作者：河南省职业技术教育教学研究室
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
机械设备控制技术(双色)试读：
前言
本书为中等职业教育校企合作教材，是依据教育部颁布的中等职业学校机电类、机械类专业教学指导方案以及人力资源和社会保障部制定的《维修电工》和《机械设备维修工》国家职业技能标准，结合长期教学改革实践编写的。本书内容理论与实践一体化，采用“项目引领，任务驱动”的编写模式，通过教师引领学生完成本书所设计的工作任务，使学生逐渐掌握维修电工和机械设备维修工的基本职业技能。
全书共分电气控制、PLC控制、液压传动、气压传动四个项目，电气控制部分以X62W型铣床电气控制系统的装调与故障检修为例，主要介绍电气控制基本环节和整台机床的电气线路；PLC控制部分以西门子公司的S7-200PLC为样机，以数控车床刀架PLC控制系统的装调为例，主要介绍PLC的结构组成、工作原理、常用指令的功能和应用；液压传动部分以动力滑台液压控制系统的装调为例，主要介绍液压控制系统的组成和工作原理、常用液压元件与液压基本回路；气动部分以数控加工中心气动换刀控制系统的装调为例，主要介绍气压控制系统的组成和工作原理、常用气压元件与气压基本回路。
全书编写具有以下突出特色。（1）校企合作特色。校企合作共同编写，教材内容紧密联系生产岗位实际，以企业典型案例作为素材，突出技能培养，提高教学的针对性、实用性。（2）采用项目式教学，理论与实践一体化的编写形式。项目引领，任务驱动，通过若干技能训练任务围绕实践技能开展教学，在实践中融入理论知识，实现“学中做、做中学”。（3）以实践技能为主线，理论知识突出“实用”、“够用”。将讲授理论知识与培养操作技能有机地结合起来。（4）教材内容与职业资格证书相对接。依据国家职业技能标准编写，通过设计的技能训练任务来加强国家职业资格所规定的知识技能和操作技能的培养。（5）专业特色。教材选题采用数控设备和通用设备，具有专业教学的针对性、实用性、灵活性和广泛性，着重反映本专业的基础知识和基本技能。
本书建议教学时数为72学时，在教学过程中可参考下表分配学时。
本书由河南机电职业学院张艳、郑州宇通重工有限公司张春丽担任主编，河南机电职业学院朱振伟、郑州恒天重工有限公司王轩轩担任副主编，河南机电职业学院王晓侃、河南工贸职业技术学院郭美丽、河南机电职业学院户佩佩、河南机电职业学院刘晓静、洛阳一拖集团公司于宜洛、大连机床集团公司孙乐卫参编。其中刘晓静编写项目一的任务一到任务五，郭美丽编写项目一的任务六，户佩佩编写项目一的任务七，张艳编写项目二及附录，朱振伟编写项目三，王晓侃编写项目四。张春丽、王轩轩、于宜洛、孙乐卫在企业调研、课程目标、项目选定等方面做了大量工作。全书由张艳统稿。
本书由 担任主审，他对本书的编写提出了许多宝贵意见，在此表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。
编者
2014年4月项目一 X62W型铣床电气控制系统的装调与故障检修
项目介绍
X62W型卧式万能铣床是一种通用的多用途机床，可以用来加工平面、斜面和沟槽等，装上分度头后可以铣削直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣削凸轮和弧形槽，具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和加工范围广、性能优越、结构先进等特点。
如图1-0-1所示，X62W型卧式万能铣床的主要组成部件有底座、床身、悬梁、刀杆、工作台、溜板箱和升降台等。箱形的床身固定在底座上，床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构。通过电气控制系统对电动机的控制可以实现主轴的正反向旋转运动，工作台前、后、左、右、上、下方向的进给运动和圆工作台的运动，冷却液的供给，主轴的变速冲动等等。图1-0-1 X62W型铣床结构示意图
在工作过程中，其电气控制系统可能会出现一些故障，如主轴电动机不能启动或停止、工作台不能快速移动、主轴制动失灵等。如果出现这些问题，就需要通过分析电路的工作原理，查出故障点，然后排除故障。
本项目通过对X62W型铣床电气线路中基本控制环节的分析、电路的安装与电气故障排除，使学生学会分析整台机床电气线路的工作原理，并能按电路图安装接线，对电路中常见的故障进行分析排除。
