基于自动卸料爬斗控制系统设计修改.doc

晋 中 学 院
本科毕业论文（设计）

题 目:基于自动卸料爬斗
控制系统设计

院 系: 机械学院
专 业:机械设计制造及其自动化
姓 名: 高兴春
学 号: 1014312122
学习年限:2010年10月至2012年6月
指导教师: 乔守全 职称: 讲师
申请学位:

2012年 4 月 23 日

摘 要
随着工业的不断发展，卸料爬斗成为工业领域的热门对象，是物料提升行业的必需设备。
传统的爬斗控制系统通常采用继电器接触器系统，但是由于继电器系统设备体积大，可靠性低，维护不方便，导致该系统控制精度、控制灵活性差、操作不直观、 故障不易分析。 为此， 本设计采用抗干扰能力强，工作可靠性高、使用维护方便的PLC 作为它的主控元件，实现从加料到爬斗的提升,再到爬斗的翻转过程都为自动化。
本设计的主要工作是：根据对卸料爬斗电气系统控制要求，在分析卸料爬斗电气控制原理的基础上，将原继电接触器控制系统改造成PLC控制系统，包括系统的硬件与软件系统设计及调试。
关键词：卸料爬斗 电气控制 PLC

目 录

第一章 绪论
1.1 课题选择背景
1.2 研究目的和意义
1.3 本文的主要工作
1.4 已知情况、控制要求、设计要求
1.4.1 已知情况
1.4.2 控制要求
1.4.3 设计要求
1.5 总体设计思路
1.6 设计章节安排
第二章 主要元器件的选择
2.1 组合开关
2.1.1 组合开关结构
2.1.2 组合开关主要技术参数
2.1.3 组合开关的选用
2.2 按钮开关
2.3 单步/连续开关
2.4 行程开关
2.5 低压断路器
2.5.1 低压断路器结构
2.5.2 低压断路器的主要技术参数
2.5.3 低压断路器的选用
2.6 熔断器
2.6.1 熔断器结构
2.6.2 熔断器主要技术参数
2.6.3 熔断器的选用
2.7 交流接触器
2.7.1 交流接触器结构
2.7.2 交流接触器的工作原理
2.7.3 交流接触器的主要技术参数
2.7.4 交流接触器的选用
2.8 继电器
2.8.1 电磁继电器
2.8.2 热继电器
2.9 电动机
2.9.1 三相异步电动机的分类
2.9.2 三相异步电动机的选择
（考虑加一点必要的机械装置说明）
第3章 硬件设计
3.1 可编程序控制器工作原理
3.2 PLC的选择与控制电路的设计
3.2.1 PLC的选择原则
3.2.2 硬件接线图
第四章 系统软件的设计与实现
4.1 PLC的I/O分配
4.2 顺序功能图、梯形图及程序工作过程简析
4.2.1 顺序功能图
4.2.2 梯形图及程序工作过程简析
第五章 检测与调试
课程设计总结
致谢
参考文献

