机床电气控制与PLC技术(西门子系列)(全彩)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：汪建武

出版社：电子工业出版社

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机床电气控制与PLC技术(西门子系列)(全彩)试读：

本书可作为高职高专院校机电一体化、电气自动化等自动化类专业的课程教材，也可作为广大电工技术爱好者、求职者、职业培训人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据机床电气控制与PLC技术：西门子系列/ 汪建武主编.—北京：电子工业出版社，2013.6全国高等职业教育机电类专业规划教材ISBN 978-7-121-20451-7Ⅰ.①机…　Ⅱ.①汪…　Ⅲ.①机床－电气控制－高等职业教育－教材②plc技术－高等职业教育－教材　Ⅳ.①TG502.35②TM571.6中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第103990号策划编辑：王昭松责任编辑：王昭松　特约编辑：徐　岩印　　刷：装　　订：出版发行：电子工业出版社　　　　　北京市海淀区万寿路173信箱　邮编 100036开　　本：787×1 092　1/16　印张：15.75字数：403.2千字印　　次：2013年6月第1次印刷印　　数：3 000册　定价：35.00元

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本书是中国职业教育学会教学质量保障与评估委员会“‘双证融通’模式下课程体系重新构建的研究”课题的成果之一。“双证融通”即通过学历证书与职业资格证书两类证书内涵的衔接与对应，实现学历教育与职业资格培训的融通，实现“一教双证”。“双证融通”是在职业教育新形势下应运而生的教学改革举措，是对传统职业教育和职业资格鉴定内涵的调整和充实。对于机电一体化、电气自动化等自动化类专业来说，最主要的职业资格证书是“维修电工”（中高级）。“机床电气控制与PLC技术”课程遵循机电一体化技术专业人才培养方案要求，培养学生安全用电，电器元件，识图与绘图，典型机床控制线路，机床PLC控制、调试与维护等专业知识和相关技能；比照维修电工国家职业标准，按照学生职业能力培养的基本规律，将课程内容分为“应知”和“应会”两大学习阶段，“以学跃技”，“以技显能”，以“能否胜任工作任务、能否解决问题”的多元考核为重点；按照人的认知规律从简单到综合，逐步递进，螺旋上升，构建“工作过程系统化”的课程知识体系。

本书共设9个项目。项目1从安全用电入手介绍了常用低压电器，如刀开关、低压断路器、熔断器、接触器、继电器、主令电器等，进行了常用低压电器的选择与使用的技能训练；项目2介绍了继电-接触器控制电路，包括电气识图的知识与技能及三相异步电动机的启动、运行和制动控制电路，进行了基本电气控制线路的安装与调试的技能训练；项目3为典型机械设备的电气控制线路的介绍，包括最为常见的C650型车床、XA6132型万能铣床、Z3040型摇臂钻床和T68型卧式镗床等典型机床的控制线路，并进行了典型机械设备的电气线路的安装与故障排除的技能训练；项目4为可编程控制器基础，主要介绍了S7-200系列PLC的内部元器件及主要技术指标；项目5为PLC的编程与通信，包括硬件连接及参数设置、通信设置、调试与监控等，最后给出了PLC编程软件的使用及程序运行与监控的技能训练；项目6和项目7分别介绍了S7-200系列PLC基本指令和功能指令的运用，并以实际案例进行技能训练；项目8为常用的PLC程序设计方法及应用，介绍了经验设计法、顺序控制设计法、时序图设计法及其相关应用；项目9介绍了S7-300系列PLC的基础知识，并给出了相应的技能训练。

本书由汪建武任主编，李方园任副主编，胡焕啸、张东升、叶明、郑振杰、徐咏梅、邹锋、程立章、汪志敏、李亚峰、杨帆、钟晓强等参与了编写工作。

在编写过程中，得到了西门子公司、宁波钢铁有限公司、常州米高电子科技有限公司相关人员的帮助并提供了相当多的典型案例和维护经验；同时在编写中曾参考和引用了国内外许多专家、学者最新发表的论文和著作等资料，中国传动网为本书提供了最新的项目案例，在此一并致谢！编　者2013年2月项目1　常用低压电器基础【导读】

电器分为低压电器和高压电器。低压电器一般是指在交流50Hz、额定电压1200V或直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。大多数用电行业及人们的日常生活中都采用低压供电，低压供电的输送、分配、保护及设备的运行和控制是靠低压电器来实现的，因此低压电器的应用十分广泛，是维修电工必须熟悉的内容。本项目主要介绍刀开关、断路器、熔断器、接触器、继电器、主令电器等低压电器的工作原理、用途及选型原则。【应知】

