1.1 电气技术基础

电器是对电能的生产、输送、分配和应用起控制、调节、检测及保护等作用的工具之总称，如开关、熔断器、变阻器等。

为了便于讨论、突出共性，通常把能够按照外界指定信号手动或自动地接通和断开电路，实现对电路控制的电器称为控制电器，如熔断器、开关等。

很显然，由控制电器的定义可知，其功能是接通或断开电路；且其功能与外界指定的信号有关。外界指定信号对控制电器的作用即为控制电器的输入；控制电器对电路的通、断功能即为控制电器的输出。控制电器的输出只有通、断两种状态，其输入也只能有两种状态。因此，控制电器是一种双态元件。我们把控制电器接通电路的状态记作输出置“l”状态，断开电路记作输出置“0”状态，则控制电器可以被看成一种逻辑元件。

控制电器按动力的不同，分为自动控制电器和非自动控制电器两类。例如，刀开关由人力直接操作，属于非自动控制电器；接触器由电磁力操作，则属于自动控制电器。

按控制电器工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。

1.1.1 接触器

接触器是利用电磁吸力的作用使主触点接通或断开电动机电路或其他负载电路的控制电器。用它可以实现频繁的远距离操作，它具有比工作电流大数倍的接通和分断能力。接触器最主要的用途是控制电动机的启动、正反转、制动和调速等。因此，它是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。

接触器按主触头流过电流的性质分为交流接触器和直流接触器。

1.接触器的结构及工作原理

电磁式接触器包括以下几部分，如图1-1所示。

（1）触点

触点有主触点和辅助触点之分。主触点尺寸较大，并附有灭弧装置，接在主电路中，用于控制主电路通断；辅助触点用于控制辅助电路的通断，通过的电流较小。

主触点用来接通和分断被控电路。触点由动触点与静触点构成，其结构型式主要有桥式触点和指形触点，如图1-2所示。

为了使动、静触点接触紧密，减小接触电阻，在触点上装有弹簧以增加触点间的压力。桥式触点有两个断口，增加了断弧距离，利用触头回路产生的电动力拉长电弧，使电弧易于熄灭。指形触点在动、静触点的接触过程中有一个滚动过程，可使触点表面的氧化层脱落，所以接触电阻小，可以通过较大的电流。

触点按其动作状态可分为常开触点和常闭触点。常开触点是指在其线圈不通电状态下，该接点是断开状态，当其线圈通电时，该接点就闭合。故常开接点又称动合接点。另一种是常闭触点，指线圈在不通电状态是闭合的，当其线圈通电时，该接点断开。常闭接点又称动断接点。

（2）灭弧

当接触器接点切断电路时，如果电路中电压超过10～12V或电流超过100mA，此时两个触点之间将产生火花，形成气体放电现象，通常称为电弧。所谓气体放电，就是气体中大量带电质点做定向运动。若触点分离瞬间触点间形成很强的电场强度，就会引起冲撞电离，甚至产生热电子发射和热电离，产生电子流，从而形成电弧。电弧可能灼伤触点表面，甚至使触点熔焊而不能正常工作。

为减少电弧的危害，常采用灭弧装置，使电弧迅速熄灭。在直流接触器中常在主触点电路中串入吹弧线圈，形成磁吹式灭弧装置，如图1-3 所示；在交流接触器中常采用桥式触头的电动力灭弧及灭弧罩、灭弧栅、多点灭弧等。图1-4所示为栅片灭弧原理。

（3）电磁机构

电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。

电磁机构的分类如下：

● 按衔铁的运动方式分为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图1-5（a）和（b）所示，其衔铁绕铁轭的棱角转动，磨损较小，铁心用软铁制成，适用于直流继电器和接触器；衔铁沿轴转动的拍合式铁心，如图1-5（c）和（d）所示，其衔铁绕轴而转动，用于交流接触器，铁心用硅钢片制成；衔铁做直线运动的直动式铁心，如图1-5（e）～（g）所示，衔铁在线圈内呈直线运动，多用于交流继电器和接触器中。

● 按磁系统形状可分为U形（见图1-5（c））和E形（见图1-5（d））两种。

● 按激磁线圈的种类可分为交流电磁机构和直流电磁机构两种。

● 按激磁线圈的连接方式可分为并联（电压线圈）和串联（电流线圈）两种。

交流电磁铁在铁心中存在磁滞和涡流损耗（铁损），引起铁心发热。为了减少磁滞和涡流损耗，铁心用硅钢片叠铆而成；直流电磁铁线圈通直流电，无磁滞和涡流损耗，铁心不发热，可以用整块软钢或工程纯铁制成。

