1.1 常用低压电器

凡是能自动或手动地接通或断开电路，连续或间断地改变电路参数，以实现对电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电器元件统称为电器。简单地说，电器就是一种能控制电的工具。

电气是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。它是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。电气是广义词，既可以指一种行业，一种专业，也可指一种技术，而不具体指某种产品。

电气控制主要分为两大类：一种是传统的以继电器、接触器为主搭建起来的逻辑电路，即继电器——接触器控制；另一种是基于PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器的系统——PLC控制）。

低压电器被广泛地应用于工业电气和建筑电气控制系统中，它是实现继电器——接触器控制的主要电器元件。通常将额定工作电压在交流1200V，直流1500V以下，在电路中起通断、保护、控制或调节等作用的电气设备（器件）的总称为低压电器。

低压电器种类繁多，功能和构造各异，用途广泛，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法也很多。

（1）按用途或控制对象分类

①配电电器：主要用于低压配电系统中。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。常用的配电电器有刀开关、转换开关、熔断器、断路器等。

②控制电器：主要用于电气传动系统中。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠。常用的控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器、电磁铁等。

（2）按动作方式分类

①自动电器：依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器、继电器等。

②手动电器：用手动操作来进行切换的电器，如刀开关、转换开关、按钮等。

（3）按触点类型分类

①有触点电器：利用触点的接通和分断来切换电路，如接触器、刀开关、按钮等。

②无触点电器：无可分离的触点。主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制，如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器、固态继电器等。

（4）按工作原理分类

①电磁式电器：根据电磁感应原理动作的电器，如接触器、继电器、电磁铁等。

②非电量控制电器：依靠外力或非电量信号（如速度、压力、温度等）的变化而动作的电器，如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。

1.1.1 刀开关

刀开关是一种手动电器，常用的刀开关有HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关等。

HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关主要用于在成套配电装置中作为隔离开关，装有灭弧装置的刀开关也可以控制一定范围内的负载线路。作为隔离开关的刀开关的容量比较大，其额定电流在100A～1500A之间，主要用于供配电线路的电源隔离作用。隔离开关没有灭弧装置，不能操作带负载的线路，只能操作空载线路或电流很小的线路，如小型空载变压器、电压互感器等。操作时应注意，停电时应将线路的负载电流用断路器、负载开关等开关电器切断后再将隔离开关断开，送电时操作顺序相反。隔离开关断开时有明显的断开点，有利于检修人员的停电检修工作。隔离刀开关由于控制负载能力很小，也没有保护线路的功能，所以通常不能单独使用，一般要和能切断负载电流和故障电流的电器（如熔断器、断路器和负载开关等电器）一起使用。

HZ型组合开关、HK型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的电源开关。HY型倒顺开关、HH型铁壳开关装有灭弧装置，一般可用于电气设备的起动、停止控制。

（1）HD型单投刀开关

HD系列单投、HS系列双投刀开关适用于交流50Hz、额定电压至380V、直流至440V；额定电流至1500A的成套配电装置中，作为不频繁地手动接通和分断交、直流电路或作隔离开关用。HD型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极、4极四种，其实物图如图1-1所示。

图1-2a～c为刀开关的图形符号和文字符号。其中图1-2a为一般图形符号，b为手动符号，c为三极单投刀开关符号。

当刀开关用作隔离开关时，其图形符号上加有一横杠，如图1-3a、图1-3b、图1-3c所示。

单投刀开关的型号含义如下：

设计代号：11—中央手柄式，12—侧方正面杠杆操作机构式，13—中央正面杠杆操作机构式，14—侧面手柄式。

（2）HS型双投刀开关

HS型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等，其实物图及图形符号如图1-4所示。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点，因此可以防止双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。

（3）HR型熔断器式刀开关

HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛，其实物图及图形符号如图1-5所示。刀熔开关可以切断故障电流，但不能切断正常的工作电流，所以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作。

（4）组合开关

组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器。

组合开关由动触点、静触点、绝缘连杆转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触点分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动。

常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；组合开关有单极、双极和多极之分。

组合开关的实物图及图形符号如图1-6所示。

1.1.2 熔断器

熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。

（1）熔断器的结构原理及分类

熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成，形状常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金属制成的熔体，因不易灭弧，多用于小电流电路；由铜、银等高熔点金属制成的熔体，易于灭弧，多用于大电流电路。

熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性，如图1-7所示。图中I_N为熔断器额定电流，熔体允许长期通过额定电流而不熔断。

