1.1 電氣技術基礎

電器是對電能的生產、輸送、分配和應用起控制、調節、檢測及保護等作用的工具之總稱，如開關、熔斷器、變阻器等。

為了便于討論、突出共性，通常把能夠按照外界指定信號手動或自動地接通和斷開電路，實現對電路控制的電器稱為控制電器，如熔斷器、開關等。

很顯然，由控制電器的定義可知，其功能是接通或斷開電路；且其功能與外界指定的信號有關。外界指定信號對控制電器的作用即為控制電器的輸入；控制電器對電路的通、斷功能即為控制電器的輸出。控制電器的輸出只有通、斷兩種狀態，其輸入也只能有兩種狀態。因此，控制電器是一種雙態元件。我們把控制電器接通電路的狀態記作輸出置“l”狀態，斷開電路記作輸出置“0”狀態，則控制電器可以被看成一種邏輯元件。

控制電器按動力的不同，分為自動控制電器和非自動控制電器兩類。例如，刀開關由人力直接操作，屬于非自動控制電器；接觸器由電磁力操作，則屬于自動控制電器。

按控制電器工作電壓的高低，以交流1200V、直流1500V為界，可劃分為高壓控制電器和低壓控制電器兩大類。

1.1.1 接觸器

接觸器是利用電磁吸力的作用使主觸點接通或斷開電動機電路或其他負載電路的控制電器。用它可以實現頻繁的遠距離操作，它具有比工作電流大數倍的接通和分斷能力。接觸器最主要的用途是控制電動機的啟動、正反轉、制動和調速等。因此，它是電力拖動控制系統中最重要也是最常用的控制電器。

接觸器按主觸頭流過電流的性質分為交流接觸器和直流接觸器。

1.接觸器的結構及工作原理

電磁式接觸器包括以下幾部分，如圖1-1所示。

（1）觸點

觸點有主觸點和輔助觸點之分。主觸點尺寸較大，并附有滅弧裝置，接在主電路中，用于控制主電路通斷；輔助觸點用于控制輔助電路的通斷，通過的電流較小。

主觸點用來接通和分斷被控電路。觸點由動觸點與靜觸點構成，其結構型式主要有橋式觸點和指形觸點，如圖1-2所示。

為了使動、靜觸點接觸緊密，減小接觸電阻，在觸點上裝有彈簧以增加觸點間的壓力。橋式觸點有兩個斷口，增加了斷弧距離，利用觸頭回路產生的電動力拉長電弧，使電弧易于熄滅。指形觸點在動、靜觸點的接觸過程中有一個滾動過程，可使觸點表面的氧化層脫落，所以接觸電阻小，可以通過較大的電流。

觸點按其動作狀態可分為常開觸點和常閉觸點。常開觸點是指在其線圈不通電狀態下，該接點是斷開狀態，當其線圈通電時，該接點就閉合。故常開接點又稱動合接點。另一種是常閉觸點，指線圈在不通電狀態是閉合的，當其線圈通電時，該接點斷開。常閉接點又稱動斷接點。

（2）滅弧

當接觸器接點切斷電路時，如果電路中電壓超過10～12V或電流超過100mA，此時兩個觸點之間將產生火花，形成氣體放電現象，通常稱為電弧。所謂氣體放電，就是氣體中大量帶電質點做定向運動。若觸點分離瞬間觸點間形成很強的電場強度，就會引起沖撞電離，甚至產生熱電子發射和熱電離，產生電子流，從而形成電弧。電弧可能灼傷觸點表面，甚至使觸點熔焊而不能正常工作。

為減少電弧的危害，常采用滅弧裝置，使電弧迅速熄滅。在直流接觸器中常在主觸點電路中串入吹弧線圈，形成磁吹式滅弧裝置，如圖1-3 所示；在交流接觸器中常采用橋式觸頭的電動力滅弧及滅弧罩、滅弧柵、多點滅弧等。圖1-4所示為柵片滅弧原理。

（3）電磁機構

電磁機構由線圈、鐵心和銜鐵組成。

電磁機構的分類如下：

● 按銜鐵的運動方式分為銜鐵沿棱角轉動的拍合式鐵心，如圖1-5（a）和（b）所示，其銜鐵繞鐵軛的棱角轉動，磨損較小，鐵心用軟鐵制成，適用于直流繼電器和接觸器；銜鐵沿軸轉動的拍合式鐵心，如圖1-5（c）和（d）所示，其銜鐵繞軸而轉動，用于交流接觸器，鐵心用硅鋼片制成；銜鐵做直線運動的直動式鐵心，如圖1-5（e）～（g）所示，銜鐵在線圈內呈直線運動，多用于交流繼電器和接觸器中。

