电气控制系统常用器件

第1章电气控制系统常用器件1学习要点：

通过本章的学习，了解常用低压电器的结构和工作原理，熟练掌握低压电器的型号、图形符号和文字符号，学会正确选择和合理使用低压电器。2主要内容1.1 电器的根本知识1.2 接触器1.3 继电器1.4 开关电器1.5 熔断器1.6 主令电器1.7 信号电器1.8 常用执行器件1.9 常用检测仪表1.10 常用安装附件31.1.1电器的定义和分类定义电器就是根据外界施加的信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。低压电器通常指工作在交流电压1200v、直流电压1500v以下的电器，采用电磁原理完成上述功能的低压电器称为电磁式低压电器。1.1电器的根本知识41.1电器的根底知识51.1电器的根底知识6低压电器的主要技术数据1．额定电流2．额定电压3．操作频率及通电持续率4．机械寿命和电气寿命7选择低压电器的本卷须知在选择时首先考虑平安原那么，其次是经济性，另外，在选择低压电器时还应注意以下几点。〔1〕了解电器的正常工作条件〔2〕了解电器的主要技术性能〔3〕明确控制对象及使用环境〔4〕明确相关的技术数据81.1.2电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁式低压电器 最常用的低压电器，在电气控制电路中使用量最大，其类型也很多，如接触器、断路器、继电器等。在结构上，电磁式低压电器由三个主要局部组成： 触头、灭弧装置和电磁机构。1.1电器的根底知识91.1.2电磁式低压电器的根本结构和工作原理触头系统触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种1．按其接触形式分按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。1.1电器的根底知识10图1-2常见的触头结构11电磁式低压电器的根本结构和工作原理触头如图1-2所示。图1-2〔a〕为点接触的桥式触头，图1-2〔b〕为面接触的桥式触头，图1-2〔c〕为线接触的指形触头。点接触允许通过的电流较小，面接触和线接触允许通过的电流较大。122．按控制的电路分按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。13按原始状态分按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。14灭弧系统1．电弧的产生电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。152．电弧的分类电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。3．灭弧的方法〔1〕机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。16〔2〕磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。17〔3〕窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如下图，该方式主要用于交流接触器中。窄缝灭弧室的断面

18〔4〕栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如下图，交流电器常用栅片灭弧。19金属栅片灭弧示意图20灭弧罩灭弧罩是供电设备中的一个不可缺少的东西，它是用一种陶土加工制作而成，颜色呈黄色，拿自动空气开关来说，它是分别罩住三个开关刀，使之三相火线之间完全隔离，它的作用是防止在使用开关时瞬间打火造成短路。塑壳自动空气开关内也有，就是上端三个红色纸壳的东西。21电磁式低压电器的根本结构和工作原理触头电弧的产生和灭弧电弧的产生和危害电弧可以烧蚀触头，缩短电气寿命，并且还能使开关不能良好的通断。灭弧：把电弧拉长，把电弧变短，使电弧迅速冷却。

