低压电器及继电接触式控制系统.pptx

第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1 主电路中常用的低压电器主电路中常用的低压电器 6.1.1 熔断器熔断器 1.1.熔断器的结构熔断器的结构熔断器主要由瓷帽、熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)三部分组成，如图61所示。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常制成丝状或片状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6 1 熔断器外型图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2.2.工作原理及符号工作原理及符号熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护的目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此，电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性(或安秒特性)。如图62 所示的熔断器安秒特性图。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 62 熔断器安秒特性图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 熔断器的常用型号有：RL6、RL7、RT12、RT14、RT15、RT16（NT）、RT18、RT19（AM3）、RO19、RO20、RTO等，在选用时可根据使用场合酌情选择。熔断器型号说明如下：第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3.3.熔断器的选择熔断器的选择(1)熔断器类型主要根据线路要求、使用场合和安装条件选择。(2)熔断器额定电压必须大于或等于线路的工作电压。(3)熔断器额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。(4)熔体额定电流的选择可按以下几种情况选择：对于电炉、照明等阻性负载的短路保护，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路工作电流，即 II 式中,IFU为熔体额定电流；I为电路的工作电流。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 保护一台电动机时，考虑到电动机启动冲击电流的影响，应按下式计算：II(1.52.5)IN 式中,IN为电动机额定电流。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 保护多台电动机时，则应按下式计算：式中,IFU为容量最大的一台电动机的额定电流；INmax为其余电动机额定电流的总和。熔断器的图形符号及文字符号如图6-3所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-3 熔断器的图形符号及文字符号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1.2 低压断路器低压断路器 1 1 低压断路器的结构及工作原理低压断路器的结构及工作原理低压断路器主要由执行部分(触点和灭弧系统)、故障检测部分(各种脱扣器)、操作机构与自由脱扣机构等三个基本部分组成。低压断路器的结构及工作原理图如图6-4所示。断路器的主触点依靠操作机构手动或电动合闸，主触点闭合后自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过流脱扣器的线圈及热脱扣器的热元件串接于主电路中，失压脱扣器的线圈并联在电路中。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器线圈3中的磁通急剧增加，将衔铁吸合并使之逆时针旋转，使自由脱扣机构动作，主触点在弹簧作用下分开，从而切断电路。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 当电路过载时，热脱扣器的热元件使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当线路发生失压或欠压故障时，电压线圈6中的磁通下降，使电磁吸力下降或消失，衔铁在弹簧作用下向上移动，推动自由脱扣机构动作，使主触点1在弹簧作用下被拉向左方，使电路分断。分励脱扣器4用作远距离分断电路。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-4 低压断路器的结构及工作原理 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 2 低压断路器的选择低压断路器的选择选择低压断路器时，应使其额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流，热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 65 低压断路器的图形符号及文字符号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 2 低压断路器的选择低压断路器的选择选择低压断路器时，应使其额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流，热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。低压断路器的图形符号及文字符号如图6-5所示,其型号及含义如下所示：第6章 低压电器及继电接触式控制系统 D极数低压断路器W万能式WX万能式限流型Z塑料外壳式ZX塑料外壳式限流型ZL漏电断路器（新标准中称剩余电流断路器）额定电流（A）派生型号：L漏电设计代号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1.3 6.1.3 低压隔离器低压隔离器低压隔离器又称刀开关，主要用于电器线路中隔离电源，也可以不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路。