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1、第四章电器基础知识第一节常用低压电器第二节变压器第三节电动机第四节电气控制基础知识第五节自动控制基础知识行程开关所控制的工作机械，通常会在运动部件上的固定位置配有特殊的 触块，它的作用是更清晰的将机械信号传递给行程开关。行程开关的控制钮通常 可以直接接触到触块，局部情况下也有行程开关是由传动杆接触触块，再将机械 信号传递给控制钮的。行程开关主要可以分为两个种类，直动式行程开关和旋转式行程开关。行 程开关的这两个种类的基本结构相似，部件都包括操作机构、传动系统、触头系 统和外壳，其中区别是在于两种行程开关的传动系统不同。直动式行程开关也叫按钮式行程开关，顾名思义它的动作原理与按钮有很 多相似之处
2、。旋转式行程开关的结构是由挡铁压动滚轮，滚轮传动杆带动转轴转 动，再以凸轮撞击撞块令触头断开和闭合，当挡铁移开后，触头在复位弹簧作用 下复位。旋转式行程开关中的双滚轮式设计，是不具有自动复位功能的。双滚轮 式行程开关在与触块脱离之后，不会自动复位，而是等待触块做往返运动直至再 次与滚轮接触，借助触块的外力完成复位过程。常用行程开关有直动式、单轮旋转式和双轮旋转式等。其图形与文字符号如 图4_115所不。（a）直动式（b）单轮旋转式（c）双轮旋转式（a）常开式（b）常闭式图4-1-15行程开关的图形与文字符号-11 、直动式行程开关结构如图4-1 -16所示，当运动机械的挡铁撞到行 程开关的顶杆
3、1时，顶杆受压触动 使常闭触头3断开，常开触头5闭 合；顶杆上的挡铁移走后，顶杆在弹 簧2作用下复位，各触头回至原始 通断状态。1.顶杆2.弹簧3.常闭触头4.触头弹簧5.常开触头图4-1-16直动式行程开关结构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4-1-17旋转式行程开关结构旋转式行程开关结构如图4-1-17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，使常闭触头断开，常开触 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
4、恢复到原始位置。行程开关触 头图形与文字符号如图4T-18所示。(a )行程开关常闭触头(b )行程开关常开触头图4-1-18行程开关触头困形与文字符号行程开关选用时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 动式行程开关而应选用凸轮轴转动式行程开关。行程开关额定电压与额定电流那么 根据控制电路的电压与电流选用。为克服直动式结构的缺点，常采用具有弯片状弹簧的瞬动机构的微动开关，其图形及原理如图4-1/9所示。L操作钮2.弹赞3.弹簧片4.常闭触头5.常开触头6.拉钩图4-1-19微动开关的图形及原理当推杆被压下时
5、，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移，当到达预定的临 界点时，弹簧片连同动触点产生瞬时跳跃，从而导致电路的接通、分断或转换。 同样，减小操作力时，弹簧片释放能量并产生反向位移，当通过另一临界点时， 弹簧片向相反方向跳跃。采用瞬动机构可以使开关触点的接触速度不受推杆压下 速度的影响，这样不仅可以减轻电弧对触点的烧蚀，而且也能提高触点动作的准 确性。微动开关的体积小、动作灵敏，适合在小型机构中使用，但由于推杆所允 许的极限行程很小，以及开关的结构强度不高，因此在使用时必须对推杆的最大 行程在机构上加以限制，以免压坏开关。（七）非接触式行程开关前述行程开关和微动开关均属接触式行程开关，工作时均有挡块
6、与推杆的机 械碰撞和触点的机械分合，在动作频繁时，容易发生故障，工作可靠性较低。近 年来，随着电子器件的开展和控制装置的需要，一些非接触式行程开关应运而生, 这类产品的特点是，当挡块运动时.，无须与开关的部件接触即可发出电信号，故 以其使用寿命长、操作频率高、动作迅速可靠而得到了广泛的应用。这类开关有 接近开关、光电开关等。1 .接近开关为了克服有触点行程开关可靠性较差，使用寿命短和操作频率低的缺点，采 用了无触点式行程开关，也叫电子接近开关。目前晶体管无触点电子开关正获得 越来越多的应用。接近开关大多由一个高频振荡器和一个整形放大器组成，接近 开关工作原理如图4-1-20所示。振荡器振荡后，
