电气控制技术与PLC(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：徐世许王美兴程利荣胡玉景编著

出版社：人民邮电出版社

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电气控制技术与PLC试读：

前言

全书分为上、下两篇。

上篇的电气控制技术部分共4章，主要介绍常用低压电器的结构、原理和用途，三相异步电动机控制的各种基本电路，典型机床的电气控制电路，及电气控制系统设计的原则与方法。下篇的PLC部分共6章，首先介绍PLC的基础知识，并以OMRON广泛应用的整体式小型机CP1为背景机，详细介绍其系统配置、指令系统、任务编程、编程软件CX-P的使用和PLC控制系统的设计方法。

本书由徐世许任主编，王美兴、程利荣、胡玉景任副主编。徐世许编写第7章～第10章及附录，王美兴编写第1章～第4章，程利荣编写第5章，胡玉景编写第6章。

OMRON公司的崔玉兰女士、周岩先生对本书的编写给予极大的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意。

本书的编写得到青岛大学自动化工程学院院长于海生教授的大力支持，陈大程、刘磊、程敏、元志超做了大量文字录入和插图绘制工作，付出了辛勤的劳动，许多同事也给予了大力支持，在此谨致以衷心的感谢。

由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，希望得到读者的批评指正。编者2012年11月

上篇 电气控制技术

第1章 常用低压电器

1.1 低压电器的分类及发展概况

在现代化工农业生产中，生产机械的运动部件大多数是由电动机带动的，通过对电动机的自动控制，如启动、正反转、调速、制动等，实现对生产机械的自动控制。这类电气控制系统通常由断路器、继电器、接触器、按钮、行程开关等各种低压电器组成，因此也将其称之为继电接触器控制系统。

低压电器一般是指在交流1 200V 及以下和直流1 500V 及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电器产品。低压电器是组成电器成套设备的基础元件，一套自动化生产线的电器设备中，可能需要使用成千上万件低压电器，其投资费用甚至接近或超过主机的投资。

1.1.1 低压电器分类

1.按工作原理分类（1）电磁式电器。是依据电磁感应原理来工作的电器，例如直流接触器、交流接触器及各种电磁式继电器等。（2）非电量控制电器。靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，例如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。

2.按用途分类（1）控制电器。用于各种控制电动机的启动、制动、调速等动作，如开关电器、信号控制电器、接触器、继电器、电磁启动器、控制器等。（2）主令电器。用于自动控制系统中发送控制指令，例如主令开关、行程开关、按钮、万能转换开关等。（3）保护电器。用于保护电动机和生产机械，使其安全运行，如熔断器、电流继电器、热继电器等。（4）配电电器。用于电能的输送和分配的电器，例如低压隔离器、断路器、刀开关等。（5）执行电器。用于完成某种动作或传动功能，例如电磁离合器、电磁铁等。

3.按执行机能分类（1）有触头电器。有可分离的动触头、静触头，并利用触头的接触和分离来通断电路，例如刀开关、断路器、接触器、继电器等。（2）无触头电器。无可分离的触头。利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制。例如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器等。

1.1.2 低压电器发展概况

低压电器的生产和发展与电的发明和广泛应用是分不开的，从按钮、刀开关、熔断器等简单的低压电器开始，到各种规格的低压断路器、接触器以及由它们组成的成套电气控制设备，都是随着生产的需要而发展的。使用新材料、新工艺、新技术，极大地促进了低压电器产品质量的提升和性能改善，各种新产品不断研制、开发出来。目前，低压电器正向多功能、高性能、高可靠性、小型化、使用方便等方向发展，主要表现在以下方面。

1.低压电器产品多功能化和组合化

目前低压电器产品都几乎用较少品种满足各种不同的使用要求，即功能多样化。同时，产品结构上都采用独立功能的组件进行装配，即采用所谓模块化的积木拼装式结构，例如多功能的组合电器就是一个典型。

