作者：孙克军 主编
出版社：化学工业出版社
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电气控制与PLC编程入门试读：
前言
前 言随着我国电力事业的飞速发展，电动机、低压电器、变频器、可编程控制器在工业、农业、国防、交通运输、城乡家庭等各个领域均得到了日益广泛的应用。但是，电气控制技术是从事电工专业必备的理论基础，为了满足广大从事电气控制技术的电工的需要，我们组织编写了本书。
本书的主要内容包括常用低压电器、电气控制系统设计基础、电气控制电路的基本环节、常用电动机启动和调速控制电路、常用电气设备控制电路、常用机床控制电路分析、PLC的基础知识、常用可编程控制器简介、基本逻辑指令、功能指令、PLC的使用与维护、PLC应用实例等。本书内容深入浅出、通俗易懂、突出实用，并配以必要的图解。本书的特点如下：
①内容按照循序渐进、由浅入深的原则进行编排，读者只需顺序阅读图书。
②图文结合，将文字融入图中，从而直观形象地表现图书内容。
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本书着重于基本原理、基本方法、基本概念的分析和应用，重点阐述物理概念，尽量联系生产实践，力求做到重点突出，以帮助读者提高解决实际问题的能力。而且在编写体例上尽量采用了图表形式，具有简洁明了、便于查找、适合自学的优点。本书的特点是密切结合生产实际，书中列举了大量实例，实用性强，易于迅速掌握和运用。
本书由孙克军任主编，刘骏、王忠杰任副主编。第1章由薛增涛编写，第2章由井成豪编写，第3章由王晓毅编写，第4章由陈明编写，第5章由孙克军编写，第6章由刘骏编写，第7章由王忠杰编写，第8章由杨国福编写，第9章由孙会琴编写。在编写本书的过程中得到了许多专家和知名厂商的鼎力支持，他们提供了许多新知识、新产品的应用资料。编者对关心本书出版、热心提出建议和提供资料的单位和个人在此一并表示衷心的感谢。
由于水平所限，书中不足在所难免，敬请广大读者批评指正。编 者第1章 常用低压电器1.1 概述1.1.1 低压电器的特点
电器是指能够根据外界的要求或所施加的信号，自动或手动地接通或断开电路，从而连续或断续地改变电路的参数或状态，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备。简单地说，电器就是接通或断开电路或调节、控制、保护电路和设备的电工器具或装置。电器按工作电压高低可分为高压电器和低压电器两大类。
低压电器通常是指用于交流50Hz（或60Hz）、额定电压为1200V及以下、直流额定电压为1500V及以下的电路内起通断、保护、控制或调节作用的电器。
近年来，我国低压电器产品发展很快，通过自行设计新产品和从国外著名厂家引进技术，产品品种和质量都有明显的提高，符合新国家标准、部颁标准和达到国际电工委员会（IEC）标准的产品不断增加。当前，低压电器继续沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，主要途径是利用微电子技术提高传统电器的性能；在产品品种方面，大力发展电子化的新型控制器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器等，以适应控制系统迅速电子化的需要。
目前，低压电器在工农业生产和人们的日常生活中有着非常广泛的应用，低压电器的特点是品种多、用量大、用途广。1.1.2 低压电器的种类
低压电器的种类繁多，结构各异，功能多样，用途广泛，其分类方法很多。按不同的分类方式有着不同的类型。（1）按用途分类
低压电器按用途分类见表1-1。表1-1 低压电器按用途分类（2）按操作方式分类
①自动电器 自动电器是指通过电磁或气动机构动作来完成接通、分断、启动和停止等动作的电器，它主要包括接触器、断路器、继电器等。
②手动电器 手动电器是指通过人力来完成接通、分断、启动和停止等动作的电器，它主要包括刀开关、转换开关和主令电器等。（3）按工作条件分类
①一般工业用电器 这类电器用于机械制造等正常环境条件下的配电系统和电力拖动控制系统，是低压电器的基础产品。
②化工电器 化工电器的主要技术要求是耐腐蚀。
③矿用电器 矿用电器的主要技术要求是能防爆。
④牵引电器 牵引电器的主要技术要求是耐振动和冲击。
⑤船用电器 船用电器的主要技术要求是耐腐蚀、颠簸和冲击。
⑥航空电器 航空电器的主要技术要求是体积小、重量轻、耐振动和冲击。（4）按工作原理分类
①电磁式电器 电磁式电器的感测元件接受的是电流或电压等电量信号。
②非电量控制电器 这类电器的感测元件接收的信号是热量、温度、转速、机械力等非电量信号。（5）按使用类别分类
低压交流接触器和电动机启动器常用的使用类别如下：
①AC-1用于无感或低感负载、电阻炉等；
②AC-2用于绕线转子异步电动机的启动、分断等；
③AC-3用于笼型异步电动机的启动、分断等；
④AC-4用于笼型异步电动机的启动、反接制动或反向运转、点动等。1.2 低压开关类电器1.2.1 刀开关（1）刀开关的用途
刀开关又称闸刀开关，是一种带有动触点（触刀），在闭合位置与底座上的静触点（静插座、刀座）相接触（或分离）的一种开关。它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。主要用于各种配电设备和供电电路，可作为非频繁地接通和分断容量不大的低压供电线路之用，如照明线路或小型电动机线路。当能满足隔离功能要求时，刀开关也可以用来隔离电源。（2）刀开关的分类
