第1章 常用低压电器

低压电器通常是指用于交流50Hz（60Hz）、额定电压1200V或以下和直流额定电压1500V或以下的电路中，起通断、保护、控制或调节作用的电器。

学习本章主要要掌握开关电器、接触器、继电器、主令电器、传感器和变送器等低压电器的功能、符号和选型。了解开关电器、接触器和继电器等低压电器的工作原理。

1.1 低压开关电器

开关电器（switching device）是指用于接通或分断一个或几个电路中电流的电器。一个开关电器可以完成一个或者两个操作。它是最普通、使用最早的电器之一，常用的有刀开关、隔离开关、负荷开关、组合开关、断路器等。

1.1.1 刀开关

刀开关（knife switch）是带有刀形动触头，在闭合位置与底座上的静触头相契合的开关。它是最普通、使用最早的电器之一，俗称闸刀开关。

（1）刀开关的功能

低压刀开关的作用是不频繁地手动接通和分断容量较小的交、直流低压电路，或者起隔离作用。刀开关如图1-1所示，其图形及文字符号如图1-2所示。

（2）刀开关的分类

刀开关结构简单，由手柄、刀片、触头、底板等组成。

刀开关的主要类型有大电流刀开关、负荷开关和熔断器式刀开关。常用的产品有HD11～HD14和HS11～HS13系列刀开关。按照极数分类，刀开关通常分为单极、双极和三极3种。

（3）刀开关的选用原则

① 刀开关结构形式的选择 刀开关结构形式应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择，如果刀开关用于分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。根据装置的安装形式可选择是否是正面、背面或侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线的结构形式。

② 刀开关额定电流的选择 刀开关的额定电流一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，考虑其启动电流，应选用刀开关的额定电流不小于电动机额定电流的3倍。

③ 刀开关额定电压的选择 刀开关的额定电压一般应等于或大于电路中的额定电压。

④ 刀开关型号的选择 HD11、HS11用于磁力站中，不切断带有负载的电路，仅起隔离电流的作用。

HD12、HS12用于正面侧方操作前面维修的开关柜中，其中有灭弧装置的刀开关可以切断带有额定电流以下的负载电路。

HD13、HS13用于正面后方操作前面维修的开关柜中，其中有灭弧装置的刀开关可以切断带有额定电流以下的负载电路。

HD14用于配电柜中，其中有灭弧装置的刀开关可以带负载操作。

另外，在选用刀开关时，还应考虑所需极数、使用场合、电源种类等。

（4）注意事项

① 在接线时，刀开关上面的接线端子应接电源线，下方的接线端子应接负荷线。

② 在安装刀开关时，处于合闸状态时手柄应向上，不得倒装或平装；如果倒装，拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸，造成人身和设备安全事故。

③ 分断负载时，要尽快拉闸，以减小电弧的影响。

④ 使用三相刀开关时，应保证合闸时三相触头同时合闸，若有一相没有合闸或接触不良，会造成电动机因缺相而烧毁。

⑤ 更换保险丝，应该在开关断电的情况下进行，不能用铁丝或者铜丝代替保险丝。

【例1-1】 刀开关和隔离开关是否可以互相替换使用？

【解】 通常不可以。隔离开关是指在断开位置上，符合规定的隔离功能要求的一种机械开关电器，其作用是当电源切断后，保持有效的隔离距离，从而保证维修人员的安全，隔离开关通常不带载荷通断电路。刀开关一般不用做隔离器，因为它不具备隔离功能，但刀开关可以带小载荷通断电路。

当然，隔离开关也是一种特殊的刀开关，当满足隔离功能时，刀开关也可以用来隔离电源。

1.1.2 低压断路器

断路器（circuit-breaker）是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路条件）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器，过去叫做自动空气开关，为了和IEC（国际电工委员会）标准一致，改名为断路器。低压断路器如图1-3所示。

（1）低压断路器的功能

低压断路器是将控制电器和保护电器的功能合为一体的电器，其图形及文字符号如图1-4所示。在正常条件下，它常用于不频繁接通和断开的电路以及控制电动机的启动和停止。它常用做总电源开关或部分电路的电源开关。

断路器的动作值可调，同时具备过载和保护两种功能。当电路发生过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。其安装方便，分断能力强，特别在分断故障电流后一般不需要更换零部件，这是大多数熔断器不具备的优点。因此，低压断路器使用越来越广泛。低压断路器能同时起到热继电器和熔断器的作用。

（2）低压断路器的结构和工作原理

低压断路器的种类虽然很多，但结构基本相同，主要由触头系统和灭弧装置、各种脱扣器与操作机构、自由脱扣机构组成。各种脱扣器包括过流、欠压（失压）脱扣器，热脱扣器，等。灭弧装置因断路器的种类不同而不同，常采用狭缝式和去离子灭弧装置，塑料外壳式的灭弧装置采用硬钢纸板嵌上栅片制成。

当电路发生短路或过流故障时，过流脱扣器的电磁铁吸合衔铁，使自由脱扣机构的钩子脱开，自动开关触头在弹簧力的作用下分离，及时有效地切除高达额定电流数十倍的故障电流，如图1-5所示。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热，使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作，如图1-6所示。分励脱扣器则用于远距离控制，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下启动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使

主触头断开。开关的主触头靠操作机构手动或电动合闸，在正常工作状态下能接通和分断工作电流，若电网电压过低或为零时，电磁铁释放衔铁，自由脱扣机构动作，使断路器触头分离，从而在过流与零压、欠压时保证了电路及电路中设备的安全。

【例1-2】 某质监局在监控本地区的低压塑壳式断路器的质量时发现：单极家用断路器的质量在60g以下的产品全部为不合格品。请从低压塑壳式断路器的结构和原理入手分析产生以上现象的原因。

【解】 家用断路器由触头系统和灭弧装置以及各种脱扣器与操作机构组成，而灭弧装置和脱扣器的质量较大，而且为核心部件，所以偷工减料是造成产品不合格的直接原因。检查发现，所有低于60g的断路器的灭弧栅片数量都较少，因而灭弧效果不达标，脱扣机构的铜质线圈线包很小或者没有，因而几乎起不到保护作用。通过称量判定重量过小的断路器为不合格品有一定的合理性，但这不能作为断路器产品检验的标准。

（3）低压断路器的典型产品

低压断路器主要分类方法是以结构形式分类，有开启式和装置式两种。开启式又称为框架式或万能式，装置式又称为塑料外壳式（简称塑壳式）。还有其他的分类方法，例如，按照用途分类，有配电用、电动机保护用、家用和类似场所用、漏电保护用和特殊用途；按照极数分类，有单极、两极、三极和四极；按照灭弧介质分类，有真空式和空气式。

① 装置式断路器。装置式断路器有绝缘塑料外壳，内装触头系统、灭弧室、脱扣器等，可手动或电动（对大容量断路器而言）合闸，有较高的分断能力和动稳定性，有较完善的选择性保护功能，广泛用于配电线路。

目前，常用的装置式断路器有DZl5、DZ20、DZXl9、DZ47、C45N（目前已升级为C65N）等系列产品。T系列为引进日本的产品，等同于国内的DZ949，适用于船舶。H系列为引进美国西屋公司的产品。3VE系列为引进西门子公司的产品，等同于国内的DZ108，适用于保护电动机。C45N（C65N）系列为引进法国梅兰日兰公司的产品，等同于国内的DZ47断路器，这种断路器具有体积小、分断能力强、限流性能好、操作轻便、型号规格齐全，可以方便地在单极结构基础上组合成二极、三极、四极断路器等优点，广泛使用在60A及以下的民用照明支干线及支路中（多用于住宅用户的进线开关及商场照明支路开关）或电动机动力配电系统和线路过载与短路保护。DZ47-63系列断路器型号的含义如图1-7所示，DZ47-63和DZ15系列低压断路器的主要技术参数见表1-1和表1-2。

② 万能式断路器。万能式断路器曾称框架式断路器，这种断路器一般有一个钢制框架（小容量的也有用塑料底板加金属支架构成的），主要部件都在框架内，而且一般都是裸露在外，万能式断路器一般容量较大，额定电流一般为630～6300A，具有较高的短路分断能力和较高的动稳定性。适用于在交流为50Hz或60Hz、额定电压为380V或660V的配电网络中作为配电干线的主保护。

