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1.开启式负荷开关
开启式负荷开关又称瓷底胶盖刀开关，常用的有HK1、HK2系列。它由刀开关和熔断器组合而成。瓷底板上装有进线座、静触点、熔丝、出线座和带瓷质手柄的闸刀，其结构如图1.1所示，图文符号如图1.2所示。
图1.1 HK系列开启式负荷开关
1—胶盖；2—胶盖紧固螺钉；3—进线座；4—静触点；5—熔丝；6—瓷底；7—出线座；8—动触点；9—瓷柄
图1.2 刀开关符号
HK系列开启式负荷开关因其内部设有熔丝，故可对电路进行短路保护，常用作照明电路的电源开关或用于5.5 kW以下三相异步电动机不频繁启动和停止的控制开关。
在选用时，额定电压应大于或等于负载额定电压。对于一般电路，如照明电路，其额定电流应大于或等于最大工作电流；而对于电动机电路，其额定电流应大于或等于电动机额定电流的3倍。
开启式负荷开关在安装时应注意以下几点：
（1）闸刀在合闸状态时，手柄应朝上，不准倒装或平装，以防误操作。
（2）电源进线应接在静触点一边的进线端（进线座在上方），而用电设备应接在动触点一边的出线端（出线座在下方），即“上进下出”，不准颠倒，以方便更换熔丝及确保用电安全。
2.封闭式负荷开关
封闭式负荷开关又称铁壳开关，图1.3所示为常用的HH系列封闭式负荷开关的结构与外形。这种负荷开关由刀开关、熔断器、灭弧装置、操作手柄、操作机构和外壳构成。三把闸刀固定在一根绝缘方轴上，由操作手柄操纵；操作机构设有机械联锁，当盖子打开时，手柄无法合闸，手柄合闸时，盖子无法打开，保证了操作安全。在手柄转轴与底座间还装有速动弹簧，使刀开关的接通和断开速度与手柄动作速度无关，抑制了电弧过大。
封闭式负荷开关用来控制照明电路时，其额定电流可按电路的额定电流来选择；而用来控制不频繁操作的小功率电动机时，其额定电流可按大于电动机额定电流的1.5倍来选择。但不宜用于电流 60A以上负载的控制，以保证可靠灭弧及用电安全。
封闭式负荷开关在安装时，应保证外壳可靠接地，以防漏电而发生意外。接线时，电源线接在静触座的接线端上，负载则接在熔断器一端，不得接反，以确保操作安全。
图1.3 HH系列封闭式负荷开关
1—熔断器；2—夹座；3—闸刀；4—手柄；5—转轴；6—速动弹簧
转换开关又称组合开关，是一种变形刀开关，在结构上是用动触片代替闸刀，以左右旋转代替刀开关的上下分合动作，有单极、双极和多极之分。常用的型号有HZ等系列。图1.4 （a）、（b）所示是HZ—10/3型转换开关的外形与结构，其图形符号和文宇符号如图1.4 （c）所示。
图1.4 HZ—10/3型转换开关
（a）外形；（b）结构；（c）图形符号和文宇符号
1—触点；2—触点弹簧；3—凸轮；4—转轴
万能转换开关通常简称转换开关，主要用于控制小容量电动机的启动、制动、反转，双速电动机的调速控制，各种控制电路的转换，电气测量仪表的转换以及高压断路器、低压空气断路器等配电设备的远距离控制等。因为万能转换开关的触点挡级多、转换的电路多、用途广泛，因此被称为“万能转换开关”。
（1）转换开关的分类：按手柄分为有旋钮的、普通手柄的、带定位可取出钥匙的和带指示灯的等；按定位形式分为复位式和定位式。定位角式分为 30°、45°、60°、90°等数种。按被控制的接触器系统挡级分，如LW5 系列分为 1～16 共 16 种单列转换开关。
（2）转换开关的结构：转换开关由多组相同结构的触点组件叠装而成，它由操作机构、定位装置和触点装置三部分组成。
（3）转换开关的原理：当操作转换开关时，手柄带动转轴和凸轮一起转动，手柄处于不同位置，通过凸轮控制动触点与静触点的分与合，从而达到电路断开或接通的目的。
（4）转换开关的选择原则：
1）根据额定电压和额定电流等参数选择合适的系列。
2）根据操作需要选择手柄形式和定位特征。
3）选择面板形式和标法。
4）根据控制定位确定触点的数量和接线图编号。
5）因转轴开关本身不带任何保护，故必须与其原保护电器配合使用。
转换开关多用于不频繁接通和断开的电路，或无电切换电路，如用作机床照明电路的控制开关，或5kW以下小容量电动机的启动、停止和正反转控制。在选用时，可根据电压等级、额定电流大小和所需触点数选定。
自动空气断路器又称自动空气开关或自动开关，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种自动切断电路故障用的保护电器。与接触器不同的是，自动空气断路器允许切断短路电流，但允许操作次数较低。自动空气断路器主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成，其外形和结构如图1.5所示。主触点由耐弧合金（如银钨合金）制成，采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣。触点通断时瞬时动作，与手柄的操作速度无关。