● 按磁系統形狀可分為U形（見圖1-5（c））和E形（見圖1-5（d））兩種。

● 按激磁線圈的種類可分為交流電磁機構和直流電磁機構兩種。

● 按激磁線圈的連接方式可分為并聯（電壓線圈）和串聯（電流線圈）兩種。

交流電磁鐵在鐵心中存在磁滯和渦流損耗（鐵損），引起鐵心發熱。為了減少磁滯和渦流損耗，鐵心用硅鋼片疊鉚而成；直流電磁鐵線圈通直流電，無磁滯和渦流損耗，鐵心不發熱，可以用整塊軟鋼或工程純鐵制成。

交流線圈匝數少、電阻小（靠感抗限制線圈電流）、銅損小，為增加鐵心散熱面積，線圈制成短而粗的形狀，且帶有骨架。直流線圈匝數多、電阻大（靠電阻限流）、銅損大，線圈本身會發熱，因此做成長而薄的形狀，且不帶骨架（線圈與鐵心直接接觸），利于線圈散熱。

電磁機構的吸力特性可以用下式表示：

式中，B為氣隙磁感應強度，單位T；S為氣隙截面積，單位m2。

對于直流電磁鐵來說，線圈電流I不變，則氣隙磁通

式中，Rc為閉合磁路磁阻，等于鐵心磁阻與氣隙磁阻R0之和。而Rc≈R0∝δ，其中，δ為氣隙長度。因此，

可得到如下結論：①直流電磁鐵電磁吸力與氣隙的平方成反比。②直流電磁鐵線圈電流I與氣隙δ無關。可見，直流電磁機構適于頻繁操作，其吸力特性曲線如圖1-6所示。

需要指出的是，當直流電磁機構的激磁線圈斷電時，磁勢就由NI急速變為接近于零。電磁機構的磁通也發生相應的急速變化，因而就會在激磁線圈中感生很大的反電勢。此反電勢可達線圈額定電壓的10～20 倍，易使線圈因過壓而損壞。為減小此反電勢，可在激磁線圈上并聯一個放電電阻R。這樣，在線圈斷電時，該電阻與線圈形成一個放電電路，使原先儲于磁場中的能量得以轉換成熱能消耗在電阻上，而不致產生過壓。從降低過電壓出發，電阻R宜小一些，但這都會導致長期工作時能量的損耗增大。為解決這個矛盾，可以與電阻串聯一個二極管（見圖1-7），使正常工作時放電電路不通電。通常，放電電阻的電阻值可取線圈電阻的6～8倍。

對于交流電磁鐵來說，由于B=Bmsinωt，于是

式中，Fm為電磁吸力最大值，F=4×105BS；F0為電磁吸力平均值，F0=Fm/2。

另外，對于具有電壓線圈的交流電磁鐵，當外加電壓不變時，交流吸引線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻可忽略。

對于交流電磁鐵有如下結論：①F隨時間周期變化，且有過零點，將產生電磁噪聲；②交流電磁鐵線圈電流I與氣隙δ成正比。

為了抑制交流電磁鐵的電磁噪聲，可在其鐵心端部2/3 處開一個槽，嵌入短路銅環，由于環內和環外通過的磁通相差一個電角度，且幅值也不相同，各自產生的吸力疊加后在任何瞬間合力均不為零，從而可以消除噪聲，如圖1-8所示。

交流并聯激磁的電磁鐵，雖然交流電磁機構的氣隙磁通Φ近似不變，但氣隙磁阻隨氣隙長度δ而變化。根據磁路定律可知，交流激磁線圈的電流I與氣隙δ成正比（見圖1-9）。在電磁鐵的工作過程中，線圈電流隨工作氣隙的增大而增大，最大氣隙（打開位置）時線圈的啟動電流常為閉合位置的工作電流的7～8 倍，甚至十幾倍。當銜鐵被卡住或頻繁操作時，會造成線圈過熱而燒毀。

在實際應用中，對頻繁操作的交流接觸器一般也采用直流電磁機構。為了克服吸合瞬間電磁吸力的不足，通常采用雙線圈形式。

2.接觸器的型號

目前我國常用的交流接觸器主要有CJ20、CJX1、CFX2、CJ12和CJ10等系列，引進產品應用較多的有德國BBC公司制造技術生產的B系列、德國SIEMENS公司的3TB系列、法國TE公司的LC1系列、羅克韋爾自動化公司的Bulletin 100-C/104-C接觸器等。

CJ20、CJX接觸器型號的含義如下：

CJl0、CJ12 系列是早期全國統一設計的系列產品。CJ20 系列交流接觸器是全國統一設計的新型接觸器，主要適用于交流50Hz、電壓660V及以下、電流630A及以下的電氣線路中，結構型式為直動式、立體布置、雙斷點結構。CJ20—63 型及以上的交流接觸器采用壓鑄鋁底座，并以增強耐弧塑料底板和高強度陶瓷滅弧罩組成三段式結構。全系列接觸器結構緊湊，便于檢修和更換線圈。觸頭系統的動觸橋為船形結構，因而具有較高的強度和較大的熱容量。靜觸頭選用型材并配以鐵質引弧角，使之既具有形狀的穩定性又便于電弧向外運動。觸頭材料選用銀氧化鎘，具有較高的抗熔焊和耐電磨損的性能。滅弧罩分縱縫式和柵片式兩種。采用雙線圈的U形鐵心，氣隙置于靜鐵心底部中間位置，使之釋放可靠。輔助觸頭在主觸頭的兩側，采用無色透明聚碳酸脂做成的封閉式結構，以防灰塵侵入，確保接觸良好。圖1-10 為CJ20-63型交流接觸器的結構示意圖。CJ20 接觸器的吸引線圈電壓有36V、127V、220V、380V四個等級，吸合電壓為80%～110%UN，當電壓小于75%UN時釋放。