第一章 绪论

1.1 课题选择背景
随着人类文明的产生、科学的发展，出现了各式各样的装卸货物的种类，技术也变得相对复杂了许多。而自动卸料爬斗则是人们根据需要对传送带功能的提升和完善。装卸货物作为各种工农业一部分，从最基本的意义上讲，要同时满足安全、省时、方便、易于控制等方面的要求。因此自动卸料爬斗本身的牢固、精细、可靠就显得格外的重要。
自动卸料爬的斗是随着人们对生产效率的不断提升、科技的不断发展应运而生的机械设备，因此，它在某些方面具备了一些优势：使用管理起来更加的安全、方便、省力，同时又大大的提高工作效率。也因为如此自动卸料爬斗被广泛的应用于各个施工工地、各大工厂的卸货装货设施等各种场合。
本文通过结合PLC控制系统的简介及各种普遍应用的自动卸料爬斗的特点，对由PLC作为控制系统的自动卸料爬斗的概况、原理、软硬件控制系统、PLC程序的编写等都进行了一定的介绍。
1.2 研究目的和意义
随着科技的不断发展，产生了各种各样的自动装卸货物设备，但由于PLC技术的不断完善，自动卸料爬斗大多采用PLC系统来进行集中控制。因此自动卸料爬斗的发展，一方面是在硬件设施上的完善，另一方面就是PLC控制系统的不断发展。但自动卸料爬斗尤其是高级自动卸料爬斗的造价不菲，目前多应用于采煤场、施工工地、各大工厂的卸货装货设施等比较大的场合。虽然自动卸料爬斗作为一种新型机械设备，但是同样存在着一些安全隐患，如果过程控制不当，容易对人们造成伤害，所以自动卸料爬斗在稳定性上还需要不断的突破。
影响自动卸料爬斗不稳定因素的原因是多方面的，电源电压的不稳定是一个重要方面，它对安全产生很大的影响，因此，设计系统时考虑执行部分的输送电压稳定是一个应该重视的问题。
由于中国的自动卸料爬斗技术起步较晚，掌握的技术相对稚嫩。虽然从事自动卸料爬斗行业的厂家很多，但真正掌握成熟技术的却很少。
由于这些因素，未来自动卸料爬斗的发展应该朝着精简化、安全化、通用化去努力，使自动卸料爬斗的使用更普遍，安全性更有保障。
可编程控制器自动卸料爬斗的控制系统的特点：
①单动调试运行工作，需要人为进行换区控制；
②自动循环运行工作，自动工作在不同的区域内。
近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。
本系统采用PLC是基于以下三个原因：
①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；
②编程能力强，电路接线简单，动作迅速无误；
③抗干扰能力强，能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作。
1.3 本文的主要工作
首先，回顾自动卸料爬斗的发展史，随着社会科技的发展，自动卸料爬斗的使用率越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器的过程控制，设计开发了自动卸料爬斗控制系统，才会满足稳定可靠的自动卸料爬斗控制系统需求。
其次，结合自动卸料爬斗控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。
最后，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。
1.4 已知情况、控制要求、设计要求
1.4.1 已知情况
传送带、爬斗的布置，其工作过程（工作循环）如图1-1所示，元件动作状态如表1-1所示。

图1-1

爬斗上升
爬斗下降
爬斗停运，开始加料
触到SQ1 触到SQ2

停止加料
加料20秒

表1-1

1.4.2 控制要求
有一物料传送系统，能够将传送带送过来的物料提升到一定的高度，并自动翻斗卸料，如图1-1所示，爬斗由电动机M1拖动，将物料提升到上限时，由行程开关SQ1控制自动翻斗卸料时间，随后反向下降，到达下限SQ2位置停留20秒。料斗下落到SQ2位置时，同时启动由电动机M2拖动的皮带运输机，向料斗加料，加料工作在20秒内完成。20秒后皮带运输机自动停止工作，料斗又自动上升，如此不断地循环。
1.4.3 设计要求
设计上料爬斗PLC自动控制装置，该装置满足以下要求：
1）设置单动/连续开关，可以使该装置实现单动调试或自动循环两种工作方式。
2）当选择开关转到单动位置时，爬斗可单独升，降，皮带机可单独运行。
3）当选择开关转到自动循环工作时，爬斗应从原位（SQ2）处开始，按照皮带运输机起动，工作20秒后爬斗上升，SQ1动作，自动翻斗动作，爬斗下降，SQ2动作，皮带运输机起动......顺序连续工作。按下停止按钮时，料斗可以停在任意位置，启动时可以使料斗虽已从上升或下降开始运行。
4） 操作面板上需设有PLC运行指示灯，指示上料爬斗工作在何种工作状态。
5）要具有必要的电气保护和互锁关联。
1.5 总体设计思路
根据已知情况、控制要求、设计要求，此PLC控制装置的设计可按照先易后难、各个击破、整体组合的思路，划分为以下3个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下:
(1)程序设计及调试
通过分析控制要求、选择控制原则，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；
(2)电气设计
完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、元件明细表的设计；
(3)后期工作
说明操作过程、拟定常见故障排除方案等。
下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。
1.6 设计章节安排
本论文的设计章节主要有:第二章主要元器件的选择,在这一章里将具体介绍本课题设计到的一些主要硬件的选择及各元器件（如：组合开关、按钮开关、行程开关、低压断路器、熔断器、交流接触器、继电器等）的工作原理等。第三章为硬件电路的设计及工作原理。第四章为系统软件的设计与实现。最后一章也就是第五章将对所设计的软件系统进行测试和调试得出最后结论。

