第1章工业电气控制的基本环节

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1、第第1章章 工业电气控制的基本工业电气控制的基本环节环节1.1 常用低压电器原理与功能常用低压电器原理与功能低压电器通常是指交流工作电压小于低压电器通常是指交流工作电压小于1200V(1200V(或直或直流工作电压小于流工作电压小于1500V)1500V)，在电路中起通断、保护、，在电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。控制或调节作用的电器。1.1.1 1.1.1 低压电器的功能与分类低压电器的功能与分类1.1.低压电器的功能低压电器的功能 低压电器的基本功能就是控制，即按照预期要低压电器的基本功能就是控制，即按照预期要求手动或自动地接通或断开电路。完成对电路的求手动或自动地接通或断开电路

2、。完成对电路的开、关控制。此外还有对电路和设备的保护功能、开、关控制。此外还有对电路和设备的保护功能、检测功能、变换功能和调节功能以及能量分配功检测功能、变换功能和调节功能以及能量分配功能等。能等。2.2.低压电器的分类低压电器的分类低压电器种类繁多，分类方法很多种。低压电器种类繁多，分类方法很多种。1 1）按动作原理分类：手动电器；自动电器。）按动作原理分类：手动电器；自动电器。 2 2）按用途分类）按用途分类 （1 1）控制电器）控制电器 它主要在低压配电系统及动力它主要在低压配电系统及动力设备中起控制作用，如接触器、继电器、低压断设备中起控制作用，如接触器、继电器、低压断路器等。路器等。

3、 （2 2）低压保护电器）低压保护电器 它主要在低压配电系统及它主要在低压配电系统及动力设备中起保护作用，如熔断器、热继电器等。动力设备中起保护作用，如熔断器、热继电器等。 （3 3）主令电器）主令电器 这类是依靠外力这类是依靠外力( (如人工如人工) )操作操作来进行切换的电器，如按钮、行程开关、接近开来进行切换的电器，如按钮、行程开关、接近开关等。关等。 （4 4）执行电器）执行电器 该类是依靠指令或物理量该类是依靠指令或物理量( (如如电流、电压、时间、速度电流、电压、时间、速度) )变化而自动执行动作的变化而自动执行动作的电器，如电磁铁、电磁离合器等。电器，如电磁铁、电磁离合器等。 （

4、5 5）配电电器）配电电器 用于电能输送和分配飞电器。用于电能输送和分配飞电器。如闸刀开关、组合开关、如闸刀开关、组合开关、 1.1.2 常用低压电器常用低压电器 电气控制中常用的低压电器主要有接触器、熔断电气控制中常用的低压电器主要有接触器、熔断器、控制继电器、主令电器和开关电器器、控制继电器、主令电器和开关电器5种。种。 1. 接触器：交流接触器、直流接触器。接触器：交流接触器、直流接触器。 2. 继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。器、时间继电器、热继电器等。 3. 开关电器：刀开关、组合开关、自动空气开关。开关电器

5、：刀开关、组合开关、自动空气开关。 4. 主令电器：按钮、行程开关、转换开关。主令电器：按钮、行程开关、转换开关。 5. 熔断器熔断器 1. 1. 接触器接触器 接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护。量控制和失压及欠压保护。 下图所示为接触器的结构，主要由电磁机下图所示为接触器的结构，主要由电磁机构（包括电磁线圈构（包括电磁线圈 铁心铁心 和衔铁）、触头系统和衔铁）、触头

6、系统（主触头和辅助触头）、灭弧装置及其他部分（主触头和辅助触头）、灭弧装置及其他部分组成。组成。 1、工作原理：、工作原理： 线圈加额定电压，衔铁吸合，常开触点闭合，常闭触点线圈加额定电压，衔铁吸合，常开触点闭合，常闭触点断开；线圈电压消失，触点回复常态，为防止铁芯振动，需断开；线圈电压消失，触点回复常态，为防止铁芯振动，需加短路环。加短路环。 目前我国常用交流接触器主要有目前我国常用交流接触器主要有CJ10CJ10、CJ20CJ20、CJ12CJ12系列。系列。2 2、 3 3、接触器的符号、接触器的符号 4 4、接触器的性能指标、接触器的性能指标 5 5、接触器的使用选择原则、接触器的使用

7、选择原则2. 熔断器熔断器 熔断器（熔断器（fusefuse）在）在IEC127IEC127标准里定义为熔断体（标准里定义为熔断体（fuse-fuse-linklink），是电路的一种保护元件。当电路发生故障或异常），是电路的一种保护元件。当电路发生故障或异常时，伴随着电流（或温度）的升高，自身的熔体自动熔断时，伴随着电流（或温度）的升高，自身的熔体自动熔断而切断电路，起到保护电路的作用。而切断电路，起到保护电路的作用。 其分类与符号如图所示：其分类与符号如图所示：(a) 插入式熔断器 (b) 螺旋式熔断器 (c) 管状式熔断器 (d) 熔断器符号常用的几种熔断器常用的几种熔断器（）螺旋式熔断

8、器（）圆筒形帽熔断器（）螺栓连接熔断器 3. 控制继电器控制继电器 继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路实现控制目的的电器。其输入量可断开控制电路实现控制目的的电器。其输入量可以是电压、电流；也可以是温度、压力、速度等。以是电压、电流；也可以是温度、压力、速度等。 继电器的工作原理与接触器相似，它们的主要区继电器的工作原理与接触器相似，它们的主要区别是：继电器可对多种输入量的变化作出反应，别是：继电器可对多种输入量的变化作出反应，而接触器只有在电压信号下动作；继电器用于切而接触器只有在电压信号下动作；继电器用于切断小电流的控制和保护电