交流线圈匝数少、电阻小（靠感抗限制线圈电流）、铜损小，为增加铁心散热面积，线圈制成短而粗的形状，且带有骨架。直流线圈匝数多、电阻大（靠电阻限流）、铜损大，线圈本身会发热，因此做成长而薄的形状，且不带骨架（线圈与铁心直接接触），利于线圈散热。

电磁机构的吸力特性可以用下式表示：

式中，B为气隙磁感应强度，单位T；S为气隙截面积，单位m2。

对于直流电磁铁来说，线圈电流I不变，则气隙磁通

式中，Rc为闭合磁路磁阻，等于铁心磁阻与气隙磁阻R0之和。而Rc≈R0∝δ，其中，δ为气隙长度。因此，

可得到如下结论：①直流电磁铁电磁吸力与气隙的平方成反比。②直流电磁铁线圈电流I与气隙δ无关。可见，直流电磁机构适于频繁操作，其吸力特性曲线如图1-6所示。

需要指出的是，当直流电磁机构的激磁线圈断电时，磁势就由NI急速变为接近于零。电磁机构的磁通也发生相应的急速变化，因而就会在激磁线圈中感生很大的反电势。此反电势可达线圈额定电压的10～20 倍，易使线圈因过压而损坏。为减小此反电势，可在激磁线圈上并联一个放电电阻R。这样，在线圈断电时，该电阻与线圈形成一个放电电路，使原先储于磁场中的能量得以转换成热能消耗在电阻上，而不致产生过压。从降低过电压出发，电阻R宜小一些，但这都会导致长期工作时能量的损耗增大。为解决这个矛盾，可以与电阻串联一个二极管（见图1-7），使正常工作时放电电路不通电。通常，放电电阻的电阻值可取线圈电阻的6～8倍。

对于交流电磁铁来说，由于B=Bmsinωt，于是

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

另外，对于具有电压线圈的交流电磁铁，当外加电压不变时，交流吸引线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻可忽略。

对于交流电磁铁有如下结论：①F随时间周期变化，且有过零点，将产生电磁噪声；②交流电磁铁线圈电流I与气隙δ成正比。

为了抑制交流电磁铁的电磁噪声，可在其铁心端部2/3 处开一个槽，嵌入短路铜环，由于环内和环外通过的磁通相差一个电角度，且幅值也不相同，各自产生的吸力叠加后在任何瞬间合力均不为零，从而可以消除噪声，如图1-8所示。

交流并联激磁的电磁铁，虽然交流电磁机构的气隙磁通Φ近似不变，但气隙磁阻随气隙长度δ而变化。根据磁路定律可知，交流激磁线圈的电流I与气隙δ成正比（见图1-9）。在电磁铁的工作过程中，线圈电流随工作气隙的增大而增大，最大气隙（打开位置）时线圈的启动电流常为闭合位置的工作电流的7～8 倍，甚至十几倍。当衔铁被卡住或频繁操作时，会造成线圈过热而烧毁。

在实际应用中，对频繁操作的交流接触器一般也采用直流电磁机构。为了克服吸合瞬间电磁吸力的不足，通常采用双线圈形式。

2.接触器的型号

目前我国常用的交流接触器主要有CJ20、CJX1、CFX2、CJ12和CJ10等系列，引进产品应用较多的有德国BBC公司制造技术生产的B系列、德国SIEMENS公司的3TB系列、法国TE公司的LC1系列、罗克韦尔自动化公司的Bulletin 100-C/104-C接触器等。

CJ20、CJX接触器型号的含义如下：

CJl0、CJ12 系列是早期全国统一设计的系列产品。CJ20 系列交流接触器是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流50Hz、电压660V及以下、电流630A及以下的电气线路中，结构型式为直动式、立体布置、双断点结构。CJ20—63 型及以上的交流接触器采用压铸铝底座，并以增强耐弧塑料底板和高强度陶瓷灭弧罩组成三段式结构。全系列接触器结构紧凑，便于检修和更换线圈。触头系统的动触桥为船形结构，因而具有较高的强度和较大的热容量。静触头选用型材并配以铁质引弧角，使之既具有形状的稳定性又便于电弧向外运动。触头材料选用银氧化镉，具有较高的抗熔焊和耐电磨损的性能。灭弧罩分纵缝式和栅片式两种。采用双线圈的U形铁心，气隙置于静铁心底部中间位置，使之释放可靠。辅助触头在主触头的两侧，采用无色透明聚碳酸脂做成的封闭式结构，以防灰尘侵入，确保接触良好。图1-10 为CJ20-63型交流接触器的结构示意图。CJ20 接触器的吸引线圈电压有36V、127V、220V、380V四个等级，吸合电压为80%～110%UN，当电压小于75%UN时释放。

