自动切换电器，实现智能化控制

1.接触器

接触器是一种常用的自动切换电器，它是利用电磁吸力使触点闭合或断开的电器。接触器根据外部信号（如按钮或其他电器触点的闭合或断开）来接通或断开带负载的电路，适用于远距离接通和断开的交、直流电路及大容量控制电路。接触器的文字符号为KM。其主要控制对象是电动机及其他电力负载。

根据主触点所接回路的电流种类不同，接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。交流接触器用于通断交流负载，直流接触器用于通断直流负载。

从结构上讲，接触器都是由电磁机构、触点系统和灭弧装置三部分组成的。当电磁铁的线圈通电后，产生磁通，电磁吸力克服弹簧阻力，吸引动铁心使磁路闭合，动铁心运动时通过机械机构将常开触点闭合，而原来闭合的触点（即常闭触头）打开，从而接通外电路。当电磁铁线圈断电时，电磁吸力消失，依靠弹簧作用释放动铁心，使触点恢复到通电前的状态（即常闭触点闭合、常开触点断开）。接触器的图形符号如图1.4所示。

图1.4　接触器的图形符号

（a）线圈；（b）主触点；（c）辅助常开触点；（d）辅助常闭触点

根据用途不同，接触器的触点分为主触点和辅助触点两种。主触点的接触面积大，能通过较大的电流，并有灭弧装置，接在电动机的主电路中；辅助触点只能通过较小的电流（一般不超过5A），通常接在电动机的控制电路中。

2.继电器

继电器实质上是一种传递信号的电器，它可根据输入的信号达到不同的控制目的。

继电器的种类很多，按反映信号的种类不同可分为电流继电器、电压继电器、速度继电器、时间继电器、压力继电器、热继电器等；按作用原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和机械式继电器等。由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，因此其在机电传动系统中应用较为广泛，90%以上的继电器是电磁式的。继电器一般用来接通和断开控制电路，故电流容量、触点、体积都很小，只有当电动机的功率很小时，才可用某些中间继电器来直接接通或断开电动机的主电路。电磁式继电器有直流和交流之分，它们的主要结构和工作原理与接触器基本相同。常用的电磁式继电器有很多种，下面仅对中间继电器、热继电器、时间继电器和速度继电器进行介绍。

1）中间继电器

中间继电器本质上是电压继电器，但具有触点多（多至6对或更多）、触点能承受的电流较大（额定电流5～10A）、动作灵敏（动作时间小于0.05s）等特点。它的用途有两个：一是用于传递信号，当接触器线圈的额定电流超过电压继电器或电流继电器触点所允许通过的电流时，可用中间继电器作为中间放大器来控制接触器；二是用于同时控制多条电路。选用中间继电器时，主要依据是控制电路所需触点的多少和电源电压等级。

2）热继电器

热继电器是根据控制对象的温度变化来进行控制的继电器，即利用电流的热效应而动作的电器，如图1.5所示。热继电器的文字符号为FR。它主要用来对电动机进行过载保护。电动机工作时，是不允许温升超过额定温升的，否则会缩短电动机的使用寿命。熔断器和过电流继电器只能保护电动机工作电流不超过允许最大电流，不能反映电动机的发热状况，而电动机是允许短时过载的，但长期过载时电动机会发热，因此，必须采用热继电器进行保护。

图1.5　热继电器原理结构示意

（a）结构示意；（b）图形符号
1—热元件；2—双金属片；3—绝缘杆；4—感温元件；5—凸轮支件；6—动触点；7—静触点；8—杠杆；
9—手动复位按钮；10、11—弹簧；12—调节旋钮

热继电器动作原理如下：当电动机过载时，通过热元件1使双金属片2向左膨胀，推动绝缘杆3，绝缘杆3带动感温元件4向左转动，使感温元件4脱离凸轮支件5，凸轮支件5在弹簧11的作用下绕支点B顺时针旋转，从而使动触点6与静触点7断开，电动机得到保护。

用热继电器保护三相异步电动机时，至少要用有两个热元件的热继电器，从而在正常的工作状态下，也可对电动机进行过载保护。例如，电动机单相运行时，至少有一个热元件能起作用。当然，最好采用有三个热元件，且带断相保护的热继电器。(www.xing528.com)

3）时间继电器

在某些生产机械中，运动部件要在给出信号一定时间后才能开始运动，这就产生了根据时间的自动控制方法，同时也出现了反映时间长短的时间继电器。它是一种在输入信号经过一定时间间隔后才能控制电流流通的自动控制电器。

目前，用得最多的是利用阻尼（如空气阻尼或磁阻尼等）、电子和机械的原理制成的时间继电器。时间继电器可实现从0.05s到几十小时的延时。

时间继电器的线圈通电后，动铁心被吸下，胶木块支承杆间形成一个空隙。胶木块在弹簧作用下向下移动，通过连杆带动活塞运动。活塞表面敷有橡胶膜，因此当活塞向下运动时，就在气室上层产生稀薄的空气层，活塞受其下层气体的压力而不能迅速下降。室外空气经由进气孔、调节螺钉逐渐进入气室，活塞逐渐下移，移动至最后位置时，挡块撞击微动开关，使其触点动作，输出信号。延时、时间为自电磁铁线圈通电时刻起至微动开关触点动作时为止的一段时间。通过调节螺钉调节进气孔气隙的大小，就可以调节延时时间。

电磁铁线圈失电后，触点依靠恢复弹簧复原，气室空气经出气孔迅速排出。

以上介绍的是通电延时型时间继电器，即线圈通电后触点延时动作，断电后触点瞬时复位的时间继电器。还有一种断电延时型时间继电器，它在线圈断电后触点瞬时动作，通电后触点延时复位。时间继电器的图形符号如图1.6所示，时间继电器的文字符号为KT。

图1.6　时间继电器的图形符号

（a）通电延时型；（b）断电延时型

4）速度继电器

为了准确地控制电动机的启动和停止，有时需要直接测量速度信号，再用这个信号进行控制。这就出现了速度继电器，其结构如图1.7（a）所示。速度继电器的文字符号为KS，其图形符号如图1.7（b）所示。速度继电器的转轴和需控制速度的电动机轴相连，在转轴上装有一块永久磁铁，外面有一个可以转动一定角度的外环（即转子）。定子内部装有与笼型异步电动机转子绕组类似的绕组，故速度继电器的工作原理与笼型异步电动机相同。转轴转动时带动永久磁铁一起转动，形成一个旋转磁场，在绕组中感应出电动势和电流，使定子有和转子一起转动的趋势，于是固定在定子上的摆锤触动弹簧片，使触点系统动作（视转轴的旋转方向而定）。当转轴接近停止时，弹簧片使动触点恢复原来的位置，与两个靠外侧的静触点分开，而与靠内侧的静触点接触。

图1.7　速度继电器

（a）结构示意；（b）图形符号

一般速度继电器在转速小于100 r/min时，触点恢复到原始状态。调整弹簧片的拉力可以改变触点恢复原位时的转速，以达到准确制动的目的。

速度继电器的结构较为简单、价格低廉，但它只能反映转动的方向和是否停转，或者说只能反映一种速度（是转还是不转）。所以，它仅用在异步电动机的反接制动中。