※ 熟悉安全用电的基本知识；

※ 熟悉常用低压电器的图形符号及文字符号；

※ 掌握常用低压电器的工作原理及作用；

※ 掌握常用低压电器的选用方法。【应会】

☆ 能准确认识低压电器，并应用到实际线路中；

☆ 能熟练认知低压电器的图形和文字符号；

☆ 能使用万用表等工具检测低压电器是否正常；

☆ 能通过查阅资料对低压电器进行选型。1.1　安全用电

电能作为一种最基本的能源，是国民经济及人们日常生活中不可缺少的。电本身看不见、摸不着，它具有潜在的危险性。只有懂得了用电的基本常识，掌握了用电的基本规律，并按照操作规程办事，电才能很好地为人民服务，否则可能会造成意想不到的事故，轻则导致电气故障，使人触电受伤，重则导致电气设备损坏，致人死亡，甚至引起重大火灾事故。所以，掌握安全用电常识关系到人们的生命财产安全，必须高度重视。1.1.1　电压等级与安全电压

根据欧姆定律，电阻一定时，电压越高电流也就越大。通常情况下，皮肤干燥（空气不潮湿，人体不出汗）时，人体电阻大约为6～10kΩ，有时甚至高达100kΩ。人体电阻主要是皮肤电阻，表皮0.05～0.2mm厚的角质层的电阻很大，但角质层容易被破坏，去掉角质层的皮肤电阻约为800～1200Ω，内部组织的电阻约为500～800Ω。若把可能加在人身上的电压限制在某一范围内，使得在这种电压下通过人体的电流不超过允许值（＜6mA），这一电压就叫做安全电压。

我国规定带电体对地电压250V为界，250V以上为高压，250V以下为低压。适用于不同场所的直流或交流工频有效值的安全电压等级有42V、36V、24V、12V和6V。

通常情况下，不高于36V的电压对人体是安全的，所以我国通用的安全电压标准为36V。对特别容易导电、潮湿、狭窄的场所，如金属容器内、隧道内、矿井内及周围有大面积接地导体的环境，以12V为安全电压。一般情况下，36V、24V、12V是常用的三个安全电压级别。1.1.2　触电与预防

人体是导体，人体上加有电压时，就会有电流通过人体。当通过人体的电流很小时，人没有感知；当人体流过工频交流1mA或直流5mA左右的电流时，人体就会有麻、刺、痛的感觉。一般来说，10mA以下工频交流电流和50mA以下直流电流流过人体时，人能摆脱电源，故危险性不大。

当人体流过工频交流20～50mA或直流80mA电流时，人就会产生麻痹、痉挛、强烈刺痛等感觉，出现血压升高、呼吸困难等症状，自己不能摆脱电源，故有生命危险。当人体流过100mA以上电流时，在很短的时间内就会使人窒息，心跳停止。

流过人体的电流越大、触电时间越长，后果就越严重。有保护状态下的安全电流为50mA，无保护状态下的安全电流为10mA，超过这个数值，就会对人体造成伤害。另外，触电部位对触电后果也有很大的影响，触电电流流过呼吸器官和神经中枢时，危害程度较大；触电电流流过心脏时，危害程度更大；触电电流流过大脑时，会使人立即昏迷。心脏病、内分泌失调、肺病、精神病患者在同等情况下，危害程度更大些。

在三相四线制的输电网络中，工厂动力用电的火线与火线之间的电压是380V，家庭照明用电的火线与零线之间的电压是220V，绝不能同时接触两根火线或同时接触火线与零线，零线是接地的，所以火线与大地之间的电压也是220V，一定不能在与大地连通的情况下接触火线。1.1.3　几种触电类型

1.人接触了火线与火线、火线与零线或火线与大地而触电（1）单相触电　人体接触一根火线的同时又与零线或大地接触所造成的触电。单相触电是最为常见的触电类型。（2）两相触电　人体同时接触两根火线所造成的触电。当人体同时接触两相火线时，380V线电压直接作用于人体，这种触电非常危险，更不用说10kV、35kV、110kV、220kV等高压输电线路的两相触电了。

2.跨步电压触电

三相输电线路中若有一相断落触地时，电流通过落地点流入大地，这时，以地面上电流入地点为圆心，在大约20m范围内的不同圆周上具有不同的电位，距离落地点越近，电位越高，距离落地点越远，电位越低。人行走时，两脚跨在地面上电位不同的两点所承受的电压称为跨步电压，由此引起的触电事故称为跨步电压触电。实际上，跨步电压对人体比较危险的影响范围大约在距电流入地点10m左右的圆形区域。为避免这类触电事故发生，要求人们不要走近电力系统的接地装置附近及电网断线触地点10m以内的地面。如必须通过可能存在跨步电压的区域时，可采用单脚站立或双脚并拢蹦跳的方式行进。