1.1电器的根底知识22电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构作用：电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，它的作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作使之闭合或断开，从而实现电路的接通或分断。原理：当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触头动作。1.1电器的根底知识23电磁机构1．组成电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等几局部组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。24〔a〕为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，〔b〕为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，〔c〕为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯。25交流电磁机构和直流电磁机构的铁芯〔衔铁〕有所不同，直流电磁机构的铁芯为整体结构，以增加磁导率和增强散热；交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时〔滞后90°〕电磁吸力缺乏使衔铁振动。26电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构－工作原理吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特性。反力特性：电磁机构使衔铁释放〔复位〕的力与气隙的关系曲线称为反力特性。交流电磁机构的吸力特性：F与δ无关直流电磁机构的吸力特性：F与δ的平方成反比－双曲线吸力和反力的配合：吸力大于反力1.1电器的根底知识27〔1〕反力特性电磁机构使衔铁释放的力主要是弹簧的反力，弹簧的反力与形变的位移x成正比。其反力特性可写为：曲线如图中线3所示，由于超程机构的弹簧力作用，反力特性在处有一突变。28电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构－工作原理吸力特性和反力特性1.1电器的根底知识1-直流电磁机构吸力特性2-交流电磁机构吸力特性3-反力特性4-剩磁吸力特性29〔2〕吸力特性电磁机构的电磁力：F-电磁吸力B-气隙磁感应强度S-磁极截面积当截面积S为常数时，吸力F：由于励磁电流的种类对吸力特性的影响很大，因此要分交直流进行讨论30〔1〕交流电磁机构的吸力特性因此，当电压U，频率f和匝数N一定时，一定。所以F一定，因此F与气隙大小无关。根据磁路定律：因此交流励磁线圈的电流I与气隙大小成正比。在励磁线圈通电而衔铁尚未动作时，气隙最大，电流可到达吸合后额定电流的10～15倍。如果衔铁卡住不能及时吸合或者频繁动作，交流线圈就很能被烧毁。所以在频繁操作的场合，一般不采用交流电磁机构。31〔2〕直流电磁铁机构的吸力特性直流电磁铁由直流电流励磁，稳态时，磁路对电路无影响，所以可以认为其励磁电路不受气隙变化的影响。既有：即直流电磁机构的吸力F与气隙的平方成反比。由于直流电磁铁在衔铁闭合前后励磁电流不变，因此直流电磁铁适合于动作频繁的场合。当直流电磁铁断电时，由于磁势迅速减为零，就会在励磁线圈产生很大的反向电动势，因此需要在电磁铁两端反并联二极管。32〔3〕吸力特性与反力特性的配合电磁铁在吸合时，吸力必须大于反力。但不能过大，因为速度过大会产生很大的冲击力，对衔铁与铁心柱端面造成严重的机械磨损。因此，吸力稍大于反力即可。33电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构单相交流电磁机构的特性噪声和振动的产生解决方法：加短路环1.1电器的根底知识34电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构单相交流电磁机构的特性加短路环后的电磁吸力特性：1.1电器的根底知识35电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构输入/输出特性：继电器特性〔回环特性〕1.1电器的根底知识X-电磁机构的输入量Y-电磁机构的输出量Y=1表示衔铁吸合位置Y=0表示衔铁释放位置x1-电磁机构的返回值X2-电磁机构的动作值36电磁式低压电器的根本结构和工作原理电磁机构工作原理的实质1.1电器的根底知识所有的电磁铁都是在线圈通电之后，吸引衔铁动作。37接触器的用途和分类定义接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路的自动控制电器。用途控制电动机的起动、反转、制动和调速等。控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。分类交流接触器、直流接触器1.2接触器38接触器的组成和工作原理组成电磁机构、主触点和灭弧系统、辅助触点、反力装置、支架和底座。工作原理实质：使用电磁机构1.2接触器39交流接触器的外形与结构(a)外形(b)结构40~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧41符号线圈KM用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置)用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置)KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示动合(常开)主触点KM接触器动画演示1接触器动画演示242接触器的技术参数〔1〕额定电压主触点的额定电压，在接触器铭牌上标注。常用的有：交流220V、380V、660V；直流110V、220V、440V〔2〕额定电流主触点的额定电流，在接触器铭牌上标注。常用的电流为10-800A。〔3〕线圈的额定电压指加在线圈上的电压。常用的有交流220V和380V；直流24V和220V〔4〕接通和分断能力指主触点在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流下，接通电路时主触点不应发生熔焊，分断时不应发生长时间的燃弧。43接触器的分类根据接触器控制对象的不同，可以有这几种分类：电流种类使用种类典型用途交流（AC）AC1AC2AC3AC4无感或微感负载、电阻炉绕线式电动机的启动和分断笼型电动机的启动和分断笼型电动机的启动、反转制动、反向和点动直流（DC）DC1DC3DC5无感或微感负载、电阻炉幷励电动机的启动、反接制动、反向和点动串励电动机的启动、反接制动、反向和点动44额定操作频率指接触器每小时的操作次数。交流接触器最高为600次/小时，直流最高为1200次/小时。45接触器的选择根据负载类型选接触器根据负载大小选额定电流选择额定电压选择交流接触器的经验法1.2接触器46继电器的定义和分类定义 继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电量，而输出那么是触头的动作或者是电路参数的变化。1.3继电器47继电器的定义和分类分类