7、在开关的感应面上产生交变磁 场，当金属物体接近感应面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡 器减弱以致停振。振荡与停振是两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的 开关信号，从而到达检测位置的目的。图4-1-20接近开关工作原理接近开关外形结构多种多样，电子电路装调后用环氧树脂密封，具有良好的防潮、防腐 性能。它既能无接触又无压力地发出检测信号，又具有灵敏度高、频率响应快、重复定位精 度高、工作稳定可靠、使用寿命长等优点。在自动控制系统中已获得广泛应用。其图形与文 字符号如图4-1-21所示。SQ O-/图4-1-21接近开关图形与文字符号2 .光电开关开关内部有发光及受光器件，半导体
8、光源经脉冲调制发射出一定周期的脉冲 光，经检测物的反射或遮光后被光敏元件接收，把经过光电变换的信号进行放大、选通、检波、整形后再放大输出。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 电路兼容的优点。光电开关的光源可采用红外线、可见光、光纤等，其按工作原 理分为透光型和反射型两种。（八）接触器接触器是一种根据外来输入信号利用电磁铁操作，频繁地接通或断开交、直 流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。主要用于控制电动机、电焊机、电 热设备、电容器组等。其工作原理为：当电磁铁线圈得电，电磁铁吸合时，带动 接触器触头闭合，使电路接通。线圈失电时，电磁铁在弹簧力作用下释放
9、，接触 器触头断开，使电路切断。接触器不仅能实现远距离集中控制，而且操作频率高、控制容量大，具有低 压释放保护、工作可靠、使用寿命长和体积小等优点，是继电器一接触器控制系 统中最重要和最常用的元件之一。接触器的基本参数包括：主触头的额定电压、主触头允许切断电流、触头数、 线圈电压、操作频率、机械寿命和电寿命等。现代生产的接触器，其额定电流最 大可达2500A ,允许接通次数为150 1500次/ h ,总寿命可到达1500万 2000万次。接触器的外形如图4-1-23所示，图形和文字符号如图4-1-24所 z5o图4-1-23接触器图4-1-23接触器主触与辅助常王口区开触点辅助常 闭触点1
10、.触动桥2.静触头3.衔铁4.缓冲弹簧5.电磁线圈6.铁芯7.垫苞8.触头弹簧9.灭弧罩10.触头压力簧片图4-1-25接触器结构示意图BB4-1-24接触器的图形和文字符号1 .交流接触器交流接触器常用于远距离接通或 断开电压至1140V、电流至63OA的 交流电路，以及频繁控制交流电动机。 接触器可分为两种状态，即常开状态 和常闭状态。接触器一般由电磁系统、 触头系统、火弧装置、弹簧和支架底 座等局部组成（见图4-1-25）。(1)电磁系统交流接触器的电磁系统采用交流电磁机构，当线圈通电后，衔铁在电磁吸力的作用下，克服复位弹簧的反力与铁 芯吸合，带动触头动作，从而接通或断开相应电路。线圈断
11、电后，衔铁及触头恢 复常态。(2)触头系统根据用途的不同，接触器的触头可分为主触头和辅助触头。主触头用来通断 电流较大的主电路，一般由3对动合触头组成；辅助触头用来通断小电流的控 制电路，由成对的动合、动断触头组成。(3)灭弧装置接触器通常用于通断大电流，因此，有效地灭弧是十分重要的。交流接触器 通常采用电动力灭弧和灭弧栅灭弧。(4)其他局部包括复位弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构、接线柱和外壳等。常 用的交流接触器产品：国内有N才3 (CJ46 )、CJ12、CJ10X. CJ20、CJX1、 CJX2等系列;引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC-D等系列。2 .直流接触器
12、直流接触器主要用来远距离接通或断开电压至440V、电流至630A的直流电 路，其组成局部和工作原理与交流接触器基本相同，只是采用了直流电磁机构(为 了保证铁芯的可靠释放，常在磁路中夹有非磁性垫片以减小剩磁的影响)。由于 直流接触器的线圈通以直流电，所以没有冲击的启动电流，也不会产生铁芯猛烈 撞击现象，因而它的寿命长，更适用于频繁启动、制动的场合。目前常用的直流 接触器型号有CZO、CZ18等系列。直流接触器常用纵缝和磁吹装置灭弧(图47-26 ) o隔板散热片隔板散热片(a)纵缝灭弧X X线圈的磁场 匕触动点移动速度(b)磁吹灭弧图4-1-26 直流接触器的灭通奘（1 ）纵缝灭弧纵缝灭弧装置如