B系列交流接触器是我国接触器主要生产厂引进德国BBC公司技术生产的。其特点是，采用倒装式结构，即磁系统在前面而触头系统紧靠安装面，使吸引线圈更换方便，并缩短了主触头接线；通用件和附件多，接触器的零部件大都通用，可以配装气囊式继电器、机械联锁、自锁继电器等；具有可拆卸的触头，其数量可根据需要配置，最多可配置8 对触头。目前国产的CJX1和CJX2系列小容量交流接触器也具有上述特点。

国内常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22和CZl0、CZ2等系列，CZl8系列直流接触器是取代CZ0系列的新产品。

直流接触器型号含义如下：

接触器的图形符号和文字符号如图1-11所示。

3.接触器的主要技术指标

① 额定电压。接触器铭牌标注的额定电压是指主触点上的额定电压。常见的电压等级有：

直流接触器220V、440V、660V。

交流接触器220V、380V、500V。

② 额定电流。指主触点的额定电流。其中：

直流接触器25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

交流接触器5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A。

③ 线圈的额定电压。通常的电压等级有：

直流线圈24V、48V、220V、440V。

交流线圈36V、127V、220V、380V。

④ 额定操作频率；指每小时接通次数。

4.接触器的选用原则

选用接触器可按下列步骤进行：

① 根据负载性质确定工作任务类别。一般交流负载用交流线圈的交流接触器，直流负载用直流线圈的直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流线圈的交流接触器。

② 根据类别确定接触器系列。

③ 根据负载额定电压确定接触器的额定电压，一般二者相等。

④ 根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据实际条件加以修正。例如，当接触器安装在箱柜内时，由于冷却条件变差，电流要降低70%～20%使用；当接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过40%时，若敞开安装，电流允许提高10%～25%，若箱柜安装，允许提高5%～10%。

⑤ 选定吸引线圈的电压。

⑥ 根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之内。

1.1.2 继电器

继电器是一种根据特定形式的输入信号（如电流、电压、转速、时间、温度等）的变化而动作的自动控制电器。它与接触器不同，主要用于反应控制信号，其触点通常接在控制电路中。一般来说，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映继电器的输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，从而闭合或分断电路。

继电器的特点是具有跳跃式的输入-输出特性曲线，如图1-12所示。当继电器获得一个输入信号x时，不论信号幅值多大，只要尚未达到动作幅值x2，则继电器不动作，输出信号y等于零，这时继电器的工作点在0～a之间。当输入信号达到动作值x2时，继电器立即动作，其工作点瞬时从a点跳到b点，输出一个y1的信号。在这以后，即使继续增大输入信号，输出信号仍为y1不变。在继电器动作后，如果输入信号减弱了，工作点并不沿折线b-a-O变化，而是沿b-c变化，即在x略小于动作值x2时，继电器并不释放，继续输出信号y1。只有当x减小到继电器的释放值x1时，它才释放，不再有信号输出。此时，继电器的工作点沿折线b-c-d-O变化，恢复原状。

根据继电器的作用，要求继电器反映灵敏准确、动作迅速、工作可靠、结构坚固、使用耐久。k=x1/x2称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一，k值可通过调节释放弹簧的松紧程度或调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚度来改变。一般继电器要求有低的返回系数，k值应在0.1～0.4之间；欠压继电器则要求有高的返回系数，k值应在0.6以上。

另外三个重要参数是灵敏度、吸合时间与释放时间。灵敏度是指使继电器动作所需的最小功率；吸合时间是指从线圈接受信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。其大小影响继电器的操作频率。

继电器按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、速度继电器、舌（干）簧继电器、时间继电器、温度继电器等。按动作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、电动式继电器、电子式继电器等。这里主要介绍电器控制系统上用的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等。

1.电磁式继电器

电磁式继电器与接触器类似，其典型结构如图1-13 所示。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器和中间继电器。

