常用低压电器元件详解.ppt

常用的低压电器 低压开关电器 2.1 接 触 器 2.2 继 电 器 2.3 熔 断 器 2.4 主 令 电 器 2.5 其 他 电 器 2.6 2.1 低压开关电器 开关是指在正常情况下（含规定的过 载工作条件下）能接通、承载、分断电流， 并在规定的非正常电路条件下（如短路）， 在规定的时间内能承载电流的机械开关电 器。 2.1.1 刀开关 1刀开关的功能 低压刀开关的作用是不频繁地手动接 通和分断容量较小的交、直流低压电路， 或者起隔离作用。刀开关如图 2-1所示，其 图形及文字符号如图 2-2所示。 图 2-1 刀开关 图 2-2 刀开关的图形及文字符号 2刀开关的分类 刀开关结构简单，由手柄、刀片、触 头、底板等组成。 刀开关的主要类型有大电流刀开关、 负荷开关和熔断器式刀开关。 3刀开关的选用原则 （ 1）刀开关结构形式的选择 （ 2）刀开关的额定电流的选择 （ 3）刀开关的额定电压的选择 （ 4）刀开关型号的选择 HD11、 HS11用于磁力站中，不切断 带有负载的电路，仅起隔离电流作用。 4注意事项 在接线时，刀开关上面的接线端子 应接电源线，下方的接线端子应接负荷线。 在安装刀开关时，处于合闸状态时 手柄应向上，不得倒装或平装；如果倒装， 拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸， 造成人身和设备安全事故。 分断负载时，要尽快拉闸，以减小 电弧的影响。 使用三相刀开关时，应保证合闸时 三相触头同时合闸，若有一相没有合闸或 接触不良，会造成电动机因缺相而烧毁。 更换保险丝，应该在开关断电的情 况下进行，不能用铁丝或者铜丝代替保险 丝。 【 例 2-1】 刀开关和隔离开关是否可 以互相替换使用？ 【 解 】 通常不可以。隔离开关是指在 断开位置上，能符合规定的隔离功能要求 的一种机械开关电器，其作用是当电源切 断后，保持有效的隔离距离，可以保证维 修人员的安全，隔离开关通常不带载荷通 断电路。刀开关一般不用做隔离器，因为 它不具备隔离功能，但刀开关可以带小载 荷通断电路。 2.1.2 组合开关 组合开关又称为转换开关（ Change- over Switch），如图 2-3所示，用于电路中， 从一组连接转换至另一组连接。在机床设 备和其他的电器设备中应用十分广泛，其 体积小，接线方式多，使用十分方便。其 灭弧性能比刀开关好。 图 2-3 组合开关 1组合开关的功能 组合开关一般在交流 50Hz、 380V以 下或直流 220V以下的电气线路中，用于手 动不频繁地接通和分断电路、接通电源和 负载、测量三相电压、改变负载的连接方 式，控制小容量电动机正反转、星形 三 角形启动、变速换向等场合。 2组合开关的结构 组合开关实质上也是一种刀开关，只 不过一般的刀开关的操作手柄是在垂直于 其安装面的平面内向上或向下转动，而组 合开关的操作手柄则是在平行于其安装面 的平面内向左或向右转动。 3组合开关的选用原则 一般应选用等于或大于所分断电路中 各个负载额定电流的总和的组合开关。对 于电动机负载，考虑其启动电流，选用额 定电流为电动机的 1.5 2.5倍。 4注意事项 每小时的接通次数不宜超过 15 20 次。 虽然组合开关有一定的通断能力， 但毕竟还是比较低的，所以不能用来分断 故障电流。 组合开关本身不带过载保护和短路 保护，所以如果需要这类保护，应该另设 其他保护电器。 由于组合开关的通断能力低，当其 用于电动机的可逆运行时，必须在电动机 完全停止转动后才允许反向接通（即只能 作为预选开关使用）。 【 例 2-2】 某机床上有 1台 3kW的三相 异步电动机（额定电压为 380V），启停不 频繁，请选用合适的组合开关控制此机床 的电动机的启停。 【 解 】 控制一台启停不频繁的三相异 步电动机是可以使用组合开关的，而且是 三极组合开关。查表 2-1，可选用 HZ10- 10/3组合开关。 2.1.3 低压断路器 断路器（ Circuit-Breaker）是指能接 通、承载以及分断正常电路条件下的电流， 也能在规定的非正常电路条件（如短路） 下接通、承载一定时间和分断电流的一种 机械开关电器，过去叫做自动空气开关， 为了和 IEC（国际电工委员会）标准一致， 改名为断路器。 1低压断路器的功能 低压断路器是将控制电器和保护电器 的功能合为一体的电器，其图形及文字符 号如图 2-6所示。在正常条件下，它常作为 不频繁接通和断开的电路以及控制电动机 的启动和停止。它常用做总电源开关或部 分电路的电源开关。 图 2-5 低压断路器 图 2-6 低压断路器的图形及文字符号 2低压断路器的结构和工作原理 低压断路器的种类虽然很多，但结构 基本相同，主要由触头系统和灭弧装置、 各种脱扣器与操作机构、自由脱扣机构部 分组成。 各种脱扣器包括过流、欠压（失压） 脱扣器，热脱扣器等。灭弧装置因断路器 的种类不同而不同，常采用狭缝式和去离 子灭弧装置，塑料外壳式的灭弧装置采用 硬钢纸板嵌上栅片制成。 当电路发生短路或过流故障时，过流 脱扣器的电磁铁吸合衔铁，使自由脱扣机 构的钩子脱开，自动开关触头在弹簧力的 作用下分离，及时有效地切除高达数十倍 额定电流的故障电流，如图 2-7所示。 图 2-7 低压断路器工作原理图（过电流保护） 弹簧 2 脱扣机构 3 电磁铁线圈 4 触头 当电路过载时，热脱扣器的热元件发 热，使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机 构动作，如图 2-8所示。 