根据工作条件和用途的不同，刀开关有不同的结构形式，但工作原理是一致的。刀开关按极数可分为单极、双极、三极和四极；按切换功能（位置数）可分为单投和双投开关；按操作方式可分为中央手柄式和带杠杆操作机构式。
对于额定电流较小的刀开关，插座多用硬紫铜制成，依靠材料的弹性来产生接触压力；对于额定电流较大的刀开关，则要通过插座两侧加设弹簧片来增加接触压力。为使刀开关分断时有利于灭弧，加快分断速度，有带速断刀刃的刀开关与触刀能速断的刀开关，有时还装有灭弧罩。（3）刀开关的基本结构与工作原理
刀开关的种类很多，常用刀开关的外形如图1-1所示，手柄操作式单极刀开关的结构如图1-2所示。图1-1 常用刀开关的外形图1-2 手柄操作式单极刀开关的结构1—手柄；2—进线接线柱；3—静插座；4—触刀；5—铰链支座；6—出线接线柱；7—绝缘底板
同一般开关电器比较，刀开关的触刀相当于动触点，而静插座相当于静触点。当操作人员握住手柄，使触刀绕铰链支座转动，插到静插座内的时候，就完成了接通操作。这时，铰链支座、触刀和静插座就形成了一个电流通路。如果操作人员使触刀绕铰链支座做反方向转动，脱离静插座，电路就被切断。
刀开关的图形符号及文字符号如图1-3所示。图1-3 刀开关的图形符号及文字符号（4）刀开关的选择
①结构形式的确定 选用刀开关时，首先应根据其在电路中的作用和其在成套配电装置中的安装位置，确定其结构形式。如果电路中的负载由低压断路器、接触器或其他具有一定分断能力的开关电器（包括负荷开关）来分断，即刀开关仅仅用来隔离电源时，则只需选用没有灭弧罩的产品；反之，如果刀开关必须分断负载，就应选用带有灭弧罩，而且是通过杠杆操作的产品。此外，还应根据操作位置、操作方式和接线方式来选用。
②规格的选择 刀开关的额定电压应等于或大于电路的额定电压。刀开关的额定电流一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。若负载是电动机，就必须考虑电动机的启动电流为额定电流的4～7倍，甚至更大，故应选用额定电流大一级的刀开关。此外，还要考虑电路中可能出现的最大短路电流（峰值）是否在该额定电流等级所对应的电动稳定性电流（峰值）以下。如果超出，就应当选用额定电流更大一级的刀开关。1.2.2 开启式负荷开关（1）开启式负荷开关的用途与特点
开启式负荷开关又叫胶盖瓷底刀开关（俗称胶盖闸），是由刀开关和熔丝组合而成的一种电器。主要用作交流频率为50Hz，额定电压为单相220V、三相380V，额定电流至100A的电路中的总开关、支路开关以及电灯、电热器等操作开关，作为手动不频繁地接通与分断有负载电器及小容量线路的短路保护之用的负荷开关。开启式负荷开关具有结构简单、价格低廉、使用维修方便等优点，目前已广泛应用于工业、农业、矿山、交通、家庭等各个行业。（2）开启式负荷开关的分类
开启式负荷开关的类型主要有HK1 、HK2、HK4和HK8等系列产品。按极数分为二极和三极两种，二极式产品的额定电压为220V（或250V），额定电流有10A、15A、30A三种（或10A、16A、32A、63A四种）；三极式产品的额定电压为380V，额定电流有15A、30A、60A三种（或16A、32A、63A三种）。（3）开启式负荷开关的基本结构与工作原理
开启式负荷开关的结构如图1-4所示，主要由瓷质手柄、触刀（又称动触点）、触刀座、进线座、出线座、熔丝、瓷底座、上胶盖、下胶盖及紧固螺母等零件装配而成。
开启式负荷开关的全部导电零件都固定在一块瓷底板上面。触刀的一端固定在瓷质手柄上，另一端固定在触刀座上，并可绕着触刀座上的铰链转动。操作人员手握瓷柄朝上推的时候，触刀绕铰链向上转动，插入插座，将电路接通；反之，将瓷柄向下拉，触刀就绕铰链向下转动，脱离插座，将电路切断。图1-4 开启式负荷开关的结构1—胶盖；2—触刀；3—出线座；4—瓷底座；5—熔丝；6—夹座；7—进线座（4）开启式负荷开关的选择
①额定电压的选择 开启式负荷开关用于照明电路时，可选用额定电压为220V或250V的二极开关；用于小容量三相异步电动机时，可选用额定电压为380V或500V的三极开关。
②额定电流的选择 在正常的情况下，开启式负荷开关一般可以接通或分断其额定电流。因此，当开启式负荷开关用于普通负载（如照明或电热设备）时，负荷开关的额定电流应等于或大于开断电路中各个负载额定电流的总和。
当开启式负荷开关被用于控制电动机时，考虑到电动机的启动电流可达额定电流的4～7倍，因此不能按照电动机的额定电流来选用，而应把开启式负荷开关的额定电流选得大一些，换句话说，即负荷开关应适当降低容量使用。根据经验，负荷开关的额定电流一般可选为电动机额定电流的3倍左右。
③熔丝的选择
a.对于变压器、电热器和照明电路，熔丝的额定电流宜等于或稍大于实际负载电流。
b.对于配电线路，熔丝的额定电流宜等于或略小于线路的安全电流。
c.对于电动机，熔丝的额定电流一般为电动机额定电流的1.5～2.5倍。在重载启动和全电压启动的场合，应取较大的数值；而在轻载启动和降压启动的场合，则应取较小的数值。1.2.3 封闭式负荷开关（1）封闭式负荷开关的用途与特点