项目目标知识目标
1.理解电气原理图、元件布置图和安装接线图的基本概念；
2.了解各种刀开关电器、按钮、行程开关、熔断器、接触器、继电器的结构组成及其工作原理，掌握其图形和文字符号；
3.掌握三相异步电动机点动控制、长动控制、正反转、顺序控制、Y-△降压启动、反接制动线路的工作原理；反接制动线路的工作原理；
4.掌握阅读和分析整台机床电气控制电路图的方法，能对 CA6140 普通车床的主电路、控制电路等的工作原理及其常见故障进行分析；
5.掌握X62W型铣床的主电路、控制电路的工作原理及其常见故障的分析方法；
6.掌握分析机械设备电气控制线路常见故障的步骤及方法。技能目标
1.熟练应用常用低压电气元件，按照电气原理图，完成电气电路的安装接线；
2.具有应用电气控制线路分析方法分析一般电路的能力，能读懂X62W型铣床等较复杂机械设备的电气原理图；
3.能根据故障现象，正确分析、检修和排除一般电气线路的故障。情感目标
1.通过规范操作，建立劳动保护与安全文明生产意识；
2.通过互动学习、理论实践一体化教学，调动学生学习的积极性与主动性；
3.通过分组训练，培养学生团结协作和良好的沟通能力。任务一 初步认识电气控制系统
任务描述
电气控制技术是以各类动力为电动机的传动装置与系统为控制对象，来实现生产过程自动化的控制技术。不同的控制对象，对电动机的控制要求不同，因此需要的电气控制系统也各不相同。根据其控制方式的不同，电气控制系统可分为继电器—接触器控制系统、可编程逻辑控制器（PLC）控制系统和计算机控制系统。其中，继电器—接触器控制系统是许多机械设备广泛采用的最基本的电气控制方法，也是学习其他控制方法的基础。
继电器—接触器控制系统由按钮、开关、继电器、接触器等电气元件组成，能实现对电动机的启动、停止、点动、正反转、制动等运行方式的控制以及必要的保护。普通机床的电气控制一般是通过继电器—接触器控制系统来实现的。
试操作CA6140车床电气控制柜面板上的一些按钮，观察面板上指示灯及控制柜内元件的运行情况，认识电气元件和电气原理图，从而对电气控制有个初步的认识。
任务目标
◆ 了解机床电气控制系统的构成及其与机床的运动的关系；
◆ 了解接触器-继电器控制的特点及应用；
◆ 掌握常用低压电气元件的结构、工作原理和用途；
◆ 正确识别常用低压电器，能根据实物写出各电气元件的文字和图形符号，找出电气元件的各导电部位；
◆ 掌握电气原理图、元件布置图和安装接线图的基本概念；
◆ 通过规范操作，建立安全文明生产意识。
一、知识准备
1.继电器—接触器控制系统的组成与特点
下面通过对 CA6140 机床模拟电气柜的操作，来了解继电器—接触器控制系统的组成与特点。（1）CA6140车床模拟电气控制柜的操作与演示
CA6140车床的模拟电气柜的操作面板和柜内电气线路板如图1-1-1所示。图1-1-1 CA6140车床模拟电气柜
操作电气柜操作面板上的开关与按钮，观察电气柜内电气元件的动作和各电动机的动作、指示灯情况，见表1-1-1。表1-1-1 电气元件的动作情况（2）继电器—接触器控制系统的组成与特点
由模拟电气柜的控制系统可以看出，继电器—接触器控制系统由三个基本组成部分，即输入、输出和逻辑控制部分。其中输入部分是指各种开关信息，如按钮、行程开关等；逻辑部分是按照电气控制的要求设计的，由若干接触器、继电器及触点通过实际接线构成的具有一定逻辑功能的控制电路；输出部分是指各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯等。
对于简单控制功能的完成，继电器—接触器控制系统具有控制简单、维修方便、价格低廉、便于掌握等优点，因此，继电器控制系统得到了广泛应用。其缺点是电路由固定的接线组成，所以控制功能不能随意更改，功能少，通用性、灵活性差，对于控制要求比较多的电路，设备体积大、接线复杂、触点多、可靠性不高，难以适应复杂和程序可变的控制对象的需要。
由于科学技术的迅猛发展，低压电器正向小型化、耐用方面发展，使继电器—接触器控制系统性能不断提高，因此，继电器—接触器控制系统在今后的电气控制技术中仍然占有比较重要的地位。
边学边练（1）常见的电气控制系统通常分为哪几类?（2）CA6140车床控制系统中的输入部分、输出部分、逻辑控制部分各是哪些元件?
