第1章 常用低压电器

1、现代电气控制设备及PLC 学时：48学时（38学时普通课+10学时实验） 教材： PLC电气控制技术、漆汉宏主编（机械工业出版社） 参考教材：现代电气控制与PLC应用技术、袁琦主编，机械工业出版社 电气与PLC控制技术、蔡红斌主编，清华大学出版社 总成绩=平时成绩*30%+考试成绩*70% 学习PLC的理由 PLC控制是当今自动化控制的主 流，目前自动化机台控制大多采用PLC 控制，只要是从事自动化的人员，就必 须要会使用PLC，否则入不了自动化控 制的门。 2、学习PLC的方法？ 首先，要懂电气控制。 其次，要选一个厂家的PLC，边学边领 悟边实践。 *懂电气控制的同学很容易学习PLC。 3

2、、学习PLC的目标？（这门课） 掌握可编程控制器原理，从产品的角掌握可编程控制器原理，从产品的角 度出发，了解其使用，包括产品选型，控度出发，了解其使用，包括产品选型，控 制系统设计，安装调试。制系统设计，安装调试。认真做好每一次认真做好每一次 实验。实验。 学习PLC的先修课程 （1）电路基础 （2）模拟电子技术 （3）数字电子技术 （4）微机原理与应用 （5）信号检测 关于这门课 1、课程要求： （1）1-2次作业。（必交） （2）1-2次当堂 练习。 （3）动手设计一个小项目。 2、考试要求：闭卷 第一章 常用低压电器 概述 电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通 或断开电路

3、，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或 非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电 气元件。简言之，电器就是一种能控制电的工具，最基本、 最典型的功能就是“开”和“关” 。 低压控制电器是低压电器的一种，我们学习低压控制电器 元件，主要是能正确地使用和选用电器元件，因此不涉及 元件的设计，而着重于应用。 一、电器的分类 （一）按工作电压等级分： 1. 高压电器 用于1200VAC、1500VDC及以上 电路中的电器。 2. 低压电器 用于1200VAC（50Hz或60Hz）、 1500VDC及以下电路中起通断、保护、控制 和调节作用的电器（简称电器）。 （二）按动作原理分： 1.手动

4、电器 需通过人工直接操作才能完成动作的 电器，例如刀开关、控制按钮、转换开关等。 2.自动电器 不需人工操作，而是按照指令、信号 或某个物理量的变化自动完成动作的电器，例如 接触器、继电器、电磁阀、行程开关等。等） （三） 按用途分： 1.低压控制电器 在低压配电线路和电动机控制线路中起控制 作用的电器。 （转换开关、继电器、接触器等） 2.低压配电电器 在低压供、配电系统中用来输送和分配电能 的电器。 （例如低压断路器、熔断器、刀开关等） 3.低压保护电器 在低压供、配电系统中对电路和电气设备起 保护作用的电器。 （例如熔断器、热继电器、避雷器等） 4.低压主令电器 在自动控制系统中用来发送

5、控制指令的电器。 （例如按钮、行程开关、转换开关等） 5.低压执行电器 在自动控制系统中用来完成某种动作或传送 功能的电器。 （例如电磁铁、电磁离合器等） 接触器： 交流接触器 直流接触器 二、电力拖动自动控制系统中常用的 低压控制电器 继电器：电磁式继电器： 电压继电器 电流继电器 中间继电器 时间继电器： 空气阻尼式 电动式 电子式 热继电器 速度继电器 主令电器：按钮 开关 行程开关 接近开关 光电开关 凸轮控制器与主令控制器 万能转换开关 第一节 主令电器 v作用：主令电器是自动控制系统中用作用：主令电器是自动控制系统中用 于发布命令或信号，接通或断开控制于发布命令或信号，接通或断开控