2.采用限流新技术，提高分断能力和限流性能（1）采用上进线静触头导电回路，大幅度提高电动斥力和吹弧磁场，从而达到限流和提高分断能力的目的，如日本三菱公司新一代WS型断路器。（2）采用双断点分断技术，如施耐德公司的NS型、默勒公司的NZM1-4型断路器采用旋转式双断点分断，ABB公司T型断路器采用平行式双断点分断。这两种结构在较小尺寸条件下获得较大的短路分断能力。（3）采用绝缘器壁产气和压力喷流技术，新型断路器几乎都采用带有出气口的半封闭灭弧小室，绝缘器壁在电弧侵蚀下产气，通过出气口在室内形成压差驱动电弧，并形成喷流熄弧。这种压力喷流技术是灭弧的一种新观点。（4）采用PTC的限流电阻元件来提高分断能力，如在微型断路器中获得应用，大大提高了短路分断能力。正由于限流新技术的应用，使得低压断路器短路分断能力高达150kA。

3.应用电力电子技术与微电子技术，提高低压电器产品的性能，扩大其功能

电力电子技术与微电子技术在低压电器中应用有较长的历史。近年来，该类产品经过不断更新换代，从晶体管式发展到集成电路式。特别是电力电子器件GTO、IGBT的质量可靠性不断提高，获得应用越来越多。如固态断路器、混合式接触器、接近开关、固态继电器等。尤其是电子式过载保护器的产生体现了当今世界过载保护继电器的一种发展趋势。它与传统双金属型过载保护继电器相比，具有安装方便、脱扣动作快而且准确、误差小、重复性好、参数调节方便、消耗功率小等优点，是一种更为理想的电动机保护装置。

4.应用微机技术、自动化技术和通信技术改造传统电器产品，实现智能化

新型低压电器带有微处理器，从单纯的保护作用发展为兼有控制功能，实现中低压配电系统保护和控制的智能化。这些智能化低压电器具有下述特点。（1）具有对配电线路和电器本身的监测及显示能力。智能化低压电器能准确监测和显示配电线路的运行情况，并能准确地切除过载、短路等各种故障；能按运行人员的设置要求进行各种操作；与此同时，还能对电器本身进行监测、对故障自诊断及故障状况显示。（2）新的控制理论的应用。新的智能化控制理论（如模糊理论、神经网络等）已从家用电器延伸应用到低压电器的控制上。（3）具有通信功能和现场总线控制新技术的应用。智能化低压电器带有通信接口，能和系统通信，构成整个智能化控制系统。在可通信智能化上引入现场总线控制新技术。目前，现场总线在电站自动化、楼宇自动化、工业过程控制和生产自动化中得到广泛的应用。

1.2 低压电器的基本结构

低压电器一般由感测和执行两个基本部分组成。感测部分接收外界信号的变化，做出有规律的反应；执行部分则是根据指令信号，执行电路的通、断控制。

在各种低压电器中，根据电磁感应原理来实现通、断控制的电器很多，它们的结构相似、原理相同，感测部分是电磁机构，执行部分则是触点系统和灭弧系统。

1.2.1 电磁机构

电磁机构是各种电磁式电器的感测部分，其主要作用是将电磁能转换为机械能，带动触点动作，接通或断开电路。电磁机构主要由吸引线圈、铁心和衔铁等几部分组成。按动作方式可分为直动式和转动式等，如图1.1所示。图1.1 交流接触器电磁系统结构图

电磁机构的工作原理：当线圈通入电流后，将产生磁场，磁通经过铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。同时，衔铁还要受到复位弹簧的反作用力，只有当电磁吸力大于弹簧的反力时，衔铁才能可靠地被铁心吸住。电磁机构又常称电磁铁。

电磁铁可分为交流电磁铁和直流电磁铁。交流电磁铁为减少交变磁场在铁心中产生的涡流与磁滞损耗，一般采用硅钢片叠压而成，线圈有骨架，且成短粗形，以增加散热面积。而直流电磁铁线圈通入直流电，产生恒定磁通，铁心中没有磁滞损耗与涡流损耗，只有线圈本身的铜损，所以铁心用电工纯铁或铸钢制成，线圈无骨架，且成细长型。