第二章 主要元器件的选择

电器指能够按外界施加的信号或要求,手动或自动地接通或断开电路,断续或连续地改变电路参数,对电路或非电对象进行切换、控制、保护、检测和调试的电气器件或设备。低压电器则通常指工作在额定交流电压1200V以下或直流电压1500V以下电路中的电器。
低压电器一般按基本用途分为配电电器和控制电器两类；配电电器主要有组合开关、低压断路器、熔断器、变压器；控制电器主要包括接触器、继电器和主令电器(包括按钮、行程开关、转向开关)。
低压电器分类方法还有：按操作方式分为自动电器与手动电器；按工作原理分为：电磁式电器与非电量控制电器；按有无接触点分为：有接触点电器、无接触点电器与混合式电器；按电器配置分为单个电器和成套电器；按使用场合分为一般工业用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器、航空电器、船用电器等。
2.1 组合开关
组合开关经常作为转换开关使用，但在电器控制线路中也作为隔离开关使用，起不频繁接通和断开电器控制线路的作用。

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2.1.1 组合开关结构

组合开关外型和结构如图2-1所示,组合开关沿转轴4自下而上分别安装了三层开关组件,每层上都有一个动触头8、一对静触头9及一对接线柱1，各层分别控制一条支路的通和断，形成组合开关的三极。当手柄转过一定角度，就带动固定在转轴上的三层开关组件中的三个动触头同时转动到一个新位置上，在新位置上分别与各层的静触头接通或断开。
根据组合开关在电路中的不同作用，组合开关图形与文字符号有两种。当在电路中起隔离开关时，其图形符号如图2-2所示，其文字标注符号为QS，有单极、双极和三极之分。

图2-1 组合开关示意图
a) 外型 b) 结构
1. 接线柱 2.绝缘杆 3.手柄 4.转轴 5.弹簧 6.凸轮 7.绝缘垫板 8.动触头 9.静触头

图2-3所示是组合开关作转换开关使用时的图形符号，图示是一个三级组合开关，图中Ⅰ与Ⅱ分别表示组合开关手柄转动的两个操作位置，Ⅰ位置线上的三个空点右方画了三个黑点，表示当手柄转到Ⅰ位置时，L1、L2与L3支路线分别与U、V、W支路线接通；而Ⅱ位置线上三个空点右方没有相应黑点，表示手柄转到Ⅱ位置时，L1、L2与L3支路线与U、V、W支路线处于断开状态。文字标注符号为SA。

图2-2 组合开关作隔离开关时的
图形和文字符号
a) 单极 b) 双极 c) 三极

图2-3 组合开关作转换开关时的
图形和文字符号

2.1.2 组合开关主要技术参数
根据组合开关型号可查阅更多技术参数,表征组合开关性能的主要技术参数有:
1. 额定电压
指在规定条件下,开关在长期工作中能承受的最高电压。
2. 额定电流
指在规定条件下,开关在合闸位置允许长期通过的最大工作电流。
3. 通断能力
指在规定条件下,在额定电压下能可靠接通和分断的最大电流值。
4. 机械寿命
指在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数。
5. 电气寿命
指在规定的正常工作条件中,不需要修理或更换零件的情况下,带负载操作的次数。
2.1.3 组合开关的选用
组合开关作隔离开关时,其额定电流应为低于被隔离电路中各负载电流总和；用于控制电动机时,其额定电流一般取电动机额定电流的１.5～2.5倍。
应根据电气控制线路中实际需要,确定组合开关接线方式,正确选择符合接线要求的组合开关规格。
2.2 按钮开关
按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。
按钮开关可以完成启动、停止、正反转、变速以及互锁等基本控制。通常每一个按钮开关有两对触点。每对触点由一个常开触点和一个常闭触点组成。
当按下按钮，两对触点同时动作，常闭触点断开，常开触点闭合。
选择按钮开关颜色有红、绿、黑、黄、蓝、白等。如，红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮等。
选择按钮开关的主要参数、型式、安装孔尺寸、触头数量及触头的电流容量，在选择按钮开关说明书中都有详细说明。
常用国产产品有LAY3、LAY6、LA20、LA25、LA38、LA101、LA115等系列。实物及结构示意图如图2-4和图2-5所示:

