第1章 常用低壓電器

現(xiàn)代電氣控制設備及PLC學時：48學時（38學時普通課+10學時實驗）教材：PLC電氣控制技術、漆漢宏主編（機械工業(yè)出版社）參考教材：現(xiàn)代電氣控制與PLC應用技術、袁琦主編，機械工業(yè)出版社電氣與PLC控制技術、蔡紅斌主編，清華大學出版社總成績=平時成績*30%+考試成績*70%學習PLC的理由

PLC控制是當今自動化控制的主流，目前自動化機臺控制大多采用PLC控制，只要是從事自動化的人員，就必須要會使用PLC，否則入不了自動化控制的門。2、學習PLC的方法？

首先，要懂電氣控制。

其次，要選一個廠家的PLC，邊學邊領悟邊實踐。

*懂電氣控制的同學很容易學習PLC。3、學習PLC的目標？（這門課）掌握可編程控制器原理，從產(chǎn)品的角度出發(fā)，了解其使用，包括產(chǎn)品選型，控制系統(tǒng)設計，安裝調(diào)試。認真做好每一次實驗。學習PLC的先修課程（1）電路基礎（2）模擬電子技術（3）數(shù)字電子技術（4）微機原理與應用（5）信號檢測關于這門課1、課程要求：

（1）1-2次作業(yè)。（必交）

（2）1-2次當堂練習。

（3）動手設計一個小項目。2、考試要求：閉卷

第一章常用低壓電器

第一節(jié)概述（自學）第二節(jié)接觸器第三節(jié)繼電器第四節(jié)熔斷器第五節(jié)低壓隔離器（自學）第六節(jié)低壓斷路器（自學）第七節(jié)主令電器概述

電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實現(xiàn)電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)用的電氣元件。簡言之，電器就是一種能控制電的工具，最基本、最典型的功能就是“開”和“關”。低壓控制電器是低壓電器的一種，我們學習低壓控制電器元件，主要是能正確地使用和選用電器元件，因此不涉及元件的設計，而著重于應用。

一、電器的分類

（一）按工作電壓等級分：1.高壓電器用于1200VAC、1500VDC及以上電路中的電器。2.低壓電器用于1200VAC（50Hz或60Hz）、

1500VDC及以下電路中起通斷、保護、控制和調(diào)節(jié)作用的電器（簡稱電器）。

（二）按動作原理分：1.手動電器需通過人工直接操作才能完成動作的電器，例如刀開關、控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關等。2.自動電器不需人工操作，而是按照指令、信號或某個物理量的變化自動完成動作的電器，例如接觸器、繼電器、電磁閥、行程開關等。等）（三）

按用途分：1.低壓控制電器在低壓配電線路和電動機控制線路中起控制作用的電器。

（轉(zhuǎn)換開關、繼電器、接觸器等）2.低壓配電電器在低壓供、配電系統(tǒng)中用來輸送和分配電能的電器。

（例如低壓斷路器、熔斷器、刀開關等）3.低壓保護電器在低壓供、配電系統(tǒng)中對電路和電氣設備起保護作用的電器。

（例如熔斷器、熱繼電器、避雷器等）4.低壓主令電器在自動控制系統(tǒng)中用來發(fā)送控制指令的電器。

（例如按鈕、行程開關、轉(zhuǎn)換開關等）5.低壓執(zhí)行電器在自動控制系統(tǒng)中用來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）接觸器：交流接觸器 直流接觸器二、電力拖動自動控制系統(tǒng)中常用的低壓控制電器繼電器：電磁式繼電器：電壓繼電器電流繼電器中間繼電器 時間繼電器：空氣阻尼式電動式電子式熱繼電器

速度繼電器

主令電器：按鈕

開關行程開關

接近開關光電開關凸輪控制器與主令控制器萬能轉(zhuǎn)換開關

第一節(jié)主令電器

作用：主令電器是自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)布命令或信號，接通或斷開控制電路的電器。分類：控制按鈕、行程開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、主令控制器等。