9、路，而接触器用于控制断小电流的控制和保护电路，而接触器用于控制大电流电路。继电器主要用于进行电路的逻辑控大电流电路。继电器主要用于进行电路的逻辑控制。制。 下面介绍几种常用的继电器下面介绍几种常用的继电器1 1）热继电器）热继电器 热继电器主要用于热继电器主要用于过载、缺相及三相电过载、缺相及三相电流不平衡的保护。流不平衡的保护。 热继电器的形式有热继电器的形式有多种，其中以双金属多种，其中以双金属片式应用最多。双金片式应用最多。双金属片式热继电器主要属片式热继电器主要由发热元件由发热元件1 1主双金属主双金属片片2 2导板导板3 3和触点和触点4 4四部四部分组成。分组成。 主双金属片主双金

10、属片 2 2 是热继电器的感测元件，由两种膨胀系数是热继电器的感测元件，由两种膨胀系数不同的金属片辗压而成。当串联在电动机定子绕组中的热元件不同的金属片辗压而成。当串联在电动机定子绕组中的热元件有电流流过时，热元件产生的热量使双金属片伸长，由于膨胀有电流流过时，热元件产生的热量使双金属片伸长，由于膨胀系数不同，致使双金属片发生弯曲。电动机正常运行时，双金系数不同，致使双金属片发生弯曲。电动机正常运行时，双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作。但是当电动机过载时，属片的弯曲程度不足以使热继电器动作。但是当电动机过载时，流过热元件的电流增大，加上时间效应，就会加大双金属片的流过热元件的电流增大，加

11、上时间效应，就会加大双金属片的弯曲程度，最终使双金属片推动导板弯曲程度，最终使双金属片推动导板 3 3 使热继电器的触点使热继电器的触点 4 4 动作，切断电动机的控制电路。动作，切断电动机的控制电路。 热继电器的型号含义及图形符号如下图所示热继电器的型号含义及图形符号如下图所示: (a) 型号含义 ( b) 热元件 (c) 动断触点 注意：注意： （1 1）JR0 JR0 、 JRlJRl 、 JR2 JR2 和和 JRl5 JRl5 系列的热继电器均为系列的热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和

12、定子绕组为机的均衡过载保护和定子绕组为 Y Y 联结的三相异步电动机联结的三相异步电动机的断相保护，但不能用作定子绕组为的断相保护，但不能用作定子绕组为 联结的三相异步电联结的三相异步电动机的断相保护。动机的断相保护。 （2 2）JRl6 JRl6 和和 JR20 JR20 系列热继电器均为带断相保护的热继系列热继电器均为带断相保护的热继电器，具有差动式断相保护机构。选择时主要根据电动机定电器，具有差动式断相保护机构。选择时主要根据电动机定子绕组的联结方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动子绕组的联结方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动机电路中，对机电路中，对 Y Y 联结的电动机可选用

13、两相或三相结构的热联结的电动机可选用两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构，即在两相主电路中串接热元件。继电器，一般采用两相结构，即在两相主电路中串接热元件。但对于定子绕组为但对于定子绕组为联结的电动机必须采用带断相保护的热联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。继电器。 2）时间继电器时间继电器 时间继电器的种类很多，按其动作原理可分为电磁式、时间继电器的种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子（晶体管或数字电路）式。空气阻尼式、电动式和电子（晶体管或数字电路）式。 电磁式时间继电器的结构简单，价格低廉，但体积和电磁式时间继电器的结构简单，价格低廉，但体积和重量大，

14、延时短且范围小重量大，延时短且范围小(JT3(JT3型只有型只有0.35.50.35.5秒秒) )，一般只，一般只用于直流断电延时；用于直流断电延时； 电动式时间继电器的延时精度高，延时可调范围大电动式时间继电器的延时精度高，延时可调范围大( (由由几分钟到几小时几分钟到几小时) )，但结构复杂，价格贵。电子式时间继电，但结构复杂，价格贵。电子式时间继电器的体积小，功耗低，可靠性高，在小功率的电子线路中器的体积小，功耗低，可靠性高，在小功率的电子线路中得到广泛应用。得到广泛应用。 在电力拖动的控制线路中，通常用空气阻尼式时间继电在电力拖动的控制线路中，通常用空气阻尼式时间继电器。器。 空气阻尼

15、式时间继电器又称气囊式时间继电器，是利空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，是利用气囊中的空气通过小孔节流的原理获得延时动作。图用气囊中的空气通过小孔节流的原理获得延时动作。图(a)(b(a)(b) )所示是其外形和结构图。所示是其外形和结构图。 它由电磁机构，延时结构和触头系统等它由电磁机构，延时结构和触头系统等3 3部分组成。电部分组成。电磁结构由线圈、铁心和衔铁构成。触头系统包括瞬时触点磁结构由线圈、铁心和衔铁构成。触头系统包括瞬时触点和延时触点，他们分别是两个微动开关的触点。延时结构和延时触点，他们分别是两个微动开关的触点。延时结构采用气囊式阻尼器，气囊由橡皮膜、活塞构成，橡皮膜可

