低压电器工作原理经典动画演示
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第 2章 电气控制技术 第 1章 绪论
2.1 2.2 电气控制技术概述 常用低压电器
2.3
2.4
基本电气控制电路
典型电气控制系统
作业
电控及PLC课程教学课件
课件设计：李善田
2.1 电气控制技术概述
2.1.1 电气自动控制及其在现代机床中的地位
2.1.2 机床电气自动控制的发展概况
电控及PLC课程教学课件
2.2.4.6 速度继电器
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2.2.4.1 电磁式继电器的结构及工作原理
1. 结构及工作原理 继电器一般由 3 个基本部分组成：检测机 构、中间机构和执行机构。 低压控制系统中的控制继电器大部分为电磁 式结构。下 图为电磁式继电器的典型结构示意 图。 电磁式继电器由电磁机构和触头系统两个 主要部分组成。电磁机构由线圈 1 、铁心 2 、衔 铁 7 组成。触头系统由于其触点都接在控制电路 中，且电流小，故不装设灭弧装置。它的触点一 般为桥式触点，有动合和动断两种形式。另外， 为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还 具有改变弹簧松紧和改变衔铁打开后气隙大小的 装置，即反作用调节螺钉 6 。
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2.2.2.1 控制按钮
控制按钮的型号含义和电气符号如下图所示。
1 型号含义
2 电气符号
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2.2.2.2 行程开关
行程开关又称位置开关或限位开关。它的作用与按钮相同，只是其触点的 动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使 触头动作来实现接通或分断电路的。 行程开关的结构分为 3 个部分：操作机构、触头系统和外壳，行程开关的 外形及结构如下图所示。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
3 ．触头系统 触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。 触头主要有两种结构形式：桥式触头和指形触头，具体如下图所示。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
4. 灭弧装置 在大气中分断电路时，电场的存在使触头表面的大量电子溢出从 而产生电弧。电弧一经产生，就会产生大量热能。电弧的存在既烧蚀 触头金属表面，降低电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所 以必须迅速把电弧熄灭。 常用的灭弧方法： 电动力灭弧
2.2.1.1 低压电器的分类
2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成 接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自 动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电 器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。
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2.2.4 继电器
继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量） 的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。
2.2.4.1 电磁式继电器的结构及工作原理 2.2.4.2 电流继电器 2.2.4.3 电压继电器 2.2.4.4 时间继电器
2.2.4.5 热继电器
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2.2.1 常用低压电器的基本知识
2.2.1.1 低压电器的分类
2.2.1.2 低压电器的作用
2.2.1.3 低压电器的基本结构
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2.2.1.1 低压电器的分类
所低压电器是指工作在交流电压 1200V 、直流电压 1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。 低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同， 可以有不同的分类方式。
线路多、用途广泛，故有“万能”之称。 转换开关实物图如下：
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Байду номын сангаас
2.2.2.4 万能转换开关
万能转换开关主要由操作机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，并用螺栓组装 成为一个整体，如下图所示。万能转换开关的图形符号及文字符号如下图所示。图中水平
方向的数字 1~3 表示触点编号，垂直方向的数字及文字“左”、“ 0 ”、“右”表示手柄
3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁 式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动 作的电器，如行程开关、速度继电器等。
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2.2.1.2 低压电器的作用
控制作用 保护作用 测量作用 调节作用
行程开关实物图
行程开关结构图
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2.2.2.2 行程开关
行程开关的型号含义和电气符号如下图所示。
电气符号
型号含义
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2.2.2.3 接近开关
接近式位置开关是一种非接触式的位置开关，简称接近开关。它 由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关 的感应头接近时，就使其输出一个电信号。 接近开关包括电感式和电容式两种。 电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，只 能用于检测金属体。振荡器在感应头表面产生一个交变磁场，当金属
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2.1.2 机床电气自动控制的发展概况
2.1.2.1 电气拖动的发展与分类
2.1.2.2 电气控制系统的发展与分类
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2.1.2.1 电气拖动的发展与分类
电气控制与电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由 于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机 代替蒸汽机，机床的电气拖动随电动机的发展而发展。 1.成组拖动 2.单电机拖动 3.多电机拖动 4.交、直流无级调速
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2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
2.接触器的型号 常见接触器有 CJ20 系列、 3TH 和 CJX1(3TB) 系列。其中 CJ20 系列是较新的产品， 而 3TH 和 CJX1(3TB) 系列是从德国西门子公司 引进制造的新型接触器。接触器的各种型号的用 途如图所示。
接触器的型号含义及电气符号如下所示。
及其他部分组成。
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2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
