基本控制电器

子模块一　基本控制电器

控制电器是组成开关量控制系统的主要部件，在船舶自动控制系统中经常用到。船舶上常用的控制电器有：主令电器、熔断器、接触器、继电器、电磁制动器、空气断路器等，本节主要对前4种电器进行介绍。

一、主令电器

主令电器（Master Switch）是用来接通和分断控制电路以发布命令或对生产过程作程序控制的开关电器它包括按钮开关（简称按钮）、行程开关 、接近开关、万能转换开关和主令控制器等。

本模块主要学习按钮开关、组合开关、行程开关和主令控制器等几种常用主令电器。

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刀 开 关

刀开关（Knife Switch）又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器，图2.1是最简单的刀开关（手柄操作式单级开关）。

刀开关在电路中的作用是：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。

刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。它通过闸刀与底座上的静触头相楔合（或分离），以接通（或分断）电路。

刀开关的种类很多。按极数（刀片数）分为单极、双极和三极（见图2.2）；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。

图2.1　刀开关

图2.2　三极刀开关的电路符号

刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。

刀开关的额定电压通常为250V和500V，额定电流在1 500A以下。

考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：3.5倍异步电机额定电流。

（一）按钮开关

按钮开关（Button，简称按钮）见图2.3，是一种结构简单、应用十分广泛的主令电器。它是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点接通或断开并实现电路换接的开关。在电气自动控制电路中，需要手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等，是一种短时接通或分断小电流电路的电器。

1. 工作原理

按钮开关的结构和电路符号如图2.4所示。

图2.3　按钮开关实物图

图2.4　按钮开关的结构和符号

按动按钮时外力克服了弹簧力，使常开触点闭合，使常闭触点断开。当外力撤销后按钮又恢复原来的状态。因此，一般常开按钮当作启动按钮来用，而常闭按钮当作停止按钮来用。

练一练

如何判断常闭、常开按钮的好坏？如何判断哪个触点是常开触点，哪个触点是常闭触点？

2. 分类

按钮可按操作方式、防护方式分类，常见的按钮类别及特点如下。

① 开启式：适用于嵌装固定在开关板、控制柜或控制台的面板上，代号为K。

② 保护式：带保护外壳，可以防止内部的按钮零件受机械损伤或人触及带电部分，代号为H。

③ 防水式：带密封的外壳，可防止雨水侵入，代号为S。

④ 防腐式：能防止化工腐蚀性气体的侵入，代号为F。

⑤ 防爆式：能用于含有爆炸性气体与尘埃的地方（如煤矿等场所）而不引起传爆，代号为B。

⑥ 旋钮式：用手把旋转操作触点，有通、断两个位置，一般为面板安装式，代号为X。

⑦ 钥匙式：用钥匙插入旋转进行操作，可防止误操作或供专人操作，代号为Y。

⑧ 紧急式：有红色大蘑菇钮头突出于外，作紧急时切断电源用，代号为J或M。

⑨ 自持按钮：按钮内装有自持用电磁机构，主要用于发电厂、变电站或试验设备中，操作人员互通信号及发出指令等，一般为面板操作，代号为Z。

⑩ 带灯按钮：按钮内装有信号灯，除用于发布操作命令外，兼作信号指示，多用于控制柜、控制台的面板上，代号为D。

联锁式：多个触点互相联锁，代号为C。

按用途和触头的结构不同分类：

① 常开按钮；

② 常闭按钮；

③ 复合按钮。

3. 颜色

为标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成不同的颜色，以示区别，其颜色有红、绿、黑、黄、蓝、白等。如，红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮等。按钮开关的主要参数有型式及安装孔尺寸、触头数量及触头的电流容量，在产品说明书中都有详细说明。常用国产产品有LAY3、LAY6、LA20、LA25、LA38、LA101、LA115等系列。

按钮开关在船舶上的应用非常广泛，如图2.5所示。例如：机舱集控室发电机的控制屏的起停按钮、机旁的控制面板等。

图2.5　按钮开关的应用

想一想　　请列举按钮开关在船舶机舱和设备控制上的应用。

（二）组合开关

组合开关（Combination Switch）又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开关，主要用于接通或切断电路、换接电源、控制小型鼠笼式三相异步电动机的起动、停止、正反转或局部照明。