13、图4 -1-26 （ a ）所示其原理为依靠磁场 产生的电动力将电弧拉人用耐弧材料制成的夹缝中，加快散热冷却，从而到达灭 弧目的。（2 ）磁吹灭弧磁吹灭弧装置如图4-1-26 （h ）所示）触头回路（主 回路）中串接有吹弧线圈（较粗的几匝导线，其间穿以铁芯增加导磁性），通电 后会产生较大的磁通。触头分断的瞬间产生的电弧就是载流体，它在磁通的作用 下产生电磁力州寄电弧拉长并冷却从而灭弧。由于电磁电流越大，吹弧的能力越 大，且磁吹力的方向与电流方向无关，故一般应用于直流接触器中。（九）继电器继电器是一种利用输人信号（电流、电压、时间、温度等）的变化来接通或 断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保
14、护任务的自动电器。与接触器不同， 继电器主要用于反映控制信号，其触点数目多、容量小（只能通过小电流），触 点通常接在控制电路中。继电器的种类很多，分类方法也很多，常用的分类力法有：按输人量的物理性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器和温度继 电器等；按动作原理分为：电磁式继电器、干簧继电器、电动式继电器、热继电器和 电子式继电器等。按动作时间分为：快速继电器、延时继电器和一般继电器按执行环节的作用原理分为：有触点继电器和无触点继电器。电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点， 故在机床电气控制中应用很广，但随着科技的进步，固态继电器有逐步取代传统 电磁式继电器之势
15、。电磁式继电器有交流和直流之分，两者的主要结构和工作原理与接触器基本 相同。1中间继电器中间继电器又称为辅助继电溶，它本质上是电压继电器，但它的触头较多（触 头多达6对甚至更多，触头没有主、辅之分），触头能承受的电流也较大（额 定电流5 10A ）,动作灵敏（动作时间小于0 . 055 ）中间继电器的主要用途是当其他继电器的触头数或触头容量不够时，可借助 中间继电器来扩大触头数或触头容量，起到中间转换的作用中间继电器的常用型号有Jzls、JZ14、Jzl7 （交流和直流）及JZ7、JZS （交流）。中间继电器的图形与文字符号如图4 1 一 27所示2 .时间继电器图4-1-27中间继电器图形与
16、文字符号图4-1-27中间继电器图形与文字符号时间继电器是种接收信号(线圈通电或断电)，经过一定的延时才能输出 信号，实现触头延时动作的控制电器，适用于定时控制。时间继电器的图形与 文字符号如图4-卜28所示。瞬时动作的触点延时闭合的常闭触点延时闭合的常开触点延时断开的常开触点图4-1-28时间继电题图形与文字符号按延时方式分，时间继电器可分为通电延时型和断电延时型；按动作原理与 构造的不同分，时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等类型。 (1 )空气阻尼式时间继电器空气阻尼式通电延时型时间继电器结构如图4 T-29 ( a )所示，当线圈1 通电后，铁芯2将衔铁3吸合，推板5使
17、微动开关16立即动作，而活塞杆6在 塔形弹簧7作用下将带动活塞13及橡皮膜9向上移动。(a )通电延时原理(b)断电不延时原理(c )断电延时原理1 .线圈2.铁芯3.衔铁4.复位弹簧5.推板6.活塞杆7.塔形弹簧8.弱弹簧9橡皮膜1。.空气室壁II.调诧蝶杆12.进气孔】3.活塞14、16.微动开关15杠杆图4-1-29空气阻尼式时间继电器原理由于橡皮膜下气室空气须经进气孔12缓慢补充，因此橡皮膜下气室短期内 形成负压，导致活塞杆不能迅速上移产生延时，活塞杆缓慢升到最上端时才能通 过杠杆巧触动微动开关14 ,延时时间长短取决于进气孔12的大小，可通过调 节螺杆H调节。图4-1-29( b )
18、所示是断电不延时工作原理。当线圈1断电时, 衔铁3在复位弹簧4作用下将活塞13推至最下端的状态。由于橡皮膜下气室 内的空气可通过活塞杆6与橡皮膜之间的间隙顺利进人上气室，上、下气室间 不形成负压，因此微动开关14与16都迅速复位。图4-1 -29( C )所示是将电磁机构倒置安装构成断电延时型时间继电器示意 图。断电时微动开关14将在延时后触动。空气阻尼式时间继电器延时精度较低，不能精确设定延时时间，延时精度要 求较高的电气控制线路中不宜采用。(2 )电子式时间继电器电子式时间继电器可分为晶体管式时间继电潜和数字式时间继电器。晶体管 式时间继电器具有延时范围广、体积小、精度高、调节方便以及寿命
19、长等优点， 因而得到了广泛的应用。晶体管式时间继电器分为通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电延时 型。它们均是利用RC电路充放电原理构成延时。数字式时间继电器采用数字脉冲计数电路，较之晶体管式时间继电器来说， 延时范围更大，精度更高，主要用于各种需要精确延时和延时时间较长的场合。 这类时间继电器功能特别强，有通电延时、断电延时、定时吸合、循环延时4种 延时形式和十几种延时范围供用户选择，这是晶体管式时间继电器无可比较的。电子式时间继电器常用产品有JS、JSB、JJSB、JS14、JS20等系列。(3)时间继电器选用时间继电器选用时主要考虑延时范围、延时类型、延时精度及工作条件等。3 .压力
