第1章 常用低壓電器

現(xiàn)代電氣控制設(shè)備及PLC學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（38學(xué)時(shí)普通課+10學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）教材：PLC電氣控制技術(shù)、漆漢宏主編（機(jī)械工業(yè)出版社）參考教材：現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)、袁琦主編，機(jī)械工業(yè)出版社電氣與PLC控制技術(shù)、蔡紅斌主編，清華大學(xué)出版社總成績=平時(shí)成績*30%+考試成績*70%學(xué)習(xí)PLC的理由

PLC控制是當(dāng)今自動(dòng)化控制的主流，目前自動(dòng)化機(jī)臺(tái)控制大多采用PLC控制，只要是從事自動(dòng)化的人員，就必須要會(huì)使用PLC，否則入不了自動(dòng)化控制的門。2、學(xué)習(xí)PLC的方法？

首先，要懂電氣控制。

其次，要選一個(gè)廠家的PLC，邊學(xué)邊領(lǐng)悟邊實(shí)踐。

*懂電氣控制的同學(xué)很容易學(xué)習(xí)PLC。3、學(xué)習(xí)PLC的目標(biāo)？（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(shè)計(jì)，安裝調(diào)試。認(rèn)真做好每一次實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí)PLC的先修課程（1）電路基礎(chǔ)（2）模擬電子技術(shù)（3）數(shù)字電子技術(shù)（4）微機(jī)原理與應(yīng)用（5）信號(hào)檢測關(guān)于這門課1、課程要求：

（1）1-2次作業(yè)。（必交）

（2）1-2次當(dāng)堂練習(xí)。

（3）動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)小項(xiàng)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(xué)）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(xué)）第六節(jié)低壓斷路器（自學(xué)）第七節(jié)主令電器概述

電器是一種能根據(jù)外界的信號(hào)和要求，手動(dòng)或自動(dòng)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(shí)現(xiàn)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、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(guān)”。低壓控制電器是低壓電器的一種，我們學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)，而著重于應(yīng)用。

一、電器的分類

（一）按工作電壓等級(jí)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(hù)、控制和調(diào)節(jié)作用的電器（簡稱電器）。

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

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

（轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(guān)等）3.低壓保護(hù)電器在低壓供、配電系統(tǒng)中對(duì)電路和電氣設(shè)備起保護(hù)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(dòng)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(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等）5.低壓執(zhí)行電器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用來完成某種動(dòng)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(dòng)自動(dòng)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(shí)間繼電器：空氣阻尼式電動(dòng)式電子式熱繼電器

速度繼電器

主令電器：按鈕

開關(guān)行程開關(guān)

接近開關(guān)光電開關(guān)凸輪控制器與主令控制器萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

第一節(jié)主令電器

作用：主令電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中用于發(fā)布命令或信號(hào)，接通或斷開控制電路的電器。分類：控制按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(jié)構(gòu)示意圖1—按鈕帽2—復(fù)位彈簧3—?jiǎng)佑|橋4—常閉靜觸點(diǎn)5—常開靜觸點(diǎn)由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成。常態(tài)時(shí)（未按下時(shí)）處于接通的觸點(diǎn)，稱為常閉觸點(diǎn)；常態(tài)時(shí)處于斷開的觸點(diǎn)，稱為常開觸點(diǎn)。當(dāng)操作人員按下按鈕帽時(shí)，先分?jǐn)喑ｉ]觸點(diǎn)，再接通常開觸點(diǎn)；當(dāng)手指松開按鈕帽時(shí)，在復(fù)位彈簧作用下，常開觸點(diǎn)先斷開，然后常閉觸點(diǎn)閉合。常用的控制按鈕型號(hào)有LA18、LA19、LA20及LA25等系列。型號(hào)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(biāo)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(lán)、白、灰等不同顏色，以示區(qū)別。根據(jù)有關(guān)國標(biāo)，對(duì)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(dòng)綠色點(diǎn)動(dòng)黑色復(fù)位藍(lán)色起動(dòng)與停止交替動(dòng)作黑白、白色或灰色

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

例如JLXK1-211表示：一常開一常閉雙輪防護(hù)式程開關(guān)。行程開關(guān)的圖形、文字符號(hào)如圖1-4所示。圖1-4行程開關(guān)的圖形、文字符號(hào)（a）常開觸點(diǎn)（b）常閉觸點(diǎn)1.2開關(guān)電器1.2.1刀開關(guān)刀開關(guān)通常稱作閘刀開關(guān)。主要應(yīng)用于不頻繁接通和分?jǐn)嘈∪萘康牡蛪汗╇娋€路、小容量電路的電源開關(guān)。

刀開關(guān)結(jié)構(gòu)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(dòng)空氣開關(guān)，是低壓配電系統(tǒng)中一種很重要的保護(hù)電器。

