自动切换信号和电器控制优化方案

自动切换信号及控制电器是指主要借助电磁力或某个物理量的电磁继电器。继电器主要用于传递控制信号，其触点通常接在控制电路中。继电器种类很多，机床电气控制系统中常用的主要有电磁式中间继电器、速度继电器、时间继电器等。继电器的工作特点是阶跃式的输入输出特性，特性曲线如图2-27所示。当继电器输入量由零增加到x₂以前，继电器输出为零；当输入量x增加到x₂时，继电器吸合，通过其触点的输出量突变为y₁并保持不变。若x再增加，输出y₁不变。当x减少到x₁时，继电器释放。输出y从y₁降到零。x再小，输出仍为零。

图2-27 继电器特性曲线

（1）中间继电器（KA）中间继电器也是一种电压继电器，其主要用途是进行电路的逻辑控制或实现触点的转换和扩展（增加触点的数量和容量），故触点的数量多（可多达六对或更多），触点通断电流大（额定电流5～10A），动作灵敏（动作时间小于0.5s）。JZC1-44型中间继电器的结构与图形符号如图2-28所示。它由电磁系统、触点系统和动作结构组成。当中间继电器的线圈得电时，其衔铁和铁心吸合，从而带动常开触点闭合，常闭触点分断；一旦线圈失电，其衔铁和铁心释放，触点复位为原始状态。

部分JZ中间继电器的外形和JZC1-44型中间继电器触点系统如图2-29所示。

（2）速度继电器（KS）速度继电器是测量设备转速的元件。它能反映设备转动的方向以及是否停转，因此广泛用于异步电动机的反接制动中。其结构和工作原理与笼型电动机类似，主要有转子、定子和触点三部分。其中转子是圆柱形永磁铁，与被控旋转机构的轴连接，同步旋转。定子是笼形空心圆环，内装有笼形绕组，它套在转子上，可以转动一定的角度。当转子转动时（当转子转速大于120r/min时），在绕组内感应出电动势和电流，此电流和磁场作用产生转矩使定子柄向旋转方向转动，拨动簧片使触点闭合或断开。当转速接近零（约≤100r/min）时，转矩不足以克服定子柄重力，触点系统恢复原态。JY1型速度继电器的结构原理与图形符号如图2-30所示。

图2-28 JZCl-44型中间继电器的结构与图形符号

a）JZC1-44型中间继电器的结构 b）图形符号

1—常闭触点 2—常开触点 3—动铁心 4—短路环 5—静铁心 6—反作用弹簧 7—线圈 8—复位弹簧

图2-29 部分JZ中间继电器的外形和JZC1-44型中间继电器触点系统

a）JZC系列 b）JZ7系列 c）JZC4系列 d）JZ14系列 e）JZC1-44型中间继电器触点系统

图2-30 JY1型速度继电器的结构原理与图形符号

a）结构原理 b）图形符号

1—可动支架 2—转子 3、8—定子 4—端盖 5—连接头 6—转轴 7—转子 9—定子绕组 10—胶木摆杆 11—动触点 12—静触点

JY1型速度继电器的外形和触点系统及与电动机的连接如图2-31所示。

图2-31 JY1型速度继电器的外形和触点系统及与电动机的连接

a）外形 b）触点系统 c）与电动机的连接

（3）时间继电器（KT）时间继电器是用来定时的电器件，是一种按照时间原则进行控制的电器。时间继电器的外形和结构如图2-32所示。

图2-32 时间继电器的外形图和结构图

a）外形 b）结构

1—线圈 2—反力弹簧 3—衔铁 4—静铁心 5—弹簧片 6、8—微动开关 7—杠杆 9—调节螺钉 10—推杆 11—活塞杆 12—宝塔簧片

时间继电器按工作方式可分为通电延时动作型和断电延时动作型两类；按动作原理可分为空气阻尼型、电磁式、电动式和半导体式。

1）空气阻尼型时间继电器。常见空气阻尼型时间继电器有JS7-A型。延时范围为0.4～180s。JS7-A型时间继电器的结构如图2-33所示。

JS7-A由电磁机构、工作触点及气室三部分组成，它的延时是靠空气的阻尼作用来实现的，按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。

图2-33 JS7-A型时间继电器的结构

a）通电延时型 b）断电延时型

1—线圈 2—静铁心 3、7、8—弹簧 4—衔铁 5—推板 6—顶杆 9—橡皮膜 10—螺钉 11—进气孔 12—活塞 13、16—微动开关 14—延时触点 15—杠杆

通电延时型时间继电器电磁铁线圈1通电后，将衔铁4吸下，于是顶杆6与衔铁4间出现一个空隙，当与顶杆6相连的活塞12在弹簧7作用下由上向下移动时，在橡皮膜9上面形成空气稀薄的空间（气室），空气由进气孔11逐渐进入气室，活塞12因受到空气的阻力，不能迅速下降，在降到一定位置时，杠杆15使触点14动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。线圈断电时，弹簧使衔铁和活塞等复位，空气经橡皮膜9与顶杆6之间推开的气隙迅速排出，触点瞬时复位。(www.xing528.com)

