常用低压控制电器的结构和工作原理

3.1.2　常用低压控制电器的结构和工作原理

1．接触器

接触器是利用电磁针吸力和弹簧反作用力配合动作，而使触头闭合与分断的一种电器。它具有低电压释放保护性能、控制容量大、远距离控制等优点，在自动控制系统中用来频繁地接通和切断交直流电路。按其触头通过的电流种类不同，分为交流接触器和直流接触器两种。

1）交流接触器：交流接触器有CJ10、CJ12、CJ15、CJ20和B系列等，交流接触器的外形及结构如图3-1所示。

图3-1　接触器

交流接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置等部分组成。

① 电磁系统：电磁系统用来操作触头的闭合与分断，包括线圈、动铁芯和静铁芯。

交流接触器的铁芯由硅钢片叠压而成，一般制成粗而短的圆筒形，并与铁芯之间有一定的间隙，以免与铁芯直接接触而受热烧坏。

交流接触器的铁芯由硅钢片叠压而成，以减少铁芯中的涡流损耗，避免铁芯过热。在铁芯上装有一个短路铜环，以减少交流接触器吸合时产生的振动和噪声，故又称为减振环，如图3-2所示，其材料为铜、康铜或镍铬合金等。

② 触头系统：触头系统用来直接接通和分断所控制的电路，分为主触头和辅助触头。

主触头用以通断电流较大的主电路，体积较大，一般由三对常开触头组成；辅助触头用以通断电流较小的控制电路，体积较小，它有常开和常闭两对触头。触头是用导电性能较好的紫铜制成的，并在接触点部分镶上银或银合金块，以减小接触电阻。

为了使触头接触得更紧密，以减小接触电阻，并消除开始接触时发生的有害振动，在触头上装有接触弹簧，以加大触头闭合时的互压力。

图3-2　铁芯

③ 灭弧装置：灭弧装置用来熄灭主触头在切断电路所产生的电弧，保护触头免受电弧灼伤。在交流接触器中常采用下列几种灭弧方法：

（a）电动力灭弧：电弧在触点回路电流磁场的作用下，受到电动力作用拉长，并迅速移开触点而熄灭。

（b）纵缝灭弧：电弧在电动力的作用下，进入由陶土或石棉水泥制成的灭弧室窄缝中，电弧与室壁接触，被迅速冷却而熄灭。

（c）栅片灭弧：电弧在电动力的作用下，进入由许多间隔着的金属片所组成的灭弧栅之中，电弧被栅片分割成若干段短弧，使每段短弧上的电压达不到燃弧电压，同时栅片具有强烈的冷却作用，致使电弧迅速熄灭。

（d）磁吹灭弧：灭弧装置设有与触点串联的磁吹线圈，电弧在吹弧磁场的作用下受力拉长，从触点吹离，加速了冷却而熄灭。

为了加强灭弧效果，往往要同时采取几种灭弧措施。

此外，交流接触器还有其他部分，如反作用弹簧、缓冲弹簧、传动机构和接线柱等。

2．继电器

继电器是根据电流、电压、温度、时间和速度等信号的大小来接通和分断小电流电路的自动控制元件。继电器一般不直接控制主电路，而是通过接触其他电器对主电路进行控制，因此继电器触头的额定电流很小（5～10A），不需灭弧装置，具有结构简单、体积小、重量轻等优点，但对其动作的准确性则要求较高。按照它在自动控制系统中的作用分为热继电器、时间继电器、中间继电器、速度继电器、电流继电器和电压继电器等。

（1）热继电器

热继电器的作用是对电动机进行过载保护，以免电动机温升过高、绝缘老化或绕组烧毁。热继电器有JR0、JR10、JR14、JR15、JR16、JR20和T系列等，热继电器的外形及结构如图3-3所示。

热继电器主要由热元件、触头系统、动作机构、复位按钮和整定电流装置等部分组成。

1）热元件：热元件是热继电器接受过载信号部分，它由双金属片及绕在双金属片外面经绝缘的电阻丝组成。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属片复合而成，如铁镍铬合金和铁镍合金。电阻丝用康铜或镍铬合金等材料制成，使用时串联在被保护的电路中。热元件一般有两块，属于两相结构。此外，还有三相结构热继电器。

图3-3　热继电器

2）触头系统：触头系统具有一副常开触头和一副常闭触头，如图3-3所示，接线柱1和2间为常开触头，3和2间为常闭触头，2为公共接线柱。

3）动作机构、复位按钮和整定电流装置：动作机构由导板、补偿金属片、推杆、杠杆及拉簧等组成，用来将双金属片的热变形转化为触头动作。补偿双金属片用来补偿环境温度的影响。

热继电器动作后的复位有手动复位和自动复位两种，手动复位的功能由复位按钮来完成。整定电流装置由旋钮和偏心轮组成，用来调节整定电流的数值。热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的最大值，超过此值就要动作。

（2）时间继电器

时间继电器接受信号后，触头能够延时闭合或分断。根据使触头延时动作的不同原理，时间继电器有空气阻尼式、电磁式、电动式和晶体管式等，如JS3、JS7、JS11、JS14、JS20和JS23等系列。JS7-A系列为空气阻尼式时间继电器，其外形及结构如图3-4（a）所示。它分通电延时和断电延时两种类型，其中JS7-1A和JS7-2A为通电延时、JS7-3A和JS7-4A为断电延时。JS-11系列为电动式时间继电器，其结构与工作原理如图3-4（b）所示，也分通电延时（JS11-1）和断电延时（JS11-2）两种类型。JS7-A时间继电器由电磁系统、工作触头、气室及传动机构等部分组成。