万能式断路器主要由触头系统、操作机构、过流脱扣器、分励脱扣器及欠压脱扣器、附件及框架等部分组成，全部组件进行绝缘后装于框架结构底座中。

目前，我国常用的有DWl5、DW45、ME、AE、AH等系列的万能式断路器。DWl5系列断路器是我国自行研制生产的，全系列具有1000A、1500A、2500A、4000A等几个型号。ME系列（ME系列开关电流等级范围为630～5000A，共13个等级）技术生产的产品等同于国内的DW17系列。AE系列为引进日本三菱公司技术生产的产品，等同于国内的DW18系列，主要用做配电保护。AH系列为引进日本技术生产的产品，等同于国内的DW914系列，用于一般工业电力线路中。

③ 智能化断路器。智能化断路器是把微电子技术、传感技术、通信技术、电力电子技术等新技术引入断路器的新产品，智能化断路器的特征是采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器），它一方面具有断路器的功能，另一方面可以实现与中央控制计算机双向构成智能在线监视、自行调节、测量、试验、自诊断、可通信等功能，能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，保护电路动作时的故障参数能够存储在非易失存储器中以便查询。

目前，国内生产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。框架式智能化断路器主要用于智能化自动配电系统中的主断路器，塑料外壳式智能化断路器主要用于配电网络中分配电能和作为线路以及电源设备的控制与保护，亦可用于三相笼型异步电动机的控制。国内DW45、DW40、DW914（AH）、DWl8（AE-S）、DW48、DWl9（3WE）、DWl7（ME）等智能
化框架式断路器和智能化塑料壳断路器都配有ST系列智能控制器及配套附件，ST系列智能控制器采用积木式配套方案，可直接安装于断路器本体中，无需重复二次接线，并可多种方案任意组合。

（4）断路器的技术参数

断路器的主要技术参数有极数、电流种类、额定电压、额定电流、额定通断能力、线圈额定电压、允许操作频率、机械寿命、电气寿命、使用类别等。

① 额定工作电压。在规定的条件下，断路器长时间运行承受的工作电压，应大于或等于负载的额定电压。通常最大工作电压即为额定电压，一般指线电压。直流断路器常用的额定电压值为110V、220V、440V和660V等。交流断路器常用的额定电压值为127V、220V、380V、500V和660V等。

② 额定工作电流。在规定的条件下，断路器可长时间通过的电流值，又称为脱扣器额定电流。

③ 短路通断能力。在规定条件下，断路器可接通和分断的短路电流值。

④ 电气寿命和机械寿命。电气寿命是指在规定的正常工作条件下，断路器不需要修理或更换的有载操作次数。机械寿命是指断路器不需要修理或更换的机构所承受的无载操作次数。目前断路器的机械寿命已达1000万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20%。

（5）低压断路器的选用原则

① 应根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式，如对于万能式和塑壳式断路器，通常电流在600A以下时多选用塑壳式断路器，当然，现在也有塑壳式断路器的额定电流大于600A的。

② 断路器的额定电压应等于或大于被保护线路的额定电压。

③ 断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。

④ 断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。

⑤ 断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。

⑥ 配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方，并且不相交。

⑦ 断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。

⑧ 选用断路器时，要考虑断路器的用途，如要考虑断路器是用于保护电动机、配电还是照明生活。这点将在后面的例子中提到。

⑨ 在直流控制电路中，直流断路器的额定电压应大于直流线路电压。若有反接制动和逆变条件，则直流断路器的额定电压应大于直流线路电压的2倍。

（6）注意事项

① 在接线时，低压断路器上面的接线端子应接电源线，下方的接线端子应接负荷线。

② 照明电路的瞬时脱扣电流类型常选用C型。

【例1-3】 有一个照明电路，总负荷为1.5kW，选用一个合适的断路器作为其总电源
开关。

【解】 由于照明电路额定电压为220V，因此选择断路器的额定电压为230V。照明电路的额定电流为：，可选择断路器的额定电流为10A。DZ47-63系列的断路器比较适合用于照明电路中瞬时动作整定值为6～20倍额定电流，查表1-1可知，C型合适，因此，最终选择的低压断路器的型号为DZ47-63/2、C10（C型10A额定电流）。

【例1-4】 CA6140A车床上配有3台三相异步电动机，主电动机功率为7.5kW，快速电动机功率为275W，冷却电动机功率为150W，控制电路的功率约为500W，请选用合适的电源开关。

【解】 由于电动机额定电压为380V，所以选择断路器的额定电压为380V。电路的额定电流为：，可选择断路器的额定电流为40A。DZ15-40系列的断路器比较适合用做电源开关，因此，最终选择的低压断路器的型号为DZ15-40/3092。

1.1.3 剩余电流保护电器

剩余电流保护电器（Residual Current Device，RCD）是在正常运行条件下，能接通承载和分断电流，以及在规定条件下，当剩余电流达到规定值时，能使触头断开的机械开关电器或者组合电器。也称剩余电流动作保护电器（residual current operated protective device）。

（1）剩余电流保护电器的功能

剩余电流保护电器的功能是：当电网发生人身（相与地之间）触电事故时，能迅速切断电源，可以使触电者脱离危险，或者使漏电设备停止运行，从而避免引起人身伤亡、设备损坏或火灾的发生，它是一种保护电器。剩余电流保护电器仅仅是防止发生触电事故的一种有效措施，不能过分夸大其作用，防止发生触电事故最根本的措施是防患于未然。

（2）剩余电流保护电器的分类

① 按照保护功能和结构特征分类，剩余电流保护电器可分为剩余电流继电器、剩余电流开关、剩余电流断路器和漏电保护插座。

② 按照工作原理分类，可分为电压动作型和电流动作型剩余电流保护电器，前者很少使用，而后者则有广泛应用。

③ 按照额定漏电动作电流值分类，可分为高灵敏剩余电流保护电器（额定漏电动作电流小于等于30mA）、中灵敏剩余电流保护电器（额定漏电动作电流介于30～1000mA之间）和低灵敏剩余电流保护电器（额定漏电动作电流大于1000mA）。家庭可选用高灵敏剩余电流保护电器。

④ 按照主开关的极数分类，可以分为单极二线剩余电流保护电器、二极剩余电流保护电器、二极三线剩余电流保护电器、三极剩余电流保护电器、三极四线剩余电流保护电器和四极剩余电流保护电器。

⑤ 按照动作时间分类，可分为瞬时型剩余电流保护电器、延时型剩余电流保护电器和反时限剩余电流保护电器。其中，瞬时型的动作时间不超过0.2s。

（3）剩余电流断路器的工作原理

在介绍剩余电流断路器的工作原理前，首先介绍剩余电流的概念。剩余电流（residual current）是指流过剩余电流保护电器主回路的电流瞬时值的矢量和（以有效值表示）。

① 三极剩余电流断路器的工作原理 图1-8所示的三极剩余电流断路器是在普通塑料外壳式断路器中增加一个零序电流互感器和一个剩余电流脱扣器（又称为漏电脱扣器）组成的电器。

根据基尔霍夫定律可知，三相电的矢量和为零，即

所以在正常情况下，零序电流互感器的二次侧没有感应电动势产生，剩余电流断路器不动作，系统保持正常供电。当被保护电路中出现漏电事故时，三相交流电的电流矢量和不为零，零序电流互感器的二次侧有感应电流产生，当剩余电流脱扣器上的电流达到额定剩余动作电流时，剩余电流脱扣器动作，使剩余电流断路器切断电源，从而防止触电事故的发生。每隔一段时间（如一个月）应该按下剩余电流保护电器的试验按钮一次，人为模拟漏电，以测试剩余电流保护电器是否具备剩余电流保护功能。四极剩余电流保护电器的工作原理与三极剩余电流保护电器类似，只不过四极剩余电流保护电器多了中性线这一极。

② 二极剩余电流断路器的工作原理 二极剩余电流断路器如图1-9所示，负载为单相电动机，IL1和IN大小相等，方向相反，即

当有漏电IF时，，互感器中产生磁通，互感器的副边线圈产生感应电动势，使断路器的脱扣线圈动作，从而使电源切断，起到保护作用。

③ 电子式剩余电流保护电器的工作原理 当发电击事故时，电流继电器将漏电信号传送给电子放大器，电子放大器将信号放大，从而断路器的脱扣机构使主开关断开，切断故障电路。

