作者：周开俊
出版社：电子工业出版社
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电气控制与PLC应用技术(西门子S7-200)试读：
高职高专机电一体化专业规划教材电气控制与PLC应用技术（西门子S7-200） 周开俊 主 编徐呈艺 金美琴 石剑锋 副主编·内容简介本书从高职高专最新教学改革出发，根据当前社会对机电类人才技能结构的需求，结合编者多年的教学和工程实践经验编写而成，全面体现工学结合、教学做合一的理念。全书共分为5个单元，每个单元均由几个具体项目组成。本书以国内目前使用最普遍的异步电动机和S7-200 PLC为主要对象，详细介绍异步电动机拖动电路、普通机床电气控制、PLC硬件装置、PLC基本逻辑控制、顺序控制、功能控制、通信连接以及一些工业典型应用等。
本书适合作为高职高专院校、成人高校、民办高校及本科院校举办的二级职业技术学院机械制造与自动化、数控技术、数控设备应用与维护、机电一体化技术、机电设备维修与管理等专业的教学用书，也可作为机电、电气等行业从业人员的参考书及培训用书。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）数据电气控制与PLC应用技术：西门子S7-200/周开俊主编. —北京：电子工业出版社，2012.8高职高专机电一体化专业规划教材ISBN 978-7-121-17823-8Ⅰ.①电… Ⅱ.①周… Ⅲ.①电气控制—高等职业教育—教材②plc技术—高等职业教育—教材 Ⅳ.①TM571.2②TM571.6中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第179324号策划编辑：贺志洪责任编辑：贺志洪 特约编辑：王 纲印 刷：三河市鑫金马印装有限公司装 订：三河市鑫金马印装有限公司出版发行：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：16.25 字数：416千字印 次：2012年8月第1次印刷印 数：3 000册 定价：33.00元
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科技的发展日新月异，人们已经不再谈论单纯的机械或单纯的电类产品，机电控制系统已成为提升机械产品档次，改善产品性能的重要一环，得到了越来越多制造企业的重视，掌握机电连接、调试和设计能力已成为许多岗位的重要核心技能。
本书紧扣维修电工（中）、数控机床装调维修工（中）、可编程序系统设计师（四级）和中小企业对生产设备保养维修工作岗位的要求，联合企业资深工程师，精选企业真实产品控制系统的工作过程，将电机拖动、普通机床电气控制、PLC硬件装置、PLC基本逻辑控制、顺序控制、功能控制、通信连接等内容有机结合起来，按照学生职业成长规律，设计了5个主要教学情境。在每个主情境中由简单到复杂、由局部到整体、由单一技能到综合技能再安排几个学习子情境（见图Q-1），使学生熟悉传统继电器—接触器控制电路，掌握利用PLC进行一般控制系统的设计和改造的技能，最终能胜任中小企业生产设备电气控制系统设计、改造、维修和保养岗位的实际要求。图Q-1 《电气控制与PLC应用技术》教学情境设计
归纳起来，本书具有以下特点。
① 校企合作开发课程项目，以典型机械产品的控制系统为载体规划教学内容。通过深入的调研，与行业企业专家共同确定培养本课程核心能力的工作过程和载体产品，使学生在完成具体产品的控制系统的过程中学会相关理论知识，发展职业能力，完成相应的工作任务。让学生在“做中学，学中做”，充分发挥高职类学生形象思维较强的优势。
② 根据职业成长规律，设计了“工学结合、能力递进”的教学情境。学生在适宜的学习情境中，经历一系列的（递进的）学习性工作任务，主动构建自己的能力，同化－顺应－同化－顺应……循环往复，平衡－不平衡－平衡－不平衡……相互交替，最终形成自己的经验和知识体系，达到职业能力的递进成长。
③ 教学内容的设计紧密衔接职业资格标准。教学内容有机融合维修电工（中）、数控机床装调维修工（中）及可编程序系统设计师（四级）的职业资格对知识、技能和态度的要求，有效保证学生的岗位核心技能培养。
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本书由周开俊、徐呈艺、石剑锋、金美琴、顾玉萍、陈淑侠、顾剑锋依据多年科研和教学经验共同编写而成。由周开俊担任主编，徐呈艺、金美琴和石剑锋担任副主编，全书由周开俊负责策划和定稿工作。