图 2-8 低压断路器工作原理图（过载保护） 1 弹簧 2 脱扣机构 3 双金属片 4 触头 分励脱扣器则作为远距离控制用，在 正常工作时，其线圈是断电的，在需要距 离控制时，按下启动按钮，使线圈通电， 衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触头断 开。 开关的主触头靠操作机构手动或电动 合闸，在正常工作状态下能接通和分断工 作电流，若电网电压过低或为零时，电磁 铁释放衔铁，自由脱扣机构动作，使断路 器触头分离，从而在过流与零压、欠压时 保证了电路及电路中设备的安全。 【 例 2-3】 某质量检验局在监控本地 区的低压塑壳式断路器的质量时发现：单 极家用断路器的重量在 60g以下的产品全部 为不合格品。请从低压塑壳式断路器的结 构和原理入手分析产生以上现象的原因。 【 解 】 家用断路器由触头系统和灭弧 装置以及各种脱扣器与操作机构组成，而 灭弧装置和脱扣器的重量较大，而且为核 心部件，所以偷工减料是造成产品不合格 的直接原因。 该质监局检查发现，所有的低于 60g 短路器的灭弧栅片数量都较少，因而灭弧 效果不达标，脱扣机构的铜质线圈线包很 小或者没有，因而几乎起不到保护作用。 通过称量判定重量过小的断路器为不合格 品有一定的合理性，但这不能作为断路器 产品检验的标准。 3低压断路器的典型产品 低压断路器主要分类方法是以结构形 式分类，有开启式和装置式两种。开启式 又称为框架式或万能式，装置式又称为塑 料外壳式（简称塑壳式）。 还有其他的分类方法，例如，按照用 途分类，有配电用、电动机保护用、家用 和类似场所用、漏电保护用和特殊用途； 按照极数分类，有单极、两极、三极和四 极；按照灭弧介质分类，有真空式和空气 式。 （ 1）装置式断路器。 （ 2）万能式断路器。 （ 3）智能化断路器 4断路器的技术参数 （ 1）额定工作电压。 （ 2）额定工作电流。 （ 3）短路通断能力。 （ 4）电气寿命和机械寿命。 5低压断路器的选用原则 （ 1）应根据线路对保护的要求确定 断路器的类型和保护形式，如万能式 或塑壳式断路器，通常电流在 600A 以下时多选用塑壳式断路器，当然， 现在也有塑壳式断路器的额定电流大 于 600A。 （ 2）断路器的额定电压 UN应等于或 大于被保护线路的额定电压。 （ 3）断路器欠压脱扣器额定电压应 等于被保护线路的额定电压。 （ 4）断路器的额定电流及过流脱扣 器的额定电流应大于或等于被保护线 路的计算电流。 （ 5）断路器的极限分断能力应大于 线路的最大短路电流的有效值。 （ 6）配电线路中的上、下级断路器 的保护特性应协调配合，下级的保护 特性应位于上级保护特性的下方，并 且不相交。 （ 7）断路器的长延时脱扣电流应小 于导线允许的持续电流。 （ 8）选用断路器时，要考虑断路器 的用途。 （ 9）在直流控制电路中，直流断路 器的额定电压应大于直流线路电压。 若有反接制动和逆变条件，则直流断 路器的额定电压应大于 2倍的直流线 路电压。 6注意事项 （ 1）在接线时，低压断路器上面的 接线端子应接电源线，下方的接线端 子应接负荷线。 （ 2）照明电路的瞬时脱扣电流类型 常选用 C型。 【 例 2-5】 CA6140A车床上配有 3台三 相异步电动机，主电动机功率为 7.5kW， 快速电动机功率为 275W，冷却电动机功率 为 150W，控制电路的功率约为 500W，请 选用合适的电源开关。 【 解 】 由于电动机额定电压为 380V，所 以选择断路器的额定电压为 380V。电路的额 定电流为： ，可选择断路器的额定电流为 40A。 N 7 500 275 150 500 22.2 A 380 PI U DZ15-40系列的断路器比较适合用做 电源开关，因此，最终选择的低压断路器 的型号为 DZ15-40/40。 2.1.4 漏电保护器 漏电保护器（ Earth Leakage Circuit Breaker， ELCB）是在规定的条件下，当 漏电电流达到或者超过给定数值时，能自 动断开电路的机械开关电器或者组合电器。 1漏电保护器的功能 漏电保护器的功能是：当电网发生人 身（相与地之间）触电事故时，能迅速切 断电源，可以使触电者脱离危险，或者使 漏电设备停止运行，从而避免触电引起人 身伤亡、设备损坏或火灾的发生，它是一 种保护电器。 漏电保护器仅仅是防止发生触电事故 的一种有效的措施，不能过分夸大其作用， 最根本的措施是防患于未然。 2漏电保护器的分类 （ 1）按照保护功能和结构特征分类， 漏电保护器可分为漏电继电器、漏电 开关、漏电断路器和漏电保护插座。 （ 2）按照工作原理分类，可分为电 压动作型和电流动作型漏电保护器， 前者很少使用，而后者则广泛应用。 电流动作型漏电保护器也称为剩余电 流漏电保护器、漏电电流动作保护器、 差分电流动作保护器或者接地故障保 护器。 （ 3）按照额定漏电动作电流值分类， 可分为高灵敏漏电保护器（额定漏电 动作电流小等于 30mA）、中灵敏漏 电保护器（额定漏电动作电流介于 30mA 1 000mA之间）和低灵敏漏 电保护器（额定漏电动作电流大于 1 000mA）。家庭可选用高灵敏漏电 保护器。 （ 4）按照主开关的极数分类，可以 分为单极二线漏电保护器、二极漏电 保护器、二极三线漏电保护器、三极 漏电保护器、三极四线漏电保护器和 四极漏电保护器。 （ 5）按照动作时间分类，可分为瞬 时型漏电保护器、延时型漏电保护器 和反时限漏电保护器。其中，瞬时型 的动作时间不超过 0.2s。 3漏电断路器的工作原理 在介绍漏电断路器的工作原理前，首 先介绍漏电流的概念。漏电流是指被保护 主电路（包括工作中性线）电流以有效值 表示的相量和，即被保护主电路的电流瞬 时值的代数矢量和。 （ 1）三极漏电断路器的工作原理 L 1 L 2 L3 0I I I 当被保护电路中出现漏电事故时，由 于有漏电的存在，三相交流电的电流矢量 和不为零，零序电流互感器的二次侧有感 应电流产生，当剩余电流脱扣器上的电流 达到额定漏电动作电流时，剩余电流脱扣 器动作，使漏电断路器切断电源，从而达 到防止触电事故的发生。 图 2-10 三极剩余电流保护断路器原理图 （ 2）二极漏电断路器的工作原理 二极漏电断路器如图 2-11所示，负载 为单相电动机，和大小相等，方向相反， 即 L 1 N 0II 图 2-11 二极剩余电流保护断路器原理图 当有漏电时， ，互 感器中产生磁通，互感器的副边线圈产生 感应电动势，使断路器的脱扣线圈动作， 从而使电源切断，起到保护作用。 L 1 N FI I I （ 3）电子式漏电保护器的工作原理 当发生漏电事故时，电流继电器将漏 电信号传送给电子放大器，电子放大器将 信号放大，从而断路器的脱扣机构使主开 关断开，切断故障电路。 4漏电断路器的性能指标 漏电动作电流。 漏电分断时间 。 5漏电断路器的选用 根据保护对象选用。 根据使用环境选用。 额定电流、额定电压、极数的确定 与前面介绍的低压断路器的选用一样。 通常家用漏电断路器的漏电电流小于 30mA，漏电分断时间小于 0.1s。 2.2 接 触 器 2.2.1 接触器的功能 接触器（ Contactor）是指仅有一个起 始位置，能接通、承载或分断正常条件 （包括过载运行条件）下电流的非手动机 械开关电器。接触器不能切断短路电流， 它可以频繁地接通或分断交、直流电路， 并可实现远距离控制。 图 2-12 交流接触器 图 2-13 接触器的图形和文字符号 2.2.2 接触器的结构及其工作 原理 接触器主要由电磁机构和触头系统组 成，另外，接触器还有灭弧装置、释放弹 簧、触头弹簧、触头压力弹簧、支架、底 座等部件。图 2-14所示为 3种结构形式的接 触器结构简图。 图 2-14 3种接触器的结构简图 接触器的工作原理是：当线圈通电后， 在铁芯中产生磁通及电磁吸力，电磁吸力 克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触头机 构动作，使常闭触头分断，常开触头闭合， 互锁或接通线路。 线圈失电或线圈两端电压显著降低时， 电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放， 触头机构复位，使得常开触头断开，常闭 触头闭合。 2.2.3 常用的接触器 1按照操作方式分类 接触器按操作方式分类，有电磁接触 器（ MC）、气动接触器和液压接触器。 2按照灭弧介质分类 接触器按灭弧介质分类，有空气接触 器、油浸式接触器和真空接触器。 3按照接触器主触头控制电流种 类分类 接触器按照主触头控制电流种类分类， 有直流接触器和交流接触器。 4按照接触器有无触头分类 接触器按照有无触头分类，有触头接 触器和无触头接触器。 5按照主触头的极数分类 接触器按照主触头的极数分类，有单 极、双极、三极、四极和五极接触器。 例 2-6】 交流接触器能否作为直 流接触器使用？为什么？ 【 解 】 不能。对于同样的主触头额定 电流的接触器，直流接触器线圈的阻值较 大，而交流接触器的阻值较小。 当交流接触器的线圈接入交流回路时， 产生一个很大的感抗，此数值远大于接触 器线圈的阻值，因此线圈电流的大小取决 于感抗的大小。 如果将交流接触器的线圈接入直流回 路，通电时，线圈就是纯电阻，此时流过 线圈的电流很大，使线圈发热，甚至烧坏。 所以通常交流接触器不作为直流接触器使 用。 2.2.4 接触器的技术参数 （ 1）额定工作电压。 （ 2）额定工作电流。 （ 3）约定发热电流。 （ 4）额定通断能力。 （ 5）接触器的极数和电流种类。 （ 6）线圈额定工作电压。 （ 7）允许操作频率。 （ 8）电气寿命和机械寿命。 （ 9）使用类别。 CJX1系列交流接触器的主要启动参 数见表 2-5。 2.2.5 接触器的选用 根据接触器所控制负载的工作任务 （轻任务、一般任务或重任务）来选择相 应使用类别的接触器。 交流接触器的额定电压（指触头的 额定电压）一般为 500V或 380V两种，应大 于或等于负载回路的电压。 根据电动机（或其他负载）的功率 和操作情况来确定接触器主触头的电流等 级。 接触器的额定电流（指主触头的额 定电流）有 5A、 10A、 20A、 40A、 60A、 100A、 150A等几种，应大于或等于被控回 路的额定电流。 对于电动机负载，可按下列公式计 算： N N N P I KU 式中，为接触器主触头电流，单位为 A；为电动机的额定功率，单位为 kW；为 电动机的额定电压，单位为 V； K为经验系 数，一般取 1 1.4。 接触器线圈的电流种类（交流和直 流两种）和电压等级应与控制电路相同。 触头数量和种类应满足电路和控制 线路的要求。 2.2.6 注意事项 注意理解接触器的使用类别。 吸引线圈额定工作电压和接触器额 定工作电压不是同一个概念，一般接触器 的额定电压标注在外壳的铭牌上，而吸引 线圈的额定电压标注在线圈上，两者可以 不相等。 在安装接触器前，应先检查线圈电 压是否符合使用要求；然后将铁芯极面上 的防锈油擦净，以免造成线圈断电后铁芯 不释放；再检查其活动部分是否正常，触 头是否接触良好，有无卡阻现象等。 交流接触器的安装应注意底面与安 装处平面的倾角小于 5 。若有散热孔，则 应将有孔的一面放在垂直方向上以利散热， 并按规定留有适当的飞弧空间，以免飞弧 烧坏相邻器件。 注意：勿将零件掉入电器内部，以免 引起卡阻或短路。安装孔的螺钉应装有弹 簧垫圈和平垫圈，并拧紧螺钉以防松脱。 