按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等。

按工作原理分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等。

按输出形式分为：有触点和无触点两类。

按用途分为：控制用和保护用继电器等。1.3继电器48电磁式继电器 电压继电器：过电压和欠电压继电器电流继电器：过电流和欠电流继电器中间继电器：是一种电压继电器表示符号1.3继电器49电压继电器三相过/欠电压继电器电压继电器因为直流电压不会发生很大的波动，因此没有直流电压继电器50电流继电器智能过电流继电器电流继电器电流继电器过电流继电器欠电流继电器51中间继电器中间继电器。用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器根本相同。与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。

5253热继电器热继电器的作用和分类作用当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压运行、长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏。用于电动机的过载保护分类单相、两相和三相式共三种类型，其中三相式热继电器常用于三相交流电动机做过载保护。按功能来分，三相式热继电器又有不带断相保护和带断相保护两种类型。1.3继电器54热继电器热继电器55热继电器电动机的过载特性和热继电器的保护特性反时限特性1.3继电器过载特性保护特性56热继电器工作原理热继电器主要由热元件、双金属片、触头系统等组成。

1.3继电器57热继电器表示符号控制电路中最常用的是热继电器的常闭触点，热继电器是怎样保护电机的？1.3继电器58热继电器产品一般和接触器配合使用，连接方便。选用额定电流：比电动机的额定电流稍微大一些。动作电流：约为电动机额定电流的80%左右。由于热继电器的保护特性为反时限特性，所以对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可以选用装入电动机内部的温度继电器。1.3继电器59注意：1〕继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后，按下复位按钮10才能复位；2〕改变压动螺钉8的位置，还可以用来调节动作电流。2、带断相保护热继电器1〕星形接法〔线电流=相电流〕

断相时，流过电动机绕组的电流等于流过热继电器的电流，故可以采用两相或三相热继电器保护。2〕三角形接法〔线电流=相电流〕断相时，流过电动机绕组的电流小于流过热继电器的电流，必须采用带断相保护的热继电器保护带断相保护的热继电器是在普通的热继电器上加一个差动机构。60613、主要技术参数1〕热元件额定电流：热元件的最大整定电流值。2〕整定电流：热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。3〕热继电器额定电流：热继电器中，可以安装的热元件的最大整定电流值。624、热继电器接线方式1〕电动机定子绕组星形接法:带断电保护和不带断电保护的热继电器均可接在线电路中。2〕电动机定子绕组三角形接法:●带断电保护接在线电路中。●不带断电保护热继电器的热元件必须串接在电动机每相绕组上。6364时间继电器时间继电器：感受局部在感测到外界信号变化后，经过一段时间〔延时时间〕执行机构才动作的继电器。分类：按动作原理：电磁阻尼式，空气阻尼式、电动机式、电子式按延时方式：通电延时型；断电延时型。1.3继电器65表示符号：〔a〕通电延时线圈 〔b〕断电延时线圈 〔c〕瞬动触点 〔d〕通电延时闭合常开触点〔e〕通电延时断开常闭触点〔f〕断电延时断开常开触点〔g〕断电延时闭合常闭触点66通电延时继电器：线圈得电后要延时一段时间，触点才发生变化；线圈失电后，触点瞬时恢复。断电延时继电器：线圈得电后，触点瞬时动作；线圈失电后，要延时一段时间触点才动作。671、直流电磁阻尼式时间继电器直流电磁阻尼式时间继电器：断电释放延时。工作原理：当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，所以阻尼铜(铝)套的作用很小，衔铁吸合延时作用不明显，故延时可以不计。因此，这种时间继电器为断电延时，特点：延时较短，准确度较低，用于要求不高的场合，如电动机的延时起动。