B系列交流接觸器是我國接觸器主要生產廠引進德國BBC公司技術生產的。其特點是，采用倒裝式結構，即磁系統在前面而觸頭系統緊靠安裝面，使吸引線圈更換方便，并縮短了主觸頭接線；通用件和附件多，接觸器的零部件大都通用，可以配裝氣囊式繼電器、機械聯鎖、自鎖繼電器等；具有可拆卸的觸頭，其數量可根據需要配置，最多可配置8 對觸頭。目前國產的CJX1和CJX2系列小容量交流接觸器也具有上述特點。

國內常用的直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22和CZl0、CZ2等系列，CZl8系列直流接觸器是取代CZ0系列的新產品。

直流接觸器型號含義如下：

接觸器的圖形符號和文字符號如圖1-11所示。

3.接觸器的主要技術指標

① 額定電壓。接觸器銘牌標注的額定電壓是指主觸點上的額定電壓。常見的電壓等級有：

直流接觸器220V、440V、660V。

交流接觸器220V、380V、500V。

② 額定電流。指主觸點的額定電流。其中：

直流接觸器25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

交流接觸器5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A。

③ 線圈的額定電壓。通常的電壓等級有：

直流線圈24V、48V、220V、440V。

交流線圈36V、127V、220V、380V。

④ 額定操作頻率；指每小時接通次數。

4.接觸器的選用原則

選用接觸器可按下列步驟進行：

① 根據負載性質確定工作任務類別。一般交流負載用交流線圈的交流接觸器，直流負載用直流線圈的直流接觸器，但交流負載頻繁動作時可采用直流線圈的交流接觸器。

② 根據類別確定接觸器系列。

③ 根據負載額定電壓確定接觸器的額定電壓，一般二者相等。

④ 根據負載電流確定接觸器的額定電流，并根據實際條件加以修正。例如，當接觸器安裝在箱柜內時，由于冷卻條件變差，電流要降低70%～20%使用；當接觸器工作于長期工作制，通電持續率不超過40%時，若敞開安裝，電流允許提高10%～25%，若箱柜安裝，允許提高5%～10%。

⑤ 選定吸引線圈的電壓。

⑥ 根據負載情況復核操作頻率，看是否在額定范圍之內。

1.1.2 繼電器

繼電器是一種根據特定形式的輸入信號（如電流、電壓、轉速、時間、溫度等）的變化而動作的自動控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應控制信號，其觸點通常接在控制電路中。一般來說，繼電器由承受機構、中間機構和執行機構三部分組成。承受機構反映繼電器的輸入量，并傳遞給中間機構，將它與預定的量（即整定值）進行比較，當達到整定值時（過量或欠量），中間機構就使執行機構產生輸出量，從而閉合或分斷電路。

繼電器的特點是具有跳躍式的輸入-輸出特性曲線，如圖1-12所示。當繼電器獲得一個輸入信號x時，不論信號幅值多大，只要尚未達到動作幅值x2，則繼電器不動作，輸出信號y等于零，這時繼電器的工作點在0～a之間。當輸入信號達到動作值x2時，繼電器立即動作，其工作點瞬時從a點跳到b點，輸出一個y1的信號。在這以后，即使繼續增大輸入信號，輸出信號仍為y1不變。在繼電器動作后，如果輸入信號減弱了，工作點并不沿折線b-a-O變化，而是沿b-c變化，即在x略小于動作值x2時，繼電器并不釋放，繼續輸出信號y1。只有當x減小到繼電器的釋放值x1時，它才釋放，不再有信號輸出。此時，繼電器的工作點沿折線b-c-d-O變化，恢復原狀。

根據繼電器的作用，要求繼電器反映靈敏準確、動作迅速、工作可靠、結構堅固、使用耐久。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，k值可通過調節釋放彈簧的松緊程度或調整鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚度來改變。一般繼電器要求有低的返回系數，k值應在0.1～0.4之間；欠壓繼電器則要求有高的返回系數，k值應在0.6以上。

另外三個重要參數是靈敏度、吸合時間與釋放時間。靈敏度是指使繼電器動作所需的最小功率；吸合時間是指從線圈接受信號到銜鐵完全吸合所需的時間；釋放時間是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時間。其大小影響繼電器的操作頻率。