熔断器种类很多，按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按电流形式分为直流熔断器和交流熔断器按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。

（2）熔断器的主要技术参数

熔断器的主要技术参数包括额定电压、熔体额定电流、熔断器额定电流、极限分断能力等。

①额定电压：指保证熔断器能长期正常工作的电压。

②熔体额定电流：指熔体长期通过而不会熔断的电流。

③熔断器额定电流：指保证熔断器能长期正常工作的电流。

④极限分断能力：指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流。在电路中出现的最大电流一般是指短路电流值，所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。

（3）常用的熔断器

①插入式熔断器

插入式熔断器如图1-8a所示。常用的产品有RC1A系列，主要用于低压分支电路的短路保护，因其分断能力较小，多用于照明电路和小型动力电路中。

②螺旋式熔断器

螺旋式熔断器如图1-8b所示。熔芯内装有熔丝，并填充石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。常用产品有RL6、RL7和RLS2等系列，其中RL6和RL7多用于机床配电电路中；RLS2为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。

③RM10型密封管式熔断器

RM10型密封管式熔断器为无填料管式熔断器，如图1-8c所示。主要用于供配电系统作为线路的短路保护及过载保护，它采用变截面片状熔体和密封纤维管。由于熔体较窄处的电阻小，在短路电流通过时产生的热量最大，先熔断，因而可产生多个熔断点使电弧分散，以利于灭弧。短路时其电弧燃烧密封纤维管产生高压气体，以便将电弧迅速熄灭。

④RT型有填料密封管式熔断器

RT型有填料密封管式熔断器如图1-8d所示。熔断器中装有石英砂，用于冷却和熄灭电弧，熔体为网状，短路时可使电弧分散，由石英砂将电弧冷却熄灭，可将电弧在短路电流达到最大值之前迅速熄灭，以限制短路电流。此为限流式熔断器，常用于大容量电力网或配电设备中。常用产品有RTl2、RTl4、RTl5和RS3等系列，RS2系列为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。

（4）熔断器选择

①低压熔断器的类型选择

选择熔断器可依据负载的保护特性、短路电流的大小和使用场合。一般按电网电压选用相应电压等级的熔断器，按配电系统中可能出现的最大短路电流选择有相应分断能力的熔断器，根据被保护负载的性质和容量选择熔体的额定电流。

②低压熔断器的容量选择可依据不同的电气设备和线路进行。

a.照明回路冲击电流很小，所以熔断器的选用系数应尽量小一些。

I_RN≥I 或 I_RN=（1.1～1.5）I

式中 I_RN——熔体的额定电流（A）；

I——电器的实际工作电流（A）。

b.单台电动机负载电气回路中有冲击电流，熔断器的选用系数应尽量大一些。

I_RN≥（1.5～2.5）I

c.多台电动机负载电气回路中，应考虑电动机有同时起动的可能性，所以熔断器的选用应按下列原则选用。

I_RN=（1.5～2.5）I_Nm+ΣI_N

式中 I_Nm——设备中最大的一台电动机的额定电流（A）；

I_N——设备中去除最大一台电动机后其他电动机的额定电流之和（A）。

低压熔断器在选用时应严格注意级间的保护原则，切忌发生越级保护的现象，选用中除了依据供电回路短路电阻外，还应适当地考虑上下级的级差，一般级差在1～2个级差。

1.1.3 断路器

低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。

断路器的种类繁多，按其用途和结构特点可分为DW型框架式断路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器和DWX型、DWZ型限流式断路器等。框架式断路器主要用作配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用作配电线路的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制开关。

（1）断路器的结构和工作原理

断路器主要由3个基本部分组成，即触点、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。

图1-9是断路器实物图及图形符号。断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触点闭合后，自由脱扣机构将触点锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。

过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现断路器的跳闸功能。

热脱扣器用于线路的过负载保护，工作原理和热继电器相同。

失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，如图1-9所示，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁心向上使挂钩脱扣，实现断路器的跳闸功能。

分励脱扣器用于远方跳闸，当在远方按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。

不同断路器的保护是不同的，使用时应根据需要选用。在图形符号中也可以标注其保护方式，如图1-9所示，断路器图形符号中标注了失压、过负载、过电流3种保护方式。

（2）低压断路器的选择原则

低压断路器的选择应从以下几方面考虑。

①断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。如一般选用塑壳式；短路电流很大时选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求时选用框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路时应选用直流快速断路器等。

