1.2.4 用接触器直接控制电动机单向运转的电路

采用手动刀开关控制电动机的电路虽然简单，但只适用于不频繁启动的小容量电动机。如果要实现对较大容量的电动机的控制或远距离控制和自动控制，就需要采用接触器控制电路，它是实现电气自动控制的主要手段。电路除前面介绍的刀开关外，接触器控制电路所使用的电器还有熔断器、接触器、热继电器和按钮开关等几种低压电器。

1. 熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的短路保护电器，它串联在电路中。当电路或用电设备发生短路时，熔体能自动熔断，切断电路，阻止事故蔓延，因而能实现短路保护。无论是在强电系统还是弱电系统中，熔断器都得到了广泛的应用。

熔断器的外形和种类繁多，但其中常用的一些熔断器的外形如图1.7（a）所示，图形符号和文字符号如图1.7（b）所示。熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管、或熔座组成，熔体是熔断器的主要部分。其材料一般由熔点较低、电阻率较高的金属材料铝锑合金丝、铅锡合金丝或铜丝制成。熔管是装熔体的外壳，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，一旦电流产生的热量达到熔体的熔点，熔体便熔断，切断电路，从而达到保护电路的目的。电动机控制电路中常用的熔断器有插入式和螺旋式两种。

（1）插入式（瓷插式）熔断器

瓷插式熔断器常用于380V及以下电压等级的线路，作为配电支线或电气设备的短路保护用，它的结构如图1.7（c）所示。其结构由瓷底、静触点、瓷插件、动触点及熔体等部件组成，熔体（熔丝）装在瓷插件两端的动触点上，中间经过凸起部分。当熔体熔断时，所产生的电弧被凸起部分隔开，使其迅速熄灭。更换熔体时可拔出瓷插件，操作安全，使用方便。其缺点是动、静触点间容易接触不良，特别是装在振动的机械上容易松脱，造成电动机断相运行，而且不方便观察熔体是否已熔断。其系列代号为RC。

（2）螺旋式熔断器

螺旋式熔断器的分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中作为短路保护之用。螺旋式熔断器结构如图1.7（d）所示，螺旋式熔断器由熔管及其支持件（瓷底座、瓷套和带螺纹的瓷帽）组成。熔体装在熔管内并填满灭弧用的石英砂，熔管上端有一色点，是熔体熔断的标志，熔体熔断后色标脱落便需要更换熔管。在安装时，注意将熔管的色点向上，通过瓷帽上的观察孔以便观察熔管的状况。安装使用时，注意将电源进线接瓷底座的下接线端，负荷线接与金属螺纹壳相连的上接线端。螺旋式熔断器体积小，熔管被瓷帽旋紧不容易因振动而松脱，常用在机床电路中。其系列代号为RL，常用的有RL1、RL6、RL7等系列。

常用的低压熔断器其型号的含义如下：

（3）封闭式熔断器

封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种。有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1000A以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下、600A以下电力网或配电设备中。

（4）快速熔断器

快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构与有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。

（5）自复熔断器

自复熔断器是采用金属钠做熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。

熔断器的主要技术参数有额定电压、额定电流和熔体（熔丝）的额定电流，选用时应保证熔断器的额定电压大于或等于线路的额定电压，熔断器的额定电流大于或等于熔体的额定电流，而熔体的额定电流则根据不同的负载及其负荷电流的大小来选定。具体计算方法可参考实训配套教材中的对应内容。

2. 接触器

接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作、连锁控制、各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。这里主要介绍常用的交流接触器。

常用的几种交流接触器的外形如图1.8所示。目前常用的国产型号的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20系列产品。其中CJ10为国产老型号产品；CJ20为国内20世纪80年代开发的新产品，可取代CJ10系列；CJ12系列主要用于冶金、矿山机械及起重机等设备中。

常用交流接触器型号的含义是

交流接触器从结构上可分为电磁系统、触点系统和灭弧装置三大部分。如图1.9（a）所示为交流接触器的基本结构和工作原理示意图。图1.9（b）为接触器的图形符号，文字符号为KM。

接触器的电磁系统由静铁芯、动铁芯、电磁线圈组成。

触点系统包括主触点和辅助触点。主触点一般为三极动合触点，用于控制三相负载的主电路，由于主触点通过的电流较大，一般配有灭弧罩，在切断电路时产生的电弧在灭弧罩内被分割、冷却而迅速熄火。辅助触点又分为动合和动断触点两种，用于控制电流较小的控制电路，一般额定电流值为5A。

接触器的灭弧系统分为双触点桥式结构灭弧，如图1.10所示把触点一分为二，可以减小电弧的形成，另外主触点还配有灭弧罩。

接触器的工作原理：当电磁线圈通电后，产生的电磁吸力将动铁芯往下吸，带动动触点向下运动，使动断触点断开、动合触点闭合，从而分断和接通电路。当线圈断电时，动铁芯在反作用弹簧的作用下向上弹回原位，动合触点重新断开，动断触点重新接通。由此可见，接触器实际上是一个电磁开关，它由电磁线圈电路控制主触点开关的动作。