LAY3系列开关 LA38系列开关
图2-4 按钮开关实物图

图2-5 按钮开关结构示意图

1-按钮帽
2-复位弹簧
3-动触点
4-常开静触点
5-常闭静触点

2.3 单步/连续开关

主令开关包括LA42(B)系列φ16按钮、LA42(S)系列φ16按钮、LA42系列φ22圆形按钮、LA42系列φ22方形按钮、LA42系列φ30圆形齐平按钮、LA42系列φ30方形齐平按钮、AD17系列φ8-φ30指示灯等产品，可用于各种机床，机械设备，控制箱（柜），配电箱（柜），仪表箱（柜）等场合。

该系列产品设计新颖，安全可靠，而且联接和安装非常方便，是中高端用户的最佳选择。
零部件采用进口材料，坚固耐用，耐磨损，外露头部防护等级：IP65，部分产品加保护膜后可达IP67。

图2-6 三位置带灯长柄选择开关

2.4 行程开关
行程开关又称限位开关,工作原理与按钮相类似,不同的是行程开关触头动作不靠手工操作,而是利用机械运动部件的碰撞使触头动作,从而将机械信号转换为电信号,再通过其他电器间接控制机床运动部件的行程、运动方向或进行限位保护等。
常用行程开关如图2-7所示，有直动式、单轮旋转式和双轮式等。
直动式行程开关结构如图2-18所示，当运动机械的挡铁撞到行程开关的顶杆1时，顶杆受压触动使动断触头3断开，动合触头5闭合；顶杆上的挡铁移走后，顶杆在弹簧2的作用下复位，各触头回到原始通断状态。

图2-7 行程开关外型
a) 直动式 b)单轮旋转式 c)双轮旋转式

图2-8 直动行程开关原理图
1.顶杆 2弹簧 3动断触头 4.动合触头

旋转式行程开关结构如图2-9所示，当运动机械的挡铁撞到行程开关的滚轮1时，行程开关的杠杆2连同转轴3、凸轮4一起转动，凸轮将撞块5压下，当撞块被压至一定位置时便推动微动开关7动作，使动断触头断开，动合触头闭合；当滚轮上的挡铁移走后，复位弹簧8就使行程开关各部件恢复到原始位置。
行程开关选用时应根据使用场合和控制对象确定行程开关种类。例如当机械运动速度不太快时通常选用一般用途的行程开关，在机床行程通过路径上不宜装直动式行程开关而应先用凸轮轴转动式行程开关。行程开关额定电压与额定电流则根据控制电路的电压与电流选用。

图2-9 旋转式行程开关结构
1. 滚轮 2.杠杆 3.转轴 4.凸轮 5.撞块
6. 调节螺钉 7.微动开关 8.复位弹簧

图2-10 行程开关触头
图形和文字符号
a) 行程开关动合触头
b) 行程开关动断触头

2.5 低压断路器
低压断路器又称自动开关、空气开关，不但能用于正常情况时不频繁接通和断开电路，而且当电路中出现过载、短路以及失电压等故障时，能自动切断故障电路，有效地保护串接在后面的电气设备，因此在电气控制线路中使用广泛。
2.5.1 低压断路器结构

图2-11是低压断路器结构示意图。主触头1由操作机构手动或电动合闸，在合闸位置上自由脱扣机构2将主触头锁扣在闭合状态。电气控制线路正常工作时，过电流脱扣器3上的线圈所产生的吸力不能将上方的摆杆吸合。
电气控制线路中出现短路故障时，短路过电流使过电流脱扣器线圈吸力增加，将线圈上方的摆杆式衔铁吸合，使之绕支点逆时针转动，自由脱扣机构上升并和主触头脱扣，主触头在拉簧作用下左移分断电路。

电气控制线路中出现过载故障时，热脱扣器5的线圈因发热而对上方的双金属片进行加热，因双金属片的下层金属材料的线胀系数大于上屋，加热后双金属片产生上翘，推动自由脱扣机构上升而使主触头脱扣分断电路。
电气控制线路出现失电压现象时，失电压脱扣器件6的线圈的吸力减少而不能吸合上方的衔铁，从而使衔铁上升，导致自由扣机构随之上升，使主触头脱扣而分断电路。