②断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。

③断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。

④欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

⑤过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。

⑥低压断路器的容量选择。

低压断路器的容量选择要综合考虑短路、过载时的保护特性。

a.单台电动机的过流保护应按下式计算：

I_SZD≥KI_SN

式中 I_SZD——瞬时或短时过电流脱扣器整定电流值（A）；

K——可靠系数，对动作时间大于0.02s的断路器，K取1.35，对动作时间小于0.02s的断路器，K取1.7～2.0；

I_SN——电动机的起动电流（A）。

b.多台电动机的过流保护应按下式计算：

I_SZD≥1.35（I_SNMAX+ΣI）

式中 I_SNMAX——最大的电动机起动电流（A）；

ΣI——其余电动机工作电流之和（A）。

c.单台电动机的过载保护应按下式计算：

I_gzd>KI_js

式中 I_gzd——过载电流的整定值（A）；

K——可靠系数，一般取0.9～1.1；

I_js——线路的计算电流或实际电流（A）。

（3）低压断路器的型号种类

低压断路器的结构和型号种类很多，目前我国常用的有DW和DZ系列。DW型也叫作万能式空气开关，DZ型叫作塑料外壳式空气开关，其产品代号含义如下：

应注意的是，不同型号的低压断路器分别具有不同的保护机构和参数的整定方法，使用时应根据电路的保护要求选择其型号并进行参数的整定。

1.1.4 接触器

接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。它具有低电压释放保护功能，在电力拖动自动控制线路中被广泛应用。

接触器有交流接触器和直流接触器两大类型。下面介绍交流接触器。

图1-10所示为交流接触器的结构示意图及图形符号。

（1）交流接触器的组成部分

①电磁机构：电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。

②触点系统：交流接触器的触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，有3对或4对常开触点；辅助触点用于控制电路，起电气联锁或控制作用，通常有两对常开触点两对常闭触点。

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，常采用双断口桥形触点以利于灭弧；对于大容量的接触器，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。

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。

接触器上标有端子标号，线圈为A₁、A₂，主触点1、3、5接电源侧，2、4、6接负载侧。辅助触点用两位数表示，前一位为辅助触点顺序号，后一位的3、4表示常开触点，1、2表示常闭触点。

接触器的控制原理很简单，当线圈接通额定电压时，产生电磁力，克服弹簧反力，吸引动铁心向下运动，动铁心带动绝缘连杆和动触点向下运动使常开触点闭合，常闭触点断开。当线圈失电或电压低于释放电压时，电磁力小于弹簧反力，常开触点断开，常闭触点闭合。

（2）接触器的主要技术参数和类型

①额定电压：接触器的额定电压是指主触点的额定电压。交流有220V、380V和660V，在特殊场合应用的额定电压高达1140V，直流主要有110V、220V和440V。

②额定电流：接触器的额定电流是指主触点的额定工作电流。它是在一定的条件（额定电压、使用类别和操作频率等）下规定的，目前常用的电流等级为10A～800A。

③吸引线圈的额定电压：交流有36V、127V、220V和380V，直流有24V、48V、220V和440V。

④机械寿命和电气寿命：接触器是频繁操作电器，应有较高的机械和电气寿命，该指标是产品质量的重要指标之一。

⑤额定操作频率：接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，一般为300次/小时、600次/小时和1200次/小时。

⑥动作值：动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。规定接触器的吸合电压大于线圈额定电压的85%时应可靠吸合，释放电压不高于线圈额定电压的70%。

常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2、3TB和3TD等系列。

（3）接触器的选择

①根据负载性质选择接触器的类型。

②额定电压应大于或等于主电路工作电压。

③额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。

④吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。

1.1.5 控制继电器

控制继电器用于电路的逻辑控制，继电器具有逻辑记忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路，继电器用于将某种电量（如电压、电流）或非电量（如温度、压力、转速、时间等）的变化量转换为开关量，以实现对电路的自动控制功能。

继电器的种类很多，按输入量可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器等；按用途可分为控制继电器、保护继电器等；按输入量变化形式可分为有无继电器和量度继电器。

（1）电磁式继电器

在控制电路中用的继电器大多数是电磁式继电器。电磁式继电器具有结构简单、价格低廉、使用维护方便、触点容量小（一般在5A以下）、触点数量多且无主辅之分、无灭弧装置、体积小、动作迅速、准确、控制灵敏、可靠等特点，广泛地应用于低压控制系统中。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。