3.雷击触电

雷击触电是雷雨云对地面上的突出物产生放电造成的触电，它是一种特殊的触电形式。雷击感应电压高达几十万至几百万伏，其能量可以把建筑物摧毁，使可燃物燃烧，把用电设备击穿、烧毁，造成人身伤亡，危害性极大。目前，一般通过避雷设施将强大的电流引入地下以避免雷电的危害。1.1.4　触电急救及触电预防

触电急救的基本原则是动作迅速、方法正确。当发现有人触电时，除应及时呼救、报警、求援外，还应当使触电者迅速脱离电源，就近断开电源开关。若触电场所距离电源开关较远，可用有绝缘柄的电工钳或木柄干燥的斧头切断电线，断开电源；或用干木板等绝缘物插入触电者身下，以隔断电流通路。当电线搭落在触电者身上或被压在触电者身下时，可用干燥的衣服、手套、绳索及木棒等绝缘物作为工具，拉开触电者或拉开电线，使触电者迅速脱离电源。

触电者脱离电源后，应立即将其抬到空气流通良好的地方静卧休息。若触电者呼吸困难，有痉挛现象，甚至呼吸、心跳停止，要马上实施人工呼吸等心肺复苏抢救措施，并请医生及时诊治。注意，千万不要给触电者打强心剂，也不要拼命摇动触电者或强行扶触电者行走，这样会使触电者的情况恶化。

触电事故的发生，大多是由于不重视安全用电、违反操作规程而引起的，因此要预防触电须做好以下工作。

① 合理使用安全工具，遵守操作规程。专业人员在安装检修电气设备时，应先切断电源，切勿带电操作。必须使用试电笔等验电工具检测设备或导线等是否带电，切不可用手触摸测试。操作电气设备时，应穿绝缘良好的胶底鞋、塑料鞋。在配电屏等电气设备周围的地面上，应放置干燥的木踏板或橡胶垫。

② 正确使用和安装电气设备或器材。各种电气设备和器材都有其规定的适用范围，导线和熔断器等都有一定的规格，必须合理选择和正确使用。电气设备都应装设必要的保护装置，如熔断器、自动开关、漏电保护器等。当设备发生短路、漏电或人身触电时，要能及时自动切断电源。电气设备的金属外壳一定要确保良好接地或保护接零。照明线路的开关应装在火线上，不应装在零线上。

③ 定期检修电气设备，防止绝缘部分破损或受潮。对于正常情况下带电的导体，应保持其绝缘良好，并定期检查。对家用电器及移动式电器如手提灯、手电钻等，其电源线有破损老化时要及时更换。外露的电线接头处要用黑胶布、塑料胶带等绝缘材料包扎牢固。为防止电线受损，严禁在导线上挂东西或将导线挂在铁钉上等。

④ 对于有操作人员经常接触的电气设备，应使用36V以下的安全电压。

⑤ 不靠近高压带电体。1.2　低压电器的分类与灭弧方法

电器是所用电工机械的简称，它能够对电能的产生、分配起控制与保护作用。由这些电器组成的自动控制系统称为电气控制系统。根据工作电压不同，电器通常划分为高压电器和低压电器。今后学习中以低压电器为主。1.2.1　低压电器的分类

低压电器的种类繁多，可按照以下方法分类。（1）按用途分类

① 控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器、启动器等。

② 配电电器。用于电能的输送和分配的电器，如高压断路器等。

③ 主令电器。用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、转换开关等。

④ 保护电器。用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。

⑤ 执行电器。用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。（2）按动作分类

① 自动切换电器。它依靠电器本身参数的变化或外来信号，如电流、电压、温度、压力、速度、热量等，自动完成接通、分断或使电机启动、反向及停止等动作，如接触器、继电器等。

② 手控电器。它依靠外力直接操作来进行切换等动作，如按钮等。

电器按其执行机能还可分为有触点电器和无触点电器。1.2.2　电弧与灭弧方法

触点在通电状态下动、静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触点金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须采取一定的措施使电弧迅速熄灭。

常用的灭弧方法有增大电弧长度、冷却弧柱、把电弧分成若干短弧等。灭弧装置就是根据这些原理设计的。（1）电动力灭弧　电动力灭弧示意图如图1-1所示。桥式触点在分断时本身就具有电动力灭弧功能，无须任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。（2）磁吹灭弧　在触点电路中串入吹弧线圈，如图1-2所示。该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触点周围，其方向由右手定则确定（如图中“×”所示）。触点间的电弧所产生的磁场，其方向如图中“⊙”和“⊗”所示。