虽然本书作为校本教材已试用多年，但由于编写时间仓促，加之水平有限，书中不当之处在所难免，恳请读者和同行批评指正。读者如果遇到技术方面的问题，请与我们联系，E-mail：njzkj189@sohu.com。编 者2012年5月第1单元 三相异步电动机拖动电路分析【学习要点】（1）掌握低压电器的概念，接触器、继电器、开关、主令电器、熔断器、低压断路器等低压电器的工作原理、图文符号。（2）掌握常见低压电器的技术参数，能正确选取电器。（3）掌握常用继电器—接触器典型控制环节的工作过程，相关原理图的绘制，如单向点动/单向连续运动、正反转控制、顺序启动/停止控制、降压启动、双速电动机调速控制、反接制动控制、能耗制动控制。（4）能够灵活运用继电器—接触器典型控制环节的相关控制原理解决工程实际的控制问题。（5）掌握读电气图的方法，了解常见机床的电气控制电路。
交流电动机按照转子转速与旋转磁场速度（同步速度）的异同，可分为交流同步电动机与交流异步电动机。同步电动机转子的速度与旋转磁场的速度相同，所以称为同步电动机，一般应用于恒速负载与发电场合；异步电动机转子的速度与旋转磁场的速度不同，所以称为异步电动机，异步电动机主要用做动力源，去拖动各种生产机械。和其他电动机比较，它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便、效率较高等一系列优点。异步电动机的缺点是不能经济地在较大范围内平滑调速，以及必须从电网吸收滞后的无功功率，使电网功率因数降低。
本单元主要介绍如何应用继电器-接触器来控制普通三相异步电动机的启动、停止、连续运行、正反转、降压启动、调速、电气制动等控制电路。项目1.1 三相异步电动机的启保停控制【项目目标】（1）掌握常用低压电器的分类、作用、符号、规格和选用方法等。（2）掌握三相异步电动机的启动、保持、停止控制线路。（3）能熟练进行三相异步电动机的启动、保持和停止控制线路的接线、调试及故障排除。【项目分析】
异步电动机应用极为广泛，例如，在工业方面，如中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等；在农业方面，如水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用异步电动机来拖动的。此外，与人们日常生活密切相关的电扇、洗衣机等设备中都用到了异步电动机。在应用中首先遇到的是异步电动机的启动、连续运行和停止控制的问题。本项目的目标是学会三相异步电动机的启保停控制，其部分应用如图1-1所示。图1-1 异步电动机的部分应用【相关知识】
一、常用低压电器的定义与分类
电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力或其他物理量），自动或手动接通和断开电路，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电器元件或设备。低压电器就是指工作于交流额定电压1200V、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产品。电器的用途广泛、功能多样、种类繁多、结构各异，工作原理也不尽相同，因而有不同的分类方法。常见的分类方法如图1-2所示。图1-2 常用低压电器的分类方法
1.按工作原理分类（1）电磁式电器：根据电磁感应原理工作的电器，如交直流接触器、各式电磁式继电器等。（2）非电量控制电器：电器的工作是依靠外力或某种非电物理量的变化而动作，如刀开关、按钮、热继电器、速度继电器等。
2.按用途分类（1）控制电器：用于控制电路和控制系统的电器，如接触器、各种控制继电器等。（2）主令电器：用于自动控制系统中发控制指令的电器，如控制按钮、热继电器、行程开关等。（3）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、各种保护继电器、避雷针等。（4）配电电器：用于电能的输送和分配的电器，如低压断路器、隔离开关、刀开关等。（5）执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
3.按操作方式分类（1）自动电器：通过电磁（或压缩空气）操作来完成接通、分断、启动、停止等动作的电器称为自动电器，如接触器、继电器等。（2）手动电器：通过人力做功直接操作来完成接通、分断、启动、反向、停止等动作的电器称为手动电器，如刀开关、转换开关、按钮等。
从以上可知，按照不同的分类标准，同一电器可属于多种类别。目前，低压电器并没有一个严格的分类标准。
二、电磁式低压电器的结构
电磁式低压电器在电气控制线路中使用量大、类型多，各类电磁式低压电器在工作原理和构造上基本相同，一般都具有两个基本组成结构，即检测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）。
1.电磁机构
电磁机构由线圈、铁芯和衔铁组成。原理是通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头产生动作，完成接通和分断电路的功能。其结构形式按衔铁运动方式可分为直动式和拍合式，如图1-3（a）和图1-3（b）所示为拍合式电磁机构，图1-3（c）所示为直动式电磁机构。图1-3 电磁机构的结构形式1—铁芯；2—线圈；3—衔铁