16、采用气囊式阻尼器，气囊由橡皮膜、活塞构成，橡皮膜可随空气的增减而移动，顶部的调节螺钉可调节延时时间。随空气的增减而移动，顶部的调节螺钉可调节延时时间。线圈反力弹簧衔铁铁心弹簧片瞬时触点杠杆延时触点调节螺钉推杆活塞杆宝塔形弹簧(a) 结构外形 (b) 结构部件 根据触头延时的特点，它又分为通电延时动作型和断电根据触头延时的特点，它又分为通电延时动作型和断电延时型两种。延时型两种。 对于通电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合对于通电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点要延时一段时间才闭合，延时动断触点要延时一段时间触点要延时一段时间才闭合，延时动断触点要延时一段时间才断开。当线圈

17、失电时，其延时动合触点迅速断开，延时动才断开。当线圈失电时，其延时动合触点迅速断开，延时动断触点迅速闭合。断触点迅速闭合。 对于断电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合对于断电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点迅速闭合，延时动断触点迅速断开。当线圈失电时，其触点迅速闭合，延时动断触点迅速断开。当线圈失电时，其延时动合触点要延时一段时间再断开，延时动断触点要延时延时动合触点要延时一段时间再断开，延时动断触点要延时一段时间再闭合。一段时间再闭合。断电延时型 时间继电器的图形符号及文字符号如下图所示。时间继电器的图形符号及文字符号如下图所示。 3 3）电流继电器）电流继电器 电流继

18、电器电流继电器 主要用于过载及短路保护。主要用于过载及短路保护。 电流继电器的线圈串联接入主电路，电流继电器的线圈串联接入主电路， 其线圈匝数少、导其线圈匝数少、导线粗、阻抗小，用来感测主电路的电流，触点接于控制电路，线粗、阻抗小，用来感测主电路的电流，触点接于控制电路，为执行元件。为执行元件。 电流继电器反映的是电流信号，常用的电流继电器有欠电流继电器反映的是电流信号，常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。电流继电器和过电流继电器两种。 欠电流继电器用于欠电流保护，在电路正常工作时，欠欠电流继电器用于欠电流保护，在电路正常工作时，欠电流继电器的衔铁是吸合的，电流继电器的衔铁是吸合

19、的， 其动合触点闭合，动断触点断其动合触点闭合，动断触点断开。开。 只有当电流降低到某一整定值时，衔铁释放，控制电路只有当电流降低到某一整定值时，衔铁释放，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。失电，从而控制接触器及时分断电路。 过电流继电器在电路正常工作时不动作，整定范围通常过电流继电器在电路正常工作时不动作，整定范围通常为额定电流的为额定电流的 1.1 1.1 3.5 3.5 倍。当被保护线路的电流高于额倍。当被保护线路的电流高于额定值，并达到过电流继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机定值，并达到过电流继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路，对

20、构动作，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路，对电路起过流保护作用。电路起过流保护作用。 过流继电器外形图欠流继电器外形图4 4）电压继电器）电压继电器 电压继电器反映的是电压信号。它的线圈并联在被测电路电压继电器反映的是电压信号。它的线圈并联在被测电路的两端，所以匝数多、导线细、阻抗大。的两端，所以匝数多、导线细、阻抗大。 电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。其线圈电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。其线圈并联接入主电路，感测主电路的电压；触点接于控制电路，并联接入主电路，感测主电路的电压；触点接于控制电路，为执行元件。为执行元件。 按吸合电压的大小，电压继电器可分为过电

21、压继电器和欠按吸合电压的大小，电压继电器可分为过电压继电器和欠电压继电器。电压继电器。 过电压继电器用于线路的过电压保护，当被保护的电路电过电压继电器用于线路的过电压保护，当被保护的电路电压正常时衔铁不动作，当被保护电路的电压高于额定值，达压正常时衔铁不动作，当被保护电路的电压高于额定值，达到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，控制接触器及时分断被保护电路。制电路失电，控制接触器及时分断被保护电路。 欠电压继电器用于电路的欠电压保护，其释放整定值为电欠电压继电器用于电路的欠电压保护，其释放整定值为电路额定电压的路额定

22、电压的 0.1 0.1 0.6 0.6 倍。当被保护电路电压正常时衔倍。当被保护电路电压正常时衔铁可靠吸合，当被保护电路电压降至欠电压继电器的释放整铁可靠吸合，当被保护电路电压降至欠电压继电器的释放整定值时衔铁释放，触点机构复位，控制接触器及时分断被保定值时衔铁释放，触点机构复位，控制接触器及时分断被保护电路。护电路。 继电器的型号含义继电器的型号含义 5）中间继电器）中间继电器 中间继电器在控制线路中主要起到扩大触点容量和触点数中间继电器在控制线路中主要起到扩大触点容量和触点数量的作用。其吸引线圈的功率很小，触点容量较大量的作用。其吸引线圈的功率很小，触点容量较大(5A(5A10A)10A)

23、。当采用其他小容量的继电器控制接触器、继电器的容量或触点当采用其他小容量的继电器控制接触器、继电器的容量或触点数量不足时，可采用它加以扩展。数量不足时，可采用它加以扩展。 静铁心短路环衔铁常开触点常闭触点反作用弹簧线圈缓冲弹簧中间继电器的结构和图形符号6 6）速度继电器）速度继电器 速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器，它速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器，它主要用作鼠笼式异步电动机的反接制动控制中，故也称为反主要用作鼠笼式异步电动机的反接制动控制中，故也称为反接制动继电器。接制动继电器。 速度继电器主要由定子、转子和触点三部分组成。如下图速度继电器主要由定子、转子和触点

