PLC机电控制系统应用设计技术.pdf

第 第 第 第 第 章 常用低压电器 章 继电器接触器控制系统的基本控制电路 章 可编程控制器基础知识 章 章 系列 系列 的系统配置 的基本指令 第一篇 基 础篇 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 章 常用低压电器第 概述 可编程控制器（ 的应用必须 ）是一种在继电器一接触器控制的基础上，将微型计算机技术、 控制技术及通信技术融为一体，而产生的新型工业控制装置。因此要学好 属于低压电器的一种。 了解继电器一接触器控制的基本原理。本章重点介绍继电器一接触器控制系统中常用的低 压电器。这些常用低压电器是组成控制电路的重要元件， 低压电器是在交流电压为１ ２ ０ ０ Ｖ 、直流电压为１ ５ ０ ０ Ｖ 及以下的电路中起通断、保护、 控制、变换、检测或调节作用的基本元器件。在电力拖动系统中，电器元件的工作次数很 频繁，有时动作多达每小时几百次，所以对低压电器元件的基本要求是工作准确可靠， 操作频率高，使用寿命长，体积质量小等。 常用低压电器的分类 按电器元件所在的系统分类 按电器元件所在的系统可以分为低压配电电器和低压控制电器两类。 低压配电电器主要是在低压电网或动力装置中，对电路和设备进行保护以及通断、转 换电源或负载的电器，例如熔断器、刀开关等。 低压控制电器主要用于低压电力拖动系统中，对电动机的运行进行控制、调节、检测 与保护的电器，例如接触器、主令按钮等。 按电器动作的原理分类 按电器动作的原理可以分为手动电器和自动电器。 手动电器由人为操作发出动作指令，例如刀开关、按钮等。 自动电器由电磁吸力使电器自动完成动作指令，例如接触器、继电器、电磁阀等。 按电器在系统中的作用分类 按电器在系统中所起的作用可以分为控制电器、检测电器、运算电器、保护电器和执 行电器。 控制电器是用于各种控制电路和控制系统中的电器，例如接触器、继电器等。 检测电器是用于系统中反馈各种信号以及发出各种信号的电器，例如电磁感应器、行 程开关等。 运算电器是用于把各种信号根据需要进行转换的电器，例如中间继电器等。 常用低压电器 执行电器是用于执行整个电路或系统的要求动作的电器，例如电磁阀、电磁离合器等。 保护电器是用于对电路、系统、设备及人身安全起保护作用的电器，例如漏电器、熔 断器、热继电器等。 个系列。这代产品目前已经被淘汰，但作为 第三代产品是从 本章将主要介绍以下常用低压电器的结构、原理、主要性能和参数、选用原则及市场 上的常用型号。 接触器交流接触器、直流接触器。 继电器电磁式继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器。 熔断器插入式熔断器、螺旋式熔断器、有填料密封式熔断器、无填料密封式熔断器、 快速熔断器、自复式熔断器。 断路器万能式断路器、装置式断路器、快速式断路器、限流式断路器。 隔离器低压刀开关、熔断器式刀开关、组合开关。 主令电器控制按钮、行程开关、接近开关、转换开关、主令控制器。 常用低压电器的发展 常用低压电器的发展概况 年起步至今，经过了我国的低压电器工业从多年的发展，经历了全面仿苏、 自行设计、更新换代、技术引进、跟踪国外新产品等几个阶段，形成了比较完善的体系， 在品种、规格、性能、产量上基本能够满足我国国民经济的发展需要。在发展过程中主要 经历了三代产品。 年代初期。我国自行开发、研制、设计了统一年代到世纪 为代表，约 第一代产品是从 产品，以 新中国第一批工业产品，在我国低压配电系统和控制系统的发展过程中起了重要的作用， 也是我国工业建设全面开始的一个标志，是我国经济建设的一个崭新起点。 年代。我国的低压电器完成了更新换代和 等为代表 系列，国内型号为 ； 德 国 系列等。一共引进了 ，并随着新产品的出现不断呈现下降趋势。这 一时期我们的工业产品充分体现出改革开放后的引进国外先进技术的思想。在自主开发的 同时大量引进了国外的先进设计制造技术，全面快速地提升了我国低压电器的产品技术。 世纪年代至今。这个阶段的主要思想是跟踪国外新技术、新产 品并自行开发设计研制产品。自行设计的产品主要是以 系列，德国 系列等为代表的多个系列。引进的国外产品主要有法国施耐德公司的 个系列。引进国外技术的产品主要有德国的 第二代产品是从 系列；法国 世纪年代后期到 引用国外技术相结合的设计过程。在此期间的主要产品有 系列和 公司的 系列，国内型号为系列；德国西门子公司的 公司的司的系列，国内型号为 系列。目前这批产品的市场占有率约为 公 个 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 低压电器的电磁执行机构 公司的系列，德国西门子公司的 系列等。 