（1）电流继电器

电流继电器的线圈是电流线圈，它与负载串联以反应负载电流的变化，故它的线圈匝数少而导线粗，这样通过电流时的压降很小，不会影响负载电路的电流，而导线粗、电流大仍可获得需要的磁势。

根据实际应用的要求，除一般用的电流继电器外，还有控制与保护用的过电流继电器和欠电流继电器。

过电流继电器在正常工作时衔铁不动作，当电流超过某一整定值时，衔铁动作，于是常开触点闭合，常闭触点断开。一般交流过电流继电器调整在（110～400）%IN动作，直流过电流继电器调整在（70～300）%IN动作。

欠电流继电器是当电流降低到某一整定值时，继电器释放。所以电路电流正常时，衔铁吸合。

（2）电压继电器

电压继电器的线圈是电压线圈，导线细、电阻大，与负载并联以反映电路电压的变化。

电压继电器有过电压、欠电压、零电压继电器等。零电压继电器是电压降低到接近零时衔铁才释放的继电器。一般来说，过电压继电器在电压为（110～115）%UN以上时动作，对电路进行过电压保护；欠电压继电器在电压为（40～70）%UN时动作，对电路进行欠电压保护；零电压继电器当电压降至（5～35）%UN时动作，对电路进行零压保护。

（3）中间继电器

中间继电器实质上也是一个电压线圈的继电器。它具有触点多（6 对甚至更多）、触点电流大（额定电流为5～10A）、动作灵敏（动作时间小于0.05s）等特点。可以用它来增加控制电路的回路数或放大信号。

（4）电磁继电器的整定方法

根据系统要求，使继电器预先达到某一个动作值，称为整定值。

图1-14 示出了电磁继电器的吸力特性与反力特性的配合关系。其中，衔铁所受反力包括：恢复弹簧的作用力、触头弹簧的作用力及可动部分的重量。图中，a0f0为释放弹簧反作用力（含可动部分重量）。在气隙为δ0时，常闭触头开始打开，至δ1时完全打开；在气隙为δ2时，常开触点开始闭合，至δ3时完全闭合。总的反力特性为abcdef。

由图1-14 可知，反力弹簧对衔铁吸合动作产生反力，衔铁吸合时，吸力特性必须始终大于反力特性；释放时，吸力特性必须始终低于反力特性。线圈动作电压（或电流）、返回电压（或电流）的大小均受反作用弹簧松紧的影响。为了调整返回电压（或电流），可以在衔铁闭合面内人为地装一层非磁性垫片，这个垫片的厚薄影响着闭合后磁路的磁阻，从而也改变了返回电压（或电流）的大小。

由上面分析可知，电磁继电器的整定方法就是改变反作用弹簧的松紧和非磁性垫片的厚薄。

对电压继电器的整定：用电压表并接于线圈两端，用滑线电阻调节线圈两端电压。如欲整定动作电压，则将电压调节到所要求的动作值，断开电源（滑线电阻不要改变）。调节反作用弹簧的松紧，每调节一次，合上一次电源，直到合上电源后，衔铁刚好动作为止。如欲整定返回电压，则应主要改变非磁性垫片的厚度（如果吸合电压没有固定要求，也可调节反作用弹簧）。这时应先让继电器闭合，再改变滑线电阻，将线圈电压减小，直到电压达到所要求的值，再调节非磁性垫片的厚度（每次调节都应先断开线圈电压），直至达到在所要求的返回电压下衔铁打开为止。

电流继电器的整定方法与上面一样，只不过改用电流表串接在线圈回路内。

需要指出的是电磁式继电器的整定值只能在小范围内变化，因为如果弹簧太紧，就有可能使线圈吸不动衔铁，不能闭合。如果太松，则有可能不能释放，造成动作不可靠。

继电器的图形符号和文字符号如图1-15所示。

2.时间继电器

从得到输入信号起，到产生相应的输出信号（如触点的通断等），有一个符合一定准确度的延时过程的继电器（时间继电器），它在电路中起控制动作时间的作用。时间继电器的延时方式有两种：通电延时型——接受输入信号后要延迟一段时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出即时复原。断电延时型——当接受输入信号时，立即产生相应的输出信号；但当输入信号消失后，继电器需经过一定的延时，输出才复原。

时间继电器是在电路中启用作时间控制作用的继电器，应用范围很广，从某些简单生产机械到尖端科学部门都需要用到它，特别是电力拖动系统和各种自动控制系统，其程序安排大多依靠时间继电器来完成。

