第1章 电气控制电路中的常用电器Word下载.docx
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⑷调节作用低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等。
⑸指示作用利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等。
⑹转换作用在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等．
当然，低压电器作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现。
1.2电磁式控制电器的基本原理
电磁式低压电器是利用电磁系统控制动作的低压器件，即当某一电压或电流达到某一数值时,对应电磁吸力足以克服反力弹簧弹力,从而使得连杆带动触头闭合或断开。
电磁式低压电器属于开关的范畴。
它的作用是用低电压小电流去控制大电流或高电压的转接。
1.2.1电磁式低压电器的基本组成
电磁式低压电器是利用电磁现象完成电器电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、指示等功能的。
电磁式低压电器的结构示意图如图1.1所示，它由以下几部分组成：
⑴固定支架系统为触头、线圈、铁心、弹簧等提供支撑、保护、固定等。
⑵电磁系统依靠线圈通电产生的磁通，使铁心产生吸引力，作为触头动作的力量来源。
⑶触头系统用来对电气回路进行切断或接通的电气部分，是电磁低压电器的执行部分。
⑷灭弧系统在负荷较重时，触头动作会产生较强的电弧，灭弧系统就是专门用来熄灭电弧的。
电磁式低压电器的动作过程为：
当线圈1通电后，将会在铁心2中产生磁通Ф，因此产生一吸力吸引衔铁3向下移动，并带动触头5动作，接通或断开电路。
当线圈失电后，衔铁在弹簧4弹力的作用下，恢复到线圈通电前得的状态，触头也同时复位。
1.2.2电磁机构
电磁机构也称电磁系统，由吸引线圈和磁路两个部分组成。
磁路包括铁心、铁轭、衔铁和空气隙。
吸引线圈通以一定电压或电流产生激励磁场及吸力，并通过气隙转换为机械能，从而带动衔铁运动使触头动作，以完成触头的断开和闭合。
图1.2是几种常用的电磁机构示意图。
由图可见衔铁在电磁力的作用下可以直动，也可以绕某一支点转动。
电磁吸力是指电磁铁线圈通电后，铁心吸引衔铁的力。
（1—1）
S0——磁路的横截面积；
B0——磁路中磁感应强度；
μ0——真空磁导率。
上式是在稳恒磁场中的作用关系式，如果是在交变磁场中，需要考虑其等效值。
电磁吸力的大小与气隙的截面积和气隙中的磁感应强度的平方成正比。
所以，我们要产生足够的吸力，除了要考虑磁感应强度的大小即磁场的强弱以外，还要考虑到气隙的截面积的大小。
1.2.3触头系统
触头是用于切断或接通电器回路的部分。
按其接触情况可以分为点接触式、线接触式和面接触式三种，如图1.3所示。
根据用途不同，触点分为主触点和辅助触点两种。
主触点用以通断电流较大的主电路，一般由接触面较大的常开触点组成。
辅助触点用以通断电流较小的控制电路，它由常开触点和常闭触点成对组成。
当触头未动作时处于断开状态的触点称为常开（或动合）触点；
当触头未动作时处于接通状态的触点称为常闭（或动断）触点。
触点材料一般采用银或银的合金，常用的有银-氧化镉、银-钨或铜-钨等。
触头接触时，其基本性能要求接触电阻尽可能小，为了使触头接触得更加紧密，以减小接触电阻，消除开始接触时产生的振动，一般在制造时，在触头上装有接触弹簧，使触头在刚刚接触时产生初压力，并且随着触头的闭合逐渐增大触头互压力。
1.2.4灭弧系统
电器的触头在闭合或断开（包括熔体在熔断时）的瞬时，都会在触头间隙中由电子产生弧状的火花，这种由电器原因产生的火花，称为电弧。
电弧产生的的原因主要经历以下四个物理过程
⑴强电场放射触头刚开始分离时，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头间很小很小的间隙上。
因此该出的电场强度很大，可以达到107甚至109伏/米。
如此的强电场可以将阴极表面的自由电子拉到气隙中，使触头间隙的气体中存在大量的电子，这就是强电场放射过程。
⑵撞击电离触头间隙中的自由电子在电场作用下，向正极加速运动，同时获得了足够的动能。
它在前进途中撞击气体原子，将其分裂为电子和正离子。
电子在向正极运动中撞击其它原子，使触头间隙中气体越来越多的现象，称为撞击电离。
⑶热电子发射撞击电离产生的正离子向阴极运动，撞在阴极上会使阴极温度迅速升高，使阴极电子的动能增加。
当阴极温度达到一定程度时，一部分有足够动能的电子将从阴极表面逸出，在参与撞击电离由于高温使电极发射电子的现象称为热电子发射。
⑷高温游离当电弧间隙中气体温度升高时，气体分子热运动速度加快。
当电弧的温度达到3000℃或更高时气体分子将发生强烈的不规则运动并造成相互碰撞，结果使气体分子游离为电子和正离子。
通过以上的四个过程，将会产生大量的热，从而会烧坏触头，引起接触不良。
大容量电器应迅速灭弧。
灭弧的基本原理是将电弧拉长、切短、隔离、冷却，以降低电弧温度和电弧强度。
常用的灭弧方法有以下几种：
⑴灭弧罩灭弧灭弧罩由陶土材料制成，其结构如图1.4所示。
安装时灭弧罩将触头罩住，当电弧发生时，电弧进入灭弧罩内，依靠灭弧罩对进行降温，增加带电离子的复合作用，因此使电弧容易熄灭，也防止电弧飞出。