由于交流电磁铁的铁心的磁通是交变的，当线圈中通以交变电流时，在铁心中产生的磁通 Φ1也是交变的，对衔铁的吸力时大时小。当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反作用弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合。因而衔铁产生强烈振动与噪声，甚至使铁心松散。为了避免衔铁振动，如图1.2（a）所示，在铁心端面上安装一个铜制的分磁环（或称短路环），其包围铁心端面约2/3的面积。当电磁机构的交变磁通穿过短路环所包围的截面S2时，环中产生涡流。根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2在相位上落后于截面S1中的磁通Φ1。这样，铁心中有两个不同相位的磁通Φ1和Φ2，这两部分磁通产生的吸力F1和F2也有一个相位差，F1和F2不同时为零，如图1.2（b）所示，电磁机构的吸力为F1和F2之和。只要此合力始终大于反力，衔铁的振动现象就消失了。图1.2 加短路环后的磁通和电磁吸力曲线

1.2.2 触点系统

触头（触点）是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制的电路。

触头的结构形式很多，按其所控制的电路可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，只能通过较小的电流。

触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态时闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头。

按触头接触形式可分为三种，即点接触、线接触和面接触。点接触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。线接触是指两个带弧面的矩形触头相接触，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接触点，从而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头，如接触器的主触头。面接触是指两个平面触头相接触，它可允许通过较大的电流。这种触点一般在接触表面上镶有合金，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的主触点。

由于触点表面的不平与氧化层的存在，两个触点的接触处有一定的电阻。为了减小此接触电阻，需在触点间加一定压力。图 1.3 所示为两个点接触的桥式触头，两个触头串于同一条电路中，构成一个桥路，电路的接通与断开由两个触头共同完成。当动触点与静触点接触时，由于安装时弹簧被预先压缩了一段，因而产生一个初压力F1，如图1.3（b）所示。触点闭合后由于弹簧在超行程内继续变形而产生一终压力F2，如图1.3（c）所示。弹簧压缩的距离称为触点的超行程，即从静、动触点开始接触到触点压紧，整个触点系统向前压紧的距离。有了超行程，在触点磨损情况下，仍具有一定压力。触点磨损严重时应予更换。图1.3 桥式触点闭合过程位置示意图

1.2.3 灭弧系统

当触头断开瞬间，触头间距离极小，电场强度极大，如果断开的是大电流电路，动、静触头间会产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，产生弧光放电现象，称为电弧。电弧的存在既妨碍了电路及时可靠地断开，又会使触头受到磨损。因此，必须采取适当的灭弧装置使电弧迅速熄灭，以保护触头系统，降低它的磨损，提高它的分断能力，从而保证整个电器的工作安全、可靠。

1.磁吹式灭弧装置

磁吹式灭弧装置如图 1.4 所示。由于这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强，且不受电路电流方向影响，因此广泛应用于直流接触器中。图1.4 磁吹式灭弧装置

2.灭弧栅

灭弧栅灭弧原理如图1.5所示。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。由于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。这是一种很常用的交流灭弧装置。图1.5 灭弧栅灭弧原理

3.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。

4.多断点灭弧

在交流电路中采用桥式触点，如图 1.6 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，现二处断点就需要2×（150～250）V，所以有利于灭弧。若采用双极或三极接触器控制一个电路时，可灵活地将二个极或三个极串联起来作为一个触点使用，这组触点便成为多断点，灭弧效果将大大提高。图1.6 桥式触头