6、制 电路的电器。电路的电器。 v分类：分类：控制按钮、行程开关控制按钮、行程开关、万能转、万能转 换开关、主令控制器等。换开关、主令控制器等。 控制按钮 控制按钮（按钮）。在控制电控制按钮（按钮）。在控制电 路中发出路中发出“指令指令”去控制接触器、去控制接触器、 继电器等电器线圈的通断，间接控继电器等电器线圈的通断，间接控 制主电路。制主电路。 图图1-1 控制按钮结构控制按钮结构 示意图示意图 1按钮帽 2复位弹簧 3动触桥 4常闭静触点 5常开静触点 由按钮帽、复位弹簧、桥式触由按钮帽、复位弹簧、桥式触 头和外壳等组成。常态时（未按头和外壳等组成。常态时（未按 下时）处于接通的触点，称为

7、常下时）处于接通的触点，称为常 闭触点；常态时处于断开的触点，闭触点；常态时处于断开的触点， 称为常开触点。称为常开触点。 当操作人员按下按钮帽时，先分断常闭触点，再接通常开触当操作人员按下按钮帽时，先分断常闭触点，再接通常开触 点；当手指松开按钮帽时，在复位弹簧作用下，常开触点先断点；当手指松开按钮帽时，在复位弹簧作用下，常开触点先断 开，然后常闭触点闭合。开，然后常闭触点闭合。 常用的控制按钮型号有常用的控制按钮型号有LA18LA18、LA19LA19、LA20LA20及及LA25LA25等系列。型等系列。型 号含义为：号含义为： L A 主令电器 设计序号 结构型式（K：开启式，H：保护

8、式，S：防水式，F：防腐式， J：紧急式，Y：钥匙式，X：旋转式，D：带指示灯式） 常闭触点数 按钮 常开触点数 例如例如 LA20-22DJLA20-22DJ表示：二常开二常闭带指示灯紧急式按钮。表示：二常开二常闭带指示灯紧急式按钮。 为了标明控制按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做为了标明控制按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做 成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等不同颜色，以示区别。根据成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等不同颜色，以示区别。根据 有关国标，对不同用途的按钮，其按钮颜色规定见表有关国标，对不同用途的按钮，其按钮颜色规定见表1-11-1。 表表1-1 1-1 按钮的颜色、用途按钮的

9、颜色、用途 按钮作用按钮作用按钮帽颜色按钮帽颜色 停止、急停停止、急停红色红色 起动起动绿色绿色 点动点动黑色黑色 复位复位蓝色蓝色 起动与停止交替动作起动与停止交替动作黑白、白色或灰色黑白、白色或灰色 控制按钮的图形、文字符号控制按钮的图形、文字符号 （a a）常开按钮）常开按钮 图图1-2 1-2 控制按钮的图形、文字符号控制按钮的图形、文字符号 （b）常闭按钮）常闭按钮（c）复合按钮）复合按钮 SBSB SB 1.1.2 1.1.2 行程开关行程开关 行程开关是一种不依靠手的直接操作，行程开关是一种不依靠手的直接操作， 而利用生产机械某些运动部件上的挡块而利用生产机械某些运动部件上的挡块

10、 碰撞来发出控制指令使触点动作的主令碰撞来发出控制指令使触点动作的主令 电器。行程开关也称为电器。行程开关也称为位置开关位置开关或或限位限位 开关开关。 行程开关的动作原理如下：操作机构行程开关的动作原理如下：操作机构 接受机械设备发出的动作信号，并将该接受机械设备发出的动作信号，并将该 信号传递到触头系统，触头系统再将操信号传递到触头系统，触头系统再将操 作机构传来的机械信号，通过本身的转作机构传来的机械信号，通过本身的转 换动作，变换成电信号，输出到有关控换动作，变换成电信号，输出到有关控 制回路，做出必要的反应。制回路，做出必要的反应。 图图1- 3 行程开关结构行程开关结构 示意图示意

11、图 1顶杆 2弹簧 3常闭触点 4触点弹簧 5常开触点 行程开关按结构不同可分为直动式、滚动式、微动式，它行程开关按结构不同可分为直动式、滚动式、微动式，它 们都是由操作机构、触头系统和外壳三部分组成。直动式行程们都是由操作机构、触头系统和外壳三部分组成。直动式行程 开关的结构示意图如图开关的结构示意图如图1-31-3所示。所示。 常用的行程开关有常用的行程开关有JLXK1JLXK1、LX10LX10、LX19LX19、LX21LX21、3SE33SE3等系列，等系列， JLXKJLXK系列行程开关的含义为：系列行程开关的含义为： J L X K 机床电器 快速 常闭触点数目 常开触点数目主令

