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电 气 控 制 技 术（讲义）PAGE 1电 气 控 制 技 术吕国芳河海大学电气工程学院教学内容:电器控 制（上篇）、PLC原理及应用（下篇）参考书目：现代电气控制技术郑 萍 主 编 重庆大学出版社电器控制李 仁 主 编 机械工业出版社可编程序控制器应用技术廖常初等编 重庆大学出版社可编程序控制器应用指南易传禄等编 上海科普出版社可编程序控制器原理及程序设计崔亚军等编 电子工业出版社学习要求：熟练掌握断路器、隔离开关、接触器、热继电器、熔断器在电路中的作用、特点、绘制符号、设计选型时要注意的重要技术参数。熟练掌握行程开关、按钮开关在电路中的作用、绘制符号。灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路、异 步 电 机 正、反转电气控制线 路、异步电机“Y/”电气控制线路等，理解它们的设计思路，学会设计相应的电气控制电路。透彻了解P L C的特点、为提高其可靠性采取的一些措施。熟练掌握P L C的组成、各主要部件的功能、P L C的工作原理（扫描工作过程、系统响应时间），了解三菱F X 2 N P L C编程元件的地址。熟练掌握梯形图使用的符号、概念、规则，学会自己设计P L C 梯形图程序，掌握三菱F X 2 N P L C 的基本指令。熟练掌握P L C 程序设计的功能表图法和其基本概念，学会用功能表图法设计P L C 控制程序并能熟练地转化为梯形图。掌握P L C 控制系统的特点、判断一个控制系统是否需要由P L C 来构成的特性以及P L C 选型时应考虑的问题。学会用P L C 设计控制系统（包括P L C 硬件、软件和电气控制回路）。目 录7 上 篇 电 器 控 制7 0 第一 2 章.常用低压电器及其符号7 1.1 电器的作用与分类7 1.2 低压电器的电磁机构及执行机构7 1.2.1电磁机构8 1.2.2 执行机构9 1.1 3 接触器9 1.3.1 接触器的主要技术数据1 0 1.3.2 交流接触器1 0 1.3.3 直流接触器1 1 1.4 继电器1 1 1.4.1继电器的特性及主要参数1 1 1.4.2 电磁式继电器1 3 1.4.3 时间继电器1 3 1.4.4 行程开关1 5 1.4.5 热继电器1 5 1.5 其他常用电器1 5 1.5.1 低压熔断器1 6 1.5.2 低压隔离器1 7 1.5.3 低压断路器1 8 1.5.4 主令电器2 0 1.6 常用电气元件图形符号2 7 第二章.基本电气控制线路2 7 2.1 电气设备简单的起停保控制线路2 7 2.2 多地点控制线路2 8 2.3 异步电机正、反转电气控制线路2 9 2.4 异步电机 降压起动电气控制线路3 0 第三章.常用电器元件的选择3 0 3.1 按钮3 0 3.2 断路器3 0 3.3 接触器3 0 3.4 热继电器3 1 3.5 熔断器3 2 下篇 P L C 原理及应用3 2 第 一 章 P L C 概论3 2 第一节.P L C 的产生3 3 第二节.P L C 的定义及其术语3 3-.定义3 3 常用术语3 4 第三节.P L C 特点3 4-.可靠性高、抗干扰能力强3 5 Z 1.程序可变、具有柔性3 5 三.编程简单、使用方便3 6 四.功能完善3 6 五.组合灵活、扩充方便3 6 六.减少了工作量3 6 七.体 积 小、重量轻、环境要求低3 6 八.成 本 低、水平高3 7 第四节.P L C的应用状况和发展趋势3 7 -.应用状况3 8 发展趋势4 1 第 二 章 P L C的组成及工作原理4 1 第一节.P L C的组成4 2 第二节.P L C主要部件功能42.CP U4 24 44 95 05 15 15 25 35 66 56 56 66 66 96 96 96 96 96 97 07 07 07 07 17 17 17 27 37 37 37 57 58 18 79 9二.存储器三.I/O部分四.编程工具五.电源第三节.P L C的工作原理一.P L C的工作过程二.扫描周期的计算方法三.系统响应时间第四节.三菱F X 2 N P L C简介及编程元件的地址第五节.OMR ON C2 0 0 H 数据通道I/O继电器区二.内部辅助继电器区(I n te r n al R e l ay )I R 区三.特殊继电器区(S p e c i al R e l ay )S R 区四.暂存继电器区(T e m p o r ar y R e l ay )T R 区五.保持继电器区(H o l d i n g R e l ay )3 H R 区六.辅助存贮继电器区(Aux i l i ar y R e l ay )AR 区七.链接继电器区(L i n k R e l ay )L R 区八.定时/计时继电器区(T i m e r&am p;Co un te r )T C区九.