非自动切换信号与控制电器

（1）按钮（SB）按钮又称控制按钮或按钮开关，是一种手动控制电器。它只能短时接通或分断5A以下的小电流电路，向其他自动电器发出指令性的电信号，控制其他自动电器动作。由于按钮载流量小，不能直接用于控制主电路的通断。按钮的作用是发布命令，在控制电路中可用于远距离频繁地操纵接触器、继电器，从而控制电动机的启动、运转、停止。按钮的结构和图形符号如图2-4所示。常态时，动断（常闭）触点闭合，动合（常开）触点断开。按下按钮，动断（常闭）触点断开，动合（常开）触点闭合，松开按钮，在复位弹簧作用下使触点复位。为避免误操作，常将钮帽做成不同的颜色来区别，如以红色作为停止和急停、绿色作为启动和运行、黄色表示干预、黑色表示点动、蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色和一些形象化符号供不同场合使用。其形象化符号如图2-5所示。

图2-4 按钮的结构和图形符号

a）按钮的结构 b）按钮的图形符号

1—按钮帽 2—复位弹簧 3—桥式动触点 4—常开静触点 5—常闭静触点

图2-5 按钮的形象化符号

LA系列部分按钮的外形图和触点系统如图2-6所示。

按钮的选择使用应从使用场合、所需触点数、触点形式及按钮帽的颜色等因素考虑。

图2-6 LA系列部分按钮的外形图和触点系统

a）按钮的外形图 b）按钮的触点系统

（2）刀开关（QS）刀开关俗名闸刀，是一种结构最简单且应用最广泛的手控低压电器，主要用于接通和切断长期工作设备的电源。广泛用在照明电路和小容量（5.5kW以下）、不频繁启动的动力电路的控制电路中。刀开关的种类很多，根据通路的数量可分为单极、双极和三极。一般刀开关的额定电压不超过500V。额定电流有10A到上千安培多种等级，有的刀开关附有熔断器。三极刀开关的结构如图2-7所示。三极刀开关的图形符号如图2-8所示。主要根据电源种类、电压等级、工作电流、所需极数选择刀开关。

图2-7 三极刀开关的结构

图2-8 三极刀开关的图形符号

（3）行程开关[ST（Q）]行程开关又称为限位开关，是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，用于反映机构的运动方向或所在位置，可实现行程控制及极限位置的保护。行程开关分为有触点式和无触点式两种。有触点行程开关动作原理与按钮类似，动作时碰撞行程开关的顶杆。按结构可分为直动式、微动式和滚轮式三种。直动式结构简单，因其触点的分合速度取决于挡块的移动速度，当挡块的移动速度低于0.4m/min时，触点切断太慢，使电弧在触点上停留太长，易于烧蚀触点。此时可以选用有盘形弹簧机构能瞬时动作的滚轮式行程开关，其特点是通断时间不受挡块移动速度的影响，动作快；缺点是结构复杂，价格高。为克服直动式结构的问题，还可以选用有弯片状弹簧的微动式行程开关，这种行程开关更为灵巧、敏捷，缺点是不耐用。行程开关的结构与图形符号如图2-9所示。三种行程开关的结构特点示于图2-10中。