68+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。(1)直流电磁式时间继电器69702、空气阻尼式时间继电器结构：电磁机构、延时机构〔气囊〕、触点系统原理：空气阻尼1〕通电延时型动作原理优点：延时范围大(0.4～180s)、结构简单、寿命长、价格低廉。缺点：延时误差大(土10％～土20％)，无调节刻度指示，难以精确整定延时时间。71通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开微动开关2微动开关1常开触头常闭触头线圈通电

衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔空气式时间继电器72常闭延时闭合常闭延时断开常开触头常闭触头断电延时的空气式时间继电器结构示意图73电子式时间继电器：结构〔数字式〕：脉冲发生器、计数器、显示器等特点：延时时间长、精度高、调节方便74速度继电器作用：主要应用于三相笼型异步电动机的反接制动中，因此又称为反接制动控制器。组成：主要由定子、转子和触点三局部组成。工作原理：感生电流产生力矩1.3继电器75速度继电器主要由转子、定子和触点三局部组成。转子是一块永久磁铁，固定在抽上。当转子的速度下降到接近零时(约100转／min)，定子柄在动触点弹簧力的作用下恢复到原来的位置。l—转子2一电动机轴3一定子4一绕组5一定子柄6一静触点7一动触点8一簧片速度继电器结构原理图76表示符号77温度继电器作用：主要应用于温度检测和保护。应用于精度要求不高的场合。

组成和工作原理双金属片温度继电器中的双金属片是将两种热膨胀系数不同的金属用压延的方法贴合在一起而构成的，当双金属片受热时，就会因为伸长不一样而发生弯曲变形，从而可利用这种变形使接点开关接通或断开。1.3继电器78双金属片常用镖铁合金和黄铜来制作，并要求具有良好的弹性，以保证控温的精度和复使用性。以下图是双金属片温度继电器的结构示意图。图(a)所示是一个封装起来的双金属片温度继电器，它由双金属片、可动触点、固定触点、玻璃壳及引线等组成。当双金属片所感受的温度到达预定的控制温度时，它便会产生形变，从而使可动触点与固定触点断开，起到温控开关的作用。图(b)所示的温度继电器由双金属片、推杆、触点开关及外壳等组成。平时触点开关的触点处于常闭状态，当双金属片所感受的温度到达预定的控制温度时，双金属片在温度的作用下产生形变，压迫推杆向下运动，使触点开关的触点断开，起到温控开关的作用。7980温度继电器又称温控器，主要用于需要自动控制温度的场合，在取暖器、微波炉、电热式热水器、饮水机、洗碗机、消毒柜及烘干机等家用电器上均得到了广泛的应用。除了用于自动温度控制外，还可以用来作为热过载保护器件使用，在工业电子设备中得到了应用。

81液位继电器作用：用于液位检测。应用于精度要求不高的场合。高精度的液位传感器有差压式等产品。

1.3继电器82压力继电器作用：

通过检测各种气体和液体压力的变化，压力继电器可以发出信号，实现对压力的检测和控制。分类：柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式工作原理：压力继电器是将压力转换成电信号的液压元器件，客户根据自身的压力设计需要，通过调节压力继电器，实现在某一设定的压力时，输出一个电信号的功能。

1.3继电器8384当从继电器下端进油口3进入的液体压力到达调定压力值时，推动柱塞2上移，此位移通过杠杆放大后推动微动开关4动作。改变弹簧1的压缩量，可以调节继电器的动作压力。应用场合：用于平安保护、控制执行元件的顺序动作、用于泵的启闭、用于泵的卸荷。注意：压力继电器必须放在压力有明显变化的地方才能输出电信号。假设将压力继电器放在回油路上，由于回油路直接接回油箱，压力也没有变化，所以压力继电器也不会工作。85一、概述

固态继电器〔亦称固体继电器〕英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。

固态继电器与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的电，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来到达无触点，无火花地接通和断开被控电路。

固态继电器86固态继电器原理图87二、固态继电器的组成

固态继电器有三局部组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。881、固态继电器的优点

〔1〕高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

〔2〕灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

〔3〕快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。

〔4〕电磁干扰小:固态继电器没有输入"线圈"，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。

892、固态继电器的缺点

〔1〕导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达1-2V，大功率晶体管的饱和压降在1-2V之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