（4）剩余电流断路器的性能指标

① 剩余动作电流。指使剩余电流保护电器在规定的条件下动作的剩余电流值。

② 分断时间。从达到剩余动作电流瞬间起到所有极电弧熄灭为止所经过的时间
间隔。

以上两个指标是剩余电流断路器的动作性能指标，此外还有额定电流、额定电压等
指标。

（5）剩余电流断路器的选用

剩余电流断路器的选用需要考虑的因素较多，下面仅讲解其中几个因素。

① 根据保护对象选用。若保护的对象是人，即直接接触保护，应该选用剩余动作电流不高于30mA、灵敏度高的漏电断路器；若防护电气设备，则其剩余动作电流可以高于30mA。

② 根据使用环境选用。如家庭和办公室选用剩余动作电流不高于30mA的剩余电流断路器。具体请参考有关文献。

③ 额定电流、额定电压、极数的确定与前面介绍的低压断路器的选用是一样的。

通常家用剩余电流断路器的剩余动作电流小于30mA，分断时间小于0.1s。

1.2 接触器

1.2.1 接触器的功能

（机械的）接触器（contactor）是指仅有一个起始位置，能接通、承载或分断正常条件（包括过载运行条件）下电流的非手动操作的机械开关电器。接触器不能切断短路电流，可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是交、直流电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。它具有低电压释放保护功能，还具有控制容量大、过载能力强、寿命长、结构简单、价格便宜等特点，在电力拖动、自动控制线路中得到了广泛的应用。交流接触器的外形如图1-10所示，其图形和文字符号如图1-11所示。接触器常与熔断器和热继电器配合使用。

1.2.2 接触器的结构及其工作原理

接触器主要由电磁机构和触头系统组成，另外，接触器还有灭弧装置、释放弹簧、触头弹簧、触头压力弹簧、支架、底座等部件。图1-12所示为3种结构形式的接触器结构
简图。

接触器的工作原理是：当线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力，电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触头机构动作，使常闭触头分断，常开触头闭合，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，触头机构复位，使得常开触头断开，常闭触头闭合。

1.2.3 常用的接触器

（1）按照操作方式分类

接触器按操作方式分类，有电磁接触器（MC）、气动接触器和液压接触器。

（2）按照灭弧介质分类

接触器按灭弧介质分类，有空气接触器、油浸式接触器和真空接触器。在接触器中，空气电磁式交流接触器应用最为广泛，产品系列较多，其结构和工作原理基本相同。典型产品有CJX1、CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、NC、B、3TB、3TF等系列，其中，部分型号是从国外引进技术生产的。CJX1系列产品的性能等同于西门子公司的3TB和3TF系列产品，CDC1系列产品的性能等同于ABB公司的B系列产品。此外，CJ12、CJ15、CJ24等系列为大功率重负荷交流接触器。交流接触器型号的含义如图1-13所示。

真空交流接触器以真空为灭弧介质，其触头密封在真空开关管内，特别适用于恶劣的环境，常用的有CKJ和EVS等系列。

（3）按照接触器主触头控制电流种类分类

接触器按照主触头控制电流种类分类，有直流接触器和交流接触器。直流接触器应用于直流电力线路中，主要供远距离接通与断开直流电力线路之用，并适宜于直流电动机的频繁启动、停止、换向及反接制动，常用的直流接触器有CZ0、CZ18、CZ21等系列。对于同样的主触头额定电流的接触器，直流接触器线圈的阻值较大，而交流接触器线圈的阻值
较小。

（4）按照接触器有无触头分类

接触器按照有无触头分类，有触头接触器和无触头接触器。

（5）按照主触头的极数分类

接触器按照主触头的极数分类，有单极、双极、三极、四极和五极接触器。

【例1-5】 交流接触器能否作为直流接触器使用？为什么？

【解】 不能。对于同样的主触头额定电流的接触器，直流接触器线圈的阻值较大，而交流接触器的阻值较小。当交流接触器的线圈接入交流回路时，产生一个很大的感抗，此数值远大于接触器线圈的阻值，因此线圈电流的大小取决于感抗的大小。如果将交流接触器的线圈接入直流回路，通电时，线圈就是纯电阻，此时流过线圈的电流很大，使线圈发热，甚至烧坏。所以通常交流接触器不作为直流接触器使用。

1.2.4 接触器的技术参数

接触器的主要技术参数有极数、电流种类、额定电压、额定电流、额定通断能力、线圈额定电压、允许操作频率、机械寿命、电气寿命、使用类别等。

① 额定工作电压。接触器主触头的额定工作电压应大于或等于负载的额定电压。通常最大工作电压即为额定电压。直流接触器的常用额定电压值为110V、220V、440V、660V等。交流接触器的常用额定电压值为127V、220V、380V、500V、660V等。

② 额定工作电流。额定工作电流是指接触器主触头在额定工作条件下的电流值。在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2倍。常用的额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A；直流接触器的额定电流值有40A、80A、100A、150A、250A、400A、600A。

③ 约定发热电流。约定发热电流是指在规定的条件下试验时，电流在8小时工作制下，各部分温升不超过极限值时所承受的最大电流。对于老产品，只有额定电流，而对于新产品（如CJX1系列），则有约定发热电流和额定电流。约定发热电流比额定电流要大。

④ 额定通断能力。额定通断能力是指接触器主触头在规定条件下，可靠接通和分断的最大预期电流数值。在此电流下触头闭合时不会造成触头熔焊，触头断开时不能长时间燃弧。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。电路中超出此电流值的分断任务由熔断器、断路器等保护电器
承担。

⑤ 接触器的极数和电流种类。接触器的极数和电流种类是指主触头的个数和接通或分断主回路的电流种类。按电流种类分类，有直流接触器和交流接触器；按极数分类，有两极、三极和四极接触器。

⑥ 线圈额定工作电压。线圈额定工作电压是指接触器正常工作时吸引线圈上所加的电压值。一般该电压值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳的铭牌上，在使用时应加以注意。直流接触器常用的线圈额定电压值为24V、48V、110V、220V、440V等。交流接触器常用的线圈额定电压值为36V、110V、127V、220V、380V。

⑦ 允许操作频率。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，人们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。交流接触器一般为600
次/时，直流接触器一般为1200次/时。

⑧ 电气寿命和机械寿命。电气寿命是指在规定的正常工作条件下，接触器不需要修理或更换的有载操作次数。机械寿命是指接触器不需要修理或更换的机构所承受的无载操作次数。目前接触器的机械寿命已达1000万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20%。

⑨ 使用类别。接触器用于不同的负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同的使用条件来选用相应的使用类别的接触器便能满足其要求。在电力拖动系统中，接触器的使用类别及其典型的用途见表1-3，它们的主触头达到的接通和分断能力为：AC-1和DC-1类型允许接通和分断额定电流；AC-2、DC-3和DC-5类型允许接通和分断4倍额定电流；AC-3类型允许接通6倍额定电流和分断额定电流；AC-4类型允许接通和分断6倍额定电流。

CJX1系列交流接触器的主要技术参数见表1-4。

1.2.5 接触器的选用

交流接触器的选择需要考虑主触头的额定电压、额定电流、辅助触头的数量与种类、吸引线圈的电压等级以及操作频率。

① 根据接触器所控制负载的工作任务（轻任务、一般任务或重任务）来选择相应使用类别的接触器。

如果负载为一般任务（控制中小功率笼型电动机等），应选用AC3类接触器。

如果负载属于重任务（电动机功率大，且动作较频繁），则应选用AC4类接触器。

如果负载为一般任务与重任务混合的情况，则应根据实际情况选用AC3类或AC4类接触器。若确定选用AC3类接触器，它的容量应降低一级使用，即使这样，其寿命仍将有不同程度的降低。

适用于AC2类的接触器，一般也不宜用来控制AC3及AC4类的负载，因为它的接通能力较低，在频繁接通这类负载时容易发生触头熔焊现象。

② 交流接触器的额定电压（指触头的额定电压）一般为500V或380V两种，应大于或等于负载回路的电压。

③ 根据电动机（或其他负载）的功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。

接触器的额定电流（指主触头的额定电流）有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A等几种，应大于或等于被控回路的额定电流。

