教学材料《电路模型》-第五章

5.1低压电器电气控制系统是由各种控制电器所组成的，一般分为两大部分。一部分为主电路，由电动机和接通、断开控制电动机的接触器主触点等电器元件组成，一般主电路的电流较大；另一部分是控制电路，由按钮、接触器线圈、继电器等电器元件组成，它的任务是根据给定的指令，依照白动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路系统进行控制。电器按其工作电压等级可分为高压电器和低压电器。低压电器通常是指交流额定电压小于或等于1200V，直流电压小于或等于1500V的电器。

5.1.1开关电器开关电器主要用在低压成套配电装置中，用于不频繁地手动接通和分断交立流电路或作隔离开关用。下-页

返回5.1低压电器1．刀开关刀开关也称闸刀开关。主要作为电源引入开关，用于不频繁接通或分断容量较小的负载。刀开关的种类很多，根据工作原理、使用条件和结构形式的不同，刀开关可分为刀开关、刀形转换开关、开启式负荷开关、封闭式负荷开关（铁壳开关）、熔断器式刀开关和组合开关等。根据刀的极数和操作方式的不同，刀开关可分为：单极、双极和三极。刀开关的外形结构及符号如图5-1所示，其文字符号为QS。5.1低压电器刀开关安装时，合闸状态手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，则拉闸手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。2．组合开关组合开关实质也是一种刀开关，其操作手柄是在平行于其安装的平面内向左或向右转动。组合开关一般在电气设备中用于非频繁地接通和分断电路，换接电源和负载，测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星型一三角形降压启动等。组合开关外形结构及符号如图5-2所示，其文字符号为QS。上-页

下-页

返回5.1低压电器3．空气开关空气开关又称为空气断路器或低压断路器，主要用于低压动力线路中。其作用是：正常工作时可以不频繁接通或断开电路；当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动跳闸切断故障电路。空气开关外形结构及符号如图5-3所示，其文字符号是QF。5.1.2主令电器

1．控制按钮控制按钮也称按钮开关，它是一种典型的主令电器，其作用通常是用来短时间接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。上-页

下-页

返回5.1低压电器1)控制按钮的外形结构及符号常用控制按钮的外形结构如图5-4所示，文字符号为SB。2)控制按钮的种类及动作原理(1)控制按钮按结构形式分为指示灯式，旋钮式和紧急式。(2)控制按钮按接触点形式分为动合按钮、动断按钮、复合按钮。

2．行程开关行程开关又称限位开关，是依据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器。

1)行程开关的外形结构及符号行程开关的外形结构如图5-6所示，其文字符号为SQ。上-页

下-页

返回5.1低压电器2)行程开关的工作原理行程开关的工作原理与控制按钮类似，只是它用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。触点结构是双断点直动式，为瞬动型触点，瞬动操作是靠传感头推动推杆1达到一定行程后，触桥中心点过死点0、以使触点在弹簧2的作用下迅速从一个位置跳到另一个位置，完成接触状态的转换，使动断触点断开（动触点3和静触点4分开），动合触点闭合（动触点3和静触点5闭合）。

3．主令控制器主令控制器是用来较为频繁地切换复杂的多回路控制电路的主令电器。上-页

下-页

返回5.1低压电器1)主令控制器的结构及工作原理主令控制器一般由触点、凸轮、定位机构、转轴、面板及支承件等部分组成。图5-8所示为主令控制器的工作原理图，图中1和7是固定于方轴上的凸轮块，2是接线柱，由它连向被操作的回路；静触点3由桥式动触点4来闭合与断开，静触点4固定于能绕轴6转动的支杆5上。当操作者用手柄转动凸轮块7的方轴使凸轮块达到推压小轮8带动支杆5向外张开，将被操作的回路断电，在其它情况下（凸轮块离开推压轮）触点是闭合的。2)主令控制器的图形符号及文字符号主令控制器的图形符号如图5-9所示，文字符号为SA。上-页

下-页

返回5.1低压电器4．万能转换开关万能转换开关是一种多档式且能对电路进行多种转换的主令电器。它是由多组相同结构的触点组件迭装而成的多回路控制电器，主要用于各种配电装置的远距离控制，也可作为电气测量仪表的转换开关或用作小容量电动机的启动、制动、调速和换向的控制。万能转换开关一般由操作机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，用螺栓组装成为整体。触点的分断与闭合由凸轮进行控制，如图5-10所示。