〔2〕半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

〔3〕由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，本钱也较高。

〔4〕电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，那么工作可靠性低。

〔5〕固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

〔6〕主要缺乏是存在通态压降〔需相应散热措施〕，有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

90固态继电器的种类：按工作性质分有直流输入-交流输出型，直流输入-直流输出型，交流输入-交流输出型，交流输入-直流输出型。按开关方式分有电压过零导通型〔简称过零型〕和随机导通型〔简称随机型〕；按输出开关元件分有双向可控硅输出型〔普通型〕和单向可控硅反并联型〔增强型〕；按安装方式分有印刷线路板上用的针插式〔自然冷却，不必带散热器〕和固定在金属底板上的装置式〔靠散热器冷却〕；另外输入端又有宽范围输入〔DC3－32V〕的恒流源型和串电阻限流型等。SSR固态继电器以触发形式,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。

9192作用和分类作用开关电器广泛用于配电系统和电力拖动控制系统，用作电源的隔离、电气设备的保护和控制。分类手动开关和自动开关1.4开关电器93刀开关作用刀开关俗称闸刀开关，是一种结构最简单、应用最广泛的一种手动电器。主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常起动及制动、容量小于7.5KW的异步电动机。分类按刀数可分为单极、双极和三极1.4开关电器94安装：刀口在上面，以防断电时由于重力而闭合。刀开关现在已较少使用刀开关动画95低压断路器俗称空气开关，是一种自动开关。作用用于分配电能、不频繁地启动异步电动机以及对电源线路及电动机等的保护。当发生严重的过载、短路或欠电压等故障时能自动切断电路。是低压配电线路应用非常广泛的一种保护电器。结构和工作原理组成：触头、灭弧系统和各种脱扣器

1.4开关电器96低压断路器结构和工作原理过电流脱扣器失压脱扣器热脱扣器远程控制脱扣器1.4开关电器97可实现短路、过载、失压保护。自动空气断路器(自动开关)锁钩主触点手动闭合过流脱扣器欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧自动开关动画98低压断路器表示符号主要参数：额定电压、额定电流、通断能力产品类型介绍从小到大、从简单的到智能化负载的产品1.4开关电器99低压断路器选择主要是选择额定电流、额定电压对单台设备：IZ≥KIq式中，k为平安系数，可取1.5～1.7；Iq电动机的起动电流。对多台电动机：IZ≥K(Iqmax+Ier)式中，k也可取1.5～1.7；Iqmax为最大一台电动机的起动电流。1.4开关电器100101熔断器的作用、结构和分类作用熔断器基于电流热效应原理和发热元件热熔断原理设计，具有一定的瞬动特性，用于电路的短路保护和严重过载保护。结构：熔断器在结构上主要由熔断管〔或盖、座〕、熔体及导电部件等局部组成。其中熔体是主要局部，它既是感测元件又是执行元件。1.5熔断器〔Fuse〕102工作原理熔断器串接于被保护电路，当电路发生短路或过载故障时，通过熔体的电流使其发热，当到达熔化温度时熔体自行熔断，从而分断故障电路，保护设备和人身平安。熔断器由绝缘底座(或支持件)、触头、熔体等组成，熔体是熔断器的主要工作局部，熔体相当于串联在电路中的一段特殊的导线，当电路发生短路或过载时，电流过大，熔体因过热而熔化，从而切断电路。熔体常做成丝状、栅状或片状。熔体材料具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。一般采用铅锡合金、镀银铜片、锌、银等金属。103熔断器分类

(1)螺旋式熔断器RL：

在熔断管装有石英砂，熔体埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。为了便于监视，熔断器一端装有色点，不同的颜色表示不同的熔体电流，熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。螺旋式熔断器额定电流为5～200A，主要用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。