对于电动机负载，可按下列公式计算：

式中，IN为接触器主触头电流，A；PN为电动机的额定功率，kW；UN为电动机的
额定电压，V；K为经验系数，一般取1～1.4。

如果接触器控制电容器或白炽灯时，由于接通时的冲击电流可达额定值的几十倍，因此从接通方面来考虑，宜选用AC4类的接触器；若选用AC3类的接触器，则应降低到额定功率的70%～80%来使用。

④ 接触器线圈的电流种类（交流和直流两种）和电压等级应与控制电路相同。

⑤ 触头数量和种类应满足电路和控制线路的要求。

【例1-6】 CA6140A车床的主电动机的功率为7.5kW，控制电路电压为交流24V，选用其控制用接触器。

【解】 电路中的电流，因为电动机不频繁启动，而且无反转和反接制动，所以接触器的使用类别为AC-3，选用的接触器额定工作电流应大于或等于15.2A。又因为使用的是三相交流电动机，所以选用交流接触器。选择CJX1-16交流接触器，接触器额定工作电压为380V；线圈额定工作电压和控制电路一致，为24V；接触器额定工作电流为16A，大于15.2A，辅助触头为两个常开、两个常闭，可见选用CJX1-16/22是合适的。

这里若有反接制动，则应该选用大一个级别的接触器，即CJX1-32/22。

1.3 继电器

电气继电器（electrical relay）是指当控制该元器件的输入电路中达到规定的条件时，在其一个或多个输出电路中，会产生预定的跃变的元器件。

它一般通过接触器或其他电器对主电路进行控制，因此继电器触头的额定电流较小（5～10A），无灭弧装置，但动作的准确性较高。它是自动和远距离操纵用电器，广泛应用于自动控制系统、遥控系统、测控系统、电力保护系统和通信系统中，起控制、检测、保护和调节作用，是电气装置中最基本的器件之一。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量，输出为相应的触头动作。继电器的图形和文字符号如图1-14所示。

继电器按使用范围的不同可分为3类：保护继电器、控制继电器和通信继电器。保护继电器主要用于电力系统，作为发电机、变压器及输电线路的保护；控制继电器主要用于电力拖动系统，以实现控制过程的自动化；通信继电器主要用于遥控系统。若按输入信号的性质不同，可分为中间继电器、热继电器、时间继电器、速度继电器和压力继电器等。继电器的作用如下。

① 输入与输出电路之间的隔离。

② 信号切换（从接通到断开）。

③ 增加输出电路（切换几个负载或者切换不同的电源负载）。

④ 切换不同的电压或者电流负载。

⑤ 闭锁电路。

⑥ 提供遥控功能。

⑦ 重复信号。

⑧ 保留输出信号。

1.3.1 电磁继电器

电磁继电器（electromagnetic relay）是由电磁力产生预定响应的机电继电器。它的结构和工作原理与电磁接触器相似，也是由电磁机构、触头系统和释放电触头弹簧、触头压力弹簧、支架及底座等组成。电磁继电器根据外来信号（电流或者电压）使衔铁产生闭合动作，从而带动触头系统动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路状态改变。电磁继电器的外形如图1-15所示。

（1）电流继电器

电流继电器（current relay）是反映输入量为电流的继电器。电流继电器的线圈串联在被测量电路中，用来检测电路的电流。电流继电器的线圈匝数少，导线粗，线圈的阻抗小。

电流继电器有欠电流型和过电流型两类。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%～65%，释放电流为线圈额定电流的10%～20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的。只有当电流低于某一整定值时，欠电流继电器才释放，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，整定范围通常为额定电流的1.1～1.3倍。

① 电流继电器的功能 欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。而瞬动型过电流继电器常用于电动机的短路保护，延时型继电器常用于过载兼短路保护。过电流继电器分为手动复位和自动复位两种。

② 电流继电器的结构和工作原理 常见的电流继电器有JL14、JL15、JL18等系列产品。电流继电器的电磁机构、原理与接触器相似，由于其触头通过控制电路的电流容量较小，所以无需加装灭弧装置，触头形式多为双断点桥式触头。

（2）电压继电器

电压继电器（voltage relay）是指反映输入量为电压的继电器。它的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器的线圈是并联在被测量的电路两端，以监控电路电压的变化。电压继电器的线圈匝数多，导线细，线圈的阻抗大。

电压继电器按照动作数值的不同，分为过电压、欠电压和零电压3种。过电压继电器在电压为额定电压的110%～115%以上时动作，欠电压继电器在电压为额定电压的40%～70%时动作，零电压继电器在电压为额定电压的5%～25%时动作。过电压继电器在电路正常工作条件下（未出现过压），动铁芯不产生吸合动作，而欠电压继电器在电路正常工作条件下（未出现欠压），衔铁处于吸合状态。

常见的电压继电器有JT3、JT4等系列产品。

（3）中间继电器

中间继电器（auxiliary relay）是指用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。它实际上是电压继电器的一种，它的触头多，有的甚至多于6对，触头的容量大（额定电流为5～10A），动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。

① 中间继电器的功能 中间继电器主要起中间转换（传递、放大、翻转分路和记忆）作用，其输入为线圈的通电和断电，输出信号是触头的断开和闭合，它可将输出信号同时传给几个控制元件或回路。中间继电器的触头额定电流要比线圈额定电流大得多，因此具有放大信号的作用，一般控制线路的中间控制环节基本由中间继电器组成。

② 中间继电器的结构和工作原理 常见的中间继电器有HH、JZ7、JZ14、JDZ1、JZ17和JZ18等系列产品。中间继电器主要分成直流与交流两种，也有交、直流电路中均可应用的交直流中间继电器，如JZ8和JZ14系列产品。中间继电器由电磁机构和触头系统等组成。电磁机构与接触器相似，由于其触头通过控制电路的电流容量较小，所以无需加装灭弧装置，触头形式多为双断点桥式触头。

在图1-16中，13和14是线圈的接线端子，1和2是常闭触头的接线端子，1和4是常开触头的接线端子。当中间继电器的线圈通电时，铁芯产生电磁力，吸引衔铁，使得常闭触头分断，常开触头吸合在一起。当中间继电器的线圈不通电时，没有电磁力，在弹簧力的作用下衔铁使常闭触头闭合，常开触头分断。图1-16中的状态是继电器线圈不通电时的状态。

在图1-16中，只有一对常开与常闭触头，用SPDT表示，其含义是“单刀双掷”，若有两对常开与常闭触头，则用DPDT表示，详见表1-5。

③ 中间继电器的选型 选用中间继电器时，主要应注意线圈额定电压、触头额定电压和触头额定电流。

a.线圈额定电压必须与所控电路的电压相符，触头额定电压可为中间继电器的最高额定电压（即中间继电器的额定绝缘电压）。中间继电器的最高工作电流一般小于约定发热电流。

b.根据使用环境选择中间继电器，主要考虑中间继电器的防护和使用区域，如对于含尘、腐蚀性气体和易燃易爆的环境，应选用带罩的全封闭式中间继电器；对于高原及湿热带等特殊区域，应选用适合其使用条件的产品。

c.按控制电路的要求选择触头的类型，是常开还是常闭，以及触头的数量。

（4）注意问题

① 在安装接线时，应检查接线是否正确、接线螺钉是否拧紧。对于很细的导线芯应对折一次，以增加线芯截面积，以免造成虚连。对于电磁式控制继电器，应在触头不带电的情况下，使吸引线圈带电操作几次，观察其动作。对电流继电器的整定值应作最后的校验和整定，以免造成其控制及保护失灵。

② 中间继电器的线圈额定电压不能同中间继电器的触头额定电压混淆，两者可以相同，也可以不同。

③ 接触器中有灭弧装置，而继电器中通常没有，但电磁继电器同样会产生电弧。由于电弧可使继电器的触头氧化或者熔化，从而造成触头损坏，此外，电弧会产生高频干扰信号，因此，直流回路中的继电器最好要进行灭弧处理。灭弧的方法有两种：一种是在按钮上并联一个电阻和电容进行灭弧，如图1-17（a）所示；另一种是在继电器的线圈上并联一只二极管进行灭弧，如图1-17（b）所示。对于交流继电器，不需要
灭弧。