直流电磁机构线圈通入的是直流电，其铁芯不发热，只有线圈发热，因此线圈与铁芯接触以利于散热，线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身发热。铁芯和衔铁由软钢和工程纯铁制成。
交流电磁机构通入的是交流电，铁芯中存在着磁滞损耗和涡流损耗，线圈和铁芯都发热，因此吸引线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离。交流电磁机构将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于线圈和铁芯散热。其铁芯由硅钢片叠加而成，以减小涡流损耗。
电磁机构的本质是当线圈通电产生电磁吸力，使衔铁吸合；当电磁线圈断电时，在复位弹簧反力的作用下恢复原位。因此，衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力（此时是由剩磁产生的电磁吸力）。
交流电磁机构在电源电压变化的一个周期中吸合两次、释放两次，电磁机构产生剧烈的振动和噪声，会使电器结构松散，触头接触不良，容易被电弧火花熔焊与蚀损，因此必须采取有效措施，使得线圈在交流电压变小和过零时仍有一定的电磁吸力以消除衔铁的振动。为此，在铁芯端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环，如图1-4所示。加上短路环后，磁通被分为大小接近、相位相差约90°的两相磁通，因两相磁通不会同时为零，故由两相磁通产生的合成电磁吸力变化较为平坦，使电磁机构通电期间电磁吸力始终大于反力，铁芯牢牢吸合，这样就消除了振动和噪声。一般短路环包围2/3的铁芯端面。图1-4 交流电磁铁的短路环1—短路环；2—铁芯；3—线圈；4—衔铁
2.触头系统
触头是电器的执行部分，用来接通和分断电路。在闭合状态下动、静触点完全接触，有工作电流通过时称为电接触。触头的接触形式如图1-5所示，点接触式适用于小电流，面接触式适用于大电流，线接触式（又称指形接触）适用于通断次数多、大电流的场合。图1-5 触头的接触形式
触头结构形式如图1-6所示，主要分为桥式触头和指形触头，固定不动的称为静触点，由连杆带着移动的称为动触点。电器触头在电器未通电或没有受到外力作用时所处的闭合位置称为动断（又称常闭）触点，常态时相互分开的动、静触头称为动合（又称常开）触点。图1-6 触头结构形式1—触点压力弹簧；2——动触点；3——静触点
3.常用灭弧方法
电器触头在闭合或断开的瞬间，都会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，也称电弧。电弧会灼伤触点，减少触点的使用寿命，又使电路切断时间延长，甚至造成弧光短路或引起火灾事故，故应采取适当的措施熄灭电弧。
在低压控制电器中，常用的灭弧方法和装置有以下几种。（1）电动力灭弧。图图1-7 电动力灭弧示意图1-7所示为一双断点桥式触头。当触头打开时，在断点处产生电弧。两个电弧相当于平行载流导体，产生互相排斥的电动力，使电弧向外运动，电弧被拉长并接触冷却介质使电弧冷却而熄灭。这种灭弧方法不需要专门的灭弧装置，但通过电流较小时，电动力也小，多用在小容量的交流接触器中。当交流电流过零时，电弧更容易熄灭。（2）磁吹灭弧。如图1-8所示，在触头回路串一电流线圈，回路电流及其产生的磁通方向如图所示。当触头分断产生电弧时，根据左手定则，电弧受到向外拉的电磁力，使电弧拉长迅速冷却而熄灭。这种串联磁吹灭弧，电流越大，灭弧力越强。当线圈绕制方向定好后，磁吹力与电流方向无关。也可用并联磁吹线圈，这时应注意线圈的极性。交直流电器均可采用磁吹灭弧方式，直流接触器较多使用此方法，因为直流电弧较难熄灭。图1-8 磁吹灭弧原理示意图1—磁吹线圈；2—铁芯；3—导磁夹板；4—引弧角；5－灭弧罩；6—磁吹线圈磁场；7—电弧电流磁场；8—动触头（3）栅片灭弧。图1-9所示为栅片灭弧示意图，在耐热绝缘罩内卡放一组镀锌钢片，称为灭弧栅片。当触头分开时所产生的电弧，由于电动力作用被推向灭弧栅，电弧与金属片接触易于冷却，并且电弧被分割成许多段。每一个栅片相当于一个电极，每两片栅片之间都有150～250V的绝缘强度，使整个灭弧栅片绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速被熄灭；栅片还可吸收电弧热量，使其迅速冷却。栅片灭弧用于交流比直流时效果好得多，因此交流电器多采用栅片灭弧。图1-9 栅片灭弧示意图1—灭弧栅片；2—触头；3—电弧（4）灭弧罩灭弧。比灭弧栅更为简单的是采用一个陶土和石棉水泥做成的耐高温灭弧罩。电弧进入灭弧罩后，可以降低弧温和隔弧。在直流接触器的触点上广泛采用这种灭弧装置。