繼電器按輸入信號的性質可分為：電壓繼電器、電流繼電器、速度繼電器、舌（干）簧繼電器、時間繼電器、溫度繼電器等。按動作原理可分為：電磁式繼電器、感應式繼電器、熱繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器等。這里主要介紹電器控制系統上用的電磁式（電壓、電流、中間）繼電器、時間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等。

1.電磁式繼電器

電磁式繼電器與接觸器類似，其典型結構如圖1-13 所示。常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器。

（1）電流繼電器

電流繼電器的線圈是電流線圈，它與負載串聯以反應負載電流的變化，故它的線圈匝數少而導線粗，這樣通過電流時的壓降很小，不會影響負載電路的電流，而導線粗、電流大仍可獲得需要的磁勢。

根據實際應用的要求，除一般用的電流繼電器外，還有控制與保護用的過電流繼電器和欠電流繼電器。

過電流繼電器在正常工作時銜鐵不動作，當電流超過某一整定值時，銜鐵動作，于是常開觸點閉合，常閉觸點斷開。一般交流過電流繼電器調整在（110～400）%IN動作，直流過電流繼電器調整在（70～300）%IN動作。

欠電流繼電器是當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放。所以電路電流正常時，銜鐵吸合。

（2）電壓繼電器

電壓繼電器的線圈是電壓線圈，導線細、電阻大，與負載并聯以反映電路電壓的變化。

電壓繼電器有過電壓、欠電壓、零電壓繼電器等。零電壓繼電器是電壓降低到接近零時銜鐵才釋放的繼電器。一般來說，過電壓繼電器在電壓為（110～115）%UN以上時動作，對電路進行過電壓保護；欠電壓繼電器在電壓為（40～70）%UN時動作，對電路進行欠電壓保護；零電壓繼電器當電壓降至（5～35）%UN時動作，對電路進行零壓保護。

（3）中間繼電器

中間繼電器實質上也是一個電壓線圈的繼電器。它具有觸點多（6 對甚至更多）、觸點電流大（額定電流為5～10A）、動作靈敏（動作時間小于0.05s）等特點。可以用它來增加控制電路的回路數或放大信號。

（4）電磁繼電器的整定方法

根據系統要求，使繼電器預先達到某一個動作值，稱為整定值。

圖1-14 示出了電磁繼電器的吸力特性與反力特性的配合關系。其中，銜鐵所受反力包括：恢復彈簧的作用力、觸頭彈簧的作用力及可動部分的重量。圖中，a0f0為釋放彈簧反作用力（含可動部分重量）。在氣隙為δ0時，常閉觸頭開始打開，至δ1時完全打開；在氣隙為δ2時，常開觸點開始閉合，至δ3時完全閉合。總的反力特性為abcdef。

由圖1-14 可知，反力彈簧對銜鐵吸合動作產生反力，銜鐵吸合時，吸力特性必須始終大于反力特性；釋放時，吸力特性必須始終低于反力特性。線圈動作電壓（或電流）、返回電壓（或電流）的大小均受反作用彈簧松緊的影響。為了調整返回電壓（或電流），可以在銜鐵閉合面內人為地裝一層非磁性墊片，這個墊片的厚薄影響著閉合后磁路的磁阻，從而也改變了返回電壓（或電流）的大小。

由上面分析可知，電磁繼電器的整定方法就是改變反作用彈簧的松緊和非磁性墊片的厚薄。

對電壓繼電器的整定：用電壓表并接于線圈兩端，用滑線電阻調節線圈兩端電壓。如欲整定動作電壓，則將電壓調節到所要求的動作值，斷開電源（滑線電阻不要改變）。調節反作用彈簧的松緊，每調節一次，合上一次電源，直到合上電源后，銜鐵剛好動作為止。如欲整定返回電壓，則應主要改變非磁性墊片的厚度（如果吸合電壓沒有固定要求，也可調節反作用彈簧）。這時應先讓繼電器閉合，再改變滑線電阻，將線圈電壓減小，直到電壓達到所要求的值，再調節非磁性墊片的厚度（每次調節都應先斷開線圈電壓），直至達到在所要求的返回電壓下銜鐵打開為止。

電流繼電器的整定方法與上面一樣，只不過改用電流表串接在線圈回路內。

需要指出的是電磁式繼電器的整定值只能在小范圍內變化，因為如果彈簧太緊，就有可能使線圈吸不動銜鐵，不能閉合。如果太松，則有可能不能釋放，造成動作不可靠。

繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-15所示。

2.時間繼電器

從得到輸入信號起，到產生相應的輸出信號（如觸點的通斷等），有一個符合一定準確度的延時過程的繼電器（時間繼電器），它在電路中起控制動作時間的作用。時間繼電器的延時方式有兩種：通電延時型——接受輸入信號后要延遲一段時間，輸出信號才發生變化；當輸入信號消失后，輸出即時復原。斷電延時型——當接受輸入信號時，立即產生相應的輸出信號；但當輸入信號消失后，繼電器需經過一定的延時，輸出才復原。