HH系列小型继电器的主要技术参数见表1-6，其型号的含义如图1-18所示。

【例1-7】 想用一个小型继电器控制一个交流接触器CJX1-32（额定电压为380V，额定电流为32A），采用HH52P小型继电器是否可行？

【解】 选用的HH52P小型继电器触头的额定电压为220V，额定电流为5A，容量足够，此小型继电器有2对常开触头和2对常闭触头，而控制接触器只需要一对，触头数量足够。此外，这类继电器目前很常用，因此可行。（注意：本题中的小型继电器的220V电压是小型继电器的控制电压，不能同小型继电器的触头额定电压混淆。）小型继电器在此起信号放大的作用，在PLC控制系统中这种用法比较常见。

【例1-8】 指出图1-19中小型继电器接线图的含义。

【解】 小型继电器的接线端子一般较多，用肉眼和万用表往往很难判断。通常，小型继电器的外壳上印有接线图。图1-19中的13号和14号端子是由线圈引出的，其中13号端子应该和电源的负极相连，而14号端子应该和电源的正极相连；1号端子和9号端子及4号端子和12号端子是由一对常闭触头引出的；5号端子和9号端子及8号端子和12号端子是由一对常开触头头引出的。

1.3.2 时间继电器

时间继电器（time relay）是指自得到动作信号起至触头动作或输出电路产生跳跃式改变有一定延时，该延时又符合其准确度要求的继电器。简言之，它是一种触头的接通和断开要经过一定延时的继电器，而且延时符合其准确度的要求。时间继电器广泛应用于电动机的启动和停止控制及其他自动控制系统中。时间继电器的图形和文字符号如图1-20所示。

时间继电器的种类很多，按照工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动式。按照延时方式可分为通电延时型和断电延时型：通电延时型时间继电器在其感测部分接收信号后开始延时，一旦延时完毕，立即通过执行部分输出信号以操纵控制电路，当输入信号消失，继电器立即恢复到动作前的状态（复位）；断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器不同，在其感测部分接收输入信号后，执行部分立即动作，但当输入信号消失后，继电器必须经过一定的延时才能恢复到动作前的状态（复位），并且有信号输出。

（1）时间继电器的功能

时间继电器是一种利用电磁原理、机械动作原理、电子技术或计算机技术实现触头延时接通或断开的自动控制电器。当它的感测部分接收输入信号后，必须经过一定的延时，它的执行部分才会动作并输出信号以操纵控制电路。

（2）时间继电器的结构和工作原理

① 空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器也称为气囊式时间继电器，是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁系统、延时机构和触头3部分组成，电磁系统为直动式双E型，触头系统借用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既具有由空气室中的气动机构带动的延时触头，也具有由电磁机构直接带动的瞬动触头，可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁系统可以是直流的，也可以是交流的。

空气阻尼式时间继电器具有结构简单、延时范围大（0.4～180s）、价格便宜等优点，但其延时精度较低、体积大、没有调节指示，一般只用于要求不高的场合，目前已经很少使用。其典型产品有JS7、JS23、JSK等系列，JS7-A系列时间继电器输出触头的形式及组合见表1-7。

② 晶体管式时间继电器（transistor timer） 晶体管式时间继电器又称为电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。除了执行继电器外，均由电子元件组成，没有机械机构，具有寿命长、体积小、延时范围大和调节范围宽等优点，因而得到了广泛的应用，已经成为时间继电器的主流产品。晶体管式时间继电器如图1-21所示。它在电路中的作用、图形和文字符号都与普通时间继电器相同。

晶体管式时间继电器的输出形式有两种：有触头式和无触头式。前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。

③ 数字时间继电器（digital timer） 近年来随着微电子技术的发展，采用集成电路、功率电路和单片机等电子元件构成的新型时间继电器大量面市。例如，DHC6多制式时间继电器，J5S17、J3320、JSZl3等系列大规模集成电路数字时间继电器，J5145等系列电子式数显时间继电器，J5G1等系列固态时间继电器，等。数显时间继电器如图1-22所示。

DHC6多制式时间继电器是为了适应工业自动化控制水平越来越高的要求而生产的。多制式时间继电器可使用户根据需要选择最合适的制式，使用简便方法便可达到以往需要经过较复杂的接线才能达到的控制功能，这样既节省了中间控制环节，又大大提高了电气控制的可靠性。

数显循环定时器是典型的数字时间继电器，一般由芯片控制，其功能比一般的定时器要强大，通过面板按钮分别设定输出继电器开（on）、关（off）定时时间，在开（on）计时段内，输出继电器动作，在关（off）计时段内，输出继电器不动作，按on—off—on循环，循环周期为开、关时间之和，具体应用见后续例题。

随着电子行业的进步，电子产品的价格越来越低，数字时间继电器不再是高端时间继电器的象征，其价格和普通时间继电器的差距已经缩小了很多，其应用已经越来越多。

（3）时间继电器的选用

时间继电器种类繁多，选择时应综合考虑适用性、功能特点、额定工作电压、额定工作电流、使用环境等因素，做到选择恰当、使用合理。

① 经济技术指标。在选择时间继电器时，应考虑控制系统对延时时间和精度的要求。若对时间精度的要求不高，且延时时间较短，宜选用价格低、维修方便的电磁式时间继电器；若控制简单且操作频率很低，如Y-△启动，可选用热双金属片时间继电器；若对时间控制要求精度高，应选用晶体管式时间继电器。

② 控制方式。被控制对象如需要周期性的重复动作或要求多功能、高精度时，可选用晶体管式时间继电器或数字时间继电器。

目前，常用的晶体管式时间继电器有JS20、JSB、JSF、JSS1、JSM8、JS14等系列产品，其中部分产品为引进国外技术生产的。JS14 系列时间继电器的主要技术参数见表1-8，时间继电器型号的含义如图1-23所示。

DHC6多制式时间继电器采用单片机控制，LCD显示，具有9种工作制式，正计时、倒计时任意设定，具有8种延时时段，延时范围从0.01s～999.9h任意设定（键盘设定，设定完成之后可以锁定按键，防止误操作），可按要求任意选择控制模式，使控制线路简单、可靠。

另外，数显时间继电器还有DH11S、DH14S、DH48S等系列产品， DH□S 系列时间继电器的主要技术参数见表1-9。

另外，还有电动时间继电器，这种时间继电器的精度高、延时范围大（可达几十个小时），是电磁式、空气阻尼式和晶体管式时间继电器所不及的。

（4）注意事项

① 在使用时间继电器时，不能经常调整气囊式时间继电器的时间调整螺钉，调整时也不能用力过猛，否则会失去延时作用；电磁式时间继电器的调整应在线圈工作温度下进行，防止冷态和热态下对动作值产生影响。

② 使用晶体管式时间继电器时，要注意量程的选择。

【例1-9】 有一个晶体管式时间继电器，型号是JSZ3，其外壳上有图1-24所示的示意图，指出其含义，并说明如何实现延时30s后闭合的功能。

【解】 图1-24（a）的含义是：接线端子2和7是由线圈引出的；接线端子1、3和4是“单刀双掷”触头，其中1和4是常闭触头端子，1和3是常开触头端子；同理，接线端子5、6和8是“单刀双掷”触头，其中5和8是常闭触头端子，6和8是常开触头端子。图1-24（b）的含义是：当时间继电器上的开关指向2和4时，量程为1s；当时间继电器上的开关指向1和4时，量程为10s；当时间继电器上的开关指向2和3时，量程为60s；当时间继电器上的开关指向1和3时，量程为6min。图中的黑色表示被开关选中。

显然，触头的接线端子可以选择1和3或者6和8，线圈接线端子只能选择2和7，拨指开关最好选择指向2和3。

1.3.3 计数继电器

计数继电器（counting relay），简称计数器，适用于在交流50Hz，额定工作电压380V及以下或直流工作电压24V的控制电路中作计数元件，按预置的数字接通和分断电路。计数器采用单片机电路和高性能的计数芯片，具有计数范围宽，正/倒计数，多种计数方式和计数信号输入，计数性能稳定、可靠等优点，广泛应用于工业自动化控制中。

计数继电器的功能：当计数继电器每收到一个计数信号时，其当前值增加1（对于减计数继电器为减少1），当当前值等于设定值时，计数继电器的常闭触头断开，常开触头闭合，而且计数继电器显示当前计数值。

计数继电器的种类较多，但最为常见的是机械式计数继电器和电子式计数继电器。电子式数显式计数继电器如图1-25所示。

【例1-10】 有一个七段码电子式数显式计数继电器，型号是JDM9-6，其接线如图1-26所示，指出其含义，并说明如何实现计数30次后闭合常开触头的功能。

【解】 1号端子接+24V，2号端子接0V；6号是公共端子，5和6号组成常闭触头，6和7号组成常开触头；8号是0V，当其与11号端子接通时，计数继电器复位（当前值变成初始值，一般为0），12号是+12V，当其和10号端子接通一次，当前值增加1（计数一次）。