三、接触器
接触器是一种用来自动地接通或断开大电流电路的电器。在大多数情况下，其控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机、电炉变压器等。接触器不仅能自动地接通和断开电路，还具有控制容量大、低电压释放保护、寿命长、能远距离控制等优点。
接触器按其主触点通过的电流种类不同，可分为直流接触器和交流接触器。它们的线圈电流种类既有与各自主触点电流相同的，也有不同的，如对于重要场合使用的交流接触器，为了工作可靠其线圈可采用直流励磁方式，即采用直流电磁机构。按接触器主触点的极数（即主触点的个数）不同，直流接触器可分为单极和双极两种；交流接触器可分为三极、四极和五极三种，其中用于单相双回路控制可采用四极，用于多速电动机的控制或自耦降压启动控制可采用五极。
1.交流接触器
图1-10所示为交流接触器结构示意图，其主要由以下几个部分组成。图1-10 交流接触器结构示意图1—灭弧罩；2—常开主触点；3—常闭辅助触点；4—常开辅助触点；5—衔铁；6—吸引线圈；7－铁芯（1）电磁机构。交流接触器的电磁机构一般采用双E形衔铁直动式结构。（2）触点系统。触点分主触点和辅助触点。主触点用在通断电流较大的主电路，其根据容量大小有桥式触点和指形触点；辅助触点有常开触点和常闭触点，在结构上它们均为桥式双断点，辅助触点的容量较小，接触器安装辅助触点的目的是使其在控制电路中起联动作用。辅助触点不设灭弧装置，所以它不能用来分合主电路。（3）灭弧系统。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，灭弧装置大都采用灭弧罩及栅片灭弧结构。（4）其他部分。包括反力装置、传动机构、接线柱、外壳等。
当交流接触器线圈通电后，在铁芯中产生磁通，由此在衔铁气隙外产生吸力，使衔铁产生闭合动作，主触点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点动作，使原来打开的辅助触点闭合，使原来闭合的辅助触点打开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在复位弹簧的作用下打开，主、辅触点又恢复到原来状态。
2.直流接触器
直流接触器和交流接触器一样，也由电磁机构、触点系统、灭弧装置等部分组成。图1-11所示为直流接触器的结构示意图。图1-11 直流接触器结构示意图1—铁芯；2—线圈；3—衔铁；4—静触点；5—动触点；6—辅助触点；7，8—接线柱；9—反作用弹簧；10—底板（1）电磁机构。直流接触器的电磁机构一般采用绕轴转动的拍合式结构。（2）触点系统。直流接触器也设有主触点和辅助触点。主触点一级做成单极或双极，由于主触点接通或断开的电流较大，故采用滚动的指形触点；辅助触点电流较小，常采用点接触的双断点桥式触点。（3）灭弧装置。直流接触器一般采用磁吹灭弧装置。
3.接触器主要技术参数、型号、图文符号
1）主要技术参数（1）额定电压和额定电流：指主触点的额定工作电压和额定工作电流。常用交直流接触器的额定电压和额定电流见表1-1。（2）线圈额定电压：线圈常用额定电压等级见表1-2。选用时一般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可采用直流线圈的交流接触器。表1-1 接触器的额定电压和额定电流的等级表表1-2 接触器线圈的额定电压等级表（3）接通和分断能力：接触器在规定条件下，能在给定电压下接通或分断预期电流值，并且不发生熔焊、飞弧、过分磨损等现象。在低压电器标准中，接触器的用途分类规定了它的接通和分断能力，可查阅相关手册。（4）机械寿命和电寿命：机械寿命指需要维修或更换零件、部件前（允许正常维护，包括更换触点）所承受的无载操作循环次数；电寿命指在规定的正常工作条件下，不需要修理或更换零部件的有载操作循环次数。（5）操作频率：指每小时操作次数。交流接触器最高为600次/小时，直流接触器最高为1200次/小时。操作频率直接影响到接触器的电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。
2）接触器型号的含义
交流接触器型号的含义如下：
直流接触器型号的含义如下：
3）接触器图文符号
接触器的图形符号如图1-12所示，其文字符号为QA。图1-12 接触器的图形符号与文字符号
4.接触器的选择与使用
1）接触器的选择（1）接触器的类型选择。根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型，来选择直流接触器和交流接触器。（2）额定电压的选择。接触器的额定电压应大于或等于负载回路的电压。（3）额定电流的选择。接触器额定电流应大于或等于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式（1-1）计算：式中，I为流过接触器主触点电流（A）；C