数 据 存 贮 区(D ata Me m o r y )D M区第三章 三菱F X 2 N P L C指令系统第一节.编程语言简介一.梯形图二.助记符三.布尔表达式四.功能块图(F un c ti o n bl o c k d i ag r am )五.功能表图(F un c ti o n c h ar t)六.高级语言第二节.梯形图使用的符号、概念及注意事项梯形图中的符号、概念二.梯形图使用应注意事项：第三节.三菱F X 2 NP L C指令一.分类二.基本指令概述第 四 章 P L C应用实例第 五 章 P L C程序设计的功能表图方法99第节.概 述99第二节.功能表图的基本概念100.步100有向线和转移101三.功能表图的构成规则101四.功能表图的基本形式104第三节.用梯形图实现功能表图的程序设计104步的进入104 步的退出107第六章PLC应用中的若干问题107第 一 节.PLC的使用及其型号选择107PLC型号的选择108开关量I/O 模块的选择109三.编程手段的选择109第二节.降低PLC系统费用的方法109减少模块的数量109 减少输入点112三.减少输出点上 篇 电 器 控 制常用低压电器及其符号低压电器(Low voltage Apparatus)通常指工作在交、直流电压1200V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能及工作原理。1.1 电器的作用与分类电器就是广义的电气设备。它可能很大、很复杂，比如一台彩色电视机或者一套自动化装置；它也可以很少、很简单，比如一个钮子开关或者一个熔断器。在工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气设备。电器的种类繁多，构造各异，通常按以下分类方法分为几类。按 电 压 等 级 分：高 压 电 器(H i g h-v o l t a g e A p p a r a t u s),低压电器(L o w-v o l t a g e A p p a r a-t u s)；按所控制的对象分：低压配电电器(D i s t r i b u t i n g A p p a r a t u s)、低压控制电 器(C o n t r o l A p p a r a t u s)前者主要用于配电系统，如刀开关、熔断器等，后者主要用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。按 使 用 系 统 分：电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器；按 工 作 职 能 分：手动操作电器、自动控制电器(自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器)、其他电器(稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器)；按 电 器 组 合 分：单个电器、成套电器与自动化装置；按 有 无 触 点 分：有触点电器、无触点电器、混合式电器；按 使 用 场 合 分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场 合(如 航 空、船舶、热带、高 原)用 电 器。本章主要涉及电力拖动、自动控制系统用电器，如交直流接触器、各类继电器、自动空气断路器、行程开关、熔断器、主令电器等。1.2 低压电器的电磁机构及执行机构从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成部分感测部分、执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。执行部分则是触头。对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构。对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。1.2.1电磁机构电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁匏和空气隙。1.2.2执行机构低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成.触点触点用来接通或断开被控制的电路。它的结构形式很多，按其接触形式可分为3种，即点接触、线接触和面接触，如 图2.2示。图2.2 (a)所示为点接触，它由两个半球形触点或一个半球形与一个平面形触点构成。它常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触点或继电器触点。图2.2 (b)所示为线接触，它的接触区域是一条直线。触点在通断过程中是滚动接触，这样，可以自动清除触点表面的氧化膜，同时长期工作的位置不是在易烧灼的起始点而是在终点，保证了触点的良好接触。