1.1　常用低壓電器

電器和電氣是兩個不同的概念，在使用中容易混淆，下面對其進行簡單說明。

凡是能自動或手動地接通或斷開電路，連續或間斷地改變電路參數，以實現對電路或非電對象的切換、控制、檢測、保護、變換和調節的電氣元件統稱為電器。簡單地說，電器就是一種能控制電的工具，是所有電工器械的簡稱。電器單指設備，比如繼電器、接觸器、互感器、開關、熔斷器和變阻器等。

電氣是電能的生產、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學科或工程領域的統稱。它是以電能、電氣設備和電氣技術為手段來創造、維持與改善限定空間和環境的一門科學，涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面，包括基礎理論、應用技術、設施設備等。電氣是廣義詞，指一種行業、一種專業，也可指一種技術，而不具體指某種產品。

電氣控制主要分為兩大類：一種是傳統的以繼電器、接觸器為主搭建起來的邏輯電路，即繼電器-接觸器控制；另一種是基于PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）的系統——PLC控制。

低壓電器被廣泛地應用于工業電氣和建筑電氣控制系統中，它是實現繼電器-接觸器控制的主要電氣元件。通常將額定工作電壓在交流1200V、直流1500V以下，在電路中起通斷、保護、控制或調節等作用的電氣設備（器件）總稱為低壓電器。

低壓電器種類繁多，功能各樣，構造各異，用途廣泛，工作原理各不相同，常用低壓電器的分類方法也很多。

（1）按用途或控制對象分類

①配電電器：主要用于低壓配電系統中。要求系統發生故障時準確動作、可靠工作，在規定條件下具有相應的動穩定性與熱穩定性，使電器不會被損壞。常用的配電電器有刀開關、轉換開關、熔斷器、斷路器等。

②控制電器：主要用于電氣傳動系統中。要求壽命長、體積小、重量輕且動作迅速、準確、可靠。常用的控制電器有接觸器、繼電器、啟動器、主令電器、電磁鐵等。

（2）按動作方式分類

①自動電器：依靠自身參數的變化或外來信號的作用，自動完成接通或分斷等動作，如接觸器、繼電器等。

②手動電器：用手動操作來進行切換的電器，如刀開關、轉換開關、按鈕等。

（3）按觸點類型分類

①有觸點電器：利用觸點的接通和分斷來切換電路，如接觸器、刀開關、按鈕等。

②無觸點電器：無可分離的觸點。主要利用電子元件的開關效應，即導通和截止來實現電路的通、斷控制，如接近開關、霍爾開關、電子式時間繼電器、固態繼電器等。

（4）按工作原理分類

①電磁式電器：根據電磁感應原理動作的電器，如接觸器、繼電器、電磁鐵等。

②非電量控制電器：依靠外力或非電量信號（如速度、壓力、溫度等）的變化而動作的電器，如轉換開關、行程開關、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等。

1.1.1　刀開關

刀開關俗稱閘刀開關，是一種結構簡單的手動電器，主要作用為隔離電源的開關使用，也可以用來不頻繁接通和分斷電路。常用的刀開關有HD型單投刀開關、HS型雙投刀開關、HR型熔斷器式刀開關、HZ型組合開關、HK型閘刀開關、HY型倒順開關等。

HD型單投刀開關、HS型雙投刀開關、HR型熔斷器式刀開關主要用于在成套配電裝置中作為隔離開關，裝有滅弧裝置的刀開關也可以控制一定范圍內的負荷線路。作為隔離開關的刀開關的容量比較大，其額定電流在100～1500A之間，主要用于供配電線路的電源隔離作用。隔離開關沒有滅弧裝置，不能操作帶負荷的線路，只能操作空載線路或電流很小的線路，如小型空載變壓器、電壓互感器等。操作時應注意，停電時應將線路的負荷電流用斷路器、負荷開關等開關電器切斷后再將隔離開關斷開，送電時操作順序相反。隔離開關斷開時有明顯的斷開點，有利于檢修人員的停電檢修工作。隔離刀開關由于控制負荷能力很小，也沒有保護線路的功能，因此通常不能單獨使用，一般要和能切斷負荷電流和故障電流的電器（如熔斷器、斷路器和負荷開關等電器）一起使用。

HZ型組合開關、HK型閘刀開關一般用于電氣設備及照明線路的電源開關。HY型倒順開關、HH型鐵殼開關裝有滅弧裝置，一般可用于電氣設備的啟動、停止控制。

（1）HD型單投刀開關

HD系列單投、HS系列雙投刀開關適用于交流50Hz、額定電壓至380V、直流至440V、額定電流至1500A的成套配電裝置中，作為不頻繁地手動接通和分斷交、直流電路或作隔離開關用。HD型單投刀開關按極數分為1極、2極、3極、4極，其實物圖如圖1-1所示。