⑵灭弧栅片熄弧灭弧栅片是由绝缘材料制成的骨架，再嵌上镀铜的钢片制成。
安装时，灭弧栅片位于触头的上方，电弧产生后，由于钢片导磁，电弧产生的电磁力使电弧与钢片相吸，电弧进入栅片中，被分成许多串联的短弧。
栅片的散热作用和用于交流电流的“阴极效应”使电弧迅速熄灭。
其它的灭弧方式还有磁吹灭弧和纵缝灭弧等。
低压电器灭弧时，可以只采用一种方法，也可以多种方法并用，以增加灭弧能力。
1.3交流接触器
接触器是一种用来自动地接通或断开大电流电路的电器。
它可以频繁地接通或分断交流电路，并可实现远距离控制。
其主要控制对象是电动机，也可用于其他负载。
接触器具有控制量大、过载能力强、操作频繁、工作可靠、设备简单经济等特点，还具有零压保护、欠压释放保护等作用，因此在电器控制中应用十分广泛。
接触器按其流过线圈工作电流种类不同，可分成交流接触器CJ型和直流接触器CZ型两类。
其中，尤以交流接触器CJ型应用更加广泛。
1.3.1交流接触器的结构和工作原理
交流接触器是利用电磁吸力与弹簧弹力配合动作，使触头闭合或分断的。
实验室的交流接触器的外形可以看控制板上。
其结构如下页图。
它有两种工作状态；
得电动作状态和失电释放状态。
当吸引线圈得电后，衔铁被吸合所有的动合触头闭合，动断触头分断，接触器处于得电状态；
当吸引线圈失电后，衔铁释放，在复位弹簧的作用下，所有的动合触头分断，动断触头闭合，接触器处于失电状态。
交流接触器有电磁系统、触头系统、灭弧装置、弹力装置等部分组成。
触头有五个动合触头，其中三个为主触头、两个辅触头；
还有两个动断辅触头。
这些辅触头常起电气联锁作用。
1.3.2交流接触器的型号和基本参数
1．交流接触器的型号以及含义
2．交流接触器的型号和基本参数
⑴额定电压——接触器铭牌上的额定电压是指接触器主触头之间的正常工作电压值；
⑵额定电流——接触器铭牌上的额定电流是指接触器主触头之间的正常工作电流值；
⑶吸引线圈的额定电压——指接触器电磁线圈正常工作电压值。
⑷主触头接通与分断能力——指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。
⑸额定操作频率——额定操作频率是指接触器每小时允许的操作次数。
表1.1常用CJ10系列交流接触器的技术数据
型号
线圈额定电压/V
主触头额定电流/A
辅助触头额定电流/A
可控制380V三相异步电动机最大功率/KW
额定操作频率/（次/h）
吸引线圈电压/V
线圈功率（50Hz近似值/VA）
起动
吸持
CJ10-5
127
220
380
5
1.5
600
交流
36
110
35
6
CJ10-10
10
4
65
11
CJ10-20
20
7.5
140
22
CJ10-40
40
18.5
230
32
CJ10-60
60
30
485
95
CJ10-100
100
45
760
105
CJ10-150
150
75
950
CJ10-250
250
1530
1.3.3交流接触器的选用方法
应根据控制电路的要求，正确地选择。
1选择类型
根据所控制对象的电流类型来选择交流或直流接触器。
2选择触头的额定电压
通常触头的额定电压应大于或等于回路的额定电压。
3．选择主触头的额定电流
主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。
若负载是三相异步交流电动机，额定电压为380v，则满足“2安培1千瓦”的经验规律。
在频繁起动、制动和频繁正反转的场合，选择主触头的额定电流可以稍微大一些，大概有10—20%的裕量。
4．选择线圈电压
线圈的工作电压应与回路的工作电压相当。
1.4电磁式继电器
继电器属于一种参量控制开关，即当某一电压或电流达到某一数值时开关开启或闭合。
继电器属于开关的范畴。
它利用电磁原理或其他（如热电或电子）方法实现自动接通或断开一个或一组触点实现开关功能的非手动开关。
用继电器也可以构成逻辑、时序电路。
继电器分为电磁式继电器、舌簧继电器、双金属片温度继电器。
电磁式继电器由铁芯线圈、机架和触点组成。
1.4.1继电器的工作原理和特性
下图是电磁式继电器的结构示意和电路图形符号。
电磁式继电器是使用最早、应用最广泛的一种继电器。
图1.6电磁式继电器动作原理图
继电器中有两种触点，一种是可以移动的触点叫做动触点（如图1.6中的触点l），另一种是位置固定的触点叫做静触点（如图1.6中的触点2和3）。
线圈未通电时处于断开状态的静触点）称为“常开触点”（图1.6中的触点3），处于接通状态的静触点称为“常闭触点”（图1.6中的触点2）。
如果一个动触点与一个静触点常接，而同时与另一个静触点常开，就称它为“转换触点”（图1.6中的触点1）。
在一个继电器中，可以具有一个或数个（组）常开触点、常闭触点和相应的转换触点。
电磁继电器中一般只设一个线圈（也有设多个线圈的）。
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；
处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
电磁式继电器的工作原理是电磁感应定律。
在图1.6中，当线圈中通以直流电流时，线圈中间的铁心会被磁化而产生磁力，进而吸引衔铁（动铁），使静触点分开（l和2分开）、动触点闭合（l和3之间接通）。
当线圈断开电流时，铁心失去磁性，衔铁被返回弹簧拉起，触点3断开，触点1与2接通。