P为电动机的额定功率（kW）；N
U为电动机的额定电压（V）；N
K为经验系数，一般取1～1.4。
选择的接触器的额定电流应大于或等于I，也可查相关手册根据C其技术条件确定。接触器如使用在电动机频繁启动、制动或正反转的场合，一般将其额定电流降一个等级来选用。（4）电磁线圈的额定电压选择。电磁线圈的额定电压应与所控制电路的电压一致。对简单控制电路可直接选用交流380V、220V电压，对线路复杂、使用电器较多者，应选用110V或更低的控制电压。（5）接触器的触点数量、种类选择。接触器的触点数量和种类应根据主电路和控制电路的要求选择。如果辅助触点的数量不能满足要求时，可通过增加中间继电器的方法解决。
2）接触器的使用与维护（1）接触器安装前应检查线圈额定电压等技术参数是否与实际相符，并且要将铁芯极面上的防锈油脂或黏结在极面上的锈垢用汽油擦净，以免多次使用后被油垢黏住，造成接触器断电时不能释放。然后再检查各活动部分（应无卡阻、歪曲现象）和各触点是否接触良好。（2）安装时，接触器一般应垂直安装，其倾斜角度不得超过50°，注意不要把螺钉等零件掉在接触器内。
四、开关
低压开关电器主要用于电源的隔离、线路的保护与控制。常用的低压开关电器有以下几种。
1.刀开关
刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的手动电器，主要在低压成套配电装置中，用于不频繁地手动接通和分断交直流电路或做隔离开关，也可用于不频繁地接通与分断小容量的负载（如小型电动机等）。
刀开关按极数可分为单极、双极和三极，按操作方式可分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式，按刀开关转换方向可分为单投、双投等。
1）开启式负荷开关
开启式负荷开关又称胶盖刀开关，简称闸刀开关，是一种结构最简单、应用最广泛的手动电器，适合在交流50Hz、额定电压单相220V、三相380V、额定电流小于100A的电路中用做电路的电流开关和小容量的电动机非频繁启动的操作开关。胶盖刀开关由操作手柄与触刀、熔丝、触刀座和底座等组成，如图1-13所示。胶盖使电弧不能飞出灼伤操作人员，防止极间电弧造成电源短路；熔丝起短路保护作用。图1-13 胶盖刀开关的结构1—手柄与触刀；2—胶盖；3—触刀座与底座；4—熔丝图1-14 刀开关图形、文字符号
刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，倒装时手柄有可能在重力作用下自动下滑而引起误合闸，造成人身安全事故。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在熔丝下端。这样拉闸后刀开关与电源隔离，便于更换熔丝。
刀开关的图形、文字符号如图1-14所示。
2）封闭式负荷开关
封闭式负荷开关也称铁壳开关，图1-15是它的外形与结构图。它由安装在铸铁或钢板制成的外壳内的刀式触头和灭弧系统、熔断器以及操作机构等组成。与闸刀开关相比它有以下特点。图1-15 铁壳开关外形与结构图1—刀式触头；2—夹座；3—熔断器；4—速断弹簧；5—转轴；6—手柄（1）触头设有灭弧室（罩），电弧不会喷出，不必顾虑会发生相间短路事故。（2）熔断丝的分断能力高，一般为5kA，高者可达50kA以上。（3）操作机构分为储能合闸式，且有机械连锁装置。前者可使开关的合闸和分闸速度与操作速度无关，从而改善开关的动作性能和灭弧性能；后者则保证了在合闸状态下打不开箱盖及箱盖未关好之前合不上闸，提高了安全性。（4）有坚固的封闭外壳，可保护操作人员免受电弧灼伤。
铁壳开关有HH3、HH4、HH10、HH11等系列，其额定电流由10A到400A可供选择，其中60A及以下的可用于异步电动机的全压启动控制开关。
用铁壳开关控制电加热和照明电路时，可按电路的额定电流选择。用于控制异步电动机时，由于开关的通断能力为4倍电动机额定电流，而电动机全压启动电流却在4～7倍额定电流以上，故开关的额定电流应选为电动机额定电流的1.5倍以上。
封闭式负荷开关在电路图中的符号与开启式负荷开关相同，如图1-14所示。
2.低压断路器
低压断路器又称自动开关或空气开关，可用以分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当发生严重的过载、短路或欠电压等故障时能自动切断电路，而且在分断故障电路后一般不需要更换零部件，因而获得了广泛的应用。
1）低压断路器的结构及工作原理
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。低压断路器的工作原理如图1-16所示（实际情况要比该图复杂得多）。图1-16 低压断路器工作原理图1—主触点；2—自由脱扣机构；3—过电流脱扣器；4—分励脱扣器；5—热脱扣器；6—欠电压脱扣器；7—停止按钮