圖1-2為刀開關的圖形符號和文字符號。其中圖1-2（a）為一般圖形符號，圖1-2（b）為手動符號，圖1-2（c）為三極單投刀開關符號。

當刀開關用作隔離開關時，其圖形符號上加有一橫杠，如圖1-3所示。

單投刀開關的型號含義如下：

設計代號：11—中央手柄式；12—側方正面杠桿操作機構式；13—中央正面杠桿操作機構式；14—側面手柄式。

（2）HS型雙投刀開關

HS型雙投刀開關也稱轉換開關，其作用和單投刀開關類似，常用于雙電源的切換或雙供電線路的切換等，其實物圖及圖形符號如圖1-4所示。由于雙投刀開關具有機械互鎖的結構特點，因此可以防止雙電源的并聯運行和兩條供電線路同時供電。

（3）HR型熔斷器式刀開關

HR型熔斷器式刀開關也稱刀熔開關，它實際上是將刀開關和熔斷器組合成一體的電器。刀熔開關操作方便，并簡化了供電線路，在供配電線路上應用很廣泛，其實物圖及圖形符號如圖1-5所示。刀熔開關可以切斷故障電流，但不能切斷正常的工作電流，所以一般應在無正常工作電流的情況下進行操作。

（4）組合開關

組合開關又稱轉換開關，控制容量比較小，結構緊湊，常用于空間比較狹小的場所，如機床和配電箱等。組合開關一般用于電氣設備的非頻繁操作、切換電源和負載以及控制小容量感應電動機和小型電器。

組合開關由動觸點、靜觸點、絕緣連桿轉軸、手柄、定位機構及外殼等部分組成。其動、靜觸點分別疊裝于數層絕緣殼內，當轉動手柄時，每層的動觸片隨轉軸一起轉動。

常用的產品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是類似萬能轉換開關的產品，其結構與一般轉換開關有所不同；組合開關有單極、雙極和多極之分。

組合開關的實物圖及圖形符號如圖1-6所示。

1.1.2　熔斷器

熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以其自身產生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現短路保護及過載保護。熔斷器具有結構簡單、體積小、重量輕、使用維護方便、價格低廉、分斷能力較強、限流能力良好等優點，因此在電路中得到廣泛應用。

（1）熔斷器的結構原理及分類

熔斷器由熔體和安裝熔體的絕緣底座（或稱熔管）組成。熔體由易熔金屬材料鉛、鋅、錫、銅、銀及其合金制成，形狀常為絲狀或網狀。由鉛錫合金和鋅等低熔點金屬制成的熔體，因不易滅弧，多用于小電流電路；由銅、銀等高熔點金屬制成的熔體，易于滅弧，多用于大電流電路。

熔斷器串接于被保護電路中，電流通過熔體時產生的熱量與電流平方和電流通過的時間成正比，電流越大，則熔體熔斷時間越短，這種特性稱為熔斷器的反時限保護特性或安秒特性，如圖1-7所示。圖中I_fn為熔斷器額定電流，熔體允許長期通過額定電流而不熔斷。

熔斷器種類很多，按結構分為開啟式、半封閉式和封閉式；按有無填料分為有填料式、無填料式；按用途分為工業用熔斷器、保護半導體器件熔斷器及自復式熔斷器等。

（2）熔斷器的主要技術參數

熔斷器的主要技術參數包括額定電壓、熔體額定電流、熔斷器額定電流、極限分斷能力等。

①額定電壓：指保證熔斷器能長期正常工作的電壓。

②熔體額定電流：指熔體長期通過而不會熔斷的電流。

③熔斷器額定電流：指保證熔斷器能長期正常工作的電流。

④極限分斷能力：指熔斷器在額定電壓下所能開斷的最大短路電流。在電路中出現的最大電流一般是指短路電流值，所以，極限分斷能力也反映了熔斷器分斷短路電流的能力。

（3）常用的熔斷器

①插入式熔斷器　插入式熔斷器如圖1-8（a）所示。常用的產品有RC1A系列，主要用于低壓分支電路的短路保護，因其分斷能力較弱，多用于照明電路和小型動力電路中。

②螺旋式熔斷器　螺旋式熔斷器如圖1-8（b）所示。熔芯內裝有熔絲，并填充石英砂，用于熄滅電弧，分斷能力強。熔體上的上端蓋有一熔斷指示器，一旦熔體熔斷，指示器馬上彈出，可透過瓷帽上的玻璃孔觀察到。常用產品有RL6、RL7和RLS2等系列，其中RL6和RL7多用于機床配電電路中；RLS2為快速熔斷器，主要用于保護半導體元件。

③RM10型密封管式熔斷器　RM10型密封管式熔斷器為無填料管式熔斷器，如圖1-8（c）所示。主要用于供配電系統作為線路的短路保護及過載保護，它采用變截面片狀熔體和密封纖維管。由于熔體較窄處的電阻小，在短路電流通過時產生的熱量最大，先熔斷，因而可產生多個熔斷點使電弧分散，以利于滅弧。短路時其電弧燃燒密封纖維管產生高壓氣體，以便將電弧迅速熄滅。