24、三部分组成。如下图所示为速度继电器的结构原理示意图。所示为速度继电器的结构原理示意图。 速度继电器的轴与电动机的轴相连接，转子速度继电器的轴与电动机的轴相连接，转子2 2固定在轴上，固定在轴上，定子定子3 3与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转与轴同心。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，通过铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过摆锤摆锤5 5拨动触点拨动触点6 6，使常闭触点断开、常开触点闭合。当电动，使常闭触点断

25、开、常开触点闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，摆锤在弹簧力的作用下机转速下降到接近零时，转矩减小，摆锤在弹簧力的作用下恢复原位，触点也复位。恢复原位，触点也复位。 速度继电器根据电动机的额定转速进行选择。速度继电器根据电动机的额定转速进行选择。 速度继电器的图形符号和文字符号如下图所示。速度继电器的图形符号和文字符号如下图所示。 速度继电器的图形符号和文字符号 4. 主令电器主令电器 主令电器是发布命令或信号的电器，主要用于接主令电器是发布命令或信号的电器，主要用于接通、分断控制电路，以达到对系统的控制或程序通、分断控制电路，以达到对系统的控制或程序的控制。主要有控制按钮、行程开关等

26、。的控制。主要有控制按钮、行程开关等。 1 1）按钮）按钮 控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。在低压控控制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，用于发布手动控制指令。目前常用的产品有制电路中，用于发布手动控制指令。目前常用的产品有 LA18LA18、LA19LA19、LA20LA20、LA25LA25和和LAY3LAY3等系列。如图所示为部分按钮的外形等系列。如图所示为部分按钮的外形图。图。 控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。下图为其结构示意图及其符号。按钮在外力作用下，首先断下图为其结构示意图及其

27、符号。按钮在外力作用下，首先断开常闭触头开常闭触头( (或称动断触点，下同或称动断触点，下同) )，然后再接通常开触头，然后再接通常开触头( (或或称动合触点，下同称动合触点，下同) )。复位时，常开触头先断开，常闭触头后。复位时，常开触头先断开，常闭触头后闭合。同时具有一对常开触点和一对常闭触点的按钮称为复闭合。同时具有一对常开触点和一对常闭触点的按钮称为复合按钮。合按钮。 外壳按钮帽复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式动触头常开静触头起 控制铵钮的种类很多，指示控制铵钮的种类很多，指示 灯式按钮内可装入信号灯显灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋示信号；紧

28、急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。 常见按钮的外形如下图常见按钮的外形如下图所示：所示： 控制按钮的型号含义如下图所示：控制按钮的型号含义如下图所示： 2 2）行程开关）行程开关 行程开关也称为位置开关，它是反映生产机械运动部件行程开关也称为位置开关，它是反映生产机械运动部件行进位置的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、行程行进位置的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、行程距离和限位保护等。行程开关的种类很多，主要分为机械式距离和限位保护等。行程开关的种类很多，主要分为机械式和电子式两大类。和电子式两大类。 机械式行程

29、开关的品种规格很多，常用的国产型号有机械式行程开关的品种规格很多，常用的国产型号有LXW5LXW5、LX19LX19、LXK3LXK3、LX32LX32、LX33LX33等系列。等系列。LX19LX19系列行程开关系列行程开关的外形，如图所示。其中，图（的外形，如图所示。其中，图（a a）和图（）和图（b b）属于自动复位）属于自动复位方式，图（方式，图（c c）为非自动复位方式。）为非自动复位方式。(a)按钮式 (b) 单轮旋转式 (c) 双轮旋转式(d)电气符号滑轮式行程开关工作原理滑轮式行程开关工作原理 行程开关的型号含义如下图所示：行程开关的型号含义如下图所示： 5. 开关电器开关电器

30、 1 1）刀开关）刀开关 刀开关（刀开关（switchswitch）是一种基本的手动电器，其结构和操作方）是一种基本的手动电器，其结构和操作方法简单。它常作为不频繁接通和分断电路使用，主要用作电源隔法简单。它常作为不频繁接通和分断电路使用，主要用作电源隔离开关，起到分断小容量的低压配电线路，或者直接用于起动小离开关，起到分断小容量的低压配电线路，或者直接用于起动小容量电动机的开关。容量电动机的开关。 主要技术参数如下：主要技术参数如下： (1)(1)额定电压额定电压 闸刀开关在长期工作中所能承受的最大闸刀开关在长期工作中所能承受的最大电压，称为额定电压。目前国产闸刀开关的额定电压一般为电压，称

31、为额定电压。目前国产闸刀开关的额定电压一般为500V500V以下，如交流低压闸刀开关的额定电压为以下，如交流低压闸刀开关的额定电压为250V250V和和500V500V。 (2)(2)额定电流额定电流 闸刀开关在合闸位置上允许长期通过的闸刀开关在合闸位置上允许长期通过的最大工作电流，称为额定电流。小电流闸刀开关的额定电流最大工作电流，称为额定电流。小电流闸刀开关的额定电流有有10A10A、15A15A、20A20A、30A30A、60A60A等等5 5级。大电流闸刀开关的额定级。大电流闸刀开关的额定电流有电流有100A100A、200A200A、400A400A、600A600A、1000A1

32、000A及及1500A1500A等等6 6级。级。2 2）组合开关）组合开关组合开关又称转换开关，由几个单级或双级的手动开关组成，组合开关又称转换开关，由几个单级或双级的手动开关组成，并由一根公共转轴通过手柄的转动，将一部分电路接通而另一并由一根公共转轴通过手柄的转动，将一部分电路接通而另一部分电路断开。部分电路断开。 手柄转轴弹簧凸轮绝缘垫板动触片静触片接线端子绝缘杆3）自动空气开关）自动空气开关 自动空气开关或低压断路器，用于不频繁接通或断开电路。它自动空气开关或低压断路器，用于不频繁接通或断开电路。它的主要特点是当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动的主要特点是当电路发生过载、短路或