5.1.3接触器接触器是一种自动控制电器，它可以用来频繁地接通或者断开大容量的交直流负载电路。上-页

下-页

返回5.1低压电器1．电磁系统电磁系统主要用于产生电磁吸力（动力）。它由电磁线圈（吸力线圈）、动铁芯（衔铁）和静铁芯等组成。2．触点系统触点系统主要用于通断电路或者传递信号。它分为主触点和辅助触点，主触点用以通断电流较大的主电路，一般由3对动合触点组成；辅助触点用以通断电流较小的控制电路，一般有动合和动断两对触点，常在控制电路中起电气白锁或互锁作用。

3．灭弧装置灭弧装置用来熄灭触点在切断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤。上-页

下-页

返回5.1低压电器4．其他部件其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、传动机构、接线柱和外壳等。

5.1.4电磁式继电器继电器是一种根据某种输入信号的变化接通或断开控制电路的电器，电磁式继电器是以电磁力为驱动力的继电器，也是电气设备中用得最多的一种继电器。电磁式继电器一般由铁芯、衔铁、线圈、反力弹簧和触点等部分组成，其结构及图形符号如图5-13所示。

1．电磁式电流继电器电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流上-页

下-页

返回5.1低压电器

的变化。为了不影响电路的正常工作，电流继电器线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%—65%，继电器电流为线圈额定电流的10%~20%，因此在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放输出信号。

2．电磁式电压继电器电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器线圈要并联在被测量的电路中，以反映电路电压的变化。为了不影响电路的正常工作，电压继电器线圈匝数多、导线细、线圈阻抗大。上-页

下-页

返回5.1低压电器3．电磁式中间继电器中间继电器实质上是电压继电器的一种，但它的触头数多（多至6对或更多），触头电流容量大（额定电流5—10A），动作灵活（动作时间不大于0.05s）。

5.1.5时间继电器时间继电器也称为延时继电器，是一种用来实现触点延时接通或断开的控制继电器。时间继电器种类繁多，但目前常用的时间继电器主要有空气阻尼式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类。时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。上-页

下-页

返回5.1低压电器1．外形结构空气阻尼式时间继电器的外形结构如图5-14所示。它由电磁系统、延时机构和工作触点3部分组成。将电磁机构翻转180°安装后，通电延时型可以改换成断电延时型，同样，断电延时型也可改换成通电延时型。

2．动作原理及符号图5-15所示为JST-A系列时间继电器的动作原理和图形符号，时间继电器分通电延时型和断电延时型两种，其文字符号为KT。上-页

下-页

返回5.1低压电器通电延时时间继电器动作原理：通电时，电磁线圈产生磁通，当电磁力大于弹簧拉力时，动铁芯（衔铁）被静铁芯吸引，推板迅速顶到微动开关，触点动作，由于橡皮膜内有空气，形成负压，使弹簧的移动受到空气阻尼作用，活塞杆顶到触点微动开关，触点动作，微动开关的动作相对于通电时间而言有一个延时，断电时，微动开关迅速复位。

5.1.6低压保护电器1．熔断器熔断器是一种最简单有效的保护电器，在控制线路中得到广泛应用。在使用中，熔断器中的熔体（也称为保险丝）串联在被保护的电路中，当该电路发生严重过载或短路故障时，通过熔体的电流达到或超过某一定值，在熔体上产生的热量上-页

下-页

返回5.1低压电器

会使其温度升高到熔体的熔点，导致熔体自行熔断，达到保护的目的。瓷插式熔断器的电源线和负载分别接在瓷底座两端静触点的接线柱上，瓷盖中间凸起部分的作用是将熔体熔断产生的电弧隔开，使其迅速熄灭。螺旋式熔断器电源线应当接在瓷底座的下接线端，负载线接到金属螺纹壳的上接线端。

2．热继电器热继电器是一种具有反时限（延时）过载保护特性的过电流继电器，广泛用于电动机的过载保护，也可以用于其他电气设备的过载保护。上-页

下-页

返回5.1低压电器从结构上看，热继电器的热元件由两极（或三极）双金属片及缠绕在外面的电阻丝组成。双金属片是由膨胀系数不同的金属片压合而成，电阻丝直接反映笼形异步电动机的定子回路电流。上-页

返回5.2基本电气识图5.2.1常用电气图形、符号电气图中的各种电器和电机等电气元件都要用国家标准局规定的图形、文字符号表示。我国从1990年1月1日起，所有电气技术文件和图纸一律使用新的国家标准，主要有GB4728-85《电气图形符号》和GB7159-87《电气技术中的文字制订通则》，这些图形符号以“形象表示”为主，常用的图形和文字符号见表5-1、表5-2。5.2.2电气图的分类及绘制原则