④RT型有填料密封管式熔斷器　RT型有填料密封管式熔斷器如圖1-8（d）所示。熔斷器中裝有石英砂，用來冷卻和熄滅電弧，熔體為網狀，短路時可使電弧分散，由石英砂將電弧冷卻熄滅，可將電弧在短路電流達到最大值之前迅速熄滅，以限制短路電流。此為限流式熔斷器，常用于大容量電力網或配電設備中。常用產品有RT12、RT14、RT15和RS3等系列，RS2系列為快速熔斷器，主要用于保護半導體元件。

（4）熔斷器選擇

①低壓熔斷器的類型選擇　選擇熔斷器可依據負載的保護特性、短路電流的大小和使用場合。一般按電網電壓選用相應電壓等級的熔斷器，按配電系統中可能出現的最大短路電流選擇有相應分斷能力的熔斷器，根據被保護負載的性質和容量選擇熔體的額定電流。

②低壓熔斷器的容量選擇　可依據不同的電氣設備和線路進行。

a.照明回路沖擊電流很小，所以熔斷器的選用系數應盡量小一些。

I_RN≥I　或　I_RN=（1.1～1.5）I

式中　I_RN——熔體的額定電流，A；

I——電器的實際工作電流，A。

b.單臺電動機負載電氣回路中有沖擊電流，熔斷器的選用系數應盡量大一些。

I_RN≥（1.5～2.5）I

c.多臺電動機負載電氣回路中，應考慮電動機有同時啟動的可能性，所以熔斷器的選用應按下列原則選用。

I_RN=（1.5～2.5）I_Nm+∑I_N

式中　I_Nm——設備中最大的一臺電動機的額定電流，A；

I_N——設備中去除最大一臺電動機后其他電動機的額定電流之和，A。

低壓熔斷器在選用時應嚴格注意級間的保護原則，切忌發生越級保護的現象，選用中除了依據供電回路短路電阻外，還應適當地考慮上下級的級差，一般在1～2個級差。

1.1.3　斷路器

低壓斷路器俗稱自動開關或空氣開關，用于低壓配電電路中不頻繁的通斷控制，在電路發生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故障電路，是一種控制兼保護電器。

斷路器的種類繁多，按其用途和結構特點可分為DW型框架式斷路器、DZ型塑料外殼式斷路器、DS型直流快速斷路器和DWX型、DWZ型限流式斷路器等。框架式斷路器主要用作配電線路的保護開關，而塑料外殼式斷路器除可用作配電線路的保護開關外，還可用作電動機、照明電路及電熱電路的控制開關。

（1）斷路器的結構和工作原理

斷路器主要由3個基本部分組成，即觸點、滅弧系統和各種脫扣器，包括過電流脫扣器、失壓（欠電壓）脫扣器、熱脫扣器、分勵脫扣器和自由脫扣器。

圖1-9是斷路器實物圖及圖形符號。斷路器開關是靠操作機構手動或電動合閘的，觸點閉合后，自由脫扣機構將觸點鎖在合閘位置上。當電路發生上述故障時，通過各自的脫扣器使自由脫扣機構動作，自動跳閘以實現保護作用。分勵脫扣器則作為遠距離控制分斷電路之用。

過電流脫扣器用于線路的短路和過電流保護，當線路的電流大于整定的電流值時，過電流脫扣器所產生的電磁力使掛鉤脫扣，動觸點在彈簧的拉力下迅速斷開，實現斷路器的跳閘功能。

熱脫扣器用于線路的過負荷保護，工作原理和熱繼電器相同。

失壓（欠電壓）脫扣器用于失壓保護，如圖1-9所示，失壓脫扣器的線圈直接接在電源上，處于吸合狀態，斷路器可以正常合閘；當停電或電壓很低時，失壓脫扣器的吸力小于彈簧的反力，彈簧使動鐵芯向上使掛鉤脫扣，實現斷路器的跳閘功能。

分勵脫扣器用于遠方跳閘，當在遠方按下按鈕時，分勵脫扣器得電產生電磁力，使其脫扣跳閘。

不同斷路器的保護是不同的，使用時應根據需要選用。在圖形符號中也可以標注其保護方式，如圖1-9所示，斷路器圖形符號中標注了失壓、過負荷、過電流3種保護方式。

（2）低壓斷路器的選擇原則

低壓斷路器的選擇應從以下幾方面考慮。

①斷路器類型的選擇：應根據使用場合和保護要求來選擇。如一般選用塑殼式；短路電流很大時選用限流型；額定電流比較大或有選擇性保護要求時選用框架式；控制和保護含有半導體器件的直流電路時應選用直流快速斷路器等。