时间继电器的种类很多，从设计原理上分有电磁式、空气阻尼式、电动机式和晶体管式时间继电器。

罗克韦尔自动化公司生产的接触器和继电器大多可以通过加入扩展的定时模块附件直接起到时间继电器的作用。此外，罗克韦尔自动化公司也生产专用的时间继电器，其中Bulletin 700-FE系列是经济型时间继电器，可分为单功能继电器和多功能继电器。单功能继电器具有4种固定功能和4个时间设定范围。多功能继电器具有4种计时功能和4个事件设定范围。4种计时功能是吸合延时、复位延时、瞬间延时、上电接通式交替接通。KOP系列是电子式时间继电器。

时间继电器的图形符号和文字符号如图1-16所示。

3.热继电器

热继电器主要用于电动机的过载、断相及电流不平衡的保护，以及其他电气设备发热状态的控制。其结构形式有双金属片式、热敏电阻式、易熔合金式。

图1-17为双金属片式热继电器结构示意图。这种热继电器主要由热元件、双金属片和触点组成。热元件由发热电阻丝做成，双全属片由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热时，就会出现弯曲变形。使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机的控制电路中。当电动机正常运行时，热元件产生的热量不足以使热继电器触点动作；当电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动推杆使触点动作，从而切断控制电路以起到保护作用。热继电器动作后，经过一段时间的冷却后，能自动复位或手动复位。热继电器动作电流的调节可以通过调节螺钉的位置来实现。

热继电器分一相、两相和三相三种结构，三相结构的热继电器还分带断相保护和不带断相保护两种。JR1、JR2、JR0、JRl5系列为二相结构的热继电器，JRl6系列为断相保护热继电器。它们应用于不同情况。

① 在三相电源对称，电动机三相绕组绝缘良好的情况下，电动机的三相线电流是对称的，这时可以采用一相结构的热继电器。

② 当电动机出现一相断线故障，并且正好发生在串有一相结构的热继电器这一相时，就需采用两相结构的热继电器。

③ 当三相电源因供电线路故障而发生严重的不平衡、电动机绕组内部发生短路或绝缘不良等故障时，就可能使电动机某一线电流比其他两线电流要高，而恰好在电流过高的这一相中没有热元件，此时就需采用具有三个热元件的三相结构热继电器。两相、三相结构热继电器的工作原理相同，只需增加双金属片和热元件。

④ 对于Δ连接的三相感应电动机，一般热继电器的热元件串接于电源进线中，并且按电动机的额定电流来选择热继电器。当三相电源断相时，如果故障电流达到额定值，电动机内部电流较大的那一相绕组的故障相电流已超过额定相电流了，如前所述，由于热元件是串接在电源进线中的，所以继电器不会动作，电动机就有过热的危险了。解决的办法是，可以将三个热元件分别串接在电动机的每相绕组中，这时热继电器的整定电流值按每相绕组的额定电流来选择。但是这样接线复杂、导线较粗。为了解决Δ连接的三相鼠笼式电动机的断相保护问题，可以采用带断相保护装置的热继电器，其结构如图1-18所示。

当电流为额定值时，三个热元件发热正常，其端部均向左弯曲并推动上下导板同时左移，但到不了动作线，继电器不会动作；当电流过载到达整定电流时，双金属片弯曲较大，把导板和杠杆推到动作位置，继电器动作；当一相断路时，该相热元件温度由原来正常发热状态下降，双金属片由弯曲状态伸直，推动上导板右移，同时由于其他两相电流较大，推动下导板左移，使杠杆扭转，继电器动作，起到了断相保护作用。

热继电器的图形符号和文字符号如图1-19所示。

4.速度继电器

速度继电器也称反接制动继电器，常用于三相笼型异步电动机反接制动电路中。

图l-20 为JY1 型速度继电器的结构图，主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一块永久磁铁，固定在轴上；定子的结构与笼型异步电动机的转子相似，由硅钢片叠成，并装有鼠笼型绕组。定子与轴同心且能独自偏摆，与转子间有气隙。速度继电器的轴与电动机的轴同轴连接。当电动机旋转时，速度继电器的转子跟着一起转，永久磁铁产生旋转磁场，定子上的笼型绕组切割磁通而产生感应电势和电流，导体与旋转磁场相互作用产生转距，使定子跟着转子的转动方向偏摆，转子速度越高，定子导体内产生的电流越大，转矩也就越大。定子偏摆到一定角度时，通过定子柄拨动触点，使继电器相应的动断、动合触点动作。当转子的速度下降到接近零时（约100r/min），定子柄在动触点弹簧力的作用下恢复到原来的位置。

