第一章电气控制基础本章主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，电器控制线路的基本环节，并通过对典型电器控制系统的分析，学会正确选择和合理使用常用电器、学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。
第一节常用电器元件及符号。
一、电器的基本知识。
一）电器的分类电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。完成由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器—接触器控制系统，简称电器控制系统。电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。
下面是几种常用的电器分类。
1．按工作电压等级分类。
1）高压电器用于交流电压1200v、直流电压1500v及以上电路中的电器。
例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
2）低压电器用于交流50hz(或60hz)，额定电压为1200v以下；直流额定电压1500v及以下的电路中的电器。
例如接触器、继电器等。
2．按动作原理分类。
1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。
2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。
3．按用途分类。
1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。
2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。
3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。
4）执行电器指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。
4．按工作原理分类。
1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。
2）非电量控制电器依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。
二）电器的作用低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。
低压电器的作用有：
1）控制作用如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。
2）保护作用能根据设备的特点，对设备、环境、以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。
3）测量作用利用仪表及与之相适应的电器，对设备，电网或其它非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。
4）调节作用低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等。
5）指示作用利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等。
6）转换作用在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等．
当然，低压电器作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现，常用低压电器的主要种类和用途如表1-1所示。
表1-1 常见的低压电器的主要种类及用途
对低压配电电器要求是灭弧能力强、分断能力好，热稳定性能好、限流准确等。对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、寿命长并具有一定的负载能力。二、接触器接触器，是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。
它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。它还具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。
按照所控制电路的种类、接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。
一）交流接触器。
1．交流接触器结构与工作原理。
如图l-1所示为交流接触器的外形与结构示意图。
交流接触器由以下四部分组成：
图l-1 cj10-20型交流接触器。
1一灭弧罩 2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心 10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点。
1）电磁机构电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。
2）触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。
3）灭弧装置容量在10a以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。
4）其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。
电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。
线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。
2．交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。
按照一般的分类方法，大致有以下几种。
1 按主触点极数分可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。
按灭弧介质分可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660v和1140v等一些特殊的场合。按有无触点分可分为有触点接触器和无触点接触器。
常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。
3．交流接触器的基本参数。
1）额定电压指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。
常用的额定电压值为220v、380v、660v等。
2）额定电流接触器触点在额定工作条件下的电流值。380v三相电动机控制电路中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5a、10a、20a、40a、60a、100a、150a、250a、400a、600a。
3）通断能力可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断能力是额定电流的5～10倍。
当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。
4）动作值可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。
一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85％，释放电压不高于线圈额定电压的70%
5）吸引线圈额定电压接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。
6）操作频率接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大5～7倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。
7）寿命包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20％。
二）直流接触器直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。
三）接触器的符号与型号说明。
1．接触器的符号接触器的图形符号如图l-2所示，文字符号为km。
图1-2 接触器的图形符号。
a)线圈 b)主触点 c)辅助触点。
2．接触器的型号说明。
例如：cjl0z-40／3 为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40a主触点为3极。cjl2t-250／3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250a，3个主触点。
我国生产的交流接触器常用的有cjl0，cjl2，cjx1，cj20等系列及其派生系列产品，cj0系列及其改型产品已逐步被cj20、cjx系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。直流接触器常用的有cz0系列，分单极和双极两大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。
除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足iec标准的交流接触器，下面作以简单介绍。cjl2b-s系列锁扣接触器用于交流50hz，电压380v及以下、电流600a及以下的配电电路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。
其锁扣机构位于电磁系统的下方。锁扣机构靠吸引线圈通电，吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。由于线圈不通电，不仅无电力损耗，而且消除了磁噪音。
由德国引进的西门子公司的3tb系列、bbc公司的b系列交流接触器等具有80年代初水平。它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。3tb系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。
额定电压为220～660v，额定电流为9～630a。
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