交流接触器灭弧罩应完整且固定牢靠，检 查接线正确无误后，在主触头不带电的情 况下操作几次，然后再将主触头接入负载 工作。 接触器上标有“ NO” （ Normally Open）的辅助触头是常开触头，标有 “ NC” （ Normally Close）的触头是常闭 触头，其他的低压电器如果用此标识，其 含义相同。 【 例 2-7】 CA6140A车床的主电动机 的功率为 7.5kW，控制电路电压为交流 24V， 选用其控制用接触器。 【 解 】 电路中的电流 ，因为电动机不频繁启动，而且无反转和 反接制动，所以接触器的使用类别为 AC- 3，选用的接触器额定工作电流应大于或 等于 15.2A。 N 7 50 0 15 .2 A 1. 3 38 0 PI KU 又因为使用的是三相交流电动机，所 以选用交流接触器。选择 CJX1-16交流接 触器，接触器额定工作电压为 380V；线圈 额定工作电压和控制电路一致，为 24V； 接触器额定工作电流为 16A，大于 15.2A， 辅助触头为两个常开、两个常闭，可见选 用 CJX1-16/22是合适的。 这里若有反接制动，则应该选用大一 个级别的接触器，即 CJX1-32/22。 2.3 继 电 器 继电器（ Relay）是指当控制电器的 电气激励量（输入量）在电路中的变化达 到规定要求时，在电器的一个或多个电气 输出电路中，使被控量发生预定的阶跃变 化的开关电器。 继电器按使用范围的不同可分为 3类： 保护继电器、控制继电器和通信继电器。 保护继电器主要用于电力系统，作为发电 机、变压器及输电线路的保护；控制继电 器。 主要用于电力拖动系统，以实现控制 过程的自动化；通信继电器，主要用于遥 控系统。若按输入信号的性质不同，可分 为中间继电器、热继电器、时间继电器、 速度继电器和压力继电器等。继电器的作 用如下。 图 2-16 继电器的图形和文字符号 输入与输出电路之间的隔离。 信号切换（从接通到断开）。 增加输出电路（切换几个负载或者 切换不同的电源负载）。 切换不同的电压或者电流负载。 闭锁电路。 提供遥控功能。 重复信号。 保留输出信号。 2.3.1 电磁继电器 电磁继电器的结构和工作原理与电磁 接触器相似，也是由电磁机构、触头系统 和释放电触头弹簧、触头压力弹簧、支架 及底座等组成。 电磁继电器根据外来信号（电流或者 电压）使衔铁产生闭合动作，从而带动触 头系统动作，使控制电路接通或断开，实 现控制电路状态改变。电磁继电器的外形 如图 2-17所示。 图 2-17 电磁继电器 1电流继电器 电流继电器（ Current Relay）是反映 输入量为电流的继电器。电流继电器的线 圈串联在被测量电路中，用来检测电路的 电流。电流继电器的线圈匝数少，导线粗， 线圈的阻抗小。 电流继电器有欠电流型和过电流型两 类。 （ 1）电流继电器的功能 欠电流继电器常用于直流电动机和电 磁吸盘的失磁保护。而瞬动型过流继电器 常用于电动机的短路保护，延时型继电器 常用于过载兼短路保护。过流继电器分为 手动复位和自动复位两种。 （ 2）电流继电器的结构和工作原理 常见的电流继电器有 JL14、 JL15、 JL18等系列产品。电流继电器电磁机构、 原理与接触器相似，由于其触头通过控制 电路的电流容量较小，所以无需加装灭弧 装置，触头形式多为双断点桥式触头。 2电压继电器 电压继电器（ Voltage Relay）是指反 映输入量为电压的继电器。它的结构与电 流继电器相似，不同的是，电压继电器的 线圈是并联在被测量的电路两端，以监控 电路电压的变化。电压继电器的线圈的匝 数多，导线细，线圈的阻抗大。 电压继电器按照动作数值的不同，分 为过电压、欠电压和零电压 3种。 过电压继电器在电压为额定电压的 110% 115%以上时动作，欠电压继电器 在电压为额定电压的 40% 70%时动作， 零电压继电器在电压为额定电压的 5% 25%时动作。 过电压继电器在电路正常工作条件下 （未出现过压），动铁芯不产生吸合动作， 而欠电压继电器在电路正常工作条件下 （未出现欠压），衔铁处于吸合状态。 3中间继电器 中间继电器（ Auxiliary Relay）是指 用来增加控制电路中的信号数量或将信号 放大的继电器。它实际上是电压继电器的 一种，它的触头多，有的甚至多于 6对，触 头的容量大（额定电流为 5A 10A），动 作灵敏（动作时间不大于 0.05s）。 （ 1）中间继电器的功能 中间继电器主要起中间转换（传递、 放大、翻转分路和记忆）作用，其输入为 线圈的通电和断电，输出信号是触头的断 开和闭合，它可将输出信号同时传给几个 控制元件或回路。 中间继电器的触头额定电流要比线圈 额定电流大得多，因此具有放大信号的作 用，一般控制线路的中间控制环节基本由 中间继电器组成。 （ 2）中间继电器的结构和工作原理。 中间继电器主要分成直流与交流两种， 也有交、直流电路中均可应用的交直流中 间继电器，中间继电器由电磁机构和触头 系统等组成。电磁机构与接触器相似，由 于其触头通过控制电路的电流容量较小， 所以无需加装灭弧装置，触头形式多为双 断点桥式触头。 在图 2-18中， 13和 14是线圈的接线端 子， 1和 2是常闭触头的接线端子， 1和 4是 常开触头的接线端子。 图 2-18 小型继电器结构图 当中间继电器的线圈通电时，铁芯产 生电磁力，吸引衔铁，使得常闭触头分断， 常开触头吸合在一起。当中间继电器的线 圈不通电时，没有电磁力，在弹簧力的作 用下衔铁使常闭触头闭合，常开触头分断。 图 2-18中的状态是继电器线圈不通电时的 状态。 在图 2-18中，只有一对常开与常闭触 头，用 SPDT表示，其含义是“单刀双掷”， 若有两对常开与常闭触头，则用 DPDT表 示，详见表 2-6。 （ 3）中间继电器的选型 选用中间继电器时，主要应注意线圈 额定电压、触头额定电压和触头额定电流。 线圈额定电压必须与所控电路的电 压相符，触头额定电压可为继电器的最高 额定电压（即继电器的额定绝缘电压）。 继电器的最高工作电流一般小于该继电器 的约定发热电流。 根据使用环境选择继电器，主要考 虑继电器的防护和使用区域，如对于含尘、 腐蚀性气体和易燃易爆的环境，应选用带 罩的全封闭式继电器；对于高原及湿热带 等特殊区域，应选用适合其使用条件的产 品。 按控制电路的要求选择触头的类型 是常开还是常闭，以及触头的数量。 （ 4）注意问题。 在安装接线时，应检查接线是否正 确、接线螺钉是否拧紧；对于很细的导线 芯应对折一次，以增加线芯截面积，以免 造成虚连。 对于电磁式控制继电器，应在触头不 带电的情况下，使吸引线圈带电操作几次， 观察继电器的动作。对电流继电器的整定 值应作最后的校验和整定，以免造成其控 制及保护失灵。 中间继电器的线圈额定电压不能同 中间继电器的触头额定电压混淆，两者可 以相同，也可以不同。 接触器中有灭弧装置，而继电器中 通常没有，但电磁继电器同样会产生电弧。 由于电弧可使继电器的触头氧化或者 熔化，从而造成触头损坏，此外，电弧会 产生高频干扰信号，因此，直流回路中的 继电器最好要进行灭弧处理。 灭弧的方法有两种：一种是在按钮上 并联一个电阻和电容进行灭弧，如图 2-19 （ a）所示；另一种是在继电器的线圈上并 联一只二极管进行灭弧，如图 2-19（ b）所 示。对于交流继电器，不需要灭弧。 图 2-19 直流继电器的灭弧方法 【 例 2-8】 想用一个小型继电器控制 一个交流接触器 CJX1-32（额定电压为 380V，额定电流为 32A），采用 HH52P小 型继电信是否可行？ 【 解 】 选用的 HH52P小型继电器的 触头的额定电压为 220V，额定电流为 5A， 容量足够，此小型继电器有 2对常开触头和 2对常闭触头，而控制接触器只需要一对， 触头数量足够。 此外，这类继电器目前很常用，因此 可行（注意：本题中的小型继电器的 220V 电压是小型继电器的控制电压，不能同小 型继电器的触头额定电压混淆）。小型继 电器在此起信号放大的作用，在 PLC控制 系统中这种用法比较常见。 【 例 2-9】 指出图 2-21中小型继电器 的接线图的含义。 图 2-21 小型继电器的接线图 【 解 】 小型继电器的接线端子一般较 多，用肉眼和万用表往往很难判断。通常， 小型继电器的外壳上印有接线图。 图 2-21中的 13号和 14号端子是由线圈 引出的其中 13号端子应该和电源的负极相 连，而 14号端子应该和电源的正极相连； 1 号端子和 9号端子是由一对常闭触头引出的； 5号端子和 9号端子是由一对常开触头引出 的。 2.3.2 时间继电器 时间继电器（ Time-delay Relay）是 指自得到动作信号起至触头动作或输出电 路产生跳跃式改变有一定延时，该延时又 符合其准确度要求的继电器。 图 2-22 时间继电器的图形和文字符号 图 2-23 空气阻尼式时间继电器 时间继电器的种类很多，按照工作原 理可分为电磁式、空气阻尼式、晶体管式 和电动式。按照延时方式可分为通电延时 型和断电延时型 1时间继电器的功能 时间继电器是一种利用电磁原理、机 械动作原理、电子技术或计算机技术实现 触头延时接通或断开的自动控制电器。当 它的感测部分接收输入信号后，必须经过 一定的时间延时，它的执行部分才会动作 并输出信号以操纵控制电路。 3时间继电器的选用 时间继电器种类繁多，选择时应综合 考虑适用性、功能特点、额定工作电压、 额定工作电流、使用环境等因素，做到选 择恰当，使用合理。 （ 1）经济技术指标。 在选择时间继电器时，应考虑控制系 统对延时时间和精度的要求。 若对时间精度的要求不高，且延时时 间较短，宜选用价格低、维修方便的电磁 式时间继电器；若控制简单且操作频率很 低，如 Y- 启动，可选用热双金属片时间 继电器；若对时间控制要求精度高，应选 用晶体管式时间继电器。 （ 2）控制方式。 被控制对象如需要周期性的重复动作 或要求多功能、高精度时，可选用晶体管 式或数字式时间继电器。 【 例 2-10】 有一个晶体管时间继电器， 型号是 JSZ3，其外壳上有图 2-27所示的示 意图，指出其含义，并说明如何实现延时 30s后闭合的功能。 【 解 】 图 2-27（ a）的含义是：接线 端子 2和 7是由线圈引出的；接线端子 1、 3 和 4是“单刀双掷”触头，其中， 1和 4是常 闭触头端子， 1和 3是常开触头端子；同理， 接线端子 5、 6和 8是“单刀双掷”触头，其 中， 5和 8是常闭触头端子， 6和 8是常开触 头端子。 图 2-27（ b）的含义是：当时间继电 器上的开关指向 2和 4时，量程为 1s；当时 间继电器上的开关指向 1和 4时，量程为 10s； 当时间继电器上的开关指向 2和 3时，量程 为 60s；当时间继电器上的开关指向 1和 3时， 量程为 6min，图中的黑色表示被开关选中。 图 2-27 时间继电器的接线图 显然，触头的接线端子可以选择 1和 4 或者 5和 8，线圈接线端子只能选择 2和 7， 拨指开关最好选择指向 2和 3。 2.3.3 热继电器 热继电器（ Thermal Overload Relay） 是热过载继电器的简称。它是利用流过继 电器的电流所产生的热效应而反时限动作 （包括延时）的继电器。 1热继电器的功能 为了充分发挥电动机的潜力，电动机 短时过载是允许的，但无论过载量的大小 如何，时间长了总会使绕组的温升超过允 许值，从而加剧绕组绝缘的老化，缩短电 动机的寿命，严重过载会很快烧毁电动机。 