自动空气断路器的主要参数是额定电压、额定电流和允许切断的极限电流。选择时，自动空气断路器的允许切断极限电流应略大于电路最大短路电流。
自动空气断路器又分塑壳式与万能式两种。
自动空气断路器的工作原理如图1.6 （a）所示。当过电流时衔铁11吸合，欠电压时衔铁7释放，过载时热脱扣器双金属片弯曲，当出现上述任一种情况时，均通过杠杆使搭钩脱开，由主触点切断电路。
自动空气断路器的选用原则如下：
（1）自动空气断路器的额定电压和额定电流应不小于电路的额定电压和最大工作电流。
（2）热脱扣器的整定电流与所控制负载的额定电流一致。电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的最大电流。
图1.5 DZ5—20型自动空气断路器
（a）外形；（b）结构
1—按钮；2—电磁脱扣器；3—自动脱扣器；4—动触头；5—静触头；6—接线柱；7—热脱扣器
图1.6 自动空气断路器的工作原理和图形符号
（a）工作原理；（b）图形符号
1—主触点；2—锁键；3—搭钩；4—转轴；5—杠杆；6、13—弹簧；7、11—衔铁；8—欠电压脱扣器；9—加热电阻丝；10—热脱扣器双金属片；12—过电流脱扣器
（3）对于单台电动机，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流 I z 可按下式计算
式中 k ——安全系数，一般取1.5～1.7；
I q ——电动机的启动电流。
对于多台电动机， I z 可按下式计算
式中 k ——安全系数，一般取1.5～1.7；
I qmax ——其中一台启动电流最大的电动机的电流。
图1.7 熔断器
（a）RC型瓷插式；（b）RL型螺旋式；（c）图形符号和文宇符号1—熔体；2—瓷帽；3—熔断管；4—瓷套；5—上接线端；6—下接线端；7—底座
1.熔断器的结构
熔断器主要由熔体和安装熔体的熔壳两部分组成，其外形结构和符号如图1.7所示。
熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常制成丝状或片状。熔壳是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。
熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护目的。通过熔体的电流越大，熔体熔断的时间越短，这一特性称为熔断器的保护特性（或安秒特性），如图1.8所示。熔断器的保护特性数值关系见表1.1。
表1.1 熔断器的保护特性数值关系
注 I N 为电路中的额定电流。
2.熔断器的类型
图1.8 熔断器的保护特性
常见的熔断器有瓷插式和螺旋式两种。RC1A系列瓷插式熔断器的额定电压为380V，主要用作低压分支电路的短路保护，熔壳的额定电流等级有 5A、10A、15A、30A、60A、100A、200A。RL1 系列螺旋式熔断器的额定电压为500V，多用于机床电路中作短路保护，熔体的额定电流等级有 2A、4A、6A、10A等。熔体的额定电流、熔断电流与其线径大小有关。
在选配熔断器时，经常需要考虑以下主要技术参数。
（1）额定电压：指熔断器（熔壳）长期工作时以及分断后能够承受的电压值，其值一般大于或等于电气设备的额定电压。
（2）额定电流：指熔断器（熔壳）长期通过的、不超过允许温升的最大工作电流值。
（3）熔体的额定电流：指长期通过熔体而不使其熔断的最大电流值。
（4）熔体的熔断电流：指通过熔体并使其熔化的最小电流值。
（5）极限分断能力：指熔断器在故障条件下，能够可靠地分断电路的最大短路电流值。
RC1A系列和RL1系列熔断器的主要技术参数见表1.2和表1.3。
表1.2 RC1A系列熔断器的主要技术参数
表1.3 RL1系列熔断器的主要技术参数
熔断器的型号意义如下：
熔断器的选择主要是根据熔断器的种类、额定电压、额定电流、熔体额定电流以及线路负载性质而定。具体可按如下原则选择：
（1）熔断器的额定电压应大于或等于电路工作电压。
（2）电路上、下两级都设熔断器保护时，其上、下两级熔体电流大小的比值不小于1.6∶1。
（3）对于电阻性负载（如电炉、照明电路），熔断器可作过载和短路保护，熔体的额定电流应大于或等于负载的额定电流。
（4）对于电感性负载的电动机电路，只作短路保护而不宜作过载保护。