1.接触器的主要技术参数有：
（ 1 ）额定电压
（ 2 ）额定电流 （ 3 ）吸引线圈额定电压
（ 4 ）通断能力
（ 5 ）电气寿命和机械寿命 （ 6 ）额定操作频率（次 /h ）
各种接触器的实物图
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的操作位置（档位），虚线表示手柄操作的联动线。在不同的操作位置，各对触点的通、 断状态的表示方法为：在触点的下方与虚线相交位置有黑色圆点表示在对应操作位置时触 点接通，没涂黑色圆点表示在该操作位置不通。
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2.2.3 接触器
接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可 远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压 及欠压保护。
块接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱
以至停振，因而存在振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进 制的开关信号，从而起到“开”、“关”的控制作用。
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2.2.2.3 接近开关
常用的电感式接近开关型号有 LJ1 、 LJ2 等系列，电容式接近 开关型号有 LXJ15 、 TC 等系列产品。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
交流电磁铁吸力变化情况如下图所示：
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
2. 直流电磁铁和交流电磁铁 为了消除交流电磁铁产生的振动和噪 声 ，在铁心的端面开一小槽，在槽内嵌 入铜制短路环，如下图所示。
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2.1.2.2 电气控制系统的发展与分类
1.逻辑控制系统 （1）手动控制 （2）自动控制 继电器接触器自动控制系统 顺序控制器 数字控制 2.连续控制系统 3.混合控制系统
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2.2 常用低压电器
2.2.1 常用低压电器的基本知识 2.2.2 主令电器 2.2.3 接触器 2.2.4 继电器 2.2.5 其他电器
接近开关外形图 接近开关的电气符号
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2.2.2.4 万能转换开关
万能转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器，一般可作为多种 配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的换相开关，还可作为小 容量电动机的起动、制动、调速及正反向转换的控制。其触头档数多、换接
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2.2.2.1 控制按钮
控制按钮由按钮帽 1 、复位弹簧 2 、桥式触头 3 、4 、5 和外壳等组成， 通常做成复合式，即具有动合触点和动断触点，其结构示意图见下图所示。
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2.2.2.1 控制按钮
控制铵钮的种类很多，指示 灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按 钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。 常见按钮的外形如下图所示：
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
2. 直流电磁铁和交流电磁铁 按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁铁由于通入的是直流电，其铁心不发热，只有线圈发热，因此线圈 与铁心接触以利散热，线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散 热。铁心和衔铁由软钢和工程纯铁制成。 交流电磁铁由于通入的是交流电，铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗，线圈和 铁心都发热，所以交流电磁铁的吸引线圈有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈 制成短而厚的矮胖形，以利于铁心和线圈的散热。铁心用硅钢片叠加而成，以 减小涡流。 当线圈中通以直流电时，气隙磁感应强度不变， 直流电磁铁的电磁吸力 为恒 值。当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，交流电磁铁的电磁吸力 F 在 0 （最小值）～ F m （最大值）之间变化，其吸力曲线如下图所示。在一个 周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合；当电磁吸力的瞬时值小 于反力时，衔铁释放。所以电源电压每变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放 两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。
指示作用
转换作用
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机 构和执行部分──触头系统。
1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁 能量转换成机械能量，带动触头 动作，从而完成接通或分断电路 的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和 衔铁 3 个基本部分组成。 常用的电磁机构如图所示，可 分为 3 种形式。
磁吹灭弧
金属栅片灭弧
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2.2.2 主令电器
主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电 路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。
2.2.2.1 控制按钮 2.2.2.2 行程开关 2.2.2.3 接近开关
2.2.2.4 万能转换开关
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2.1.1 电气自动控制及其在现代机床中的地位
所谓“自动控制”是指在没有人直接参与（或仅有少数 人参与）的情况下，利用自动控制系统，使被控对象（或 生产过程），自动地按预定的规律去进行工作。 由于现代化的金属切削机床均用交、直流电机作为动力 源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。本章 就是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本 原理、方法和应用，这些基本控制方法自然也适用于机器 设备及生产过程。
2.2.3.1 接触器的结构及工作原理 2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
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2.2.3.1 接触器的结构及工作原理
如图所示，交流接触器主
要由电磁机构（包括电磁线圈
1 、铁心 2 和衔铁 3 ）、触头 系统（主触头 4 和辅助触头
5 ）、灭弧装置（图中未画出）
1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开 关、转换开关、空气断路器和熔断器等。 用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接 触器、起动器和各种控制继电器等。