图2-11 低压断路器示意图
1.主触头 2.自由脱扣机构
3.过电流脱扣器 4.分励脱扣器
5.热脱扣器 6.失电压脱扣器 7.按钮

分励脱扣器4则作为远程控制分断电路用，受按钮7控制，合上远地的按钮，则分励脱扣器线圈吸合上方的摆杆式衔铁，自由脱扣机构上升，使主触头分断电路。
低压断路器在电气原理图中的图形和文字符号如图2-12所示。

图2-12 低压断路器图形和文字符号

2.5.2 低压断路器的主要技术参数
1.额定电压
指断路器在规定条件下长期运行所能承受的工作电压，一般为线电压。常用有交流220V、380V、500V、660V等。
2.额定电流
指在规定条件下可长期通过的电流，又称为脱扣器额定电流。
3.额定短路接通能力
指断路器在额定频率和功率因数等规定条件下，能够接通短路电流的能力，用最大预期峰值电流表示。
4.额定短路分断能力
指断路器在额定频率和功率因数等规定条件下，能够分断的最大短路电流值。
5.额定短时耐受电流
指断路器在规定试验条件下，在指定短时间内所能承受的电流值。
6.动作时间
指从电气控制线路出现短路瞬间开始到触头分离、电弧熄灭、电路被完全分断所需要的全部时间。
7. 使用寿命
包括电气寿命和机械寿命。指在规定的正常负载及不更换零部件条件下正常操作的次数，一般电气寿命为0.2～1.2万次,机械寿命为0.2～2万次。
2.5.3 低压断路器的选用
低压断路器的额定电流和额定电压应不低于电气控制线中中设备正常工作电流和工作电压，极限能力应不低于电路的最大短路电流，欠电压脱扣器的额定电压应等于电气控制线路的额定电压，过电流脱扣器的额定电流就不低于电气控制线路的最大负载电。
2.6 熔断器
熔断器是一种最简单有效的保护电器。在使用时,熔断器串接在所保护的电路中,用作电路及用电设备的短路保护。

2.6.1 熔电器结构
熔断器主要有插入式、螺旋式、密闭管等类型。
1.插入式熔断器
图2-13所示是插入式熔断器,主要由瓷盖、瓷座、动触头、静触头和熔丝等组成。常用产品有RC1A系列，主要用于低压分支电路的短路保护。

图2-13 插入式熔断器
1. 动触头 2.熔丝 3.瓷盖
4.静触头 5.瓷座

2.螺旋式熔断器
图2-14所示是螺旋式熔断器的外形和结构示意图，主要由瓷帽、熔管、瓷套、上接线端、下接线端和底座组成。熔管由电工陶瓷制成，熔管内装有和石英砂填料，熔管上盖中有一个熔断指示器，当熔体熔断时指示器跳了显示熔体熔断。主要用于低压配电柜线路中的短路保护。
3.密闭管式熔断器
图2-15所示是密闭管式熔断器外形图，主要由熔管、熔体和夹座组成，分为无填料式和有填料式两种。
（1） 无填料密闭管式熔断器 无填料密闭管式熔断器是一种可拆卸熔断器，其特点是当熔体熔断时，管内产生高气压，能加速灭弧。熔体熔断后可拆开更换新熔体。主要用于频繁发生过载和短路故障的场合。
（2） 有填料密闭管式熔断器 有填料密闭管式熔断器在熔管中充填了石英砂等介质材料，石英砂具有较好的导热性能和绝缘性能，其颗粒可吸收电弧能量，使电弧快速冷却，加快了灭弧能力。主要用于电缆、导线、电动机、变压器以及其他电器设备的短路保护。

图2-14 螺旋式熔断器
1. 瓷帽 2.熔管 3.瓷套 4.上接线端
5. 下接线端 6.底座

图2-15 密闭管式熔断器
1.夹座 2.底座 3.熔管

2.6.2 熔断器主要技术参数
1.额定电压
指熔断器能长期正常工作时承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。
2.额定电流
熔断器长期工作时各部件温升不超过规定值时所能承受的电流称为熔断器额定电流，而熔体能长期流过而不被熔断的电流则称为熔体额定电流。熔体额定电流值应大于或等于电气设备的额定电流。
3.分断能力
指熔断器在额定电压等规定工作下可以分断的预期短路电流值，也就是熔断器可以分断的最大短路电流值。

4.保护特征
又称安秒特征，指熔体的熔化电流I与熔断时间t的关系。电流通过熔体时产生的热量与电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，其特征曲线如图2-16所示。
IN<I∞