33、失压等故障时，能自动跳闸而切断故障电路。跳闸而切断故障电路。 空气断路器从外观看有塑壳和铁壳两种，内部结构大致相同。空气断路器从外观看有塑壳和铁壳两种，内部结构大致相同。其外形和结构如图所示：其外形和结构如图所示： 电磁脱扣器自由脱扣器动触头静触头接线柱热脱扣器手动开关 (a) 塑壳的外型 (b) 铁壳的内部结构 (c)符号1.2 电器控制原理图的绘制方法电器控制原理图的绘制方法 用于描述电气控制设备的结构、工作原理和技用于描述电气控制设备的结构、工作原理和技术要求的图称为电气图。电气图必须按国家电气术要求的图称为电气图。电气图必须按国家电气制图标准及国际电工委员会（制图标准及国际电工委员会（

34、IEC）颁布的有关）颁布的有关文件要求，用统一标准的图形符号，文字符号及文件要求，用统一标准的图形符号，文字符号及规定画法绘制。规定画法绘制。 1.2.1 电气图的分类电气图的分类电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的。求和规律连接而成的。 将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图图和电气安装接线图 3 3 种。

35、种。 常用电气图的图形符号与文字符号常用电气图的图形符号与文字符号 在国家标准中，电气技术中的文字符号分为在国家标准中，电气技术中的文字符号分为基本文字符号基本文字符号 ( ( 单字母或双字母单字母或双字母 ) ) 和辅助文和辅助文字符号。基本文字符号中的单字母符号按英文字符号。基本文字符号中的单字母符号按英文字母将各种电气设备、装置和元器件划分为字母将各种电气设备、装置和元器件划分为 23 23 个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。如如 “K” K” 表示继电器、接触器类，表示继电器、接触器类，“F” F” 表示表示保护器件类等，单字母符号应优

36、先采用。双字保护器件类等，单字母符号应优先采用。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成，其组合应以单字母符号在前，另一字母组成，其组合应以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出。字母在后的次序列出。1.2.2 1.2.2 电气原理图的绘制原则电气原理图的绘制原则 电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装位置。如下图所示。位置。如下图所示。 （ 1 1 ） 电气原理图一

37、般分为主电路、控制电路和辅助电路电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路 3 3 个部分。个部分。（ 2 2 ）电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符）电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符合国家规定的统一标准。合国家规定的统一标准。（ 3 3 ）在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态）在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态画出。画出。（ 4 4 ）动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源）动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线画出；控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线线画出；控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间；耗能

38、元件（如线圈、电磁阀、照明灯和信号灯等）应接之间；耗能元件（如线圈、电磁阀、照明灯和信号灯等）应接在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。上。（ 5 5 ）应尽量减少线条数量，避免线条交叉。）应尽量减少线条数量，避免线条交叉。（ 6 6 ） 在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数；对某些元器件还应标注其特性（如电阻、电容或频率及相数；对某些元器件还应标注其特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动开关等）还的数值等）；不常用的电器（如位置

39、传感器、手动开关等）还要标注其操作方式和功能等。要标注其操作方式和功能等。（ 7 7 ） 为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标明各图区电路的作用。明各图区电路的作用。 （ 8 8 ） 在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即圈和触点的从属关系，即“符号位置索

40、引符号位置索引”。也就是在相应。也就是在相应线圈的下方，给出触点的图形符号（有时也可省去），对未线圈的下方，给出触点的图形符号（有时也可省去），对未使用的触点用使用的触点用“ “ ” ”表明（或不作表明）。表明（或不作表明）。 接触器各栏表示的含义如下接触器各栏表示的含义如下： 继电器各栏表示的含义如下：继电器各栏表示的含义如下： 电器元件布置图电器元件布置图 电器元件布置图反映各电器元件的实际安装电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，而不必按位置，在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出；在图中往往还留有其外形形状画出；在图中往往还留有 10% 1

41、0% 以上以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和改进设计时用；在图中还需要标注出必要的尺寸。改进设计时用；在图中还需要标注出必要的尺寸。如下图所示。如下图所示。 电气安装接线图电气安装接线图 电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。内部元件之间的接线关系。1.3 1.3 电气控制的基本规律电气控制的基本规律 1.3.1 1.3.1 按联锁进行控制的规律按联锁进行控制的规律1.1.点动控制电路点动控制电路 点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制点动控制电路是用按钮和接触

42、器控制电动机的最简单的控制线路，其原理图如下图所示，线路，其原理图如下图所示， 分为主电路和控制电路两部分。分为主电路和控制电路两部分。 电路工作原理如下：电路工作原理如下： 首先合上电源开关首先合上电源开关 QS QS 。 起动：起动： 停止：停止： 这种当按钮按下时电动机就运转，按钮松开后电动机就停止的这种当按钮按下时电动机就运转，按钮松开后电动机就停止的控制方式，称为点动控制。控制方式，称为点动控制。 2.2.自锁控制电路自锁控制电路 接触器自锁控制电路的动画演示接触器自锁控制电路的动画演示 如下图所示，在点动控制如下图所示，在点动控制电路的基础上它又在控制回路增加了一个停止按钮电路的基