刀开关由操作手柄、动触刀、触点座、铰链和底板等组成。刀开关的结构如图6-6所示。刀开关的图形符号及文字代号如图6-7所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-6 刀开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-7 刀开关的图形符号及文字代号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。只有安装正确，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，才能促使电弧迅速拉长而熄灭，反之，两者方向相反电弧将不易熄灭，严重时会使触点及动触刀烧坏甚至造成极间短路。另外，如果倒装，则手柄可能会因自动下落而引起误动作合闸，可能造成人身和设备安全事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后动触刀与电源隔离，可防止意外事故发生。在安装使用铁壳开关时应注意安全，既不允许随意放在地上操作，也不允许面对着开关操作，以免万一发生故障，而开关又分断不下时铁壳爆炸飞出伤人。应按规定把开关垂直安装在一定高度处。开关的外壳应妥善地接地，并严格禁止在开关上方搁置金属零件，以防它们掉入开关内部酿成相间短路事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 Hz10系列组合开关(又称转换开关)的外形及结构如图6-8所示。它是一种凸轮式的作旋转运动的刀开关。一般适用于机床电气控制线路中,作为电源的引入开关或用来不频繁地接通和断开电路、通断电源和负载,以及控制5.5 kW以下的小容量异步电动机的直接启动、停止、正反转、调速等场合。组合开关的图形符号如图6-9所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-8 Hz10系列组合开关的外形及结构 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-9 组合开关的图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.2 控制电路中常用的电器元件控制电路中常用的电器元件 6.2.1 接触器接触器 1.1.接触器的结构及工作原理接触器的结构及工作原理接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置等三部分组成。接触器的结构及图形文字符号如图6-10所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-10 接触器的结构及图形文字符号图(a)外形图;(b)结构示意图;(c)图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 电磁机构由电磁线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成。工作时在线圈中通以励磁电压信号，静铁心中就会产生磁场，从而吸引衔铁；当衔铁受力移动时，带动触点系统断开或接通受控电路。断电时励磁电流消失，电磁场也消失，衔铁被弹簧反作用力释放。电磁机构如图611所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-11 电磁机构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2.2.触点系统触点系统触点系统由主触点和辅助触点组成。主触点接在控制对象的主回路中（常常串接在断路器之后）控制其通断；辅助触点容量一般比较小，用来切换控制电路。每对触点均由动触点和静触点共同组成，动触点与电磁机构的衔铁相连。当接触器的电磁线圈得电时，衔铁带动动触点动作，使接触器的常开触点闭合，常闭触点断开。触点主要有两种结构形式：桥式触点和指形触点，触点的接触方式一般有点接触、面接触、线接触三种，接触面越大则通过的电流越大。触点系统形状示意图如图6-12所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-12 触点系统形状示意图(a)点接触;(b)面接触;(c)线接触 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 触点是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。由于铜具有良好的导电、导热性能，触点通常用铜制成。铜质触点表面容易产生氧化膜，使触点的接触电阻增大，从而使触点的损耗也增大。有些小容量电器的胶头采用银质材料，与铜质触点相比，银质触点除具有更好的导电、导热性能外，触点的氧化膜电阻与纯银相差无几，而且氧化膜的生成温度很高，所以，银质触点的接触电阻较小，而且较稳定。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3.3.电弧的产生与灭弧电弧的产生与灭弧触点在通电状态下动、静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢出，触点间的空气产生电离放电现象，在触点间隙产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，从而形成电弧。电弧的存在既烧损触点金属表面，降低电器的寿命，又可能延长了电路的分断时间，引起火灾和其他的事故，所以对切换较大电流的触点系统必须采取灭弧措施。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 常用的灭弧方法有以下几种：(1）迅速增大电弧长度。电弧长度增加，使触点间隙增加，电场强度降低，同时散热面积增大,使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电弧容易熄灭。第6章 低压电器及继电接触式控制系统(2）冷却。使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也使得复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。常用的灭弧装置有以下几种：电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧和窄缝灭弧装置。