20、继电器压力继电器是将流体压力信号转变为电信号的转换元件，常用于气动、液压 控制系统或多机床自动线中，也用于气路中的连锁装置、机床上的气动卡盘中, 如图4 - 1-30所示。图4-1-30压力继电器进油口图4-1-31柱塞式压力继电器结构压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式4种结构形式。柱塞式 压力继电器的结构如图4 -1-31所示，由柱塞、弹簧、调节螺母和微动开关等组成。微动开关与顶杆间的距离一般大于0.2mm o压力继电器安装在气路、水路或油路的分支管路 中。当管路的压力超过整定 值时，通过缓冲器、橡皮膜 抬起顶杆，使微动开关动 作。管路压力低于整定值 时，顶杆脱离微动开关，触 头
21、复位。通过调节螺母，可 调节整定压力。压力继电器 必须放在压力有明显变化 的地方才能输出电信号。例 如假设将压力继电器接在回油路中，因回油路接油箱，压力无变化，压力继电器将 不会工作。常用的压力继电器有YJ系列、TE52系列和YT 1 226系列等。4 .固态继电器固态继电器是由半导体元件组成的无触头开关器件，它较之电磁式继电器具 有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关 速度快、无火花、无动作噪声和使用方便等一系列优点，因而具有很宽的应用领 域，有逐步取代传统电磁式继电涔之势，并进一步扩展到许多传统电磁式继电器 无法应用的领域，如计算机的输入输出接口、外围和终端
22、设备。在一些要耐振、 学习要点：1 .常用低压电溶的原理与内部构造。2 .变压器的工作原理。3 .电动机的工作原理与分类。4 .电气控制线路的分类。5 . pLC及监控组态系统的组成。第一节常用低压电器但凡对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及 保护等作用的电工器械均称为电器。低压电器通常是指在交流电压1200V及以 下、直流电压1500，及以下的电路中使用的电器。一、低压电器的分类低压电器的品种繁多，分类的方法也很多。(一)按动作性质分类，电器可分为自动电器和非自动电器(1)自动电器。这类电器有电磁铁等动力机构，按照指令、信号或参数变化而 自动动作，使工作电路接通和切
23、断，如接触器、自动开关等。(2 )非自动电器。这类电器没有动力机构，依靠人力或其他外力来接通或切断 电路，如刀开关、转换开关等。按工作原理分类，电器可分为电磁式电器和非电量控制器(1)电磁式电器。电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接 触器、各种电磁式继电器等。(2 )非电量控制器。电器根据外力或某种非电物理量的变化而动作，如刀开 关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。(三)按照用途分类，电器可分为控制电器、保护电器和执行电器(1)控制电器。用来控制电动机的启动、正反转、制动、调速等动作的电器，如 开关、信号控制电器、接触器、继电器、电磁启动器等。(2 )保护
24、电器。用于保护电路及用电设备，使其平安运行的电器，如熔断器、 电流继电器、热继电器等。耐潮、耐腐蚀、防爆等特殊工作环境中以及要求高、可靠的工作场合，都较之传 统的电磁式继电器有无可比较的优越性，固态继电器的缺点是过载能力低，易受 温度和辐射影响，通断阻抗比小。固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件, 中间采用隔离器件实现输人、输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关形式可分为常开 型和常闭型。按隔离形式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔 离型为最多。（十）保护电器1 .熔断器熔断器是一种简单有效而价廉的保护电器，是利用金属的熔