②斷路器額定電壓、額定電流應大于或等于線路、設備的正常工作電壓、工作電流。

③斷路器極限通斷能力大于或等于電路最大短路電流。

④欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。

⑤過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流。

⑥低壓斷路器的容量選擇。低壓斷路器的容量選擇要綜合考慮短路、過載時的保護特性。

a.單臺電動機的過流保護應按下式計算：

I_SZD≥KI_SN

式中　I_SZD——瞬時或短時過電流脫扣器整定電流值，A；

K——可靠系數，對動作時間大于0.02s的斷路器，K取1.35，對動作時間小于0.02s的斷路器，K取1.7～2.0；

I_SN——電動機的啟動電流，A。

b.多臺電動機的過流保護應按下式計算：

I_SZD≥1.35（I_SNMAX+∑I）

式中　I_SNMAX——最大的電動機啟動電流，A；

∑I——其余電動機工作電流之和，A。

c.單臺電動機的過載保護應按下式計算：

I_gzd>KI_js

式中　I_gzd——過載電流的整定值，A；

K——可靠系數，一般取0.9～1.1；

I_js——線路的計算電流或實際電流，A。

（3）低壓斷路器的型號種類

低壓斷路器的結構和型號種類很多，目前我國常用的有DW和DZ系列。DW型也叫萬能式空氣開關，DZ型叫塑料外殼式空氣開關，其產品代號含義如下：

應注意的是，不同型號的低壓斷路器分別具有不同的保護機構和參數的整定方法，使用時應根據電路的保護要求選擇其型號并進行參數的整定。

1.1.4　接觸器

接觸器主要用于控制電動機、電熱設備、電焊機、電容器組等，能頻繁地接通或斷開交直流主電路，實現遠距離自動控制。它具有低電壓釋放保護功能，在電力拖動自動控制線路中被廣泛應用。

接觸器有交流接觸器和直流接觸器兩大類型。下面介紹交流接觸器。

圖1-10所示為交流接觸器的實物圖及圖形符號。

（1）交流接觸器的組成部分

①電磁機構：電磁機構由線圈、動鐵芯（銜鐵）和靜鐵芯組成。

②觸點系統：交流接觸器的觸點系統包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷主電路，有3對或4對常開觸點；輔助觸點用于控制電路，起電氣聯鎖或控制作用，通常有兩對常開兩對常閉觸點。

③滅弧裝置：容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置。對于小容量的接觸器，常采用雙斷口橋形觸點以利于滅弧；對于大容量的接觸器，常采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧結構。

④其他部件：包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構及外殼等。

接觸器上標有端子標號，線圈為A1、A2，主觸點1、3、5接電源側，2、4、6接負荷側。輔助觸點用兩位數表示，前一位為輔助觸點順序號，后一位的3、4表示常開觸點，1、2表示常閉觸點。

接觸器的控制原理很簡單，當線圈接通額定電壓時，產生電磁力，克服彈簧反力，吸引動鐵芯向下運動，動鐵芯帶動絕緣連桿和動觸點向下運動使常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當線圈失電或電壓低于釋放電壓時，電磁力小于彈簧反力，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。

（2）接觸器的主要技術參數和類型

①額定電壓：接觸器的額定電壓是指主觸點的額定電壓。交流有220V、380V和660V，在特殊場合應用的額定電壓高達1140V，直流主要有110V、220V和440V。

②額定電流：接觸器的額定電流是指主觸點的額定工作電流。它是在一定的條件（額定電壓、使用類別和操作頻率等）下規定的，目前常用的電流等級為10～800A。

③吸引線圈的額定電壓：交流有36V、127V、220V和380V，直流有24V、48V、220V和440V。

④機械壽命和電氣壽命：接觸器是頻繁操作電器，應有較高的機械和電氣壽命，該指標是產品質量的重要指標之一。

⑤額定操作頻率：接觸器的額定操作頻率是指每小時允許的操作次數，一般為300次/h、600次/h和1200次/h。

⑥動作值：動作值是指接觸器的吸合電壓和釋放電壓。規定接觸器的吸合電壓大于線圈額定電壓的85%時應可靠吸合，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70%。

常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2、3TB和3TD等系列。

（3）接觸器的選擇

①根據負載性質選擇接觸器的類型。

②額定電壓應大于或等于主電路工作電壓。

③額定電流應大于或等于被控電路的額定電流。對于電動機負載，還應根據其運行方式適當增大或減小。

④吸引線圈的額定電壓與頻率要與所在控制電路的選用電壓和頻率相一致。

1.1.5　控制繼電器

控制繼電器用于電路的邏輯控制，繼電器具有邏輯記憶功能，能組成復雜的邏輯控制電路，繼電器用于將某種電量（如電壓、電流）或非電量（如溫度、壓力、轉速、時間等）的變化量轉換為開關量，以實現對電路的自動控制功能。

繼電器的種類很多，按輸入量可分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器等；按用途可分為控制繼電器、保護繼電器等；按輸入量變化形式可分為有無繼電器和量度繼電器。

（1）電磁式繼電器

在控制電路中用的繼電器大多數是電磁式繼電器。電磁式繼電器具有結構簡單、價格低廉、使用維護方便、觸點容量小（一般在5A以下）、觸點數量多且無主輔之分、無滅弧裝置、體積小、動作迅速、準確、控制靈敏、可靠等特點，廣泛地應用于低壓控制系統中。常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器以及各種小型通用繼電器等。

電磁式繼電器的結構和工作原理與接觸器相似，主要由電磁機構和觸點組成。電磁式繼電器也有直流和交流兩種。

繼電器的主要特性是輸入-輸出特性，又稱為繼電特性，如圖1-11所示。

當繼電器輸入量X由0增加至X₂之前，輸出量Y為0。當輸入量增加到X₂時，繼電器吸合，輸出量Y為1，表示繼電器線圈得電，常開接點閉合，常閉接點斷開。當輸入量繼續增大時，繼電器動作狀態不變。