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2.1 2.2 电气控制技术概述 常用低压电器
2.3
2.4
基本电气控制电路
典型电气控制系统
作业
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2.1 电气控制技术概述
2.1.1 电气自动控制及其在现代机床中的地位
2.1.2 机床电气自动控制的发展概况
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2.2.4.6 速度继电器
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2.2.4.1 电磁式继电器的结构及工作原理
1. 结构及工作原理 继电器一般由 3 个基本部分组成：检测机 构、中间机构和执行机构。 低压控制系统中的控制继电器大部分为电磁 式结构。下 图为电磁式继电器的典型结构示意 图。 电磁式继电器由电磁机构和触头系统两个 主要部分组成。电磁机构由线圈 1 、铁心 2 、衔 铁 7 组成。触头系统由于其触点都接在控制电路 中，且电流小，故不装设灭弧装置。它的触点一 般为桥式触点，有动合和动断两种形式。另外， 为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还 具有改变弹簧松紧和改变衔铁打开后气隙大小的 装置，即反作用调节螺钉 6 。
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2.2.2.1 控制按钮
控制按钮的型号含义和电气符号如下图所示。
1 型号含义
2 电气符号
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2.2.2.2 行程开关
行程开关又称位置开关或限位开关。它的作用与按钮相同，只是其触点的 动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使 触头动作来实现接通或分断电路的。 行程开关的结构分为 3 个部分：操作机构、触头系统和外壳，行程开关的 外形及结构如下图所示。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
3 ．触头系统 触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。 触头主要有两种结构形式：桥式触头和指形触头，具体如下图所示。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
4. 灭弧装置 在大气中分断电路时，电场的存在使触头表面的大量电子溢出从 而产生电弧。电弧一经产生，就会产生大量热能。电弧的存在既烧蚀 触头金属表面，降低电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所 以必须迅速把电弧熄灭。 常用的灭弧方法： 电动力灭弧
2.2.1.1 低压电器的分类
2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成 接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自 动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电 器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。
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2.2.4 继电器
继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量） 的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。
2.2.4.1 电磁式继电器的结构及工作原理 2.2.4.2 电流继电器 2.2.4.3 电压继电器 2.2.4.4 时间继电器
2.2.4.5 热继电器
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2.2.1 常用低压电器的基本知识
2.2.1.1 低压电器的分类
2.2.1.2 低压电器的作用
2.2.1.3 低压电器的基本结构
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2.2.1.1 低压电器的分类
所低压电器是指工作在交流电压 1200V 、直流电压 1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。 低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同， 可以有不同的分类方式。
线路多、用途广泛，故有“万能”之称。 转换开关实物图如下：
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2.2.2.4 万能转换开关
万能转换开关主要由操作机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，并用螺栓组装 成为一个整体，如下图所示。万能转换开关的图形符号及文字符号如下图所示。图中水平
方向的数字 1~3 表示触点编号，垂直方向的数字及文字“左”、“ 0 ”、“右”表示手柄
3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁 式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动 作的电器，如行程开关、速度继电器等。
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2.2.1.2 低压电器的作用
控制作用 保护作用 测量作用 调节作用
行程开关实物图
行程开关结构图
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2.2.2.2 行程开关
行程开关的型号含义和电气符号如下图所示。
电气符号
型号含义
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2.2.2.3 接近开关
接近式位置开关是一种非接触式的位置开关，简称接近开关。它 由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关 的感应头接近时，就使其输出一个电信号。 接近开关包括电感式和电容式两种。 电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，只 能用于检测金属体。振荡器在感应头表面产生一个交变磁场，当金属
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2.1.2 机床电气自动控制的发展概况
2.1.2.1 电气拖动的发展与分类
2.1.2.2 电气控制系统的发展与分类
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2.1.2.1 电气拖动的发展与分类
电气控制与电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由 于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机 代替蒸汽机，机床的电气拖动随电动机的发展而发展。 1.成组拖动 2.单电机拖动 3.多电机拖动 4.交、直流无级调速
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2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
2.接触器的型号 常见接触器有 CJ20 系列、 3TH 和 CJX1(3TB) 系列。其中 CJ20 系列是较新的产品， 而 3TH 和 CJX1(3TB) 系列是从德国西门子公司 引进制造的新型接触器。接触器的各种型号的用 途如图所示。
接触器的型号含义及电气符号如下所示。
及其他部分组成。
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2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