25、化作用来切断电 路的。它串接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路或严重过载的保护 元件。熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和放置熔体的绝缘管（有利于熔断器的 灭弧）或绝缘底座（亦称熔壳）组成，熔体是由易熔金属铅、锡、锌、铜、银及 其合金制成，有丝状、片状及笼状等形式。正常工作情况下，负载电流流过熔体, 熔体电阻引起的损耗使其发热，但发热温度低于熔体的熔化温度，故长期不会熔 断；当电路发生过载或短路时，电流大于熔体允许的正常发热电流，熔体温度急 剧上升，超过熔体的熔点使熔体熔断，从而切断电路，保护了其他电气设备。更 换新熔体后，电路又可重新工作。熔体允许长期通过1 . 2倍额定电流。但当电路发
26、生短路及严重过载时，熔 体中产生的热量与通过电流的平方及通过电流的时间成正比，即通过电流越大， 熔体熔断的时间越短。熔断器的类型有瓷插式、螺旋式和密封管式3种。熔断器的图形与文字符号 如图4-1-32所示。图4-1-32熔断器图形与文字符号选择熔断器时，主要考虑以下几个主要技术参数。(1)额定电压这是从火弧角度出发，规定熔断器所在电路工作电压的极限。如果熔断器的 实际工作电压超过该额定电压，一旦熔体熔断时，可能发生电弧不能及时熄灭的 现象。(2)熔体额定电流这是指熔体长期通电而不会熔断的最大电流。厂家生产的熔体有大小不同的 假设干标准值，可根据负载电流的大小来选定。(3)熔断器额定电流这是熔断
27、器长期工作所允许的由温升决定的电流值。该额定电流应不小于所 选熔体的额定电流，并且在该额定电流范闱内的不同规格的熔体可装人同一熔壳 内。(4)极限分断能力极限分断能力是指熔断器所能分断的最大短路电流值。它取决于熔断器的灭 弧能力，与熔体的额定电流大小无关。一般有填料的熔断器分断能力较大，可大 至数十千安到数百千安。较重要的负载或距离变压器较近时，应选用分断能力较 大的熔断器。2 .热继电器热继电器是根据被控对象的温度变化而动作的继电器，主要用来保护电动机 的过载。电动机工作时允许短时过载，但长期过载、欠电压运行或缺相运行时， 电动机的温升就会超过额定工作温升，导致绕组绝缘损坏，降低电动机的寿命
28、， 必须予以保护。但熔断器和过电流继电器只能保护电动机不超过允许的最大电 流，并不能反映电动机的发热状况。因此，常采用 热继电器进行保护(见图4 -1-33 ) o(1)热继电器的结构和工作原理热继电器由加热元件、双金属片、触头系统等 组成(见图4 1 34 ),其中双金属片是关 键的测量元件。双金属片由两种热膨胀系数不同的 金属通过机械碾压形成一体，热膨胀系数大的一侧 称为主动层，小的一侧称为被动层。双金属片受热 后产生热膨胀，但由于两层金属的热膨胀系数不 同，且两层金属又紧密地结合在一起，致使双金属 片向被动层一侧弯曲，因受热而弯曲的双金属片产生的机械力就带动动触头产生 分断电路的动作。热
29、继电器原理图中加热元件13串接在电动机定子绕组中，电动机绕组电流 即为流过加热元件的电流。1.固定柱2.双金属片3.导板4、6静触头5.动触头连杆7.螺钉8.复位按钮9.黄片1。弹簧】L支撑杆】2.调节偏心轮13.加热元件14.补偿双金属片图4-1-34热继电器原理图电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片2弯曲，但缺乏以 使热继电器动作，只有当电动机过载时，加热元件产生大量热量使双金属片弯曲 位移增大从而推动导板3左移，通过补偿双金属片14与簧片9将动触头连杆5 和静触头4分开。动触头连杆5和静触头4是热继电器串接于接触器电气控制线路中的常闭 触头，一旦两触头分开，就使接触器线圈断电
30、，再通过接触器的常开主触头断开 电动机的电源，使电动机获得保护。热继电器文字符号如图4-1-35所示。加热元件热继电器触头图4-1-35热继电器文字符号(2)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和热元件的额定电流等 级。例如某电动机的额定电流为14. 6A ,额定电压为380v ,如果选用JRIO 一 40型热继电器，那么可选择热元件的电流等级为16A ,其电流调节范围为10 16A ,因此可将其电流整定为14 . 6A o3 .电流继电器电流继电器根据电流信号动作，是使用最多的基础继电器之一。电流继电器的线 圈是电流线圈，其特点是匝数少、导线粗、阻抗小、能通过较大电流，
31、串接于被 保护电路中。电流继电器分为欠电流继电器和过电流继电器两类。大于线圈额定电流值而动作的为过电流继电器，小于线圈额定电流值而动作的为欠电流继电 器，两者结构、原理大致相似。电流继电器的图形及结构，如图4T-36所示。L铁芯2.磁拢3.弹簧4.衔铁5.电流线图6.常开触头7.常闭触头图4-1-36电流继电器的图形及结构过电流继电器广泛用于直流电动机或绕线转子异步电动机的控制电路中，用 于频繁、重载启动的场合，作为电动机或主回路的过我、短路保护；欠电流继电 器主要用于直流电动机中，对电动机进行弱磁保护（防止励磁电流过小，电动机 因转速过高或电枢电流过大而损坏）。欠电流继电器的吸引电流通常是线