封闭式负荷开关是由刀开关和熔断器组合而成的一种电器。
由于开启式负荷开关的缺点在于它没有灭弧装置，而且触点的断开速度比较慢，以致在分断大电流时，往往会有很大的电弧向外喷出，引起相间短路，甚至灼伤操作人员。如果能够提高触刀的通断速度，在断口处设置灭弧罩，并将整个开关本体装在一个防护壳体内，就可以极大地改善开关的通断性能。封闭式负荷开关便是根据这个思路设计出来的。因此，封闭式负荷开关具有通断性较好、操作方便和使用安全等优点。
封闭式负荷开关主要用于工矿企业电气装置、农村电力排灌及电热和照明等各种配电设备中，供手动不频繁接通、分断电路及线路末端的短路保护之用，其中容量较小者（开关的额定电流为60A及以下的），还可用作电动机的不频繁全压启动（又称直接启动）的控制开关。（2）封闭式负荷开关的分类
封闭式负荷开关的类型主要有HH3、HH4、HH10、HH11和HH12等系列产品，按极数可分为两极和三极两种产品。HH3系列的额定电流有10A、15A、20A、30A、60A、100A、200A七种；HH4系列的额定电流有15A、30A、60A、100A、200A、300A、400A等七种；HH10系列的额定电流有10A、20A、30A、60A、100A五种；HH11系列的额定电流有100A、200A、300A、400A四种。（3）封闭式负荷开关的基本结构与工作原理
封闭式负荷开关的种类很多，常用封闭式负荷开关的外形如图1-5所示。图1-5 封闭式负荷开关的外形
封闭式负荷开关的触点及灭弧系统、熔断器以及操作机构这三部分共装于一个防护外壳内，其结构如图1-6所示，主要由闸刀、夹座、熔断器、铁壳、速断弹簧、转轴和手柄等组成。图1-6 封闭式负荷开关的结构1—闸刀（动触刀）；2—夹座（静触座）；3—熔断器；4—铁壳；5—速断弹簧；6—转轴；7—手柄
封闭式负荷开关的操作机构都具有以下两个特点：一是采用储能合闸方式，即利用一根弹簧以执行合闸和分闸机能，使开关的闭合和分断速度都与操作速度无关，这既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置上；二是设有联锁装置，它可以保证开关合闸时不能打开箱盖，而当箱盖打开的时候，也不能将开关合闸，既有助于充分发挥外壳的防护作用，防止操作人员被电弧灼伤，又保证了更换熔丝等操作的安全。（4）封闭式负荷开关的选择
①额定电压的选择 当封闭式负荷开关用于控制一般照明、电热电路时，开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各个负载额定电流之和。当用封闭式负荷开关控制异步电动机时，考虑到异步电动机的启动电流为额定电流的4～7倍，故开关的额定电流应为电动机额定电流的1.5倍左右。
②与控制对象的配合 由于封闭式负荷开关不带过载保护，只有熔断器用作短路保护，很可能因一相熔断器熔断，而导致电动机缺相运行（又称单相运行）故障。另外，根据使用经验，用负荷开关控制大容量的异步电动机时，有可能发生弧光烧手事故。所以，一般只用额定电流为60A及以下等级的封闭式负荷开关，作为小容量异步电动机非频繁直接启动的控制开关。
另外，考虑到封闭式负荷开关配用的熔断器的分断能力一般偏低，所以它应当装在短路电流不太大的线路末端。1.2.4 组合开关（1）组合开关的用途与分类
组合开关（又称转换开关）实质上也是一种刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直于其安装面的平面内向上或向下转动的。而组合开关的操作手柄则是在平行于其安装面的平面内向左或向右转动而已。组合开关由于其可实现多组触点组合而得名，实际上是一种转换开关。
组合开关一般用于电气设备中，作为非频繁地接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和Y-△启动等用。
常用的组合开关主要是HZ5系列、HZ10系列、HZ12系列、HZ15系列、3LB系列等产品。（2）组合开关的基本结构与工作原理
组合开关的种类非常多，常用组合开关的外形和结构如图1-7所示，它主要由接线柱、绝缘杆、手柄、转轴、弹簧、凸轮、绝缘垫板、动触点、静触点等部件组成。图1-7 组合开关的外形和结构1—接线柱；2—绝缘杆；3—手柄；4—转轴；5—弹簧；6—凸轮；7—绝缘垫板；8—动触点；9—静触点
当手柄每转过一定角度，就带动与转轴固定的动触点分别与对应的静触点接通和断开。组合开关转轴上装有扭簧储能机构，可使开关迅速接通与断开，其通断速度与手柄旋转速度无关。组合开关的操作机构分无限位和有限位两种。触点盒的下方有一块供安装用的钢质底板。
组合开关的图形符号和文字符号如图1-8所示。图1-8 组合开关的图形符号及文字符号（3）组合开关的选择
组合开关是一种体积小、接线方式多、使用非常方便的开关电器。选择组合开关时应注意以下几点：
①组合开关应根据用电设备的电压等级、容量和所需触点数进行选用。组合开关用于一般照明、电热电路时，其额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和；组合开关用于控制电动机时，其额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。
②组合开关接线方式很多，应根据需要，正确地选择相应规格的产品。