近年来交流接触器还有许多引进国外技术生产的新产品，如3TB和3TF系列、LC1-D系列、B系列等，这些产品的特点在于其结构和材质有所改进，体积小，并采用“积木式”＇组合结构，可与多种附件组装以增加触点数量及扩大使用功能，使用更加灵活方便。

有关交流接触器的选择、安装方法，可参考实训配套教材中的对应内容。

3. 热继电器

热继电器是继电器中的一种，常用做电动机的过载保护。继电器是根据一定的物理量信号的变化来接通或分断小电流电路的自动控制电器。继电器实质上是一种传递信号的电器，它根据特定形式的输入信号而动作，从而达到控制的目的。继电器一般不用来直接控制主电路，而是通过接触器或其他电器来对主电路进行控制。与接触器相比较，继电器的触头通常接在控制电路中，触头断流容量较小，一般不需要灭弧装置，但对继电器动作的准确性则要求较高。

继电器主要由感测机构、中间机构、执行机构三部分构成，实行对控制信号的发出、转换和传递。继电器种类很多，应用广泛，按照用途可分为控制继电器和保护继电器，若按照检测的输入信号分，有电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器与温度继电器、速度继电器、压力继电器等。

由于交流异步电动机的过负载能力比较弱，在实际应用中，电动机所拖动的机械负载的功率经常无规律地变化，如果电动机的容量选得过小，容易出现“小马拉大车”的过载状况，电动机绕组会因经常过载发热而使绝缘老化，缩短工作寿命。为了充分发挥设备的潜力，既要允许电动机短时过载，又要防止电动机长时间过载运行，这就是对电动机进行过载保护的目的和要求。而热继电器正是根据电动机过载保护的需要而设计的，它利用电流热效应原理和反时限特性，当热量积聚到一定程度时，使触点断开切断电路，实现对电动机的过载保护。

热继电器的种类多样，按其结构和动作原理分为双金属片式、热敏电阻式、易熔合金式以及电子式等几种。热继电器的文字符号为FR，其外形和图形符号如图1.11所示。

目前使用最普遍的是双金属片式热继电器，常用的有JR0、JR15、JR16、JR20等系列。其中JR15为两相结构，其余大多为三相结构，并可带断相保护装置。JR20为更新换代产品，用来与CJ20型交流接触器配套使用。其型号的含义如下：

例如，JR16-20/3D型，表示为JR16系列热继电器，额定电流20A，三相结构，“D”表示带断相保护装置。一种型号的热继电器可配有若干种不同规格的热元件，并有一定的调节范围，选用时应根据电动机的额定电流来选择热元件，并用调节旋钮将其整定在电动机额定电流的0.95～1.05倍，在使用中再根据电动机的过载能力进行调节。

双金属片式热继电器具有结构简单、成本较低，且有良好的反时限特性（电流与动作时间成反比，即电流越大，动作时间越短），其结构如图1.12所示。其基本工作原理：双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属材料压合而成的，绕在双金属片外面的发热元件串联在电动机的主电路中。当电动机过载时，过载电流通过串联在定子电路中的电阻丝1，过载电流产生的热量大于正常的发热量，双金属片2受热膨胀，因膨胀系数不同，膨胀系数较大的左边一片的下端向右弯曲；电流越大，过载时间越长，热量积累越多，双金属片弯曲越大，当达到一定程度时，通过导板3推动补偿双金属片4使推杆5绕轴转动，带动杠杆6，使它绕轴7转动，将常闭触点8断开。此外，9为电流调节旋钮，10为复位按钮，11为自动/手动复位选择调节螺钉。

热继电器动作后，要等一段时间，待双金属片冷却后，才能使触点复位，还可以通过调节自动/手动复位选择调节螺钉选择手动复位。热继电器动作电流值的大小可用位于复位按钮旁边的旋钮进行调节。有关热继电器的选用、安装、调整方法可参阅实训配套教材中的对应内容。

必须注意：上面介绍的熔断器和热继电器这两种保护电器，都是利用电流的热效应原理进行过流保护的，但它们的动作原理不同，用途也有所不同，不能混淆。熔断器是由熔体直接受热而在瞬间迅速熔断，主要用做短路保护；为避免在电动机启动时熔断，应选择熔体的额定电流大于电动机的额定电流，因此在电动机过载量不大时，熔断器不会熔断，所以熔断器不宜用做电动机的过载保护。而热继电器动作有一定的惯性延时，在过流时不可能迅速切断电路，绝不能用做短路保护。为了使电动机控制电路有比较好的保护性能，应该是熔断器和热继电器同时使用。