（5）对于单台电动机的保护，熔体的额定电流 I RN 应不小于电动机额定电流 I N 的1.5～2.5倍，即 I RN ≥（1.5～2.5） I N 。轻载启动或启动时间较短时系数可取在1.5附近；带负载启动、启动时间较长或启动较频繁时，系数可取2.5。
（6）对于多台电动机的保护，熔体的额定电流 I RN 应不小于最大一台电动机额定电流 I Nmax 的1.5～2.5倍，再加上其余同时使用电动机的额定电流之和，即
接触器是用来接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制器，通常分为交流接触器与直流接触器。
接触器的基本参数有主触点的额定电流、主触点允许切断电流、触点数、线圈电压、操作频率、动作时间、机械寿命和电寿命等。
图1.9 CJ20—63型交流接触器
（a）外形结构；（b）图形符号和文宇符号1—垫毡；2—触点弹簧；3—灭弧罩；4—触头压力簧片；5—动触桥；6—静触点；7—衔铁；8—缓冲弹簧；9—电磁线圈；10—铁芯
现代生产的接触器，其额定电流最大可达2500A，允许接通次数为150～1500次/h，电寿命50万～100万次，机械寿命500万～1000万次。
1.交流接触器的结构及工作原理
交流接触器的外形结构如图1.9 （a）所示，其图形符号和文宇符号如图 1.9（b）所示。
交流接触器主要由以下四个部分组成。
（1）电磁机构：电磁机构由线圈、衔铁和铁芯等组成。它能产生电磁吸力，驱使触头动作。在铁芯头部平面上都装有短路环，目的是消除交流电磁铁在吸合时可能产生的衔铁振动和噪声。当交变电流过零时，电磁铁的吸力为零，衔铁被释放；当交变电流过了零值后，衔铁又被吸合。这样一放一吸，衔铁便发生振动。当装上短路环后，在其中产生感应电流，能阻止交变电流过零时磁场的消失，使衔铁与铁芯之间始终保持一定的吸力，因此消除了振动现象。
（2）触头系统：包括主触头和辅助触头。主触头用于接通和分断主电路，通常为三对常开触头；辅助触头用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触头，一般有常开、常闭触头各两对。在线圈未通电时（即平常状态下），处于相互断开状态的触头称为常开触头，又称动合触头；处于相互接触状态的触头称为常闭触头，又称动断触头。接触器中的常开和常闭触头是联动的，当线圈通电时，所有的常闭触头先行分断，然后所有的常开触头跟着闭合；当线圈断电时，在反力弹簧的作用下，所有触头都恢复原先的平常状态。
（3）灭弧罩：额定电流在20A以上的交流接触器，通常都设有陶瓷灭弧罩。它的作用是迅速切断触头在分断时所产生的电弧，避免发生触头烧毛或熔焊。
（4）其他部分：包括反力弹簧、触头压力簧片、缓冲弹簧、短路环、底座和接线柱等。反力弹簧的作用是线圈断电时使衔铁和触头复位。触头压力簧片的作用是增大触头闭合时的压力，从而增大触头接触面积，避免因接触电阻增大而产生触头烧毛现象。缓冲弹簧可以吸收衔铁被吸合时产生的冲击力，起保护底座的作用。
交流接触器的工作原理：当线圈通电后，线圈中电流产生的磁场，使铁芯产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反力弹簧的作用下释放，各触头随之复位。
2.交流接触器的型号与主要技术参数
交流接触器的型号意义如下：
交流接触器的主要技术参数如下：
（1）额定电压。接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压。交流电压的等级有127V、220V、380V和500V。
（2）额定电流。接触器铭牌上的额定电流是指主触头的额定电流。交流电流的等级有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A。
（3）吸引线圈的额定电压。交流电压的等级有36V、110V、127V、220V和380V。
CJ20系列交流接触器的技术参数见表1.4。
表1.4 CJ20系列交流接触器的技术参数
续表
3.交流接触器的选择
交流接触器的选择主要考虑如下因素：
（1）依据负载电流性质决定接触器的类型，即直流负载选用直流接触器，交流负载选用交流接触器。
（2）额定电压与额定电流。主要考虑接触器主触点的额定电压与额定电流。
式中 U KM.N ——接触器的额定电压，V；
U CN ——负载的额定线电压，V；
I KMN ——接触器的额定电流，A；
I N ——接触器主触点电流，A；
P MN ——电动机功率，kW；
U MN ——电动机额定线电压，V；
K ——经验常数， K =1～1.4。
（3）吸引线圈的额定电压与控制电路电压相一致。