1.3 低压开关和低压断路器

1.3.1 刀开关

刀开关是一种手动电器，广泛应用于配电设备作隔离电源用，有时也用于直接启动小容量的笼形异步电动机。

刀开关主要有胶盖刀开关和铁壳刀开关两种，开关内都装有熔断器，兼有短路保护功能。

胶壳刀开关俗称闸刀开关，结构简单，曾是应用最广泛的一种手动电器，如图1.7所示，主要用于电路的电源开关和容量小于7.5kW的异步电动机。按极数分，有单极、双极与三极开关几种，刀开关的图形符号和文字符号如图1.8 所示。图1.7 刀开关结构

刀开关安装时，手柄向上，不得倒装或平装，避免由于重力自动下落，引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。

刀开关的主要技术参数有：额定电压、额定电流、通断能力、刀开关电寿命。

近年来，很多场合下，空气开关取代了刀开关，刀开关的使用逐渐减少。图1.8 刀开关的图形符号和文字符号

1.3.2 组合开关

组合开关又称转换开关，实质上也是一种特殊刀开关，所不同的是，一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动。

组合开关多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5kW以下的小容量电动机的正转、反转和星三角启动等。

组合开关的外形、内部结构和图形与文字符号如图1.9所示。组合开关由若干动触片（动触点）和静触片（静触点）分别装于数层绝缘座内而成，动触片安装在手柄的转轴上，当转动手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动，并使静触片插入相应的动触片中，可实现多条线路、不同联接方式的转换。

组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。常用型号有 HZ5、HZ10、HZ15等系列。图1.9 HZ10型组合开关

1.3.3 低压断路器

低压断路器俗称自动开关，是低压配电系统和电力拖动系统中非常重要的电器，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，集控制与多种保护于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分断能力高等优点。因此，得到广泛应用。

低压断路器结构和工作原理

低压断路器的外形如图1.10所示，结构原理如图1.11所示。图1.10 断路器外形图1.11 断路器结构原理图

低压断路器由以下3个基本部分组成。（1）主触头和灭弧装置。主触头是断路器的执行元件，用来接通和断开主电路，为提高其分断能力，主触头上装有灭弧装置。（2）具有不同保护功能的脱扣器。脱扣器是断路器的感受元件，当电路出现故障时，脱扣器感测到故障信号后，经由自由脱扣器使主触头分断，从而起到保护作用。脱扣器有热脱扣器、欠电压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器等。由具有不同保护功能的各种脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。（3）自由脱扣机构和操作机构。自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构，当操作机构处于闭合位置时，也可操作分励脱扣机构进行脱扣，将主触头断开。操作机构是实现断路器闭合、断开的机构。通常电力拖动控制系统中的断路器采用手动操作机构。

低压断路器的开关主触头依靠操作机构手动或电动合闸。主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈与电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触头断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片变形，顶动自由脱扣机构动作。当电路欠压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则用作远距离分断电路。

低压断路器的图形、文字符号如图1.12所示。图1.12 低压断路器的图形与文字符号

低压断路器的种类很多，主要有DW10、DW15系列，DZ5、DZ10、DZ20系列，DS系列，DWX15、DZX10系列。

1.3.4 漏电保护断路器

当电路或设备出现对地漏电或人身触电时，漏电保护器能迅速自动切断电源，从而避免造成事故，它是最常用的一种漏电保护电器。

漏电保护器按其检测故障信号的不同，可分为电压型和电流型两类。由于电压型漏电保护器存在可靠性差等缺点，目前已被淘汰。这里仅介绍电流型漏电保护器。

漏电保护器结构上一般由零序电流互感器、漏电脱扣器、开关装置三部分组成。零序电流互感器用于检测漏电流的大小；漏电脱扣器能将检测到的漏电流与一个预定基准值相比较，从而判断是否动作；开关装置是受漏电脱扣器控制的、能接通和分断被保护电路的机构。

根据结构不同，目前常用的电流型漏电保护器分为电磁式和电子式两种。

1.电磁式电流型漏电保护器

电磁式电流型漏电保护器的特点是把漏电电流直接接通漏电脱扣器来操作开关装置，它由开关装置、试验回路、电磁式漏电脱扣器和零序电流互感器组成。它适用于交流50Hz、额定工作电压至400V、额定工作电流16～630A的配电网络电路中作为漏电保护之用。亦可作为电动机的不频繁启动及过载、短路保护。

