1.3 控制开关

控制开关可分为用于控制电路中的主令电器和用于主电路中的凸轮控制器、倒顺开关等。

主令电器用于在控制电路中以开关接点的通断形式来发布控制命令，使控制电路执行对应的控制任务。主令电器应用广泛、种类繁多，常见的有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器、选择开关及足踏开关等。

凸轮控制器主要用于绕线型异步电动机的调速、启动和停止。倒顺开关主要用于鼠笼型异步电动机的正反转控制。

控制开关的文字符号为S。

1.3.1 按钮

按钮是一种最常用的主令电器，其结构简单，控制方便。在控制电路中作远距离手动控制电磁式电器用，也可以用来转换各种信号电路和电器联锁电路等。

1.按钮的结构、种类及常用型号

按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，其结构示意图及图形符号如图1-7所示。触点采用桥式触点，额定电流在5A以下。触点又分常开触点（动断触点）和常闭触点（动合触点）两种。

按钮从外形和操作方式上可以分为平钮和急停按钮，急停按钮又称蘑菇头按钮，如图1-7（c）所示，除此之外，还有钥匙钮、旋钮、拉式钮、万向操纵杆式及带灯式等多种类型。

从按钮的触点动作方式可以分为直动式和微动式两种，图1-7中所示的按钮均为直动式，其触点动作速度和手按下的速度有关。而微动式按钮的触点动作变换速度快，和手按下的速度无关，其动作原理如图1-8所示。动触点由变形簧片组成，当弯形簧片受压向下运动低于平形簧片时，弯形簧片迅速变形，将平形簧片触点弹向上方，实现触点瞬间动作。

小型微动式按钮又称微动开关，其可以用于各种继电器和控制开关中，如时间继电器、压力继电器和限位开关等。

按钮一般为复位式，也有自锁式按钮，最常用的按钮为复位式平按钮，如图1-7（a）所示，其按钮与外壳平齐，可防止异物误碰。

2.按钮的颜色

红色按钮用于“停止”、“断电”或“事故”。

绿色按钮优先用于“启动”或“通电”，但也允许选用黑、白或灰色按钮。

一钮双用的“启动”与“停止”或“通电”与“断电”，即交替按压后改变功能的，不能用红色按钮，也不能用绿色按钮，而应用黑、白或灰色按钮。

按压时运动，抬起时停止运动（如点动、微动），应用黑、白、灰或绿色按钮，最好是黑色按钮，而不能用红色按钮。

用于单一复位功能的，用蓝、黑、白或灰色按钮。

同时有“复位”、“停止”与“断电”功能的用红色按钮。灯光按钮不得用做“事故”按钮。

3.按钮的选择原则

按钮的选择原则主要有以下几个方面：

（1）根据使用场合选择控制按钮的种类，如开启式、防水式和防腐式等。

（2）根据用途选用合适的形式，如钥匙式、紧急式和带灯式等。

（3）根据控制回路的需要确定不同的按钮数，如单钮、双钮、三钮和多钮等。

（4）根据工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。

其中，表1-1给出了按钮颜色的含义。

1.3.2 行程开关

行程开关又称限位开关，它的种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式和转动式等；按触点的性质分可为有触点式和无触点式。

1.有触点式行程开关

触点式行程开关其工作原理和按钮相同，区别在于它不是靠手的按压，而是利用生产机械运动的部件碰压而使触点动作来发出控制指令的主令电器。它用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置等，其结构形式多种多样。

图1-9所示为几种操作类型的行程开关结构示意图及图形符号。

行程开关的主要参数有形式、动作行程、工作电压及触头的电流容量。目前，国内生产的行程开关有LXK3、3SE3、LX19、LXW和LX等系列。

常用的行程开关有LX19、LXW5、LXK3、LX32和LX33等系列。

2.接近开关

接近开关可分为无触点开关和有触点开关，它可以代替有触点行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测及加工程序的自动衔接等的非接触式开关。由于它具有非接触式触发，动作速度快，可在不同的检测距离内动作，发出的信号稳定无脉动，工作稳定可靠，寿命长，重复定位精度高，以及能适应恶劣的工作环境等特点，所以在机床、纺织、印刷、塑料等工业生产中应用广泛。

无触点接近开关分为有源型和无源型两种，多数无触点接近开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路和输出驱动电路3部分，一般采用5V～24V的直流电流或220V的交流电源等。图1-10所示为三线式有源型接近开关结构框图。

无触点接近开关按检测元件工作原理可分为高频振荡型、超声波型、电容型、电磁感应型、永磁型、霍尔元件型与磁敏元件型等。需要注意的是，不同形式的接近开关所检测的被检测体不同。

电容式接近开关可以检测各种固体、液体或粉状物体，其主要由电容式振荡器及电子电路组成，它的电容位于传感界面，当物体接近时，将因改变了电容值而振荡，从而产生输出信号。

霍尔接近开关用于检测磁场，一般用磁钢作为被检测体。其内部的磁敏感器件仅对垂直于传感器端面的磁场敏感，当磁极S极正对接近开关时，接近开关的输出产生正跳变，输出为高电平，若磁极N极正对接近开关时，输出为低电平。

超声波接近开关适于检测不能或不可触及的目标，其控制功能不受声、电、光等因素干扰，检测物体可以是固体、液体或粉末状态的物体，只要能反射超声波即可。其主要由压电陶瓷传感器、发射超声波和接收反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥式开关等几个部分组成。

高频振荡式接近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡器、集成电路或晶体管放大器和输出器三部分组成，其基本工作原理是当有金属物体接近振荡器的线圈时，该金属物体内部产生的涡流将吸取振荡器的能量，致使振荡器停振。振荡器的振荡和停振这两个信号，经整形放大后转换成开关信号输出。