大类， 如今我国低压电器制造工业有了飞速发展，新产品已经发展到 个系列， 多个品种，几万种规格，特别是随着先进技术的引进、先进设计思想的出现和先进手 段的使用，新产品的问世速度越来越快，经过几代人的努力，很多引进的技术也实现了国 产化，今后我国的低压电器制造将会有更好的发展。 常用低压电器的发展前景 计算机技术的发展和先进制造技术的引入对低压电器产品的设计、制造和开发等方面 都产生了相应的影响。 产品设计方面现代计算机三维辅助设计技术的应用为产品设计提供了方便快捷 的平台，从原始的手工平面制图到计算机立体图形的生成，产品设计方式发生了质的变化。 制造软件系统的引入、电气开关特性的计算机模拟与仿真的应用和现代化的样机测试手段 都使产品的生命过程从研发到成品完全通过计算机进行模拟，大大地缩短了产品设计、研 发的周期。 有限元分析软件可以进行触头灭弧系统和脱扣 产品性能测试方面低压电器专用计算机软件的广泛应用，使产品的性能在样品 出现之前就得到测试。例如应用 软件可进行操纵机构的动态特性分析器的磁场分析及电器机壳的强度分析；应用 等。 ）产品的可靠性方面随着低压电器系统的复杂化和大型化，系统元件越来越复杂， 集成化程度越来越高，低压电器的可靠性显得越来越重要。可靠性的研究主要在以下几个 方面可靠性物理研究，即产品失效机理研究；可靠性指标与考核方法研究；可靠性实验 装置研究；提高可靠性研究。 产品新技术应用方面技术的不断发展要求低压开关电器的高性能和小型化，因 此传统的灭弧技术已经不能满足要求。目前国内外都致力于研究新的灭弧系统和限流技 术，实现开关电器的“无飞弧 产品网络化方面随着计算机网络技术的发展应用，可通信的低压电器也应运而 生。低压电器与上位机或中央控制计算机进行通信，为了实现双向通信，低压电器必须面 向电子化、集成化、智能化及机电一体化方向发展。可以说是这个方向的典型产品。 目前低压电器通信采用的方案主要有带通信接口电路；传统电器上派生或增加联网接口 和通信接口；直接带计算机接口和通信接口功能的电器。 综上所述，传统低压电器的发展是朝着高性能、高可靠性、小型化、模块化、模数化、 组合化、零部件通用化、网络化的方向不断前进的。 电磁执行机构在常用低压电器中的应用极为普遍，很多自动控制的电器中都应用了电 磁执行机构，例如接触器、电磁继电器、电磁离合器、电磁阀等。了解了电磁执行机构的 原理就能很快掌握电磁式电器的工作原理，或者说电磁执行机构是电磁式电器的基础。电 衔铁绕轴转动拍合式，如图 型 （ 图电磁机构按照电磁铁心形状可以分为 电磁机构由铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三部分组成，其作用是将电磁能转换成 所示，衔铁和动触点相连，当 电磁线圈通电时产生磁场，使衔铁和静铁心磁化，并且相互吸引。衔铁带动动触点动作， 使触点闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，磁力也随之消失，这时在复位弹簧的 作用下，衔铁复位，带动动触点与静触点分开，电路断开。 电磁机构示意图图 电磁机构的分类 所示； ）所示。 电磁机构按照衔铁运动方式可以分为衔铁绕棱角转动拍合式，如图 所示；衔铁直线运动螺管式，如图 型 （ 图和图 电磁机构按照电磁线圈所通电流的种类可以分为直流线圈和交流线圈两种。 和 磁执行机构主要由电磁机构、触头系统和灭弧系统三部分组成，并根据电磁感应原理工作。 电磁机构 电磁机构的工作原理 机械能，产生电磁吸力带动触头动作。其工作原理如图 触头系统是执行部件，用来实现电路的接通或断开，有闭合状态、分断过程、断开状 触头系统 图电磁机构按街铁运动方式分类 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 点接触由两个半球形触头或一个半球形与一个平面形触头构成（图，常用于小电 触头按其接触形式不同可以分为点接触、线接触、面接触三种形式，如图所示。 流的电器中，如接触器的辅助触头。线接触接触区域是一条线，并且在接通、断开过程中 ，这样可以自动清除触头表面的氧化物，保证触头的良好 ，因接触面积大，所以允许较大的电流通过。但触头易氧化，不耐磨损， 有一个滚动的过程（图 结 合 （图 接触。线接触多用于中容量的电器，例如接触器的主触头。面接触是两个平面形的触头相 所以这种触头一般在接触表面镀有合金。面接触多用于大容量接触器的主触头。 灭 弧 系 统 电弧产生与灭弧原理 动静触头在分断过程中，由于瞬间的电荷密度极高，导致动、静触头间形成大量炽热 的电荷流，产生弧光放电现象，即形成所谓的电弧。这种高温的电弧容易烧坏触头，降低 其寿命，延迟电路切断时间，降低电器的工作可靠性，甚至可能导致事故。因此在触头断 开的瞬间应采取措施迅速灭弧。 