1．电气原理图电气原理图是说明电气设备工作原理的线路图。在电气原理图中并不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是下-页

返回5.2基本电气识图

把各元件按其在电路中的接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。在阅读和绘制电气原理图时应注意QS以下原则。(1)电气原理图中各元器件的文字符号和图形符号必须按标准绘制和标注。(2)电气原理图应按功能来组合，同一功能的电气相关元件应画在一起，但同一电器的各部件不一定画在一起。(3)电气原理图分主电路和控制电路，一般主电路在左侧，控制电路在右侧。

(4)电器原理图中各电器应该是未通电或末动作的状态，二进制逻辑元件应是置零的状态，机械开关应是循环开始的状态，即按电路“常态”画出。上-页

下-页

返回5.2基本电气识图2．电气安装图电气安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。它将提供电气设备各个单元的布局和安装工作所需数据的样图。在阅读和绘制电气安装图时应注意以下原则。(1)按电气原理图要求应将动力、控制和信号电路分开布置，并各自安装在相应的位置，以便于操作、维护。(2)电气控制柜中各元件之间、上下左右之间的连线应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。(3)给出部分元器件型号和参数。上-页

下-页

返回5.2基本电气识图(4)图中的文字符号应与电气原理图、电气互连图和电气设备清单等一致。

3．电气互连图电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系，它清楚地表示电气设备外部元件的相对位置以及它们之间接线端子的电气连接。在阅读和绘制电气互连图时应注意以下原则。(1)同一电器的各部件画在一起，其布置尽量符合电器的实际情况。(2)不在同一控制柜或者同一配电屏的各电气元件的连接，必须经过接线端子排进行。(3)电气设备的外部连接应标明电源的引入点。上-页

返回5.3基本控制电路所谓点动，即按下按钮时电动机转动工作，松开按钮时电动机停止工作。点动控制多用于机床的刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。点动控制线路如图5-20所示，图中左侧部分为主回路、三相电源经刀开关QS、熔断器FU和接触器KM的3对主触点，接到电动机M定子绕组上。线路动作原理如下。合上刀开关QS后，因未按下点动按钮SB，接触器KM线圈没有得电，KM的主触点断开，电动机M不得电，所以不会启动。下-页

返回5.3基本控制电路按下点动按钮SB后，控制电路中接触器KM线圈得电，其主回路中的动合触点闭合，电动机得电启动运行。松开按钮SB后，按钮在复位弹簧作用下自动主电路中KM触点恢复断开状态，电动机断电直至停止。5.3.2连续控制连续控制亦称长动控制，是指按下按钮后，电动机通电启动运转，松开按钮后，电动机仍然继续运行，只有按下停止按钮，电动机才失电直至停转。连续控制线路如图5-21所示，控制线路动作原理如下。合上刀开关QS，按下按钮SB，，KM有电，KM主触点闭合，电动机M启动；KM辅助触点闭合自锁。上-页

下-页

返回5.3基本控制电路接触器的动合触点称为白锁触点。白锁是依靠接触器自身的辅助触点来保证线圈继续通电的现象。带有自锁功能的控制线路具有失压（零压）和欠压保护作用。

5.3.3三相交流异步电动机可逆控制三相交流异步电动机的可逆控制也称正、反转控制，它在生产中可实现生产部件向正反两个方向运动。

1．正一停一反控制线路三相交流异步电动机的正一停一反可逆控制线路如图5-22所示，KM,为正转接触器，KM，为反转接触器。显然KM,和KM，两组主触点不能同时闭合，即KM1和KM2两接触器线圈不能同时通电，否则会引起电源短路。上-页

下-页

返回5.3基本控制电路

线路动作原理如下。正转：按下按钮SB2-线圈KM1得电白锁-电动机M正转。停止：按下按钮SB1-线圈KM1断电-电动机M停止。反转：按下按钮SB3-线圈KM2得电白锁-电动机M反转。2．正一反一停控制电路三相交流异步电动机的正一反一停可逆控制线路，采用双重互锁的控制方式，线路如图5-23所示。动作原理参照以上线路进行分析。该线路结合了电气互锁和按钮互锁的优点，是一种比较完善的既能现实正、反转直接启动的要求，又有具有较高的可靠性的线路。上-页

下-页

返回5.3基本控制电路5.3.4行程控制

1．限位控制当生产机械运动部件到位后，通过行程开关将机械位移变为电信号。通过控制电路使运动部件停止运动。

2．自动往复行程控制有些生产机械的某个运动部件，如机床的工作台，需要在一定的行程范围内往复循环运动，这时应使用具有一对动断触点和一对动合触点的