这两个磁场在电弧下方方向相同（叠加），在电弧上方方向相反（相减），所以电弧下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为F所指的方向，在F的作用下，电弧被吹离触点，经引弧角引进灭弧罩，使电弧熄灭。1—静触点；2—动触点；3—电弧图1-1　电动力灭弧示意图1—静触点；2—动触点；3—电弧图1-2　磁吹灭弧示意图1—磁吹线圈；2—绝缘套；3—铁芯；4—引弧角；5—导磁夹板；6—灭弧罩；7—动触点；8—静触点

　　　　图1-3　栅片灭弧示意图1—灭弧栅片；2—触点；3—电弧（3）栅片灭弧　灭弧栅是一组薄铜片，它们彼此间相互绝缘，如图1-3所示。电弧进入栅片时被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极，每两片灭弧栅片之间都有150～250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。基于上述原因，电弧进入栅片后就会很快熄灭。由于栅片灭弧装置的灭弧效果在交流时要比直流时强得多，因此在交流电器中常采用栅片灭弧。1.3　刀开关

刀开关又称闸刀开关或隔离开关，是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器，主要用在低压成套配电装置中，作为不频繁地手动接通和分断交直流电路或作隔离开关用。也可以用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机等。

刀开关由操作手柄、动触刀、触点座、铰链和底板等组成。刀开关的结构如图1-4所示，刀开关的图形符号及文字符号如图1-5所示。1—操作手柄；2—触点座；3—动触刀；4—铰链；5—底板图1-4　刀开关的结构图1-5　刀开关的图形符号及文字符号

常用的刀开关有HD型单投刀开关、HS型双投刀开关（刀形转换开关）、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关和HH型铁壳开关等。注意：接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后动触刀与电源隔离，可防止意外事故的发生。在安装使用铁壳开关时应注意安全，既不允许随意放在地上操作，也不允许面对着开关操作，以免万一发生故障而开关又分断不下时铁壳爆炸飞出伤人。应按规定把开关垂直安装在一定高度处。开关的外壳应妥善接地，并严格禁止在开关上方搁置金属零件，以防它们掉入开关内部酿成相间短路事故。1.4　低压断路器

低压断路器（又称自动空气开关或自动空气断路器）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除了起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器的分类方式很多，按使用类别分为选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调），按灭弧介质分为空气式和真空式（目前国产多为空气式）。低压断路器容量范围很大，最小为4A，最大可达5000A。低压断路器广泛应用于低压配电系统、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制与保护中。1.4.1　低压断路器的结构及工作原理1—分闸弹簧；2—主触点；3—传动杆；4—锁扣；5—过电流脱扣器；6—过载脱扣器；7—失电压脱扣器；8—分励脱扣器图1-6　低压断路器工作原理图

低压断路器主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成。主触点由耐弧合金制成，采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣，触点通断瞬时动作与手柄操作速度无关，其工作原理图如图1-6所示。断路器的主触点2是靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自动脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开，于是主触点在弹簧的作用下迅速分断。过电流脱扣器5的线圈和过载脱扣器6的线圈与主电路串联，失电压脱扣器7的线圈与主电路并联，当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣机构动作。当电路失压时，失电压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣机构动作；分励脱扣器8则作为远距离分断电路使用，根据操作人员的命令或其他信号使线圈通电，从而使断路器跳闸。断路器根据用途不同可配备不同的脱扣器。1.4.2　低压断路器的主要参数及电气符号

低压断路器主要包括以下几个技术参数。（1）额定电压　断路器的额定工作电压在数值上取决于电网的额定电压等级，我国电网标准规定为AC 220V、380V、660V、1140V及DC 220V、440V等。应该指出，同一断路器可以规定在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。（2）额定电流　断路器的额定电流就是过电流脱扣器的额定电流，一般是指断路器的额定持续电流。（3）通断能力　开关电器在规定的条件下（电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数），能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。图1-7　断路器的图形符号及文字符号（4）分断时间　指切断故障电流所需的时间，包括固有的断开时间和燃弧时间。

断路器的图形符号及文字符号如图1-7所示。1.4.3　低压断路器的选用

选择低压断路器时应从工作条件出发，主要考虑下列因素。

① 断路器的额定工作电压应大于或等于电路与设备的额定工作电压。对于配电电路来说，应注意区别是电源端保护还是负载端保护，电源端电压比负载端电压高约5％左右。

② 断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。

③ 断路器的过载脱扣整定电流应等于负载工作电流。

④ 断路器的额定通断能力大于或等于电路的最大短路电流。

⑤ 断路器的欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。1.5　熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供电线路和电气设备的短路保护电路中。熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断，相当于一根导线；当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护的目的。1.5.1　熔断器的结构及工作原理