根据电弧产生的原理可知，灭弧关键就在于抑制游离因素。因为弧隙中在气体游离的 同时，还存在着正离子与自由电子的复合，它们具有从密度高的地方向密度低的地方扩散的 趋势，也有从温度高的地方向温度低的地方扩散的趋势，因此加强了去游离因素，就能有效 地熄灭电弧。直流电依靠拉长电弧和冷却电弧来灭弧；交流电由于有自然过零，所以在参 数相同的情况下，交流电弧比直流电弧容易熄灭，其灭弧应发生在电流过零或接近过零点。 所示。 态三种工作状态。触头还有常开和常闭两种状态。当电磁线圈未通电，即衔铁没有动作时， 触头处于断开状态的称为常开触头，或称动合触头；反之，当衔铁没有动作时，触头处于 闭合状态，当衔铁动作吸合后，触头处于断开状态的触头称为常闭触头，或称动断触头。 触头按其所控制的电路可以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。 触头按其形状不同可以分为桥式触头和指型触头，如图 ） 点接触桥式 图 ） 面接触桥式 触头的结构形式 电动力灭弧其原理如图所示。 ）电动力灭弧 低压电器常用灭弧方法 （ ）线接触指型 所示，在触头电路中串入一个磁吹线圈，当触头断开产生电 金属栅片灭弧原理图图 这是一种桥式结构双断口触头，当触头打开时，在触点间产生电弧，电弧电流在两个 电弧之间产生如图所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力 的作用，使电弧向外运动并拉长，迅速穿越冷却介质加快冷却后熄灭。这种方法多用于交 流电器的灭弧。常用的灭弧罩装置就是利用这个方法实现灭弧的。灭弧罩多用耐弧陶土、 石棉水泥或者耐弧塑料制成，它可以分隔各路电弧，使电弧迅速冷却。 ）金属栅片灭弧 所示，当触头断开时，产生的电弧在电动力的作用下被推金属栅片灭弧原理如图 入到一组金属栅片中，电弧被分割成很多段，栅片吸收电弧的热量，从而使电弧迅速冷却 实现灭弧。这种原理应用于各种灭弧栅装置中，栅片由许多镀铜薄钢片组成，片间距约 ，安放在触头上方的灭弧罩内。它常用于交流电器中。 电动力灭弧示意图图 ） 磁 吹灭 弧 磁吹灭弧的原理如图 的电动力 弧时，电弧电流产生的磁通方向如图中所示。利用左手定则，电弧电流要受到一个指向上 作用，使电弧拉长冷却达到灭弧。这种灭弧方式是利用电流本身灭弧的，故电 弧电流越大，灭弧也越强，所以广泛应用于直流电器中。 图磁吹灭弧原理图 磁吹线圈； 铁心；绝缘套；引弧角；导磁夹板； 灭弧罩；动触点；静触点 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 接触器 接触器的结构及工作原理 交流接触器的结构原理如图所示。 常闭触点衔铁；常开触点； 线圈；铁心； 交流接触器的结构原理图 次）的远距离控制大 接触器是用来接通或断开电动机或其他负载主电路的一种控制元件。它是利用电磁力 使开关打开或闭合的电器，适用于频繁操作（频率大于每小时 电流电路。根据主触点所接回路的电流种类，接触器分为直流接触器和交流接触器两种。 它主要控制的对象有电动机、电炉、电灯、电焊机、电容器组等。 图 它主要由以下几部分组成。 工作原理在 电磁机构由电磁线圈、静铁心、衔铁组成，是继电器的执行机构和最主要部分， 节中有详细的介绍。 ）主触点接在主电路中的触点，根据其容量的大小有桥式触点和指型触点之分。 ）灭弧装置用来熄灭触点通断过程中产生的电弧，有磁吹式、栅片式和灭弧罩式 等。 ）辅助触点接在控制电路中，起信号元件的作用，参与电路中的逻辑运算。 ）反力装置由释放弹簧和触点弹簧组成，当电磁线圈断电时，被吸合的衔铁在弹 簧的作用下恢复原位。 ）支架和底座用于接触器的固定和安装。 接触器的工作原理当电磁线圈通电时，在铁心中产生磁通，将衔铁吸合，主触点在 衔铁带动下闭合，接通了主电路。与此同时，辅助触点的动合触点闭合，而动断触点断开。 当电磁线圈断电或电压显著降低时， 由于反力弹簧的作用， 衔铁被释放， 所有触点恢复常态。 w w w . b z f x w . c o m 交流接触器的主触头有 辅助触头最多可达到 对（常开触头），一般有 直流接触器外形图 电磁线圈的额定电压 在接触器电磁线圈的铭牌上标有线圈的技术数据，其中包括线圈的额定电压。交流线 ；直流线圈的额定电压有圈的额定电压有 等。 对辅助触头 对常开， 直流接触器与交流接触器的工作原理相同，其不同点在于 直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通或者切断直流主电 路。而且在线圈中通以直流电，铁心不会产生涡流和电磁滞损 耗，所以不会发热，因此铁心的材料与交流接触器不同，线圈 的绕线也与交流接触器有所差别。直流接触器的外形如图 所示。 