43、础上它又在控制回路增加了一个停止按钮 SB1 SB1 ，还在，还在起动按钮起动按钮 SB2 SB2 的两端并接了接触器的一对辅助动合触点的两端并接了接触器的一对辅助动合触点 KM KM 。 电路工作原理如下：电路工作原理如下： 首先合上电源开关首先合上电源开关 QS QS 。起动：起动： 当松开当松开 SB2 SB2 后，由于后，由于 KM KM 辅助动合触点闭合，辅助动合触点闭合， KM KM 线圈线圈仍得电，电动机仍得电，电动机 M M 继续运转。这种依靠接触器自身辅助动合继续运转。这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为触点使其线圈保持通电的现象称为 自锁自锁 （或称自保

44、），起（或称自保），起自锁作用的自锁作用的 辅助动合触点辅助动合触点 ，称为自锁触点（或称自保触，称为自锁触点（或称自保触点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的控制线路。点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的控制线路。停止：停止： 3. 3. 点动和自锁混合控制电路点动和自锁混合控制电路 下图所示的电路既能进行点动控制，又能进行自锁控制，下图所示的电路既能进行点动控制，又能进行自锁控制，所以称为点动和自锁混合控制电路。所以称为点动和自锁混合控制电路。4.4.互锁控制互锁控制 为了实现电机的正、反转，可将接至电动机的为了实现电机的正、反转，可将接至电动机的三相电源线中的任意两相对调。

45、三相电源线中的任意两相对调。 接触器互锁的正反转控制电路接触器互锁的正反转控制电路 为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路，为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路，在控制电路中，分别将两个接触器在控制电路中，分别将两个接触器 KM1 KM1 、 KM2 KM2 的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里。的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里。 这种利用两个接触器（或继电器）的动断触点这种利用两个接触器（或继电器）的动断触点互相制约的控制方法叫做互锁互相制约的控制方法叫做互锁 （也称联锁），而（也称联锁），而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。 接触器互锁的

46、电动机正反转控制的工作原理如接触器互锁的电动机正反转控制的工作原理如下：下： 起动时，按下正转起动按钮起动时，按下正转起动按钮 SB2 SB2 ， KM1 KM1 线圈得电并自锁，线圈得电并自锁，电动机正转运行并带动机床运动部件左移，当运动部件上的撞电动机正转运行并带动机床运动部件左移，当运动部件上的撞块块 1 1 碰撞到行程开关碰撞到行程开关 SQ1 SQ1 时，将时，将 SQ1 SQ1 压下，使其动断触点断压下，使其动断触点断开，切断了正转接触器开，切断了正转接触器 KM1 KM1 线圈回路；同时线圈回路；同时 SQ1 SQ1 的动合触点闭的动合触点闭合，接通了反转接触器合，接通了反转接触

47、器 KM2 KM2 线圈回路，使线圈回路，使 KM2 KM2 线圈得电自锁，线圈得电自锁，电动机由正向旋转变为反转，带动运动部件向右运动，当运动部电动机由正向旋转变为反转，带动运动部件向右运动，当运动部件上的撞块件上的撞块 2 2 碰撞到行程开关碰撞到行程开关 SQ2 SQ2 时，时，SQ2 SQ2 动作，使电动机由动作，使电动机由反转又转入正转运行，如此往返运动。从而实现运动部件的自动反转又转入正转运行，如此往返运动。从而实现运动部件的自动循环控制。若起动时工作台在左端，应按下循环控制。若起动时工作台在左端，应按下 SB3 SB3 进行起动。进行起动。SB1KM1KM1=1M 正转 SB3K

48、M1KM1=0M 停止 SB2KM2KM2=1M 反转 L L1 1、L L3 3 线路短线路短路路SB1KM1KM1=1M 正转正转 =0 (互锁互锁)SB2 KM2 不会通电不会通电 机械互锁机械互锁电器互锁电器互锁 2.2.顺序控制电路顺序控制电路 常用的顺序控制电路有两种，一种是主电路的顺序控常用的顺序控制电路有两种，一种是主电路的顺序控制，一种是控制电路的顺序控制。制，一种是控制电路的顺序控制。 下图所示为用控制电路来实现电动机顺序控制的电路。下图所示为用控制电路来实现电动机顺序控制的电路。 主电路的顺序控制主电路的顺序控制只有当只有当 KM1 KM1 闭合，电动机闭合，电动机 M1

49、 M1 起动运转后，起动运转后，KM2 KM2 才能使才能使 M2 M2 得得电起动，满足电动机电起动，满足电动机 M1 M1 、 M2 M2 顺序起动的要求。顺序起动的要求。 2）制约控制）制约控制 指一方对另一方约束控制（单方互锁）。如要求指一方对另一方约束控制（单方互锁）。如要求KM1动作时动作时KM2不能动作。不能动作。 1.3.2 按控制过程参量进行控制的规律按控制过程参量进行控制的规律 某些工作过程需要根据工艺过程特点进行控制，某些工作过程需要根据工艺过程特点进行控制，如工作过程参量由行程位置决定等。如工作过程参量由行程位置决定等。 1. 行程原则控制规律行程原则控制规律 2. 时

50、间原则控制规律时间原则控制规律 如图是一个定子串电阻降压启动时间原则控制电如图是一个定子串电阻降压启动时间原则控制电路。路。 1.3.31.3.3多地控制电路多地控制电路 能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多地控制。地控制。 下图所示为两地控制的电路。下图所示为两地控制的电路。 所谓两地控制是在三个地点各设一套电动机起动和停止用的所谓两地控制是在三个地点各设一套电动机起动和停止用的控制按钮，图中控制按钮，图中 SB2 SB2 、 SB5 SB5 为甲地控制的起动和停止按钮，为甲地控制的起动和停止按钮， SB3 SB3 、