常用的熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的外壳两部分组成，结构如图1-8所示。其中熔体是熔断器的核心，通常用低熔点的铅锡合金、锌、铜、银的丝状或片状材料制成。新型的熔体通常设计成灭弧栅状和具有变截面的片状结构，外壳则由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用，如图1-9所示为熔断器的型号和意义。1—瓷底座；2—动触点；3—熔体；4—瓷插件；5—静触点1—瓷帽；2—熔体；3—底座图1-8　熔断器的结构

电流通过熔体时产生的热量与电流的平方、电流通过的时间成正比，因此电流越大，熔体熔断的时间越短，这一特性称为熔断器的保护特性（或安秒特性）。如图1-10所示为熔断器安秒特性图。熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这样就能满足短路保护的要求。由于熔断器对过载反应不灵敏，不宜用于过载保护，主要用于短路保护。常用熔体的安秒特性见表1-1。图1-9　熔断器的型号及意义图1-10　熔断器安秒特性图表1-1　常用熔体的安秒特性1.5.2　熔断器的主要参数及电气符号

熔断器主要包括以下几个技术参数。（1）额定电压　从灭弧角度定义，额定电压是保证熔断器能长期正常工作的电压。如果熔断器的实际工作电压超过额定电压，则一旦熔体熔断，就可能发生电弧不能及时熄灭的现象。（2）熔体额定电流　在熔体长期通电的工作条件下，电流通过熔体而熔体不熔断的最大电流。（3）熔断器额定电流　是指保证熔断器能长期正常工作的电流，它由熔断器各部分长期工作时所允许的温升决定。该额定电流应不小于所选熔体的额定电流，且在额定电流范围内，不同规格的熔体可装入同一熔壳内。图1-11　熔断器的图形符号和文字符号（4）极限分断能力　指熔断器在额定电压下所能分断的最大短路电流值。它取决于熔断器的灭弧能力，与熔体的额定电流大小无关。一般有填料的熔断器分断能力较强，可达数十到数百kA。较重要的负载或负载距离变压器较近时，应选用分断能力较强的熔断器。

熔断器的图形符号和文字符号如图1-11所示。1.5.3　熔断器的选用

在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的形式，然后确定熔体的参数，再根据熔体确定熔断器的规格。（1）熔断器类型的选择　选择熔断器的类型时，主要根据电路要求、使用场合、安装条件、负载要求的保护特性和短路电流的大小等进行选择。电网配电一般用封闭管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用插入式熔断器；保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器。（2）熔断器额定电压的选择　熔断器的额定电压应大于或等于电路的工作电压。（3）熔断器熔体额定电流的选择

① 对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流I应略大fN于或等于负载电流I，即I≥I；fN

② 保护一台电动机时，考虑电动机启动电流的影响，熔体的额定电流按I≥（1.5～2.5）I计算，I为电动机额定电流（A）；fNNN

③ 保护多台感应式电动机时，若各台电动机不同时启动，熔体的额定电流按I≥（1.5～2.5）I+∑I计算，I为容量最大的一fNN maxNN max台电动机的额定电流（A），∑I为其余电动机额定电流的总和N（A）。（4）熔断器额定电流的选择　熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。1.6　接触器

接触器是能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。接触器在电力拖动和自动控制系统中使用量大、涉及面广，具有欠（零）电压保护功能。接触器的主要控制对象是电动机，也可以用于其他电力负载，如电热器、电焊机、电炉变压器等。

根据接触器主触点通过电流的种类不同，可分为交流接触器和直流接触器。交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、分断交流主电路，交流接触器的灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。直流接触器线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路，直流接触器铁芯中不产生涡流和磁滞损耗，因此不发热，铁芯可用整块钢制成，为了散热良好，通常将线围绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器灭弧较难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。1.6.1　接触器的结构及工作原理