图 接触器的主 要技术参数 额定电压 额定电压是指主触头的额定工作电压，选用时必须使额定 ；直流接触器的电压与所控电路的电压相符。交流接触器的额定电压一般为 额定电压一般为等。辅助触头的额定电压一般为交流， 直流 额定电流 额定电流是指主触头的额定工作电流。它是在一定条件下（如额定电压、使用类别、 额定工作制、操作频率等）规定的、保证电器正常工作的电流值。若工作条件改变，额定 电压也将发生变化。目前我国生产的接触器额定电流的范围为 触头数目 对常开， 接触器的触头数目应该能够满足控制线路的要求。各种类型的接触器触头数目不同。 对常闭）， 对常闭）。直流接触器主触头一般有对 对常闭） 。对 对 （常开触 对常开，头） ， 辅助触头有 动作值 动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。原国家机械工业部关于接触器的标准规 及以上时，应吸合可靠释放电压不高于线圈额定电 ，直流接触器不低于 接通和分断能力 接通与分断能力是指接触器的主触头在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值。 在此电流值下接通和分断时，不应发生熔焊、飞弧和过分磨损等。接触器的接通和分断能 力随着用途和控制对象的不同有很大差别。 压值的 定接触器在线圈额定电压值的 时，交流接触器不低于线圈额定电压值的 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 操作频率 操作频率是指每小时允许的操作次数。目前一般分为次每小时、次每小时和 次每小时等，它也会影响电器寿命。因为操作频率影响灭弧装置的工作条件，对交流 机械寿命与电气寿命 接触器是频繁操作的电器，应有较长的机械寿命和电气寿命。电气寿命与使用类别和 负载电流的大小有关。 接触器来说还影响线圈和铁心的温升，所以它也是一个重要的技术指标。 额定工作制 接触器的工作制有种小时工作制、 不间断工作制、 短时工作制及反复短时工作制。 常用接触器的主要技术数据 交流接触器 交流接触器的型号及代表意义如下 （以数字表示） 额定工作电压代号 额定电流 设计序号 交流接触器的代号 表系列交流接触器技术数据 常用的系列交流接触器的主要技术数据如表 所示。 w w w . b z f x w . c o m 表型交流接触器技术数据 所示。系列交流接触器的技术数据如表常用的德国西门子公司引进产品 为飞弧距离（前方）注表中 续表 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 接触器选用原则 表 常用的系列直流接触器的技术数据如表所示。 系列直流接触器技术数据 直流接触器的型号及代表意义 常闭主触头数量 常开主触头数量 （以数字表示）额定电流 （ 设计序号 交流接触器的代号 接触器的选用原则是 接触器的额定电压大于等于主电路的额定电压。 接触器线圈的额定电压必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等。 接触器的额定电流等级按下列方法选择按接触器设计时规定的使用类别使用时， 接触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流；按任务使用类别设计的接触器，用于重 任务使用类别时，应降低容量使用；用于反复短时工作制的接触器，其额定电流应大于负 载的等效发热电流。 系列等。 选择接触器的型号时，各系列接触器是按一定的使用类别设计的，应根据负载的 情况选用。此外还应注意负载的工作制，用于长期工作时，应尽量选用银或银基合成触头 的接触器，如 w w w . b z f x w . c o m 所示。 电磁式继电器的图形符号及其文字符号如图 电流继电器 电流继电器是用来反映电流信号的元件。将电流继电器串联在控制电路中，线圈与负 载相串联，用于检测电路中的电流变化，通过与电流设定值的比较自动判断工作电流是否 越限。这种继电器的线圈匝数少，线径粗，线圈上压降很小，不会影响负载电路中的电流。 电流继电器又分为欠电流继电器和过电流继电器。 继电器 电磁式继电器 电磁式继电器的结构与工作原理 电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和 所示。由于继电器用于控制电路，所以电流比较 继电器是一种自动和远距离操纵用的电器，广泛应用于自动控制、遥控、遥测、电力 保护以及通信等系统中，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。一般来说，继电器通过测量环节输入外部信号（比如电压、电流等电量或温 度、压力、速度等非电量）并传递给中间机构，将它与设定值（即整定值）进行比较，当 达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出动作，从而闭合或分段电 路，达到控制电路的目的。 