（4）主触头与辅助触头中常开触头和常闭触头数量符合电路需求。
直流接触器主要用于额定电压至440V、额定电流至1600A的直流电力线路中，远距离接通和分断电路，控制直流电动机的频繁启动、停止和反向。
直流电磁机构通以直流电，铁芯中无磁滞和涡流损耗，因而铁芯不发热。而吸引线圈的匝数多，电阻大、铜耗大，线圈本身发热，因此吸引线圈做成长而薄的圆筒状，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，以便散热。
触头系统也有主触头与辅助触头。主触头一般做成单极或双极，单极直流接触器用于一般的直流回路中，双极直流接触器用于分断后电路完全隔断的电路以及控制电动机的正、反转电路中。由于通断电流大，通电次数多，因此采用滚滑接触的指形触头。辅助触头由于通断电流小，常采用点接触的桥式触头。
直流接触器一般采用磁吹灭弧装置。国内常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22等系列。
直流接触器的型号意义如下：
直流接触器的图形符号和文宇符号同交流接触器。
继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。与接触器不同，继电器主要用于反应控制信号，其触点通常接在控制电路中。继电器的种类很多，分类的方法也很多，常用的分类方法有：
（1）按输入量的物理性质，分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器等。
（2）按动作原理，分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。
（3）按动作时间，分为快速继电器、延时继电器、一般继电器。
（4）按执行环节作用原理，分为有触点继电器、无触点继电器。
（5）按用途，分为电器控制系统用继电器、电力系统用继电器。
本小节主要介绍电器控制系统用的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等。
电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，结构上也是由电磁机构和触头系统组成。但是，继电器控制的是小功率信号系统，流过触头的电流很弱，所以不需要灭弧装置，另外，继电器可以对各种输入量做出反应，而接触器只有在一定的电压信号下才能动作。
继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器、温度继电器、压力继电器、计数继电器、频率继电器等。
电子元器件的发展应用，推动了各种电子式小型继电器的出现，这类继电器比传统的继电器灵敏度更高、寿命更长、动作更快、体积更小，一般都采用密封式或封闭式结构，用插座与外电路连接，便于迅速替换，能与电子线路配合使用。
根据输入电流大小而动作的继电器称为电流继电器。电流继电器的线圈串接在被测电路中，以反映电流的变化，其触点接在控制电路中，用于控制接触器线圈或信号指示灯的通断。为了不影响被测电路的正常工作，电流继电器线圈阻抗应比被测电路的等效阻抗小得多。因此，电流继电器的线圈匝数少、导线粗。
电流继电器按用途还可分为过电流继电器和欠电流继电器。过电流继电器的任务是当电路发生短路及过电流时立即将电路切断，继电器线圈电流小于整定电流时继电器不动作，只有超过整定电流时才动作。过电流继电器的动作电流整定范围，交流过电流继电器为（110%～350%） I N ，直流过电流继电器为（70%～300%） I N 。欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断，继电器线圈通过的电流大于或等于整定电流时，继电器吸合，只有电流低于整定电流时，继电器才释放。欠电流继电器的动作电流整定范围，吸合电流为（30%～50%） I N ，释放电流为（10%～20%） I N ，欠电流继电器一般是自动复位的。
与此类似，电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器，其结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器的线圈与被测电路并联，以反映电压的变化，因此，它的吸引线圈匝数多、导线细、电阻大。电压继电器按用途也可分为过电压继电器和欠电压继电器。过电压继电器动作电压整定范围为（105%～120%） U N ；欠电压继电器吸合电压调整范围为（30%～50%） U N ，释放电压调整范围为（7%～20%） U N 。