接触器主要由电磁系统、触点系统和灭弧装置等组成，其外形如图1-12所示。图1-12　接触器的外形（1）电磁系统　电磁系统包括动铁芯（衔铁）、静铁芯和电磁线圈三部分，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。铁芯用相互绝缘的硅钢片叠压而成，以减少交变磁场在铁芯中产生涡流和滋滞损耗，避免铁芯过热。铁芯上装有短路铜环，以减少衔铁吸合后的振动和噪声。线圈一般采用电压线圈（线径较小，匝数较多，与电源并联）。交流接触器启动时，铁芯气隙较大，线圈阻抗很小，启动电流较大，衔铁吸合后，气隙几乎不存在，磁阻变小，感抗增大，这时的线圈电流显著减小。交流接触器线圈在其额定电压的85％～105％时，能可靠地工作，电压过高，则磁路趋于饱和，线圈电流将显著增大，线圈有被烧坏的危险；电压过低，则吸不牢衔铁，触点跳动，不但影响电路正常工作，而且线圈电流会达到额定电流的十几倍，使线圈过热而烧坏。因此，电压过高或过低都会造成线圈因发热而烧毁。（2）触点系统　触点是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触点的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。触点按其原始状态可分为常开触点（动合触点）和常闭触点（动断触点）。原始状态（即线圈未通电）时断开而线圈通电后闭合的触点叫常开触点；原始状态时闭合而线圈通电后断开的触点叫常闭触点。线圈断电后所有触点复位，即恢复到原始状态。（3）灭弧装置　交流接触器分断大电流电路时，往往会在动、静触点之间产生很强的电弧。电弧的高温能将触点烧损，一方面损坏触点，减少触点的使用寿命；另一方面延长电路切断时间，甚至引起弧光短路，造成事故。常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置；容量较小（10A以下）的交流接触器一般采用双断口电动力灭弧，容量较大（20A以上）的交流接触器一般采用灭弧栅灭弧。如图1-13所示为金属栅片灭弧示意图。1—灭弧室；2—触点；3—灭弧栅片；4—电弧图1-13　金属栅片灭弧示意图（4）反力装置　该装置由反力弹簧、缓冲弹簧和触点弹簧组成。反力弹簧的作用是当吸引线圈断电时，迅速使主触点和辅助触点断开。缓冲弹簧的作用是缓冲衔铁在吸合时对铁芯和外壳的冲击力。触点弹簧有增大触点之间的压力、保持良好接触、降低接触电阻的作用。（5）支架与底座　用于接触器的固定和安装。

接触器根据电磁原理工作，电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁芯产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，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，使触点复位，即常开触点断开，常闭触点闭合。1.6.2　接触器的主要参数及电气符号

接触器主要包括以下几个技术参数。（1）额定电压　接触器铭牌上标注的额定电压是指主触点的额定电压。交流接触器常用的额定电压等级为220V、380V和660V；直流接触器常用的额定电压等级为220V、440V和660V。（2）额定电流　接触器铭牌上标注的额定电流是指主触点的额定电流。其值是接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负荷为间断—长期工作制时的电流值。交流接触器常用的额定电流等级为10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A；直流接触器常用的额定电流等级为40A、80A、100A、150A、250A、400A和600A。（3）线圈的额定电压　接触器电磁线圈正常工作时的电压值。常用的交流线圈额定电压为380V；直流线圈额定电压等级为110V、220V和440V。（4）接通和分断能力　主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值以下，接通时主触点不应发生熔焊，分断时主触点不应发生长时间燃弧。若超出此电流值，其分断则是熔断器、自动开关等保护电器的任务。

接触器的类别不同，对主触点的接通和分断能力的要求也不一样，而接触器的类别是由控制对象（负载）的控制方式所决定的。在电力拖动控制系统中，常用接触器的使用类别及其典型用途见表1-2。表1-2　常用接触器的使用类别及其典型用途（5）操作频率　指每小时的操作次数。交流接触器的最高操作频率为600次／h，而直流接触器的最高操作频率为1200次／h。操作频率直接影响到接触器的电气寿命和灭弧罩的工作条件，对于交流接触器还影响到线圈的温升。（6）机械寿命和电气寿命　机械寿命是指接触器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作循环次数；电气寿命是指在规定的正常工作条件下，接触器不需修理或更换零件的负载操作循环次数。

接触器的图形和文字符号如图1-14所示。图1-14　接触器的图形和文字符号1.6.3　接触器的选用

选择接触器时应从工作条件出发，主要考虑以下因素。

① 控制交流负载时应选用交流接触器；控制直流负载时应选用直流接触器。

② 接触器的类别应与负载性质相一致。

③ 主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。

④ 主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。如负载为电动机，则额定电流可按下式计算。式中，I为接触器触点额定电流（A）；NC

　P为电动机额定功率（W）；NM

　U为电动机的额定电压（V）。NM

在选用接触器时，其额定电流应大于计算值。若接触器使用在间断运行的场合，则接触器控制电流按80％算，即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流为80A以下的设备；若接触器使用在持续运行的场合，则接触器控制电流按67％～75％算，即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流为67～75A以下的设备；若接触器使用在反复短时工作的场合，则接触器控制电流按116％～120％算，即100A的交流接触器，可以控制最大额定电流为116～120A以下的设备。

⑤ 主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。

⑥ 选择线圈电压。当控制线路较简单时，为了节省资源，可选用380V或220V的电压。当控制线路较为复杂，使用的电器比较多时，从人身和设备安全角度考虑，线圈的额定电压可选得低—些，可用36V或110V的电压。直流接触器线圈的额定电压应视控制电路而定，可选择线圈额定电压与直流控制电路电压一致。1.7　继电器