继电器的种类有很多种，按照用途可以分为控制继电器和保护继电器；按动作原理可 以分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器；按输入 信号的不同可以分为电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。 释放弹簧等部分组成的，其结构如图 小，不需要灭弧装置。 一底座； 衔铁； 反力弹簧； 铁心； 调节螺钉； 电磁线圈； 一非磁性垫片； 触头系统 图电磁式继电器结构图 极靴； 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 时间继电器 图电磁式继电器的图形符号及其文字符号图 欠电流继电器的吸引电流为额定电流的，释放电流为额定电流的 。因此，在电路正常工作时，其衔铁是吸合的；只有当电流降低到某一程度时，继电 器释放电流，输出信号。 倍额定电流。 过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围 通常为 电压继电器 电压继电器是用来反映电压信号的元件。将电压继电器并联在控制电路中，线圈与负 载相并联，用于检测电路中的电压变化，通过与电压设定值相比较自动判断电压是否越限。 与电流继电器不同，电压继电器的线圈匝数多，线径细，阻抗大，以减少对负载电路的影 响。电压继电器也分为欠（零）电压继电器和过电压继电器。 时动作，零电压继电器是当电压降到额定欠电压继电器在电压为额定值的 值的时才动作，切断电路实现欠（零）压保护。 过电压继电器在电压为额定值的倍时动作，实现电路的过压保护。 中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器，但它的触点对数多，触头容量较大，动作灵活。中 间继电器的主要作用是当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器 来扩大它们的触头数和触头容量，起到中间转换的作用。 时间继电器是指从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输 出信号（触点的闭合或断开）的继电器。 时间继电器的延时方式包括通电延时和断电延时两种。通电延时接受输入信号后延 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。 w w w . b z f x w . c o m 系列最长不超过，而且准确度较低， 带有阻尼铜套的铁心结构图 系列的技术指数直流电磁式时间继电器表 表示延时类型（延时之后的 注表中型号 时间继电器的种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式、晶体式等。下面重 点介绍常用的电磁式时间继电器、空气阻尼式时间继电器和晶体管式时间继电器。 直流电磁式时间继电器 直流电磁式时间继电器是在铁心上增加一个阻尼铜套。带有阻尼铜套的铁心结构如图 所示。 一铁心阻尼铜套一线圈绝缘层 图 由电磁感应定律可知，在继电器通电、断电过 程中铜套内将感生涡流，阻碍穿过铜套内的磁通变 化，因而对原磁通起了阻尼作用。当继电器通电吸 合时，由于衔铁处于释放位置，气隙大、磁阻大、 磁通小，铜套阻尼作用也小，因此铁心吸合时的延 时不显著，一般可忽略不计。当继电器断电时，磁 通量的变化大，铜套的阻尼作用也大。因此，这种 继电器仅用做断电延时，其延时动作触点有延时打 开常开触点和延时闭合常闭触点两种。 直流电磁式时间继电器的延时时间较短， 一般只用于延时精度要求不高的场合。 直流电磁式时间继电器延时时间的长短可通过改变铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄 （粗调）或改变释放弹簧的松紧（细调）来调节。垫片厚则延时短，垫片薄则延时长。释 放弹簧紧则延时短，释放弹簧松则延时长。 所示。直流电磁式时间继电器系列的技术数据如表 空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是通过空气阻尼作用实现延时的，它由电磁机构、延时机构和 触点组成。 空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。 安装） 。 延时方式有通电延时型和断电延时型（改变电磁机构位置，将电磁铁翻转 当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间的位置时为通电延时型；当静铁心位于动铁 心和延时机构之间的位置时为断电延时型。 