电气控制与传感器技术

（四）电流继电器 电流继电器反映的是电流信号，使用时，电流继电器的 线国与负载串联。常用的有欠电流继电器和过电流继电器两
种。
欠电压继流器：电路正常工作时，欠电流继电器吸合，当电
路电流减小到某一整定值以下时（为 10％～20％ UN），欠
电流继电器释放 ，对电路实现欠电流保护。 过电压继电器：电路正常工作时， 过电流继电器不动作， 当电路电流超过某一整定值时（一般为 110％～140％ UN）， 过电流继电器吸合，对电路实现过电流保护。
1.4.2 热继电器
热继电器一般用于三相异步电动机的长期过载保护。 1、结构：如右图 2、工作原理 3、热继电器的图形及文字
1.4.3 时间继电器
时间继电器是一种利用触点延时接通或断开来实现控制 的电器，从得到输入信号起，到产生相应的输出信号（如 触点的通断等），有一个符合一定准确度的延时过程，它 在电路中起控制动作时间的作用。 时间继电器的延时方式有两种： 通电延时：接Fra Baidu bibliotek输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发 生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。 断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当 输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。
DC-3
串励电动机的启动、反接制动、反向、 电动
2.其他参数举例
型号 极数 额定工 作电压 UN/V 约定发 热电流 Ir/A 额定工 作电流 IN/A 额定操 作频率 次/小时 万次 机械寿 命 辅助触点
约定发 热电流
触点组 合
CJ20-10 3
220 380 660
10
10 10 5.8
1200 1200 600
f——线圈外加电压的频率（Hz）
φ——气隙磁通（Wb） N——线圈匝数
当f、N和U为常数时，由上式 可知，φ为常数，则电磁吸力F为 常数，即F与气隙δ大小无关。 实际上，考虑到漏磁通的影响， F随气隙δ的减少略有增加。其吸 力特性如右图。
b.直流电磁机构的吸力特性
根据磁路欧姆定律得：
( IN )( 0 S ) IN IN Rm 0 S
交流接触器
接触器的工作原理 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场， 使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头 动作：常闭触头断开；常开触头闭合，二者是 联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁 在释放弹簧的作用下释放，使触头复原；常开 触头断开，常闭触头闭合。
1.3.3接触器的技术参数 1.类别
1.7 低压断路器
特点： 1.过电压保护
2.过热保护
3.欠电压保护 4.手动切断
1.8 主令电器
1.8.1 控制按扭
1、结构及分类 结构如右图 按用途和结构的不同，分为 起动按钮、停止按钮和复合按钮 等。
起动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合； 手指松开，常开触头复位。
停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开； 手指松开，常闭触头复位。 复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先 断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触 头先后复位。 图形及文字符号如图：
（一）电磁式继电器的结构与工作原理
1、结构及工作原理
释放弹簧 电磁系统
2、图形及文字符号
触头系统
（二）电磁式继电器的特性
1、继电器的输入——输出特性又称继电特性。如下图 y y1
0
x1 继电器释放值
x2 继电器吸合值
x
2、主要参数
（1）继电器的返回系数
k x1 x2 称为继电器的返回系数，其值的改变有两种方法：
一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05—0.15s，快速 继电器为0.005—0.05s。
（三）电压继电器
电压继电器反映的是电压信号，使用时，电压继电器的线国与 负载并联。常用的有欠（零）电压继电器和过电压继电器两种。 欠电压继电器：电路正常工作时， 欠电压继电器吸合， 当电路电 压减小到某一整定值以下时（为 30％～50％ UN），欠电压继电器 释放 ，对电路实现欠电压保护。 过电压继电器：电路正常工作时， 过电压继电器不动作，当电路电 压超过某一整定值时（一般为 105％～120％ UN），过电压继电器 吸合，对电路实现过电压保护。 零电压继电器：当电路电压降低到 5％－25％ UN时释放， 对电路 实现零电压保护。 中间继电器：实质上是一种电压继电器 。它的触头数目较多， 电流容量可增大，起到中间放大（触头数目和电流容量）的作用。
时间继电器的种类：电磁式、空气阻尼式、半导体式等。
KT
KT
通电延时线圈
断电延时线圈
1.4.4 速度继电器
速度继电器主要用于笼型异步 电动机的反接制动控制，也称反接 制动继电器。 1、结构：如右图
2、工作原理 速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子 与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切 割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生 转矩， 使定子向轴的转动方向偏摆，使 通过定子柄拨动触头，使常 闭触头断开、 常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时 ，转矩 减小， 定子柄在弹簧力的作用下恢复原位， 触头也复原。
3.栅片灭弧
1.3 接触器
1.3.1 接触器的用途及分类 接触器是用来接通或切断具有较大负载电流 （如电动机）电路的一种电磁式控制电器。适用 于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交直 流主电路及大容量控制电路的自动控制。 1.3.2 接触器的结构及工作原理 接触器由电磁系统、触电系统、灭弧系统、 释放弹簧机构、辅助触点及机座等部分组成。
（3）电磁机构的工作原理
当吸引线圈通入电流后，产生磁场，其磁通通 过铁芯、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生电 磁吸力，将衔铁吸向铁芯，当电磁吸力大于反力 时，衔铁可靠地被铁芯吸住。当断开线圈电流， 则电磁吸力消失，在反力的作用下，衔铁离开铁 芯。 两种工作特性：吸力特性和反力特性
1.吸力特性
电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力特性。近似地表 示为：
3、图形及符号
速度继电器有两组触头（各有一对常开触头和一对常闭 触头），可分别控制电动机正、反转的反接制动。图形及符 号如下图。
1.5 熔断器