51、SB6 SB6 为乙地控制的起动和停止按钮，为乙地控制的起动和停止按钮，SB4SB4、SB7 SB7 为丙地为丙地地控制的起动和停止按钮。电路的特点是：三地的起动按钮地控制的起动和停止按钮。电路的特点是：三地的起动按钮SB2SB2、SB3SB3、SB4 SB4 （动合触点）要并联接在一起，停止按钮（动合触点）要并联接在一起，停止按钮 SB5SB5、SB6SB6、SB7SB7（动断触点）要串联接在一起。这样就可以分别在甲、乙、（动断触点）要串联接在一起。这样就可以分别在甲、乙、丙三地起、停同一台电动机，达到操作方便之目的。丙三地起、停同一台电动机，达到操作方便之目的。 1.4 三相交流异步电动机

52、的启动控制三相交流异步电动机的启动控制 1.4.1 三相交流异步电动机的启动性能三相交流异步电动机的启动性能 生产过程对电动机启动性能的要求如下：生产过程对电动机启动性能的要求如下： 1. 启动转矩要大。启动转矩要大。 2. 启动电流要尽可能小。启动电流要尽可能小。 3. 启动设备简单，控制方便。启动设备简单，控制方便。 4. 启动过程能量损耗小。启动过程能量损耗小。 1.4.2 直接启动控制直接启动控制 直接启动就是将电动机通过开关直接接入电源，直接启动就是将电动机通过开关直接接入电源，使电动机在额定电压下启动。一般小于使电动机在额定电压下启动。一般小于7.5kW或或下列经验公式要求的电动机

53、可以直接启动。下列经验公式要求的电动机可以直接启动。341）启动电动机容量（）电源总容量（kWkVAIIKNsI 1.4.3 降压启动控制降压启动控制 降压启动是指启动时降低加在定子绕组上的电压，降压启动是指启动时降低加在定子绕组上的电压，启动结束后，再加入额定电压运行的启动方式。启动结束后，再加入额定电压运行的启动方式。 1. 定子串电阻（电抗）降压启动定子串电阻（电抗）降压启动 2. 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 3. 星形星形-三角形降压启动三角形降压启动 1.4.4 软启动控制软启动控制 软启动的特点是电动机的启动电流和启动转矩可软启动的特点是电动机的启动电流和启动转矩可根据需

54、要连续调节，这种启动不会产生一般启动根据需要连续调节，这种启动不会产生一般启动时的冲击启动电流和冲击启动转矩。时的冲击启动电流和冲击启动转矩。 1. 软启动器的工作原理软启动器的工作原理 软启动器主要由三相交流调压电路和控制电路；软启动器主要由三相交流调压电路和控制电路；两部分组成。基本原理是利用晶闸管移相控制原两部分组成。基本原理是利用晶闸管移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，来改变输出给电理，通过控制晶闸管的导通角，来改变输出给电动机定子绕组的三相电压，通过调节电压来控制动机定子绕组的三相电压，通过调节电压来控制启动电流和启动转矩。启动电流和启动转矩。 控制电路可以设置各种不同的启动方式

55、曲线，采控制电路可以设置各种不同的启动方式曲线，采用闭环控制系统控制方式。用闭环控制系统控制方式。 软启动器的基本组成框图软启动器的基本组成框图 2. 软启动器的启动特性软启动器的启动特性 软启动控制器通过设定启动方式曲线来得到不同软启动控制器通过设定启动方式曲线来得到不同的启动特性，以满足不同负载特性的要求。的启动特性，以满足不同负载特性的要求。 1.5 三相交流异步电动机的制动控制三相交流异步电动机的制动控制 常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动和软常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动和软制动。制动。能耗制动能耗制动采用时间采用时间继电器继电器 能耗制动：采用速度继电器能耗制动：采用速

56、度继电器 1.5.2 反接制动控制电路反接制动控制电路 1. 单向运行反接制动单向运行反接制动 1.5.3 软制动与软停车控制软制动与软停车控制 软停止功能是指停止命令下达后，输出电压不立软停止功能是指停止命令下达后，输出电压不立即为零，而是按线性减小规律来改变电压。即为零，而是按线性减小规律来改变电压。 1.6 多速电动机高低速控制多速电动机高低速控制 1.6.1 三相异步电动机调速基本原理三相异步电动机调速基本原理 由三相异步电动机的转速公式：由三相异步电动机的转速公式： n=n0(1-s)=60f1(1-s)/p 可见，异步电动机的调速方法有三种：可见，异步电动机的调速方法有三种： 1.