断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器的原理与结构均相同，只是将其电磁机构翻转180°安装，即为断电延时型。

空气阻尼式时间继电器延时时间有0.4～180s和0.4～60s两种规格，具有延时范围较宽、结构简单、工作可靠、价格低廉、寿命长等优点，是机床交流控制线路中常用的时间继电器。

时间继电器的图形符号如图2-34所示。应特别注意：在分析和记忆时间继电器的图形符号时首先要看其触点是常开触点还是常闭触点？然后再将是闭合时延时还是开启时延时加上就可以了，这样不容易混淆。常用的有：

图2-34 时间继电器的图形符号

a）线圈一般符号 b）通电延时线圈 c）断电延时线圈 d）延时闭合常开触点 e）延时断开常闭触点 f）延时断开常开触点 g）延时闭合常闭触点 h）瞬动常开触点 i）瞬动常闭触点

①延时闭合的常开触点（开启时不延时）；②延时开启的常开触点（闭合时不延时）；

③延时开启的常闭触点（闭合时不延时）；④延时闭合的常闭触点（开启时不延时）。

2）电磁式时间继电器。电磁式时间继电器只能直流断点延时动作，一般在直流电器控制电路中应用较广。它的结构与电磁式继电器结构相同，主要是靠铁芯柱上的金属阻尼套筒来实现延时。即当线圈断电后，通过铁芯的磁通要迅速减少，由于电磁感应，在阻尼套筒内产生感应电流。根据电磁感应定律，感生电流产生的磁场总是阻碍原来磁场的减弱，使铁芯继续吸引衔铁一小段时间，从而达到了延时的目的。

这种时间继电器延时时间长短是靠改变铁芯与衔铁间非磁性垫片的厚度或改变反力弹簧的松紧来调节的。垫片厚则延时短，薄则延时长；弹簧紧则延时短，松则延时长。

电磁式时间继电器结构简单，价格低廉，但延时较短，一般可达0.2～10s，一般只能用于直流断点延时。常用的通用时间继电器的型号有JT18系列等。

3）电动式时间继电器。电动式时间继电器主要由同步电动机、电磁离合器、减速齿轮、触点与延时调整机构等组成，其外形如图2-35所示。

电动式时间继电器具有如下特点：

①因同步电动机的转速只与电源频率有关，不受电源电压波动和环境温度变化的影响，所以延时精度很高。

②延时范围宽，可从几秒到几十小时。

图2-35 电动式时间继电器外形

③缺点的是结构复杂、价格高、寿命短。

常用电动式时间继电器有JS11、JS17系列等。

4）电子式时间继电器。电子式时间继电器体积小、机械结构简单、寿命长、精度高、可靠性好。随着电子技术的飞速发展，正在获得越来越广泛的应用。

例如JS20系列时间继电器采用的是插座式结构，所有元件均装在印刷电路板上，用螺钉使之与插座紧固，再装上塑料壳组成本体部分，在罩壳顶面装有铭牌和整定电位器旋钮，并有动作指示灯。其外形如图2-36所示。

电动式时间继电器的典型产品是晶体管式时间继电器，也称半导体式时间继电器，具有延时范围广（最长可达3600s）、精度高（一般为5%左右）、体积小、耐冲击震动、调节方便和寿命长等优点，它的发展很快，使用也日益广泛。

晶体管式时间继电器是利用RC电路中电容电压不能跃变，只能按指数规律逐渐变化的原理——电阻尼特性获得延时的。所以，只要改变充电回路的时间常数即可改变延时时间。由于调节电容比调节电阻困难，所以多用调节电阻的方式来改变延时时间。

常用的产品有JSJ、JS13、JS14、JS15、JS20型等。现以JSJ型为例说明晶体管式时间继电器的工作原理。图2-37为JSJ型晶体管式时间继电器的原理图。

图2-36 电子式时间继电器外形

其工作原理为：接通电源后，变压器二次侧18V负电源通过继电器K的线圈、R₅使V₅获得偏流而导通，从而V₆截止。此时K的线圈中只有较小的电流，不足以使K吸合，所以继电器K不动作。同时，变压器二次侧12V的正电源经V₂半波整流后，经过可调电阻R₁、R、继电器常闭触点K向电容C充电，使a点电位逐渐升高。当a点电位高于b点电位并使V₃导通时，在12V正电源作用下V₅截止，V₆通过R₃获得偏流而导通。V₆导通后继电器线圈K中的电流大幅度上升，达到继电器的动作值时使K动作，其常闭打开，断开充电回路，常开触点闭合，使C通过R₄放电，为下次充电作准备。继电器K的其他触点则分别接通或分断其他电路。当电源断电后，继电器K释放。所以，这种时间继电器是通电延时型的，断电延时只有几秒钟。电位器R₁用来调节延时范围。

图2-37 JSJ型晶体管式时间继电器的原理图

机床中常用的JSZ3系列部分时间继电器外形和引脚及其功能如图2-38所示。

图2-38 机床中常用的JSZ3系列部分时间继电器外形和引脚及其功能

a）JSZ3系列部分时间继电器外形 b）引脚及其功能