组合开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。

1. 结构及状态

组合开关是一种多路多极主令开关，可以控制多个电器回路通断，其结构图与示意图如图2.6（a）和图2.6（b）所示。各触头的闭合规律由触头闭合表来描述，如图2.6（c）所示，表中开关手柄在某位置时，触头的状态若为“×”，则表示此时触头处于闭合状态。

2. 工作原理

接触系统由数个装嵌着动、静触点座构成。动触点是双断点对接式触桥，每个触桥依靠弹簧与静触点接触，且由套在六方型转轴上的凸轮控制其接通或断开。通过组合开关上手柄带动了转轴转动，转轴上的动触片就可以转动，转过相应的角度，那么相应的动触片和静触片接通，相应的电路就接通。

图2.6　组合开关的结构图、示意图和触头闭合表

（a）结构图；（b）示意图；（c）触头闭合表

练一练

假如船上有两台发电机，但是只有一块频率表，这时该如何接线，才能正确地显示两台发电机的频率？

3. 应用

船舶配电板（见图2.7）上常用这种组合开关完成以下工作：测量每相电压、电流或用于某个设备的控制方式（例如：对备用发电机的控制有两种状态：一种状态是自动位置，另一种状态是手动位置），以及控制部位选择等。

图2.7　船舶配电板

（三）行程开关

行程开关（Position Switch）又称限位开关（见图2.8），是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器，用来控制机械运动部件的行程和变换运动的方向、速度及程序控制。

图2.8　行程开关外观

1. 结构

行程开关由触点或微动开关、操作机构及外壳等部分组成。借助机械部件上的撞块触动操作机构，推动微动开关，使触点闭合或断开。常用形式有按钮式（见图2.9（a））和转臂式（见图2.9（b））两种，按状态分为动合式和动断式两种。

图2.9　行程开关结构图

（a）按钮式；（b）转臂式

2. 工作原理

行程开关是用以反应工作机械的行程，发出命令以控制其运动方向和行程大小的开关。按钮式行程开关与按钮开关极其类似，其作用原理与按钮相同，区别在于它不是靠手指的按压而是利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作，从而将机械信号转换为电气信号，使运动机械按一定的位置或行程实现自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

练一练

如何判断行程开关是动合的还是动断的？

3. 应用

行程开关符号如图2.10所示。机舱的行车、起货机、舵机上都装有此类型开关，用以限制行程，避免发生碰撞事故。

图2.10　行程开关符号

想一想　　行程开关在陆地上的应用都有哪些？

（四）主令控制器

主令控制器（Master Controller）是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，一般由触头装置和带有凸轮的轴组成。主令控制器外观如图2.11所示。

1. 结构及状态

主令控制器的结构示意图如图2.12（a）所示。主令控制器的电路符号及相应的触头通断表见图2.12（b）。主令控制器在控制电路表示方法中，黑点表示手柄扳到该位置时，对应触点应接通。

2. 工作原理

凸轮位置随手柄工作位置而变动，触头的开闭次序由凸轮形状决定。手柄在不同位置时，凸轮位置改变，从而使相应的触头闭合或断开。各触头在不同工作位置时，便有不同的开闭状况，从而改变了相应的触头闭合或断开状态。

图2.11　主令控制器外观

图2.12　主令控制器

（a）结构示意图；（b）电路符号

3. 应用

主令控制器适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机和绞缆机的控制等。

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主令控制器的应用

主令控制器的应用范围很广，主要应用于要求多种控制状态的场合，例如：普通物料搬运起重机用于工地、仓库、货场等（见图2.13）。

图2.13　工地起重机

还可以用于钢铁、冶金、港口等的桥式起重机（见图2.14和图2.15）。

图2.14　桥式起重机

图2.15　桥式起重机联动台

二、熔断器

图2.16　熔断器外观

熔断器（Fuse）是当电流超过限定值时，借熔体熔化来分断电路的一种用于过载和短路保护的电器，见图2.16。在低压配电系统中起安全保护作用，在电机控制电路中主要起短路保护作用。