熔断器在电路中主要起短路保护作用。 熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管组成。使用时，熔 体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬 时熔断而分断电路，起到保护作用。
1、通过调节释放弹簧的松紧程度
(拧紧时，x1 、x2 k ; 放松时，k减小)
2、调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄
(增厚时x1 k ；减薄时k )
K值一般要求在0.1—0.4之间，以防继电器误动作；欠电 压继电器的k值在0.6以上，可以起到欠电压保护作用。
（2）吸合时间和释放时间 吸合时间：从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间 释放时间：从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。
熔断器的安秒特性
熔断时间t与通过熔体的电流I的关系，如图。
1.6 低压隔离器
刀开关
1、作用
（1） 非频繁接通和分断电路；（2）将电路与电源隔离 。 2、刀开关使用注意事项 （1）安装时，手柄向上，不得倒装或 平装，避免自动下落误动作合闸； （2）接线时，电源线接在上端，负载 线接在下端，使拉闸后刀片与电源隔 离。 3、图形及符号
当输入量x＜xc时衔铁不动作，其S输出量y=0；当x=xc时， 衔铁吸合，输出量y从“0”跃变为“1”；再进一步增大输入量 使x＞xc，则输出量仍为y=1。当输入量x从xc减小的时候，在x ＞xf的过程中虽然吸力特性向下降低．但因衔铁吸合状态下的 吸力仍比反力大 ，所以衔铁不会释放，输出量y=1。当x=xf l时， 因吸力小于反力，衔铁才释放，输出量由“1”突变为”0’；再 减小输量，输出量仍为“0”。可见，电磁机构的输入 ——输出 特性或“继电特性”为一矩形曲线。
电流类型 使用类别代号 典型用途举例 无感或微感负载、电阻炉 绕线转子电动机的启动、停止 笼型异步电动机的启动、停止 笼型异步电动机的启动、反接制动、 反向、电动 无感或微感负载、电阻炉 并励电动机的启动、反接制动、反向、 电动 AC（交流） AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 DC（直流） DC-1 DC-2
F 4105 B 2 S
2
式中，F为电磁吸力；B为气隙磁感应强度；S为铁心截面积 当S为常数时， F
B F
2
a.交流电磁机构的吸力特性
当线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要取决 于线圈的电抗（电阻相对很小），则
U E 4.44 fN U 4.44 fN
E——线圈感应电势（V）
1.2.2 执行机构 触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。 1、触头的结构形式
按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。
主触头：用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；
辅助触头：用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。
按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。
常开触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭 合的触头叫常开触头；
第一部分 电气控制 系统
一、常用低压电器
1.1 低压电器的分类
低压电器：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。
分类：按动力，自动控制电器和非自动控制 按工作电压，高压控制电器和低压控制电器 按输出形式，有触点控制电器和无触点控制电器 按控制对象，电气控制系统用和电力系统用
1000
10
2常开 2常闭
1.4 继电器
1.4.1 电磁式继电器 电磁式继电器由电磁机构、触电系统和释放 弹簧等部分组成。
电磁式继电器根据外来信号，利用电磁原理 使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控 制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。
与接触器的区别？
常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。
常闭触头：原始状态闭合，线图通电后断开的触头叫常闭触头 （线圈断电后所有触头复原）。
2、 触头的分类 （1）按结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图所示。 （2）按接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图 所示。
常用于大容量的电器
常用于小电流的电器
常用于中容量的电器
3、 电弧及常用灭弧装置 （1）电弧的产生 （2）灭弧装置 1. 桥式结构多断点灭弧 2.磁吹式灭弧装置
计算机控制与传感技 术
计算机科学系 于庆海
课程简介：
第一部分：电气控制系统 主要内容：常用低压电器、基本电气控制线路、电气控 制系统的分析及设计
第二部分：可编程控制器（PLC） 主要内容：可编程控制器基础、松下FP0 PLC的系统构 成及基本指令系统
第三部分：传感器概述 主要内容：各种传感器的基本原理与应用
3.反力特性与吸力特性的配合 电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须 大于反力；反之，则反力必须大于吸力。如上图。
4.电磁机构的输入——输出特性
设电磁机构励磁线圈的电压（或电流）为输入量x，衔铁 的位置为输出量y，则衔铁位置与励磁线圈的电压（或电流） 的关系称为电磁机构的输入——输出特性，通常称为“继电特 性”。如图下所示 若将衔铁处于吸合位置记作y=1，释放位置记作y=0。若 使吸力特性处于反力特性上方的最小输入量以xc表示，一般称 其为电磁机构的动作值；使吸力特性处于反力特性下方的最大 输入量以xf表示，一般称其为电磁机构的返回值。一般要求额 定输入量xc大于xf 。
1.2 低压电器的基本结构
1.电磁机构 电磁机构的作用是将电磁能转换为机械能以带 动动触点闭合或断开。 （1）电磁结构形式 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁三部分组成
（2）电磁机构的分类
按衔铁的运动方式： 1.衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯 2.衔铁沿轴转动的拍合式铁芯 3.衔铁作直线运动的直动式铁芯 按磁系统形状：U形和E形 按励磁线圈的种类：交流线圈和直流线圈 按励磁线圈的联结方式：并联（电压线圈） 串联（电流线圈）
当外加电压U和线圈电阻不变时，I为常数， 则

1

F
1
2
即电磁吸力F与气隙δ的平方成反比。其特性曲线如上图。
在一些要求可靠性较高或操作频繁的场合，一般宜采用 直流电磁机构。
2.反力特性 电磁机构使衔铁释放的力一般有两 种：一种是利用弹簧的反力；一种是 利用衔铁的自身重力。其特性如右图 曲线3。