③组合开关本身是不带过载保护和短路保护的，如果需要这类保护，应另设其他保护电器。
④虽然组合开关的电寿命比较高，但当操作频率超过300次/h或负载功率因数低于规定值时，开关需要降低容量使用。否则，不仅会降低开关的使用寿命，有时还可能因持续燃弧而发生事故。
⑤一般情况下，当负载的功率因数小于0.5时，由于熄弧困难，不易采用HZ系列的组合开关。1.3 常用熔断器1.3.1 熔断器概述（1）熔断器的用途
熔断器是一种起保护作用的电器，它串联在被保护的电路中，当线路或电气设备的电流超过规定值足够长的时间后，其自身产生的热量能够熔断一个或几个特殊设计的和相应的部件，断开其所接入的电路并分断电源，从而起到保护作用。熔断器包括组成完整电器的所有部件。
熔断器结构简单、使用方便、价格低廉，广泛应用于低压配电系统和控制电路中，主要作为短路保护元件，也常作为单台电气设备的过载保护元件。（2）熔断器的基本结构
熔断器的基本结构主要有熔体、安装熔体的熔管（或盖、座）、触点和绝缘底板等。其中，熔体是指当电流大于规定值并超过规定时间后熔断的熔断体部件，它是熔断器的核心部件，它既是感测元件又是执行元件，一般用金属材料制成，熔体材料具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断等特点；熔管是熔断器的外壳，主要作用是便于安装熔体且当熔体熔断时有利于电弧熄灭。（3）熔断器的工作原理
熔断器实际上是一种利用热效应原理工作的保护电器，它通常串联在被保护的电路中，并应接在电源相线输入端。当电路为正常负载电流时，熔体的温度较低；而当电路中发生短路或过载故障时，通过熔体的电流随之增大，熔体开始发热。当电流达到或超过某一定值时，熔体温度将升高到熔点，便自行熔断，分断故障电路，从而达到保护电路和电气设备、防止故障扩大的目的。熔体的保护作用是一次性的，一旦熔断即失去作用，应在故障排除后，更换新的相同规格的熔体。
熔断器的图形符号和文字符号如图1-9所示。图1-9 熔断器的图形符号和文字符号（4）熔断器的主要技术参数
①额定电压 指保证熔断器能够长期正常工作时承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。其系列主要有220V、380V、415V、500V、660V、1140V等多个等级。
②额定电流 指熔断器长期工作时，各部件温升不超过规定值时所能承受的电流。需要说明的是，熔断器的额定电流与熔体的额定电流不是一个概念。熔断器的额定电流等级较少，熔体的额定电流等级较多，因此，通常熔体额定电流的几个规格可以使用同一规格的熔断器，但熔体额定电流的最大规格只能小于或等于熔断器的额定电流。
熔体的额定电流值有2A、4A、6A、8A、10A、12A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A、80A、100A、125A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A、800A、1000A、1250A等多个等级。1.3.2 插入式熔断器（1）结构与特点
插入式熔断器又称瓷插式熔断器，指熔断体靠导电插件插入底座的熔断器。它具有结构简单、价格低廉、更换熔体方便等优点，被广泛用于照明电路和小容量电动机的短路保护。
常用的插入式熔断器主要是RC1A系列产品，其结构如图1-10所示，它由瓷盖、瓷座、动触点、静触点和熔丝等组成。图1-10 RC1A系列插入式熔断器的结构1—动触点；2—熔丝；3—瓷盖；4—静触点；5—瓷座（2）适用场合
RC1A系列插入式熔断器主要用于交流50Hz，额定电压380V及以下、额定电流至200A的线路末端，供配电系统作为电缆、导线及电气设备（如电动机、负荷开关等）的短路保护。
RC1A系列插入式熔断器的分断能力较低、保护特性较差，但由于其价格低廉、操作简单、使用方便，因此目前在工矿企业以及民用照明电路中仍在使用。1.3.3 螺旋式熔断器（1）结构与特点
螺旋式熔断器是指带熔断体的载熔件靠螺纹旋入底座而固定于底座的熔断器，它实质上是一种有填料封闭式熔断器，具有断流能力大、体积小、熔丝熔断后能显示、更换熔丝方便、安全可靠等特点。RL1系列螺旋式熔断器的外形和结构如图1-11所示。（2）适用场合
螺旋式熔断器广泛用于低压配电设备、机械设备的电气控制系统中的配电箱、控制箱及振动较大的场合，作为过载及短路保护元件。常用螺旋式熔断器产品主要有RL1、RL5、RL6、RL7和RL8等系列。
使用螺旋式熔断器时必须注意，用电设备的连接线应接到金属螺旋壳的上接线端，电源线应接到底座的下接线端。这样，更换熔管时金属螺旋壳上就不会带电，保证用电安全。图1-11 RL1系列螺旋式熔断器的外形和结构1—瓷帽；2—熔管；3—瓷套；4—上接线端；5—下接线端；6—底座1.3.4 无填料封闭管式熔断器（1）结构与特点
无填料封闭管式熔断器（又称无填料密闭管式熔断器或无填料密封管式熔断器）是指熔体被密闭在不充填料的熔管内的熔断器。常用的无填料封闭管式熔断器产品主要是RM10系列。RM10系列无填料封闭管式熔断器的外形和结构如图1-12所示。图1-12 RM10系列无填料封闭管式熔断器的外形和结构1—夹座；2—底座；3—熔管；4—钢纸管；5—黄铜管；6—黄铜帽；7—触刀；8—熔体（2）应用场合