无触点接近开关输出形式有两线、三线和四线式等几种，晶体管输出类型有NPN和PNP两种，外形有方型、圆型、槽型和分离型等多种。

图1-11所示为槽型三线式NPN型光电式接近开关的工作原理图和远距分离型光电开关的工作示意图。

有触点无源接近开关常用的有干簧管，干簧管体积小、结构简单、动作速度快、灵敏度高、价格便宜，在工业控制中得到广泛的应用。

干簧管由一组或几组导磁簧片封装在惰性气体的玻璃管中，导磁簧片既是磁路又是接点，如图1-12（a）所示，当干簧管靠近永久磁铁时，干簧管中的两根导磁簧片被磁化而相互吸引而接触到一起，接点闭合接通电路，当干簧管离开永久磁铁时，磁场消失，簧片靠自身的弹性分断。

接近开关的主要参数有形式、动作距离范围、动作频率、响应时间、重复精度、输出形式、工作电压及输出触点的容量等。接近开关的图形符号如图1-13所示。

接近开关的产品种类十分丰富，常用的国产接近开关有LJ、3SG和LXJ18等多种系列，国外进口及引进产品也在国内有大量的应用。

3.有触点行程开关的选择

有触点行程开关的选择应注意以下几点。

（1）应用场合及控制对象选择。

（2）安装环境选择防护形式，如开启式或保护式。

（3）控制回路的电压和电流。

（4）机械与行程开关的传力与位移关系选择合适的头部形式。

4.接近开关的选择

接近开关的选择应注意以下几点。

（1）工作频率、可靠性及精度。

（2）检测距离、安装尺寸。

（3）触点形式（有触点、无触点）、触点数量及输出形式（NPN型、PNP型）。

（4）电源类型（直流、交流）、电压等级。

1.3.3 转换开关

转换开关是一种多挡位、多触点，以及能够控制多回路的主令电器，其主要用于各种控制设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等，也可用于控制小容量电动机的启动、换向和调速。

转换开关的工作原理和凸轮控制器一样，只是使用地点不同，凸轮控制器主要用于主电路，直接对电动机等电气设备进行控制，而转换开关主要用于控制电路，通过继电器和接触器间接控制电动机。常用的转换开关类型主要有两类，即万能转换开关和组合开关。二者的结构和工作原理基本相似，在某些应用场合下二者可相互替代。转换开关按结构类型可分为普通型、开启组合型和防护组合型等；按用途又可分为主令控制用和控制电动机用两种。转换开关及图形符号，如图1-14所示，其与凸轮控制器一样。

转换开关的触点通断状态也可以用图表来表示，例如，图1-14中的4极3位转换开关可使用表1-2来表示。

转换开关的主要参数有形式、手柄类型、触点通断状态表、工作电压、触头数量及其电流容量，在产品说明书中都有详细说明。常用的转换开关有LW2、LW5、LW 6、LW8、LW9、LW12、LW16、VK、3LB和HZ等系列，其中，LW2系列用于高压断路器操作回路的控制，LW5、LW6系列多用于电力拖动系统中对线路或电动机实行控制，LW6系列还可装成双列形式，列与列之间用齿轮啮合，并由同一手柄操作，此种开关最多可装60对触点。

转换开关的选择可以根据以下几个方面进行：

（1）额定电压和工作电流。

（2）手柄形式和定位特征。

（3）触点数量和接线图编号。

（4）面板形式及标志。

1.3.4 主令控制器和凸轮控制器

主令控制器和凸轮控制器都是手动操作电器，其工作原理和转换开关的工作原理都是一样的，不同的是转换开关主要用于控制和测量电路。主令控制器（又称主令开关）主要用于电气传动装置中，对象是二次电路，所以其触头工作电流不大。按一定顺序分合触头，达到发布命令或其他控制线路联锁、转换的目的。适用于频繁对电路进行接通和切断，常配合磁力启动器对绕线式异步电动机的启动、制动、调速及换向实行远距离控制，广泛用于各类起重机械的拖动电动机的控制系统中。凸轮控制器主要用于控制中小型绕线式异步电动机的主电路，主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的启动、停止、调速、换向和制动，也适用于有相同要求的其他电力拖动场合。控制电流大（10A～600A），各种控制器的作用和工作原理基本类似。下面以常用的凸轮控制器为例进行说明。

凸轮控制器主要由触头、转轴、凸轮、杠杆、手柄、灭弧罩及定位机构等组成。图1-15所示为凸轮控制器的结构原理示意图、图形符号及外形图。凸轮控制器中有多组触点，并由多个凸轮分别控制，以实现对一个较复杂电路中的多个触点进行同时控制。由于凸轮控制器中的触点较多，且每个触点在每个位置的接通情况各不相同，所以，不能用普通的常开常闭触点来表示。图1-15（a）所示为1极12位凸轮控制器示意图。图1-15（b）所示的图形符号表示这一个触点有12个位置，图中的小黑点表示该位置触点接通。由图1-15所示的示意图可见，当手柄转到2、3、4和10号位时，由凸轮将触点接通。图1-15（c）所示为5极12位凸轮控制器，它由5个1极12位凸轮控制器组合而成。图1-15（d）所示为5极12位凸轮控制器的图形符号，表示有5个触点，每个触点有12个位置，图中的小黑点表示触点在该位接通。例如，当手柄打到右侧1号位时，1触点接通。

由于凸轮控制器可直接控制电动机工作，所以，其触头容量大并有灭弧装置。凸轮控制器的优点是控制线路简单、开关元件少、维修方便等；缺点是体积较大、操作笨重，以及不能实现远距离控制。目前使用的凸轮控制器有KT10、KTJ14、KTJ15及KTJ16等系列。