一、电器的概念
电器是一种能根据外界的信号和要求，实现电路或非电路对象的切换、控制、保护、变换和调节用的电气设备。它能手动或自动地接通、断开电路，断续或连续的改变电路参数。电器主要分为手动电器和自动电器两种。 一、手动电器
手动电器是指没有动力机构，依靠人力来进行操作，接通或断开工作电路的电器。电器控制系统中常用的手动电器有刀开关、组合开关、按钮等。 1． 刀开关
刀开关又称刀闸，是手动电器中结构最简单的一种，常用的刀开关有开启式负荷开关、封闭式负荷开关、刀熔开关、隔离开关等。刀开关的图形符号和文字符号见图1-1如示
（1）开启式负荷开关
开启式负荷开关的结构见图1-2。开启式负荷开关结构简单，价格低廉，常用作照明电路的电源开关，也可用来控制5.5KW以下异步电动机的起动和停止。但这种开关没有专门的灭弧装置，开关的触刀和静插座容易被电弧烧坏，引起接触不良等故障，因此不宜用于频繁接通和分断的电路。 （2）铁壳开关
铁壳开关的结构见图1-3。虽然铁壳开关设有联锁装置以防止操作人员触电，但是仍应当注意按照规定进行安装与使用：既不允许把开关随意放在地上，也不允许面对着开关进行操作，以免万一发生故障而开关又分断不了短路电流时，造成铁壳爆炸飞出伤人。另外，开关的外壳应可靠接地，以防意外漏电造成触电事故。同时还应严格禁止在开关上放置紧固件及其他金属零件，以免它们掉入开关内部造成相间短路事故。
（3）刀熔开关
HR3型刀熔开关的结构见图1-4。刀熔开关即熔断器式刀开关，是一种组合电器，它兼具熔断器和刀开关这两种电器的基本技术性能。由于是利用熔断器的触刀作为刀开关的触刀，刀开关和熔断器就有机地组合在一起了，因而可以减少材料消耗、降低制造成本和缩小安装面积。 （4）隔离开关
隔离开关结构见图1-5所示。隔离开关在电路中起隔离电源的作用，由静触点、动触点、操作手柄、接线端和底座等几部分组成。其动、静触点都是外露的，具有明显的断开点。这样，在切断电源时能够确保电路无电，从而保证检修操作人员的安全。隔离开关没有灭弧机构，不具备切断或接通负荷电流的功能。因此，规程规定严禁带负荷操作隔离开关。
操作规程对接通、分断电路时，隔离开关与负荷开关（能承载负荷电流的开关）的操作顺序做了严格的规定：
分闸：应先断开负荷开关，再断开隔离开关。 合闸：应先合上隔离开关，后合上负荷开关。
2．按钮
按钮是一种结构简单、应用广泛的低压手动电器。在低压控制系统中，手动发出控制信号，可远距离操纵各种电磁开关，如继电器、接触器等，转换各种信号电路和电气联锁电路。 按钮的外形、结构及图形与文字符号见图1-6所示。按钮主要根据使用场合所需要的触点数、触点形式及颜色来选用。
二、自动电器
自动电器含有电磁铁或其他动力机构，它按照指令、信号或参数变化而自动动作，使工作电路接通和切断。如接触器、继电器等。
1．接触器 接触器的图形符号和文字符号见图1-7。
接触器是一种用来频繁地接通和切断主电路或大容量控制电路的电器。它广泛地用于控制电动机和其它电力负载。接触器的种类很多，按工作原理可分为电磁式、气动式和液压式。这里主要讲的是电磁式接触器。按控制主回路的电源种类可分为交流接触器和直流接触器两种。接触器的工作原理如下：当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。接触器的触点数目应能满足控制线路的要求。各种类型的接触器触点数目不同。交流接触器的主触点有三对（常开触点），一般有四对辅助触点（两对常开、两对常闭），最多可达到六对（三对常开、三对常闭）。直流接触器主触点一般有两对（常开触点）；辅助触点有四对（两对常开、两对常闭）。 （1）接触器的选用
选择接触器主要考虑以下技术数据： ① 电源种类：交流或直流。 ② 主触点额定电压、额定电流。
③ 辅助触点种类、数量及触点额定电流。 ④ 励磁线圈的电源种类、频率和额定电压。 ⑤ 额定操作频率（次/h），即允许的每小时接通的最多次数。
1．继电器
继电器是一种自动动作的电器。当继电器输入电压、电流和频率等电量或温度、压力和转速等非电量并达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。继电器一般由输入检测机构和输出执行机构两部分组成。前者用于反映输入量的高低；后者用于接通或分断电路。
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，从而达到控制目的。它与接触器不同，主要用于反映控制信号，其触点通常接在控制电路中。继电器的图形符号见图1-8。 （1）电流继电器