这种滚动线接触多用于中等容量的触点，如接触器的主触点。图2.2 (c)所示为面接触，它可允许通过较大的电流。这种触点一般在接触面上镶有合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性，多用作较大容量接触器或断路器的主触点。电弧的产生与灭弧装置当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过1 0-2 0 V和电流超过80-1 0 0 m A,在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通 常称为“电弧”。根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下儿种。磁吹式灭弧装置这种灭弧装置是利用电弧电流产生的磁场来灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。它广泛应用于大电流的直流接触器中。灭弧栅灭弧栅灭弧原理：灭弧栅片3 由许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm,安放在触点上方的灭弧罩内。一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，使导磁的钢片上有涡流产生，将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭，两栅片间必须有150-250V电压，电弧才能重燃。这样一来，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种常用的交流灭弧装置。灭弧罩比灭弧栅更为简单的是采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高温的灭弧罩，用以降温和隔弧，可用于交流和直流灭弧。多断点灭弧在交流电路中也可采用桥式触点，如 图 2.3 所示。有两处断开点，相当于两对电极，若有一处断点要使电弧熄灭后重燃需要150-250V,现有两处断点就需要 2X(150-250)V,所以用利于灭弧。若采用双极或三极触点控制一个电路时，根据需要可灵活地将二个极或三个极串联起来当做一个触点使用，这组触点便成为多断点，加强了灭弧效果。1.3接触器接 触 器(C o n t act o r)是用来频繁接通和切断电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。接触器由于生产方便、成本低廉、用途广泛，故在各类低压电器中，生产量最大、使用面最广。接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁式电器。接触器的主要组成部分为电磁系统和触头系统。电磁系统是感测部分，触头系统是执行部分。触头工作时，需经常接通和分断额定电流或更大的电流，所以常有电弧产生，为此，一般情况下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧系统，只有额定电流甚小者才不设灭弧装置。接触器按其主触头通过的电流种类，分为直流接触器和交流接触器。按主触头的极数又可分为单极、双极、三极、四极和五极等儿种。直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。1.3.1接触器的主要技术数据额定电压接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为直流接触器:2 2 0、4 4 0、6 6 0 V o交流接触器：2 2 0、3 8 0、5 0 0 Vo按规定，在接触器线圈已发热稳定时，加 上8 5%的额定电压，衔铁应可靠地吸合；反之，如果工作中电网电压过低或者突然消失，衔铁亦应可靠地释放。额定电流接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级为直流接触器：2 5、4 0、6 0、1 0 0、1 5 0、2 5 0、4 0 0、6 0 0 Ao交流接触器：5、9、1 2、1 6、2 0、2 5、3 2、4 0、5 2、6 3、7 5、1 1 0、1 7 0、2 5 0、4 0 0、6 3 0 A o上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断-长期工作制时的电流值。所谓间断-长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8 h。若超过8 h,必须空载开闭3次以上，以消除表面氧化膜。如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。