（一）结构特性

熔断器符号见图2.17。结构：由熔体、连接熔体的触头装置及外壳、底座四部分组成。

1. 熔体

熔体的材料

① 低熔点材料，如铅锡合金、锌等。

② 高熔点材料，如银、铜等。

常将熔体制成丝状或片状。绝缘管内的填充物具有灭弧作用。

2. 熔体的工作原理

使用时，熔断器同它所保护的电路串联，当该电路发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过了某一定值，在熔体上产生的热量使其温度升高，当到达熔体熔点时，熔体自行熔断，电弧熄灭后，切断故障电流，达到保护作用。

（二）保护特性

从特性方面来看，过载需要反时限保护特性，短路则需要瞬动保护特性。从参数方面来看，过载要求熔化系数小，发热时间常数大；短路则要求较大的限流系数，较小的发热时间常数、较高的分断能力和较低的过电压。

从工作原理来看，过载动作的物理过程主要是热熔化过程，而短路则主要是电弧的熄灭过程。

熔断器的保护特性也就是熔体的熔断特性，一般也称为安秒特性。所谓安秒特性是指熔体的熔化电流与溶化时间的关系，如图2.18所示。从特性曲线上可以看出，熔断器的熔断时间与通过熔体的电流大小有关，同时存在熔断电流与不熔断电流的分界线，此分界电流称为最小熔断电流I _R。熔断器的额定电流I _e必须小于最小熔断电流。熔断器的最小熔断电流I _R与额定电流I _e之比称为熔断器的熔化系数，熔化系数主要取决于熔体的材料、工作温度和结构。一般情况下，当通过的电流不超过1.25I _e时，熔体将长期工作；当电流不超过2I _e时，约在30～40s后熔断；当电流达到2.5I _e时，约在8s左右熔断；当电流达到4I _e时，约在2s左右熔断；当电流达到10I _e时，熔体瞬时熔断。所以当电路发生短路时，短路电流使熔体瞬时熔断。

图2.17　熔断器符号

图2.18　熔体的安秒特性

（三）熔断器的种类与特点

熔断器的种类与特点见表2.1。

表2.1　熔断器的种类与特点

（四）熔断器的型号

型号含义：1 2 3 4 —5 /6

第1部分：R表示“熔断器”。

第2部分：指熔断器类型。

字母：C—插入式；L—螺旋式；M—密封式；T—填料式；S—快速熔断；X—报警信号。

第3部分：设计序号。

第4部分：设计标志。

第5部分：熔断器的额定电流，单位为A。

第6部分：熔体的额定电流，单位为A。

（五）熔断器的选用

为使熔断器能真正起到保护的作用，必须进行正确的选择，选用原则如下。

① 熔断器动作的选择性。当线路短路时，2FU的熔断时间应小于1FU，2FU先熔断是有选择性动作，否则是非选择性。

② 熔体额定电流大于或等于该支路的实际最大负荷电流，但应小于支路中最细导线的安全电流。对照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流，并应考虑多个线路的启动电流。

③ 单台直接启动电动机：熔体额定电流＝（1.5～2.5）×电动机额定电流或熔体额定电流≥电动机启动电流/2.5；若电动机启动频繁，则熔体额定电流≥电动机起动电流/（1.6～2）。

④ 熔断器的最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流。

⑤ 根据负荷性质确定熔断器类型。

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熔断器更换须知

1. 一般应在不带电情况下取出熔断器管进行更换。有些熔断器允许在带电取下，但应将负载切断，以免发生危险。

2. 在熔体熔断后，特别是在分断极限电流后，往往有熔体渣熔化在上面，所以在换装新熔体前，必须仔细擦净管内表面和接触面上的熔渣、烟灰和尘埃等。

熔断器是在一般的过载电流下熔断还是在分断极限电流时熔断，通常不易区分，只能凭经验判断。凡熔断器熔断时，响声不大，熔体只在一两处熔断，管子的内壁没有烧焦现象，也无大量熔体蒸汽附着在管壁，这是在一般的过载电流下熔断的。凡熔断器熔断时响声特别大，有时看见两端有火光，管内熔体断成许多小段，管子内壁有大量熔体蒸汽附着，有时管壁有烧焦现象，就可能是在分断极限电流时熔断，说明线路有短路故障，应排除故障后再更换熔断件。