以 如图 系列时间继电器中的通电延时型为例，介绍空气阻尼时间继电器的工作原理， 所示。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 在塔形弹簧吸合，活塞杆作用下带动活塞 系列空气式时间继电器结构原理图 及 下面给出 图 通电后衔铁（动铁心） 向上移动，橡皮膜下方空气室内的空气变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢 压动微 ，使其触点动作，起到通电延时作用。当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空 气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅 速复位。由线圈通电到触点动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过 调节螺钉 调节进气孔气隙大小来改变。断电延时型的结构、工作原理与通电延时型相 似，只是电磁铁安装方向不同，即当衔铁吸合时推动活塞复位，排出空气。当衔铁释放时 活塞杆在弹簧作用下使活塞向下移动，实现断电延时。在线圈通电和断电时，微动开关 在推板 的作用下都能瞬时动作，其触点即为时间继电器的瞬动触点。 系列空气阻尼式时间继电器的技术数据，如表 所示。 当线圈 橡皮膜 移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经过一段延时后，活塞杆通过杠杆 动开关 衔铁； 空气室壁； 反力弹簧； 活塞； 活塞杆； 调节螺钉； 杠杆； 进气孔； 塔形弹簧； 微动开关 为改型产品，体积小。 注表中型号 后面的 是区别通电延时还是断电延时，以及带瞬动触头还是不带瞬动触头。 表系列空气阻尼式时间继电器技术数据 橡皮膜；弱弹簧； 线圈；铁心；推板； 通电延时型 断电延时型 w w w . b z f x w . c o m 还利用其另一常开触点将 起辉。当切断电源时， 系列、常用的晶体管时间继电器有 间继电器系列。国外有 向电容和充电。 电容 晶体管时间继电器 晶体管时间继电器有很多种类型，下面以 系列中的单结晶体管通电延时电路为 例进行介绍。单结晶体管通电延时电路如图 所示。全部电路由延时环节、鉴幅器、输 电容 组成的分压器经二极管 图单结晶体管通电延时电路 图 稳压滤波以及稳压管 出电路、电源和指示灯五部分组成，如图 所示。电源的稳压部分由和稳压管 和继电器构成，供给延时和鉴幅，输出电路中的晶闸管则由整流电源电路直接供电。 的充电回路有两条，一条是通过电阻 向电容 ，另一条是通过由低阻值电阻 提供的预充电路。 单结晶体管时间继电器电路方框图 整流、电容电路的工作原理当接通电源后，经二极管 向电容的直流电压通过 上的电压在相当于 以极低的时间常数快速充电。与此同时，直流电 预充电压的基础上按指压也通过 数规律逐渐升高。当此电压大于单结晶体管的峰点电压 导通后使继电器 时，单结晶体管导通，输出电 吸合，除用其触点来接通或分断外电路外， 压脉冲触发晶闸管 短路，使之迅速放电，为下次使用做准备。此时氖指示灯 释放，电路恢复原始状态，等待下次动作。 系列、系列，还有带数字显示的时 系列产品，是由集成电路构成的。 系列的技术数据见表 、 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 种类型，每种类型按发热元件的额 图时间继电器的图形符号和文字符号 热继电器 热继电器的作用 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 运行及长期单相运行等不正常情况时，电动机绕组会严重过热乃至烧坏。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，而当电动机一旦出现长时间过载时又能 自动切断电路，发明了能随过载程度而改变动作时间的电器，这就是热继电器。显而易见， 热继电器在电路中是做三相交流电动机的过载保护用的。但要注意，由于热继电器中发热 元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护，因此，它不同于过电 流继电器和熔断器。 按相数来分，热继电器有单相、两相和三相式共 定电流又分为不同的规格和型号。三相式热继电器常用做三相交流电动机的过载保护电 器。按职能来分，三相式热继电器又有不带断相保护和带断相保护两种类型。 热继电器的工作原理 热继电器中产生热效应的发热元件，应串接于电动机电路中，这样，热继电器便能直 接反映电动机的过载电流。