无填料封闭管式熔断器是一种可拆卸的熔断器，其特点是当熔体熔断时，管内产生高气压，能加速灭弧。另外，熔体熔断后，使用人员可自行拆开，装上新熔体后可尽快恢复供电。它还具有分断能力大、保护特性好和运行安全可靠等优点，常用于频繁发生过载和短路故障的场合。RM10系列无填料密闭管式熔断器主要适用于交流50Hz，额定电压660V或直流电压440V及以下的低压电力网络或配电装置中，作为电缆、导线及电气设备的短路保护及电缆、导线的过负荷保护之用。1.3.5 有填料封闭管式熔断器（1）结构与特点
有填料封闭管式熔断器是指熔体被封闭在充有颗粒、粉末等灭弧填料的熔管内的熔断器。它为增强熔断器的灭弧能力，在其熔管中填充了石英砂等介质材料而得名。石英砂具有较好的导热性能、绝缘性能，而且其颗粒状的外形增大了同电弧的接触面积，便于吸收电弧的能量，使电弧快速冷却，从而可以加快灭弧过程。RT0系列有填料封闭管式熔断器的外形和结构如图1-13所示。图1-13 RT0系列有填料封闭管式熔断器的外形和结构1—熔断指示器；2—指示器熔体；3—石英砂；4—工作熔体；5—触刀；6—盖板；7—引弧栅；8—锡桥；9—变截面小孔（2）应用场合
有填料封闭管式熔断器具有分断能力强、保护特性好、带有醒目的熔断指示器、使用安全等优点，广泛用于具有高短路电流的电网或配电装置中，作为电缆、导线、电动机、变压器以及其他电气设备的短路保护和电缆、导线的过载保护。其缺点是熔体熔断后必须更换熔管，经济性较差。
常用有填料封闭管式熔断器主要是RT系列和NT系列等产品，另外，螺旋式熔断器也可列为有填料封闭管式熔断器的一种。1.3.6 熔断器的选择（1）熔断器选择的一般原则
①应根据使用条件确定熔断器的类型。1-1 熔
②选择熔断器的规格时，应首先选定熔体的规格，断器的然后再根据熔体去选择熔断器的规格。使用方
③熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有法与注意事项良好的配合。
④在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大2～3倍。
⑤对于保护电动机的熔断器，应注意电动机启动电流的影响。熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。（2）熔断器类型的选择
熔断器主要根据负载的情况和电路短路电流的大小来选择类型。例如，对于容量较小的照明线路或电动机的保护，宜采用RC1A系列插入式熔断器或RM10系列无填料密闭管式熔断器；对于短路电流较大的电路或有易燃气体的场合，宜采用具有高分断能力的RL系列螺旋式熔断器或RT（包括NT）系列有填料封闭管式熔断器；对于保护硅整流器件及晶闸管的场合，应采用快速熔断器。
熔断器的形式也要考虑使用环境，例如，管式熔断器常用于大型设备及容量较大的变电场合；插入式熔断器常用于无振动的场合；螺旋式熔断器多用于机床配电；电子设备一般采用熔丝座。（3）熔体额定电流的选择
①对于照明电路和电热设备等电阻性负载，因为其负载电流比较稳定，可用作过载保护和短路保护，所以熔体的额定电流（I）应等rn于或稍大于负载的额定电流（I），即fnI=1.1Irnfn
②电动机的启动电流很大，因此对电动机只宜作短路保护，对于保护长期工作的单台电动机，考虑到电动机启动时熔体不能熔断，即I≥（1.5～2.5）Irnfn
式中，轻载启动或启动时间较短时，系数可取近1.5；重载启动、启动时间较长或启动较频繁时，系数可取近2.5。
③对于保护多台电动机的熔断器，考虑到在出现尖峰电流时不熔断熔体，熔体的额定电流应等于或大于最大一台电动机的额定电流的1.5～2.5倍加上同时使用的其余电动机的额定电流之和，即I≥（1.5～2.5）I+∑Irnfnmaxfn式中 I——多台电动机中容量最大的一台电动机的额定电流；fnmax
∑I——其余各台电动机额定电流之和。fn
必须说明，由于电动机负载情况不同，其启动情况也各不相同，因此，上述系数只作为确定熔体额定电流时的参考数据，精确数据需在实践中根据使用情况确定。（4）熔断器额定电压的选择
熔断器的额定电压应等于或大于所在电路的额定电压。1.4 低压断路器1.4.1 低压断路器概述（1）断路器的用途
断路器曾称自动开关，是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。按规定条件，断路器对配电电路、电动机或其他用电设备实行通断操作并起保护作用，即当电路内出现过载、短路或欠电压等情况时能自动分断电路。
断路器动作值可调整、兼具过载和保护两种功能、安装方便、分断能力强，特别是在分断故障电流后一般不需要更换零部件，因此应用非常广泛。（2）断路器的分类
断路器的类型很多，常用的分类方法见表1-2。表1-2 断路器的分类（3）断路器的基本结构与工作原理
断路器的种类虽然很多，但它的基本结构基本相同。断路器的结构主要有触点系统、灭弧装置、各种脱扣器和操作机构等部分。
断路器的种类很多，结构比较复杂，但其工作原理基本相同，其工作原理如图1-14所示。断路器的三个触点串联在三相主电路中，电磁脱扣器的线圈及热脱扣器的热元件也与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈与主电路并联。图1-14 断路器的工作原理1，9—弹簧；2—主触点；3—锁键；4—钩子；5—轴；6—电磁脱扣器；7—杠杆；8，10—衔铁；11—欠电压脱扣器；12—热脱扣器双金属片；13—热脱扣器的热元件