主要用于熄灭触点在分断电流的瞬间动静触点间产生的电弧，以防止电弧的高温烧坏触点或出现其他的事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.2.2 主令电器主令电器 1 1 按钮按钮按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。在低压控制电路中，用于手动发出控制信号。按钮结构如图6-13所示。按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触点和常开触点。按下时常闭触点先断开，然后常开触点闭合。去掉外力后在复位弹簧的作用下，常开触点断开，常闭触点复位。按钮的电气符号如图6-14 所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-13 按钮结构 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-14 按钮的电气符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 常用的型号有LA18、LA19、LA20、LA25、LA30等系列，其中LA25为积木式结构，采用插接式连接，独立的接触单元，具有任意组合的动合触点、动断触点的优点,相邻的电器元件在电器上是分开的，其基座采用耐电弧的聚碳酸酯塑料，静、动触点采用滚动式点接触，接触可靠。为标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮做成红、绿、黑、蓝、白等颜色，以示区别。一般红色表示停止，绿色表示启动等。另外，为满足不同控制和操作需要，按钮的结构形式也有所不同。如钥匙式、旋钮式、紧急式、保护式等。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 行程开关及工作原理行程开关及工作原理行程开关又称限位开关，是一种按工作机械的行程，发出操作命令的位置开关。行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等，属于行程原则控制的范围。1）直动式行程开关直动式行程开关结构如图6-15所示，其动作原理与控制按钮类似，所不同的是直动式行程开关用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆，使触点的开闭状态发生变化，触点已接在控制电路中，从而使相应的电器动作，达到控制的目的。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-15 直动式行程开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 直动式行程开关的优点是：结构简单，成本较低；缺点是：触点的分合速度取决于撞块移动速度。若撞块移动速度太慢，则触点就不能瞬时切换电路，使电弧在触点上停留时间过长，容易烧蚀触点。因此这种开关不易用在撞块移动速度低于0.4 m/min的场合。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2）滚轮式行程开关滚轮式行程开关的型号有LX1、LX19等系列。滚轮式行程开关具体又分为单滚轮自动复位与双滚轮非自动复位的形式。图6-16为单轮自动复位行程开关的原理图。当滚轮1受到向左的外力作用时，上转臂2向左下方转动，推杆4向右转动，并压缩右边弹簧8，同时下面的小滚轮5也很快沿着擒纵件6向右转动。小滚轮滚动又压缩弹簧7，当滚轮5走过擒纵件6的中点时，盘形弹簧3和弹簧7都使擒纵件6迅速转动，因而使动触点迅速地与右边的静触点分开，并与左边的静触点闭合。这样就减少了电弧对触点的损坏，并保证了动作的可靠性。这类行程开关适用于低速运动的机械。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 双轮非自动复位的行程开关，其外形是在U形的传动摆杆上装有两个滚轮,内部结构与单轮自动复位的相似，只是没有恢复弹簧。当撞块推动其中的一个滚轮时，传动摆杆转过一定的角度，使触点动作，而撞块离开滚轮转后，摆杆并不自动复位，直到撞块在返回行程中再推动另一滚轮时，摆杆才回到原始位置，使触点复位。这种开关由于有“记忆”作用，在某些情况下可使控制线路简化。根据不同的需要，行程开关的两个滚轮可布置在同一平面内或分别布置在两个平行的平面内。滚轮式行程开关的外形图及行程开关在电路中的图形符号如图6-17所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-16 单轮自动复位行程开关的结构原理图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-17 滚轮式行程开关的外形图及图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 滚轮式行程开关的优点是：克服直动式行程开关的缺点，触点的通断速度不受运动部件速度的影响，动作快；缺点是：结构复杂，价格较贵。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3）微动开关微动开关是行程非常小的瞬时动作开关，其特点是操作力小和操作行程短，用于机械、纺织、轻工、电子仪器等各种机械设备和家用电器中作限位保护与连锁保护等。微动开关也可以看成尺寸甚小而又非常灵敏的行程开关。微动开关的缺点是不耐用。微动开关随着生产发展的需要，向体积小和行程短发展，控制电流却有增大的趋势；在结构上有向全封闭型发展的趋势，以免空气中的尘埃进入触点之间影响触点的可靠导电。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 微动开关的型号有LX31、LXW11、JW等系列，其结构如图6-18所示。微动开关是由撞块压动推杆，使片状弹簧变形，从而使触点动作,当撞块离开推杆后，片状弹簧恢复原状，触点复位。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-18 微动开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3 3 非接触式行程开关非接触式行程开关上述行程开关和微动开关均属接触式行程开关，工作时均有撞块与推杆的机械碰撞使触点的机械分合，在动作频繁时，容易产生故障，工作可靠性较低。