控制按鈕控制按鈕（按鈕）。在控制電路中發(fā)出“指令”去控制接觸器、繼電器等電器線圈的通斷，間接控制主電路。圖1-1控制按鈕結構示意圖1—按鈕帽2—復位彈簧3—動觸橋4—常閉靜觸點5—常開靜觸點由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成。常態(tài)時（未按下時）處于接通的觸點，稱為常閉觸點；常態(tài)時處于斷開的觸點，稱為常開觸點。當操作人員按下按鈕帽時，先分斷常閉觸點，再接通常開觸點；當手指松開按鈕帽時，在復位彈簧作用下，常開觸點先斷開，然后常閉觸點閉合。常用的控制按鈕型號有LA18、LA19、LA20及LA25等系列。型號含義為：例如LA20-22DJ表示：二常開二常閉帶指示燈緊急式按鈕。為了標明控制按鈕的作用，避免誤操作，通常將按鈕帽做成紅、綠、黑、黃、藍、白、灰等不同顏色，以示區(qū)別。根據(jù)有關國標，對不同用途的按鈕，其按鈕顏色規(guī)定見表1-1。表1-1按鈕的顏色、用途按鈕作用按鈕帽顏色停止、急停紅色起動綠色點動黑色復位藍色起動與停止交替動作黑白、白色或灰色

控制按鈕的圖形、文字符號（a）常開按鈕圖1-2控制按鈕的圖形、文字符號（b）常閉按鈕（c）復合按鈕1.1.2行程開關行程開關是一種不依靠手的直接操作，而利用生產(chǎn)機械某些運動部件上的擋塊碰撞來發(fā)出控制指令使觸點動作的主令電器。行程開關也稱為位置開關或限位開關。行程開關的動作原理如下：操作機構接受機械設備發(fā)出的動作信號，并將該信號傳遞到觸頭系統(tǒng)，觸頭系統(tǒng)再將操作機構傳來的機械信號，通過本身的轉(zhuǎn)換動作，變換成電信號，輸出到有關控制回路，做出必要的反應。圖1-3行程開關結構示意圖1—頂桿2—彈簧3—常閉觸點4—觸點彈簧5—常開觸點行程開關按結構不同可分為直動式、滾動式、微動式，它們都是由操作機構、觸頭系統(tǒng)和外殼三部分組成。直動式行程開關的結構示意圖如圖1-3所示。常用的行程開關有JLXK1、LX10、LX19、LX21、3SE3等系列，JLXK系列行程開關的含義為：

例如JLXK1-211表示：一常開一常閉雙輪防護式程開關。行程開關的圖形、文字符號如圖1-4所示。圖1-4行程開關的圖形、文字符號（a）常開觸點（b）常閉觸點1.2開關電器1.2.1刀開關刀開關通常稱作閘刀開關。主要應用于不頻繁接通和分斷小容量的低壓供電線路、小容量電路的電源開關。

刀開關結構示意圖1—手柄2—觸刀3—靜插座4—鉸鏈支座5—絕緣底板1.2.3低壓斷路器低壓斷路器又稱自動空氣開關，是低壓配電系統(tǒng)中一種很重要的保護電器。

它相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合。當電路發(fā)生嚴重過載、短路及失壓（包括欠壓）等故障時，能自動切斷故障電路，有效地保護串接在其后面的電氣設備。在正常情況下，也可用于不頻繁地接通和斷開電路及控制電動機。因此，低壓斷路器既是保護電器，也是控制電器。

圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕低壓斷路器在結構上有觸頭系統(tǒng)、操作機構、保護裝置（各種脫扣器）、滅弧裝置等組成。其結構原理圖如圖1-12所示。

圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕低壓斷路器的工作原理：主觸點1是靠操作機構通過手動或電動來閉合的，主觸點閉合后，自由脫扣機構將其鎖在合閘位置上。當電路中發(fā)生故障時，脫扣機構就在相關脫扣器的作用下將鎖鉤脫開，主觸點在釋放彈簧的作用下迅速將電路分斷。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，與主電路串聯(lián)的過電流脫扣器的線圈將產(chǎn)生較強的電磁力將其銜鐵吸下，使自由脫扣機構的鎖鉤脫開，從而分斷主觸點。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕當電路發(fā)生過載時，與主電路串聯(lián)的熱脫扣器的熱元件將產(chǎn)生一定的熱量，加熱膨脹系數(shù)不同的雙金屬片，使之向上彎曲，推動自由脫扣機構，使其鎖鉤脫開，使主觸點分斷。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕

失壓脫扣器的線圈與主電路是并聯(lián)的，在電壓正常情況下，失壓脫扣器的線圈產(chǎn)生足夠強的電磁力將其銜鐵吸住，不影響自由脫扣機構和主觸點，但在電壓嚴重下降或失壓的情況下，電磁吸力不足或消失，銜鐵被釋放而推動自由脫扣機構動作，解開鎖鉤，使主觸點分開，切斷主電路。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點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—欠電壓脫扣器7—起動按鈕分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需遠距離控制時，按下啟動按鈕，使線圈得電，銜鐵帶動自由脫扣器機構動作，使主觸點斷開。低壓斷路器的圖形、文字符號如圖1-13所示。