具体如下：当接触器安装在箱柜内时，由于冷却条件变差，电流要降低10%-20%使用；当接触器工作于长期工作制时，则通电持续率不应超过40版 敞 开 安 装，电流允许提高10%-25%；箱柜安装，允许提高5%10%。线圈的额定电压通常用的电压等级为：直 流 线 圈:24、48、110、220、440 V 交流线圈：24、36、120、220、38 0 Vo一般情况下，交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载频繁动作时也可采用直流吸引线圈的接触器。额定操作频率额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通次数为150-150 0 次/h。电寿命和机械寿命电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允许的极限操作次数。机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受的无负载操作次数。现代生产的接触器其电寿命可达50-10 0万次，机械寿命可达50 0-10 0 0万次。（10 6-7数量级）接触器的电气符号接触器的电气符号，如 图2.4所示。1.3.2 交流接触器交流 接 触 器（A l t e r n at i n g C u r r e n t C o n t ac t o r）一般 有3对主触头，两个动 合（常开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等容量及以下为直动式，大容量为转动式。目前，国内市场产品繁多，举不胜举。有工厂自行设计改进的，有全国统一设计研制的，也有引进国外制造技术生产的，还有国外产品。介绍几种具有代表性 的 产 品（可参考电气工程手册）。1.3.3 直流接触器直流 接 触 器（D i r e c t C u r r e n t C o n t ac t o r）是一种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机外，还用于各种直流电磁系统中。随着控制对象及其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电气寿命，仅对应于一定类别的额定值。G B 149 7-8 5 低压电器基本标准列出了低压电器常见的使用类别及其代号，详见电气工程手册附录。1.4继电器1.4.1继电器的特性及主要参数继 电 器（R e l a y）是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。一般来说，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。继电器还可以有以下各分类方法：按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等；按动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、电子式继电器等;按动作时间分为快速继电器、延时继电器、-般继电器；按执行环节作用原理分为有触点继电器、无触点继电器；本节主要介绍控制继电器中的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、热继电器等。继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性，电磁式继电器的特性如图2.5所示，这一矩形曲线统称为继电器特性曲线。一般，继电器的吸合时间、释放时间为0.0 5 0.1 5 s。1.4.2电磁式继电器常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实际上也是一种电压继电器,只是它具有数量较多、容量较大的触点,起到中间放大(触点数量及容量)作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什么明显的不同。电磁式继电器种类很多，下面仅介绍儿种较典型的电磁式继电器。电流/电压继电器电流继电器(C u r r e n t R e l a y)与电压继电器(V o l t a g e R e l a y)在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈与负载串联以反映负载电流，故它的线圈匝数少而导线粗，这样通过电流时的压降很少，不会影响负载电路的电流，而导线粗电流大仍可获得需要的磁势。电压继电器的线圈与负载并联以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。