12、电器 行程开关滚轮数目 设计序号 例如例如JLXK1-211JLXK1-211表示：一常开一常闭双轮防护式程开关。表示：一常开一常闭双轮防护式程开关。 行程开关的图形、文字符号如图行程开关的图形、文字符号如图1-41-4所示。所示。 SQS Q 图图1-4 行程开关的图形、文字符号行程开关的图形、文字符号 （a）常开触点）常开触点（b）常闭触点）常闭触点 1.2 开关电器开关电器 1.2.1 1.2.1 刀开关刀开关 刀开关通常称作闸刀开关。主要应用于不频繁接通和刀开关通常称作闸刀开关。主要应用于不频繁接通和 分断小容量的低压供电线路、小容量电路的电源开关。分断小容量的低压供电线路、小容量电路

13、的电源开关。 1 2 3 4 5 刀开关结构示意图刀开关结构示意图 1手柄 2触刀 3静插座 4铰链 支座 5绝缘底板 1.2.3 1.2.3 低压断路器低压断路器 低压断路器又称自动空气开关，是低压配电系统中一种很重低压断路器又称自动空气开关，是低压配电系统中一种很重 要的保护电器。要的保护电器。 它相当于它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合。的组合。 当当电路发生严重过载、短路及失压（包括欠压）等故障时电路发生严重过载、短路及失压（包括欠压）等故障时，能，能 自动切断故障电路，有效地保护串接在其后面的电气设备。在自动切断故障电路，有效地保护

14、串接在其后面的电气设备。在 正常情况下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。正常情况下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。 因此，因此，低压断路器既是保护电器，也是控制电器低压断路器既是保护电器，也是控制电器。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5 热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 低压断路器在结构上有触头系统、操作机构、保护装置低压断路器在结构上有触头系统、操作机构、保护装置 （各种脱扣器）、灭弧装置等组成。其结构原理图如图（各种脱扣器）、灭弧装置等组成。其结构原理图如图1-121-

15、12 所示。所示。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 低压断路器的工作原理：低压断路器的工作原理： 主触点主触点1 1是靠操作机构通过手是靠操作机构通过手 动或电动来闭合的，主触点动或电动来闭合的，主触点 闭合后，自由脱扣机构将其闭合后，自由脱扣机构将其 锁在合闸位置上。当电路中锁在合闸位置上。当电路中 发生故障时，脱扣机构就在发生故障时，脱扣机构就在 相关脱扣器的作用下将锁钩相关脱扣器的作用下将锁钩 脱开，主触点在释放弹簧的脱开，主触点在释放弹簧的 作用下迅速将电路

16、分断。作用下迅速将电路分断。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 当电路发生短路或严重过当电路发生短路或严重过 载时，与主电路串联的过电流载时，与主电路串联的过电流 脱扣器的线圈将产生较强的电脱扣器的线圈将产生较强的电 磁力将其衔铁吸下，使自由脱磁力将其衔铁吸下，使自由脱 扣机构的锁钩脱开，从而分断扣机构的锁钩脱开，从而分断 主触点。主触点。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱

17、扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 当电路发生过载时，与当电路发生过载时，与 主电路串联的热脱扣器的热元主电路串联的热脱扣器的热元 件将产生一定的热量，加热膨件将产生一定的热量，加热膨 胀系数不同的双金属片，使之胀系数不同的双金属片，使之 向上弯曲，推动自由脱扣机构，向上弯曲，推动自由脱扣机构， 使其锁钩脱开，使主触点分断。使其锁钩脱开，使主触点分断。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 失压脱扣器的线圈与主电路是并失压脱扣器的线圈与主电路是并 联的，在电压正常情况下，失