32、圈额定电流的30 %65% ,释放电流 为额定电流的10 %20 % ,因此，电路正常工作时: 衔铁是吸合的；当电流 低于某一整定值时，继电器释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不 动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围通常为1 . 1 4倍额定电 流。比较常见的欠电流继电器有JT3、JT4、JT9、JT10 ,过电流继电器有 JL3、JT4、JL14、JL15等型号。选择电流继电器时主要根据电路内的电流种 类和额定电流的大小。4 .电压继电器电压继电器根据电压信号动作，也是使用数量最多的基础继电渊之一（见图4T -37 ）。根据动作电压的不同有过电压继电器、欠（零）电压继电器之
33、分。图4-1-37电压继电器（1 ）过电压继电器当控制线路出现超过所允许的正常电压时（一般是额定电压的110 % 115 % ）,继电 器动作而控制切换电潜（接触器），使电动机等停止工作，以保护电气设备不致 因过高的电压而损坏。（2 ）欠（零）电压继电器当控制线圈电压过低，使控制系统不能正常工作（如异步电动机因TocU 不宜在电压过低的情况下工作），此时利用欠电压继电器电压过低时动作，使控 制系统或电动机脱离不正常的工作状态，这种保护称欠（零）压保护。通常，欠 电压继电器在电压为额定电压的40 % 70 %时动作；零电压继电器当电压降 低到额定电压的5 %-25 %时动作。欠（零）电压继电器常
34、用于交流电动机的欠压和零压保护以及制动和反转控制等; 过电压继电器常用于直流电动机放大机控制系统中，防止放大机因过高的电压而 损坏。电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是其线圈为电压线圈，线圈匝 数多、导线细、阻抗大，与相应电源并联。常用的电压继电器有JT系列、JY系 列等。选择电压继电器时根据线路电压的种类和大小。5 .速度继电器速度继电器是当转速到达规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动 控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。速度继 电器的图形及结构如图4-1-38所示。】转子2.电动机轴3.定子4.笼形绕组5.定子柄6.动触头7.反力弹簧图4-1-
35、38速度继电器图形及结构转子是一块固定在轴上的永久磁铁。浮动的定子与转子同心，而且能单独偏 摆，定子由硅钢片叠成，并装有笼形绕组。速度继电器的轴与电动机轴相连，电 动机旋转时，转子随之一起转动，形成旋转磁场。笼形绕组切割磁力线而产生感 应电流，该电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，使定子随转子向转了,的转动方向 偏摆，定子柄推动相应触头动作。定子柄推动触头的同时，也压缩反力弹簧，其 反作用阻止定子继续转动。当转子的转速下降到一定数值时，电磁转矩小于反力 弹簧的反作用力矩，定子返回原来位置，对应的触头恢复原始状态。调整反力弹4W常开触点常闭触点图4-1-39速度继电器文字符号4W常开触点常闭触点图4
36、-1-39速度继电器文字符号簧的拉力即可改变触头动作的转速。一般速度继电器的动作转速为120r/ min , 触头复位转速为100r / min以下。速度继电 器的文字符号如图4 -1 -39所示。（十一）执行电器1 .电磁铁电磁铁是一种通电以后对铁磁物质产生引力，把电磁能转换为机械能的电器。在控制电路中，电磁铁主要应用于两个方面：一是用作控制元件，例如用电 磁铁控制摩擦制动器（电磁制动器）、用电磁铁控制液压阀（电磁阀）等；二是 用于电磁牵引工作台，它起着夹具的作用。电磁铁由励磁线圈、铁心和衔铁三局部组成。线圈通电后产生磁场，吸合衔 铁，使与衔铁相连接的机械装置动作。线圈中通以直流电的称为直流
37、电磁铁，通 以交流电的称为交流电磁铁。直流电磁铁的线圈通直流电，产生恒定磁通，铁芯中没有磁滞损耗与涡流损 耗，只有线圈本身的铜损。因此，铁芯用电工纯铁或铸钢制成圆环形，线圈无骨 架。而交流电磁铁为减少交变磁场在铁芯中产生的涡流损耗和磁滞损耗，铁芯一 般采用硅钢片叠压后卸成，线圈有骨架，呈短粗形以增加散热面积。（1 ）直流电磁铁的特点及应用直流电磁铁的线圈电流与衔铁位置无关，但电磁吸力与气隙长度关系很大， 所以衔铁工作行程不能很大，由于线圈电感大，线圈断电时会产生过高的自感电 势，故使用时要采取措施消除自感电势（常在线圈两端并联一个二极管或电阻）。 直流电磁铁的工作可靠性高、动作平稳（吸合时间0
