常用电气控制线路工作原理及安装接线

项目一常用电气控制线路工作原理及安装接线任务1.1 常用低压电器的基本认识学习目标了解低压电器的分类及常用术语；认识瓷插式、螺旋式等常用低压熔断器；掌握断路器、负荷开关、组合开关等常用开关的用法；掌握按钮、行程开关、万能转换开关等常用主令控制器的用法；掌握交流接触器的结构及用法；掌握电磁式继电器、时间继电器、热继电器等常用继电器的用法。

1.1.1 低压电器的分类1．低压电器电器是一种能根据外部的信号和要求，手动或自动地断开或接通电路，实现对电路或非电对象的切换、保护、控制和调节的元器件或设备。

电气与电器的区别：电气是一个抽象概念，范围较广，功能强大；电器是具体的、简单的能实现一定功能的元器件。

工作在交流额定电压 1 200 V 以下、频率为 50 Hz 或者直流额定电压 1 500 V 以下的电器称为低压电器；反之则称为高压电器。

2．低压电器的分类低压电器的种类繁多，分类方法也很多，常见的分类如图 1.1 所示。

图1.1 低压电器的分类图 1.2 所示是几种常见的低压电器。

图1.2 常见低压电器1.1.2 低压熔断器1．作 用熔断器简称保险丝，用于短路保护，使用时应串接于被保护电路中。

正常情况下，熔断器相当于一段导线，当发生短路故障时，熔体迅速熔断并切断电路，从而起到保护线路和电气设备的作用。

2．特 点结构简单，体积小，重量轻，价格便宜，动作可靠，使用维护方便。

3．分 类瓷插式 RC；螺旋式 RL；有填料式 RT；无填料密封式 RM；快速熔断器 RS 和自恢复熔断器。

4．螺旋式熔断器的外形及符号螺旋式熔断器的外形及符号如图 1.3（a）、（b）所示。

（a）外形（b）符号图1.3 螺旋式熔断器的外形及符号5．熔断器的型号及其含义熔断器的型号及其含义如图 1.4 所示。

图1.4 熔断器的型号及其含义C—瓷插式；L—螺旋式；M—无填料封闭管式；T—有填料封闭管式；S—快速式1.1.3 低压开关1．低压断路器1）作用低压断路器又叫自动空气开关或自动空气断路器，它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。

具有过载、过电流、短路、断相、漏电等保护作用。

主要用于在不频繁操作的低压配电线路或开关控制柜（箱）中作为电源开关使用。

按结构形式可分为：万能框架式、塑壳式和模块式等。

图 1.5 所示是常见低压断路器和居民楼或办公楼常见的开关箱。

图1.5 常见低压断路器和开关箱2）结构符号及原理低压断路器的结构如图 1.6（a）所示，主要由触头系统、灭弧装置、操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器及绝缘外壳等部分组成。

（a）结构（b）符号图1.6 低压断路器的结构及符号1—主触头；2—自由脱扣器；3—过流脱扣器；4—分励脱扣器；5—热脱扣器；6—欠压脱扣器；7—控制按钮触点系统和灭弧装置：用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。

脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，脱扣机构动作，使触点分断。

脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。

原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。

2．刀开关刀开关是一种手动电器，在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电源，故又称作“隔离开关”。

刀开关的型号及其符号含义如图 1.7 所示。

（a）型号含义（b）符号图1.7 刀开关的型号及其符号含义1）开启式刀开关文字符号开启式刀开关易被电弧烧坏，不宜带重负载接通或分断电路，主要用于频率为 50 Hz 、电压低于380 V 、电流小于 60 A 的电力线路中。

它可作为一般照明、电热等回路的控制开关，也可以用作分支线路的配电开关。

其符号如图 1.8 所示。

2）组合开关作用：组合开关又叫转换开关，常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是作为控制小容量电动机的直接启动、反转、调速和停止的控制开关等。

类型：组合开关有单极、双极和多极之分。

结构：它由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。

当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片和静触片保持接通或分断。

为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。

图 1.9 所示是组合开关的外形和符号。

（a ）外形 （b ）符号图1.9 组合开关的外形和符号 1.1.4主令电器图1.8 开启式刀开关的文字符号图常用的主令电器有按钮、行程开关、接触器、继电器等，它主要用于接通或断开控制电路，以发出指令或用于程序控制。

1．按 钮按钮是一种用人体的某一部分施加力而操作，并且具有弹簧储能复位的控制开关。

一般情况下，按钮允许通过的电流不超过 5 A ，主要用于短时接通或断开小电流电路的电器控制，如操纵接触器、继电器或电气联锁电路，以实现对各种运动的控制。

（1）按钮的外形结构、原理与文字符号。

按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点、支柱连杆和外壳等构成，如图 1.10 所示。

图1.10 按钮的结构原理、符号图1—按钮帽；2—复位弹簧；3—支柱连杆；4—常闭静触头；5—桥式动触头；6—常开静触头；7—外壳（2）按钮的型号及其含义（见图 1.11）。

L A 结构形式代号（K 、H 、S 、F 、J 、X 、Y 、D ） 常闭触头数 常开触头数 主令电器按钮设计序号图1.11 按钮的型号及其含义结构形式代号的含义：K——开启式，使用于嵌在操作面板上；H——保护式，带保护外壳，可防止内部零件受机械损伤或人偶然触及带电部分；S——防水式，具有密封外壳，可防止雨水（或潮湿气体）侵入；F——防腐式，能防止腐蚀性气体进入；J——紧急式，带有红色大蘑菇钮头（凸出在外一定的高度）；X——旋钮式，用旋钮旋转进行操作；Y——钥匙操作式，用钥匙插入进行操作，可防止误操作（或供专人操作）；D——光标按钮，按钮内装有信号灯（兼作信号指示）。