時間繼電器是在電路中啟用作時間控制作用的繼電器，應用范圍很廣，從某些簡單生產機械到尖端科學部門都需要用到它，特別是電力拖動系統和各種自動控制系統，其程序安排大多依靠時間繼電器來完成。

時間繼電器的種類很多，從設計原理上分有電磁式、空氣阻尼式、電動機式和晶體管式時間繼電器。

羅克韋爾自動化公司生產的接觸器和繼電器大多可以通過加入擴展的定時模塊附件直接起到時間繼電器的作用。此外，羅克韋爾自動化公司也生產專用的時間繼電器，其中Bulletin 700-FE系列是經濟型時間繼電器，可分為單功能繼電器和多功能繼電器。單功能繼電器具有4種固定功能和4個時間設定范圍。多功能繼電器具有4種計時功能和4個事件設定范圍。4種計時功能是吸合延時、復位延時、瞬間延時、上電接通式交替接通。KOP系列是電子式時間繼電器。

時間繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-16所示。

3.熱繼電器

熱繼電器主要用于電動機的過載、斷相及電流不平衡的保護，以及其他電氣設備發熱狀態的控制。其結構形式有雙金屬片式、熱敏電阻式、易熔合金式。

圖1-17為雙金屬片式熱繼電器結構示意圖。這種熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成。熱元件由發熱電阻絲做成，雙全屬片由兩種熱膨脹系數不同的金屬碾壓而成，當雙金屬片受熱時，就會出現彎曲變形。使用時，把熱元件串接于電動機的主電路中，而常閉觸點串接于電動機的控制電路中。當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量不足以使熱繼電器觸點動作；當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動推桿使觸點動作，從而切斷控制電路以起到保護作用。熱繼電器動作后，經過一段時間的冷卻后，能自動復位或手動復位。熱繼電器動作電流的調節可以通過調節螺釘的位置來實現。

熱繼電器分一相、兩相和三相三種結構，三相結構的熱繼電器還分帶斷相保護和不帶斷相保護兩種。JR1、JR2、JR0、JRl5系列為二相結構的熱繼電器，JRl6系列為斷相保護熱繼電器。它們應用于不同情況。

① 在三相電源對稱，電動機三相繞組絕緣良好的情況下，電動機的三相線電流是對稱的，這時可以采用一相結構的熱繼電器。

② 當電動機出現一相斷線故障，并且正好發生在串有一相結構的熱繼電器這一相時，就需采用兩相結構的熱繼電器。

③ 當三相電源因供電線路故障而發生嚴重的不平衡、電動機繞組內部發生短路或絕緣不良等故障時，就可能使電動機某一線電流比其他兩線電流要高，而恰好在電流過高的這一相中沒有熱元件，此時就需采用具有三個熱元件的三相結構熱繼電器。兩相、三相結構熱繼電器的工作原理相同，只需增加雙金屬片和熱元件。

④ 對于Δ連接的三相感應電動機，一般熱繼電器的熱元件串接于電源進線中，并且按電動機的額定電流來選擇熱繼電器。當三相電源斷相時，如果故障電流達到額定值，電動機內部電流較大的那一相繞組的故障相電流已超過額定相電流了，如前所述，由于熱元件是串接在電源進線中的，所以繼電器不會動作，電動機就有過熱的危險了。解決的辦法是，可以將三個熱元件分別串接在電動機的每相繞組中，這時熱繼電器的整定電流值按每相繞組的額定電流來選擇。但是這樣接線復雜、導線較粗。為了解決Δ連接的三相鼠籠式電動機的斷相保護問題，可以采用帶斷相保護裝置的熱繼電器，其結構如圖1-18所示。

當電流為額定值時，三個熱元件發熱正常，其端部均向左彎曲并推動上下導板同時左移，但到不了動作線，繼電器不會動作；當電流過載到達整定電流時，雙金屬片彎曲較大，把導板和杠桿推到動作位置，繼電器動作；當一相斷路時，該相熱元件溫度由原來正常發熱狀態下降，雙金屬片由彎曲狀態伸直，推動上導板右移，同時由于其他兩相電流較大，推動下導板左移，使杠桿扭轉，繼電器動作，起到了斷相保護作用。

熱繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-19所示。

4.速度繼電器

速度繼電器也稱反接制動繼電器，常用于三相籠型異步電動機反接制動電路中。

圖l-20 為JY1 型速度繼電器的結構圖，主要由轉子、定子和觸點三部分組成。轉子是一塊永久磁鐵，固定在軸上；定子的結構與籠型異步電動機的轉子相似，由硅鋼片疊成，并裝有鼠籠型繞組。定子與軸同心且能獨自偏擺，與轉子間有氣隙。速度繼電器的軸與電動機的軸同軸連接。當電動機旋轉時，速度繼電器的轉子跟著一起轉，永久磁鐵產生旋轉磁場，定子上的籠型繞組切割磁通而產生感應電勢和電流，導體與旋轉磁場相互作用產生轉距，使定子跟著轉子的轉動方向偏擺，轉子速度越高，定子導體內產生的電流越大，轉矩也就越大。定子偏擺到一定角度時，通過定子柄撥動觸點，使繼電器相應的動斷、動合觸點動作。當轉子的速度下降到接近零時（約100r/min），定子柄在動觸點彈簧力的作用下恢復到原來的位置。