以JL18系列电流继电器为例，介绍其规格表示方法，并在表1.5中列出了其主要技术参数。
电流、电压继电器的图形符号和文宇符号如图1.10所示。
图1.10 电流、电压继电器的图形符号和文宇符号
（a）过电流继电器；（b）欠电流继电器；（c）过电压继电器；（d）欠电压继电器；（e）常开触头；（f）常闭触头
表1.5 JL18系列电流继电器的技术参数
续表
中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）。其实质为电压继电器，但它的触头数量较多，动作灵敏。
中间继电器按电压分为两类：一类是用于交直流电路中的JZ系列；另一类是只用于直流操作的各种继电保护电路中的DZ系列。
常用的中间继电器有JZ7系列，以JZ7—62为例，JZ为中间继电器的代号，7为设计序号，有6对常开触头、2对常闭触头。表1.6列出了JZ7系列中间继电器的主要技术参数。
表1.6 JZ7系列中间继电器的技术参数
新型中间继电器触头闭合过程中，动、静触头间有一段滑擦、滚压过程，可以有效地清除触头表面的各种生成膜及尘埃，减小了接触电阻，提高了接触可靠性；有的还装了防尘罩或采用密封结构，也是提高可靠性的有效措施。有些中间继电器安装在插座上，插座有多种形式可供选择；有些中间继电器可直接安装在导轨上，安装和拆卸均很方便。
图1.11 中间继电器的图形符号和文宇符号
（a）线圈；（b）常开触头；（c）常闭触头
中间继电器的图形符号和文宇符号如图1.11所示。
1.直流电磁式时间继电器
直流电磁式时间继电器用阻尼的方法来延缓磁通变化的速度，以达到延时的目的。其结构简单，运行可靠，寿命长，允许通电次数多，但仅适用于直流电路，延时时间较短，一般通电延时仅为0.1～0.5s，而断电延时可达0.2～10s。因此，直流电磁式时间继电器主要用于断电延时。
2.空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器由电磁机构、工作触头及气室三部分组成，它的延时是靠空气的阻尼作用来实现的。常见的型号有JS7—A系列，按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。图1.12所示为JS7—A系列空气阻尼式时间继电器的工作原理图。
图1.12 JS7—A系列空气阻尼式时间继电器工作原理图
（a）通电延时型；（b）断电延时型
1—线圈；2—静铁芯；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—延时触头；15—杠杆
当通电延时型时间继电器电磁铁线圈通电后，将衔铁吸下，于是顶杆与衔铁间出现一个空隙，当与顶杆相连的活塞在弹簧7作用下由上向下移动时，在橡皮膜上面形成空气稀薄的空间（气室），空气由进气孔逐渐进入气室，活塞因受到空气的阻力，不能迅速下降，在降到一定位置时，杠杆使延时触头动作（常开触头闭合，常闭触头断开）。线圈断电时，弹簧使衔铁和活塞等复位，空气经橡皮膜与顶杆之间推开的气隙迅速排出，触点瞬时复位。
断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器的原理和结构均相同，只是将其电磁机构翻转180°后再安装。
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，是机床交流控制电路中常用的时间继电器。它的缺点是延时精度较低。
表1.7列出了JS7—A系列空气阻尼式时间继电器的技术参数，其中JS7—2A型和JS7—4A型既带有延时动作触头，又带有瞬时动作触头。
表1.7 JS7—A系列空气阻尼式时间继电器的技术参数
国内生产的新产品JS23系列，可取代JS7—A、B及JS16等老产品。JS23系列时间继电器的型号意义如下：
3.电动机式时间继电器
电动机式时间继电器由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构组成，其延时时间长（可达数十小时）、延时精度高，但结构复杂、体积较大，常用的有JS10、JS11和7PR系列。
4.电子式时间继电器
电子式时间继电器的早期产品多是阻容式，近期开发的产品多为数宇式，又称计数式，它是由脉冲发生器、计数器、数宇显示器、放大器及执行机构组成的，具有延时时间长、调节方便、精度高的优点，有的还带有数宇显示，应用很广，可取代阻容式、空气阻尼式、电动机式等时间继电器。该类时间继电器只有通电延时型，延时触头均为2NO、2NC，无瞬时动作触头。国内生产的产品有JSS1 系列，其型号意义如下：