中间继电器中间继电器(A u x i l i a r y R e l a y)在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。1.4.3时间继电器凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继电器叫时间 继 电 器(Ti me D e l a y Re l a y)。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一般有通电延时型和断电延时型，其符号如图2.9所示。时间继电器种类很多，常用的有电磁阻尼式、空气阻尼式、电动式，新型的有电子式、数字式等时间继电器。1.4.4行程开关行 程 开 关(Tr a v e l Sw i t c h)又称限位开关，是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。它是通过其机械结构中可动部分的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械的电气控制。从结构看，行程开关由3个部分组成：操作头，触头系统和外壳。操作头是开关的感测部分，它接受机械结构发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。触头系统是开关的执行部分，它将操作头传来的机械信号，通过本身的转换动作,变换为电信号，输出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。J W系列基本型微动开关习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的行程开关称为微动开关(Se ns i t i o nSw i t c h),图2.1 0为J W系列基本型微动开关外形及结构示意图。J W系列微动开关由带纯银触点的动静触头、作用弹簧、操作钮和胶木外壳等组成。当外来机械力加于操作钮时，操作钮向下运动，通过拉钩将作用弹簧拉伸，弹簧拉伸到一定位置时触头离开常闭触头，转而同常开触头接通。当外力除去后，触头借弹簧力自动复位。微动开关体积小，动作灵敏，适用天在小型机构中使用。由于操作钮允许压下的极限行程很小，开关的机械强度不高，使用时必须注意避免撞坏。L X1 9K型行程开关图2.1 1所示为最典型的L X1 9K型行程开关的结构示意图，它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触桥(桥式动触点)、触头弹簧、恢复弹簧和塑料基座等组成。其中，接触桥采用弹性铜片制造。其工作原理如下：当外界机械力碰压按钮，使它向内运动时，压迫弹簧，并通过弹簧使接触桥由与常闭静触头接触转而同常开静触头接触。此时，触头弹簧和接触桥本身的弹性都有助于使触头转换加速，起到了瞬动机构的作用。当外界机械力消失后，恢复弹簧使接触桥重新自动恢复到原来的位置。L X 1 9系列开关配有动合触头、动断触头各一对。该系列行程开关是以L X 1 9 K型元件为4 基础，装上金属或塑料的保护外壳，增设不同的滚轮和传动杆，就可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。如装设传动杆的S X 1 9-0 0 1型行程开关、装设单轮的L X 1 9 T 1 1、1 2 2、1 3 1、型行程开关、装设双轮的L X 1 9-2 1 2、2 2 2、2 3 2型行程开关。单滚轮行程开关在外力去掉后，触点能依靠弹簧自动复位。双滚轮行程开关在撞块通过其中一滚轮时，使开关动作。当撞块离开滚轮后，开关不能自动复位。直到撞块在返回行程中撞击另一滚轮时，开关才复位。这种开关具有记忆功能，在某些情况下，可使线路简化。J L X K 1系列行程开关在上 述L X 1 9系列行程开关使用中，由于有较大的机械碰撞和磨擦，只适用于低速的机械。为了控制运动速度较高的机械,行程开关必须快速而可靠地动作,以减少电弧对触头的电侵蚀。为此，在J L X K 1系列行程开关中采用了触头的速动机构。J L X K 1系列行程开关头部的操作机构可在相差9 0 的4个方向任意安装，而且能够通过调整撞块的位置和方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要求。图1.2 4。J L X K 1-1 1 1型行程开关结构原理图。其动作原理是：当运动机构制子的移动压到行程开关滚轮上时，传动杠杆带动轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到相当位置时，推动钮使微动开关快速动作。当滚轮上的制子移开后，复位弹簧就使行程开关各部分自动恢复原始位置。这种单轮自动恢复式行程开关是依靠本身的恢复弹簧来复原，在生产机械的自动控制中应用较广泛。双轮旋转式行程开关，一般不能自动复原，而是依靠运动机械反向移动，制子碰撞另一个滚轮将其复原。