在旋转磁场的作用下产生电磁转矩。当电磁力大于弹簧反作用力时（转速比较高），在和定子相连的杠杆作用下，使相应的触点动作。当转速较低时，弹簧力大于电磁力，触点复位。当转向反转时，杠杆和定子向相反方向旋转，使得另一对触点动作。
四、液位继电器
液位继电器是根据液体液面高低来使触头动作的继电器
液位继电器结构原理图
压力继电器
光电继电器
温度继电器
六、其它继电器
本章结束！

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