热继电器的感测元件，一般采用双金属片。所谓双金属片，就 所示。电路中表示时间继电器的图形符号如图 系列晶体管时间继电器技术数据 表 w w w . b z f x w . c o m 双金属片的受热方式有种， 如 图 双金属片的受热方式图 双金属片工作原理 串接在电动机定子绕组中，电 所示。 是将两种线膨胀系数不同的金属片以机械辗压的方法形成一体。膨胀系数较大的称为主动 层，膨胀系数较小的称为被动层。双金属片受热后产生线膨胀，由于两层金属的线膨胀系 数不同，且两层金属又紧密地结合在一起，因此，双金属片向被动层一侧弯曲，由双金属 片弯曲产生的机械力便带动触电动作，这就是热继电器的基本工作原理，如图 所示，即直接受热式、间接受热式、复合受热 式和电流互感器受热式。直接受热式是将双金属片当做发热元件，让电流直接通过它。间 接受热式的发热元件由电阻丝或电阻带制成，绕在双金属片上且与双金属片绝缘。复合受 热式介于上述两种方式之间。电流互感器受热式的发热元件不直接串接于电动机电路，而 是接于电流互感器的两侧，这种方式多用于电动机电流比较大的场合，以减小通过发热元 件的电流。 图 三相式热继电器结构原理 所示。 发热元件三相式热继电器的结构原理如图 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 图三相式热继电器结构原理图 复位螺钉；触点； 一复位按钮；一调节旋钮； 一支撑架 一压簧；一推杆 支架；一双金属片； 一发热元件； 一导板； 一补偿双金属片触点； 一常开触点； 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 三相交流电动机的过载保护均采用三相式热继电器，尤其是 ， 将触点和触点分开。触点和触点为热继电器串于接触器线圈回路 热继电器的主要技术数据 所示。 定子电路的方式也不尽相同。在表 金属片 ，并通过补偿双金属 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，双金属片弯曲推动导板 与推杆片 是一个偏心轮，它与支撑架 的常闭触点，断开后使接触器断电，接触器的常开触点断开电动机的电源以保护电动机。 调节旋钮构成一个杠杆，是一个压簧，转动偏心轮， 与导板的接触距离，因而达到调节整定动作电流 来改变常开触点 改变它的半径即可改变补偿双金属片 的目的。此外，靠调节复位螺钉的位置，使热继电器能工作在手动复 相接触的位置。 位和自动复位两种工作状态。调试手动复位时，在故障排除后要按下复位按钮 动触点恢复与静触点 在电气原理图中，热继电器的发热元件和触点的图形符号如图 ）常闭触点 ） 热元 件（ 热继电器的图形符号和文字符号图 系列和 相式热继电器在实际中得到广泛应用。这两种系列的热继电器按其功能分，又有带断相保 护和不带断相保护两种类型。根据电动机绕组的接法，这两种类型的热继电器接入电动机 中给出了系列热继电器的主要技术数据。 才能使 系列三 表系列热继电器技术数据 w w w . b z f x w . c o m 速度继电器 续表 热继电器的选用 热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。通常选用时应 按电动机类型、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合加以考虑。 原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。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）的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器 的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的 倍以及启动时间不超过 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。 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，效果很不理想，有时甚至 不能使用。 所示。 速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也叫做反接制动继电器。它主 要是依靠电磁感应原理实现触点动作的，因此，它的电磁系统与一般电磁式电器的电系统 是不同的，而与交流电动机的电磁系统相似，即由定子和转子组成其电磁系统。感应式速 度继电器在结构上主要由定子、转子和触点三部分组成，如图 并装有笼型绕组。