它相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合。當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過載、短路及失壓（包括欠壓）等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷故障電路，有效地保護(hù)串接在其后面的電氣設(shè)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(dòng)機(jī)。因此，低壓斷路器既是保護(hù)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(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)按鈕低壓斷路器在結(jié)構(gòu)上有觸頭系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置（各種脫扣器）、滅弧裝置等組成。其結(jié)構(gòu)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(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)按鈕低壓斷路器的工作原理：主觸點(diǎn)1是靠操作機(jī)構(gòu)通過手動(dòng)或電動(dòng)來閉合的，主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將其鎖在合閘位置上。當(dāng)電路中發(fā)生故障時(shí)，脫扣機(jī)構(gòu)就在相關(guān)脫扣器的作用下將鎖鉤脫開，主觸點(diǎn)在釋放彈簧的作用下迅速將電路分?jǐn)唷D1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)按鈕當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，與主電路串聯(lián)的過電流脫扣器的線圈將產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁力將其銜鐵吸下，使自由脫扣機(jī)構(gòu)的鎖鉤脫開，從而分?jǐn)嘀饔|點(diǎn)。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)按鈕當(dāng)電路發(fā)生過載時(shí)，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(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)，使其鎖鉤脫開，使主觸點(diǎn)分?jǐn)唷D1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)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(qiáng)的電磁力將其銜鐵吸住，不影響自由脫扣機(jī)構(gòu)和主觸點(diǎn)，但在電壓嚴(yán)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(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，解開鎖鉤，使主觸點(diǎn)分開，切斷主電路。圖1-12低壓斷路器工作原理圖1—主觸點(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—熱脫扣器6—欠電壓脫扣器7—起動(dòng)按鈕分勵(lì)脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制用，在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的，在需遠(yuǎn)距離控制時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，使線圈得電，銜鐵帶動(dòng)自由脫扣器機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使主觸點(diǎn)斷開。低壓斷路器的圖形、文字符號(hào)如圖1-13所示。

圖1-13低壓斷路器的圖形、文字符號(hào)1.3熔斷器熔斷器是一種保護(hù)電器，廣泛應(yīng)用于低壓供電線路和控制電路及用電設(shè)備中作短路保護(hù)或嚴(yán)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(hù)電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，熔體在額定電流下不會(huì)熔斷；當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過電流時(shí)，熔體中的電流將遠(yuǎn)大于其額定電流，經(jīng)過一定時(shí)間后，產(chǎn)生的熱量將使溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到熔化溫度時(shí)，熔體自行熔斷，切斷故障電路，從而達(dá)到保護(hù)電路和電氣設(shè)備的目的。熔斷器的圖形、文字符號(hào)如圖1-18所示。圖1-18熔斷器的圖形、文字符號(hào)接觸器

接觸器分交流、直流兩種，是用來自動(dòng)接通和分?jǐn)啻箅娏麟娐返碾娖?。主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)。

一、結(jié)構(gòu)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(diǎn)2－常閉輔助觸點(diǎn)3－常開輔助觸點(diǎn)4－動(dòng)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(jié)構(gòu)示意圖（四）接觸器的工作原理

當(dāng)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(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。（一）觸點(diǎn)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式很多，按控制的電路可分:

主觸點(diǎn)輔助觸點(diǎn)

觸點(diǎn)按其原始狀態(tài)分:常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)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(dòng)合觸點(diǎn)，線圈通電閉合的觸點(diǎn)。動(dòng)斷觸點(diǎn)，線圈通電斷開的觸點(diǎn)。（三）滅弧裝置電弧:當(dāng)接觸器觸點(diǎn)切斷電路時(shí)，如電路中電壓超過10～12V

和電流超過80～100mA，在拉開的兩個(gè)觸點(diǎn)之間將出現(xiàn)強(qiáng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鐵心（銜鐵）、靜鐵心和電磁線圈三部分,將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。

接觸器的圖形符號(hào)、文字符號(hào)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(yīng)元件中的輸入量（電壓、電流等電量或溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電量）變化到某一定值時(shí)繼電器動(dòng)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(hù)繼電器按動(dòng)作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動(dòng)式、電子式、熱繼電器機(jī)械式按輸入量分：電流、電壓、中間、時(shí)間、速度、壓力按動(dòng)作時(shí)間分：瞬時(shí)、延時(shí)繼電器特點(diǎn)：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(jié)構(gòu)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(diǎn)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(diǎn)之分。其主要作用是，當(dāng)其他繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量或容量不夠時(shí)，由中間繼電器的觸點(diǎn)來補(bǔ)充，起增加觸點(diǎn)數(shù)量和起中間放大作用。圖1-21中間繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖1—復(fù)位彈簧2—?jiǎng)佑|點(diǎn)3—靜觸點(diǎn)4—銜鐵5—鐵芯6—線圈中間繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖1-22所示。圖1-20中間繼電器的圖形、文字符號(hào)定義：感應(yīng)元件接收外界信號(hào)后，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間才使執(zhí)行部分動(dòng)作的繼電器。作用：按整定時(shí)間長短通斷電路分類：按工作原理分：空氣阻尼式

電動(dòng)式電子式按延時(shí)方式分：通電延時(shí)型斷電延時(shí)型

1.5.4時(shí)間繼電器通電延時(shí)時(shí)間繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖1-26所示。（a）線圈（b）延時(shí)觸點(diǎn)（c）瞬時(shí)觸點(diǎn)圖1-26通電延時(shí)時(shí)間繼電器的圖形、文字符號(hào)斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的工作原理與通電延時(shí)型時(shí)間繼電器相似，線圈通電后，瞬時(shí)觸點(diǎn)和延時(shí)觸點(diǎn)均迅速動(dòng)作；線圈斷電后，瞬時(shí)觸點(diǎn)迅速復(fù)位，延時(shí)觸點(diǎn)延時(shí)復(fù)位。斷電延時(shí)時(shí)間繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖1-27所示。（a）線圈（b）延時(shí)觸點(diǎn)（c）瞬時(shí)觸點(diǎn)圖1-27斷電延時(shí)時(shí)間繼電器的圖形、文字符號(hào)作用：電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)1.5.5熱繼電器結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動(dòng)作機(jī)構(gòu)等部分組成。