图2-9 行程开关的结构与行程开关

a）行程开关的结构 b）行程开关

1—滚轮 2—杠杆 3—转轴 4—复位弹簧 5—撞块 6—微动开关 7—凸轮 8—调节螺钉

图2-10 三种行程开关的结构特点

a）直动式 b）微动式 c）滚轮式

LX系列部分行程开关的外形和触点系统如图2-11所示。

图2-11 LX系列部分行程开关的外形和触点系统

a）行程开关的外形

图2-11 LX系列部分行程开关的外形和触点系统（续）

b）行程开关的触点系统

行程开关的选择主要应根据电源种类、电压等级、工作电流、现场使用环境条件等进行。

目前还广泛使用接近开关作为行程或位置控制。接近开关分为电感式和电容式两种，电感式的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，故只能检测金属物体的接近。电感式接近开关的工作原理如图2-12所示。它主要由一个高频振荡器和一个整形放大器组成，振荡器振荡后，在开关的检测面产生交变磁场。当金属体接近检测面时，金属体产生涡流，吸取了振荡器的能量，使振荡器减弱以致停振。“振荡”和“停振”这两种状态由整形放大器转换成“高”和“低”两种不同的电平，从而起到“开”和“关”的控制作用。目前常用的型号有LJ1、LJ2等系列。

图2-12 电感式接近开关的工作原理

电感式接近开关的外形如图2-13所示。其分类较多，有双线、三线及四线等，有PNP型和NPN型等。NPN型三线电感式接近开关的接线方式如图2-14所示。

图2-13 电感式接近开关的外形

图2-14 NPN型三线电感式接近开关的接线方式

接近开关采用非接触型感应输入线路，具有可靠性高、寿命长、操作频率高定位精度好、反应迅速等优点。其电路原理图和图形符号如图2-15所示。

由图2-15可知，电路由晶体管V₁、振荡线圈L及电容器C₁、C₂、C₃组成电容二点式高频振荡器，其输出经由V₂级放大，V₇、V₈整流成直流信号，加到晶体管V₃的基极，晶体管V₄、V₅构成施密特电路，V₆级为接近开关的输出电路。

图2-15 接近开关的电路原理图和图形符号

a）LJ2系列晶体管接近开关电路原理图 b）接近开关的图形符号

当开关附近没有金属物体时，高频振荡器谐振，其输出经由V₂放大并经V₇、V₈整流成直流，使V₃导通，施密特电路截止，V₅饱和导通，输出级V₆截止，接近开关无输出。

当金属物体接近振荡线圈L时，振荡减弱，直至停止，这时V₃截止，施密特电路翻转，V₅截止，V₆饱和导通，即有输出。其输出端可带继电器或其他负载。

电容式接近开关的感应头只是一个圆形平板电极，这个电极与振荡电路的地线形成一个分布电容。当有导体或介质接近感应头时，电容量增大而使振荡器停振，输出电路发出电信号。由于电容式接近开关既能检测金属，又能检测非金属及液体，因而在国外应用得十分广泛，国内也有LXJ15系列和TC系列等产品。

（4）组合开关 它实质上也是一种特殊刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。组合开关多用在机床电气控制线路中作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载及控制5kW以下的小容量电动机的正反转和/△启动等。

组合开关的结构如图2-16所示。组合开关的图形符号如图2-17所示。(www.xing528.com)

图1-16 组合开关的结构

a）外形图 b）内部结构

1—手柄 2—转轴 3—弹簧 4—凸轮 5—绝缘垫板 6—动触点 7—静触点 8—绝缘方

组合开关的选择主要应根据电源种类、电压等级、工作电流、使用场合的具体环境条件等进行。

（5）万能转换开关 具有更多操作位置和触点、能够连接多个电路的一种手动控制电器。由于它的挡位多、触点多，可控制多个电路，能适应复杂线路的要求。

万能转换开关的结构如图2-18所示。其实物图、图形符号及开关表如图2-19所示。

图2-17 组合开关的图形符号

图2-18 万能转换的结构

a）外形 b）凸轮通断触点示意图

图2-19 万能转换开关的实物图、图形符号和开关表

a）实物图 b）图形符号 c）开关表

万能转换开关的选择也应该根据电源种类、电压等级、工作电流、使用场合的具体环境条件等进行。

（6）主令控制器 主令控制器是用来发出信号指令的电器。触点的额定电流较小，不能直接控制主电路，而是通过接通、断开接触器或继电器的线圈电路间接控制主电路。

图2-20为主令控制器外形及结构原理，手柄通过带动凸轮的转动来操作触点的断开与闭合。目前常用的有LK14、LK15、LK14系列主令控制器。机床上常用的“十”形转换开关也属于主令控制器，这类开关一般用于多电动机拖动或需多重联锁的控制系统中。