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。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。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和电源并联。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，主触点断开主电路；当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作；当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，使自由脱扣机构动作；分励脱扣器则用于远距离控制，在正常工作时，其线圈是断电的，当需要远距离控制时，按下启动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。
低压断路器的图形、文字符号如图1-17所示。
2）低压断路器的类型及其主要参数（1）按极数分：有单极、双极和三极。（2）按保护形式分：有电磁脱扣式、热脱扣式、复合脱扣式（常用）和无脱扣式。（3）按分断时间分：有一般式和快速式（最快动作时间可在0.02s图1-17 低压断路器的图形、文字符号图以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护）。（4）按结构形式分：有塑壳式（常用）、框架式和模块式。
低压断路器的主要参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型、电磁脱扣器整定范围、主触点的分断能力等。
3）低压断路器的选择（1）低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。（2）低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路最大短路电流。（3）欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。（4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。
4）低压断路器的使用注意事项（1）低压断路器投入使用前应先进行整定，按要求整定热脱扣器和电磁脱扣器的动作电流，使用后就不应随意旋动有关的螺钉和弹簧了。（2）在安装低压断路器时应注意把来自电源的母线接到开关灭弧罩一侧的端子上，来自电气设备的母线接到另外一侧的端子上。（3）在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修、清除灰尘等工作。（4）发生开断短路事故的动作后，应立即对触点进行清理，检查有无熔坏并清除金属熔粒、粉尘等，特别要把散落在绝缘体上的金属粉尘清除掉。
使用低压断路器来实现短路保护要比熔断器优越，因为当三相电路短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。所以现在大部分的使用场合中，断路器取代了过去常用的闸刀开关和熔断器的组合。
五、熔断器
熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器之一，其具有结构简单、体积小、重量轻、使用和维护方便、价格低廉、可靠性高等优点。
1.熔断器的结构与分类
熔断器在结构上主要由熔断管（或盖、座）、熔体及导电部件等部分组成，其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件。熔断管一般由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成半封闭式或封闭式管状外壳，而熔体则装于其内。熔断管的作用是便于安装熔体和有利于熔体熔断时熄灭电弧。熔体（又称熔件）由不同金属材料（铅锡合金、锌、铜或银）制成丝状、带状、片状或笼状，串接于被保护电路，其作用是当电路发生短路或过载故障时，通过其上的电流使其发热，当达到熔化温度时自行熔断，从而分断故障电路。
熔断器的种类很多，按结构分有半封闭插入式、螺旋式、无填料密封管式、有填料密封管式等，它们的外形如图1-18所示。按用途分有一般工业用熔断器、半导体器件保护用快速熔断器和特殊熔断器（如具有两段保护特性的快慢动作熔断器、自复式熔断器）。图1-18 常见熔断器外形
在电气原理图中，熔断器的图形和文字符号如图1-19所示。
2.工作原理
熔断器使用时利用金属导体作为熔体串联在保护电路中，当电路发生过载或短路故障时，通过熔断器的电流超过某一规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。