2.电子式电流型漏电保护器

电子式电流型漏电保护器的特点是把漏电电流经过电子放大线路后使漏电脱扣器动作，从而操作开关装置。

电子式漏电保护器的工作原理与电磁式的大致相同。只是当漏电电流超过基准值时，立即被放大并输出具有一定驱动功率的信号使漏电脱扣器动作。

漏电保护断路器有单相式和三相式两种，单相式主要产品有 DZL18-20 型；三相式有DZ15L、DZ47L、DS250M等。漏电保护断路器额定漏电动作电流为30～100mA，漏电脱扣器动作时间小于0.1s。

3.漏电保护器的选用（1）手持电动工具、移动电器、家用电器应选用额定漏电动作电流不大于 30mA、快速动作的漏电保护器，动作时间小于0.1s。（2）单台电机设备可选用额定漏电动作电流为30mA及以上、100mA以下快速动作的漏电保护器。（3）有多台设备的总保护应选用额定漏电动作电流为100mA、快速动作的漏电保护器。

1.4 熔断器

熔断器是低压电路及电动机控制线路中主要用作短路保护的电器。使用时串接在被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，起到保护作用。它具有结构简单、价格低廉、动作可靠、使用维护方便等优点，因此得到广泛的应用。

1.4.1 熔断器的基本结构

熔断器主要由熔体（保险丝）和熔管（底座）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、银、铜及其合金制成，通常制成丝状和片状。熔管是装熔体的外壳，由耐热的绝缘材料制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

熔断器的产品系列及种类很多，常用的产品有RC系列瓷插式熔断器、RL系列螺旋式熔断器、R系列玻璃管式熔断器、RM系列无填料密闭管式熔断器、RT系列有填料密闭管式熔断器、RLS/RST/RS系列半导体器件保护用快速熔断器。

图1.13～图1.16所示为几种常用熔断器的结构图。图1.13 瓷插式熔断器图1.14 螺旋式熔断器图1.15 无填料密闭管式熔断器图1.16 有填料密闭管式熔断器

1.4.2 熔断器的工作原理

熔断器串接于被保护的电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的保护特性或安秒特性，如图1.17所示。图中Imin为最小熔化电流或临界电流，即通过熔体的电流小于此值时不会熔断，所以选择的熔体额定电流 IN应小于 Imin。通常，Imin/IN≈1.5～2，称为熔化系数，该系数反映熔断器在过载时的短时过电流。若要使熔断器能保护小过载电流，则熔化系数应小些。若要避免电动机启动时的短时过电流，熔化系数应大些。图1.17 熔断器的保护特性

1.4.3 熔断器的技术参数

熔断器的技术参数包括以下几种。（1）额定电压：从灭弧的角度出发，规定熔断器所在电路工作电压的最高极限。（2）熔体额定电流：熔体长期通过而不会熔断的电流。（3）熔断器额定电流：保证熔断器（指绝缘底座）能长期工作所允许的电流。熔断器的额定电流应大于等于所装熔体的额定电流。（4）极限分断电流：熔断器在额定电压下所能断开的最大短路电流。一般有填料的熔断器分断能力较高，可大至数十到数百千安。

1.4.4 熔断器的选择

1.熔断器类型的选择

主要根据负载的保护特性和短路电流大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般考虑它们的过载保护，要求熔断器的熔化系数适当小些。对于大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分断电流能力。

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所接电路的额定电压。

3.熔体、熔断器额定电流的选择

熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有关。对于负载平稳无冲击电流的照明电路、电热电路等可按负载电流大小来确定熔体的额定电流；对于有冲击电流的电动机负载，既要起到短路保护作用，又要保证电动机的正常启动，对三相笼型异步电动机，其熔断器熔体的额定电流根据以下情况选择。（1）单台长期工作电动机