图2-20 主令控制器外形及结构原理

a）外形 b）结构原理

1—凸轮 2—滚子 3—杠杆 4—弹簧 5—动触点 6—静触点 7—转轴 8—轴

（7）低压断路器（QF）低压断路器又名自动开关，是一种集操作控制和多种保护功能于一身的电器。它除主要能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、过载、失压等故障进行保护。常用作低压配电的总电源开关和电动机主电路的短路、过载、失压保护开关。其结构和工作原理如图2-21、图2-22所示。低压断路器主要由触点系统、操作机构、各种脱扣器和灭弧装置等组成。

1）触点系统、操作机构主要完成合、分闸操作，实现开关的作用。

2）脱扣器是自动开关的主要保护装置，包括电磁脱扣器（作短路保护）、热脱扣器（作过载保护）、失电压脱扣器以及由电磁和热脱扣器组合而成的复式脱扣器等种类。电磁脱扣器的线圈串联在主电路中，若电路或设备短路，主电路电流增大，线圈磁场增强，吸动衔铁，使操作机构动作，断开主触点，分断主电路而起到短路保护作用。电磁脱扣器有调节螺钉，可以根据用电设备容量和使用条件手动调节脱扣器动作电流的大小。

图2-21 低压断路器的结构

1、9—弹簧 2—触点 3—锁钩 4—搭钩 5—轴 6—过电流脱扣器 7—杠杆 8、10—衔铁 11—欠电压脱扣器 12—双金属片 13—电阻丝

图2-22 低压断路器的工作原理

3）热脱扣器是一个双金属片热继电器。它的发热元件串联在主电路中。当电路过载时，过载电流使发热元件温度升高，双金属片受热弯曲，顶动自动操作机构动作，断开主触点，切断主电路而起过载保护作用。

低压断路器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，装置式又称为塑料壳式。框架式DZ47型低压断路器的外形及低压断路器图形符号如图2-23所示。

图2-23 DZ47型低压断路器的外形及低压断路器的图形符号

a）DZ47-60型低压断路器的外形 b）低压断路器的图形符号

低压断路器的选择应考虑额定电压、额定电流和允许切断的极限电流以及脱扣器的整定值等和所控制的主电路相匹配。

（8）负荷开关 为保障机床供电主电路大电流的安全可靠，还常采用封闭式的电源开关，如铁壳开关或带有熔断器的三相低压断路器。它们均为负荷开关，即可在带负荷大电流状态下直接分断大负荷主电路。

铁壳开关的结构如图2-24所示。DW10和DW16系列三相低压断路器的结构如图2-25所示。其图形符号同图2-23b所示低压断路器的图形符号。

图2-24 铁壳开关的结构

1—闸刀 2—夹座 3—熔断器 4—手柄 5—转轴 6—速断弹簧

图2-25 DW10和DW16系列三相低压断路器的结构

a）DW10系列 b）DW16系列

（9）智能化断路器

传统断路器的保护功能是利用热效应或电磁效应原理，通过机械系统的动作来实现的。智能化断路器的特征是采用以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器）。它不仅具备普通断路器的各种保护功能，同时还具备实时显示电路中的各种电气参数（电流、电压、功率因数等），对电路进行在线监视、测量、试验、自诊断和通信等功能；还能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改。将电路动作时的故障参数存储在非易失存储器中以便查询。智能化断路器原理框图如图2-26所示。

智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。框架式主要用作智能化自动配电系统中的主断路器。塑料外壳式主要用在配电网络中分配电能和作为线路及电源设备的控制与保护，也可用做三相笼型异步电动机的控制。智能化控制器一直是创新型国家的重点开发项目。

图2-26 智能化断路器的原理框图