在机电控制系统中，虽然利用接触器作为电气执行元件可以实现最基本的自动控制，但对于稍复杂的情况就无能为力。在大多数的机电控制系统中，需要根据系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算，然后根据逻辑运算结果去控制接触器等电气执行元件，实现自动控制的目的。这就需要能够对系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算的电器元件，这一类电器元件就称为继电器。

继电器实质上是一种传递信号的电器，它是一种能根据特定形式的输入信号转变其触点开合状态的电器元件。一般说来，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映继电器的输入量，并传递给中间机构，与预定的量（整定量）进行比较，当达到整定量时（过量或欠量），中间机构就执行机构动作，其触点闭合或断开，从而实现某种控制目的。继电器作为系统的各种状态或参量判断和逻辑运算的电器元件，主要起到信号转换和传递的作用，其触点容量较小，所以通常接在控制电路中用于反映控制信号，而不能像接触器那样直接接到有一定负荷的主回路中。这也是继电器与接触器的根本区别。

继电器的种类很多，按所反映信号的种类可分为电流继电器、电压继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器等；按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器和电子式继电器，电磁式继电器按励磁线圈电压不同还可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器；按触点数量和动作时间又可分为中间继电器和时间继电器等。普通继电器的图形和文字符号如图1-15所示。图1-15　普通继电器的图形和文字符号1.7.1　电流继电器

电流继电器的励磁线圈串接于被测电路中，通过检测电路电流的变化，对电路实现过电流与欠电流保护。为了不影响电路工作情况，其线圈要做成匝数少、导线粗、阻抗小的线圈。

电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器两种。欠电流继电器在电路额定电流下正常工作时处于吸合状态，释放电流为额定电流的10％～20％。过电流继电器在电路正常工作状态时不动作，当线圈电流超过某一设定值时才动作，通常设定值为额定电流的1.1～1.4倍。1.7.2　电压继电器

电压继电器的励磁线圈并联于被测电路两端，通过检测电路电压的变化，对电路实现过电压或欠电压保护。为了不影响电路的工作状态，电压继电器线圈要做成匝数多、导线细、阻抗大的线圈。

电压继电器根据其动作电压值的不同分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器三种。过电压继电器在额定电压下不吸合，当线团电压达到额定电压的105％～120％时才吸合动作；欠电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的40％～70％时释放；零电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的5％～25％时释放。1.7.3　中间继电器

中间继电器是用来转换和传递控制信号的元件。它的输入信号是线圈的通电、断电信号，输出信号为触点的动作。它本质上是电压继电器，但还具有触点多（多至6对或更多）、触点能承受的电流大（额定电流5～10A）、动作灵敏（动作时间小于0.05s）等特点。中间继电器的图形和文字符号如图1-16所示。

中间继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点对数及线圈电压种类和规格等。选用时要注意线圈的电压种类和规格应与控制电路相一致。

如图1-17所示是JZ7系列中间继电器的外形结构，其结构和工作原理与接触器类似。该继电器由静铁芯、动铁芯、线圈、触点系统和复位弹簧等组成。其触点对数较多，没有主、副之分，各对触点允许通过的额定电流是一样的，额定电流多数为5A，有的为10A。吸引线圈的额定电压有12V、24V、36V、110V、127V、220V和380V等多种。图1-16　中间继电器的图形和文字符号1—静铁芯；2—短路环；3—衔铁；4—常开触点；5—常闭触点；6—反力弹簧；7—线圈；8—弹簧图1-17　JZ7系列中间继电器的外形结构

　　　1.7.4　时间继电器

时间继电器是一种从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一个预先设定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器。根据延时方式的不同，可分为通电延时继电器和断电延时继电器。

通电延时继电器接收输入信号后，延迟一定的时间后输出信号才发生变化，而当输入信号消失后，输出信号瞬时复位。通电延时继电器的图形符号如图1-18所示，其文字符号用KT表示。

断电延时继电器接收输入信号后，瞬时产生输出信号，而当输入信号消失后，延迟一定的时间后输出信号才复位。断电延时继电器的图形符号如图1-19所示，其文字符号用KT表示。图1-18　通电延时继电器的图形符号图1-19　断电延时继电器的图形符号　　　

时间继电器按工作原理分为电磁式、电动式、空气阻尼式和电子式等。电磁式、电动式、空气阻尼式是传统的时间继电器，在早期的机电系统中普遍采用，但它存在定时精度低、故障率高等问题。电子式时间继电器是新型的时间继电器，由于电子技术的飞速发展，使得电子式时间继电器的制造成本与传统的时间继电器相当，但其性能大大提高，功能不断扩展，所以是现在和将来时间继电器的主流。1.7.5　热继电器