圖1-13低壓斷路器的圖形、文字符號1.3熔斷器熔斷器是一種保護電器，廣泛應用于低壓供電線路和控制電路及用電設備中作短路保護或嚴重過電流。熔體是熔斷器的主要元件，熔斷器的熔體按串聯(lián)方式接于被保護電路中，當電路正常工作時，熔體在額定電流下不會熔斷；當電路發(fā)生短路或嚴重過電流時，熔體中的電流將遠大于其額定電流，經(jīng)過一定時間后，產(chǎn)生的熱量將使溫度升高，當溫度達到熔化溫度時，熔體自行熔斷，切斷故障電路，從而達到保護電路和電氣設備的目的。熔斷器的圖形、文字符號如圖1-18所示。圖1-18熔斷器的圖形、文字符號接觸器

接觸器分交流、直流兩種，是用來自動接通和分斷大電流電路的電器。主要控制對象是電動機。

一、結構和工作原理接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成1－主觸點2－常閉輔助觸點3－常開輔助觸點4－動鐵心5－電磁線圈6－靜鐵心7－滅弧罩8－彈簧圖1－1接觸器結構示意圖（四）接觸器的工作原理

當電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。（一）觸點觸點的結構形式很多，按控制的電路可分:

主觸點輔助觸點

觸點按其原始狀態(tài)分:常開觸點常閉觸點接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。接通或斷開主電路，允許通過較大的電流。用于接通或斷開控制電路，只能通過較小電流動合觸點，線圈通電閉合的觸點。動斷觸點，線圈通電斷開的觸點。（三）滅弧裝置電弧:當接觸器觸點切斷電路時，如電路中電壓超過10～12V

和電流超過80～100mA，在拉開的兩個觸點之間將出現(xiàn)強烈火花，這是一種氣體放電的現(xiàn)象，稱之為“電弧”。熄滅電弧:降低電弧溫度、電場強度

常用的滅弧裝置:

滅弧罩(耐弧陶土、石棉水泥、耐弧塑料)

滅弧柵(耐弧柵片—鍍銅薄鋼片)

磁吹滅弧裝置(觸頭電路中串一滅弧線圈)（二）電磁機構電磁機構包括動鐵心（銜鐵）、靜鐵心和電磁線圈三部分,將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點動作。

接觸器的圖形符號、文字符號如下圖所示。（a）線圈（b）主觸頭（c）常開輔助觸頭（d）常閉輔助觸頭1.5繼電器原理：感應元件中的輸入量（電壓、電流等電量或溫度、時間、速度、壓力等非電量）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回路。分類：按用途分：控制和保護繼電器按動作原理分：電磁式、感應式、電動式、電子式、熱繼電器機械式按輸入量分：電流、電壓、中間、時間、速度、壓力按動作時間分：瞬時、延時繼電器特點：額定電流不大于5A1.5.1中間繼電器

中間繼電器屬于電磁式繼電器中的一種，其結構與交流接觸器基本上相同。

與接觸器不同的是，繼電器是用于控制電路，觸點容量較?。ㄒ话?A以下），沒有滅弧裝置。觸頭組數(shù)較多，無主、輔觸點之分。其主要作用是，當其他繼電器的觸點數(shù)量或容量不夠時，由中間繼電器的觸點來補充，起增加觸點數(shù)量和起中間放大作用。圖1-21中間繼電器的結構示意圖1—復位彈簧2—動觸點3—靜觸點4—銜鐵5—鐵芯6—線圈中間繼電器的圖形、文字符號如圖1-22所示。圖1-20中間繼電器的圖形、文字符號定義：感應元件接收外界信號后，經(jīng)過設定的延時時間才使執(zhí)行部分動作的繼電器。作用：按整定時間長短通斷電路分類：按工作原理分：空氣阻尼式

電動式電子式按延時方式分：通電延時型斷電延時型

1.5.4時間繼電器通電延時時間繼電器的圖形、文字符號如圖1-26所示。（a）線圈（b）延時觸點（c）瞬時觸點圖1-26通電延時時間繼電器的圖形、文字符號斷電延時型時間繼電器的工作原理與通電延時型時間繼電器相似，線圈通電后，瞬時觸點和延時觸點均迅速動作；線圈斷電后，瞬時觸點迅速復位，延時觸點延時復位。斷電延時時間繼電器的圖形、文字符號如圖1-27所示。（a）線圈（b）延時觸點（c）瞬時觸點圖1-27斷電延時時間繼電器的圖形、文字符號作用：電動機的過載保護1.5.5熱繼電器結構：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構等部分組成。