为了在电路图上清楚而简单地将继电器表示出来，通常用一个文字符号表示继电器线圈和它的触点，各组触点则标以角标注明。
1．电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
2．热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。
热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。
恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
3．固态继电器（SSR）的工作原理和特性
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。
按开关型式可分为常开型和常闭型。
按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
1.4.2继电器主要产品技术参数
1．额定工作电压——是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。
根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。
2．直流电阻——是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。
3．吸合电流——是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。
在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。
而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。
4．释放电流——是指继电器产生释放动作的最大电流。
当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。
这时的电流远远小于吸合电流。
5．触点切换电压和电流——是指继电器允许加载的电压和电流。
它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。
1.4.3继电器测试
1．测触点电阻
用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；
而常开触点与动点的阻值就为无穷大。
由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。
2．测线圈电阻
可用万能表R×
10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。
3．测量吸合电压和吸合电流
找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。
慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。
为求准确，可以试多几次而求平均值。
4．测量释放电压和释放电流
也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。
一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10~50％，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。
1.4.4继电器的电符号和触点形式
继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。
同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。
继电器的触点有两种表示方法：
一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。
另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。
继电器的触点有三种基本形式：
1．动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。
以合字的拼音字头“H”表示。
2．动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。
用断字的拼音字头“D”表示。
3．转换型（Z型）这是触点组型。
这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。
线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。
这样的触点组称为转换触点。
用“转”字的拼音字头“z”表示。
1.4.5继电器的选用
1先了解必要的条件
①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；
②被控制电路中的电压和电流；
③被控电路需要几组、什么形式的触点。
选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。