熔断器对过载反应不是很灵敏，当电气设备发生轻度过载时，熔断器将持续很长时间才熔断，有时甚至不能熔断。因此，除了在照明电路中，熔断器一般不宜用于过载保图1-19 熔断器图形和文字符护，主要用于短路保护。
3.熔断器的主要技术参数与选择
1）主要技术参数（1）额定电压。熔断器的额定电压是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。（2）额定电流。熔断器的额定电流是指熔断器长期工作时，各部分温升不超过规定值时所能承受的电流。熔断器的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断管内可以分装不同额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断器额定电流。（3）极限分断能力。极限分断能力是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值。在电路中出现的最大电流值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。
2）熔断器的选择（1）熔断器类型选择。应根据使用场合、线路要求来选择熔断器的类型。电网配电一般选用封闭管式；有振动的场合，如电动机保护，一般选择螺旋式；静止场合，如照明电路，一般选用瓷插式；保护晶闸管应选用快速式熔断器。（2）熔断器规格选择。熔断器额定电压选择——其额定电压应大于或等于线路的工作电压。
熔断器额定电流选择——其额定电流必须大于等于所装熔体的额定电流。
熔体额定电流的选择，可分以下几种情况。
① 对于变压器、电炉、照明电路等负载，熔体额定电流应略大于或等于负载电流。
② 对于配电线路，熔体额定电流应略小于或等于线路的安全电流。
保护一台电动机时，考虑到启动电流的影响，可按下列公式选择：式中，I为电动机额定电流（A）。N
③ 对于频繁启动的电动机，该式中系数可选2.5～3.5。
保护多台电动机时，可按下列公式选择：式中，I为容量最大的电动机的额定电流；N·max
∑I为其余电动机额定电流的总和。N
3）熔断器使用维护注意事项（1）安装前检查熔断器的型号、额定电压、额定电流、额定分断能力等参数是否符合规定要求。（2）安装时注意熔断器与底座触刀应接触良好，以避免因接触不良造成温升过高，引起熔断器误动作和高峰期电器元件损坏。（3）熔断器熔断时，应更换同一型号规格的熔断器。（4）工业用熔断器的更换由专职人员负责，更换时应切断电源。（5）使用时应经常清除熔断器表面的尘埃，在定期检修设备时，如发现熔断器有损坏，应及时更换。
六、热继电器
在电力拖动控制系统中，当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压下运行、长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏。为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转，当电动机一旦出现长时间过载时能自动切断电路，从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器，这就是热继电器。
热继电器是一种具有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，也可用于其他电气设备的过载保护。按相数分，热继电器有单相、两相和三相式共三种类型，每种类型按发热元件的额定电流又有不同的规格和型号，三相式热继电器常用于三相交流电动机的过载保护。
1.热继电器的结构与工作原理
热继电器有各种各样的结构形式，最常用的是双金属片结构，图1-20为热继电器的结构原理图。双金属片2是用两种不同线膨胀系数的金属片，通过机械碾压在一起制成的，一端固定，另一端为自由端。当双金属片的温度升高时，由于两种金属的线膨胀系数不同，它将产生弯曲。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，并通过补偿双金属片5与推杆14将常闭触点9和6分开。常闭触点9和6为热继电器串于接触器线圈回路的常闭触点，断开后使接触器线圈失电。接触器的主触点断开电动机的电源以保护电动机。图1-20 热继电器的结构原理图1—接线端子；2，5—双金属片；3—热元件；4—导板；6，9—常闭触点；7—常开动触点；8—复位螺钉；10—按钮；11—调节旋钮；12—支撑杆；13—压簧；14—推杆