A—2位数显递增；B—2位数显递减；C—3位数显递增；D—3位数显递减；E—4位数显递增；F—4位数显递减；无宇—不带数显
时间继电器的图形符号和文宇符号如图1.13所示。
图1.13 时间继电器的图形符号和文宇符号
（a）线圈；（b）通电延时线圈；（c）断电延时线圈；（d）延时闭合常开触头；（e）延时断开常闭触头；（f）延时断开常开触头；（g）延时闭合常闭触头；（h）瞬动常开触头；（i）瞬动常闭触头
1.热继电器的结构及工作原理
热继电器是利用电流通过元件所产生的热效应原理而反时限动作的继电器，专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁。它主要由加热元件、双金属片和触头组成。双金属片是它的测量元件，由两种具有不同线膨胀系数的金属通过机械辗压而制成，线膨胀系数大的称为主动层，小的称为被动层。加热双金属片的方式有四种：直接加热、热元件间接加热、复合式加热和电流互感器加热。
图1.14 热继电器结构原理图
1、2—片簧；3—弓簧；4—触头；5—推杆；6—固定转轴；7—杠杆；8—压簧；9—凸轮；10—手动复位按钮；11—双金属片；12—驱动元件；13—导板；14—调节复位螺钉；15—补偿双金属片；16—轴
热继电器的结构原理如图 1.14 所示。热元件（驱动元件）串接在电动机定子绕组中，电动机绕组电流即为流过热元件的电流。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但不足以使继电器动作；当电动机过载时，热元件产生的热量增大，使双金属片弯曲位移增大，经过一定时间后，双金属片弯曲到推动导板，并通过补偿双金属片与推杆将触头分开。触头为热继电器串于接触器线圈回路的常闭触头，断开后使接触器失电，接触器的常开触头断开电动机的电源以保护电动机。凸轮是一个偏心轮，它与轴构成一个杠杆，转动偏心轮，改变它的半径，即可改变补偿双金属片与导板接触的距离，因而达到调节整定动作电流的目的。此外，靠调节复位螺钉来改变常开触头的位置，使热继电器能工作在手动复位和自动复位两种工作状态。手动复位时，在故障排除后要按下手动复位按钮才能使触头恢复与静触头相接触的位置。
2.带断相保护的热继电器
三相电动机的一根接线松开或一相熔丝熔断，是造成三相异步电动机烧坏的主要原因之一。如果热继电器所保护的电动机是星形接法，那么当线路发生一相断电时，另外两相电流增大很多，由于线电流等于相电流，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例相同，因此普通的两相或三相热继电器可以对此做出保护。如果电动机是三角形接法，则发生断相时，由于电动机的相电流与线电流不等，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例不相同，而热元件又串接在电动机的电源进线中，按电动机的额定电流即线电流来整定，整定值较大，因而当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障电流将超过额定相电流，便有过热烧毁的危险。
所以三角形接法必须采用带断相保护的热继电器。带有断相保护的热继电器是在普通热继电器的基础上增加一个差动机构，对三个电流进行比较。带断相保护的热继电器结构如图1.15所示。
当一相（设A相）断路时，A相（右侧）热元件温度由原正常热状态下降，双金属片由弯曲状态伸直，推动导板右移；同时由于B、C相电流较大，推动导板向左移，使杠杆扭转，继电器动作，起到断相保护作用。
热继电器采用发热元件，其反时限动作特性能比较准确地模拟电动机的发热过程与电动机温升，确保了电动机的安全。需要注意的是，由于热继电器具有热惯性，不能瞬时动作，故不能用作短路保护。
图1.15 带断相保护的热继电器结构图
（a）断电；（b）正常运行；（c）过载；（d）单相断电
1—双金属片剖面；2—上导板；3—下导板；4—杠杆
3.热继电器的主要参数及常用型号
热继电器主要参数有热继电器额定电流、相数，热元件额定电流，整定电流及调节范围等。
（1）热继电器的额定电流是指热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。
（2）热元件的额定电流是指热元件的最大整定电流值。
（3）热继电器的整定电流是指能够长期通过热元件而不致引起热继电器动作的最大电流值。通常热继电器的整定电流是按电动机的额定电流整定的。对于某一热元件的热继电器，可手动调节整定电流旋钮，通过偏心轮机构，调整双金属片与导板的距离，能在一定范围内调节其电流的整定值，使热继电器更好地保护电动机。
JR16、JR20系列是目前广泛应用的热继电器，其型号意义如下：