18、压脱扣器联的，在电压正常情况下，失压脱扣器 的线圈产生足够强的电磁力将其衔铁吸的线圈产生足够强的电磁力将其衔铁吸 住，不影响自由脱扣机构和主触点，但住，不影响自由脱扣机构和主触点，但 在电压严重下降或失压的情况下，电磁在电压严重下降或失压的情况下，电磁 吸力不足或消失，衔铁被释放而推动自吸力不足或消失，衔铁被释放而推动自 由脱扣机构动作，解开锁钩，使主触点由脱扣机构动作，解开锁钩，使主触点 分开，切断主电路分开，切断主电路。 图图1-12 1-12 低压断路器工作原理图低压断路器工作原理图 1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按钮 分励脱扣

19、器则作为远距分励脱扣器则作为远距 离控制用，在正常工作时，离控制用，在正常工作时， 其线圈是断电的，在需远距其线圈是断电的，在需远距 离控制时，按下启动按钮，离控制时，按下启动按钮， 使线圈得电，衔铁带动自由使线圈得电，衔铁带动自由 脱扣器机构动作，使主触点脱扣器机构动作，使主触点 断开。断开。 低压断路器的图形、文字符号如图低压断路器的图形、文字符号如图1-131-13所示。所示。 QF 图图1-13 1-13 低压断路器的图形、文字符号低压断路器的图形、文字符号 1.3 熔断器熔断器 熔断器是一种保护电器，广泛应用于低压供电线路和控制熔断器是一种保护电器，广泛应用于低压供电线路和控制 电路

20、及用电设备中作短路保护或严重过电流。电路及用电设备中作短路保护或严重过电流。 熔体是熔断器的主要元件熔体是熔断器的主要元件，熔断器的熔体按串联方式接于熔断器的熔体按串联方式接于 被保护电路中，当电路正常工作时，熔体在额定电流下不会熔被保护电路中，当电路正常工作时，熔体在额定电流下不会熔 断；断；当电路发生短路或严重过电流时，熔体中的电流将远大于当电路发生短路或严重过电流时，熔体中的电流将远大于 其额定电流，经过一定时间后，其额定电流，经过一定时间后，产生的热量将使温度升高，当产生的热量将使温度升高，当 温度达到熔化温度时，熔体自行熔断，切断故障电路，从而达温度达到熔化温度时，熔体自行熔断，切断

21、故障电路，从而达 到保护电路和电气设备的目的。到保护电路和电气设备的目的。 熔断器的图形、文字符号如图熔断器的图形、文字符号如图1-181-18所示。所示。 FU 图图1-18 1-18 熔断器的图形、文字符号熔断器的图形、文字符号 接触器 接触器分交流、直流两种，是用来自动接通和分 断大电流电路的电器。主要控制对象是电动机。 一、结构和工作原理 接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成 1 主触点 2 常闭辅助触点 3 常开辅助触点 4 动铁心 5 电磁线圈 6 静铁心 7 灭弧罩 8 弹簧 图11 接触器结构示意图 （四）接触器的工作原理 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场， 使静铁心

22、产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触 头动作：常闭触头断开，常开触头闭合，两 者是联动的。 当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在 释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开 触头断开，常闭触头闭合。 （一）触点 触点的结构形式很多，按控制的电路可分: 主触点 辅助触点 触点按其原始状态分: 常开触点 常闭触点 接触器的执行元件，用来接通或断开被 控制电路。 接通或断开主电 路，允许通过较 大的电流。 用于接通或断开 控制电路，只能 通过较小电流 动合触点，线圈通 电闭合的触点。 动断触点，线圈 通电断开的触点。 （三）灭弧装置 电弧:当接触器触点切断电路时，如电路中电压超过1012V 和电流超过80100

23、mA，在拉开的两个触点之间将出现 强烈火花，这是一种气体放电的现象，称之为“电弧”。 熄灭电弧: 降低电弧温度、电场强度 常用的灭弧装置: 灭弧罩(耐弧陶土、石棉水泥、耐弧塑料) 灭弧栅(耐弧栅片镀铜薄钢片) 磁吹灭弧装置(触头电路中串一灭弧线圈) （二）电磁机构 电磁机构包括动铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三 部分, 将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动 作。 接触器的图形符号、文字符号如下图所示。 （a）线圈 （b）主触头 （c）常开辅助触头 （d）常闭辅助触头 1.5 继电器继电器 v 原理：感应元件中的输入量原理：感应元件中的输入量（电压、电流等电量或温度、电压、电流等电量或温