为了防止电动机长期过载运行，可在 线路中串入按照预定发热程度进行动作的 热继电器，以有效监视电动机是否长期过 载或短时严重过载，并在超额过载预定值 时有效切断控制回路中相应接触器的电源， 进而切断电动机的电源，确保电动机的安 全。 图 2-28 热继电器 图 2-29 热继电器的图形和文字符号 2双金属片式热继电器的结构和 工作原理 按照动作方式分类，热继电器可分为 双金属片式、热敏电阻式和易融合金属式， 其中，双金属片式热继电器最为常见。按 照极数分类，热继电器可分为单极、双极 和三极，其中，三极最为常见。 按照复位方式分类，热继电器可分为 自动复位式和手动复位式。按照受热方式 分类，热继电器可分为直接加热式、复合 加热式、间接加热式和电流电感加热式 （主要是大容量以及重载启动的热继电器） 4种。 如图 2-30所示，其热元件由发热电阻 丝构成（这种热继电器是间接加热方式）， 双金属片由两种热膨胀系数不同的金属碾 压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲 变形，推动导板，进而使常闭触头断开， 起到保护作用。 图 2-30 热继电器原理示意图 1 热元件 2 双金属片 3 导板 4 触头系统 在使用时，把热元件串接于电动机的 主电路中，而常闭触头串接于电动机启停 接触器的线圈的回路中。 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。 （ 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 其额定电流的 6倍，以及启动时间不 超过 6s时，若很少连续启动，就可按 电动机的额定电流选取热继电器。 （ 3）当电动机用于重复的短时工作 时，首先注意确定热继电器的允许操 作频率。 （ 4）对于工作时间很短、间歇时间 较长的电动机（如摇臂的钻床电动机、 某些机床的快速移动电动机）和虽然 长时间工作，但过载可能性很小的电 动机（如排风扇的电动机）可以不设 计过载保护。 （ 5）双金属片式热继电器一般用于 轻载、不频繁启动电动机的过载保护。 4注意事项 （ 1）热继电器只对长期过载或短时 严重过载起保护作用，对瞬时过载和 短路不起保护作用。 （ 2） JRl、 JR2、 JR0和 JRl5系列的 热继电器均为两相结构，是双热元件 的热继电器，可以用做三相异步电动 机的均衡过载保护和星形连接定子绕 组的三相异步电动机的断相保护，但 不能用做定子绕组为三角形连接的三 相异步电动机的断相保护。 （ 3）热继电器在出厂时，其触头一 般为手动复位，若需自动复位，可将 复位调整螺钉顺时针方向转动，用手 拨动几次，若动触头没有处在断开位 置，可将螺钉紧固。 （ 4）为了使热继电器的整定电流和 负载工作电流相符，可旋转调节旋钮， 将其对准刻度定位标识，若整定值在 两者之间，可按照比例在实际使用时 适当调整。 【 例 2-11】 有一个型号为 JR36-20的 热继电器，共有 5对接线端子： 1/L1和 2/T1， 3/L2和 4/T2， 5/L3和 6/T3，这 3对接线端子 比较粗大； 95和 96， 97和 98，这两对接线 端子比较细小，有如图 2-32所示的接线图， 应该如何接线？ 图 2-32 热继电器接线图 【 解 】 1/L1和 2/T1， 3/L2和 4/T2， 5/L3和 6/T3接线端子都比较粗大，说明用 在主回路中，其中， 1/L1、 3/L2、 5/L3是 输入端， 2/T1、 4/T2、 6/T3是输出端。 95和 96， 97和 98，这两对比较细小， 说明是辅助触头，用在控制回路中， 97和 98是常开触头的接线端子， 95和 96是常闭 触头的接线端子。注意：继电器接触器控 制系统多用常闭触头，而 PLC控制的系统 多用常开触头。 【 例 2-12】 CA6140A车床的主电动机 的额定电压为 380V，额定功率为 7.5kW， 请选用合适的热过载继电器。 【 解 】 电路中的额定电流为 。可选 3UA（ JRS2） 12.5/Z12.5-20A热继电器，再将热继电器 的热元件的整定电流数值整定到 15.4A即可。 N 7 500 19.7 A 380 PI U 2.3.4 速度继电器 速度继电器是当转速达到规定值时动 作的继电器。它常用于电动机反接制动的 控制电路中，当反接制动的转速下降到接 近零时，它自动切断电源，所以又称为反 接制动继电器。 1速度继电器的功能 速度继电器是按照预定速度快慢而动 作的继电器，主要应用在电动机反接制动 控制电路中。 2速度继电器的结构与工作原理 感应式速度继电器（ Speed Relay）主 要由定子、转子和触头系统 3部分组成。转 子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼 型空心圆环，由硅钢片冲压而成，并装有 笼型绕组。速度继电器原理图如图 2-33所 示，速度继电器的图形与文字符号如图 2- 34所示。 图 2-33 速度继电器原理图 1 电动机轴 2 转子 3 定子 4 绕组 5 摆锤 6 静触头 7 动触头 8 簧片 图 2-34 速度继电器的图形与文字符号 感应式速度继电器的工作原理是电磁 感应原理实现触头的动作 3 速度继电器的选型 2.3.5 固态继电器 1固态继电器简介 固态继电器（ Solid State Relay， SSR），由于它是半导体材料制成的，故 又称半导体继电器。 