这种双轮非自动恢复式行程开关结构较为复杂，价格较贵，但运行较为可靠，仍广泛用于需要的地方。滚轮式行程开关由于带有瞬动机构，故触点切断速度快。国产行程开关的种类很多，目前常用的还有L X 2 1、L X 2 3、L X 3 2、L X K 3等系列。近年来国外生产技术不断引入，引进生产德国西门子公司的3 X E 3系列行程开关，规格全、外形结构多样、技术性能优良、拆装方便、使用灵活、动作可靠，有开启式、保护式两大类；单轮、双轮滚轮摆杆可调、杠杆可调和弹簧杆等行程开关的符号如图2.1 2所示。1.4.5热继电器热 继 电 器(T herma l ov er-loa d R ela y)是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步电动机的过载保护。热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。主要层材料采用较高膨胀系数的铁银格合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁银合金。因此，这种双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。双金属片有直接、间接和复式3种加热方式。直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间接加热两种加热形式的结合。热继电器的基本工作原理如图2.1 3所示。发热元件串联于电动机工作回路中。电机正常运转时，热元件仅能使双金属片弯曲，还不足以使触头动作。当电动机过载时，即流过热元件的电流超过其整定电流时，热元件的发热量增加，使双金属片弯曲得更厉害，位移量增大，经一段时间后，双金属片推动导板使热继电器的动断触头断开，切断电动机的控制电路，使电机停车。为了使热继电器触头快速动作，往往采瞬跳动作结构。热继电器的电气符号如图2.1 4所示。热继电器的整定值是指热继电器长久不动作的最大电流，超过此值即动作。热继电器的整定电流可以通过热继电器所带的专门的调节旋钮进行调整。热继电器的型号也很多。目前较新型的有：国产的J R 1 6、J R 2 0双多属片式热继电器，引进德国西门屋-芬纳尔公司制造技术生产的J R-2 3 (K D 7)系列热过载继电器，与A B B公司的B系列交流接触器配套的T系列热继电器，引进德国西门子公司制造技术生产的J R S 3 (3 U A)系列热过载继电器等产品。1.5 其他常用电器1.5 .1低压熔断器熔 断 器(F u s e)是一种利用熔体的熔化作用而切断电路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系统，作为线路的过负载及系统的短路保护用。熔断器的作用原理可用保护特性或安秒特性来表示。所谓安秒特性是指溶化电流与熔化时间的关系，如 表1.1和 图1.3 0所示。熔断电器1.2 5 I R T1.6 I R T2 I R T2 .5 I R T3 I R T4 I R T熔断时间OOlh4 0s8 s4.5 s2.5 s熔断器作为过负载及短路保护电器具有分断能力高、限流特性好、结构简单、可靠性高、使用维护方便、价格低又可与开关组成组合电器等许多优点，所以得到广泛的应用。熔断器是由熔断体及支持件组成。熔断体常制成丝状或片状，熔断体的材料一般有两种：一种是低熔点材料如铅锡合金、锌等；另一种是高熔点材料如银、铜等。支持件是底座与载熔件的组合。支持件的额定电流表示配用熔断体的最大额定电流。熔断器有很多类型和规格，如有填料封闭管式RT型、无填料封闭管式R M型、螺旋式R L型、快速式R S型、插入式R C型等，熔体额定电流从最小的0.5 A（F A 4型）到最大的2 1 00A （R S F型），按不同的形式有不同的规格。图1.3 1所示为R L 1型螺旋式熔断品结构图。熔断器由瓷帽1、金属管2、指示 器3、熔 管4、瓷 套5、下接线端6、上接线端7和瓷座8等组成。熔管为封闭有填料管式熔断体，它由变截面熔体及高强度瓷管、石英砂等组成。当线路发生过负截或短路时，故障电流通过熔体，熔体被加热、熔化、汽化、断裂而产生电弧。在电弧的高温作用下，熔体金属蒸气迅速向四周喷溅，石英砂使金属蒸气冷却，加速了电弧的熄灭，熔体熔断而切断了故障电路。有填料管式熔断器具有较好的限流作用，因此，各种形式的有填料管式熔断器得到了广泛的应用。目前，较新式的熔断器有取代R L 1的R L 6、R L 7型螺旋式熔断器；取 代R T O的R T 1 6、R T 1 7、R T 2 0型有填料管式熔断器；取 代R S O、R S 3的R S、R S F型快速熔断器；取 代R L S的R L S 2型螺旋式快速熔断器。另外，还有取代R 1型下班管式熔断器并可用于二次回路的RT 1 4、RT 1 8,RT 1 9 B型有填料封闭管式圆筒形熔断器。