當輸出量Y為1的狀態下，輸入量X減小，當小于X₂時Y值仍不變，當X再繼續減小至小于X₁時，繼電器釋放，輸出量Y變為0，X再減小，Y值仍為0。

在繼電特性曲線中，X₂稱為繼電器吸合值，X₁稱為繼電器釋放值。k=X₁/X₂，稱為繼電器的返回系數，它是繼電器的重要參數之一。

返回系數k值可以調節，不同場合對k值的要求不同。例如一般控制繼電器要求k值低些，在0.1～0.4之間，這樣繼電器吸合后，輸入量波動較大時不致引起誤動作。保護繼電器要求k值高些，一般在0.85～0.9之間。k值是反映吸力特性與反力特性配合緊密程度的一個參數，一般k值越大，繼電器靈敏度越高，k值越小，靈敏度越低。

（2）中間繼電器

中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結構和接觸器基本相同，如圖1-12（a）所示，其圖形符號如圖1-12（b）所示。

中間繼電器在控制電路中起邏輯變換和狀態記憶的功能，以及用于擴展接點的容量和數量。另外，在控制電路中還可以調節各繼電器、開關之間的動作時間，防止電路誤動作的作用。中間繼電器實質上是一種電壓繼電器，它是根據輸入電壓的有或無而動作的，一般觸點對數多，觸點容量額定電流為5～10A。中間繼電器體積小，動作靈敏度高，一般不用于直接控制電路的負荷，但當電路的負荷電流在5～10A以下時，也可代替接觸器起控制負荷的作用。中間繼電器的工作原理和接觸器一樣，觸點較多，一般為四常開和四常閉觸點。

常用的中間繼電器型號有JZ7、JZ14等。

（3）電流繼電器

電流繼電器的輸入量是電流，它是根據輸入電流大小而動作的繼電器。電流繼電器的線圈串入電路中，以反映電路電流的變化，其線圈匝數少、導線粗、阻抗小。電流繼電器可分為欠電流繼電器和過電流繼電器。

欠電流繼電器用于欠電流保護或控制，如直流電動機勵磁繞組的弱磁保護、電磁吸盤中的欠電流保護、繞線式異步電動機啟動時電阻的切換控制等。欠電流繼電器在電路正常工作時處于吸合動作狀態，常開接點處于閉合狀態，常閉接點處于斷開狀態，當電路出現不正常現象或故障現象導致電流下降或消失時，繼電器中流過的電流小于釋放電流而動作；過電流繼電器用于過電流保護或控制，如起重機電路中的過電流保護。過電流繼電器在電路正常工作時流過正常工作電流，正常工作電流小于繼電器所整定的動作電流，繼電器不動作，當電流超過動作電流整定值時才動作。過電流繼電器動作時其常開接點閉合，常閉接點斷開。

電流繼電器作為保護電器時，其圖形符號如圖1-13所示。

（4）電壓繼電器

電壓繼電器的輸入量是電路的電壓大小，其根據輸入電壓大小而動作。電壓繼電器工作時并聯在電路中，因此線圈匝數多、導線細、阻抗大，反映電路中電壓的變化，用于電路的電壓保護。與電流繼電器類似，電壓繼電器也分為欠電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。

過電壓繼電器動作電壓范圍為（105%～120%）U_N；欠電壓繼電器吸合電壓動作范圍為（20%～50%）U_N，釋放電壓調整范圍為（7%～20%）U_N；零電壓繼電器當電壓降低至（5%～25%）U_N時動作，它們分別起過壓、欠壓、零壓保護。電壓繼電器常用在電力系統繼電保護中，在低壓控制電路中使用較少。

電壓繼電器作為保護電器時，其圖形符號如圖1-14所示。

（5）時間繼電器

時間繼電器在控制電路中用于時間的控制。其種類很多，按其動作原理可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式等；按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型。下面以JS7型空氣阻尼式時間繼電器為例說明其工作原理。

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的，它由電磁機構、延時機構和觸點系統3部分組成。電磁機構為直動式雙E型鐵芯，觸點系統借用LX5型微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。

空氣阻尼式時間繼電器可以做成通電延時型，也可改成斷電延時型，電磁機構可以是直流的，也可以是交流的，如圖1-15所示。

現以通電延時型時間繼電器為例介紹其工作原理。

圖1-15（a）中通電延時型時間繼電器為線圈不得電時的情況，當線圈通電后，動鐵芯吸合，帶動L形傳動桿向右運動，使瞬動觸點受壓，其觸點瞬時動作。活塞桿在塔形彈簧的作用下，帶動橡膠膜向右移動，弱彈簧將橡膠膜壓在活塞上，橡膠膜左方的空氣不能進入氣室，形成負壓，只能通過進氣孔進氣，因此活塞桿只能緩慢地向右移動，其移動的速度和進氣孔的大小有關（通過延時調節螺釘調節進氣孔的大小可改變延時時間）。經過一定的延時后，活塞桿移動到右端，通過杠桿壓動微動開關（通電延時觸點），使其常閉觸點斷開，常開觸點閉合，起到通電延時作用。