3. 在更换熔断体时，须注意熔体电流值和熔件的片数，并要使熔件和原熔件相同，不应随意更换凑合使用，快速熔断件不能用普通的熔断器的熔体代替。

4. 在换装熔体时，应注意不要将熔断件折伤和扭伤，因为熔体比较软且易断，容易发生裂痕或减少截面积，降低电流值。

5. 对于封闭管式熔断器，管子不能用其他绝缘管代替，否则易于炸裂管子，发生人身伤害事故。也不可以在熔断管上钻孔，因为钻孔会造成灭弧困难，可能会喷出高温金属和气体，这对人体和周围设备是十分危险的。

（六）熔断器使用注意事项

① 一般应在不带电的情况下取下熔断器进行更换，有些熔断器允许在带电的情况下用专用工具取下，但应当将负荷切断，以免发生危险。

② 熔体额定电流不能大于熔断器的额定电流。

③ 不能用不易熔断的其他金属丝代替。

④ 安装时熔体两端应接触良好。

⑤ 不可在直流电动机中的励磁回路串联熔断器。

⑥ 不可在接地线中接熔断器。

⑦ 不可在三相四线制的中线中串联熔断器。

三、接触器

接触器（Contactor）可以分为两类：交流接触器和直流接触器。由于船舶主要使用交流接触器，本节主要学习和训练交流接触器的相关知识与技能。

交流接触器主要用于频繁接通和分断交流电路，具有控制容量大、可远距离操作、能实现连锁控制的特点，并有失压欠压功能，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可控制其他电力负载，如电热器、照明等。

（一）交流接触器（AC Contactor）

1. 外形与结构

交流接触器由以下四部分组成。

图2.19　CJ10-20型交流接触器

1—灭弧罩；2—触点压力弹簧片；3—主触点；4—反作用弹簧；5—线圈；6—短路环；7—静铁芯；8—弹簧；9—动铁芯；10—辅助常开触点；11—辅助常闭触点

① 电磁机构。电磁机构由线圈、动铁芯（衔铁）和静铁芯组成，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，一般情况下常开、常闭触点各两对。

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。

图2.19为CJ10-20型交流接触器。

2. 工作原理及符号

（1） 电磁式接触器的工作原理

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） 接触器的符号

图形符号如图2.20所示，接触器的文字符号为KM。

图2.20　接触器的图形符号

（a）线圈；（b）主触点；（c）辅助触点

想一想　　交流接触器运行中噪声很大是什么原因？如何消除？

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。一只接触器通常定几个额定电压，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三相异步电动机控制电路中，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

用最大接通电流和最大分断电流表示。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，这一数值与通断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。

（4） 动作值

用吸合电压和释放电压表示。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为吸引线圈额定电压。一般该电压数值及线圈的匝数、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

包括电气寿命和机械寿命。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%。

练一练

如果线圈电压是交流220V，主触点电流是60A。请判断主触点允许通过直流电60A，还是交流电60A，还是二者都可以？

4. 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动机的转子回路中，启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他场合，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；五极接触器用来组成自耦补偿启动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。

（2） 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1 140V等一些特殊的场合。

（3） 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。

5. 交流接触器型号说明

交流接触器型号说明见图2.21。

图2.21　交流接触器型号

注1：以数字代表额定工作电压。“03”代表400V一般可不写出；“06”代表690V，如其产品结构无异于400V的产品结构时，也可不写出。

注2：K表示矿用型接触器，J表示节能型交直流操作，S表示锁扣型。

例如：CJl0-40为交流接触器，设计序号为10，重任务型，额定电流40A，主触点为3极；CJl2-250为改型后的交流接触器，设计序号为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，CJ10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。

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20世纪80年代初水平。它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地启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。

6. 交流接触器的选用

应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤。

（1） 选择接触器的类型

交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1、AC2、AC3和AC4。一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线式异步电动机的启动和停止；三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型异步电动机的启动、反接制动、反转和点动。

（2） 选择接触器的额定参数

根据被控对象和工作参数（如电压、电流、功率、频率及工作制等）确定接触器的额定参数。

① 接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。

② 电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。

③ 对重任务型电动机，如机床主电动机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次/min，运行于启动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。为了保证电气寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。

④ 对特重任务电动机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600～12 000次/h，经常运行于启动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电气寿命及启动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。