38、 . 05 0 . 085 ）、允许 的切换频率较高（一般为120次/min ,最高可达300次/ min ）,且冲击小、 体积小、寿命比交流电磁铁长，适用于动作频繁、工作平稳可靠的执行机构。直 流电磁铁的缺点是需要直流电源，本钱较高。常用的直流电磁铁有MZZ IA J1ZZZS 系列直流制动电磁铁和MWI、MwZ系列起重电磁铁。（2 ）交流电磁铁的特点及应用交流电磁铁启动力较大，无须专门电源，吸合快（动作时间0 . 01 0 . 035 ）；但是，假设电源电压下降15%以上，那么吸力明显减小，假设电磁铁不动作， 干式电磁铁会在1015min后烧坏线圈（湿式为11 . 5h ）,且冲击较大,
39、寿命低，因而实际使用中允许的切换频率一般为10次/min ,不得超过30次 /min o交流电磁铁适用于操作不太频繁、行程较大和动作时间短的执行机构， 常用的交流电磁铁有MQZ系列牵引电磁铁、MZDI系列单相制动电磁铁和MZS1 系列三相制动电磁铁。2 .电磁离合器电磁离合器是利用外表摩擦或电磁感应来传递两个转动体间转矩的执行电 器，由于能实现远距离操纵，控制能量小，便于实现机床自动化，同时动作快， 结构简单，故获得了广泛应用。常用的电磁离合器有摩擦片式电磁离合器、电磁 粉末离合器、电磁转差离合器等。图4-1-40所示是电磁多片摩擦离合器的结构 图。主动轴1与装有励磁线圈4、集流环5和一组可沿
40、轴线方向移动的摩擦片 的磁扼7固连，从动轴9与上面装有另一组摩擦片的套筒固连，两组摩擦片相 间排列。在电磁离合器没有动作之前，主动轴由原动机带动旋转，从动轴那么不转 动。当励磁线圈4通以电流后，电流经正电刷、集流环流人线圈，并由另一集 流环从负电刷返回电源，电磁吸力吸引盘形衔铁2克服复位弹簧3的阻力向右 运动，通过压块6使两组摩擦片压紧，主、从动轴处于接合状态，两者一起转 动。当电流切断时，磁力消失，依靠复位弹簧将衔铁推开，使两组摩擦片松开， 离合器处于别离状态。L主动轴2.衔铁3.复位弹赞4.励磁线圈5.集流环6.压块7.磁糖8.摩擦片组9.从动轴 图4-1-40电磁多片摩擦离合器结构图电磁
41、离合器除了用于传动外，也常用于制动。制动时，靠电磁离合渊的作用 使主轴与电动机脱离，同时又将主轴压紧在机身上，从而使主轴迅速制动。调整 电磁离合器的励磁电流大小就可改变制动力的大小。目前，国产的电磁多片摩擦离合器有DIM0 DIMS等系列产品，其工作频 率在20次/min以下。第二节变压器变压器是一种用于电能转换的电器设备，它可以把一种电压、电流的交流电 能转换成相同频率的另一种电压、电流的交流电能。变压器的功能主要有电压变 换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。最基本的变压器，是以电感方式藕合在一起的两组绕有导线的线圈。当交流 电流（具有某一频率）流于其中一组线圈时.，于另一组线圈中将
42、感应出具有 相同频率的交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈藕合及磁交链的程度。连 接交流电源的线圈称为“一次线圈”（也称为初级线圈），跨于此线圈的电压称 为“一次电压”；同样的，另一组线圈称为“二次线圈”（也称为次级线圈），所 感应的电压为“二次电压”。二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，这 是由一次线圈与二次线圈间的“匝数比”所决定的。因此，变压器分为升压变压 器与降压变压器两种。变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式 变压器、干式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、防雷变 压器、箱式变压器和箱式变电器等。一、变压器的基本原理变压器的工作原
43、理如图4-2所示，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两 端时，导线中就有交变电流II并产生交变磁通动中1 ,它沿着铁芯穿过初级线 圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2 ,同时1也 会在初级线圈上感应出一个自感电势E1 , E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了 口的大小。为了保持磁通功.的存在就需要有一定的电 能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中 仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流人，并因此而产生磁通动中2,2的 方向与中1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少