104(2)有填料管式熔断器RT：

有填料管式熔断器是一种有限流作用的熔断器。由填有石英砂的瓷熔管、触点和镀银铜栅状熔体组成。填料管式熔断器均装在特别的底座上，如带隔离刀闸的底座或以熔断器为隔离刀的底座上，通过手动机构操作。填料管式熔断器额定电流为50～1000A，主要用于短路电流大的电路或有易燃气体的场所。105(3)无填料管式熔断器RM：

无填料管式熔断器的熔丝管是由纤维物制成。使用的熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时，纤维熔管的局部纤维物因受热而分解，产生高压气体，使电弧很快熄灭。无填料管式熔断器具有结构简单、保护性能好、使用方便等特点，一般均与刀开关组成熔断器刀开关组合使用。106〔4〕有填料封闭管式快速熔断器RS：

有填料封闭管式快速熔断器是一种快速动作型的熔断器，由熔断管、触点底座、动作指示器和熔体组成。熔体为银质窄截面或网状形式，熔体为一次性使用，不能自行更换。由于其具有快速动作性，一般作为半导体整流元件保护用。107跌落式熔断器是10kV配电线路分支线和配电变压器最常用的一种短路保护开关，它具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于10kV配电线路和配电变压器一次侧作为保护和进行设备投、切操作之用。它安装在10kV配电线路分支线上，可缩小停电范围，因其有一个明显的断开点，具备了隔离开关的功能，给检修段线路和设备创造了一个平安作业环境，增加了检修人员的平安感。安装在配电变压器上，可以作为配电变压器的主保护，所以，在10kV配电线路和配电变压器中得到了普及。108其工作原理是：熔丝管两端的动触头依靠熔丝(熔体)系紧，将上动触头推入"鸭嘴"凸出局部后，磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头，故而熔丝管牢固地卡在"鸭嘴"里。当短路电流通过熔丝熔断时，产生电弧，熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体因熔丝管上端被封死，气体向下端喷出，吹灭电弧。由于熔丝熔断，熔丝管的上下动触头失去熔丝的系紧力，在熔丝管自身重力和上、下静触头弹簧片的作用下，熔丝管迅速跌落，使电路断开，切除故障段线路或者故障设备。109110自复式熔断器他利用金属钠做熔体，在常温下，钠的电阻很小，允许通过正常的电流，当电路发生短路时，短路电流产生的高温使钠迅速气化，气态钠电阻很高，从而限制了短路电流。当故障消除后，温度下降，钠重新固化，恢复其良好的导电性。优点是能重复使用。但他只能限制电流而不能切断电流。111熔断器的保护特性熔断器的保护特性亦称安秒特性，是指熔体的熔化电流与熔化时间之间的关系，它和热继电器的保护特性一样，也具有反时限特性。1.5熔断器112表示符号

熔断器的技术参数额定电压额定电流极限分断能力1.5熔断器113熔断器的选择由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断。还有一些设备起动电流很大，但起动时间很短，所以要求这些设备的保护特性要适应设备运行的需要，要求熔断器在电机起动时不熔断，在短路电流作用下和超过允许过负荷电流时，能可靠熔断，起到保护作用。熔体额定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不能及时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流。

114(1)照明电路熔体额定电流≥被保护电路上所有照明电器工作电流之和。

(2)电动机：①单台直接起动电动机熔体额定电流＝(1.5～2.5)×电动机额定电流。②多台直接起动电动机总保护熔体额定电流＝(1.5～2.5)×各台电动机电流之和。③降压起动电动机熔体额定电流＝(1.5～2)×电动机额定电流。④绕线式电动机熔体额定电流＝(1.2～1.5)×电动机额定电流。

115(3)配电变压器低压侧熔体额定电流＝(1.0～1.5)×变压器低压侧额定电流。

(4)并联电容器组熔体额定电流＝(1.43～1.55)×电容器组额定电流。

(5)电焊机熔体额定电流＝(1.5～2.5)×负荷电流。

(6)电子整流元件熔体额定电流≥1.57×整流元件额定电流。

116熔断器和热继电器的区别相同点：都属于电流保护电器，都具有反时限特性。不同点：熔断器主要用于短路保护，热继电器用于过载保护；熔断器利用的是热熔断原理，要求溶体有较高的熔断系数；热继电器利用的是热膨胀原理，要求双金属片有较高的膨胀系数；热继电器保护有较大的延迟性，而短路保护要求熔断器的动作必须具有瞬时性。1.5熔断器117主令电器的定义和作用定义：主控制系统中，主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控