表1.8列出了JR16系列热继电器的主要技术参数。
表1.8 JR16系列热继电器的主要技术参数
图1.16 热继电器的图形符号和文宇符号
（a）热元件；（b）常开触头；（c）常闭触头
热继电器的图形符号和文宇符号如图1.16所示。
目前，新型热继电器也在不断推广使用。3UA5、3UA6系列热继电器是引进德国西门子公司技术生产的，适用于交流电压至660V、电流0.1～630A的电路中，而且热元件的整定电流各型号之间重复交叉，便于选用。其中3UA5系列热继电器可安装在3TB系列接触器上组成电磁启动器。
LR1—D系列热继电器是引进法国专有技术生产的，具有体积小、寿命长等特点，适用于交流50Hz或60Hz、电压至660V、电流至80A的电路中，可与LC系列接触器插接组合在一起使用。引进德国BBC公司技术生产的T系列热继电器，适用于交流 50～60Hz、电压660V以下、电流至500A的电力线路中。
4.热继电器的正确使用及维护
（1）热继电器的额定电流等级不多，但其发热元件编号很多，每一种编号都有一定的电流整定范围。在使用时，应使发热元件的电流整定范围中间值与保护电动机的额定电流值相等，再根据电动机运行情况通过调节旋钮去调节整定值。
（2）对于重要设备，一旦热继电器动作，必须待故障排除后方可重新启动电动机，应采用手动复位方式；若电气控制柜距操作地点较远，且从工艺上又易于看清过载情况，则可采用自动复位方式。
（3）热继电器和被保护电动机的周围介质温度尽量相同，否则会破坏已调整好的配合情况。
（4）热继电器必须按照产品说明书中规定的方式安装。当与其他电器装在一起时，应将热继电器置于其他电器下方，以免其动作特性受其他电器发热的影响。
（5）使用中，应定期去除尘埃和污垢并定期通电校验其动作特性。
速度继电器又称反接制动继电器，主要作用是与接触器配合，实现对电动机的制动。也就是说，在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。
图1.17 速度继电器结构原理图
1—转轴；2—转子；3—定子；4—绕组；5—摆锤；6、9—簧片；7、8—静触点
速度继电器主要由转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成，其结构如图1.17所示。转子由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相连，用以接收转动信号。当转子（磁铁）旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，转子转速越高，这一电流就越大。此电流与磁铁磁场相作用，产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆杆，克服弹簧力而顺着转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态（在摆杆左右各设一组切换触点，分别在速度继电器正转和反转时发生作用）。当调节弹簧弹性力时，可使速度继电器在不同转速时切换触点，改变通断状态。
速度继电器的动作速度一般不低于 120r/min，复位转速约在 100r/min以下，该数值可以调整。工作时，允许的转速高达 1000～3600r/min。由速度继电器的正转和反转切换触点的动作，来反映电动机转向和速度的变化。常用的型号有JY1 和JFZ0。
速度继电器的图形符号和文宇符号如图1.18所示。
图1.18 速度继电器的图形符号和文宇符号
（a）转子；（b）常开触头；（c）常闭触头
在自动控制系统中，用于发送或转换控制指令的电器，通常称为主令电器。常用的主令电器有按钮、万能转换开关、主令控制器、行程开关、接近开关等。
按钮是一种短时间接通或关断小电流电路的手动控制电器，通常用于对电路工作或停止发出指令信号，从而接通或关断相关电路或接触器、继电器、电磁启动器的相关控制电路，从而达到对主电路进行控制的目的。
按钮是最常用的主令电器，其典型结构如图1.19所示。它既有常开触头，也有常闭触头。常态时，在复位弹簧的作用下，由桥式动触头将静触头1、2闭合，静触头3、4断开，当按下按钮时，桥式动触头将1、2分断，3、4闭合。
为了适应控制系统的要求，按钮的结构形式很多，见表1.9。
图1.19 按钮结构图
1、2—常闭触头；3、4—常开触头；5—桥式触头；6—按钮帽；7—复位弹簧
常用的按钮型号有LA2、LA18、LA19、LA20 及新型号LA25 等系列。引进生产的有瑞士EAO系列、德国LAZ系列等。其中LA2系列按钮有一对常开触头和一对常闭触头，具有结构简单、动作可靠、坚固耐用的优点。LA18系列按钮采用积木式结构，触头数量可按需要进行拼装。LA19系列为按钮开关与信号灯的组合，按钮兼作信号灯灯罩，用透明塑料制成。