⑤ 交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。

⑥ 用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等。

⑦ 对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此启动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑启动电流，直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJl0、CJ20等。

⑧ 由于气体放电灯启动电流大、启动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1～1.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。

⑨ 接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间≤8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%～120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。

⑩ 还要考虑工作环境和接触器的结构形式。

想一想　　有个接触器，原先的电磁线圈是用于380V电压的，先将它的电磁线圈拆了部分出来用于220V的电压上，它以前的电阻是1 080Ω，现在为810Ω。现在可以用于220V的电压中，发热也正常，但是偶尔在启动时电磁铁吸合不了，出现跳动情况，请问这是怎么回事呢？

7. 接触器接法

（1） 一般三极接触器一共有8个点，三路输入、三路输出，还有两个控制点。输出和输入是对应的，很容易看出来。如果要加自锁的话，则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。

（2） 首先应该知道交流接触器的原理。它是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场。加电吸合，断电后接触点就断开。知道原理后，应该弄清楚外加电源的接点，也就是线圈的两个接点，一般在接触器的下部，并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部，一看就知道。还要注意外加电源的电压是多少（220V或380V），一般都有标注。并且注意接触点是常闭还是常开。如果有自锁控制，根据原理理一下线路就可以了。

练一练

交流接触器运行中噪声很大是什么原因？如何消除？

（二）直流接触器

直流接触器（DC Contactor）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三部分组成。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。

1. 直流接触器型号说明

直流接触器型号说明见图2.22。

图2.22　直流接触器型号

想一想　　直流接触器线圈中串接经济电阻的作用是什么？交流接触器线圈中也能串接经济电阻吗？

2. 交流接触器与直流接触器的区别

二者在电磁机构上有很大区别，交流接触器的线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成，以减少铁损；而直流接触器的铁芯和衔铁可用整块钢。交流接触器的吸引线圈因具有较大的交流阻抗，故线圈匝数比较少。相比之下，直流接触器的线圈匝数较多，绕制的漆包线较细。

直流接触器接到直流电源上，当电压恒定时，电流也恒定，故磁势恒定，即直流接触器的电磁铁是一恒磁势元件。磁通随着电磁铁的气隙的减小而增加，其吸力大大增加，所以直流接触器、继电器吸合以后，往往串接经济电阻来减小工作电流（但仍能保持吸合）、延长使用寿命。

交流接触器接到交流电源上，当交流电源电压恒定时，在其他参数不变的情况下，交流接触器的电磁铁是一恒磁通元件，由于磁通恒定，其吸力也恒定，当交流接触器的电磁铁的气隙发生变化时，铁芯线圈中的电流必随之变化。若由于某种原因，在工作中衔铁卡住而吸不上，此时的气隙大于正常吸合时的气隙，铁芯线圈中的电流就增大，时间稍长，线圈则烧毁，而直流电磁铁在衔铁被卡住后线圈是不会烧毁的。

在使用时要注意，交流接触器不可以接直流电源，直流接触器也不可以接交流电源。

想一想　　两个同型号的交流接触器，吸引线圈额定电压为110V，能否将其串联后接到220V交流电源上？如果是直流接触器，情况如何？

四、继电器

继电器（Relay）是一种根据电气量（如电压、电流等）或非电气量（如热、时间、压力、转速等）的变化接通或断开电路以实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。感测机构把感测到的电气量传递给中间机构，将它与额定的整定值进行比较，当达到整定值（过量或欠量）时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开被控电路。

继电器的种类很多，按用途可分为控制继电器和保护继电器；按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器和温度继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器和电子式继电器等；按动作时间可分为瞬时继电器和延时继电器等。下面介绍几种常用继电器。

（一）电磁式继电器

电磁式继电器（Electromagnetic Relay）的结构及工作原理类似于接触器，不同之处只是由于电流较小、没有灭弧装置且其没有主触头。电磁式继电器按吸引线圈的电流种类可分为交流电磁继电器和直流电磁继电器。其中交流继电器的铁芯为硅钢片叠成，磁极端面装有短路环；而直流电磁继电器的铁芯为整块钢制成，也无装设短路环。继电器的电路符号如图2.23所示。