L 5.2低压隔离器低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔离功能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的含义是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。近十余年来,隔离开关和隔离器的发展非常迅速，常用产品除了 H D 1 1-H D 1 4及H S1 1-H S1 3 (B)系列外，很多都是新开发或引进国外技术生产的新产品，这些产品在结构及技术性能上都较好，代表相当的领先水平。H R3系列熔断器式刀开关适用于交流5 0 H z、额定电压3 8 0 V和直流电压4 4 0 V、额定电流1 0 0-6 0 0 A的工业企业配电网络中，作为电缆、导线及用电设备的过负载和短路保护，以及在网络正常供电的情况下不频繁地接通和切断电源，如图1.3 2所示。熔断器式开关是由RT 0型熔断器、静触头、操作机构和底座组成的组合电器。它具有熔断器和刀开关的性能，在正常馈电的情况下，接通和切断电源由刀开关承担，熔断器用作导线和用电设备的短路保护或导线的过负载保护。H R3系列开关都装有灭弧室，灭弧室是由酚醛纸板和钢板冲制的栅片钾合而成。熔断器式刀开关的熔断体固定在带有弹簧钩子锁板的绝缘横梁上，在政常运行时，保证溶断体不脱扣，而当熔断体因线路故障而熔断后，只需按下钩子便可以很方便地更换熔断体。1.5.3低压断路器低压 断 路 器（Automatic Cicuit Breaker）按结构形式分为万能式和塑料外壳式两类。其中，万能式原称作框架式断路器，为 与IEC标准使用的名称相符合,已改称为万能式断路器。低压器断路器又称作自动空气断路器，简称自动空气开关或自动开关。低压断路器与接触器不同的是，虽然允许切断短路电流，但允许操作的次数较低，不适宜频繁操作。低压断路器主要由触头系统、操作机构和保护元件3部分组成。主触头由耐弧 合 金（如银鸨合金）制成，采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通断可用手柄操作，也可用电磁机构操作，大容量的断路器也可采用电动机操作；自动脱扣装置可应付各种故障，使触点瞬时动作，而与手柄的操作速度无关。低压断路器的工作原理如图1.33所示。它相当于闸刀开关、熔断器、热断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种自动切断电路故障用的保护电器。政常工作时主触头1串联于主电路，处于闭合状态，此时锁键2由搭钩3勾住。自动开关一旦闭合后，由机械连锁保持主触头闭合，而不消耗电能。锁 键2被扣住后，分断弹簧13被拉长，储蓄了能量，为开断作准备。过电流脱扣器12的线圈串联于主电路，当电流为正常值时，衔铁吸力不够，处于打开位置。当电路电流超过规定值时，电磁吸力增加，衔 铁11吸合，通过杠杆5使搭钩3脱开，主触 点1在 弹 簧13作用下切断电路，这就是过电流保护；当电压过低（欠压）或失压时，欠电压脱扣器8的衔铁7释放，同样由杠杆使搭钩脱开，切断电路，实现了失压保护；过载时双金属片10弯曲，也通过杠杆5使搭钩3脱开，主触点电路被切断，完成过负荷保护。图L 33中其他分别是：转 轴4、弹 簧6、加热电阻丝9。低压断路的新型号很多,有用引进技术生产的,如C 4 5、S 2 5 0 S、E 4 C B、3 V E、M E、A E等系列，有国内开发研制的,如C M 1、D Z 2 0系列。在2 0世 纪9 0年代,部分生产厂与国外企业合资建厂引进技术及零件，生产具有当代水平的新型断路器 如S、F、M系列等，使我国断路器生产在某些方面达到新的水平。C 4 5、D P N、N C 1 0 0小型塑料外壳系列断路器是中法合资天津梅兰有限公司用法国梅兰日兰公司的技术和设备制造的产品，适用于交流5 0 Hz或Hz,额定电压为2 4 0/4 1 5 V及以下的电路中，作为线路、照明及动力设备的过负载与短路保护,以及线路和设备的通断转换。该系列断路器也可用于直流电路。D Z 2 0系列断路器是我国2 0世 纪8 0年代以来研制的作为替代D Z 1 0等系列老产品的新型断路器，是目前国内应用得最多的断路器之一。D Z 2 0系列断路器适用于交流5 0 Hz、额定电压3 8 0 V及以下，直流电压2 2 0 V及以下网络中，作配电和保护电机用。在正常情况下，可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动用，其外形如图1.3 4所示，技术数据详见附录1表1.6。1.5.4主令电器主 令 电 器(M as t e r S w i t c h)是电气控制系统中用于发送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。在控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转。