显然，要实现计数30次后，闭合常开触头的功能。先要把1和2号端子接上电源，再把9和12号接到计数信号端子上，当计数继电器接收到30次信号后，6和7号组成的常开触头闭合。任何时候当8与11号端子接通时，计数继电器复位。

1.3.4 电热继电器

在介绍电热继电器前，先介绍量度继电器，量度继电器是在规定准确度下，当其特性量达到其动作值时进行动作的电气继电器。电热继电器（thermal electrical relay），通过测量出现在被保护设备的电流，使该设备免受电热危害的它定时限量度继电器。电热继电器是一种用电流热效应来切断电路的保护电器，常与接触器配合使用，具有结构简单、体积小、价格低、保护性能好等优点。

（1）电热继电器的功能

为了充分发挥电动机的潜力，电动机短时过载是允许的，但无论过载量的大小如何，时间长了总会使绕组的温升超过允许值，从而加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的寿命，严重过载会很快烧毁电动机。为了防止电动机长期过载运行，可在线路中串入按照预定发热程度进行动作的电热继电器，以有效监视电动机是否长期过载或短时严重过载，并在超额过载预定值时有效切断控制回路中相应接触器的电源，进而切断电动机的电源，确保电动机的安全。总之，电热继电器具有过载保护、断相保护及电流不平衡运行保护和控制其他电气设备发热状态的特点。电热继电器的外形如图1-27所示，其图形和文字符号如图1-28所示。

（2）双金属片式电热继电器的结构和工作原理

按照动作方式分类，电热继电器可分为双金属片式、热敏电阻式和易融合金属式，其中双金属片式电热继电器最为常见。按照极数分类，电热继电器可分为单极、双极和三极，其中三极最为常见。按照复位方式分类，电热继电器可分为自动复位式和手动复位式。按照受热方式分类，电热继电器可分为直接加热式、复合加热式、间接加热式和电流电感加热式（主要是大容量以及重载启动的电热继电器）4种。

电力拖动系统中应用最为广泛的是双金属片式电热继电器，其主要由热元件、双金属片、导板和触头系统组成，如图1-29所示，其热元件由发热电阻丝构成（这种电热继电器是间接加热方式），双金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，会出现弯曲变形，推动导板，进而使常闭触头断开，起到保护作用。在使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触头串接于电动机启停接触器线圈的回路中。

我国目前生产的电热继电器主要有T、JR0、JR1、JR2、JR9、JR10、JR15、JR16、JR20、JRS1、JRS2、JRS3等系列产品。其中，JRS2和JRS3系列可与西门子的3UA系列互换使用。T系列电热继电器是引进瑞典ABB公司的产品。JRl和JR2系列电热继电器采用间接受热方式，其主要缺点是双金属片靠发热元件间接加热，热耦合较差；双金属片的弯曲程度受环境温度影响较大，不能正确地反映负载的过流情况。JRl5、JRl6等系列电热继电器采用复合加热方式并采用了温度补偿元件，因此能较正确地反映负载的工作情况。JRS2（3UA）系列电热继电器的主要技术参数见表1-10。电热继电器型号的含义如图1-30所示。

（3）电热继电器的选用

电热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。选用时通常应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合考虑。

① 原则上，电热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的电热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。通常，选取电热继电器的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的60%～80%。当负载的启动时间较长，或者负载是冲击负载，如机床电动机的保护，电热继电器的整定电流数值应该略大于电动机的额定电流。对于三角形连接的电动机，三相电热继电器同时具备过载保护和断相保护的功能。

② 在不频繁启动场合，要保证电热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流的6倍，以及启动时间不超过6s时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取电热继电器。

③ 当电动机用于重复的短时工作时，首先注意确定电热继电器的允许操作频率。因为电热继电器的操作频率是有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果会很不理想，有时甚至不能使用。对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用电热继电器保护，必要时可采用装入电动机内部的温度继电器。

④ 对于工作时间很短、间歇时间较长的电动机（如摇臂的钻床电动机、某些机床的快速移动电动机）和虽然长时间工作，但过载可能性很小的电动机（如排风扇的电动机）可以不设计过载保护。

⑤ 双金属片式电热继电器一般用于轻载、不频繁启动电动机的过载保护。对于重载、频繁启动的电动机，可以采用过电流继电器（延时动作型）作它的过载和短路保护。

（4）注意事项

① 电热继电器只对长期过载或短时严重过载起保护作用，对瞬时过载和短路不起保护作用。

② JRl、JR2、JR0和JRl5系列的电热继电器均为两相结构，是双热元件的电热继电器，可以用做三相异步电动机的均衡过载保护和星形连接定子绕组的三相异步电动机的断相保护，但不能用做定子绕组为三角形连接的三相异步电动机的断相保护。

③ 电热继电器在出厂时，其触头一般为手动复位，若需自动复位，可将复位调整螺钉顺时针方向转动，用手拨动几次，若动触头没有处在断开位置，可将螺钉紧固。

④ 为了使电热继电器的整定电流和负载工作电流相符，可旋转调节旋钮，将其对准刻度定位标识，若整定值在两者之间，可按照比例在实际使用时适当调整。

【例1-11】 有一个型号为JR36-20的电热继电器，共有5对接线端子：1/L1和2/T1，3/L2和4/T2，5/L3和6/T3，这3对接线端子比较粗大；95和96，97和98，这两对接线端子比较细小。有如图1-31所示的控制回路接线图，应该如何接线？

【解】 1/L1和2/T1，3/L2和4/T2，5/L3和6/T3接线端子都比较粗大，说明用在主回路中，其中1/L1、3/L2、5/L3是输入端，2/T1、4/T2、6/T3是输出端。95和96，97和98，这两对比较细小，说明是辅助触头，用在控制回路中，97和98是常开触头的接线端子，95和96是常闭触头的接线端子。注意：继电器、接触器控制的系统多用常闭触头，而PLC控制的系统多用常开触头。

【例1-12】 CA6140A车床的主电动机的额定电压为380V，额定功率为7.5kW，请选用合适的电热继电器。

【解】 电路中的额定电流为。可选JRS2（3UA）-12.5/Z12.5-20A电热继电器，再将电热继电器的热元件的整定电流值整定到15.4A即可。

1.3.5 其他继电器

继电器的种类繁多，除了上述介绍的继电器外，还有些继电器在控制系统中有着特殊的功能，如干簧继电器、压力继电器、温度继电器、速度继电器和固态继电器等。限于篇幅在此不作介绍。

1.4 熔断器

熔断器（fuse）的定义为：当电流超过规定值足够长时间后，通过熔断一个或几个特殊设计的相应部件，断开其所接入的电路，并分断电流的电器。熔断器包括组成完整电器的所有部件。

熔断器是一种保护类电器，其熔体为保险丝（或片）。熔断器的外形图如图1-32所示，其图形和文字符号如图1-33所示。在使用中，熔断器串联在被保护的电路中，当该电路发生严重过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过了某一定值，而且时间足够长，在熔体上产生的热量会使其温度升高到熔体金属的熔点，导致熔体自行熔断，并切断故障电流，以达到保护的目的。这样，利用熔体的局部损坏可保护整个线路中的电气设备，防止它们因遭受过多的热量或过大的电动力而损坏。从这一点来看，相对被保护的电路，熔断器的熔体是一个“薄弱环节”，以人为的“薄弱环节”来限制乃至消灭事故。

熔断器结构简单、使用方便、价格低廉，广泛用于低压配电系统中，主要用于短路保护，也常作为电气设备的过载保护元件。

（1）熔断器的种类、结构和工作原理

① 瓷插式熔断器 瓷插式熔断器指熔体靠导电插件插入底座的熔断器。这种熔断器由瓷盖、瓷底座、动触头、静触头及熔丝组成，如图1-34所示。熔断器的电源线和负载线分别接在瓷底座两端静触头的接线桩上，熔体接在瓷盖两端的动触头上，中间经过凸起的部分，如果熔体熔断，产生的电弧被凸出部分隔开，使其迅速熄灭。较大容量熔断器的灭弧室中还垫有熄灭电弧用的石棉织物。这种熔断器结构简单、使用方便、价格低廉，广泛用于照明电路和小功率电动机的短路保护。常用型号为RC1A系列。