图2.23　继电器的电路符号

继电器的工作原理：当电流流过线圈时，铁芯变成电磁铁，可动铁片被吸引，受到向下的力的作用。可动触点也向下方移动，与固定触点接触，构成闭合电路。当线圈中无电流流动时，铁芯不再变成电磁铁，可动铁片不再受到吸引，由于返回弹簧的作用，受到向上方的力的作用，可动触点也向上方移动，于是与固定触点脱离接触而使电路断开。

按继电器反映的参数分，电磁式继电器可分为中间继电器、电流继电器、电压继电器。

1. 电压继电器

电压继电器（Voltage Relay）用于电力拖动系统的电压保护和控制。使用时电压继电器线圈并联接入主电路，感测主电路的电路电压；触头接于控制电路，为执行元件。电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器又分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。

（1） 过电压继电器

过电压继电器线圈在额定电压值时，衔铁不产生吸合动作，只有当电压高于额定电压105%～115%以上时才产生吸合动作。

（2） 欠电压继电器

当电路中的电气设备在额定电压下正常工作时，欠电压继电器的衔铁处于吸合状态。如果电路中电压降低时，并且低于欠电压继电器线圈的释放电压，其衔铁打开，触点复位，从而控制接触器及时分开电气设备的电源。

通常欠电压继电器的吸合电压值的整定范围是额定电压值的30%～50%，释放电压值整定范围是额定电压值的10%～35%。

（3） 零电压继电器

当电路电压降低到5%～25% UN时释放，对电路实现零电压保护的继电器为零电压继电器。用于电路的失压保护。

2. 电流继电器

电流继电器（Current Relay）用于电力拖动系统的电流保护和控制。使用时，电流继电器线圈串联接入主电路，用来感测主电路的电流；触头接于控制电路，为执行元件。电流继电器反映的是电流信号。根据通过继电器线圈自身电流的大小而动作，实现对被控电路的通断控制。电流继电器的线圈的匝数少、导线粗、阻抗小。根据用途不同，电流继电器又分为过电流继电器和欠电流继电器。

（1） 欠电流继电器

欠电流继电器用于对电路起欠电流保护作用，吸引电流为线圈额定电流30%～65%，释放电流为额定电流10%～20%。因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一定值时，继电器释放，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。

（2） 过电流继电器

过电流继电器线圈在额定电流值时，衔铁不产生吸合动作，只有当负载电流超过一定值时才产生吸合动作。过电流继电器常用于在电力拖动控制系统中起保护作用。

通常，交流过电流继电器的吸合电流整定范围为其额定电流的1.1～4倍，直流过电流继电器的吸合电流整定范围为其额定电流的0.7～3.5倍。

练一练

电流继电器的触点应能满足以下要求：以多少倍动作电流和保护安装处受何种电流冲击时，触点应无振动和鸟啄现象？

3. 中间继电器

中间继电器（Intermediate Relay）是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器，它的输入信号为线圈的通电或断电，它的输出信号是触头的动作，不同动作状态的触头分别将信号传给几个元件或回路。

中间继电器与接触器所不同的是中间继电器的触头对数较多，并且没有主、辅之分，各对触头允许通过的电流大小是相同的，其额定电流约为5A。

想一想　　什么情况下可用中间继电器代替接触器启动电动机？

中间继电器的功能如下。

（1） 信号分支

对于中间继电器的单一输入，如果构成多个输出触点，就可以同时控制多台设备。例如，可以将输入信号进行分支处理，变成三个电路的输出信号（见图2.24）。

（2） 信号放大

通过对中间继电器线圈中流动的小电流进行输入或切断操作，可以对输出触点电路中的大电流进行开闭控制，从而实现对被控制电流的放大（见图2.25）。

图2.24　中间继电器的信号分支

图2.25　中间继电器的信号放大

例如，若设线圈中的电流为1A，输出触点电路的电流为100A，则信号被放大100倍。

（3） 信号转换

因为中间继电器的线圈和触点是电绝缘的，所以可以分别处理不同性质的信号。例如，若设输入为直流信号，输出为交流信号，则可以将直流信号转换成交流信号（见图2.26）。

（4） 信号反转

当利用中间继电器的常闭触点，输入为OFF时，输出为ON时，反之亦然，这样实现信号的反转。例如，可以在输入端的电流停止流动时，使输出端的电流流动（见图2.27）。

图2.26　中间继电器的信号转换

图2.27　中间继电器的信号反转

（二）时间继电器

时间继电器（Time Relay）是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器（见图2.28），它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。