电流继电器反映电路电流变化而动作的继电器。主要用于电动机、发电机或其它负载的过载及短路保护直流电动机磁场控制或失磁保护等。 （2）电压继电器
电压继电器反映的是电压信号。它的线圈是并接在被测电路两端的。 （3）中间继电器
中间继电器实质也是一种电压继电器。只是它的触点对数较多，容量较大，动作灵敏。主要起扩展控制范围或传递信号的中间转换作用。
（4）热继电器
热继电器是利用电流的热效应原理工作的电器，用于三相异步电动机的长期过载保护。热继电器的图形及文字符号见图1-9所示。热继电器使用注意事项：
1) 应按照被保护电动机额定电流的1.1～1.25倍选取热元件的额定电流。
2) 热继电器的整定电流调节范围是热元件额定电流的约60%～100%。 3) 热继电器安装完毕需进行整定电流值的调整。整定电流值应等于被保护电动机的额定电流。
4) 由于热继电器有热惯性，大电流出现时它不能立即动作，故热继电器不能用作短路保护。
5) 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，从而在不正常的工作状态下，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。
6）安装时应注意，热继电器的工作环境温度与被保护设备的环境温度相差一般不应超过15℃～25℃，以保证保护动作的准确。
7）热继电器连接的导线截面积应满足负荷要求；导线与热继电器连接时要压接牢固，以免由于导线过细或因接触不良而发热使热继电器错误动作。
（5）时间继电器
在自动控制系统中，有时需要继电器得到信号后不立即动作，而是要顺延一段时间后
再动作并输出控制信号，以达到按时间顺序进行控制的目的。时间继电器就可以满足这种要求。时间继电器的图形及文字符号见图1-10。按工作原理分类时间继电器可分为：电磁
式、空气阻尼式（气囊式）、半导体式、电动机式等几种。按延时方式分类可分为：通电延时型、断电延时型和通、断电延时型等类型。
（6）速度继电器
速度继电器是利用转轴的一定转速来切换电路的自动电器。它主要用作鼠笼式异步电动机的反接制动控制中，故称为反接制动继电器。 3．行程开关
行程开关又称限位开关，用以反映工作机械的行程，以实现机电信号的转换，广泛用于机床及自动生产线的程序控制系统中。行程开关的符号图见图1-11。 4．熔断器
熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的保护电器。使用时串联在电路中，当电路或用电设备发生短路或过载时，熔体能自身熔断，切断电路，阻止事故蔓延，因而能实现短路或过载保护，无论是在强电系统或弱电系统中都得到广泛的应用。熔断器的符号见图1-12所示。熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三种。封闭式熔断器又可分为有填料管式、无填料管式及有填料螺旋式等。
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。熔体一般由熔点较低、电阻率较高的合金或铅、锌、铜、银、锡等金属材料制成丝或片状。熔管是由陶瓷、玻璃纤维等绝缘材料做成，在熔体熔断时还兼有灭弧作用。熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这就能满足短路保护的要求。在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的型式，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。
5．自动空气断路器
自动空气断路器简称自动空气开关或自动开关，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的功能组合，是一种既起手动开关作用，又可自动有效地对串接在其后面的电气
设备的失压、欠压、过载和短路进行保护的电器。 6．执行电器
电磁铁由励磁线圈、铁心和衔铁三个基本部分构成。线圈通电后产生磁场，因此称之为励磁线圈，通入的电流称为励磁电流。用直流电励磁的称为直流电磁铁，用交流电励磁的则称为交流电磁铁。
选用电磁铁时，应考虑用电类型（交流或直流）、额定行程、额定吸力及额定电压等技术参数。
电磁离合器也叫电磁连轴器，它是利用表面摩擦或电磁感应来传递两个转动体间转矩的执行电器。由于能够实现远距离操纵，控制能量小，便于实现自动化，同时动作快，结构简单，因此获得了广泛应用。常用的电磁离合器有摩擦片式离合器、电磁粉末离合器、电磁转差离合器。