57、 变极调速。变极调速。 2. 变频调速。变频调速。 3. 变转差率调速：变转差率调速： （1）调压调速）调压调速 （2）转子串电阻调速）转子串电阻调速 （3）串级调速）串级调速 （4）电磁离合器调速。）电磁离合器调速。 1.6.2 多速电机的变极调速多速电机的变极调速1.6.2 1.6.2 双速电机控制电路双速电机控制电路 由三相交流异步电动机的转速公式由三相交流异步电动机的转速公式 可知，要改变异步电动机的转速，可采用改变电可知，要改变异步电动机的转速，可采用改变电源频率源频率 f f 、改变磁极对数、改变磁极对数 p p 以及改变转差率以及改变转差率 s s 等等 3 3 种基本方法。种基

58、本方法。变极调速原理变极调速原理 改变异步电动机定子绕组的连接方式，可以改变异步电动机定子绕组的连接方式，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。改变磁极对数，从而得到不同的转速。 常见的交流变极调速电动机有双速电动机和常见的交流变极调速电动机有双速电动机和多速电动机。多速电动机。 双速电动机定子绕组常见的接法有双速电动机定子绕组常见的接法有 Y/YY Y/YY 和和 /YY /YY 两种。下图所示为两种。下图所示为 4/2 4/2 极极 /YY /YY 的双速电的双速电动机定子绕组接线图。在制造时每相绕组就分为动机定子绕组接线图。在制造时每相绕组就分为两个相同的绕组，中间抽头依次为两个相同的绕

59、组，中间抽头依次为 U2 U2 、 V2 V2 、 W2 W2 ，这两个绕组可以串联或并联。，这两个绕组可以串联或并联。 根据变极调速原理根据变极调速原理“定子一半绕组中电流方向变定子一半绕组中电流方向变化，磁极对数成倍变化化，磁极对数成倍变化”，下图，下图 (a) (a) 将绕组的将绕组的 U1 U1 、 V1 V1 、 W1 W1 三个端子接三相电源，将三个端子接三相电源，将 U2 U2 、 V2 V2 、 W2 W2 三个端子悬空，三相定子绕组接成三角三个端子悬空，三相定子绕组接成三角形（形（）。）。 这时每相的两个绕组串联，电动机以这时每相的两个绕组串联，电动机以 4 4 极运行，为极

60、运行，为低速。下图低速。下图 (b) (b) 将将 U2 U2 、 V2 V2 、 W2 W2 三个端子接三相三个端子接三相电源，电源， U1 U1 、 V1 V1 、 W1 W1 连成星点，三相定子绕组连连成星点，三相定子绕组连接成双星（接成双星（ YY YY ）形。这时每相两个绕组并联，电动）形。这时每相两个绕组并联，电动机以机以 2 2 极运行，为高速。根据变极调速理论，为保证极运行，为高速。根据变极调速理论，为保证变极前后电动机转动方向不变，要求变极的同时改变变极前后电动机转动方向不变，要求变极的同时改变电源相序。电源相序。 a) 低速形接法 (b) 高速 YY 形接法 1.6.2 用

61、按钮实现高低速的转换用按钮实现高低速的转换 合上电源开关合上电源开关 QS QS ，按下，按下 SB2 SB2 低速起动按钮，低速起动按钮，接触器接触器 KM1 KM1 线圈得电并自锁，线圈得电并自锁， KM1 KM1 的主触点闭的主触点闭合，电动机合，电动机 M M 的绕组连接成的绕组连接成形并以低速运转。形并以低速运转。 按下高速起动按钮按下高速起动按钮 SB3 SB3 ，接触器，接触器 KM1 KM1 线圈线圈失电，电动机失电，电动机 M M 低速运行停止；同时由于低速运行停止；同时由于 SB3 SB3 是接通快速通路，接触器是接通快速通路，接触器 KM2 KM2 、 KM3 KM3 线

62、圈得电线圈得电并自锁，并自锁， KM2 KM2 、 KM3 KM3 主触点同时闭合，电动机主触点同时闭合，电动机 M M 的绕组连接成的绕组连接成 YY YY 形并以高速运行。形并以高速运行。 利用时间关系实现高低速的转换利用时间关系实现高低速的转换 合上电源开关合上电源开关 QS QS ，按下，按下 SB2 SB2 低速起动按钮，低速起动按钮，断电延时继电器断电延时继电器KTKT得电、接触器得电、接触器 KM1KM1和中间继电和中间继电器器KAKA线圈得电并自锁，线圈得电并自锁， KM1 KM1 的主触点闭合，电动的主触点闭合，电动机机 M M 的绕组连接成的绕组连接成形并以低速运转、形并以

63、低速运转、KTKT开始计开始计时。时。 5S5S后时间继电器后时间继电器 KT KT 延时断开触点断开，接触器延时断开触点断开，接触器 KM1 KM1 线圈失电释放，线圈失电释放， KM1 KM1 主触点断开，接触器主触点断开，接触器 KM2 KM2 线圈得电并自锁，线圈得电并自锁， KM2 KM2 主触点同时闭合，电主触点同时闭合，电动机动机 M M 的绕组连接成的绕组连接成 YY YY 形并以高速运行。形并以高速运行。 1.7 液压传动系统的电气控制液压传动系统的电气控制 液压传动系统和电气控制线路相结合，组成电液压传动系统和电气控制线路相结合，组成电液控制系统具有驱动力大，运行传递平稳，

64、均匀液控制系统具有驱动力大，运行传递平稳，均匀且准确可靠等优点，得到广泛应用。且准确可靠等优点，得到广泛应用。 1.7.1液压传动系统的组成液压传动系统的组成 液压传动系统通常由动力装置、执行机构、控制液压传动系统通常由动力装置、执行机构、控制调节装置和辅助装置调节装置和辅助装置4部分组成。部分组成。 1.7.2电磁换向阀电磁换向阀 电磁换向阀是由电磁铁推动换向阀来改变液流方电磁换向阀是由电磁铁推动换向阀来改变液流方向或工作状态的阀。向或工作状态的阀。 1.7.3 电液控制系统分析电液控制系统分析 电液控制系统的分析步骤电液控制系统的分析步骤 1. 工作过程循环图分析工作过程循环图分析 2. 液压系统分析液压系统分析 3. 控制电路分析控制电路分析