2.低压电器
低压电器是指工作在交流1000V以下或直流1200V以下电路中，起通断、保护、控制、调节或转换作用的电器。也就是说，低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。通常低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类，是成套电气设备的基本组成元件。
低压电器种类繁多，功能多样，构造各异，用途广泛，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法也很多。
常用低压电器的主要种类和用途见表1-1-2。表1-1-2 常用低压电器的分类和用途
以下介绍CA6140车床电气柜中主要的低压电器。（1）开关电器。
① 刀开关。刀开关是一种手动电器，常用的有HD型单投刀开关图1-1-2、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关、HK型闸刀开关、HH型铁壳开关等。
HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关主要用在成套配电装置中作为隔离开关。作为隔离开关的刀开关的容量比较大，其额定电流在100～1500A之间，主要用于供配电线路的电源隔离作用。隔离开关没有灭弧装置，不能操作带负荷的线路，只能操作空载线路或电流很小的线路，如小型空载变压器、电压互感器等。隔离刀开关由于控制负荷能力很小，也没有保护线路的功能，所以通常不能单独使用，一般要和能切断负荷电流和故障电流的电器（如熔断器、断路器和负荷开关等）一起使用。
HK型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的电源开关。
HH型铁壳开关装有灭弧装置，一般可用于电气设备的启动、停止控制。
下面分别介绍一下这几种刀开关。
HD型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极，其结构示意图及图形符号如图1-1-2所示。当刀开关用作隔离开关时，其图形符号上加有一横杠，如图1-1-2（e）所示。图1-1-2 HD型单投刀开关
HS型双投刀开关的作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点，因此可以防止双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。
HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛。
负荷开关包括开启式负荷开关和封闭式负荷开关，常用于电气设备中做隔离电源用，有时也用于直接启动小容量的鼠笼型异步电动机。常用的类型有HK型开启式负荷开关和HH型封闭式负荷开关。
HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关，由熔丝、触刀、触点座和底座组成，如图1-1-3（a）所示。由于它结构简单、价格便宜、使用维修方便，故得到广泛应用。该开关主要用做电气照明电路和电热电路、小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用做分支电路的配电开关。此种刀开关装有熔丝，可起短路保护作用。
闸刀在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起误动合闸。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。图1-1-3 负荷开关1—上胶盖；2—下胶盖；3—插座；4—触刀；5—操作手柄；6—固定螺钉；7—进线端；8—熔丝；9—触点座；10—底座；11—出线端；12—触刀；13—插座；14—熔断器；15—速断弹簧；16—转轴；17—操作手柄
HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关，主要由钢板外壳、触刀开关、操作机构、熔断器等组成，如图1-1-3（b）所示。此开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。铁壳开关一般用于不频繁地接通与分断电路，如电热器、电气照明线路的配电设备中，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制。
HK型开启式负荷开关和HH型封闭式负荷开关都是由负荷开关和熔断器组成的，其图形符号也由手动负荷开关QL和熔断器FU组成，如图1-1-3（c）所示。
② 转换开关。转换开关又称组合开关，由动触点、静触点、绝缘连杆转轴、手柄等部分组成。其动、静触点分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，相应的动触点与静触点接触或分离，从而使电路接通或断开。转换开关的结构示意图及图形符号如图1-1-4所示。图1-1-4 转换开关结构示意图及图形符号
转换开关一般在电气设备中用于非频繁接通或分断电路、换接电源或负载，以及控制小容量异步电动机的正反转。