调节旋钮11是一个偏心轮，它与支撑杆12构成一个杠杆，转动偏心轮，即可改变补偿双金属片5与导板4的接触距离，从而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位螺钉8来改变常开动触点7的位置，使热继电器能工作在手动复位和自动复位两种工作状态。调试手动复位时，在故障排除后须按下按钮10，才能使常闭触点9恢复与常闭触点6相接触的位置。
2.热继电器的选用
热继电器的选用是否得当，直接影响对电动机进行过载保护的可靠性，通常选用时应在电动机形式、工作环境、启动情况及负载情况等方面综合加以考虑。（1）热继电器的额定电流原则上应按电动机的额定电流选择。但对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器（主要是发热元件）的额定电流要适当小一些。通常，热继电器的额定电流选为电动机额定电流的60%～80%。（2）在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间不超6s时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取热继电器。（3）当电动机为重复短时工作时，首先注意确定热继电器的允许操作频率，因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，则效果很不理想，有时甚至不能使用。（4）热继电器的复位有手动复位和自动复位两种方式。对于重要设备，宜采用手动复位方式；如果热继电器和接触器的安装地点远离操作地点，且从工艺上又易于看清过载情况，宜采用自动复位方式。图1-21 热继电器图形与文字符号
另外，热继电器必须按照产品说明书规定的方式安装。当与其他电器安装在一起时，应将热继电器安装在其他电器的下方，以免其动作受其他电器发热的影响。使用中应定期除去尘埃和污垢，若双金属片出现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻擦拭，切忌用砂纸打磨。另外，当主电路发生短路事故后，应检查发热元件和双金属片是否已经发生永久变形，在进行调整时，绝不允许弯拆双金属片。热继电器的文字符号和图形符号如图1-21所示。
七、按钮
按钮是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器，在控制电路中用做远距离手动控制电磁式电器，也可以用来图1-22 按钮结构示意图转换各种信号电路和电1—按钮帽；2—复位弹簧；3—动触点；4—常开静触点；5—常闭静触点气连锁电路。
控制按钮的结构如图1-22所示，它由按钮帽1、复位弹簧2、动触点3、常开静触点4、常闭静触点5、外壳等组成，大多数按钮都制造成具有常开触点和常闭触点的复式结构。指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号。
控制按钮在结构上有按钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式5种，可根据使用场合和具体时间、用途来选用。为了标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成不同的颜色以示区别，其颜色有红、绿、黑、黄、蓝、白等。一般以红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮，红色蘑菇头表示急停按钮，其他颜色的含义可查阅相关手册。
图1-23是按钮的图形符号及文字符号。控制按钮的选用主要根据需要的触点对数、动作要求、是否需带指示灯、使用场合以及颜色等要求决定。图1-23 控制按钮的图形符号及文字符号
八、电气控制线路图的绘制
为了便于电器元件的安装、调整、使用与维护，必须将控制线路表示出来，常用的是电气原理图，它可以反映电气控制系统中各种元件连接关系，但不能反映各电器元件的实际位置、大小和实际接线情况。电气原理图有统一的绘图标准，图中的各种电器元件均采用国家标准规定的统一图形符号。绘制电气原理图的基本规则如下。（1）电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是大电流通过的部分，画在图的左边或上面。控制电路和辅助电路通过的电流相对较小，控制电路一般为继电器、接触器的线圈电路，包括各种主令电器、继电器、接触器的触点；辅助电路一般指照明、信号指示、检测等电路。各电路均应尽可能按动作顺序由上至下、由左至右画出。（2）电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须采用国家规定的统一标准（常用电器元件的图形和文字符号参见附录A）。在图中，电器元件采用分离画法，即同一电器的各个部件可以不画在一起，但必须用同一文字符号标注。对于多个同类电器，应在文字符号后加数字序号以示区别。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]