主讲人：吕国芳1
电 气 控 制 技 术
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
主讲人：吕国芳2
教学计划 教学计划：
? 本课程计划学时,48学时（ 3学分）
? —— 2.5 学分课堂教学（上课 12周）
? —— 0.5 学分试验 （ 4-6个试验）
教学内容：
? （上篇）电器控制
? （下篇） PLC原理及应用
主讲人：吕国芳3
考核办法：
平时成绩 占 1/4
期终测验成绩 占 2/4
试验评分 占 1/4
主讲人：吕国芳4
参考书目：
5,可编程序控制器原理及程序设计
崔亚军 等编 电子工业出版社
2,电器控制
李 仁 主编 机械工业出版社
1,现代电气控制技术
郑 萍 主编 重庆大学出版社
3,可编程序控制器应用技术
廖常初 等编 重庆大学出版社
4,可编程序控制器应用指南
易传禄 等编 上海科普出版社
主讲人：吕国芳5
学习要求：
? 熟练掌握断路器, 隔离开关, 接触器, 热继电器, 熔断器在电路中的
作用, 特点, 绘制符号, 设计选型时要注意的重要技术参数 。
? 熟练掌握行程开关, 按钮开关在电路中的作用, 绘制符号 。
? 灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路, 异步电机正, 反转电气
控制线路, 异步电机, Y/△,电气控制线路等, 理解它们的设计思
路, 学会设计相应的电气控制电路 。
? 透彻了解 PLC的特点, 为提高其可靠性采取的一些措施 。
? 熟练掌握 PLC的组成, 各主要部件的功能, PLC的工作原理 （ 扫描工作
过程, 系统响应时间 ）, 了解三菱 FX2N PLC编程元件的地址 。
? 熟练掌握梯形图使用的符号, 概念, 规则, 学会自己设计 PLC梯形图程
序, 掌握 三菱 FX2N PLC的 基本指令 。
? 熟练掌握 PLC程序设计的功能表图法和其基本概念, 学会用功能表图法
设计 PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图 。
? 掌握 PLC控制系统的特点, 判断一个控制系统是否需要由 PLC来构成的
特性以及 PLC选型时应考虑的问题 。
? 学会用 PLC设计控制系统 （ 包括 PLC硬件, 软件和电气控制回路 ） 。
主讲人：吕国芳6
第一章．常用低压电器及其符号
低压电器 （ Low voltage Apparatus） 通常
指工作在交, 直流电压 1200V以下 的电路中起通
断, 控制, 保护和调节作用的 电气设备 。
本章主要介绍常见的接触器, 继电器, 低
压断路器, 万能转换开关, 熔断器等设备的基本
结构, 功能及工作原理 。
上篇,电器控制
主讲人：吕国芳7
1.1 电器的作用与分类
电器就是广义的电气设备。
它可能很大、很复杂（如一台彩色电视
机或者一套自动化装置）；
它也可以很小、很简单（如一个钮子开
关或者一个熔断器）。
主讲人：吕国芳8
从工业控制的角度看, 电器,
电器是指能根据特定的信号和要求，
自动 /手动地接通 /断开电路；
断续 /连续地改变电路参数；
实现对电路或非电对象的切换、控制、
保护、检测、变换和调节的电气设备。
主讲人：吕国芳9
电器的种类繁多，构造各异
? 通常按以下分类方法分为几类：
主讲人：吕国芳10
按所控制的对象分, 低压配电电器 （ DistributingApparatus）,
用于配电系统, 如刀开关, 熔断器等
低压控制电器 （ Control Apparatus）,
用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中 。
按 使 用 系 统 分, 电力系统用电器,
电力拖动及自动控制系统用电器,
自动化通信系统用电器；
按 电 压 等 级 分, 高压电器 （ High-voltage Apparatus）,
低压电器 （ Low-voltage Apparatus） ；
按 工 作 职 能 分, 手动操作电器,
自动控制电器
（ 自动切换电器, 自动控制电器, 自动保护电器 ）
其他电器
（ 稳压与调压电器, 起动与调速电器,
检测与变换电器, 牵引与传动电器 ）
主讲人：吕国芳11
按 电 器 组 合 分,单个电器, 成套电器与自动化装置；
按 有 无 触 点 分,有触点电器, 无触点电器, 混合式电器；
按使用场合分,一般工业用电器, 特殊工矿用电器, 农用电器,
其他场合 （ 如航空, 船舶, 热带, 高原 ） 用电器 。
主讲人：吕国芳12
按所控制的对象分, 低压配电电器 （ Distributing Apparatus）,
用于配电系统, 如刀开关, 熔断器等
低压控制电器 （ Control Apparatus）,
用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中 。
按 电 压 等 级 分,高压电器 （ High-voltage Apparatus）,
低压电器 （ Low-voltage Apparatus） ；
按 使 用 系 统 分,电力系统用电器, 电力拖动及自动控制系统用电器,
自动化通信系统用电器；
按工作职能分,手动操作电器,
自动控制电器 （ 自动切换电器, 自动控制电器, 自动保护电器 ）
其他电器 （ 稳压与调压电器, 起动与调速电器,
检测与变换电器, 牵引与传动电器 ）
按 电 器 组 合 分,单个电器, 成套电器与自动化装置；
按 有 无 触 点 分,有触点电器, 无触点电器, 混合式电器；
按使用场合分,一般工业用电器, 特殊工矿用电器, 农用电器,
其他场合 （ 如航空, 船舶, 热带, 高原 ） 用电器 。
本章主要涉及 低压 电器, 电力拖动, 自动控制电器, 如交直流接触器,
各类继电器, 自动空气断路器, 行程开关, 熔断器, 主令电器等 。
主讲人：吕国芳13
1.2 低压电器的电磁机构及执行机构
从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成
部分 —— 感测部分、执行部分。
感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放
大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实再控制的目的。
执行部分则是触头。
对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁
机构；对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作
原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。
主讲人：吕国芳14
1.2.1 电磁机构1.2.1 电磁机构
电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换
成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组
成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。
3
1
2
3
1
2
图 2.1 常用电磁机构的形式
1,铁心 2,线圈 3,衔铁
主讲人：吕国芳15
1.2.2 执行机构
低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成 。
(a) 点接触 (b) 线接触 (c) 面接触
图 2.2 触点的 3种接触形式
1、触点
主讲人：吕国芳16
2、电弧的产生与灭弧装置
? 磁吹式灭弧装置
? 灭弧栅
? 灭弧罩
? 多断点灭弧
当断路器或接触器触点切断电路时，在拉开的两个触点之间将
出现强烈火花,根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，
应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度