近年来，随着电子器件及控制装置发展的需要，一些非接触式的行程开关产品随之出现，此类产品的特点是：当撞块行程动作时，不需与开关中的部件接触，即可发出电信号，所以这类开关使用寿命长、操作频率高、动作迅速可靠，在生产中得到了广泛的应用。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1）接近开关接近开关有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等,其中以高频振荡型最为常用。使用时对外连接3根线，其中红、绿两根线外接直流电源（通常为24 V），另一根黄线为输出线，接近开关供电后，输出线和绿线之间为高电平输出。当有金属物靠近该开关的检测头时，输出线与绿线之间翻转成低电平。可利用该信号驱动一个继电器或直接将该信号输入PLC等控制回路中。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2）光电开关光电开关具有体积小、可靠性高、检测精度高、响应速度快、易与TTL及CMOS电路兼容等优点。光电开关的光源可采用红外线、可见光、光纤、色敏等。光电开关的工作原理分透光型和反射型两种。在透光型光电开关中，发光器件和受光器件相对放置的中间留有间隙。当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而使接收器件(光敏元件)能检测出物体已经到达，并发出控制信号。这种开关的电路如图619(a)所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 反射型光电开关发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，它是利用检测反射光来实现的，所以得到的输出电流IC较小。此外对于不同的物体表面，信噪也不一样，因此设定限幅电平就显得非常重要。图6-19(b)表示这种开关的典型应用，它的电路和透射型开关大致相同，只是接收器的发射极电阻R2用得较大，且为可调，这主要是因为反射型光电开关的光电流较小且有很大的分散性。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-19 光电开关结构原理图(a)透光型光电开关；(b)反射型光电开关 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 4 4 万能转换开关万能转换开关万能转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。其主要用于电气控制电路的转换、配电设备的远距离控制、电气测量的转换和微电机的控制，也可用于小功率笼型异步电动机的启动、换向和变速。由于它能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 目前常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列。LW6系列开关由操作机构、面板、手柄及数个触点等主要部件组成，其操作位置有212个，触点底座有110层，其中每层底座均可装3对触点，并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮设计成不同的形状，因此当手柄转到不同位置时,利用凸轮的作用，可使各对触点有规律地接通和分断。图6 20(a)为LW6系列万能转换开关中某一层的结构原理图。万能转换开关中触点的状态有两种表示方法，一种是列出表格，另一种是图形符号（如图6-20(b）所示）。在使用图形表示时，虚线表示挡位，有几个挡位就要画几根虚线；实线与成对的端子表示触点，使用多少对触点就可以画多少对端子。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图中“0”表示手柄在中间位置，两侧的数字表示手柄操作位置，在数字上可用文字表示操作状态(如向左、向右)，短划线表示手柄操作触点闭合或断开的位置线，数字13表示触点号(或线路号)。各触点在手柄转到不同位置时的通断状态用黑点表示，在实线与虚线交叉的地方只要标黑点就表示实线对应的触点，在虚线对应的挡位是接通的，不标黑点就意味着触点在该挡位是断开的。例如，手柄在中间“0”位置时，触点1是闭合的，其余触点均为断开状态。主令控制器的图形符号及触点在各挡位通断状态的表示方法与万能转换开关类似。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-20 万能转换开关 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 5 5 主令控制器主令控制器主令控制器亦称主令开关，它是按照预定的程序来分合触点,实现与其他控制电路的联锁和转换主令电器。主令控制器主要由转轴、凸轮块、触点、齿轮减速机构、定位机构及手柄等组成。它的触点较小，并采用桥式结构，其触点由银质材料制成，所以操作轻便，每小时允许通电次数较多，但是因为主令控制器的控制对象是二次电路，所以其触点的工作电流不大。主令控制器按结构形式可以分为凸轮控制器和凸轮非调整式主令控制器两种，其动作原理和万能转换开关的相似，都是靠凸轮来控制触点系统的分合。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1）凸轮非调整式主令控制器凸轮的形状不能调整，其触点只能按照一定的触点分合次序动作。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2）凸轮调整式主令控制器凸轮由凸轮片和凸轮盘两部分组成，均开有孔和槽，凸轮片装在凸轮盘上，位置可以调整，所以触点的分合顺序也可以随之改变。其结构如图6-21所示，图中凸轮片固定在方轴上，当操作手柄转动方轴时，凸轮块随方轴转动。当凸轮块的凸起部分转到与小轮接触时，推动支杆向外张开，使动触点离开静触点，将被控电路断开(如图 621 右边所示)。当凸轮的凹陷部分与小轮接触时，支杆在反力弹簧作用下而复位，使动、静触点闭合，从而接通被控电路(如图 621 左边所示)。这样安装一串不同形状的凸轮就可使触点按预定要求的顺序闭合或断开，以获得按一定顺序进行控制的电路。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-21 凸轮调整式主令控制器结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.2.3 继电器继电器 1.1.