图2-16 熔断器保护特性曲线

图中I∞为最小熔化电流或称临界电流，即通过熔体的电流小于此电流时不会熔断，所以选择熔体额定电流IN应小于I∞。
5.熔断器熔化系数
通常将熔断器熔体额定电流与最小熔化电流之比IN/I∞称为熔化系数，一般IN/I∞ ≈ 1.5～2，该系数反映熔断器在过载时的保护特征。若要使熔断器能保护小过载电流，则熔化系数应底；为避免电动机起动时的短时电流，熔化系数应选得高一些。
2.6.3 熔断器的选用
1.熔断器类型选用
对于小功率电动机或照明线路，一般考虑过电流保护，应选较小熔化系数的熔体材料，如铅锡合金或RC1A系列熔断器。对于大功率电动机或照明线路，除考虑过电流保护外还要考虑短路时的分断短路电流的能力。预期短路电流较小时，可选用熔体为铜质的RC1A系列和熔体为锌质的RM10系列熔断器；预期短路电流圈套时，宜选用具有高分断能力的RL6系列螺旋式熔断器；预期适中电流很大时，需选用具有更高分断能力的RT12或RT14系列熔断器。
2.熔断器额定电压选择
额定电压应大于或等于所在电气控制线路的额定电压。
3.熔体额定电流的选择
对于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，IN≥1.1I,其中IN为熔体额定电流，I为电路工作电流。
保护一台电动机时，考虑到电动机起动冲击电流的影响，IN≥(1.5～2.5)INM其中INM为电动机额定电流。
保护多台电动机时，IN≥(1.5～2.5)INMAX+∑INM其中INM为最大功率电动机额定电流；∑INM为其余电动机额定电流的总和。
2.7 交流接触器
接触器是一种用于频繁地接通或切断带有负载的主电路和自动控制电路。按照接触器主触头通过电流的各类，可分为交流接触器和直流接触器。
2.7.1 交流接触器结构
接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置等部分组成，如图2-17所示。
1.电磁系统
电磁系统作用是操作触头闭合与分断，包括线圈、动铁心和静铁心。线圈一般采用电压线圈通入单相交流电，为了减少交变磁场在铁心中产生的涡流与磁滞损耗，防止铁心过热，一般用硅钢片叠铆而制成铁心。交流接触器的线圈电压为 额定电压的85%～105%时正常工作，电压过低或过高都会造成线圈过热而损坏。
由于交流电磁铁吸力是脉动的，当电磁吸力小于作用在动铁心上的弹簧力时，动铁心将从静铁心闭合处分开，使铁心释放；当电磁吸力大于弹簧力时，动铁心又被吸合。电源电压变化一个周期，电磁铁吸合两次，对于频率为50Hz的交流电源，1s内电磁铁将吸合100次，由此造成动铁心剧烈振动并产生噪声，降低了电磁铁的使用寿命。
消除动铁心振动的方法是在电磁铁铁心端面上开一小槽，并在小槽内嵌入铜质短路环，如图2-18所示。加入短路环后，线圈内形成两个大小相近、相位相差90度的两相磁通Φ1和Φ2。两相磁通产生的合成电磁力在电磁铁通电期间始终不为零且大于弹簧反力，使铁心牢牢吸合，消除了动铁心的振动和噪声。