电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器也有直流和交流两种。

继电器的主要特性是输入-输出特性，又称为继电特性，如图1-11所示。

当继电器输入量X由0增加至X₂之前，输出量Y为0。当输入量增加到X₂时，继电器吸合，输出量Y为1，表示继电器线圈得电，常开触点闭合，常闭触点断开。当输入量继续增大时，继电器动作状态不变。

当输出量Y为1的状态下，输入量X减小，当小于X₂时Y值仍不变，当X再继续减小至小于X₁时，继电器释放，输出量Y变为0，X再减小，Y值仍为0。

在继电特性曲线中，X₂称为继电器吸合值，X₁称为继电器释放值。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。

返回系数k值可以调节，不同场合对k值的要求不同。例如一般控制继电器要求k值低些，在0.1～0.4之间，这样继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作。保护继电器要求k值高些，一般在0.85～0.9之间。k值是反映吸力特性与反力特性配合紧密程度的一个参数，一般k值越大，继电器灵敏度越高，k值越小，灵敏度越低。

（2）中间继电器

中间继电器是最常用的继电器之一，它的结构和接触器基本相同，如图1-12左图所示，其图形符号如图1-12右图所示。

中间继电器在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展触点的容量和数量。另外，在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时间，防止电路误动作的作用。中间继电器实质上是一种电压继电器，它是根据输入电压的有或无而动作的，一般触点对数多，触点容量额定电流为5A～10A。中间继电器体积小，动作灵敏度高，一般不用于直接控制电路的负载，但当电路的负载电流在5A～10A时，也可代替接触器起控制负载的作用。中间继电器的工作原理和接触器一样，触点较多，一般为四常开触点和四常闭触点。

常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。

（3）电流继电器

电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器可分为欠电流继电器和过电流继电器。

欠电流继电器用于欠电流保护或控制，如直流电动机励磁绕组的弱磁保护、电磁吸盘中的欠电流保护、绕线式异步电动机起动时电阻的切换控制等。欠电流继电器在电路正常工作时处于吸合动作状态，常开触点处于闭合状态，常闭触点处于断开状态，当电路出现不正常现象或故障现象导致电流下降或消失时，继电器中流过的电流小于释放电流而动作；过电流继电器用于过电流保护或控制，如起重机电路中的过电流保护。过电流继电器在电路正常工作时流过正常工作电流，正常工作电流小于继电器所整定的动作电流，继电器不动作，当电流超过动作电流整定值时才动作。过电流继电器动作时其常开触点闭合，常闭触点断开。

电流继电器作为保护电器时，其图形符号如图1-13所示。

（4）电压继电器

电压继电器的输入量是电路的电压大小，根据输入电压大小而动作。电压继电器工作时并联在电路中，因此线圈匝数多、导线细、阻抗大，反映电路中电压的变化，用于电路的电压保护。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和过电压继电器两种。

过电压继电器动作电压范围为（105%～120%）U_N；欠电压继电器吸合电压动作范围为（20%～50%）U_N，释放电压调整范围为（7%～20%）U_N；零电压继电器当电压降低至（5%～25%）U_N时动作，它们分别起过压、欠压、零压保护。电压继电器常用在电力系统继电保护中，在低压控制电路中使用较少。

电压继电器作为保护电器时，其图形符号如图1-14所示。

（5）时间继电器

时间继电器在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。下面以JS7型空气阻尼式时间继电器为例说明其工作原理。

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，它由电磁机构、延时机构和触点系统三部分组成。电磁机构为直动式双E型铁心，触点系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器可以做成通电延时型，也可改成断电延时型，电磁机构可以是直流的，也可以是交流的，如图1-15所示。

现以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理。

图1-15a中通电延时型时间继电器为线圈不得电时的情况，当线圈通电后，动铁心吸合，带动L型传动杆向右运动，使瞬动接点受压，其接点瞬时动作。活塞杆在塔形弹簧的作用下，带动橡皮膜向右移动，弱弹簧将橡皮膜压在活塞上，橡皮膜左方的空气不能进入气室，形成负压，只能通过进气孔进气，因此活塞杆只能缓慢地向右移动，其移动的速度和进气孔的大小有关（通过延时调节螺丝调节进气孔的大小可改变延时时间）。经过一定的延时后，活塞杆移动到右端，通过杠杆压动微动开关（通电延时接点），使其常闭触点断开，常开触点闭合，起到通电延时作用。