② 螺旋式熔断器 螺旋式熔断器是指带熔断体的载熔件借助螺纹旋入底座而固定于底座的熔断器，其外形如图1-35所示。熔体的上端盖有一个熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器会马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及以下、电流等级200A以下的电路中，起短路保护或者过载保护作用。常见的螺旋式熔断器有RL1、RL5、RL6和RS0等系列产品。

③ 封闭式熔断器 封闭式熔断器是指熔体封闭在熔管中的熔断器，如图1-36所示。封闭式熔断器分为有填料封闭式熔断器和无填料封闭式熔断器两种。有填料封闭式熔断器一般用瓷管制成，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1kA以下的电路中。无填料封闭式熔断器将熔体装入封闭式筒中，如图1-37所示，分断能力稍小，用于500V以下、600A以下的电力网或配电设备中。常见的无填料封闭式熔断器有RM10系列产品。常见的有填料封闭式熔断器有RT10、RS0等系列产品。

④ 快速熔断器 快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低，只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。常见的有RS0系列产品。

⑤ 自复熔断器 自复熔断器采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，气态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流；当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。常见的有RZ系列产品。

国内常用的熔断器型号有RL1、RL6、RT0、RT14、RT15、RT16、RT18、RT19、RT23、RW等系列。

（2）熔断器的技术参数

① 额定电压 额定电压是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其数值一般等于或大于电气设备的额定电压。

② 额定电流 额定电流是指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。厂家为了减少熔断器管额定电流的规格，熔断器管的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断器管内可以分装几个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断器管的额定电流。

③ 极限分断能力 极限分断能力是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下能分断的最大电流值，在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也是反映了熔断器分断短路电流的能力。RT23 系列熔断器的主要技术参数见表1-11。熔断器型号的含义如图1-38所示。

（3）熔断器的选用

选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定
电流。

下面详细介绍一下熔体的额定电流的选择。

① 用于保护照明或电热设备的熔断器。因为负载电流比较稳定，所以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流，即Ire≥Ie。式中，Ire为熔体的额定电流；Ie为负载的额定电流。

② 用于保护单台长期工作电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时不应熔断，熔体的额定电流应满足Ire≥（1.5～2.5）Ie。式中，Ire为熔体的额定电流，Ie为电动机的额定电流，轻载启动或启动时间比较短时，系数可以取1.5，当带重载或启动时间比较长时，系数可以取2.5。

③ 用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热，熔断器也不应熔断，熔体的额定电流应满足Ire≥（3～3.5）Ie。式中，Ire为熔体的额定电流，Ie为电动机的额定电流。

④ 用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。通常，将其中功率最大的一台电动机启动，而其余电动机运行时出现的电流作为其尖峰电流，为此，熔体的额定电流应满足Ire≥（1.5～2.5）Iemax＋∑Ie。式中，Ire为熔体的额定电流；Iemax为多台电动机中功率最大的一台电动机额定电流；∑Ie为其余电动机额定电流之和。

⑤ 为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔断额定电流比下一级（供电支线）大1～2个
级差。

【例1-13】 一个电路上有一台不频繁启动的三相异步电动机，无反转和反接制动，轻载启动，此电动机的额定功率为2.2kW，额定电压为380V，请选用合适的熔断器（不考虑熔断器的外形）。

【解】 电路中的额定电流为：，因为电动机轻载启动，而且无反转和反接制动，所以熔体额定电流为：Ire＝1.6×IN=1.6×5.8＝9.28 （A）取熔体的额定电流为10A。

又因为熔断器的额定电流必须大于或等于熔体的额定电流，可选取熔断器的额定电流为32A，确定熔断器的型号为RT18-32/10。

【例1-14】 CA6140A车床的快速电动机的功率为275W，请选用合适的熔断器。

【解】 电路中的额定电流为：，因为电动机经常启动，而且无反转和反接制动，熔体额定电流为：Ire＝3.5×IN＝3.5×0.72＝2.52 （A），取熔体的额定电流为4A。

又因为熔断器的额定电流必须大于或等于熔体的额定电流，可选取熔断器的额定电流为16A，确定熔断器的型号为RT23-16/4。

1.5 主令电器

在控制系统中，主令电器（master switch）用做闭合或断开控制电路，以发出指令或作为程序控制的开关电器。它一般用于控制接触器、继电器或其他电气线路，从而使电路接通或者分断，来实现对电力传输系统或者生产过程的自动控制。

主令电器应用广泛，种类繁多，按照其作用分类，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、主令控制器及其他主令电器（如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等）。本节只介绍控制按钮和行程开关。

1.5.1 按钮

按钮（push-button）又称控制按钮，是具有用人体某一部分（通常为手指或手掌）施加力而操作的操动器，并具有储能（弹簧）复位的控制开关。它是一种短时间接通或者断开小电流电路的手动控制器。

（1）按钮的功能

按钮是一种结构简单、应用广泛的手动主令电器，一般用于发出启动或停止指令，它可以与接触器或继电器配合，对电动机等实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。按钮的图形及文字符号如图1-39所示。

在电气控制线路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启动按钮，常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮，复合按钮用于联锁控制电路中。

（2）按钮的结构和工作原理

如图1-40所示，控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触头和常开触头，原来就接通的触头称为常闭触头（也称为动断触头），原来就断开的触头称为常开触头（也称为动合触头）。当按下按钮时，先断开常闭触头，后接通常开触头；当按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触头自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触头电器的触头动作顺序均为“先断后合”。按钮的外形如图1-41所示。

（3）按钮的典型产品

常用的控制按钮有LA2、LAY3、LAl8、LAl9、LA20、LA25、LA39、LA81、COB、LAYl和SFAN-1系列产品。其中，SFAN-1系列为消防打碎玻璃按钮；LA2系列为仍在使用的老产品，新产品有LAl8、LAl9、LA20和LA39等系列。LA18系列采用积木式结构，触头可按需要拼装成6个常开、6个常闭，而在一般情况下装成两个常开、两个常闭。LAl9、LA20系列有带指示灯和不带指示灯两种，前者的按钮帽用透明塑料制成，兼作指示灯罩。COB系列按钮具有防雨功能。LAY3系列按钮的主要技术参数见表1-12。按钮型号含义如图1-42所示。

（4）按钮的选用

选择按钮的主要依据是使用场所、所需要的触头数量、种类及颜色。控制按钮在结构上有按钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式5种。急停按钮装有蘑菇形的钮帽，便于紧急操作；旋钮式按钮常用于“手动/自动模式”转换；指示灯按钮则将按钮和指示灯组合在一起，用于同时需要按钮和指示灯的情况，可节约安装空间；钥匙式按钮用于重要的不常动作的场合。若将按钮的触头封闭于防爆装置中，还可构成防爆型按钮，适用于有爆炸危险、轻微腐蚀性气体或蒸汽的环境中，以及雨、雪和滴水的场合。因此，矿山及化工部门广泛使用防爆型控制按钮。

急停和应急断开操作件应使用红色。启动/接通操作件应为白、灰或黑色，优先用白色，也允许用绿色，但不允许用红色。停止/断开操作件应使用黑、灰或白色，优先用黑色，不允许用绿色，也允许选用红色，但若靠近紧急操作器件建议不使用红色。作为启动/接通与停止/断开交替操作的按钮操作件的首选颜色为白、灰或黑色，不允许使用红、黄或绿色。对于按动它们即引起运转而松开它们则停止运转（如保持-运转）的按钮操作件，其首选颜色为白、灰或黑色，不允许用红、黄或绿色。复位按钮应为蓝、白、灰或黑色。如果它们还用作停止/断开按钮，最好使用白、灰或黑色，优先选用黑色，但不允许用绿色。

由于用颜色区分按钮的功能致使控制柜上的按钮颜色过于繁复，因此近年来流行趋于不用颜色来区分按钮的功能，而是直接在按钮下用标牌标注按钮的功能，不过“急停”按钮必须选用红色。按钮的颜色代码及其含义见表1-13。