常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；转换开关有单极、双极和多极之分，机床电气控制线路中一般采用三极转换开关。
图1-1-5所示为常见的转换开关。图1-1-5 常见的组合开关
③ 断路器。低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。
断路器在电气控制线路中使用广泛，图1-1-6所示为常见的断路器。图1-1-6 常见的断路器
断路器主要由3个基本部分组成，即触点、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。图1-1-7是断路器工作原理示意图及图形符号。图1-1-7 断路器工作原理示意图及图形符号
断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触点闭合后，自由脱扣机构将触点锁在合闸位置上。当电路发生故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。
过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现断路器的跳闸功能。
热脱扣器用于线路的过负荷保护，由发热元件、双金属片组成，当线路过载到一定值时，由于温度过高，双金属片受热弯曲并带动自由脱扣机构，使断路器主触点断开，实现长期过载保护。
失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁芯向上使挂钩脱扣，实现断路器的跳闸功能。
分励脱扣器用于远方跳闸，当在远方按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。
低压断路器的选择应从以下几方面考虑。
a.断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。例如：一般选用塑壳式；短路电流很大时选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求时选用框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路时应选用直流快速断路器等。
b.断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。
c.断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。
d.欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。
e.过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。
边学边练（1）结合实物，练习各类刀开关的接线方法。（2）观察组合开关的主要结构组成。（3）低压断路器中的热脱扣器承担什么保护作用?（2）熔断器。
熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过熔断器的电流大于规定值时，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。熔断器具有结构简单、体积小、质量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。
当电路正常工作时，由于电流热效应而使其发热的温度低于熔化温度，故长期不熔断；当电路发生严重过载或短路时，电流大于熔体允许的正常发热电流，使熔体温度急剧上升，超过其熔点而熔断，从而断开电路。
熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成，形状常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金属制成的熔体，因不易灭弧，多用于小电流电路；由铜、银等高熔点金属制成的熔体，易于灭弧，多用于大电流电路。
熔断器种类很多，按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。常用的熔断器有瓷插式熔断器、螺旋式熔断器（图1-1-8）、RM10型密封管式熔断器和RT型有填料密封管式熔断器等。
瓷插式熔断器主要用于低压分支电路的短路保护，因其分断能力较小，多用于照明电路和小型动力电路中。常用的产品有RC1A系列。
螺旋式熔断器熔芯内装有熔丝，并填充石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。常用产品有RL6、RL7和RLS2等系列。图1-1-8 熔断器结构示意图及图形符号
RMl0型密封管式熔断器为无填料管式熔断器，主要用于供配电系统作为线路的短路保护及过载保护，它采用变截面片状熔体和密封纤维管。由于熔体较窄处的电阻小，在短路电流通过时产生的热量最大，先熔断，因而可产生多个熔断点使电弧分散，以利于灭弧。短路时其电弧燃烧密封纤维管产生高压气体，以便将电弧迅速熄灭。
RT型有填料密封管式熔断器中装有石英砂，用来冷却和熄灭电弧，熔体为网状，短路时可使电弧分散，由石英砂将电弧冷却熄灭，可将电弧在短路电流达到最大值之前迅速熄灭，以限制短路电流。此为限流式熔断器，常用于大容量电力网或配电设备中。常用产品有RTl2、RTl4、RTl5等系列。