常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型。JY1型能在3000 r/min以下可靠工作；JFZ0-1型适用于300～1000 r/min；JFZ0-2用于1000～3600 r/min。速度继电器主要根据电动机的额定转速进行选择，还可以通过调节螺钉（图中没有画出）的松紧，调节反力弹簧的反作用力，来改变继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。

速度继电器的图形符号和文字符号如图1-21所示。

1.1.3 主令电器

主令电器是用来接通和分断控制电路以发布命令、或对生产过程进行程序控制的开关电器。

主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、行程开关、万能转换开关和主令控制器等。

1.控制按钮

控制按钮用作低压电路中远距离手动控制各种电磁开关，或用来转换各种信号电路与电器联锁线路等。

控制按钮一般由按钮、恢复弹簧、动静触点和外壳等组成，如图1-22所示。当按下按钮时，常闭触点断开，常开触点闭合；当按钮释放后，在恢复弹簧的作用下使按钮复原。

控制按钮有单式、复式和三连式。为了便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常在按钮上做出不同的标志或涂以不同的颜色，一般以红色表示停止，绿色或黑色表示启动。

常用的控制按钮有LA2、LA10、LA18、LA19、LA20、LAY3、LAZ1等。控制按钮的图形符号和文字符号如图1-23所示。

2.行程开关

行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器。

从结构上来看，行程开关分为三部分：操作头、触点系统和外壳。操作头是开关的感应部分，它接受机械设备发出的行程位置信号，并将此信号传递到触点系统；触点系统是开关的执行部分，它将行程位置信号通过本身的转换动作，变换为电信号，输出到有关的控制回路，使之做出相应的反应。

行程开关按其结构可分为直动式（LX1，JLXK1系列）、滚动式（LX2，JLXK1系列）和微动式（LXW-11，JLXK1-11型）三种，如图1-24所示。

除了上述常用的行程开关以外，还有引进生产的西门子公司的3SE3 系列产品，其规格全，外形结构多样，技术性能优良，拆装方便，动作可靠。

行程开关的图形符号和文字符号如图1-25所示。

3.万能转换开关

万能转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制器。它由操作机构、定位装置和触点三部分组成。触点的通断由凸轮控制，触点为双断点桥式结构。目前用的最多的万能转换开关产品有LW5、LW6系列。LW5的结构如图1-26所示。

万能转换开关手柄放在不同位置，其多层接点的通断情况也不同。万能转换开关的图形符号和文字符号如图1-27所示。其中打“●”表示手柄在该位置时，该触点接通。

1.1.4 刀开关

刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的一种电器，主要用在低压配电设备中，作为不频繁地手动接通和分断交直流电路或用作隔离开关。

刀开关按极数可分为单极、双极和三极型；按结构可分为平板式和条架式；按操作方法可分为直接手柄操作式、杠杆操作式和电动操作式。

刀开关由绝缘底板、绝缘手柄及触刀组成，如图1-28所示。触刀插入静插座时，电路接通；触刀与静插座分离时，电路分断。电路断开时，触刀不带电。

常见的刀开关型号有HD11～HD14型和HS11～HS14型，额定电压500VAC(50Hz)/440VDC、额定电流100～1500A。

刀开关的选用原则如下：

① 根据在线路中的作用和安装位置确定结构形式（分断负载时，须带灭弧罩及杠杆操作机构）；

② 考虑操作位置（正面、侧面）、手柄操作或杠杆操作、接线方式（板前或板后）等；

③ 根据线路电压和电流来选择。注意：如果可能出现的最大短路电流超过动热稳定电流的允许值，则要选择工作电流高一级的产品。

刀开关的图形符号和文字符号如图1-29所示。

1.1.5 自动开关

自动开关也称低压断路器或自动空气断路器，主要用在低压动力线路中。它除了能手动或自动接通动力电源外，还能在发生严重过载、短路及欠压等故障时自动切断电路，实现对线路、电源设备及电动机的保护，也可用于不频繁地转换及启动电动机。

自动开关按结构和用途分为塑料外壳式、框架式、限流式及漏电保护式。框架式自动开关为敞开式结构，主要用作配电网络的保护开关，适用于大容量线路。塑料外壳式自动开关的结构特点是具有安全保护用的塑料外壳，适用于配电网络的保护开关和电动机、照明电路及电热电路的控制开关。