图2-17 接触器
1. 主触头 2.动铁心 3.线圈 4.静铁心 5.辅助触头

图2-18 交流电磁 铁短路环作用

2.触头系统
交流接触器的触头通常用纯铜制成。触头在动铁心带动下起和闭合电路的作用。接触器的触头系统分为主触头和辅助触头，主触头用以通断电流较大的主电路，一般由三对动合触头组成，体积较大。辅助触头用以通断小电流的控制回路，有动合、动断两种，体积较小。
辅助触头一般采用点接触桥式结构，而主触头则采用面接触桥式和线接触指式结构。
3灭弧装置
接触器触头在分离瞬间，因动触头与静触头之间的间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头之间，在触头间形成了很强的电场。在强电场作用下，金属内部的自由电子就从阴极逸出并向阳极加速运动，在电场中调整运动的自由电子就会撞击气隙间的中性气体分子并使之分离为正离子和电子，分离出的电子在强电场作用下也向阳极移动又去撞击其他中性分子，从而形成撞击电离。撞击分离出的正离子则向阴极运动并撞击阴极而使阴极温度升高，当阴极的温度升高到3000℃以上时，更多电子将会从阴极逸出参与撞击电离。并引发触头间的原子以极高速度作不规则运动并相互撞击，使原子也产生电离，形成热电离。撞击电离与热电离共同作用的结果是在触头间形成炽热的电子流，即电弧。
电弧一方面烧灼触头，降低了电器的寿命和可靠性，另一方面延长了触头分断时间，严重时还会产生故障，因此必须灭弧。
如图2-19所示为灭弧栅的灭弧原理，灭弧栅片3由许多镀铜薄钢片组成，
片间距离约为2～3mm，安放在触头上方的灭弧室内。当电弧产生时，电弧周围产生磁场，导磁钢片将电弧吸入栅片中，栅片将电弧分割成若干个短电弧，当交流电压过零时电弧自动熄灭。由于相邻栅片间绝缘强度为150～250V，电源电压不足以维持150～250V这一栅间电压，所以电弧很难重燃。

图2-19 灭弧栅的灭弧原理
1. 静触点 2.短电弧 3.灭弧栅片
4.动触点 5.长电弧

桥式结构双断点触头，即在一个回路中有两个产生和断开电弧的间隙。当触头打开时，在两断口处均产生电弧，根据右手定则，电弧电流在两电弧之间就会产生力磁场。根据左手定则，两断口处的电弧都会受到一个指向外侧的力F,在F力作用下，电弧向外运动并拉长，且迅速穿越外侧的冷却介质导致电弧快速熄灭。双断点灭弧效果较弱，常用于小功率低压电器。
RC阻容吸收式灭弧器，当电气控制线路中的感性负载，如：接触器、异步电动机等通断转换时，会产生强烈的脉冲导致电弧，接在感性负载处的RC吸收电路通过吸收瞬态脉冲能量抵制电弧。
2.7.2 交流接触器的工作原理
图2－20所示交流接触器是根据电磁原理工作的，当电磁线圈5通电后产生磁场，使静铁心6产生电磁吸力吸引动铁心4向下运动，使动合主触头1（一般三对）闭合，同时动断辅助触头2（一般两对）断开，动合辅助触头3（一般两对）闭合。当线圈断电时，电磁力消失，动触头在弹簧8作用下向上复位，各触头复原（即三对主触头断开、两对动断辅助触头闭合、两对动合辅助触头断开）。
接触器各部件图形符号如图2-21所示。

图2-20 交流接触器工作原理
1. 动合主触头 2.动断辅助触头
3.动合辅助触头 4.动铁心 5.电磁线圈 6.静铁心 7.灭弧罩 8.弹簧

图2-21 接触器各部件图形
和文字符号

a) 接触器线圈 b)主触头
c)动合辅助触头 d)动断辅助触头
2.7.3 交流接触器的主要技术参数
1.额定电压
接触器铭牌上的额定电压是指主触头额定电压，即保证接触器主触头正常工作的电压值。
2.额定电流
接触器铭牌上的额定电流是指主触头额定电流。有5A、10A、20A、40A、60A、100A和150A等，额定电流应大于或等于被控电气控制线路的额定电流。
3.吸引线圈额定电压
交流吸引线圈的额定电压有110V、127V、220V和380V四种。考虑电网波动，接触器线圈允许在电压等于85%～105%的额定值下长期接通。
4.寿命
机械寿命是指接触器在不需修理条件下所能承受的无负载操作次数，一般接触器机械寿命为600～1000万次。电寿命是指接触器的主触头在额定负载条件下允许的极限操作次数，一般电寿命为15～300万次。
5.额定操作频率
指接触器每小时接通的次数。一般交流接触器操作频率最高为600次/h。
2.7.4 交流接触器的选用
1.接触器类型选择
应根据电路中负载电流的种类选择接触器类型，交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器。直流负载功率较小时，可用交流接触器替代直流接触器，但应选用触头的额定电流较大的交流接触器。
2. 额定电压选择
接触器的额定电压应不低于负载电路的电压。
3. 额定电流选择
接触器额定电流应不低于被控制电路的额定电流。对于电动机负载
IN>IC=PN×103÷KUN
式中IN——接触器额定电流（A);
IC——接触器主触头电流（A）；
PN——电动机额定功率（W）；
UN——电动机额定电压（V）；
K——系数，一般取1～1.4。
4.吸引线圈的额定电压
吸引线圈的额定电压等于所接控制电路电压，电气控制线路比较简单且所用接触器较少时，可直接选用380V或220V电压；电气控制线路较为复杂时，为了保证安全，一般选用较低的110V、127V电压。
2.8 继电器
继电器是一种根据电气量或非电气量的变化而接通或断开控制电路，从而完成控制或保护电器的作用。电气控制线路中常用的继电器有电磁继电器、热继电器、时间继电器等。