當線圈斷電時，電磁吸力消失，動鐵芯在反力彈簧的作用下釋放，并通過活塞桿將活塞推向左端，這時氣室內中的空氣通過橡膠膜和活塞桿之間的縫隙排掉，瞬動觸點和延時觸點迅速復位，無延時。

如果將通電延時型時間繼電器的電磁機構反向安裝，就可以改為斷電延時型時間繼電器，如圖1-15（c）所示。線圈不得電時，塔形彈簧將橡膠膜和活塞桿推向右側，杠桿將延時接點壓下（注意，原來通電延時的常開觸點現在變成了斷電延時的常閉觸點了，原來通電延時的常閉觸點現在變成了斷電延時的常開觸點），當線圈通電時，動鐵芯帶動L形傳動桿向左運動，使瞬動觸點瞬時動作，同時推動活塞桿向左運動，如前所述，活塞桿向左運動不延時，延時觸點瞬時動作。線圈失電時動鐵芯在反力彈簧的作用下返回，瞬動觸點瞬時動作，延時接點延時動作。

時間繼電器線圈和延時觸點的圖形符號都有兩種畫法，線圈中的延時符號可以不畫，接點中的延時符號可以畫在左邊也可以畫在右邊，但是圓弧的方向不能改變，如圖1-15（b）、（d）所示。

空氣阻尼式時間繼電器的優點是結構簡單、延時范圍大、壽命長、價格低廉，且不受電源電壓及頻率波動的影響，其缺點是延時誤差大、無調節刻度指示，一般適用于延時精度要求不高的場合。常用的產品有JS7-A、JS23等系列，其中JS7-A系列的主要技術參數為延時范圍，分0.4～60s和0.4～180s兩種，操作頻率為600次/h，觸點容量為5A，延時誤差為±15%。在使用空氣阻尼式時間繼電器時，應保持延時機構的清潔，防止因進氣孔堵塞而失去延時作用。

時間繼電器在選用時應根據控制要求選擇其延時方式，根據延時范圍和精度選擇繼電器的類型。

（6）熱繼電器

熱繼電器主要是用于電氣設備（主要是電動機）的過負荷保護。熱繼電器是一種利用電流熱效應原理工作的電器，它具有與電動機容許過載特性相近的反時限動作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過負荷和斷相保護。

三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流（過載和斷相）現象。如果過電流不嚴重，持續時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許的；如果過電流情況嚴重，持續時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設置電動機保護裝置。常用的電動機保護裝置種類很多，使用最多、最普遍的是雙金屬片式熱繼電器。目前，雙金屬片式熱繼電器均為三相式，有帶斷相保護和不帶斷相保護兩種。

①熱繼電器的工作原理　圖1-16（a）所示是雙金屬片式熱繼電器的實物圖，圖1-16（b）所示是其圖形符號。由圖可見，熱繼電器主要由雙金屬片、熱元件、復位按鈕、傳動桿、拉簧、調節旋鈕、復位螺釘、觸點和接線端子等組成。

雙金屬片是一種將兩種線脹系數不同的金屬用機械輾壓方法使之形成一體的金屬片。線脹系數大的（如鐵鎳鉻合金、銅合金或高鋁合金等）稱為主動層，線脹系數小的（如鐵鎳類合金）稱為被動層。由于兩種線脹系數不同的金屬緊密地貼合在一起，當產生熱效應時，使得雙金屬片向線脹系數小的一側彎曲，由彎曲產生的位移帶動觸點動作。

熱元件一般由銅鎳合金、鎳鉻鐵合金或鐵鉻鋁等合金電阻材料制成，其形狀有圓絲、扁絲、片狀和帶材幾種。熱元件串接于電動機的定子電路中，通過熱元件的電流就是電動機的工作電流（大容量的熱繼電器裝有速飽和互感器，熱元件串接在其二次回路中）。當電動機正常運行時，其工作電流通過熱元件產生的熱量不足以使雙金屬片變形，熱繼電器不會動作。當電動機發生過電流且超過整定值時，雙金屬片的熱量增大而發生彎曲，經過一定時間后，使觸點動作，通過控制電路切斷電動機的工作電源。同時，熱元件也因失電而逐漸降溫，經過一段時間的冷卻，雙金屬片恢復到原來狀態。

熱繼電器動作電流的調節是通過旋轉調節旋鈕來實現的。調節旋鈕為一個偏心輪，旋轉調節旋鈕可以改變傳動桿和動觸點之間的傳動距離，距離越長動作電流就越大，反之動作電流就越小。

熱繼電器復位方式有自動復位和手動復位兩種。將復位螺釘旋入，使常開的靜觸點向動觸點靠近，這樣動觸點在閉合時處于不穩定狀態，在雙金屬片冷卻后動觸點也返回，為自動復位方式。如將復位螺釘旋出，觸點不能自動復位，為手動復位方式。在手動復位方式下，需在雙金屬片恢復狀時按下復位按鈕才能使觸點復位。