常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型。JY1型能在3000 r/min以下可靠工作；JFZ0-1型適用于300～1000 r/min；JFZ0-2用于1000～3600 r/min。速度繼電器主要根據電動機的額定轉速進行選擇，還可以通過調節螺釘（圖中沒有畫出）的松緊，調節反力彈簧的反作用力，來改變繼電器動作的轉速，以適應控制電路的要求。

速度繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-21所示。

1.1.3 主令電器

主令電器是用來接通和分斷控制電路以發布命令、或對生產過程進行程序控制的開關電器。

主令電器應用廣泛，種類繁多，主要有控制按鈕、行程開關、萬能轉換開關和主令控制器等。

1.控制按鈕

控制按鈕用作低壓電路中遠距離手動控制各種電磁開關，或用來轉換各種信號電路與電器聯鎖線路等。

控制按鈕一般由按鈕、恢復彈簧、動靜觸點和外殼等組成，如圖1-22所示。當按下按鈕時，常閉觸點斷開，常開觸點閉合；當按鈕釋放后，在恢復彈簧的作用下使按鈕復原。

控制按鈕有單式、復式和三連式。為了便于識別各個按鈕的作用，避免誤操作，通常在按鈕上做出不同的標志或涂以不同的顏色，一般以紅色表示停止，綠色或黑色表示啟動。

常用的控制按鈕有LA2、LA10、LA18、LA19、LA20、LAY3、LAZ1等。控制按鈕的圖形符號和文字符號如圖1-23所示。

2.行程開關

行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器。

從結構上來看，行程開關分為三部分：操作頭、觸點系統和外殼。操作頭是開關的感應部分，它接受機械設備發出的行程位置信號，并將此信號傳遞到觸點系統；觸點系統是開關的執行部分，它將行程位置信號通過本身的轉換動作，變換為電信號，輸出到有關的控制回路，使之做出相應的反應。

行程開關按其結構可分為直動式（LX1，JLXK1系列）、滾動式（LX2，JLXK1系列）和微動式（LXW-11，JLXK1-11型）三種，如圖1-24所示。

除了上述常用的行程開關以外，還有引進生產的西門子公司的3SE3 系列產品，其規格全，外形結構多樣，技術性能優良，拆裝方便，動作可靠。

行程開關的圖形符號和文字符號如圖1-25所示。

3.萬能轉換開關

萬能轉換開關是由多組相同結構的觸點組件疊裝而成的多回路控制器。它由操作機構、定位裝置和觸點三部分組成。觸點的通斷由凸輪控制，觸點為雙斷點橋式結構。目前用的最多的萬能轉換開關產品有LW5、LW6系列。LW5的結構如圖1-26所示。

萬能轉換開關手柄放在不同位置，其多層接點的通斷情況也不同。萬能轉換開關的圖形符號和文字符號如圖1-27所示。其中打“●”表示手柄在該位置時，該觸點接通。

1.1.4 刀開關

刀開關是低壓配電電器中結構最簡單、應用最廣泛的一種電器，主要用在低壓配電設備中，作為不頻繁地手動接通和分斷交直流電路或用作隔離開關。

刀開關按極數可分為單極、雙極和三極型；按結構可分為平板式和條架式；按操作方法可分為直接手柄操作式、杠桿操作式和電動操作式。

刀開關由絕緣底板、絕緣手柄及觸刀組成，如圖1-28所示。觸刀插入靜插座時，電路接通；觸刀與靜插座分離時，電路分斷。電路斷開時，觸刀不帶電。

常見的刀開關型號有HD11～HD14型和HS11～HS14型，額定電壓500VAC(50Hz)/440VDC、額定電流100～1500A。

刀開關的選用原則如下：

① 根據在線路中的作用和安裝位置確定結構形式（分斷負載時，須帶滅弧罩及杠桿操作機構）；

② 考慮操作位置（正面、側面）、手柄操作或杠桿操作、接線方式（板前或板后）等；

③ 根據線路電壓和電流來選擇。注意：如果可能出現的最大短路電流超過動熱穩定電流的允許值，則要選擇工作電流高一級的產品。

刀開關的圖形符號和文字符號如圖1-29所示。

1.1.5 自動開關

自動開關也稱低壓斷路器或自動空氣斷路器，主要用在低壓動力線路中。它除了能手動或自動接通動力電源外，還能在發生嚴重過載、短路及欠壓等故障時自動切斷電路，實現對線路、電源設備及電動機的保護，也可用于不頻繁地轉換及啟動電動機。