a） b） c） d）
图2-22 电压继电器图形和文字符号
a) 过电压继电器线圈
b) 欠电压继电器线圈
c) 电压继电器动合触头
d) 电压继电器动断触头

a) b） c） d）
图2-23 电流继电器图形和文字符号
a)过电流继电器线圈
b)欠电流继电器线圈
c)电流继电器动合触头
d)电流继电器动断触头

a) b） c）
图2-24 中间继电器图 形和文字符号
a) 中间继电器线圈
b) 中间继电器动合触头
c) 中间继电器动断触头

2.8.1 电磁继电器
1.电压继电器
触头是否动作与线圈中电压相关的继电器称为电压继电器。电压继电器在电气控制线路中起电压保护和控制作用，其线圈是电压线圈，与负载并联。常按吸合电压大小，分为过电压继电器与欠电压继电器。
（1） 过电压继电器
过电压继电器在电路中起过电压保护作用。过电压继电器线圈在额定电压时，衔铁不产生吸合动作，只有当线圈电压高于其额定电压时衔铁才产生吸合动作，并利用其动断触头断开需要保护电器的电源。由于直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以没有直流过电压继电器产品。交流过电压继电器吸合电压UX调节范围为UX=(1.05～1.2)UN
式中 UX——吸合电压；
UN——额定电压；
过电压继电器选用的主要参数是额定电压和动作电压，过电压继电器的动作值一般按系统额定电压的1.1～1.2倍整定。
（2） 欠电压继电器
欠电压继电器在电路中起欠电压保护作用。欠电压继电器在额定电压时衔铁处于吸合状态，一旦所接电气控制线路中的电压降低至线圈释放电压时，衔铁由吸合状态转为释放状态，欠电压继电器利用其动合触头断开需要保护电器的电源。
通常直流欠电压继电器吸合电压UX=(0.3～0.5)UN；释放电压UF整定范围为UF=(0.07～0.2)UN；交流欠电压继电器吸合电压UX=(0.6～0.85)UN；释放电压UF的整定范围为UF=(0.1～0.35)UN。
电压继电器各部件的图形文字符号如图2-22所示。电压线圈方框中用U〉表示过电压，U<表示欠电压，U＝0表示零电压。
2.电流继电器
触头是否动作与线圈中电流大小相关的继电器称为电流继电器。电流继电器在电气控制线路中起电流保护和控制作用，其线圈是电流线圈，与负载串联，常按吸合电流大小分为过电流继电器与欠电流继电器。
（1） 过电流继电器
过电流继电器正常工作时线圈中虽有负载电流但衔铁不产生吸合动作，当出现超出整定电流的吸合电流时，衔铁才产生吸合动作。在电气控制线路中出现冲击性过电流故障时，过电流使过电流继电器衔铁吸合，利用其动断触头断开接触器线圈通电回路，从而切断电气控制线路中电气设备的电源。
交流过电流继电器整定值IX的整定范围为IX=(1.1～3.5)IN
式中 IX——吸合电流；
IN——额定电流。
过电流继电器选用的主要参数是额定电流和动作电流，额定电流应不低于被保护电动机的额定电流，动作电流可根据电动机工作情况按电动机起动电流的1.1～1.3倍整定。一般绕线转子异步电动机的起动电流按2.5倍额定电流考虑，笼型异步电动机的电流按额定电流的5～8倍考虑。
（2） 欠电流继电器
欠电流继电器正常工作时衔铁处于吸合状态，当电路和负载电流降低至释放电流时，衔铁释放。在直流电路中，当负载电流降低或消失往往会导致严重后果（如直流电动机励磁回路断线等），但交流电路中一般不会出现欠电流故障，因此低