②熱繼電器的選擇原則　熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應考慮電動機的工作環境、啟動情況、負載性質等因素，具體應按以下幾個方面來選擇：

a.熱繼電器結構形式的選擇：星形接法的電動機可選用兩相或三相結構熱繼電器，三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置的三相結構熱繼電器。

b.熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的1.05～1.1倍。

c.對于重復短時工作的電動機（如起重機電動機），由于電動機不斷重復升溫，熱繼電器雙金屬片的溫升跟不上電動機繞組的溫升，電動機將得不到可靠的過載保護。因此，不宜選用雙金屬片熱繼電器，而應選用過電流繼電器或能反映繞組實際溫度的溫度繼電器來進行保護。

（7）速度繼電器

速度繼電器又稱為反接制動繼電器，主要用于三相籠型異步電動機的反接制動控制。圖1-17為速度繼電器的原理示意圖及圖形符號，它主要由轉子、定子和觸點3部分組成。

轉子是一個圓柱形永久磁鐵，定子是一個籠型空心圓環，由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。其轉子的軸與被控電動機的軸相連接，當電動機轉動時，轉子（圓柱形永久磁鐵）隨之轉動產生一個旋轉磁場，定子中的籠型繞組切割磁力線而產生感應電流和磁場，兩個磁場相互作用，使定子受力而跟隨轉動，當達到一定轉速時，裝在定子軸上的擺錘推動簧片觸點運動，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當電動機轉速低于某一數值時，定子產生的轉矩減小，觸點在簧片作用下復位。

常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型兩種。其中JY1型可在700～3600r/min范圍工作，JFZ0-1型適用于300～1000r/min，JFZ0-2型適用于1000～3000r/min。

一般速度繼電器都具有兩對轉換觸點，一對用于正轉時動作，另一對用于反轉時動作。觸點額定電壓為380V，額定電流為2A。通常速度繼電器動作轉速為130r/min，復位轉速在100r/min以下。

（8）液位繼電器

液位繼電器主要用于對液位的高低進行檢測并發出開關量信號，以控制電磁閥、液泵等設備對液位的高低進行控制。液位繼電器的種類很多，工作原理也不盡相同，下面介紹JYF-02型液位繼電器。其實物圖及圖形符號如圖1-18所示。浮筒置于液體內，浮筒的另一端為一根磁鋼，靠近磁鋼的液體外壁也裝一根磁鋼，并和動觸點相連，當水位上升時，受浮力上浮而繞固定支點上浮，帶動磁鋼條向下，當內磁鋼N極低于外磁鋼N極時，由于液體壁內外兩根磁鋼同性相斥，壁外的磁鋼受排斥力迅速上翹，帶動觸點迅速動作。同理，當液位下降，內磁鋼N極高于外磁鋼N極時，外磁鋼受排斥力迅速下翹，帶動觸點迅速動作。液位高低的控制是由液位繼電器安裝的位置來決定的。

（9）壓力繼電器

壓力繼電器主要用于對液體或氣體壓力的高低進行檢測并發出開關量信號，以控制電磁閥、液泵等設備對壓力的高低進行控制。圖1-19為壓力繼電器實物圖及圖形符號。

壓力繼電器主要由壓力傳送裝置和微動開關等組成，液體或氣體壓力經壓力入口推動橡膠膜和滑桿，克服彈簧反力向上運動，當壓力達到給定壓力時，觸動微動開關，發出控制信號，旋轉調壓螺母可以改變給定壓力。

1.1.6　主令電器

主令電器在控制電路中主要是用來發布控制命令，其作用是實現遠程操作和自動控制。常用的主令電器有：控制按鈕、行程開關、接近開關，萬能轉換開關。主令控制器有：腳踏開關、倒順開關、緊急開關、鈕子開關等。

（1）控制按鈕

控制按鈕一般和接觸器或繼電器配合使用，實現對電動機的遠程操作、控制電路的電氣聯鎖等。它是一種結構簡單、使用廣泛的手動主令電器。控制按鈕的結構由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成，如圖1-20所示。

控制按鈕通常配備一個常開觸點和一個常閉觸點（也可以進行多組觸點的擴展），當控制按鈕被按下時，橋式動觸點將常閉靜觸點斷開，常開靜觸點閉合。釋放后，彈簧將橋式動觸點拉回原位，相應的觸點也復位。

①常開按鈕用來控制電動機和控制電路的啟動和運行開始。使用時一般只對其常開觸點進行接線，常開按鈕通常選其顏色為綠色，安裝時布局在上方或是左側。

②常閉按鈕用來控制電動機和控制電路的停止。使用時一般只對其常閉觸點進行接線，常閉按鈕通常選其顏色為紅色，安裝時布局在下方或是右側。

（2）行程開關

行程開關又叫限位開關，它的種類很多，按運動形式可分為直動式、微動式、轉動式等；按觸點的性質分可為有觸點式和無觸點式。

①有觸點行程開關　有觸點行程開關簡稱行程開關，行程開關的工作原理和按鈕相同，區別在于它不是靠手的按壓，而是利用生產機械運動的部件碰壓而使觸點動作來發出控制指令的主令電器。它用于控制生產機械的運動方向、速度、行程大小或位置等，其結構形式多種多樣。