自動開關按結構和用途分為塑料外殼式、框架式、限流式及漏電保護式。框架式自動開關為敞開式結構，主要用作配電網絡的保護開關，適用于大容量線路。塑料外殼式自動開關的結構特點是具有安全保護用的塑料外殼，適用于配電網絡的保護開關和電動機、照明電路及電熱電路的控制開關。

自動開關由觸頭系統、滅弧系統、各種脫扣器、開關機構、框架或外殼組成。圖1-30 為自動開關的工作原理簡圖。自動開關主觸頭閉合時，傳動桿由鎖扣鉤住，分斷彈簧受到拉伸并且儲能。當主線路電流超過一定數值時，過流脫扣器銜鐵吸合，其頂桿向上運動將鎖扣頂開，已儲能的分斷彈簧將觸頭分斷；如果主線路欠壓，則失壓脫扣器工作；分勵脫扣器由控制電源供電，由操作人員或保護信號控制。

自動開關的額定電壓是指其最大工作電壓，包括額定工作電壓UN和額定絕緣電壓Ui。電壓等級有交流220V、380V、660V、1140V，直流110V、220V、440V等。額定電流是指過流脫扣器的額定電流，或自動開關的額定持續工作電流；額定短路分斷能力是指在規定的使用條件下，分斷預期短路電流的能力。

自動開關的選用原則如下：

① 自動開關的額定工作電壓等于或大于線路的額定電壓；

② 自動開關的過流脫扣器的額定電流等于或大于負載工作電流；

③ 自動開關的欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓；

④ 根據不同需要選擇不同用途的自動開關；

⑤ 自動開關的極限分斷能力大于線路可能出現的最大短路電流；

與熔斷器配合使用時，應使熔斷器作為自動開關的后備保護。

自動開關的符號如圖1-31所示。

1.1.6 熔斷器

熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的保護電器。它主要由熔體和熔斷管兩部分組成。使用時，熔斷器串接于被保護電路中。當電路發生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路。故熔斷器主要用于短路保護。

熔斷器種類很多，其典型結構如圖1-32所示。熔斷器通常按以下方式分類；

按發熱時間常數（熱慣性）分為無熱慣性、大熱慣性、小熱慣性三種，熱慣性越小，熔化越快。

按熔體形狀分為絲狀、片狀、籠狀（柵狀）三種。

按支架結構分為螺旋式、插入式和管式三種。管式又分為有填料與無填料兩種，填料采用石英砂等材料以增加滅弧能力。

熔斷體的典型結構如圖1-33 所示。它包括熔體（金屬絲或片）、填料（亦有無填料的）、絕緣管及導電觸頭。

通常把熔斷體內能裝入的最大熔體的額定電流稱為熔斷器的額定電流；熔斷器長期工作時和分斷線路時能夠承受的電壓，稱為熔斷器的額定電壓；熔斷器的額定分斷能力定義為：在規定使用條件（線路電壓、功率因數、時間常數）下，熔斷器所能分斷的預期短路電流（對交流來說為方均根值）；對于有限流作用的熔斷器，其分斷能力用預期短路電流和限流系數表示。限流系數是指實際分斷電流與預期短路電流最大值（交流指峰值）之比。限流系數越小，限流能力越強。

熔斷器的選用原則如下：

① 熔斷器的額定電壓大于等于線路的額定電壓；

② 熔斷器的額定電流等于或高于所裝熔體的額定電流；

③ 熔斷器的額定分斷能力不小于線路中可能出現的最大故障電流；

④ 熔體額定電流。

a.電阻性負載：Ifu≥I，其中，Ifu為熔體額定電流；I為電路工作電流。

b.保護單臺長期工作電動機：Ifu≥(1.5～2.5)IN，其中，IN為電動機額定電流。

c.保護頻繁啟動電動機：Ifu≥(3～3.5)IN

d.保護多臺電動機：Ifu≥(1.5～2.5)INM+∑IN

e.降壓啟動電動機：熔體的額定電流等于或稍高于電動機的額定電流。

熔斷器的符號如圖1-34所示。

1.1.7 典型控制線路

1.典型啟停控制線路

典型啟停控制線路由刀開關Q、熔斷器FU、接觸器KM、熱繼電器FR組成，通過啟動按鈕SB2、停止按鈕SB1控制電動機M的啟停，如圖1-35（a）所示。其中，KM（3-4）為自鎖觸點，用來在按鈕SB2斷開時使KM線圈回路保持通電狀態。停車時，按下按鈕SB1，則KM線圈斷電，其主觸頭和自鎖觸頭都恢復常開狀態，電動機斷電停止運轉。

圖1-35（b）為兩地控制線路。其接線原則是：兩地啟動按鈕SB3、SB4并聯，停止按鈕SB1、SB2串聯。這樣，就可實現用按鈕SB3、SB4都能控制電機啟動，用按鈕SB1、SB2都能控制停車。