图 2-35 固态继电器 图 2-36 固态继电器的图形及文字符号 2固态继电器的分类和工作原 理 单相固态继电器是具有两个输入端和 两个输出端的一种四端器件，按输出端负 载电源类型可分为直流型和交流型两类 图 2-37 固态继电器原理图 3固态继电器的选用 固态继电器的选择比较简单，主要根 据负载的额定工作电流和额定工作电压来 选取。 4固态继电器的接线方法 图 2-38中用 3只固态继电器控制一台电 动机，显然，图 2-38（ a）中 3只固态继电 器的输入端是串联的，只要保证输入端的 电压高于 9V即可，为了保险起见，输入端 可用 24V电源（这个电压值也是控制系统 中最常用的值之一）。 当然，输入端也可以采用并联的方法， 但输入端的串联接法要优于输入端的并联 接法。 图 2-38 用固态继电器控制三相异步电动机 5注意事项 （ 1）固态继电器的输入端要求有从 几毫安至 20mA的驱动电流，最小工 作电压为 3V。 （ 2）使用固态继电器时，必须考虑 散热，通常使用散热片散热，为了增 强散热效果，安装固态继电器时，散 热片和固态继电器之间最好涂上导热 膏。 （ 3）对于容性或电阻负载，应限制 其开通瞬间的浪涌电流值（一般为负 载电流的 7倍），对于电感性负载， 应限制其瞬时峰值电压，以防止损坏 固态继电器。具体使用时，可参照产 品样本或有关手册。 （ 4）有的工程技术人员在设计如图 2-38所示的电路时，只用两个单相固 态继电器，而把电源的第三相与电动 机直接相连，这种设计方案也是可行 的，请读者思考其优缺点。 2.3.6 其他继电器 1干簧继电器 干簧继电器（ Reed Switches）是利用 磁场作用来驱动继电器触头动作的。其工 作原理如下： 图 2-39 干簧继电器原理图（线圈） 图 2-40 干簧继电器原理图（永久磁铁） 【 例 2-13】 干簧继电器在汽缸上的应 用，如图 2-41所示。 图 2-41 干簧继电器在汽缸上的应用 汽缸的活塞上有环形磁铁，当活塞在 左位时，活塞上的磁铁使汽缸左边的干簧 继电器的触头吸合，同时左边的干簧继电 器上的指示灯亮，表明左边的干簧继电器 的触头处于闭合状态，右边的干簧继电器 的触头处于断开状态。 同理，当活塞在右边时，活塞上的磁 铁使汽缸右边的干簧继电器的触头吸合， 同时右边的干簧继电器上的指示灯亮，表 明右边的干簧继电器的触头处于闭合状态， 左边的干簧继电器的触头处于断开状态。 2温度继电器 温度继电器（ Temperature Sensitive Relay）是当温度达到规定值时动作的继电 器，是一种对于温度变化非常敏感的热过 载保护元件。温度继电器大体分为两种， 一种是热敏电阻式温度继电器，另一种是 双金属片式温度继电器。 温度继电器和热继电器一样，主要是 用来对电动机，特别是大、中容量异步电 动机实行过载保护。 在使用中一般将它埋设在电动机的发 热部位（如定子槽中或绕组端部），无论 是电机本身出现的温度升高，还是其他原 因引起的温度升高，温度继电器都可以起 到保护作用，所以温度继电器直接反映该 处的发热情况，并在温度达到设置值时动 作，具有“全热保护”作用。 2.4 熔 断 器 熔断器（ Fuse）的定义为：当电流超 过规定值足够长时间后，通过熔断一个或 几个特殊设计的和相应的部件，断开其所 接入的电路，并分断电流的电器。熔断器 包括组成完整电器的所有部件。 图 2-42 R T23熔断器 图 2-43 熔断器的图形和文字符号 熔断器结构简单，使用方便，价格低 廉，广泛用于低压配电系统中，主要用于 短路保护，也常作为电气设备的过载保护 元件。 1熔断器的种类 （ 1）瓷插式熔断器 （ 2）螺旋式熔断器 （ 3）封闭式熔断器 （ 4）快速熔断器 （ 5）自复熔断器 2熔断器的技术参数 （ 1）额定电压 额定电压指熔断器长期工作时和分断 后能够承受的电压，其数值一般等于或大 于电气设备的额定电压。 （ 2）额定电流 额定电流指熔断器长期工作时，设备 部件温升不超过规定值时所能承受的电流。 （ 3）极限分断能力 3熔断器的选用 选择熔断器主要是选择熔断器的类型、 额定电压、额定电流及熔体的额定电流。 熔断器的额定电压应大于或等于线路的工 作电压。熔断器的额定电流应大于或等于 熔体的额定电流。 用于保护照明或电热设备的熔断器。 因为负载电流比较稳定，所以熔体的额定 电流应等于或稍大于负载的额定电流，即 IreIe。式中。 Ire为熔体的额定电流； Ie为 负载的额定电流。 用于保护单台长期工作电动机（即 供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时 不应熔断，即 Ire(1.5 2.5)Ie。式中， Ire为 熔体的额定电流， Ie为电动机的额定电流， 轻载启动或启动时间比较短时，系数可以 取 1.5，当带重载启动时间比较长时，系数 可以取 2.5。 用于保护频繁启动电动机（即供电 支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热， 熔断器也不应熔断，即 Ire(3 3.5)Ie。式 中， Ire为熔体的额定电流， Ie为电动机的 额定电流。 用于保护多台电动机（即供电干线） 的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。 通常，将其中功率最大的一台电动机启动， 而其余电动机运行时出现的电流作为其尖 峰电流，为此，熔体的额定电流应满足 Ire(1.5 2.5) Iemax + Ie。式中， Ire为熔体 的额定电流， Iemax为多台电动机中功率最 大的一台电动机额定电流， Ie为其余电动 机额定电流之和。 为防止发生越级熔断，上、下级 （即供电干、支线）熔断器间应有良好的 协调配合，为此，应使上一级（供电干线） 熔断器的熔断额定电流比下一级（供电支 线）大 1 2个级差。 