熔断器的主要技术参数包括额定电压、熔体额定电流、熔断器额定电流、极限分断能力等。额定电压指保证熔断器能长期正常工作的电压。熔体额定电流指熔体长期通过而不会熔断的电流。熔断器额定电流指保证熔断器能长期正常工作的电流。极限分断能力指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流，在电路中出现的最大电流一般是指短路电流值，所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。
选用熔断器时应使熔断器额定电压与保护电路工作电压一致，熔体的额定电流应按以下几种情况分别考虑。
① 在照明电路等不会产生冲击电流的电路中，应使熔体的额定电流等于或稍大于线路工作电流。
② 对于一台异步电动机，熔体的额定电流应等于或稍大于电动机额定电流的1.5～2.5倍，或电动机启动电流的1/2.5倍。
③ 对于多台电动机由一个熔断器保护时，熔体的额定电流应等于或稍大于可能出现的最大电流的1/2.5倍。
边学边练（1）在实际生活中，你都在哪些地方见到过熔断器?它们起什么作用?（2）为什么熔断器不宜用于过载保护，而主要用于短路保护?（3）交流接触器。
接触器是一种大容量控制电路的自动切换电器，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机等，能频繁地接通或断开交直流主电路。它具有低压释放保护功能，并能用于频繁操作和远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电气元件。
图1-1-9所示是几种常用的交流接触器，图1-1-10为交流接触器结构原理图。图1-1-9 常用的交流接触器图1-1-10 交流接触器结构原理图1—动触点；2—静触点；3—衔铁；4—缓冲弹簧；5—电磁线圈；6—铁芯；7—垫毡；8—触点弹簧；9—灭弧罩；10—触点压力簧片
交流接触器的主要结构组成有电磁系统、触点系统和灭弧装置，另外还有传动机构、接线柱、复位弹簧、缓冲装置、触点压力弹簧等附件。
电磁系统由电磁线圈、动铁芯（衔铁）、静铁芯（铁芯）等组成，其中动铁芯与动触点支架相连。电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁芯磁化互相吸引，当动铁芯被吸引向静铁芯时，与动铁芯相连的动触点被拉向静触点，令其常开触点接通、常闭触点断开；电磁线圈断电后，磁场消失，动铁芯在复位弹簧作用下复位，牵动动、静触点分开，各常开触点与常闭触点复位。
交流接触器的触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路；辅助触点用于控制电器，起电气联锁或控制作用。
各种有触点电器都是通过触点的开、闭来通、断电路的，其触点在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，都会在触点间隙中由电子流产生弧状的火花，称为电弧。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口桥形触点以利于灭弧；对于大容量的接触器，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。
图1-1-11为交流接触器的图形与文字符号。图1-1-11 交流接触器的图形与文字符号
常用的交流接触器有CJ10和CJ12系列。接触器的技术参数见表1-1-3。表1-1-3 接触器的技术参数
选用交流接触器时应根据以下原则。
① 根据接触器所控制的负载性质来选择接触器的类型。
② 接触器的额定电压不得低于被控制电路的最高电压。
③ 接触器的额定电流应大于被控制电路的最大电流，接触器在频繁启动、制动和正反转的场合时，一般应降一个等级来选用。
④ 电磁线圈的额定电压应与所接控制电路的电压相一致。
⑤ 接触器的触点数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。
电动机工作特点与接触器的选择见表1-1-4。表1-1-4 电动机工作特点与接触器的选择
边学边练（1）交流接触器线圈得电时，其常开触点和常闭触点的动作顺序是怎样的?（2）说出交流接触器的结构组成和各部分的作用。（3）交流接触器有哪些部分需要接到电路中?分别接到什么样的电路中?（4）热继电器。
热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过载和断相保护。
三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置过电流保护装置。常见的热继电器有JR20、JR36、NR2、NR3和NR4系列，如图1-1-12所示。图1-1-12 几种常见的热继电器
双金属片式热继电器是使用最多、最普遍的热继电器，图1-1-13所示是双金属片式热继电器的结构示意图及其图形符号。由图1-1-13可见，热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、拉簧、调节旋钮、复位螺丝、触点和接线端子等组成。图1-1-13 双金属片式热继电器结构示意图及图形与文字符号