44、，从而使 初级自感电压Ei减少，其结果使几增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。 当次级负载电流加大时II增加，中1也增加，并且中1增加局部正好补充了被 中2所抵消的那局部磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损 耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电 功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改 变允许负载消耗的功率。图4-2变压器工作原理二、变压器的损耗当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身 也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形 成闭合回路并产生电流，好像一
45、个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压 器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热，变压器的温升增加。由“涡流”所产 生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜导线，这些铜导 线存在着电阻，电流流过时电阻会消耗一定的功率，这局部损耗往往变成热量而 消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要是由铁损和铜损产生 的。由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输人功率，为此 我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，H=输出功率/输人功率。三、变压器铭牌的主要技术参数(1)额定容量：变压器长时间所能连续输出的最大功率。单位是KVA o(2 )额定电压：变压器长时间运行时
46、所能承受的工作电压(铭牌值为中间分接 头的值)。单位是KV o(3 )额定电流：变压器在额定电压下允许长期通过的电流。单位是A o(4 )容量比：变压器各侧额定容量之比(各侧的额定容量不一定相同)。(5 )电压比：变压器各侧额定电压之比。(6 )阻抗(或短路)电压():把变压器二次绕组短路，在一次绕组上逐渐 压到二次绕组的短路电流达额定值时，一次绕组所施加的电压值。常用额定电压 的百分数来表示。(7 )短路损耗(即铜损)：把变压器二次绕组短路，在一次绕组通人额定电流 时变压器消耗的功率。单位是kW O(8 )空载损耗(即铁损)：变压器在额定电压下，二次空载(开路)时变压器 铁芯(励磁和涡流)所
47、产生的损耗。单位是kW 0（9 ）空载电流（）：变压器在额定电压下，二次空载（开路）时在一次绕组 通过的（励磁）电流。常用额定电流的百分数来表示。（10 ）接线（或联结）组别：用于标明变压器各侧三相绕组的连接顺序、绕向和 极性以及各侧线电压相互关系的时钟表示方法。对高压绕组用符号Y （星形）、 D （三角形）、Z （曲折形）；中、低压侧用y、d、z ；有中性点引出时用 YN、zN和yn、： n ；自藕变压器有公共局部的两绕组中额定电压低的一个 用a表示。（3）执行电器。用来驱动机械运行或保持机械装置在指定位置的电器。如电磁 阀、电磁离合器、电磁制动器等。大多数电器既可作控制电器，也可作保护电器
48、，它们之间没有明显的界限。 例如，电流继电器可按“电流”参量来控制电动机，又可用来保护电动机不致过 载；又如行程开关既可用来控制工作台的加、减速及行程长度，又可作为终端开 关保护工作台不致闯到导轨外面去。二、低压电器的基本结构从组成上看，低压电器一般都具有两个基本组成局部，即感测局部和执行部 分。感测局部大多是电磁机构，执行局部一般是触头。当触头分断大电流电路时, 一般还需要火弧装置。（一）电磁机构电磁机构是各种电磁式电器的感测局部，其作用是将电磁能转换成机械能从 而带动触头的闭合或分断。电磁机构一般由线圈、铁芯和衔铁三局部组成。根据动作方式的不同分为直动式 和转动式（见图4 -1-1 ） o电磁机构的工作原理是线圈通电