制电路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。

常用的主令电器有：控制按钮、行程开关、接近开关，万能转换开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。作用：主令电器用于控制电路，不能直接分合主电路。1.6主令电器118控制按钮作用：也称为按键，是一种电闸(或称开关〕，用来控制机械或程式的某些功能。一般而言，红色按钮是用来使某一功能停止，而绿色按钮，那么通可开始某一项功能。按钮的形状通常是圆形或方形。

按钮动画1按钮动画21.6主令电器119(b)结构按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点120复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽121122控制按钮表示符号1.6主令电器123转换开关作用－转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。1.6主令电器124M3~用组合开关起停电动机的接线图手柄转轴静触头动触头用手柄转动转轴时，就可将三个触点同时接通或断开。125转换开关由接触系统、定位机构、手柄等主要部件组成。这些部件通过螺栓紧固为一个整体。接触系统是由数个装嵌在绝缘壳体内的静触头座和可动支架中的动触头构成。动触头是双断点对接式的触桥，在附有手柄的转轴上，随转轴旋至不同位置使电路接通或断开。定位机构采用滚轮卡棘轮结构，配置不同的限位件，可获得不同档位的开关。转换开关由多层绝缘壳体组装而成，可立体布置，减小了安装面积，结构简单、紧凑，操作平安可靠。126转换开关可以按线路的要求组成不同接法的开关，以适应不同电路的要求。在控制和测量系统中，采用转换开关可进行电路的转换。例如电工设备供电电源的倒换，电动机的正反转倒换，测量回路中电压、电流的换相等等。用转换开关代替刀开关使用，不仅可使控制回路或测量回路简化，并能防止操作上的过失，还能够减少使用元件的数量。图是用转换开关代替两个刀开关使电动机进行正反向倒换运行的线路图127128129行程开关作用－用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。表示符号由于机械触点易磨损，反响速度慢，所以在重要场合已不再使用有触点的行程开关了。1.6主令电器130131接近开关接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。一、性能特点

在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知〞能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性到达控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知〞，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离〞。不同的接近开关检出距离也不同。1.6主令电器132二、种类

接近开关按工作原理可分为高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型和霍耳效应型等。应用最多的是高频振荡型接近开关，约占80％。这种开关的工作原理以高频振荡电路状态的变化为根底133当有金属物体〔它相当于工作机械运动部件上的触块〕进入以一定频率振荡着的高频振荡器的线圈磁场时,由于金属物体内部产生涡流损耗(如果是铁磁性的金属物体，还会产生磁滞损耗),致使振荡电路的电阻增大，能耗增加，结果导致振荡减弱，直至终止。这样，只需在振荡电路后面接上适宜的开关，即能检测到金属物体的出现，并且给出相应的控制信号和指令。134在选择接近开关时，应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求135光电开关特点－非接触、无触点，测量距离长，能方便地检测非金属材料。它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗电磁干扰能力强等优点。1.6主令电器136作用－可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。目前，光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出以及平安防护等诸多领域。产品类型－对射式、反射式等。缺点－对周围的杂散光的干扰有一定要求。工作原理－利用光源、光敏器件等发射和接收。137138光电开关-应用领域除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。照明技术网是覆盖面最广，信息量最全的照明技术网站，主要包括led照明，智能照明，霓虹灯，光纤照明，照明设计，灯光设计，道路照明等。光电开关还在许多方面得到了应用，例如在行程控制、直径限制、转速检测、气流量控制等方面。139140光电开关-工作原理

光电开关〔光电传感器〕是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。141光电开关是由发射器、接收器和检测电路三局部组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管〔LED〕、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过屡次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。142光电开关-主要类型