双金属片是一种将两种膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的金属通常用铁镍铬合金、铜合金或高铝合金等，膨胀系数小的金属通常用铁镍类合金等。由于两种膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触点动作。
热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，热元件串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流。当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过整定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。
热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。旋转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。
热继电器复位方式有自动复位和手动复位两种，通过调节复位螺丝用来改变常开触点的位置，可改变复位方式。在手动复位方式下，需要在双金属片恢复原状时按下复位按钮才能使触点复位。
热继电器主要用于电动机的长期过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素，选择热继电器的原则如下。
热继电器结构形式的选择：在一般情况下，可选用两相结构的热继电器；对于工作条件恶劣的电动机或电网电压不平衡时，可选用三相结构的热继电器；星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，对三角形接线的电动机，可选用带断相保护装置的热继电器。三角形接线的电动机，一相断线后，流过热继电器的线电流与流过电动机绕组的相电流的增加比例是不同的，其中最严重的一相比其余串联的两相绕组内的电流要大一倍，增加的比例也最大。
热继电器的整定电流应根据电动机的实际负载选用。所谓整定电流是指当发热元件通过的电流值超过此值的20%时，热继电器应在20min内动作。热继电器的整定电流一般为电动机额定电流的1.05～1.1倍；当电动机过载能力较差时，应使热继电器的整定电流为电动机额定电流的0.6～0.8倍。下列情况下选择热继电器时，应使其整定电流比电动机额定电流要大一些。
① 电动机负载惯性转矩非常大，启动时间长；
② 电动机所带动的设备，不允许任意停电；
③ 电动机拖动的为冲击性负载，如冲床、剪床等设备。
对于重复短时工作的电动机（如起重机电动机），由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。
边学边练（1）热继电器的热元件和常闭触点应如何接到电路中?（2）电路中能否用熔断器代替热继电器工作?（5）按钮。
按钮常用来短时间接通或断开小电流控制的电路。按钮不直接控制主电路，而是在控制电路发出手动控制信号。
按钮从外形和操作方式上可以分为平钮和急停按钮，除此之外还有钥匙钮、旋钮、拉式钮、万向操纵杆式、带灯式等多种类型。图1-1-14所示为常见的按钮。图1-1-14 常见的按钮
按钮结构简单，控制方便，主要由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，其结构示意图及图形符号如图1-1-15所示。触点采用桥式触点，触点又分常开触点（动断触点）和常闭触点（动合触点）两种。按钮一般为复位式，也有自锁式按钮，图1-1-15所示即为最常用的复位式平按钮，其按钮与外壳平齐，可防止异物误碰。
急停按钮又称蘑菇头按钮，如图1-1-16所示。图1-1-15 按钮结构示意图及图形与文字符号图1-1-16 急停按钮结构示意图及图形符号
从按钮的触点动作方式可以分为直动式和微动式两种，如图1-1-15、图1-1-16所示的按钮均为直动式，其触点动作速度和手按下的速度有关。而微动式按钮的触点动作变换速度快，和手按下的速度无关，其动作原理如图1-1-17所示。动触点由变形簧片组成，当弯形簧片受压向下运动低于平形簧片时，弯形簧片迅速变形，将平形簧片触点弹向上方，实现触点瞬间动作。图1-1-17 微动式按钮动作原理图
按钮常因颜色不同而适用于不同的场合，表1-1-5给出了按钮颜色的含义。表1-1-5 按钮颜色的含义
按钮的选择通常根据以下几方面原则。
① 根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式、防水式、防腐式等。
② 根据用途，选用合适的类型，如钥匙式、紧急式、带灯式等。
③ 按控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。
④ 按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色。
边学边练（1）电路中启动按钮和停止按钮分别应如何接线?（2）按钮常开触点和常闭触点的动作顺序是怎样的?