主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电磁式电器间接作用。由于它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万能转换开关等。控制按钮控 制 按 钮(P u s h-b u t t o n)是一种结构简单，应用广泛的主令电器，在控制回路中用于远距离手动控制各种电磁机构，也可以用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。控制按钮的基本结构如图1.35所示，一般由钮帽1、恢复弹簧2、桥式动触头4、静触头3和外壳5等组成。当按下按钮时，先断开常闭触头，然后接通常开触头。当按钮释放后，在恢弹簧作用下使按钮自动复原。这就是一般的按钮，通常称为自复式按钮，也有带自保持机构的按钮，第一次按下后，由机械结构锁定，手放开后不复原，要第二次按下后，锁定机构脱扣，手放开后自动复原。生产控制中，按钮常常成组使用。为了便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常在按钮上作出不同标志或涂以不同的颜色。通常以绿色或黑色表示起动按钮，红色表示停止按钮。国内生产的按钮种类很多，目前用得最多的仍然是LA18、LA19、LA20系列。万能转换开关万能转换开关(Control Sw itch)是一种多挡式、控制多回路的主令电器。它一般可用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的转换开关,或作为小容量电动机的起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用途广，故有“万能”之称。万能转换开关的基本结构如图1.36所示。它由开关手柄1、面 板2、固定板3、定位机构4、触头基座5、尾 座6以及转轴，凸轮、触头、螺杆等组成。工作时，旋转手柄带动套在转轴上的凸轮来控制触点的接通和断开。由于每层凸轮可做成不同的形状，因此用用柄将开关转到不同位置时，通过作用，可使各对触点按所需要的变化规律接通或断开，以适应不同线路的需要。我国生产的转换开关种类很多。长久以来，使用得最多的主要有L W 2、L W 5.L W 6、L W X 1 等几种，这些开关以黑胶木为主要绝缘材料，绝缘强度和机械强度较差，加之触头机构复要，外观比较粗糙，外形比较大，因此质量一直不能使用户满意。近年来，新材料、新技术不断推广，一批新型开关已经上市，其中最有代表性的有国内技术生产的L W 1 2-1 6 系列万能转换开引进A B B 技术生产的A B G 1 0系列开关、A D A 1 0转换开关、A B G 1 2 万能转换开关等。最常见的国外时口万能转换开关是奥地利生产的蓝系列开关，此开关性能优越，外观也比较好看，但其通断图表不符合国内用户习惯，所以不易使用。万能转换开关组合形式多样，通断关系十分复杂。要掌握电气控制设计，熟悉开关通断图表是非常重要的。下面以A B G 1 2-2.8 N/3 电动机可逆转开关为例，简要介绍开关触点图表的基本表示方法。图 1.3 7 (a)为触点通断图，图中3条垂直虚线表示转换开关手柄的3个不同操作位置，分别代表正转、停止和反转3种工作状态；水平线表示端子引线；各对 数 字 1-2、3-4 表 示 6对触点脚号；在虚线上与水平线对应的黑点表示该对触点的虚线位置时是接通的，否则是断开的。图(b)为通断表，它以表格形式示出开关工作状态、手柄操作位置和触点对编号等。通常表中以“X”号表示触点接通，以“一”号或空白表示触点断开。如表中，手柄位于中间时，电动机停止；手柄逆时针旋转4 5 触 点 1-2、3-4、7-8,和 9-1 0 接通。不难看出，通断图和通断表是一一对应的两种表示方法，因此，它们也可以合在一起，组成通断图表。特别需要指出的是，对于一些触点形式特别复杂的开关，如 LW2、LWX1 系列等，通断图表上还有必要示出其各层的触点形式代号。限于篇幅，本章不作介绍。近十年来，低压电器技术迅速发展，更新换代产品日益增多。为了便于正确选择和使用低压电器，现列出低压电器的使用类别代号及其对应的用途性质，见附 录 1 表 1.3。工作状态手柄位置触点号1-23-45-67-89-1011-12正转XXXX停止反转XXXX1.6常用电气元件图形符号原理、接线图图形符号安装图图形符号基本电气控制线路2.1电气设备简单的起停保控制线路2.2多地点控制线路2.3异步电机正、反转电气控制线路2.4异步电机“Y-”降压起动电气控制线路常用电器元件的选择3.1 按钮按钮是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器选择依据是：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等;电压等级、