当断路器闭合后，三个主触点由锁键钩住钩子，克服弹簧的拉力，保持闭合状态。而当电磁脱扣器吸合或热脱扣器的双金属片受热弯曲或欠电压脱扣器释放时，就可将杠杆顶起，使钩子和锁键脱开，于是主触点分断电路。
当电路正常工作时，电磁脱扣器的线圈产生的电磁力不能将衔铁吸合，而当电路发生短路，出现很大过电流时，线圈产生的电磁力增大，足以将衔铁吸合，使主触点断开，切断主电路；若电路发生过载，但又达不到电磁脱扣器动作的电流时，而流过热脱扣器的发热元件的过载电流，会使双金属片受热弯曲，顶起杠杆，导致触点分开来断开电路，起到过载保护作用；若电源电压下降较多或失去电压时，欠电压脱扣器的电磁力减小，使衔铁释放，同样导致触点断开而切断电路，从而起到欠电压或失电压保护作用。
低压断路器的图形符号和文字符号如图1-15所示。图1-15 低压断路器的图形符号和文字符号1.4.2 万能式断路器（1）基本结构
万能式断路器曾称为框架式断路器，这种断路器一般都有一个钢制的框架（小容量的也可由塑料底板加金属支架构成），所有零部件均安装在这个框架内，主要零部件都是裸露的，导电部分需先进行绝缘，再安装在底座上，而且部件大多可以拆卸，便于装配和调整。DW型万能式断路器的结构如图1-16所示。图1-16 DW型万能式断路器的结构图1—操作手柄；2—自由脱扣机构；3—失压脱扣器；4—过流脱扣器电流调节螺母；5—过流脱扣器；6—辅助触点（联锁触点）；7—灭弧罩（2）特点与用途
这种断路器容量较大，其额定电流一般为630～5000A，可装设多种脱扣器，辅助触点的数量很多，不同的脱扣器组合可以具有不同的保护特性。因此，这种断路器可设计成选择型或非选择型配电电器，也可进行具有反时限动作特性的电动机保护，另外它还可通过辅助触点实现远距离遥控和智能化控制。一般情况下，容量较小（600A以下）的万能式断路器多用于线路和电源设备的过载、欠电压和短路的保护；容量较大（1000A以上）的万能式断路器多用于变压器出线总开关、大容量馈线开关及大型电动机控制。1.4.3 塑料外壳式断路器（1）基本结构
塑料外壳式断路器曾称为装置式断路器，这种断路器的所有零部件都安装在一个塑料外壳中，没有裸露的带电部分，使用比较安全。DZ型塑料外壳式断路器的结构如图1-17所示，其主要由绝缘外壳、触点系统、操作机构和脱扣器等四部分组成。图1-17 DZ型塑料外壳式断路器结构图1—牵引杆；2—锁扣；3—跳钩；4—连杆；5—操作手柄；6—灭弧室；7—引入线和接线端子；8—静触点；9—动触点；10—可挠连接条；11—电磁脱扣器；12—热脱扣器；13—引出线和接线端子；14—塑料底座（2）特点与用途
塑料外壳式断路器多为非选择型，而且容量较小，一般在600A以下，新型的塑料外壳式断路器也可制成选择型，而且容量不断增大，有的容量已达3000A以上。小容量的断路器（50A以下）一般采用非储能闭合、手动操作；大容量断路器的操作机构多采用储能闭合，而且还可进行远距离遥控。塑料外壳式断路器可以装设多种附件以适应各种不同控制和保护的需要，具有较高的短路分断能力、动稳定性和比较完备的选择性保护功能。它与万能式断路器相比，具有结构紧凑、体积小、操作简便、安全可靠等特点，缺点是通断能力比万能式断路器低，保护和操作方式较少。这种断路器广泛用于配电线路中，作为主电路和小容量发电机的保护和配电开关，也可用作小型配电变压器低压侧出线总开关以及对各种大型建筑（如宾馆、大楼、机场、车站等）和住宅的照明电路进行控制和保护，还可用作各种生产设备的电源开关。
DZ系列塑料外壳式断路器主要在电力系统中作配电及保护电动机之用，也可作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁启动用。1.4.4 断路器的选择（1）类型的选择
应根据电路的额定电流、保护要求和断路器的结构1-2 断特点来选择断路器的类型。例如：路器的
①对于额定电流600A以下，短路电流不大的场合，使用方一般选用塑料外壳式断路器。法与注意事项
②若额定电流比较大，则应选用万能式断路器；若短路电流相当大，则应选用限流式断路器。
③在有漏电保护要求时，还应选用漏电保护式断路器。
④断路器的类型应符合安装条件、保护功能及操作方式的要求。
⑤一般情况下，保护变压器及配电线路可选用万能式断路器，保护电动机可选塑料外壳式断路器。
⑥校核断路器的接线方向，如果断路器技术文件或端子上表明只能上进线，则安装时不可采用下进线，母线开关一定要选用可下进线的断路器。（2）电气参数的确定
断路器的结构选定后，接着需选择断路器的电气参数。电气参数的确定除选择断路器的额定电压、额定电流和通断能力外，一个重要的问题就是怎样选择断路器过电流脱扣器的整定电流和保护特性以及配合等，以便达到比较理想的协调动作。选用的一般原则（指选用任何断路器都必须遵守的原则）为：
①断路器的额定工作电压≥线路额定电压。
②断路器的额定电流≥线路计算负载电流。
③断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）。
④断路器热脱扣器的额定电流≥电路工作电流。
⑤根据实际需要，确定电磁脱扣器的额定电流和瞬时动作整定电流。
a.电磁脱扣器的额定电流只要等于或稍大于电路工作电流即可。