继电器转轴 转子由永久磁铁制成，定子的结构与笼型电动机的转子相似，是由硅钢片叠制而成的， 与电动机轴相连接，当电动机转动时，继电器的转子 随着一起转动，这样，永久磁铁的静止磁场就成了旋转磁场。当定子 因内的定子导体 切割磁场而感生电动势和产生电流时，导体与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，于是定子 跟着转子相应偏转。转子转速越高，定子导体内产生的电流越大，电磁转矩也就越大。当 推的作用下使常闭触点打开而常开触点闭合。在杠杆 定子偏转到一定角度时，在杠杆 动触点的同时，也压缩相应的反力弹簧，其反作用力阻止了定子继续偏转。 当电动机转速 下降时，继电器的转子转速也随之下降，定子导体内产生的电流也相应地减少，因而使电 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 度的影响， 动机烧毁。 系列能在系列。系列和 常用的感应式速度继电器有 地工作；型适用于 的电动机的反接制动； 左右时触点即能正常工作。速度继电器的图形及文字符号如图 磁转矩也相应减小。当继电器转子的转速下降到一定数值时，电磁转矩小于反力弹簧的反 作用力矩，定子便返回到原来位置，使对应的触点恢复到原来状态。调节螺钉 可以调节反力弹簧的反作用力，从而可以调节触点动作所需的转子转速。 熔断器又称保险器（或保险丝），主要用于供电线路和电气设备的短路保护。它的优 点是体积小、动作快、简单经济，并且有限制短路电流的作用。它的缺点是易受到周围温 工作不够稳定，容易在正常工作时发生一相熔断，造成电动机单相运行，使电 型适用于 系列有两对常开、常闭触点。一般感应式速度继电器转轴在 所示。 的松紧， 以下可靠 熔断器 图速度继电器的图形和文字符号 图速度继电器结构原理图 返回杠杆；杠杆； 一定子导体； 定子；转子转轴； 调节螺钉；一常闭触点；反力弹簧；动触点； 一常开触点； w w w . b z f x w . c o m 熔断器的结构和分类 熔断器的结构 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，如图 所示。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，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（又称为熔件）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，串接于被保护电路中。熔断器的作用是当电路发 生短路或过载故障时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时熔体自行熔断，从而 分断故障电路。显而易见，熔断器在电路中做过载和短路保护之用。 熔断器的分类 密封管式，它们的外形如图 熔断器的种类很多，按结构来分有半封闭插入式、螺旋式、无填料密封管式和有填料 所示。按用途来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）。 图熔断器 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 系列熔断器。及 较大时，宜采用具有高分断能力的 流作用的 表 熔断器的类型选择 熔断器的主要参数 额定电压 额定电压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。 额定电流 它指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。熔断管的额 定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，也即在一个额定电流等级的熔断管内 可以分装几个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管的额定电流。 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。 选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。 系 用于保护照明和电动机的熔断器，一般应考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的 熔化系数适当小些，所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的 列熔断器。 系列或熔体为锌质的 而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分