热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。

如图1-20所示为JR19系列热继电器的结构原理图，它主要由双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。双金属片作为温度检测元件，由两种膨胀系数不同的金属片压焊而成，它被加热元件加热后，因两层金属片伸长率不同而弯曲。1—电流调节凸轮；2a、2b—弹簧；3—手动复位按钮；4—弓簧；5—主双金属片；6—外导板；7—内导板；8—常闭静触点；9—动触点；10—杠杆；11—复位调节螺钉；12—补偿双金属片；13—推杆；14—连杆；15—压簧图1-20　JR19系列热继电器的结构原理图

加热元件串接在电动机定子绕组中，当电动机正常运行时，加热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载时，流过加热元件的电流增大，经过一定的时间，加热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。通常用热继电器串接在接触器线圈电路的常闭触点来切断线圈电流，使电动机主电路失电。故障排除后，按手动复位按钮，热继电器触点复位，可以重新接通控制电路。

热继电器的图形及文字符号如图1-21所示。图1-21　热继电器的图形及文字符号1.7.6　速度继电器

速度继电器根据电磁感应原理制成，用于转速的检测。常用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反控制动继电器，主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁；定子是一个笼型空心回环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。如图1-22所示为速度继电器的外形结构及图形、文字符号。1—连接头；2—端盖；3—定子；4—转子；5—支架；6—触点；7—摆杆；8—动触点；9—静触点；10—绕组；11—轴；12—外环图1-22　速度继电器的外形结构及图形、文字符号

常用的速度继电器型号有JYl型和JFZ0型。速度继电器的转轴与电动机的转轴连在一起，在速度继电器的转轴上固定着一个圆柱形的永久磁铁，磁铁的外面套有一个可以按正、反方向偏转一定角度的外环，在外环的圆周上嵌有鼠笼绕组，当电动机转动时，外环的鼠笼绕组切割永久磁铁的磁力线而产生感应电流，并产生转矩，使外环随着电动机的旋转方向转过一个角度，这时固定在外环支架上的摆杆顶着动触点，使其一组触点动作。若电动机反转，则摆杆拨动另一触点动作。当电动机转速下降至120r/min时，由于鼠笼绕组的电磁力不足，顶块返回，触点复位。1.8　主令电器

主令电器是通过接通和分断控制电路来发布命令或对生产过程作程序控制的开关电器。它包括控制按钮（简称按钮）、行程开关、接近开关、万能转换开关和主令控制器等。1.8.1　按钮

按钮是最常用的主令电器，其典型结构如图1-23所示。它既有常开触点，又有常闭触点。常态时在复位弹簧的作用下，由桥式动触点5将静触点1、2闭合，静触点3、4断开。当按下按钮时，桥式动触点5将1、2分断，3、4闭合。1、2称为常闭触点或动断触点，3、4称为常开触点或动合触点。按钮的图形和文字符号如图1-24所示。1、2—常闭触点；3、4—常开触点；5—桥式动触点；6—复位弹簧；7—按钮帽图1-23　按钮的图形和文字符号（a）常开按钮　（b）常闭按钮　　（c）复合按钮图1-24　按钮的图形和文字符号

常开按钮：手指未按下时，触点是断开的；当手指按下时，触点接通；手指松开后，在复位弹簧的作用下触点又返回原始断开状态。它常用作启动按钮。

常闭按钮：手指未按下时，触点是闭合的；当手指按下时，触点被断开；手指松开后，在复位弹簧的作用下触点又返回原始闭合状态。它常用作停止按钮。

复合按钮：将常开按钮和常闭按钮组合为一体。当手指按下时，其常闭触点先断开，然后常开触点闭合；手指松开后，在复位弹簧的作用下触点又返回原位。它常用在电气联锁控制电路中。

为了区别按钮的作用，避免误操作，通常将按钮做成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等颜色。

国标GB 5229—1985对按钮颜色做了如下规定。

① “停止”和“急停”按钮必须是红色的。

② “启动”按钮的颜色是绿色。

③ “启动”与“停止”交替动作的按钮的颜色必须是黑白、白色或灰色，不得用红色和绿色。

④ “点动”按钮必须是黑色的。

⑤ “复位”按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色的。当复位按钮还具有停止作用时，则必须是红色的。1.8.2　行程开关

行程开关又称限位开关。工作机械运动到规定位置时，工作机械运动部件上的机械挡块碰撞其滚轮，使行程开关发出操作命令，这种行程开关是接触式的，行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等。如图1-25所示为行程开关的结构。1—顶杆；2—弹簧；3—常闭触点；4—弹簧；5—常开触点

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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