图2.28　空气阻尼型时间继电器外观

当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。

1. 时间继电器图形符号

时间继电器延时触头图形符号见图2.29。

图2.29　时间继电器延时触头的图形符号

练一练

时间继电器如何设定时间？假如需要设定一个8s的延时，该如何调节？

图2.30　气囊式时间继电器结构示意图

1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—复位弹簧；5—推板；6—活塞杆；7—杠杆；8—塔形弹簧；9—弱弹簧；10—橡皮膜；11—空气室壁；12—活塞；13—调节螺杆；14—进气孔；15、16—微动开关

2. 气囊式时间继电器结构

气囊式时间继电器的结构示意图如图2.30所示。

（1）气囊式时间继电器的工作原理

在通电延时时间继电器中，当线圈1通电后，铁芯2将衔铁3吸合，瞬时触点迅速动作（推板5使微动开关16立即动作），活塞杆6在塔形弹簧8作用下，带动活塞12及橡皮膜10向上移动，由于橡皮膜下方气室空气稀薄，形成负压，因此活塞杆6不能迅速上移。当空气由进气孔14进入时，活塞杆6才逐渐上移。当移到最上端时，延时触点动作（杠杆7使微动开关15动作），延时时间即为线圈通电开始至微动开关15动作为止的这段时间。通过调节螺杆13调节进气孔14的大小，就可以调节延时时间。线圈断电时，衔铁3在复位弹簧4的作用下将活塞12推向最下端。因活塞被往下推时，橡皮膜下方气室内的空气都通过橡皮膜10、弱弹簧9和活塞12肩部所形成的单向阀，经上气室缝隙顺利排掉，因此瞬时触点（微动开关16）和延时触点（微动开关15）均迅速复位。

将电磁机构翻转180°安装后，可形成断电延时时间继电器。它的工作原理与通电延时时间继电器的工作原理相似，线圈通电后，瞬时触点和延时触点均迅速动作；线圈失电后，瞬时触点迅速复位，延时触点延时复位。

（2） 气囊式时间继电器的优缺点

优点是延时范围较大（0.4s～180s），且不受电压和频率波动的影响；可以做成通电和断电两种延时形式；结构简单、寿命长、价格低。其缺点是延时误差大，难以精确地整定延时时间，且延时值易受周围环境温度、灰尘的影响。因此，对延时精度要求较高的场合不宜使用。

3. 时间继电器的用途、选用原则

（1）用途

时间继电器是一种按时间原则动作的继电器。它按照设定时间控制而使触头动作，即由它的感测机构接收信号，经过一定时间延时后执行机构才会动作，并输出信号以操纵控制电路。它按工作方式分为通电延时时间继电器和断电延时时间继电器，一般具有瞬时触点和延时触点这两种触点。

（2）选用原则

时间继电器的选用原则如下。

① 类型选择

凡是对延时要求不高的场合，一般采用价格较低的JS7-A系列时间继电器；对于延时要求较高的场合，可采用JS11、JS20或7PR系列的时间继电器。

② 延时方式的选择

时间继电器有通电延时和断电延时两种，应根据控制线路的要求来选择哪一种延时方式的时间继电器。

对于通电延时型时间继电器，当线圈通电后触点要延时一段时间才动作，而且延迟时间的长短可调。线圈断电后，触点立刻复位。

对于断电延时型时间继电器，线圈通电后触点立刻动作，但是线圈断电后触点不能立刻复位，而是要延迟一段时间，延迟时间的长短是可调的。

③ 线圈电压的选择

根据控制线路电压来选择时间继电器吸引线圈的电压。

想一想　　时间继电器有几个插脚？每个插脚起什么作用？

（三）热继电器

热继电器（Thermal Relay）是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的保护电器，它主要用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行及其他电气设备发热状态的控制。在船舶上常用于各种电机，起保护的作用。热继电器外观见图2.31。