自动开关由触头系统、灭弧系统、各种脱扣器、开关机构、框架或外壳组成。图1-30 为自动开关的工作原理简图。自动开关主触头闭合时，传动杆由锁扣钩住，分断弹簧受到拉伸并且储能。当主线路电流超过一定数值时，过流脱扣器衔铁吸合，其顶杆向上运动将锁扣顶开，已储能的分断弹簧将触头分断；如果主线路欠压，则失压脱扣器工作；分励脱扣器由控制电源供电，由操作人员或保护信号控制。

自动开关的额定电压是指其最大工作电压，包括额定工作电压UN和额定绝缘电压Ui。电压等级有交流220V、380V、660V、1140V，直流110V、220V、440V等。额定电流是指过流脱扣器的额定电流，或自动开关的额定持续工作电流；额定短路分断能力是指在规定的使用条件下，分断预期短路电流的能力。

自动开关的选用原则如下：

① 自动开关的额定工作电压等于或大于线路的额定电压；

② 自动开关的过流脱扣器的额定电流等于或大于负载工作电流；

③ 自动开关的欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压；

④ 根据不同需要选择不同用途的自动开关；

⑤ 自动开关的极限分断能力大于线路可能出现的最大短路电流；

与熔断器配合使用时，应使熔断器作为自动开关的后备保护。

自动开关的符号如图1-31所示。

1.1.6 熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。它主要由熔体和熔断管两部分组成。使用时，熔断器串接于被保护电路中。当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路。故熔断器主要用于短路保护。

熔断器种类很多，其典型结构如图1-32所示。熔断器通常按以下方式分类；

按发热时间常数（热惯性）分为无热惯性、大热惯性、小热惯性三种，热惯性越小，熔化越快。

按熔体形状分为丝状、片状、笼状（栅状）三种。

按支架结构分为螺旋式、插入式和管式三种。管式又分为有填料与无填料两种，填料采用石英砂等材料以增加灭弧能力。

熔断体的典型结构如图1-33 所示。它包括熔体（金属丝或片）、填料（亦有无填料的）、绝缘管及导电触头。

通常把熔断体内能装入的最大熔体的额定电流称为熔断器的额定电流；熔断器长期工作时和分断线路时能够承受的电压，称为熔断器的额定电压；熔断器的额定分断能力定义为：在规定使用条件（线路电压、功率因数、时间常数）下，熔断器所能分断的预期短路电流（对交流来说为方均根值）；对于有限流作用的熔断器，其分断能力用预期短路电流和限流系数表示。限流系数是指实际分断电流与预期短路电流最大值（交流指峰值）之比。限流系数越小，限流能力越强。

熔断器的选用原则如下：

① 熔断器的额定电压大于等于线路的额定电压；

② 熔断器的额定电流等于或高于所装熔体的额定电流；

③ 熔断器的额定分断能力不小于线路中可能出现的最大故障电流；

④ 熔体额定电流。

a.电阻性负载：Ifu≥I，其中，Ifu为熔体额定电流；I为电路工作电流。

b.保护单台长期工作电动机：Ifu≥(1.5～2.5)IN，其中，IN为电动机额定电流。

c.保护频繁启动电动机：Ifu≥(3～3.5)IN

d.保护多台电动机：Ifu≥(1.5～2.5)INM+∑IN

e.降压启动电动机：熔体的额定电流等于或稍高于电动机的额定电流。

熔断器的符号如图1-34所示。

1.1.7 典型控制线路

1.典型启停控制线路

典型启停控制线路由刀开关Q、熔断器FU、接触器KM、热继电器FR组成，通过启动按钮SB2、停止按钮SB1控制电动机M的启停，如图1-35（a）所示。其中，KM（3-4）为自锁触点，用来在按钮SB2断开时使KM线圈回路保持通电状态。停车时，按下按钮SB1，则KM线圈断电，其主触头和自锁触头都恢复常开状态，电动机断电停止运转。

图1-35（b）为两地控制线路。其接线原则是：两地启动按钮SB3、SB4并联，停止按钮SB1、SB2串联。这样，就可实现用按钮SB3、SB4都能控制电机启动，用按钮SB1、SB2都能控制停车。