1）电磁系统：电磁系统包括线圈、衔铁和铁芯，还有反力弹簧和弹簧片等。

2）工作触头：工作触头由两副瞬时触头（一副瞬时闭合，另一副瞬时分断）及两副延时触头组成。

3）气室：气室内有一块橡皮薄膜和活塞，活塞随空气量的增减而移动，气室上面的调节螺钉可以改变气量增减的速度，从而调节延时的长短。

4）传动机构：传动机构由杠杆、推板、推杆和宝塔弹簧等组成，用来将活塞的移动转变为触头的分断运动。JS11时间继电器由同步电动机、减速齿轮、差动齿轮、棘爪、离合电磁铁、触头、脱扣机构、凸轮和复位游丝等组成。

图3-4　时间继电器

（3）速度继电器

速度继电器又称为反接制动继电器，它的作用是与接触器配合，实现对电动机的反接制动控制。在机床控制线路中，常用的速度继电器有JY1和JFZ0系列速度继电器。

JFZ0系列速度继电器由永久磁铁制成的转子、笼型绕组制成的定子、传动杠杆、反力弹簧和触头系统（两副常开触头和两副常闭触头）等组成。定转子可以同轴旋转，转子与被控制电动机的轴一起旋转时，定子则经由传动杠杆推动触头动作。

速度继电器的动作转速一般不低于300r/min，复位转速在100r/min以下。

（4）中间继电器

中间继电器一般用来使各种电磁线圈信号得到放大，或将信号同时传给几个控制元件，其工作原理和结构与交流接触器相同。常见的中间继电器有JDZ2、JZ7、JZ15、JZ17等系列。

JZ7中间继电器由线圈、静铁芯、动铁芯、触头系统、反作用弹簧及复位弹簧等组成。它的触头较多，一般有八对，可组成四对常开、四对常闭或六对常开、两对常闭或八对常开等三种形式。

（5）电流和电压继电器

电流继电器分为过电流和欠电流两种，且以过电流继电器为主。过电流继电器主要用于重载频繁启动的场合作为电动机和主电路的过载或短路保护，其线圈串联在主电路中，当主电路的电流高于容许值时，过电流继电器就吸合动作。常用的过电流继电器有JT4、JL12、JL14、JL17和JL18等系列。

JT4系列为交流通用继电器，即加上不同的线圈或阻尼圈后便可作为电流继电器、电压继电器或中间继电器使用；JL14系列为交直流通用继电器（用做交流时，铁芯上有槽，以减少涡流）。它们的外形、结构及动作原理相似。

JT4系列电流继电器的外形结构和动作原理如图3-10所示，它由线圈、圆柱静铁芯、衔铁、触头系统及反作用弹簧等组成。

电压继电器分为过电压和欠电压两种，且以欠电压继电器为主。欠电压继电器又称为零电压继电器，用做交流电路的欠电压或零电压保护。常用的欠电压继电器有JT4P系列，其外形、结构及动作原理与JT4L过电流继电器相似，不同点是电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大。

3．主令电器

在电气控制系统中，用来发布指令的低压操纵电器称为主令电器。人们可以根据需要操纵主令电器以控制继电器、接触器或其他控制元件的通断，从而完成整个自动控制过程。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关和主令控制器等。

（1）控制按钮

控制按钮是一种手动的、可以自动复位的主令电器，用以短时间接通和分断5A以下的小电流电路。控制按钮按用途和触头的结构不同分为停止按钮（常闭按钮）、启动按钮（常开按钮）和复合按钮（常开和常闭组合按钮）。常用的控制按钮有LA10、LA18、LA19、LA20、和LA25等系列，其外形分别如图3-5（a）、（b）、（c）所示。LA18系列为积木式结构，触头数目可按需要拼装，一般拼装成二常开、二常闭，也可拼装成六常开、六常闭，其结构形式有揿钮式、紧急式、钥匙式和旋钮式。LA19系列在按钮内装有信号灯，除了作为控制电路的主令电器使用外，还可兼作信号指示灯使用，它由按钮帽、复位弹簧、常开触头和常闭触头等组成。

图3-5　按钮

（2）行程开关

行程开关（即限位开关）的作用与控制按钮相同，只是其触头的动作不是靠手动，而是利用生产机械运动部件的碰撞来完成的。

根据机械运动部件的不同规律与要求，行程开关的形式很多，常用的有滚轮式（即旋转式）和按钮式（即直动式），有的能自动复位，但有的则不能自动复位。它们在机床中常用来限制机械运动的行程或位置，实现工作台的自动停车、反转或变速。常用的行程开关有X2、LX5、LX19、LX22和JLXK1等系列，这些行程开关一般都有一副常开触头和一副常闭触头。

（3）万能转换开关

万能转换开关是一种能同时切换多支路电路的主令电器，可作为各种配电设备远距离控制开关、各种仪表的切换开关、正反转转换开关和双速电动机的变速开关等，用途十分广泛，故称为“万能”开关。

常用的万能转换开关有LW4、LW5和LW6等系列。LW5系列万能转换开关的触头挡数有1～16、18、21、24、27、30等21种。其中16挡以下为单列（换接一条线路）、18挡以上为三列（换接三条线路）。

万能转换开关由很多层触头底座叠装而成，每层底座内装有一对（或三对）触头和一个装在转轴上的凸轮，操作时手柄带动转轴和凸轮推动触头，从而达到换接电路的目的。

（4）主令控制器

主令控制器是用来频繁地按顺序操作多个控制回路的主令电器，用它通过接触器来实现控制电动机的启动、制动、调整和反转。

常用的主令控制器有LK1、LK5、LK6和LK14等系列。