当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向左端，这时气室内中的空气通过橡皮膜和活塞杆之间的缝隙排掉，瞬动接点和延时接点迅速复位，无延时。

如果将通电延时型时间继电器的电磁机构反向安装，就可以改为断电延时型时间继电器，如图1-15c中断电延时型时间继电器所示。线圈不得电时，塔形弹簧将橡皮膜和活塞杆推向右侧，杠杆将延时接点压下（注意，原来通电延时的常开触点现在变成了断电延时的常闭触点了，原来通电延时的常闭触点现在变成了断电延时的常开触点），当线圈通电时，动铁心带动L型传动杆向左运动，使瞬动接点瞬时动作，同时推动活塞杆向左运动，如前所述，活塞杆向左运动不延时，延时接点瞬时动作。线圈失电时动铁心在反力弹簧的作用下返回，瞬动接点瞬时动作，延时接点延时动作。

时间继电器线圈和延时接点的图形符号都有两种画法，线圈中的延时符号可以不画，接点中的延时符号可以画在左边也可以画在右边，但是圆弧的方向不能改变，如图1-15b和d所示。

空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉，且不受电源电压及频率波动的影响，其缺点是延时误差大、无调节刻度指示，一般适用延时精度要求不高的场合。常用的产品有JS7-A、JS23等系列，其中JS7-A系列的主要技术参数为延时范围，分0.4s～60s和0.4s～180s两种，操作频率为600次/小时，触点容量为5A，延时误差为±15%。在使用空气阻尼式时间继电器时，应保持延时机构的清洁，防止因进气孔堵塞而失去延时作用。

时间继电器在选用时应根据控制要求选择其延时方式，根据延时范围和精度选择继电器的类型。

（6）热继电器

热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负载保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负载和断相保护。

三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。常用的电动机保护装置种类很多，使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。

①热继电器的工作原理

图1-16a所示是双金属片式热继电器的结构示意图，图1-16b所示是其图形符号。由图可见，热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、拉簧、调节旋钮、复位螺丝、触点和接线端子等组成。

双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的（如铁镍铬合金、铜合金或高铝合金等）称为主动层，膨胀系数小的（如铁镍类合金）称为被动层。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触点动作。

热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种。热元件串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流（大容量的热继电器装有速饱和互感器，热元件串接在其二次回路中）。当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过整定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。

热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。调节旋钮为一个偏心轮，旋转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。

热继电器复位方式有自动复位和手动复位两种，将复位螺丝旋入，使常开的静触点向动触点靠近，这样动触点在闭合时处于不稳定状态，在双金属片冷却后动触点也返回原位，为自动复位方式。如将复位螺丝旋出，触点不能自动复位，为手动复位置方式。在手动复位置方式下，需在双金属片恢复原状时按下复位按钮才能使触点复位。

②热继电器的选择原则

热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择。

a.热继电器结构形式的选择：星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。

b.热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的1.05～1.1倍。

c.对于重复短时工作的电动机（如起重机电动机），由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。

（7）速度继电器

速度继电器又称为反接制动继电器，主要用于三相笼型异步电动机的反接制动控制。图1-17为速度继电器的原理示意图及图形符号，它主要由转子、定子和触点3部分组成。

转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。其转子的轴与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，转子（圆柱形永久磁铁）随之转动产生一个旋转磁场，定子中的笼型绕组切割磁力线而产生感应电流和磁场，两个磁场相互作用，使定子受力而跟随转动，当达到一定转速时，装在定子轴上的摆锤推动簧片触点运动，使常闭触点断开，常开触点闭合。当电动机转速低于某一数值时，定子产生的转矩减小，触点在簧片作用下复位。

常用的速度继电器有JYl型和JFZ0型两种。其中JYl型可在700～3600r/min范围工作，JFZ0-1型适用于300～1000r/min，JFZ0-2型适用于1000～3000r/min。

一般速度继电器都具有两对转换触点，一对用于正转时动作，另一对用于反转时动作。触点额定电压为380V，额定电流为2A。通常速度继电器动作转速为130r/min，复位转速在100r/min以下。

（8）液位继电器

液位继电器主要用于对液位的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对液位的高低进行控制。液位继电器的种类很多，工作原理也不尽相同，下面介绍JYF-02型液位继电器。其结构示意图及图形符号如图1-18所示。浮筒置于液体内，浮筒的另一端为一根磁钢，靠近磁钢的液体外壁也装一根磁钢，并和动触点相连，当水位上升时，受浮力上浮而绕固定支点上浮，带动磁钢条向下，当内磁钢N极低于外磁钢N极时，由于液体壁内外两根磁钢同性相斥，壁外的磁钢受排斥力迅速上翘，带动触点迅速动作。同理，当液位下降，内磁钢N极高于外磁钢N极时，外磁钢受排斥力迅速下翘，带动触点迅速动作。液位高低的控制是由液位继电器安装的位置来决定的。