电磁式继电器电磁式继电器电磁式继电器是应用最多的一种继电器，其工作原理与电磁式接触器大致相同，主要由电磁机构和触点系统组成。与接触器相比，由于继电器是用于切换小电流的控制电路和保护电路，触点的容量较小(一般在5 A以下)，不需要灭弧装置，不分主副触点。电磁式继电器按励磁线圈电流的种类可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器；按反应参数可分为电压继电器和电流继电器；按触点数量和动作时间又可分为中间继电器和时间继电器等。普通中间继电器的图形符号如图6-22所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-22 普通中间继电器的图形符号图(a)线圈一般符号;(b）电流继电器线圈;(c）电压继电器线圈;(d）触点 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1）电流继电器电流继电器的励磁线圈串接于被测电路中，检测电路电流的变化，对电路实现过电流与欠电流保护。为了不影响电路工作情况，其线圈要做成匝数少、导线粗、阻抗小的线圈。电流继电器也分为过电流继电器和欠电流继电器两种。欠电流继电器在电路额定电流下正常工作时处于吸合状态，释放电流为额定电流的1020。过电流继电器在电路正常工作状态时不动作，当线圈电流超过某一设定值时才动作，通常设定为额定电流的1.11.4倍。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2）电压继电器电压继电器的励磁线圈并联于被测量电路两端，用于检测电路电压的变化，对电路实现过电压或欠电压保护。为了不影响电路的工作状态，电压继电器线圈要做成匝数多、导线细、阻抗大的线圈。根据电压继电器动作电压值的不同分为过电压、欠电压和零电压继电器。过电压继电器在额定电压下不吸合，当线圈电压达到额定电压的105120%时吸合动作；欠电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的4070 时释放；零电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的525时释放。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3）中间继电器中间继电器与电压继电器在电路中的接法和结构特征基本相同，所不同的是中间继电器在电路中起到扩大触点数量和容量的中间放大与转换作用，其种类有JZ系列和DZ系列。JZ系列适用于交流电压500 V（频率为50 Hz或60 Hz）、直流电压220 V以下的控制电路中；DZ系列主要用于各种继电保护线路中，用以增加保护继电器的触点数量和容量，但该系列的中间继电器的线圈只用在直流操作的继电保护回路中。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2.2.时间继电器时间继电器时间继电器是其检测部分在检测到有或无控制信号后，其执行触点延时一段时间才能闭合或断开，用来控制电路通断的一种继电器。时间继电器主要用于需要按时间顺序进行控制的电气控制系统中。时间继电器从动作原理可分为机械式时间继电器和电气式时间继电器。前者包括阻尼(空气阻尼、电磁阻尼等)式、水银式、钟表式和热双金属片式等四种；后者包括电动式、计数器式、热敏电阻式和阻容式(含电磁式、电子式)等四种。时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。时间继电器图形符号如图6-23所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-23 时间继电器图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1）空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。空气阻尼式时间继电器既可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。现以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理，如图6-24所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-24 通电延时型时间继电器原理图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 线圈1通电后，吸下动铁心2，活塞3因失去支撑，在释放弹簧4的作用下开始下降，带动伞形活塞5和固定在其上的橡皮膜6一起下移，在膜上面造成空气稀薄的空间，活塞由于受到下面空气的压力，只能缓慢下降。经过一定时间后，杠杆8才能碰触微动开关9，使常闭触点断开，常开触点闭合。可见，从电磁线圈通电开始到触点动作时为止，中间经过一定的延时，这就是时间继电器的延时作用。延时长短可以通过螺钉10调节进气孔的大小来改变。空气阻尼式时间继电器的延时范围较大，可达0.4180 s。当电磁线圈断电后，活塞在恢复弹簧11的作用下迅速复位，气室内的空气经由出气孔12及时排出，因此，断电不延时。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2）晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器又称为半导体式时间继电器，它具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，使用也日益广泛。晶体管式时间继电器是利用当RC电路电容器充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。因此改变充电电路的时间常数(改变电阻值)，即可调整其延时时间。继电器的输出形式分有触点式和无触点式两种，前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-25 JSJ型晶体管时间继电器的原理图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3.3.热继电器热继电器热继电器是一种利用电流的热效应原理来工作的保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，防止电动机因上述故障导致过热而损坏。