电磁夹具在机床上的应用很多，尤其是电磁工作台（或电磁吸盘）在平面磨床上广为采用。
电机的图形符号和文字符号见教材表2-1和表2-2。
三、电器控制线路的表示方法
电器控制线路主要由各种电气元件和电动机等用电设备组成。电器控制线路的表示方法有：电气原理图、电气设备安装图和电气设备接线图。电器控制线路应根据简明易懂的原则，用规定的方法和符号进行绘制。 1．电气原理图
电气原理图表示电器控制线路的工作原理、以及各电气元件的作用和相互关系，而不考虑各电气元件实际安装的位置和实际连线情况。绘制电气原理图应遵循以下原则：
（1）电器控制线路根据电路的功能和通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，一般用粗线条绘在原理图的左侧（或上部）。控制电路是通过弱电流的电路，它包括接触器和继电器的线圈，接触器的辅助触点，继电器和其它控制电器的触点及自动装置的其它部件，还包括信号电路、保护电路及各种联锁电路，一般用细线条绘在原理图的右侧（或下部）。
（2）电器控制线路中，各个电器并不按照它实际的位置情况绘在线路上，而是采用同一电气元件的各部件分别绘在它们完成作用的地方，但需用同一文字符号标出，如接触器的主触点在主电路，线圈和辅助触点在控制电路。若有多个同一种类的电气元件，可在文字符号的后面加上数字序号的下标，如KM1、KM2等。
（3）电器控制线路的全部触点都按“平常”状态绘出。“平常”状态对接触器、继电器等是指线圈未通电时的触点状态；对按钮、行程开关是指没有受到外力时的触点位置。
（4）控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点需用黑点标出。
（5）表示导线、信号通路、连接线等的图线都应是交叉和折弯最少的直线。可以水平布置，或者垂直布置，也可以用斜的交叉线。
（6）为了突出或区分某些电路、功能等，导线符号、信号通路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。
（7）所用图形符号和文字符号应符合国家标准。如果采用了国家标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。选择图形符号应尽可能采用优选形式，在满足需要的前提下，尽量采用最简单的形式。
（8）对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，如行程开关等应绘出动作程序和动作位置。
2．电气设备安装图
电气设备安装图用来表示各种电器在生产设备和电器控制柜中的实际安装位置。主要有控制柜、控制板、操纵台等电气设备具体布置图。图中同一电气元件的各部件（如触点与线圈）必须画在一起。各电气元件的位置，应与实际安装位置一致。各电气元件的安装位置是由生产设备的结构和工作要求决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元件放在便于操作的地方，一般电气元件应放在控制柜内。电气设备安装图是电气设备安装和维修时的必备资料。在绘制时均用粗实线画出简单轮廓，留出线槽和备用面积。图中不标尺寸。 3．电气设备接线图
电气设备接线图是根据原理图，配合安装要求来绘制的，用来表示各电气元件之间实际接线情况。它为电气元件的配线、检修和施工提供了方便，实际工作时与电气原理图配合使用。它可以是电器控制设备各单元之间的接线图，复杂的电气设备还可画出安装板的接线图。
绘制电气设备接线图的规定主要有以下几条。 （1）同一电气元件的各个部件应画在一起。
（2）不在同一控制柜或配电屏上的电气元件的电气连接必须通过端子板进行，端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。
（3）图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。
（4）走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。 接线图实例见教材图3-16所示。 四、电器控制线路的常用控制方法 1．点动控制