1.接触器的主要技术参数有：
（ 1 ）额定电压
（ 2 ）额定电流 （ 3 ）吸引线圈额定电压
（ 4 ）通断能力
（ 5 ）电气寿命和机械寿命 （ 6 ）额定操作频率（次 /h ）
各种接触器的实物图
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的操作位置（档位），虚线表示手柄操作的联动线。在不同的操作位置，各对触点的通、 断状态的表示方法为：在触点的下方与虚线相交位置有黑色圆点表示在对应操作位置时触 点接通，没涂黑色圆点表示在该操作位置不通。
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2.2.3 接触器
接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可 远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压 及欠压保护。
块接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱
以至停振，因而存在振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进 制的开关信号，从而起到“开”、“关”的控制作用。
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2.2.2.3 接近开关
常用的电感式接近开关型号有 LJ1 、 LJ2 等系列，电容式接近 开关型号有 LXJ15 、 TC 等系列产品。
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
交流电磁铁吸力变化情况如下图所示：
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
2. 直流电磁铁和交流电磁铁 为了消除交流电磁铁产生的振动和噪 声 ，在铁心的端面开一小槽，在槽内嵌 入铜制短路环，如下图所示。
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2.1.2.2 电气控制系统的发展与分类
1.逻辑控制系统 （1）手动控制 （2）自动控制 继电器接触器自动控制系统 顺序控制器 数字控制 2.连续控制系统 3.混合控制系统
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2.2 常用低压电器
2.2.1 常用低压电器的基本知识 2.2.2 主令电器 2.2.3 接触器 2.2.4 继电器 2.2.5 其他电器
接近开关外形图 接近开关的电气符号
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2.2.2.4 万能转换开关
万能转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器，一般可作为多种 配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的换相开关，还可作为小 容量电动机的起动、制动、调速及正反向转换的控制。其触头档数多、换接
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2.2.2.1 控制按钮
控制按钮由按钮帽 1 、复位弹簧 2 、桥式触头 3 、4 、5 和外壳等组成， 通常做成复合式，即具有动合触点和动断触点，其结构示意图见下图所示。
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控制铵钮的种类很多，指示 灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按 钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。 常见按钮的外形如下图所示：
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
2. 直流电磁铁和交流电磁铁 按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁铁由于通入的是直流电，其铁心不发热，只有线圈发热，因此线圈 与铁心接触以利散热，线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散 热。铁心和衔铁由软钢和工程纯铁制成。 交流电磁铁由于通入的是交流电，铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗，线圈和 铁心都发热，所以交流电磁铁的吸引线圈有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈 制成短而厚的矮胖形，以利于铁心和线圈的散热。铁心用硅钢片叠加而成，以 减小涡流。 当线圈中通以直流电时，气隙磁感应强度不变， 直流电磁铁的电磁吸力 为恒 值。当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，交流电磁铁的电磁吸力 F 在 0 （最小值）～ F m （最大值）之间变化，其吸力曲线如下图所示。在一个 周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合；当电磁吸力的瞬时值小 于反力时，衔铁释放。所以电源电压每变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放 两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。
指示作用
转换作用
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2.2.1.3 低压电器的基本结构
电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机 构和执行部分──触头系统。
1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁 能量转换成机械能量，带动触头 动作，从而完成接通或分断电路 的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和 衔铁 3 个基本部分组成。 常用的电磁机构如图所示，可 分为 3 种形式。
磁吹灭弧
金属栅片灭弧
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2.2.2 主令电器
主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电 路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。
2.2.2.1 控制按钮 2.2.2.2 行程开关 2.2.2.3 接近开关
2.2.2.4 万能转换开关
课件设计：李善田
2.1.1 电气自动控制及其在现代机床中的地位
所谓“自动控制”是指在没有人直接参与（或仅有少数 人参与）的情况下，利用自动控制系统，使被控对象（或 生产过程），自动地按预定的规律去进行工作。 由于现代化的金属切削机床均用交、直流电机作为动力 源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。本章 就是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本 原理、方法和应用，这些基本控制方法自然也适用于机器 设备及生产过程。
2.2.3.1 接触器的结构及工作原理 2.2.3.2 接触器的主要技术参数及型号
电控及PLC课程教学课件
课件设计：李善田
2.2.3.1 接触器的结构及工作原理
如图所示，交流接触器主
要由电磁机构（包括电磁线圈
1 、铁心 2 和衔铁 3 ）、触头 系统（主触头 4 和辅助触头
5 ）、灭弧装置（图中未画出）
1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开 关、转换开关、空气断路器和熔断器等。 用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接 触器、起动器和各种控制继电器等。
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