如电动机过载不太大，时间较短，只要电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但过载时间过长，绕组温升超过了允许值时，将会加剧绕组绝缘老化，缩短电动机的使用年限，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。因此，凡电动机长期运行时都需要对其过载提供保护装置。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 热继电器主要由加热元件、动作机构和复位机构三部分组成。图6-26为热继电器工作原理示意图。动作系统设有温度补偿装置，保证在一定的温度范围内，热继电器的动作特性不变。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 动作原理：在图626 中，主双金属片1与加热元件3串接在接触器负载的主回路中，当电动机过载时，主双金属片受热弯曲推动导板4，并通过补偿双金属片5与推杆7将触点11和12分开，以切断电路保护电动机。调节旋钮6是一个偏心轮，改变它的半径可以改变补偿双金属片5和导板4的距离，从而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位螺钉9来改变动合静触点10的位置,使热继电器能工作在自动复位或手动复位两种状态。调成手动复位时，在排除故障后要按下按钮8才能使动触点11恢复与静触点12相接触的位置。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-26 热继电器工作原理示意图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-27 热继电器的图形符号及文字符号(a)发热元件;(b)常闭触点;(c)常开触点 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 热继电器的常闭触点常串入控制回路中，常开触点可接入信号回路。热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。对星形接线的电动机可选两相或三相结构式的;对三角形接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。所选热继电器的整定电流通常与电动机的额定电流相等。热继电器的图形符号及文字符号如图6-27所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 4 4 速度继电器速度继电器速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反控制动继电器。它主要由转子、定子和触点三部分组成，转子是一个圆柱形永久磁铁。定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。图6-28为速度继电器的原理示意图。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-28 速度继电器的原理示意图及图形文字符号(a)外形;(b)结构;(c)电气符号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.3 电气控制系统图的绘制规则和常用符号电气控制系统图的绘制规则和常用符号 6.3.1 6.3.1 电气原理图电气原理图1 1 绘制电气原理图时应遵循的原则绘制电气原理图时应遵循的原则(1)电路图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电机以及与它相连接的电器元件（包含接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器、电动机等）所组成的线路图。辅助电路是由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成的，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。第6章 低压电器及继电接触式控制系统(2)所有电器元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。(3)各个电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电气元件的各个部件可以不画在一起。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 (4)所有电器的触点都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制。对于继电器、接触器的触点，按电磁线圈不通电时的状态画；控制器按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关等的触点按不受外力作用时的状态绘制。(5)无论是主电路还是铺助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列，可水平地布置或者垂直地布置。(6)有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示,无直接电联系的交叉导线连接点不画黑圆点。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 2 原理图区域划分原理图区域划分图纸上方的1、2、3 等数字是图区编号，这是为了便于检索电气线路，方便阅读、分析，避免遗漏而设置的。图区编号也可以设置在图的下方。图区编号下方的“电源开关及保护”等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全电路的工作原理。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3 3 符号位置的索引符号位置的索引符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号组如下：页次图区号图号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：图区号图号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上，而该图号有几张图纸时，可省略图号，而将索引代号简化成：页次图区号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区时，索引代号只用图区号表示：图区号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-29图中KM线圈的下方 M48 48 4 是接触器KM相应触点的索引。