表1.9 按钮的主要结构形式
续表
LA25系列按钮的型号意义如下：
为标明按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等色。GB 5226—85对按钮颜色做了如下规定：
（1）“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备断电，停止工作。
（2）“启动”按钮的颜色是绿色。
（3）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。
（4）“点动”按钮必须是黑色。
（5）“复位”按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。
按钮的图形符号和文宇符号如图1.20所示。
图1.20 按钮的图形符号和文宇符号
（a）常开触头；（b）常闭触头；（c）复式触头
行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，主要由操作机构、触头系统和外壳三部分组成。它的作用原理与按钮类似，动作时碰撞行程开关的顶杆。行程开关按其结构可分为直动式（图1.21）、滚轮式和微动式三种。直动式的缺点是触点分合速度取决于挡块移动速度。当挡块移动速度低于 0.4m/min时，触点切断太慢，易受电弧烧灼，这时应采用有盘形弹簧机构能瞬时动作的滚轮式行程开关，或具有弯形片状弹簧的更为灵敏、轻巧的微动开关。
图1.21 直动式行程开关的结构示意图
1—顶杆；2—外壳；3—动合静触点；4—触点弹簧；5、7—静触点；6—动触点；8—复位弹簧；9—动断静触点；10—螺钉和压板
LXK3 系列行程开关型号意义如下：
行程开关的图形符号和文宇符号如图1.22所示。
图1.22 行程开关的图形符号和文宇符号
（a）常开触头；（b）常闭触头
接近开关近年来获得了广泛的应用，它是靠移动物体与接近开关的感应头接近时，使其输出一个电信号，故又称为无触头开关。在继电接触器控制系统中应用时，接近开关输出电路要驱动一个中间继电器，由其触头对继电接触器电路进行控制。
接近开关是一种理想的电子开关量传感器，可以实现无接触检测。例如，当一被测金属体靠近接近开关区域时，接近开关就在无接触、无压力、无火花的情况下迅速准确地判定出金属体的位置。若将其用于一般行程开关控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适应能力，都是一般机械式行程开关所不能相比的。接近开关除检测金属体位置外，也可以用于高速计数测速，以及检测零件尺寸等。
接近开关分为电容式和电感式两种，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。常用的型号有LJ1、LJ2等系列。
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LXI15系列和TC系列等产品。
主令控制器又称主令开关，它是用来频繁控制大电路的主令电器，在控制系统中通过它发出的指令由接触器来实现对电动机的启动、调速、制动、反转或停止控制。
主令控制器的外形与结构如图 1.23 所示，它由触点、凸轮、定位机构、转动轴、面板及其支撑件等部件组成。触点为双断点桥式结构。它适用于按顺序操作多个控制电路。
图1.23 主令控制器的外形与结构
（a）外形图；（b）结构原理图
1、7—凸轮块；2—接线柱；3—静触头；4—动触头；5—支杆；6—转动轴；8—小轮
主令控制器按结构可分为凸轮调整式主令控制器及凸轮非调整式主令控制器。
凸轮调整式主令控制器的凸轮片上有孔和槽，凸轮片的位置能按给定的分合表进行调控，它能直接通过减速器与操纵机械连接。当控制电路数较多时，为缩短开关长度，可采用两组凸轮轴，两轴直接连接或通过减速器连接。
凸轮非调整式主令控制器的凸轮不能调整，只能按触点分合表，进行适当的排列组合。它适用于组成联动控制台，实现多点复位控制。
主令控制器的选择：一般按使用环境、被控电路数目及要求以及减速传动比来确定。
（1）使用环境：室内选用防护式，室外选用防水式。
（2）主令控制器的电路数选择：全系数主令控制器的电路数有2、5、6、8、16、24等规格，选择时应留有余地。
（3）减速器传动比选择。LK系列的减速传动比有 1∶5、1∶20、1∶30、1∶36、1∶16.65等可供选择。
主令控制器的型号意义如下：