圖1-35（c）為帶點動控制的啟停控制線路。該線路利用點動按鈕SB3的常閉聯鎖接點切斷自鎖回路，從而實現點動控制。

對于這種成對出現的接點有一個重要的接點動作規律，即常閉接點先打開，常開接點后閉合。在圖1-35（c）中，按下SB3時，其常閉觸點先打開，切斷自鎖回路，然后常開接點閉合，接通KM線圈回路；而停車時，松開SB3，此時原常開接點（現為閉合狀態）先打開，原常閉接點（現為斷開狀態）后閉合，確保自鎖回路不接通。

2.電機正反轉控制線路

三相交流電動機的正反轉可借助于兩個正、反向接觸器改變定子繞組三相中任意兩相的相序來實現。正反轉控制線路如圖1-36所示，其中，KM1為正轉接觸器，KM2為反轉接觸器。

在圖1-36（a）中并聯于SB1的常開觸點KM1為正向自鎖觸點，并聯于SB2的常開觸點KM2為反向自鎖觸點。串聯于KM1接觸器線圈的KM2常閉觸點稱為反向對正向的互鎖觸點，它的任務是當反向接觸器通電時，其常閉觸點斷開正向接觸器回路，以避免正、反向接觸器同時得電而導致主電路相間短路。同理，與KM2線圈串聯的KM1常閉觸點稱為正向對反向的互鎖觸點。由此可知，若在兩個接觸器線圈電路中相互串入對方的常閉觸點，則二者相互制約，不能同時動作，即起互鎖作用，稱為電氣聯鎖。

在圖1-36（a）的控制線路中，若先在某個方向運行（如正轉KM1得電）時，要改變其轉向，則要先按停止按鈕SB1，然后按反向啟動按鈕，方可轉入反轉。在圖1-36（b）的控制線路中，在對方線路中串入啟動按鈕的常閉接點（也起互鎖作用，稱為機械聯鎖），這時若要換向，就可以直接按反向啟動按鈕，直接進入反向運行，換向操作一步完成。

3.行程控制

若有一小車，由交流電動機拖動，小車能正、反向啟動和運行。當小車從某一方向啟動后，它就自動往返甲乙兩地來回運動，直到按停止按鈕為止。要求設計一繼電器控制線路滿足上述要求。這可以借鑒正反轉控制線路，疊加上行程限位即可。

如圖1-37（a）所示，在甲地設置行程開關SQ1，當小車到達甲地時，小車上擋塊壓合SQ1，使它改變狀態，即SQ1的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。使用該常閉觸點斷開反轉接觸器，停止反向；用其常開觸點接通正向啟動回路，轉入正向運動，小車駛向乙地。同樣，在乙地設置行程開關SQ2，當小車到達乙地時，壓合SQ2開關，使電動機再次改變轉向，小車返回甲地。這樣就完成了小車自動在甲乙兩地往返運動，小車主電路與圖1-36一樣，控制線路如圖1-37（b）所示。

4.順序控制

在生產實踐中，常要求各種部件之間或生產機械之間能按順序工作。

如圖1-38 所示，有兩個電機串級運行，要求實現啟動時1 號電機先啟動，停車時2 號電機先停的順序控制。控制線路如圖1-38 所示。圖中將l號電動機的接觸器KM1常開觸點串入2號機接觸器KM2的線圈回路，實現1號機先啟動，2號機后啟動；2號機接觸器KM2的常開觸點并聯于1號機的停止按鈕SB1兩端，即當2號機啟動后，1號機的停止按鈕被短接，不起作用；直至2號機停車，KM2斷電后，1號機停止按鈕才生效，這就保證了先停2號機，然后才能停1號機的要求。

5.Y/Δ啟動控制線路

Y/Δ降壓啟動的原理是，啟動時將電動機定子繞組接成星形，加在電動機每相繞組上的電壓為額定值的 ，從而減小了啟動電流對電網的影響。待啟動后按預先整定的時間換接成三角形接法，使電動機在額定電壓下正常運轉。

如圖1-39 所示，啟動電動機時，合上刀開關Q，按下啟動按鈕SB2，則接觸器KM1、KM3與時間繼電器KT的線圈同時得電，接觸器KM3的主觸點將電動機接成星形并經KM1的主觸點接至電源，電動機降壓啟動；到達KT的延時值時，KT延時打開的常閉觸點斷開，KM3線圈斷電；KT延時閉合的常開觸點閉合，則KM2線圈得電，電動機主電路換接成三角形接法，電動機投入正常運轉。

Y/Δ啟動的優點在于星形啟動電流只是原來三角形接法的1/3，啟動電流特性好、線路簡單、價格最便宜。缺點是啟動轉矩也相應下降為原來三角形接法的l/3，轉矩特性差。適用于空載或輕載狀態下啟動，并且要求電動機具有6 個接線端子，且只能用于正常運轉時定子繞組接成Δ形的鼠籠式異步電動機，這在很大程度上限制了它的使用范圍。