热继电器的内部结构见图2.32。

图2.31　热继电器外观

图2.32　热继电器的内部结构

1—电流调节凸轮；2a、2b—簧片；3—手动复位按钮；4—弓簧；5—主双金属片；6—外导板；7—内导板；8—常闭静触点；9—动触头；10—杠杆；11—复位调节螺钉；12—补偿双金属片；13—推杆；14—连杆；15—压簧

1. 热继电器的工作原理

当电动机绕组因过载引起过载电流时，发热元件产生的热量足以使主双金属片弯曲，推动内导板向右移动以推动补偿双金属片使推杆绕轴转动，推动触头连杆，使动触头与静触头分开，从而使电动机线路中的接触器线圈断电释放，将电源切断，起到了保护作用。

目前常用的过载保护电器是热继电器，热继电器电路符号如图2.33所示，图2.33（a）是热继电器的热元件；图2.33（b）是热继电器的动断（常闭）触头。

在电动机的过载保护中，热继电器应该这样连接：把热继电器的发热元件同电动机的三相线相连，而热继电器的动断触头应串联在控制电路中。

2. 热继电器工作电流的整定

热继电器的工作电流可以在一定范围内调整，称为整定。整定电流值应是被保护电动机的额定电流值，其大小可以通过旋动整定电流旋钮来实现。热继电器主双金属片受热膨胀的热惯性及操作机构传递信号的惰性原因，使热继电器从过载开始到触头动作需要一定的时间，也就是说，即使电动机严重过载甚至短路，热继电器也不会瞬时动作，因此热继电器不能用作短路保护。但也正是这个热惯性，使电动机启动或短时过载时，热继电器不会误动作。

图2.33　热继电器的电路符号

热继电器在通过整定电流情况下是长期不动作的。当电动机电流达到整定值的105%时，热继电器在2h内动作（热态）。当电机电流达到整定值的150%时，热继电器2min内动作。从冷态开始，热继电器通过7倍的整定电流大于2s动作。

热继电器工作依靠的是温度信号，故对工作环境的温度有要求，其整定动作电流是指在常温下的动作电流值，环境温度过高或过低都会对其动作的灵敏性有影响。在高温场合，热继电器的整定电流可调到电机额定电流的105%～120%。

练一练

2.2kW三相电机。新买的热继电器三相（4.5～7.5A），手动将热继电器的电流调到最小，电机还能正常启动。是不是热继电器有问题？原因分析出在哪里？有什么处理方法？

3. 热继电器的复位

热继电器在动作后有以下几种情况：

① 触点自动复位；

② 必须按动复位按钮触点才能复位；

③ 自动复位、手动复位可以任意选择。

想一想　　1. 热继电器不动作的原因分析及处理方法是什么？2. 热继电器误动作的原因分析及处理方法是什么？

（四）速度继电器

速度继电器（Speed Relay）是用来反映转速与转向变化的继电器。它可以按照被控电动机转速的大小使控制电路接通或断开。速度继电器通常与接触器配合，实现对电动机的反接制动。速度继电器外观见图2.34。

1. 速度继电器的结构

速度继电器主要由转子、定子和触点等部分组成，如图2.35所示。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼形空心圆环，并装有笼形绕组。

图2.34　速度继电器外观

图2.35　速度继电器的结构

1—转轴；2—转子；3—定子；4—摆杆；5—触点

2. 速度继电器的工作原理

速度继电器的转轴1和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器的转子2随之转动，定子内的绕组便切割磁力线，产生感应电动势，而后产生感应电流，此电流与转子磁场作用产生转矩，使定子3开始转动。电动机转速达到某一值时，产生的转矩能使定子转到一定角度，使摆杆4推动常闭触点5动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧的作用下复位。

同理，电动机反转时，定子会往反方向转过一个角度，使另外一组触点动作。

3. 速度继电器的电路符号

速度继电器的电路符号见图2.36。

4. 速度继电器的应用

速度继电器应用广泛，可以用来监测船舶、火车的内燃机引擎，以及气体、水和风力涡轮机，还可以用于造纸业、箔的生产和纺织业生产上。在船用柴油机及很多柴油发电机组的应用中，速度继电器作为一个二次安全回路，当紧急情况产生时，迅速关闭引擎。

速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。

速度继电器的使用：

① 速度继电器的转轴应与电动机同轴联接；

② 速度继电器安装接线时，正反向的触头不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。

图2.36　速度继电器的电路符号