2．行程开关行程开关是一种用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护的自动控制电器，主要用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。

行程开关的外形及符号含义如图 1.12 所示。

结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。

行程开关由操作机构、触点系统和外壳等部分成。

（a）外形（b）符号图1.12 行程开关的外形及符号行程开关结构简单、成本低，但其触点的分合速度取决于撞块移动速度。

触头类型有一常开一场闭、一常开两常闭、两常开一常闭、两常开两常闭等形式。

1.1.5 接触器接触器是一种接通或切断电动机或其他负载主电路的自动切换电器。

它是利用电磁力来使开关打开或断开的电器，适用于频繁操作、远距离控制的强电电路，并具有低压释放的保护性能。

主要的控制对象是电动机或其他负载（如电热设备、电焊机及电容器组等）。

其特点是，不仅能实现远距离自动操作和欠压释放保护功能，且具有控制容量大、工作可靠、操作频率高、使用寿命长等优点。

按主触头通过的电流种类，接触器通常分为交流接触器和直流接触器，直流接触器的工作原理和符号与交流接触器相同。

交流接触器的种类很多，目前常用的有我国自行设计生产的 CJ0、CJ10 和 CJ20等系列，以及引进外国先进技术生产的 B 系列、3TB 系列等。

另外各种新型接触器，如真空接触器、固体接触器等在电力拖动系统中也逐步得到推广和应用。

下面以 CJ10 系列交流接触器为例进行介绍。

（1）交流接触器的结构。

交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。

其 CJ10—20 型交流接触器的外形结构如图 1.13 所示。

图1.13 交流接触器的外形结构①电磁系统。

交流接触器的电磁系统主要由线圈、铁心（静铁心）和衔铁（动铁心）三部分组成。

②触头系统。

交流接触器的触头按接触情况可分为点接触式、线接触式和面接触式三种。

主触头用以通断电流较大的主电路，通常由三对接触面较大的常开触头组成。

辅助触头用以通断电流较小的控制电路，一般由两对常开和两对常闭触头组成（两种触头在改变工作状态时，先后有个时间差）。

③灭弧装置。

交流接触器在短开大电流或高电压电路时，在动、静触头之间会产生很强的电弧（电弧是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象）。

电弧的产生一方面会灼伤触头，减少触头使用寿命；另一方面会使电路切断时间延长，甚至会造成弧光短路或引起火灾事故（希望电弧尽快熄灭）。

④辅助部件。

交流接触器的辅助部件有反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及底座、接线柱等。

（2）交流接触器的工作原理。

接触器的线圈通电后，线圈中流过的电流会产生磁场，使铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合，通过传动机构带动三对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开。

当接触器线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在反作用弹簧力的作用力下复位，带动各触头恢复到原始状态。

常用的CJ0、CJ10等系列的交流接触器在0.85～1.05 倍的额定电压下，能够保证有可靠的吸合。

如果电压过高，线圈电流会显著地增大。

但是，如果电压过低，电磁吸力则会不足，衔铁吸合不上，可能造成线圈电流会达到额定电流的十几倍，因此，电压过高或过低都会造成线圈因过热而烧毁。

交流接触器的型号含义和符号如图 1.14 所示。

（a）型号含义（b）符号图1.14 交流接触器的型号含义和电气符号1.1.6 继电器图 1.15 所示是常见继电器的实物图。

继电器应用广泛，种类繁多，下面仅介绍常用的几种。

图1.15 常见继电器1．热继电器在电力拖动控制系统中，热继电器是对电动机在长时间连续运行过程中过载及断相起保护作用的电器。

（1）热继电器的组成。

热继电器由双金属片、热元件、动作机构、触头系统、整定调整装置和手动复位装置组成。

（2）热继电器的工作原理。

电动机工作运行时，电动机绕组电流流过与之串接的热元件。

它是利用电流通过元件所产生的热效应原理而反时限动作的继电器。

（3）热继电器的型号含义及符号如图1.16 所示。

（a）型号含义（b）符号图1.16 热继电器的型号含义及符号2．时间继电器自得到动作信号起至触头动作或输出电路产生跳跃式改变有一定延时时间，该延时时间又符合其准确度要求的继电器称为时间继电器。

常用的时间继电器主要有电磁式、电动式、晶体管式、空气阻尼式等。

电磁式时间继电器的结构简单，价格低廉，但体积和重量较大，延时时间较短（如JT3型只有0.3～5.5 s），且只能用于直流断电延时。

电动式时间继电器的延时精度高，延时可调范围大（由几分钟到几小时），但结构复杂，价格昂贵。

空气阻尼式时间继电器的优点是：结构简单、寿命长、价格低、延时可调范围较大（0.4～180 s），且不受电压和频率波动的影响，可用于交流电路（更换线圈后也可用于直流电路），可以做成通电和断电两种延时形式（将电磁机构翻转 180 后安装，即可改变其工作形式）；其缺点是延时精度不高（因延时值易受周围环境温度、尘埃等的影响），因此，只适用于对延时精度要求不高的电路。