24、度、 时间、速度、压力等非电量）变化到某一定值时继电器时间、速度、压力等非电量）变化到某一定值时继电器 动动 作，执行元件便接通和断开控制回路。作，执行元件便接通和断开控制回路。 v 分类：分类： 按用途分按用途分 ：控制和保护继电器：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 热继电器热继电器 机械式机械式 按输入量分：电流、电压、中间、时间、速度、压力按输入量分：电流、电压、中间、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时、延时继电器按动作时间分：瞬时、延时继电器 v 特点：额定电流不大于特点：额定电流不大于5A5A 1.5.1

25、 1.5.1 中间继电器中间继电器 中间继电器属于电磁式继电器中的一种，中间继电器属于电磁式继电器中的一种， 其结构与交流接触器基本上相同。其结构与交流接触器基本上相同。 与接触器不同的是，继电器是用于控制与接触器不同的是，继电器是用于控制 电路，触点容量较小（一般电路，触点容量较小（一般5A5A以下），没有以下），没有 灭弧装置。触头组数较多，无主、辅触点之灭弧装置。触头组数较多，无主、辅触点之 分。分。其主要作用是，当其他继电器的触点数其主要作用是，当其他继电器的触点数 量或容量不够时，由中间继电器的触点来补量或容量不够时，由中间继电器的触点来补 充，起增加触点数量和起中间放大作用。充，起

26、增加触点数量和起中间放大作用。 图图1-21 1-21 中间继电器的中间继电器的 结构结构 示意图示意图 1复位弹簧 2动触点 3静触点 4衔铁 5铁芯 6线圈 中间继电器的图形、文字符号如图中间继电器的图形、文字符号如图1-221-22所示。所示。 KA KA KA 图图1-20 中间继电器的图形、文字符号中间继电器的图形、文字符号 空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器 定义：感应元件接收外界信号后，经定义：感应元件接收外界信号后，经 过设定的延时时间才使执行部分动作过设定的延时时间才使执行部分动作 的继电器。的继电器。 作用：按整定时间长短通断电路作用：按整定时间长短通断电路 分类：分类：

27、 按工作原理分：空气阻尼式按工作原理分：空气阻尼式 电动式电动式 电子式电子式 按延时方式分：通电延时型按延时方式分：通电延时型 断电延时型断电延时型 1.5.4 1.5.4 时间继电器时间继电器 通电延时时间继电器的图形、文字符号如图通电延时时间继电器的图形、文字符号如图1-261-26所示。所示。 （a）线圈（b）延时触点（c）瞬时触点 KTKTKTKTKT 图图1-26 1-26 通电延时时间继电器的图形、通电延时时间继电器的图形、 文字符号文字符号 断电延时型时间继电器的工作原理与通电延时型时间继电断电延时型时间继电器的工作原理与通电延时型时间继电 器相似，线圈通电后，瞬时触点和延时触

28、点均迅速动作；线圈器相似，线圈通电后，瞬时触点和延时触点均迅速动作；线圈 断电后，瞬时触点迅速复位，延时触点延时复位。断电后，瞬时触点迅速复位，延时触点延时复位。 断电延时时间继电器的图形、文字符号如图断电延时时间继电器的图形、文字符号如图1-271-27所示。所示。 （a）线圈（b）延时触点 （c）瞬时触点 图图1-27 断电延时时间继电器的图形、断电延时时间继电器的图形、 文字符号文字符号 KTKTKTKTKT 作用：电动机的过载保护 1.5.5 1.5.5 热继电器热继电器 结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机 构等部分组成 。 使用与选择 使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。 选择：选择：eR eR ed ed eR eR：热继电器热元件的额定电流； ：热继电器热元件的额定电流； ed ed：电动机的额定电流。 ：电动机的额定电流。 热继电器的图形、文字符号 a）发热元件 b）常闭触点 1.5.6 1.5.6 速度继电器速度继电器 速度继电器是用来反映转速与转向变化速度继电器是用来反映转速与转向变化 的继电器，它根据电磁感应原理制成。速度的继电器，它根据电磁感应原理制成。速度