（9）压力继电器

压力继电器主要用于对液体或气体压力的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对压力的高低进行控制。图1-19为压力继电器结构示意图及图形符号。

压力继电器主要由压力传送装置和微动开关等组成，液体或气体压力经压力入口推动橡皮膜和滑杆，克服弹簧反力向上运动，当压力达到给定压力时，触动微动开关，发出控制信号，旋转调压螺母可以改变给定压力。

1.1.6 主令电器

主令电器在控制电路中主要是用于发布控制命令，其作用是实现远程操作和自动控制。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关，万能转换开关，主令控制器有脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。

（1）控制按钮

控制按钮一般和接触器或继电器配合使用，实现对电动机的远程操作、控制电路的电气联锁等。它是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器。控制按钮的结构由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，如图1-20所示。

控制按钮通常配备一个常开触点和一个常闭触点（也可以进行多组触点的扩展），当控制按钮被按下时，桥式动触点将常闭静触点断开，常开静触点闭合。释放后，弹簧将桥式动触点拉回原位，相应的触点也复位。

①常开按钮是用于控制电动机和控制电路的起动和运行开始。使用时一般只对其常开触点进行接线，常开按钮通常选其颜色为绿色，安装时布局在上方或是左侧。

②常闭按钮是用于控制电动机和控制电路的停止。使用时一般只对其常闭触点进行接线，常闭按钮通常选其颜色为红色，安装时布局在下方或是右侧。

（2）行程开关

行程开关又叫作限位开关，它的种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式、转动式等；按触点的性质可分为有触点式和无触点式。

①有触点行程开关

有触点行程开关简称行程开关，行程开关的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1-21所示为几种操作类型的行程开关及图形符号。

行程开关的主要参数有型式、动作行程、工作电压及触点的电流容量。目前国内生产的行程开关有LXK3、3SE3、LXl9、LXW和LX等系列。

常用的行程开关有LX19、LXW5、LXK3、LX32和LX33等系列。

②无触点行程开关

无触点行程开关又称接近开关，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、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。

无触点行程开关分为有源型和无源型两种，多数无触点行程开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路3部分，一般采用5V～24V的直流电流，或220V交流电源等。图1-22所示为三线式有源型接近开关结构框图。

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。不同型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3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。

接近开关输出形式有两线、三线和四线式几种，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1-23为槽型三线式NPN型光电式接近开关和远距分离型光电开关。

接近开关的主要参数有型式、动作距离范围、动作频率、响应时间、重复精度、输出型式、工作电压及输出触点的容量等。接近开关的图形符号可用图1-24表示。

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亦在国内有大量的应用。

（3）万能转换开关

万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。它主要用于完成对电路的选择控制、信号转换、电源的换相测量等任务，如手动、自动的切换，多路信号的输入选择，电流表和电压表的换相测量等。结构原理如图1-25所示。

图1-25中万能转换开关打向左45°时，触点1-2、3-4、5-6闭合，触点7-8打开；打向0°时，只有触点5-6闭合，右45°时，触点7-8闭合，其余打开。

（4）信号灯

信号灯是用于指示电气运行状态、生产节拍、机械位置、控制命令等的电器器件。其发光源有白炽灯、氖炮、LED发光元件等形式，通常在低电压中用白炽灯和LED发光元件，而在高压中用氖炮。可以单独使用，也可以和按钮组合使用。

信号灯的图形符号如图1-26所示。

如果要在图形符号上标注信号灯的颜色，可在靠近图形处标出对应颜色的字母。

红色：RD；黄色：YE；绿色：GN；蓝色：BU；白色：WH。

常用的信号灯型号有AD11、AD30、ADJ1等，信号灯的主要参数有工作电压、安装尺寸及发光颜色等。指示灯的颜色及其含义如表1-1所示。

（5）报警器

常用的报警器有电铃和电喇叭等，一般电铃用于正常的操作信号（如设备起动前的警示）和设备的异常现象（如变压器的过载、漏油）。电喇叭用于设备的故障信号（如线路短路跳闸）。报警器的图形符号如图1-27所示。