式中，IN为熔体额定电流，INM为电动机额定电流。（2）单台频繁启动电动机（3）多台电动机共用一熔断器保护

式中，INMmax为多台电动机中容量最大一台电动机的额定电流，ΣINM为其余各台电动机额定电流之和。

在（1）、（3）两种情况下，对轻载启动或启动时间较短时，式中系数取1.5；重载启动或启动时间较长时，系数取2.5。当熔体额定电流确定后，根据熔断器额定电流大于或等于熔体额定电流来确定熔断器额定电流。

4.熔断器上、下级配合

在配电系统中，为防止越级熔断、扩大停电事故范围，各级熔断器间应有良好的协调配合，使下一级熔断器比上一级的先熔断，从而满足选择性保护要求。选择时，上一级熔体的额定电流要比下一级的至少大一个等级。

1.5 接触器

接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大、面广的一种低压控制电器，用来频繁地接通和断开交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，也可以控制其他负载，如电焊机、电照明、电容器、电阻炉等。交流接触器具有操作频率高、使用寿命长、工作可靠、性能稳定、维护方便等优点，能实现远距离控制，同时还具有欠电压释放保护和零电压保护功能。

按控制电流性质的不同，接触器分交流接触器和直流接触器两大类。

1.5.1 接触器的结构和工作原理

接触器主要由电磁机构、触头系统和灭弧装置组成，其结构如图1.18所示。图1.18 接触器结构图

当接触器线圈通电后，在铁心中产生磁通。由此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生闭合动作，主触头在衔铁的带动下也闭合，于是接通了主电路。同时，衔铁还带动辅助触头动作，使原来打开的辅助触头闭合，而使原来闭合的辅助触头打开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在缓冲弹簧作用下，主、辅触头又恢复到原来状态。这就是接触器的工作原理。接触器的图形、文字符号如图1.19所示。图1.19 接触器图形、文字符号

1.5.2 交流接触器

交流接触器线圈通以交流电，主触头接通，断开交流主电路。当交流磁通穿过铁心时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热。为减少铁损，铁心用硅钢片冲压而成。为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上，CJ20 系列交流接触器实物如图 1.20 所示，交流接触器工作原理如图1.21所示。图1.20 CJ20系列交流接触器图1.21 交流接触器的工作原理

常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX2、CJX1、3TB、3TD、LC1-D、LC2-D等系列。

1.5.3 直流接触器

直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通，断开直流主电路，CZ0系列直流接触器外形如图1.22所示。因为线圈通入的是直流电，铁心中不会产生涡流和磁滞损耗，所以不会发热。直流接触器灭弧较困难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。

对于 250A 以上的直流接触器，往往采用串联双绕组线圈，直流接触器双绕组线圈接线如图1.23所示。线圈1为启动线圈，线圈2为保持线圈，接触器的一个常闭辅助触头与保持线圈并联连接。在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短接，可使启动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。图1.22 CZ0系列直流接触器图1.23 直流接触器双绕组线圈接线图

常用的直流接触器有CZ0、CZ18、CZ21、CZ22等系列。

1.5.4 接触器的技术参数

接触器的主要技术参数有以下几种。（1）额定电压。接触器的额定电压是指主触头的额定电压。常用电压等级分为交流接触器220V、380V、660V及1140V；直流接触器110V、220V、440V、660V。（2）额定电流。接触器的额定电流是指主触头的额定电流。CJ20 系列交流接触器额定电流等级有10A、16A、32A、55A、80A、125A、200A、315A、400A、630A。CZ18系列直流接触器额定电流等级有40A、80A、160A、315A、630A、1000A。（3）电磁线圈的额定电压。电磁线圈的额定电压是指保证衔铁可靠吸合的线圈工作电压。常用电压等级分为交流线圈36V、127V、220V、380V；直流线圈24V、48V、110V、220V。（4）触头数目。各种类型的接触器触头数目不同。交流接触器的主触头有三对（常开触头），一般有四对辅助触头（两对常开、两对常闭），最多可达到六对（三对常开、三对常闭）。直流接触器主触头一般有两对（常开触头），辅助触头有四对（两对常开、两对常闭）。（5）接通和分断能力。指主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通时主触头不应发生熔焊，分断时主触头不应发生长时间燃弧。（6）额定操作频率。接触器额定操作频率是指每小时接通次数。通常交流接触器为 600次/小时，直流接触器为1200次/小时。（7）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构零件前所能承受的无载操作次数。电气寿命是在规定的正常工作条件下，接触器不需修理或更换的有载操作次数。（8）使用类别。接触器用于不同负载时，对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同使用条件来选择相应使用类别的接触器。