b.电磁脱扣器的瞬时动作整定电流为：作为单台电动机的短路保护时，电磁脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍（DW系列断路器）或1.7倍（DZ系列断路器）；作为多台电动机的短路保护时，电磁脱扣器的整定电流为1.3倍最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。
⑥断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压。
并非所有断路器都需要带欠电压脱扣器，是否需要应根据使用要求而定。在某些供电质量较差的系统，选用带欠电压保护的断路器，反而会因电压波动而经常造成不希望的断电。在这种场合，若必须带欠电压脱扣器，则应考虑有适当的延时。
⑦断路器分励脱扣器的额定电压=控制电源电压。
⑧电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压。
需要注意的是，选用时除一般选用原则外，还应考虑断路器的用途。配电用断路器和电动机保护用断路器以及照明、生活用导线保护断路器，应根据使用特点予以选用。1.5 接触器1.5.1 接触器概述（1）接触器的用途
接触器是指仅有一个起始位置，能接通、承载和分断正常电路条件（包括过载运行条件）下的电流的一种非手动操作的机械开关电器。它可用于远距离频繁地接通和分断交、直流主电路和大容量控制电路，具有动作快、控制容量大、使用安全方便、能频繁操作和远距离操作等优点，主要用于控制交、直流电动机，也可用于控制小型发电机、电热装置、电焊机和电容器组等设备，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电气元件。
接触器能接通和断开负载电流，但不能切断短路电流，因此接触器常与熔断器和热继电器等配合使用。（2）接触器的分类
接触器的种类繁多，有多种不同的分类方法。
①按操作方式分，有电磁接触器、气动接触器和液压接触器。
②按接触器主触点控制电流种类分，有交流接触器和直流接触器。
③按灭弧介质分，有空气式接触器、油浸式接触器和真空接触器。
④按有无触点分，有有触点式接触器和无触点式接触器。
⑤按主触点的极数，还可分为单极、双极、三极、四极和五极等。
目前应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器，习惯上简称为交流接触器和直流接触器。
接触器的图形符号和文字符号如图1-18所示。图1-18 接触器的图形符号和文字符号（3）接触器的主要技术参数
接触器的主要技术参数见表1-3。表1-3 接触器的主要技术参数1.5.2 交流接触器（1）交流接触器的基本结构
交流接触器的种类很多，常用交流接触器的外形如图1-19所示。交流接触器主要由触点系统、电磁机构、灭弧装置和其他部分等组成。交流接触器的结构和工作原理如图1-20所示。图1-19 交流接触器的外形图1-20 交流接触器的结构和工作原理1—释放弹簧；2—主触点；3—触点压力弹簧；4—灭弧罩；5—常闭辅助触点；6—常开辅助触点；7—动铁芯；8—缓冲弹簧；9—静铁芯；10—短路环；11—线圈；12—熔断器；13—电动机（2）工作原理
当线圈通电后，线圈中因有电流通过而产生磁场，静铁芯在电磁力的作用下，克服弹簧的反作用力，将动铁芯吸合，从而使动、静触点接触，主电路接通；而当线圈断电时，静铁芯的电磁吸力消失，动铁芯在弹簧的反作用力下复位，从而使动触点与静触点分离，切断主电路。1.5.3 直流接触器（1）直流接触器的基本结构
直流接触器的种类很多，常用直流接触器的外形如图1-21所示。直流接触器的结构和工作原理与交流接触器基本相同，直流接触器主要由触点系统、电磁系统和灭弧装置三大部分组成。图1-22是平面布置整体式直流接触器的结构示意图。图1-21 直流接触器的外形图1-22 平面布置整体式直流接触器的结构示意图1—灭弧罩；2—引弧角组件；3—引弧板；4—主触点；5—动触点座；6—释放弹簧；7—软连接；8—固定轴；9—衔铁组；10—辅助静触点座；11—辅助动触点座；12—调节螺栓；13—支架；14—反力释放弹簧；15—铁轭；16—底座；17—绝缘底板；18—铁芯；19—吸引线圈；20—磁吹线圈；21—隔热板（2）适用场合
目前，常用的直流接触器主要有CZ0系列、CZ18系列、CZ21系列和CZ28系列产品。其中，CZ0系列适用于直流电动机频繁启动、停止以及直流电动机的换向或反接制动，CZ0-400产品主要供远距离瞬时闭合与断开额定电压至220V、额定电流至100A的高压油断路器的电磁操作机构或频繁闭合和断开起重电磁铁、电磁阀、离合器的电磁线圈；CZ18系列和CZ21系列适用于远距离闭合与断开电路，并可作直流电动机的频繁启动、停止、反向和反接制动；CZ28系列主要用于直流电动机的频繁启动、反接制动或反向运转、点动、动态中分断，也可用于远距离闭合和断开直流电路。（3）交流接触器与直流接触器的区别
交流接触器与直流接触器的区别如下：
①交流接触器的铁芯由彼此绝缘的硅钢片叠压而成，并做成双E形；直流接触器的铁芯多由整块软铁制成，多为U形。
②交流接触器一般采用栅片灭弧装置，而直流接触器采用磁吹灭弧装置。
③交流接触器由于线圈通入的是交流电，为消除电磁铁产生的振动和噪声，在静铁芯上嵌有短路环，而直流接触器不需要。