光电开关可分为对射型；漫反射型；镜面反射型；槽式光电开关；光纤式光电开关光电开关的工作方式143光电开关-主要类型一.对射型光电开关：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互别离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。特征：区分不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠适宜的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。144二.漫反射型光电开关：是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标外表性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以到达粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。145三.镜面反射型光电开关：由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。特征：区分不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠适宜的使用在野外或者有灰尘的环境中。146四.槽式光电开关：槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较平安可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。147五.光纤式光电开关：光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。148指示灯作用－指示灯在各类电器设备及电气线路中做电源指示及指挥信号、预告信号、运行信号、事故信号及其它信号的指示。产品种类：一、统一规定：

1、可用颜色：指示灯：红、黄、绿、蓝和白色；

按钮：红、黄、绿、蓝、黑、白和灰色；

2、选色原那么：依按钮被操作〔按压〕后所引起的功能，或指示灯被接通〔发光〕或所反映的信息来选色；

3、单靠颜色不能表示操作功能或运行状态时，可在器件上或器件近旁，补加必要的图形或文字符号。1.7信号电器149二、指示灯颜色的使用

1、指示灯〔亦称为信号灯〕主要是以光亮指示的方式引起操作者注意或者指示操作者进行某种操作，并作为某一种状态或指令正在执行或已被执行的指示。

2、标准中规定的颜色使用和含义：

红紧急情况危险状态或须立即采取行动压力/温度超越平安状态；因保护器件动作而停机；有触及带电或运动的部件的危险。

黄不正常注意不正常状态；临近临界状态压力/温度超过正常范围；保护装置释放；当仅能承受允许的短时过载。

150绿平安正常状态允许进行压力/温度在正常状态；自动控制系统运行正常；

蓝强制性表示需要操作人员采取行动输入指令

白没有特殊意义其它状态，如对红、黄、绿或蓝存在不确定时，允许使用白色一般信息；不能确切地使用红、黄、绿时；用作“执行〞确认指令时；指示测量值151白没有特殊意义其它状态，如对红、黄、绿或蓝存在不确定时，允许使用白色一般信息；不能确切地使用红、黄、绿时；用作“执行〞确认指令时；指示测量值。152蜂鸣器和电铃作用蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。表示符号1.7信号电器153154什么是执行电器？作用能够根据控制系统的输出逻辑要求执行动作指令的器件电磁执行器件电磁铁电磁阀作用分类电磁制动器表示符号1.8常用执行器件155电磁铁156电磁阀电磁阀是用来控制流体的自动化根底元件，属于执行电器；并不限于液压，气动。

电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制，所以就会用到电磁阀。157工作原理电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。158分类电磁阀从原理上分为三大类：

1〕直动式电磁阀：

原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门翻开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。

1591602〕先导式电磁阀：

原理：通电时，电磁力把先导孔翻开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门翻开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。

特点：流体压力范围上限较高，可任意安装〔需定制〕但必须满足流体压差条件。

1611621633〕分布直动式电磁阀：

原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门翻开。当入口与出口到达启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。

特点：在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。

164165电磁制动器使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对平安性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)那么应装在靠近设备工作局部的低速轴上。

166分为电磁粉末制动器和电磁涡流制动器两种形式。①电磁粉末制动器：激磁线圈通电时形成磁场，磁粉在磁场作用下磁化,形成磁粉链,并在固定的导磁体与转子间聚合，靠磁粉的结合力和摩擦力实现制动。激磁电流消失时磁粉处于自由松散状态，制动作用解除。②电磁涡流制动器：激磁线圈通电时形成磁场。制动轴上的电枢旋转切割磁力线而产生涡流。电枢内的涡流与磁场相互作用形成制动力矩。167电磁粉末制动器168常用驱动设备伺服电动机步进电机1.8常用执行器件169伺服电动机servomotor

用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

伺服：一词源于希腊语“奴隶〞的意思。人们想把“伺服机构〞当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服〞性能，因此而得名。

170分为直流伺服和交流伺服.直流伺服马达

优点:精确的速度控制,转矩速度特性很硬,原理简单、使用方便,价格优势

缺点