按钮的尺寸有φ12mm、φ16mm、φ22mm、φ25mm和φ30mm等，其中φ22mm尺寸较常用。

（5）应用注意事项

① 注意按钮颜色的含义。

② 在接线时，注意分辨常开触头和常闭触头。常开触头和常闭触头的区分可以采用肉眼观看方法，若不能确定，可用万用表欧姆挡测量。

【例1-15】 CA6140A车床上有主轴启动、急停按钮，请选择合适的按钮型号。

【解】 主轴急停按钮可选择红色的急停按钮，并且只需要一对常闭触头，因此按钮型号选用LAY3-01M。主轴启动按钮可选用绿色的按钮，需要一对常开触头，因此按钮型号选用LAY3-10。

1.5.2 行程开关

在生产机械中，常需要控制某些运动部件的行程，或运动一定的行程停止，或者在一定的行程内自动往复返回，这种控制机械行程的方式称为“行程控制”。

行程开关（travel switch）又称限位开关（limit switch），用以反映工作机械的行程，发出命令以控制其运动方向或行程大小的开关。它是实现行程控制的小电流（5A以下）的主令电器。常见的行程开关有LX1、LX2、LX3、LX4、LX5、LX6、LX7、LX8、LX10、LX19、LX25、LX44等系列产品，行程开关外形如图1-43所示。LXK3系列行程开关的主要技术参数见表1-14。微动式行程开关的结构和原理与行程开关类似，其特点是体积小，其外形如图1-44所示。行程开关的图形及文字符号如图1-45所示，行程开关型号的含义如图1-46所示。

（1）行程开关的功能

行程开关用于控制机械设备的运动部件行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当安装在生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触头动作，实现电路的切换。因此，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，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械中，用以控制其行程，进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位和轿厢的上、下限位保护。

（2）行程开关的结构和工作原理

行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

直动式行程开关的动作原理与按钮开关相同，但其触头的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0.4m/min的场所。当行程开关没有受压时，如图1-47（a）所示，常闭触头的接线端子2和共接线端子1之间接通，而常开触头的接线端子4和共接线端子1之间处于断开状态；当行程开关受压时，如图1-47（b）所示，在拉杆和弹簧的作用下，常闭触头分断，常闭触头的接线端子2和共接线端子1之间断开，而常开触头接通，常开触头的接线端子4和共接线端子1接通。行程开关的结构和外形多种多样，但工作原理基本
相同。

（3）应用注意事项

在接线时，注意分辨常开触头和常闭触头。

【例1-16】 CA6140A车床上有一个皮带罩，当皮带罩取下时，车床的控制系统断电，起保护作用，请选择一个行程开关。

【解】 可供选择的行程开关很多，由于起限位作用，通常只需要一对常闭触头，因此选择LXK3-11K行程开关。

1.6 变压器和电源

1.6.1 变压器

变压器（transformer）是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。

（1）控制变压器

常用的控制变压器有JBK、BKC、R、BK、JBK5等系列产品，其中，JBK系列是机床控制变压器，适用于交流50～60Hz，输入电压不超过660V的电路；BK系列控制变压器适用于交流50～60Hz的电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制电源、局部照明及指示电源；JBK5系列是引进德国西门子公司的产品。

在现在普遍采用的三相交流系统中，三相电压的变换可用3台单相变压器，也可用一台三相变压器，从经济性和缩小安装体积等方面考虑，可优先选择三相变压器。图1-48所示为三相变压器图形及文字符号（星形-三角形连接），其外形如图1-49所示。

（2）控制变压器的选用

选择变压器的主要依据是变压器的额定值，根据设备的需要，变压器有标准和非标准两类。下面只介绍标准变压器的选择方法。

① 根据实际情况选择一次侧额定电压U1（380V，220V），再选择二次侧额定电压U2、U3，二次侧额定值是指一次侧加额定电压时，二次侧的空载输出，二次侧带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于负载额定电压。

② 根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I1、I2、I3…，一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流。

③ 二次侧额定功率由总功率确定。总功率的算法如下：

P2＝U2I2＋U3I3＋U4I4＋…

根据二次侧电压、电流（或总功率）可选择变压器，三相变压器也是按以上方法进行选择的。控制变压器型号的含义如图1-50所示，JBK变压器的主要技术参数见表1-15。

【例1-17】 CA6140A车床上有额定电压为24V、额定功率为40W的照明灯一盏，以及额定电压为24V的控制电路，据估算控制电路的功率不大于60W，请选用一个合适的变压器（可以不考虑尺寸）。

【解】 二次侧额定功率由总功率确定，总功率为：P2＝U2I2＋U3I3＝100W，一次侧线圈电压为380V，二次侧线圈电压为24V和24V。具体型号为JBK2-160，其中，照明电路分配功率60W，控制电路分配功率100W。

1.6.2 直流稳压电源

直流稳压电源（power source）的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源，其图形和文字符号如图1-51所示。在自动控制系统中，特别是数控机床系统中，需要稳压电源给步进驱动器、伺服驱动器、控制单元（如PLC或CNC等）、小型直流继电器、信号指示灯等提供直流电源，而且直流稳压电源的好坏在一定的程度上决定控制系统的稳
定性。

（1）开关电源

开关电源被称作高效节能电源，因为内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍，其外形如图1-52所示。目前生产的无工频变压器式和小功率开关电源中，仍普遍采用脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器，PWM）或脉冲频率调制器（简称脉频调制器，PFM）专用集成电路。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离，因此能省掉体积笨重且损耗较大的工频变压器。

开关电源具有效率高、允许输入电压宽、输出电压纹波小、输出电压小幅度可调（一般调整范围为±10%）和具备过流保护功能等优点，因而得到了广泛的应用。

（2）电源的选择

在选择电源时需要考虑的问题主要有输入电压范围、电源的尺寸、电源的安装方式和安装孔位、电源的冷却方式、电源在系统中的位置及走线、环境温度、绝缘强度、电磁兼容、环境条件和纹波噪声。

① 电源的输出功率和输出路数。为了提高系统的可靠性，一般选用的电源工作在50%～80%负载范围内为佳。由于所需电源的输出电压路数越多，挑选标准电源的机会就越小，同时增加输出电压路数会带来成本的增加，因此目前多电路输出的电源以三路、四路输出较为常见。所以，在选择电源时应该尽量选用多路输出共地的电源。

② 应选用厂家的标准电源，包括标准的尺寸和输出电压。标准的产品价格相对便宜、质量稳定，而且供货期短。

③ 输入电压范围。以交流输入为例，常用的输入电压规格有110V、220V和通用输入电压（85～264V AC）3种规格。在选择输入电压规格时，应明确系统将会用到的地区，如果要出口美国、日本等市电为110V交流的国家，可以选择110V交流输入的电源，而只在国内使用时，可以选择220V交流输入的电源。

④ 散热。电源在工作时会消耗一部分功率，并且产生热量释放出来，所以用户在进行系统设计时（尤其是封闭的系统）应考虑电源的散热问题。如果系统能形成良好的自然对流风道，且电源位于风道上时，可以考虑选择自然冷却的电源；如果系统的通风比较差，或者系统内部温度比较高，则应选择风冷式电源。另外，选择电源时还应考虑电源的尺寸、工作环境、安装形式和电磁兼容等因素。

【例1-18】 某一电路有10只电压为+12V功率为1.8W的直流继电器和5只电压为5V功率为0.8W的直流继电器，请选用合适的电源（不考虑尺寸和工作环境等）。

【解】 选择输入电压为220V，输出电压为＋5V、＋12V和－12V三路输出。

P总＝P1＋P2＝18＋4＝22（W），因为一般选用的电源工作在50%～80%负载范围内，所以电源功率应该不小于1.15倍的P总，即不小于25.3W，最后选择T-30B开关电源，功率为30W。

1.7 其他电器

1.7.1 浪涌保护器

浪涌保护器（SPD）又称电涌保护器、防雷器，适用于交流50/60Hz，额定电压220V至380V的供电系统（或通信系统）中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护。是一种保护电器。其外形如图1-53所示。

主要有信号浪涌保护器、直流电源浪涌保护器和交流电源浪涌保护器，主要用于防雷。

浪涌保护器的一个应用实例如图1-54所示。

1.7.2 安全栅

安全栅（safety barrier），接在本质安全电路和非本质安全电路之间。将供给本质安全电路的电压电流限制在一定安全范围内的装置。安全栅又称安全限能器。

本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路，限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。安全栅的外形如图1-55所示。

安全栅的一个应用实例如图1-56所示。