圖1-21所示為幾種操作類型的行程開關及圖形符號。

行程開關的主要參數有型式、動作行程、工作電壓及觸點的電流容量。目前國內生產的行程開關有LXK3、3SE3、LX19、LXW和LX等系列。

常用的行程開關有LX19、LXW5、LXK3、LX32和LX33等系列。

②無觸點行程開關　無觸點行程開關又稱接近開關，它可以代替有觸點行程開關來完成行程控制和限位保護，還可用于高頻計數、測速、液位控制、零件尺寸檢測、加工程序的自動銜接等的非接觸式開關。由于它具有非接觸式觸發、動作速度快、可在不同的檢測距離內動作、發出的信號穩定無脈動、工作穩定可靠、壽命長、重復定位精度高以及能適應惡劣的工作環境等特點，因此在機床、紡織、印刷、塑料等工業生產中應用廣泛。

無觸點行程開關分為有源型和無源型兩種，多數無觸點行程開關為有源型，主要包括檢測元件、放大電路、輸出驅動電路3部分，一般采用5～24V的直流電流，或220V交流電源等。如圖1-22所示為三線式有源型接近開關結構框圖。

接近開關按檢測元件工作原理可分為高頻振蕩型、超聲波型、電容型、電磁感應型、永磁型、霍爾元件型與磁敏元件型等。不同型式的接近開關所檢測的被檢測體不同。

電容式接近開關可以檢測各種固體、液體或粉狀物體，其主要由電容式振蕩器及電子電路組成，它的電容位于傳感界面，當物體接近時，將因改變了電容值而振蕩，從而產生輸出信號。

霍爾接近開關用于檢測磁場，一般用磁鋼作為被檢測體。其內部的磁敏感器件僅對垂直于傳感器端面的磁場敏感，當磁極S極正對接近開關時，接近開關的輸出產生正跳變，輸出為高電平，若磁極N極正對接近開關時，輸出為低電平。

超聲波接近開關適于檢測不能或不可觸及的目標，其控制功能不受聲、電、光等因素干擾，檢測物體可以是固體、液體或粉末狀態的物體，只要能反射超聲波即可。其主要由壓電陶瓷傳感器、發射超聲波和接收反射波用的電子裝置及調節檢測范圍用的程控橋式開關等幾個部分組成。

高頻振蕩式接近開關用于檢測各種金屬，主要由高頻振蕩器、集成電路或晶體管放大器和輸出器3部分組成，其基本工作原理是當有金屬物體接近振蕩器的線圈時，該金屬物體內部產生的渦流將吸取振蕩器的能量，致使振蕩器停振。振蕩器的振蕩和停振這兩個信號，經整形放大后轉換成開關信號輸出。

接近開關輸出形式有兩線、三線和四線式幾種，晶體管輸出類型有NPN和PNP兩種，外形有方形、圓形、槽形和分離型等多種，圖1-23為槽形三線式NPN型光電式接近開關和遠距分離型光電開關。

接近開關的主要參數有型式、動作距離范圍、動作頻率、響應時間、重復精度、輸出型式、工作電壓及輸出觸點的容量等。接近開關的圖形符號可用圖1-24表示。

接近開關的產品種類十分豐富，常用的國產接近開關有LJ、3SG和LXJ18等多種系列，國外進口及引進產品也在國內有大量的應用。

（3）萬能轉換開關

萬能轉換開關是一種多擋式、控制多回路的主令電器。它主要用于完成對電路的選擇控制、信號轉換、電源的換相測量等任務。如手動、自動的切換、多路信號的輸入選擇、電流表和電壓表的換相測量等。結構原理如圖1-25所示。

圖1-25中萬能轉換開關打向左45°時，觸點1-2、3-4、5-6閉合，觸點7-8打開；打向0°時，只有觸點5-6閉合；右45°時，觸點7-8閉合，其余打開。

（4）信號燈

信號燈是用來指示電氣運行狀態、生產節拍、機械位置、控制命令等的電氣器件。其發光源有白熾燈、氖炮、LED發光元件等形式，通常在低電壓中用白熾燈和LED發光元件，而在高壓中用氖炮，可以單獨使用，也可以和按鈕組合使用。

信號燈的圖形符號如圖1-26所示。

如果要在圖形符號上標注信號燈的顏色，可在靠近圖形處標出對應顏色的字母：

紅色：RD；黃色：YE；綠色：GN；藍色：BU；白色：WH。

常用的信號燈型號有AD11、AD30、ADJ1等，信號燈的主要參數有工作電壓、安裝尺寸及發光顏色等。指示燈的顏色及其含義如表1-1所示。

（5）報警器

常用的報警器有電鈴和電喇叭等，一般電鈴用于正常的操作信號（如設備啟動前的警示）和設備的異常現象（如變壓器的過載、漏油）。電喇叭用于設備的故障信號（如線路短路跳閘）。報警器的圖形符號如圖1-27所示。