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系用附图表示。在原理图中相应线圈的下方，给出触点的图形符号，并在其下面注明相应触点的索引代号，对未使用的触点用“”表明，有时也可采用上述省去触点的表示法。对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：第6章 低压电器及继电接触式控制系统 4 4 电气原理图中技术数据的标注电气原理图中技术数据的标注电气元件的数据和型号，一般用小号字体注在电器代号下面，如图6-29中热继电器FR的标注，上行表示动作电流值范围，下行整定值的标注。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-29 某车床的电气原理图第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.3.2 6.3.2 电器元件布置图电器元件布置图电器布置图主要是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为生产机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。以机床电器布置图为例，它主要由机床电气设备布置图、控制柜和控制板电气设备布置图、操纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成。电器布置图可按电气控制系统的复杂程度集中绘制或单独绘制，但在绘制这类图形时，机床轮廓线用细实线或点划线表示，所有能见到的及需要表示清楚的电气设备，均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。位置图中往往留有10以上备用面积及导线管(槽)的位置，以利于施工。图中不需标注尽寸。图6-30为图6-29的电器元件布置图，图中FU1FU5 为熔断器，KM为接触器，FR为热继电器，TC为照明变压器，XT为接线端子板。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-30 电器元件布置图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.3.3 6.3.3 电气安装接线图电气安装接线图电气安装接线图是为了安装电气设备和电气元件进行配线或检修电器故障服务的。在图中可显示出各电气设备中各元件的空间位置和接线情况，它可在安装或检修时对照原理图使用。它是根据电器位置布置依合理经济等原则安排的，图6-31是根据图6-29电气图绘制的接线图,表示机床电气设备各个单元之间的接线关系，并标注出外部接线所需的数据。根据机床设备的接线图就可以进行机床电气设备的总装接线。图中虚线方框中部件的接线可根据电气原理图进行。对某些较为复杂的电气设备，电气安装板上元件较多时，还可画出安装板的接线图。对于简单设备，仅画出接线图就可以了。实际工作中，接线图常与电气原理图结合起来使用。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-31 表明了该电气设备中电源进线、按钮板、照明灯、电动机与机床安装板接线端之间的连接关系，也标注了所采用的包塑金属软管的直径、长度，连接导线的根数、截面积和颜色。例如按钮板与安装板的连接:按钮板上有SB1、SB2、HL元件，根据图6-29所示的电气原理图，SB1与SB2有一端相连为“1”，HL有一端为“地”。其余的 2、5、U12通过 51 mm2 的红色线接到安装板上相应的接线端，与安装板上的元件相连第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-31电气安装接线图第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.3.4 6.3.4 电气控制系统图中的图形符号和文字符号电气控制系统图中的图形符号和文字符号电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号必须有统一的国家标准。我国采用GB/T472819962000电气简图用图形符号系列标准和GB/T71591987电气技术中的文字符号制定通则等新的标准，在绘制电气控制图时必须严格遵循。在电气技术中的文字符号制定通则标准中，除按专业规定了各种图形符号外，还规定了绘图的比例、符号要素、限定符号和常用的符号。有些符号规定了几种形式，在绘图时可根据需要选用。文字符号用于电气技术领域的电气元件的编制，也可标注在电气设备装置和元器件上或旁边，表明电器设备、装置和元器件的名称、功能、状态及特征等。电气控制系统图中常用的图形符号和文字符号见本书附录。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.4 三相笼型异步电动机控制线路三相笼型异步电动机控制线路 6.4.1 三相笼型异步电动机的启动三相笼型异步电动机的启动 1.1.笼型异步电动机全压启动控制线路笼型异步电动机全压启动控制线路据统计，在许多工矿企业中，鼠笼式异步电动机的数量占电力拖动设备总台数的85左右。在变压器容量允许的情况下，笼型异步电动机应该尽可能采用全电压直接启动，这可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1)单向长动控制线路图6-32是三相鼠笼式异步电动机单向长动控制线路。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的启动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-32 三相笼型异步电动机单向运行电气控制线路 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 在图6-32中，主电路由隔离开关QS、熔断器FU、接触器KM的常开主触点、热继电器FR及热元件和电动机M等组成。控制电路由启动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈和常开辅助触点、热继电器FR