控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。
2查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。
若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。
最后考虑尺寸是否合适。
3注意器具的容积。
若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。
对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。
1.4.6时间继电器
当继电器感测部分接受输入信号后，经过一段时间执行部分才动作，这类继电器称为时间继电器。
按它的动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式以及电子式等；
按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。
下面就以空气阻尼式时间继电器为例说明其工作原理。
阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器。
它是利用空气阻尼的作用来延时的。
JS7-A系列空气阻尼式时间继电器如图1.7所示。
该时间继电器是有电磁系统、触头系统和延时机构组成。
电磁铁采用直动式双E型，触头系统是借助桥式双断点微动开关，构成有瞬时触头和延时触头两部分供控制时选用，延时机构是利用空气通过小孔时产生阻尼作用的气囊式阻尼器。
这种继电器分为通电延时型和断电延时型两种。
下面以通电延时型的继电器为例，介绍其动作原理。
图1.7JS7-A系列空气阻尼式时间继电器
1-线圈2-反作用弹簧3-衔铁4-静铁心5-弹簧片6-瞬时触头7-杠杆8-延时触头9-调节螺钉10-推杆12-螺旋压缩弹簧
空气阻尼式时间继电器通电延时动作的过程是：
当线圈1通电时，衔铁2克服反作用弹簧3的阻力，与静铁心4吸合，推杆5在螺旋压缩弹簧6的作用下向上移动，使与活塞12相连的橡皮膜8也向上移动，但其上移的速度受进气孔10进气速度的控制，而进气速度可通过调节螺钉9带动螺塞11以改变进气孔的大小加以调节，进气越慢，延时越长。
空气进入气囊，经过一段时间，活塞12才能移到最上端，并通过杠杆13压动微动开关KT2，使其动断触头断开、动合触头闭合，起到通电延时作用，故微动开关KT2的触头称为延时触头。
而另一个微动开关KT1是在衔铁2吸合说，通过推板14作用下立即动作，使KT1的动断触头瞬时断开、动合触头瞬时闭合，故KT1的触头称为瞬时触头。
当线圈1断电时，衔铁2在反作用弹簧3的作用下，通过推杆5将活塞12推向最下端，这时橡皮膜8下方气室内的空气通过橡皮膜、弱弹簧7和活塞12的局部所形成的单向阀迅速从橡皮膜上方的缝隙中排掉，使微动开关KT1和KT2的各触头瞬时复位。
橡皮膜8橡皮
图1.8为JS7A系列通电延时型阻尼式时间继电器的动作原理图。
图1.8时间继电器动作原理
1-线圈2-衔铁3-反作用弹簧4-静铁心5-推杆6-螺旋压缩弹簧7-弱弹簧8-橡皮膜
9-调节螺钉10-进气孔11-螺塞12-活塞13-杠杆14-推板
1.5熔断器
熔断器主要有插入式熔断器、螺旋式（快速）熔断器、快速熔断器、半导体器件保护用熔断器、有填料封闭管式熔断器、有填料封闭管式圆筒帽形熔断器、有填料封闭管式螺栓连接熔断器、有填料封闭管式刀形触头熔断器、圆管式熔断器、无填料管式熔断器、微型熔断器、模数化螺旋式熔断器等。
电气控制中较为常用的是圆筒帽形熔断器，大功率电动机控制电路中常用有填料封闭管式熔断器、有填料封闭管式圆筒帽形熔断器等。
图1.9瓷插入式熔断器的结构图
1.5.1圆筒帽形熔断器的概述
圆筒帽形熔断器适用于交流50Hz、额定电压至600V、额定电流至125A，主要作为电气线路的过载和短路保护；
还可派生为半导体器件及其成套装置的短路保护以及电动机短路保护。
圆筒帽形熔断器（有填料封闭式）由纯铜/银片（或丝）制成的变截面熔体封装于由高强度瓷或环氧玻璃布管制成的熔管内，熔管中充满经化学处理过的高纯度石英砂作为灭弧介质；
熔体二端采用点焊与端帽牢固电连接。
熔断器可带有撞击器，当熔体熔断时，撞击器立即动作，推动微动开关，发出各种信号或自动切换电路。
圆筒帽形熔断器呈插入式结构，按尺码可安装于RT14、RT18、RT19以及其它相应尺码的熔断器支持件。
1.5.2熔断器的选择
主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。
对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。
通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。
对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。
通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；
当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。
熔体的额
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