图1-35（c）为带点动控制的启停控制线路。该线路利用点动按钮SB3的常闭联锁接点切断自锁回路，从而实现点动控制。

对于这种成对出现的接点有一个重要的接点动作规律，即常闭接点先打开，常开接点后闭合。在图1-35（c）中，按下SB3时，其常闭触点先打开，切断自锁回路，然后常开接点闭合，接通KM线圈回路；而停车时，松开SB3，此时原常开接点（现为闭合状态）先打开，原常闭接点（现为断开状态）后闭合，确保自锁回路不接通。

2.电机正反转控制线路

三相交流电动机的正反转可借助于两个正、反向接触器改变定子绕组三相中任意两相的相序来实现。正反转控制线路如图1-36所示，其中，KM1为正转接触器，KM2为反转接触器。

在图1-36（a）中并联于SB1的常开触点KM1为正向自锁触点，并联于SB2的常开触点KM2为反向自锁触点。串联于KM1接触器线圈的KM2常闭触点称为反向对正向的互锁触点，它的任务是当反向接触器通电时，其常闭触点断开正向接触器回路，以避免正、反向接触器同时得电而导致主电路相间短路。同理，与KM2线圈串联的KM1常闭触点称为正向对反向的互锁触点。由此可知，若在两个接触器线圈电路中相互串入对方的常闭触点，则二者相互制约，不能同时动作，即起互锁作用，称为电气联锁。

在图1-36（a）的控制线路中，若先在某个方向运行（如正转KM1得电）时，要改变其转向，则要先按停止按钮SB1，然后按反向启动按钮，方可转入反转。在图1-36（b）的控制线路中，在对方线路中串入启动按钮的常闭接点（也起互锁作用，称为机械联锁），这时若要换向，就可以直接按反向启动按钮，直接进入反向运行，换向操作一步完成。

3.行程控制

若有一小车，由交流电动机拖动，小车能正、反向启动和运行。当小车从某一方向启动后，它就自动往返甲乙两地来回运动，直到按停止按钮为止。要求设计一继电器控制线路满足上述要求。这可以借鉴正反转控制线路，叠加上行程限位即可。

如图1-37（a）所示，在甲地设置行程开关SQ1，当小车到达甲地时，小车上挡块压合SQ1，使它改变状态，即SQ1的常开触点闭合，常闭触点断开。使用该常闭触点断开反转接触器，停止反向；用其常开触点接通正向启动回路，转入正向运动，小车驶向乙地。同样，在乙地设置行程开关SQ2，当小车到达乙地时，压合SQ2开关，使电动机再次改变转向，小车返回甲地。这样就完成了小车自动在甲乙两地往返运动，小车主电路与图1-36一样，控制线路如图1-37（b）所示。

4.顺序控制

在生产实践中，常要求各种部件之间或生产机械之间能按顺序工作。

如图1-38 所示，有两个电机串级运行，要求实现启动时1 号电机先启动，停车时2 号电机先停的顺序控制。控制线路如图1-38 所示。图中将l号电动机的接触器KM1常开触点串入2号机接触器KM2的线圈回路，实现1号机先启动，2号机后启动；2号机接触器KM2的常开触点并联于1号机的停止按钮SB1两端，即当2号机启动后，1号机的停止按钮被短接，不起作用；直至2号机停车，KM2断电后，1号机停止按钮才生效，这就保证了先停2号机，然后才能停1号机的要求。

5.Y/Δ启动控制线路

Y/Δ降压启动的原理是，启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的 ，从而减小了启动电流对电网的影响。待启动后按预先整定的时间换接成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运转。

如图1-39 所示，启动电动机时，合上刀开关Q，按下启动按钮SB2，则接触器KM1、KM3与时间继电器KT的线圈同时得电，接触器KM3的主触点将电动机接成星形并经KM1的主触点接至电源，电动机降压启动；到达KT的延时值时，KT延时打开的常闭触点断开，KM3线圈断电；KT延时闭合的常开触点闭合，则KM2线圈得电，电动机主电路换接成三角形接法，电动机投入正常运转。

Y/Δ启动的优点在于星形启动电流只是原来三角形接法的1/3，启动电流特性好、线路简单、价格最便宜。缺点是启动转矩也相应下降为原来三角形接法的l/3，转矩特性差。适用于空载或轻载状态下启动，并且要求电动机具有6 个接线端子，且只能用于正常运转时定子绕组接成Δ形的鼠笼式异步电动机，这在很大程度上限制了它的使用范围。