1.5.5 接触器的选用原则

为了保证系统正常功作，要根据控制要求正确选择接触器，使接触器的技术参数满足条件。（1）接触器类型。接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择。对交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。（2）接触器主触点的额定电压。被选用的接触器主触头的额定电压大于或等于额定电压。（3）接触器主触点额定电流。主触点额定电流应不小于被控电路额定电流，对于电动机负载还应根据其运行方式适当增减。（4）接触器吸引线圈电压。当控制电路比较简单，所用接触器数量较少时，交流接触器线圈的额定电压一般直接选用220V或380V。当控制电路比较复杂，使用的电器又比较多时，一般交流接触器线圈的电压可选择127V、36V等，这时需要附加一个控制变压器。

直流接触器线圈的额定电压要根据控制回路的情况而定。同一系列、同一容量等级的接触器，其线圈的额定电压有几种，尽量选线圈的额定电压与直流控制电路的电压一致。

1.6 继电器

继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。它用于各种控制电路中，进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。

继电器的种类繁多、应用广泛，常用的继电器有中间继电器、热继电器、时间继电器、电流继电器、电压继电器、速度继电器、温度继电器等。

1.6.1 中间继电器

中间继电器属于电磁式结构，由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触头等部分组成，如图1.24所示。由于继电器用于控制电路，所以流过触头的电流较小，故不需要灭弧装置。图1.24 中间继电器

电磁式中间继电器实质上是一种电磁式电压继电器，其特点是触头数量较多，在电路中起增加触头数量以及信号放大、传递作用，有时也代替接触器控制额定电流不超过5A的电动机系统。

中间继电器的工作原理与小型交流接触器基本相同，只是它的触头没有主、辅之分，每对触头允许通过的电流大小相同，触头容量与接触器的辅助触头差不多，其额定电流一般为5A。图1.25所示是中间继电器的图形及文字符号。图1.25 中间继电器的图形及文字符号

1.6.2 热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。电动机在运行中常会遇到过载情况，但只要过载不严重，绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但如果过载情况严重、时间长，则会加速电动机绝缘的老化，甚至烧毁电动机。热继电器就是专门用来对连续运行的电动机实现过载及断相保护，以防电动机因过热而烧毁的一种保护电器。

1.热继电器的结构与工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片和触头等组成，其结构示意图如图1.26所示。图1.26 热继电器结构示意图

热元件由发热电阻丝做成。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属辗压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形。使用时，热元件3串接在电动机定子绕组中，电动机绕组电流即为流过热元件的电流。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片2弯曲，但还不足以使继电器动作；当电动机过载时，热元件产生的热量增大，使双金属片变形弯曲位移增大，经过一定时间后，双金属片弯曲到推动导板4，并经过补偿双金属片5与推杆将触头9和6分开，触头9和6为热继电器串于接触器线圈回路的常闭触头，断开后使接触器失电，接触器的常开触头将电动机与电源断开，起到保护电动机的作用。

热继电器动作后，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。调节旋钮11是一个偏心轮，它与支撑件12构成一个杠杆，13是一压簧转动偏心轮，改变它的半径即可改变补偿双金属片5与导板4的接触距离，因而达到调节整定动作电流的目

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