生产设备在正常加工时处于正常工作状态，此即谓正常。除了正常状态外，生产设备还有一种调整工作状态，如机床中作加工准备时的对刀，在这一工作状态中对电动机的控制要求是点动，即按一次按钮动一下，连续按则连续动，不按则不动，这种动作常称为“点动”或“点车”。图2-2（a）是实现点动的最简单的控制线路，在此只要不用自锁回路便可得到点动的动作。 但在实际工作中，生产设备既要求点动，又要求能连续长期工作。图2-2（b）、（c）、（d）是能同时满足上述两个要求的线路。图（b）采用了选择开关S来选择工作状态，S打开时为点动工作，S闭合时为正常工作。但这个线路在操作时多了一个动作，不太方便。图（c）中采用两个按钮分别控制，当按动按钮SB1时正常工作，而按点动按钮SB2时，依靠其动断触点将自锁触点回路断开，使KM不能自锁而得点动工作。但这线路的可靠性不高，如果KM的释放动作缓慢，将因SB2的动断触点过早闭合，使KM继续自锁得电而使电动机正常工作。为消除上述缺点，就采用图（d）所示线路，图中采用中间继电器K进行连锁控制。按SB1时，通过K接通KM，且K自锁，使电动机正常工作，若按SB2时，由于没有接通K，所以不能将KM自锁，仅能点动工作，且当电动机已经起动正常工作后，再按点动按钮SB2将不能起作用。
2．联锁或互锁控制
既互相联系又互相制约的控制称为联锁控制。生产设备或自动生产线都由许多运动的部件组成，不同的运动部件之间既互相联系又互相制约。例如，车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮箱有充分的润滑之后才能起动。又如，龙门刨床的工作台运动时不允许刀架移动等。
如图2-3所示，接触器KM2必须在接触器KM1工作后才能工作，即保证了油泵电动机工作后主电动机才能工作。 互锁实际上也是一种联锁关系，是为了强调触点之间的互锁作用。例如，常常有这样的要求，两台电动机M1和M2不能同时接通，如图2-4所示，KM1动作后，它的动断触点就将KM2接触器的线圈断开，这样就限制了KM2再动作，反之也一样，此时，KM1和KM2的两对动断触点，常称做“互锁”触点。
这种互锁关系在电动机正反转线路中，可保证正反向接触器KM1和KM2不能同时闭合，以防止电源短路。
由上述分析可见：若要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的常闭触点串在乙接触器的线圈电路中；若要求甲接触器动作后乙接触器才能动作，则需将甲接触器的常开触点串在乙接触器的线圈电路中。
3．多点控制
对于有些机械和生产设备，为了操作的方便，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。例如，重型龙门刨床，有时在固定的操作台上控制，有时需要站在机床四周用悬挂按钮控制。自动电梯，
人在电梯箱里时在里面控制，人进电梯箱前在楼道上控制等等。如图2-5（a）所示，把起动按钮并联起来，停止按钮串联起来，分别装置在两个地方，就可实现两地操作。
在大型机床上，为了保证操作安全，要求几个操作者都发出操作指令（按起动按钮），设备才能工作，如图2-5（b）所示。
4．顺序控制
在自动化的生产中，根据加工工艺的要求，加工需按一定的程序进行，即工步要依次转换，一个工步完成后，能自动转换到下一个工步。在组合机床和专用机床中常用继电器顺序控制线路来完成这类任务。如图2-6所示，按下起动按钮SB1后，继电器K1得电并自锁，进行第一个工作程序，并且K1的另一常开触点闭合，为K2得电作好了准备。当第一个工作程序完成后，行程开关ST1被压下，K2得电并自锁，进行第二个工作程序。同时由于K2的一个常闭触点打开，使K1断电。其他工作程序的转换则依次类推。
大多数生产设备的加工工艺是经常变动的，为了解决程序的可变性问题，简单的可用顺序控制器，复杂的则要采用可编程序控制器或微机进行控制。
5．工作循环自动控制
某些生产机械要求在一定范围内能自动往复运行。如机床的工作台、高炉的添加料设备等。这就需要利用行程开关来检测往返运动的相对位置，再控制电动机的正反转，来完成对往复运动的控制。
图2-7是机床工作台自动往复行程控制的电路，行程开关ST1、ST2分别装在机床床身的两侧需返回的位置，而挡铁要装在运动部件工作台上。线路工作过程如下：按下起动按钮SB2，KM1得电，电动机正转，工作台前进，当到达预定行程后（可通过调整行程开关或挡块的位置来调整行程），挡块压下ST1，ST1常闭触点断开，切断接触器KM1，同时ST1常开触点闭合，反向接触器KM2得电，电动机反转，工作台后退。当后退到位，挡块压下ST2，工作台又转到正向运动，进行下一个工作循环。直到按下停止按钮SB1才会停止。图中的行程开关ST3、ST4分别为正向、反向终端保护行程开关，当
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