4. 按钮开关

按钮开关是一种手动电器，常称做控制按钮或按钮，主要用于人们对电路发出控制指令，作为一种主令电器，按钮常用于接通和分断控制电路。其外形、内部结构和图形符号如图1.13所示。按钮的文字符号是SB，由图1.13（b）可见：当按下按钮帽时，由推杆带动上面的动断触点先断开，下面的动合触点后闭合；当松开时，在复位弹簧作用下触点复位，动作顺序相反，下边的动合触点先断开，上边的动断触点后闭合，在分析电路的控制原理时要注意动作次序。

按钮开关的种类很多，有单个的，也有两个或数个组合的；有不同触点类型和数目的；根据使用需要还有带指示灯的和旋钮式、钥匙开启式、锁闭式的，等等。国产型号有LA10、LA18、LA19、LA20、LA25等系列，其中LA25为更新换代产品；引进国外技术生产的有LAZ等系列。按钮开关的型号含义如下：

为了便于操作人员识别，避免发生误操作，生产中用不同的颜色和符号来区分按钮的功能及作用，不能乱用，特别是红色按钮，一定是用于停止控制。常用按钮的颜色及含义见表1.1。

接触器控制电动机单向运转的电路如图1.14所示。该电路是以电气控制原理图的形式画出，对于一些使用电器元件较多的电路，为了便于表达和对控制原理进行分析，图中所采用的电器元件一律使用图形符号和文字符号，在分析其工作原理之前，先简单介绍一下电气原理图的构成和读图方法。

电气原理图主要反映电气设备和线路的工作原理，而不反映电器元件的实际结构、安装位置和连线情况，在读图时应注意以下几点：

① 在电气原理图中，电器的元（部）件是按其功能而不是按其结构画在一起的。在图1.14中，接触器KM的主触点、辅助动合触点和电磁线圈就分别画在主电路和控制电路中，热继电器FR的热元件和动断触点也是如此。但应注意，同一电器的所有部件必须用相同的文字符号标注，例如KM1、KM2等。

②电路图中各电器应是未通电时的状态，即按电路的“常态”画出。机械开关应是未受作用前的自由状态。

③ 电气原理图分电源电路、主电路、控制电路和辅助电路。如在图1.14中，电源电路为从三相电源到刀开关QS；主电路从熔断器FU1、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件到三相异步电动机的电路；控制电路则为接触器KM的电磁线圈的回路；辅助电路包括信号指示、检测等电路（该图上没有这一部分电路）。

④ 一般电源电路水平画于电路图的上方；主电路垂直画在左侧；控制电路和其他辅助电路垂直画在右侧，且电路按动作顺序和信号流程从左至右排列。

⑤ 如果电路比较复杂，还可以在图的上方和下方标明图区号和控制功能，便于查找分析。

图1.14接触器控制电动机单向运转电路的工作原理和操作过程如下：

① 合上电源开关QS：接通电源。

② 启动控制：

③ 停止控制：

④ 过载保护：

在上面的电路中，由于接触器KM的辅助动合触点与启动按钮SB2 并联，当松开SB2后，KM的电磁线圈仍能依靠其辅助动合触点保持通电，使电动机能连续运行，这一作用称为“自锁”（或自保持），KM的辅助动合触点也称为自锁触点。显然，如果没有接自锁触点，当按下SB2时，电动机运行，一旦松手，电动机即停转，这称为“点动”控制。

利用接触器控制的电动机电路，除了由熔断器FU1、FU2 实行短路保护和热继电器FR实现对电动机的过载保护外，还具有接触器本身具有的另两种保护功能：失压保护和欠压保护。

（1）失压保护

上述电路如在工作中突然停电而又恢复供电，由于接触器KM断电时自锁触点已断开，这就保证了在没有再次按下启动按钮SB2 时接触器KM不动作，因此不会因电动机自行启动而造成设备和人身事故。这种在突然停电时能够自动切断电动机电源的保护功能称为失压（或零压）保护，由接触器KM实现。

（2）欠压保护

上述电路如果电源电压过低（如降至额定电压的85%以下），则接触器线圈产生的电磁吸力不足，接触器会在复位弹簧的作用下释放，从而切断电动机电源，防止电动机在电压不足的情况下运行，这种保护功能称为欠压保护，同样由接触器KM实现。

在实际应用中，电动机采用接触器控制的电气线路还可以根据需要调整其控制功能，例如图1.15所示为一个既能间歇工作（点动控制）又能连续运行（自锁控制）的控制电路。

控制原理如下：

（1）自锁控制

按下SB2后，自锁控制动作原理与图1.14电路启动控制过程一样。

（2）点动控制

放开SB3→动合触点复位断开→接触器KM的线圈断电→电动机M停止