④交流接触器的线圈匝数少，电阻小，而直流接触器的线圈匝数多，电阻大。
⑤交流接触器的启动电流大，不适于频繁启动和断开的场合，操作频率最高为600次/h，而直流接触器的操作频率可高达2000次/h。
⑥交流接触器用于分断交流电路，而直流接触器用于分断直流电路。
⑦交流接触器的使用成本低，而直流接触器的使用成本高。1.5.4 接触器的选择（1）接触器的选择方法
由于接触器的安装场所与控制的负载不同，其操作1-3 接条件与工作的繁重程度也不同。因此，必须对控制负载触器的工作情况以及接触器本身的性能有一个较全面的了解，力求经济合理、正确地选用接触器。也就是说，在选用接触器时，应考虑接触器的铭牌数据，因铭牌上只规定了某一条件下的电流、电压、控制功率等参数，而具体的条件又是多种多样的，因此，在选择接触器时应注意以下几点。
①选择接触器的类型。接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择。也就是说，交流负载应使用交流接触器，直流负载应使用直流接触器，若整个控制系统中主要是交流负载，而直流负载的容量较小，也可全部使用交流接触器，但触点的额定电流应适当大些。
②选择接触器主触点的额定电流。 主触点的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。
若被控电路的负载是三相异步电动机，其额定电流，可按下式推算，即式中 I——电动机额定电流，A；N
U——电动机额定电压，V；N
P——电动机额定功率，kW；N
cosφ——功率因数；
η——电动机效率。
例如，U=380V，P=100kW以下的电动机，其cosφη 约为0.7～NN0.82。
在频繁启动、制动和频繁正反转的场合，主触点的额定电流可稍微降低。
③选择接触器主触点的额定电压。 接触器的额定工作电压应不小于被控电路的最大工作电压。
④接触器的额定通断能力应大于通断时电路中的实际电流值；耐受过载电流能力应大于电路中最大工作过载电流值。
⑤应根据系统控制要求确定主触点和辅助触点的数量和类型，同时要注意其通断能力和其他额定参数。
⑥如果接触器用来控制电动机的频繁启动、正反转或反接制动时，应将接触器的主触点额定电流降低使用，通常可降低一个电流等级。（2）选用注意事项
①接触器线圈的额定电压应与控制回路的电压相同。
②因为交流接触器的线圈匝数较少，电阻较小，当线圈通入交流电时，将产生一个较大的感抗，此感抗值远大于线圈的电阻，线圈的励磁电流主要取决于感抗的大小。如果将直流电流通入时，则线圈就成为纯电阻负载，此时流过线圈的电流会很大，使线圈发热，甚至烧坏。所以，在一般情况下，不能将交流接触器作为直流接触器使用。1.6 继电器1.6.1 继电器概述（1）继电器的用途
继电器是一种自动和远距离操纵用的电器，广泛地用于自动控制系统，遥控，遥测系统，电力保护系统以及通信系统中，起着控制、检测、保护和调节的作用，是现代电气装置中最基本的器件之一。
继电器定义为：当输入量（或激励量）满足某些规定的条件时，能在一个或多个电气输出电路中产生预定跃变的一种器件。即继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（热、时间、转速、压力等）的变化闭合或断开控制电路，以完成控制或保护的电器。电气继电器是输入激励量为电量参数（如电压或电流）的一种继电器。
继电器的用途很多，一般可以归纳如下：
①输入与输出电路之间的隔离；
②信号转换（从断开到接通）；
③增加输出电路（即切换几个负载或切换不同电源负载）；
④重复信号；
⑤切换不同电压或电流负载；
⑥保留输出信号；
⑦闭锁电路；
⑧提供遥控。（2）继电器的分类
继电器的分类见表1-4。表1-4 继电器的分类（3）继电器与接触器的区别
虽然继电器与接触器都用来自动闭合或断开电路，但是它们仍有许多不同之处，其主要区别如下：
①继电器一般用于控制小电流的电路，触点额定电流不大于5A，所以不加灭弧装置，而接触器一般用于控制大电流的电路，主触点额定电流不小于5A，有的加有灭弧装置。
②接触器一般只能对电压的变化作出反应，而各种继电器可以在相应的各种电量或非电量作用下动作。1.6.2 中间继电器（1）中间继电器的特点
中间继电器是一种通过控制电磁线圈的通断，将一1-4 接个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触触器和点容量）的继电器。中间继电器是用来转换控制信号的中间继电器中间元件，其输入信号为线圈的通电或断电信号，输出信号为触点的动作。它的触点数量较多，触点容量较大，各触点的额定电流相同。（2）中间继电器的作用
中间继电器的主要作用是，当其他继电器的触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数量或增大触点容量，起到中间转换（传递、放大、翻转、分路和记忆等）作用。中间继电器的触点额定电流比其线圈电流大得多，所以可以用来放大信号。将多个中间继电器组合起来，还能构成各种逻辑运算与计数功能的线路。（3）中间继电器的基本结构与工作原理
中间继电器的种类很多，常用中间继电器的外形如图1-23所示。
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