3.电气原理图
电气原理图是用来表示电气线路的工作原理及各电气元件之间的相互作用和关系的图，它并不反映各电气元件的结构尺寸、实际安装位置和实际接线情况。电气原理图适用于分析研究电路的工作原理，且作为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场得到广泛的应用。（1）电气原理图的组成。
电气原理图一般由电源电路、主电路、控制电路和辅助电路等组成。
电源电路为后续电路提供电能，一般由电源开关和电源保护电器组成。
主电路包括从电源到电动机的动力电路，是大电流通过的部分，用粗实线画在原理图的左边。
控制电路是通过小电流的电路，一般由按钮、电气元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，用细实线画在原理图的右边。
辅助电路通过的电流也为小电流，由变压器、整流电源、照明灯和信号灯等低压电路组成。（2）绘制电气原理图应遵循的原则。
绘制电气原理图时，应遵循以下原则。
① 电气原理图中所有电气元件都应采用国家标准中统一规定的图形和文字符号。
② 电气原理图中电气元件的布局：电源电路画成水平线，三相交流电源相序 L1、L2、L3自上而下依次画出，中性线N和保护地线PE依次画在相线之下；直流电源的“+”画在上边，“—”画在下边；电源开关要水平画出；主电路垂直于电源线画在图纸左侧，其他电路安排在图纸右侧。
③ 无论是主电路还是辅助电路，元件应尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列；按元件的功能布置，同一功能的电气元件集中在一起；耗能元件接于下方的水平电源线，各种触点接在上方电源线和耗能元件之间。
④ 电气原理图中，当同一电气元件的不同部分（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电气元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于几个同类器件，要在其文字符号后加数字序号，以示区别。
⑤ 电气原理图中，所有电气元件的触点部分均按没有通电或没有外力作用时的平常状态画出。如接触器、电磁式继电器等触点是线圈未通电时的状态；按钮、行程开关等触点是没有受到外力作用时的状态；开关电器触点按断开状态画出。当元件触点的图形符号垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制，即垂直线左侧的触点为常开触点，右侧的为常闭触点；当图形符号水平放置时，以“上闭下开”原则绘制，即水平线上方的触点为常闭触点，下方的为常开触点。
⑥ 电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间交叉相连时，在导线交叉处画实心圆点，两导线交叉但不连接的交叉点不画实心圆点。
4.电气设备安装布置图与电气接线图
电气控制系统图是表示电气控制系统中各电气元件及其连接关系的图。电气原理图是电气控制系统图中的一种，除电气原理图外，常用的电气控制系统图还包括电气设备安装布置图和电气接线图。
各种电气系统图由电动机、电气元件和电路组成，为了便于设计、分析、安装调试和维修，电气系统图中的图形符号和文字符号必须使用国家统一规定的最新标准来表示。国家标准局参照国际电工委员会（IEC）文件制定了电气设备的有关国家标准，如GB/T4728-2005《电气图用图形符号》、T6988-1997《电气技术用文件的编制》和GB7159-1987《电气技术中的文字符号制定通则》。（1）电气设备安装布置图。
电气设备安装布置图表示电气设备或元器件在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。图1-1-18所示为电气元件安装布置图。
各电气元件的安装位置是由机床的结构和工作要求决定的，拖动、执行、检测等器件应安装在生产机械的相应工作部位；控制按钮、操作开关、经常调节的电位器、指示灯、指示仪表等安装在控制面板上；行程开关应放在能取得信号的位置；控制电器、保护电器等安装在控制柜内。图1-1-18 电气元件安装布置图图1-1-19 启保停电路的电气接线图（2）电气接线图。
电气接线图是根据电气原理图、电气设备安装布置图绘制的。电气接线图表示各电气设备和各元器件之间的实际接线情况。图1-1-19所示为电动机启保停电路的电气接线图，图中画出了接线板、操作面板等之间的接线情况。
绘制接线图时，应把各电气元件的各个部件（如触点和线圈）画在一起，文字符号、元件连接关系、线路编号等都必须与电气原理图
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]