4选择熔断器的注意事项。 熔断器额定电流和熔体额定电流是 不同的概念。 熔断器的安装位置及相互间的距离 应便于更换熔体。在安装螺旋式熔断器时， 必须注意将电源接到瓷底座的下线端，以 保证安全。 熔芯的指示器应装在便于观察的一 侧。在运行中应经常检查熔断器的指示器， 以便及时发现电路单相运行情况。若发现 瓷底座有沥青类物质流出，说明熔断器接 触不良，温升过高，应及时处理。 【 例 2-15】 CA6140A车床的快速电动 机的功率为 275W，请选用合适的熔断器。 【 解 】 在电路中的额定电流为 N 275 0 .7 2 A 380 PI U 因为电动机经常启动，而且无反转和 反接制动，熔体额定电流为 ，取熔体的额定电流为 4A。 r e N3 .5 3 .5 0 .7 2 2 .5 2 AII 又因为熔断器的额定电流必须大于或 等于熔体的额定电流，可选取熔断器的额 定电流为 16A，确定熔断器的型号为 RT23- 16/4。 2.5 主 令 电 器 在控制系统中，主令电器用做闭合或 断开控制电路，以发出指令或作为程序控 制的开关电器。它一般用于控制接触器、 继电器或其他电气线路，从而使电路接通 或者分断，来实现对电力传输系统或者生 产过程的自动控制。 2.5.1 控制按钮 控制按钮又称按钮（ Push-button）， 是具有手动操作的操动器，并具有储能 （弹簧）复位的控制开关。它是一种短时 间接通或者断开小电流电路的手动控制器。 1按钮的功能 按钮是一种结构简单、应用广泛的手 动主令电器，一般用于发出启动或停止指 令，它可以与接触器或继电器配合，对电 动机等实现远距离的自动控制，用于实现 控制线路的电气联锁。按钮的图形及文字 符号如图 2-49所示。 图 2-49 按钮的图形及文字符号 在电气控制线路中，常开按钮常用来 启动电动机，也称启动按钮；常闭按钮常 用于控制电动机停车，也称停车按钮；复 合按钮用于联锁控制电路中。 2按钮的结构和工作原理 如图 2-50所示，控制按钮由按钮帽、 复位弹簧、桥式触头、外壳等组成，通常 做成复合式，即具有常闭触头和常开触头， 原来就接通的触头称为常闭触头（也称为 动断触头），原来就断开的触头称为常开 触头（也称为动合触头）。 图 2-50 按钮原理图 当按下按钮时，先断开常闭触头，后 接通常开触头；当按钮释放后，在复位弹 簧的作用下，按钮触头自动复位的先后顺 序相反。通常，在无特殊说明的情况下， 有触头电器的触头动作顺序均为“先断后 合”。按钮的外形如图 2-51所示。 图 2-51 按钮 4按钮的选用 选择按钮的主要依据是使用场所、所 需要的触头数量、种类及颜色。 控制按钮在结构上有按钮式、紧急式、 钥匙式、旋钮式和保护式 5种。 急停按钮装有蘑菇形的钮帽，便于紧 急操作；旋钮式按钮常用于“手动 /自动模 式”转换；指示灯按钮则将按钮和指示灯 组合在一起，用于同时需要按钮和指示灯 的情况，可节约安装空间；钥匙式按钮用 于重要的不常动作的场合。 若将按钮的触头封闭于防爆装置中， 还可构成防爆型按钮，适用于有爆炸危险、 有轻微腐蚀性气体或有蒸汽的环境，以及 雨、雪和滴水的场合。因此，在矿山及化 工部门广泛使用防爆型控制按钮。 由于用颜色区分按钮的功能致使控制 柜上的按钮颜色过于繁复，因此近年来又 流行趋于不用颜色区分按钮的功能，而是 直接在按钮下用标牌标注按钮的功能，不 过“急停”按钮必须选用红色。按钮的颜 色代码及其含义见表 2-16。 按钮的尺寸系列有 12mm、 16mm、 22mm、 25mm和 30mm等，其中， 22mm尺寸较常用。 5应用注意事项 （ 1）注意按钮颜色的含义。 （ 2）在接线时，注意分辨常开触头 和常闭触头。常开触头和常闭触头的 区分可以采用肉眼观看方法，若不能 确定，可用万用表欧姆挡测量。 【 例 2-16】 CA6140A车床上有主轴 启动、急停按钮，请选择合适的按钮型号。 【 解 】 主轴急停按钮可选择红色的急 停按钮，并且只需要一对常闭触头，因此 选用 LAY3-01M。主轴启动按钮可选用绿 色的按钮，需要一对常开触头，因此选用 LAY3-10。 2.5.2 行程开关 在生产机械中 ， 常需要控制某些运动 部件的行程 ， 或运动一定的行程停止 ， 或 者在一定的行程内自动往复返回 ， 这种控 制机械行程的方式称为 “ 行程控制 ” 。 行程开关（ Travel Switches）又称限 位开关（ Limit Switches），用以反应工作 机械的行程，发出命令以控制其运动方向 或行程大小的开关。它是实现行程控制的 小电流（ 5A以下）的主令电器。 图 2-53 行程开关 图 2-54 微动式行程开关 图 2-55 行程开关的图形及文字符号 1行程开关的功能 行程开关用于控制机械设备的运动部 件行程及限位保护。在实际生产中，将行 程开关安装在预先安排的位置，当安装在 生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关 时，行程开关的触头动作，实现电路的切 换。 2行程开关的结构和工作原理 行程开关按其结构可分为直动式、滚 轮式、微动式和组合式。 当行程开关没有受压时，如图 2-57（ a） 所示，常闭触头的接线端子 2和共接线端子 1之间接通，而常开触头的接线端子 4和共 接线端子 1之间处于断开状态；当行程开关 受压时，如图 2-57（ b）所示。 图 2-57 行程开关的原理图 在拉杆和弹簧的作用下，常闭触头分 断，接线端子 2和共接线端子 1之间断开， 而常开触头接通，接线端子 4和共接线端子 1接通。行程开关的结构和外形多种多样， 但工作原理基本相同。 3 应