低于消电离速度，则电弧熄灭。
（ a） 闭合状态 （ b） 断开状态
图 2.3 桥式触点
1.动触点； 2.静触点； 3.电弧
1
2
（ ） 闭合状态
3
主讲人：吕国芳17
1.3 接触器
接触器（ Contactor）是用来频繁接通和切断
电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。
接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合
或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁
式电器。接触器的主要组成部分为：
? 电磁系统：感测部分，
? 触头系统：执行部分。
触头工作时，需经常接通和分断额定电流
或更大的电流，所以常有电弧产生，一般情况
下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧
系统，
主讲人：吕国芳18
接触器按其主触头通过的电流种类，分为：
直流接触器、交流接触器。
按主触头的极数又可分为：
单极、双极、三极、四极 和 五极 等几种。
直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大
多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速
电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。
接触器分类
主讲人：吕国芳19
1.3.1 接触器的主要技术数据
? 额定电压
主触点上的额定电压
? 额定电流
主触点的额定电流
? 线圈的额定电压
通常用的电压等级为：
主讲人：吕国芳20
接触器的主要技术数据
? 额定操作频率
额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通
次数为 150-1500次 /h。
? 电寿命和机械寿命
电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允
许的极限操作次数。现代生产的接触器其电寿命可达
50-100万次，
机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受
的无负载操作次数。机械寿命可达 500-1000万次。
（ 106-7数量级）
主讲人：吕国芳21
接触器的主要技术数据
? 接触器的电气符号
(a) 线圈 (b) 主触点 (c) 常开辅
助触点
(d) 常闭辅助
触点
KM KM KM KM
图 2.4 接触器符号
主讲人：吕国芳22
1.3.2 交流接触器
交流接触器（ Alternating Current
Contactor）一般有 3对主触头，两个动合（常
开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等
容量及以下为直动式，大容量为转动式。
目前，国内市场产品繁多，举不胜举。有
工厂自行设计改进的，有全国统一设计研制的，
也有引进国外制造技术生产的，还有国外产品。
介绍几种具有代表性的产品（可参考电气工程
手册） 。
主讲人：吕国芳23
1.3.3 直流接触器
直流接触器（ Direct Current Contactor）是一
种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机
外，还用于各种直流电磁系统中。随着控制对象及
其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。
接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电
气寿命，仅对应于一定类别的额定值。 GB1497-85
,低压电器基本标准, 列出了低压电器常见的使用
类别及其代号，详见电气工程手册附录。
主讲人：吕国芳24
1.4 继电器
继电器（ Relay）是一种根据特定形式的输入信号
而动作的自动控制电器。继电器由承受机构、中间机构
和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，
并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行
比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使
执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器
通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控
制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器
触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系
统中的执行元件。
主讲人：吕国芳25
1.4.1 继电器的特性及主要参数
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、
速度继电器等；
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；
按动作时间分为快速继电器、延时继电器、
一般继电器；
按执行环节作用原理分为有触点继电器、无
触点继电器；
主讲人：吕国芳26
继电器的主要特点是具有跳跃式的输入 -输出特
性，电磁式继电器的特性如图 2.5所示，这一矩形曲
线统称为
一般，继电器的吸合时间、释放时间为 0.05 ~ 0.15 s
y1
x1 x2
图 2.5 继电特性曲线
x0
继电特性曲线
主讲人：吕国芳27
1.4.2 电磁式继电器
常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继
电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实
际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、
容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容
量）作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器
类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点
等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然
的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间
继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什
么明显的不同。
主讲人：吕国芳28
电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种
较典型的电磁式继电器 。
? 电流 /电压继电器
(a) 欠电流继电器符号
常开触点
KI
常闭触点 KI
线 圈
KI
I<
KI
(b) 过电流继电器符号
线 圈 I>
图 2.6 电流继电器符号
常开触点
KI
常闭触点 KI
主讲人：吕国芳29
(a) 过压继电器符号
线 圈
KVU>
常开触点
KV
常闭触点
KV
KV
(b) 欠压继电器符号
图 2.7 电压继电器符号
线 圈
KVU<
常开触点
KV
常闭触点
电压继电器
主讲人：吕国芳30
电压继电器
(a) 过压继电器符号
线 圈
KVU>
常开触点
KV
常闭触点
KV
KV
(b) 欠压继电器符号
图 2.7 电压继电器符号
线 圈
KVU<
常开触点
KV
常闭触点
主讲人：吕国芳31
中间继电器（ Auxiliary Relay）在结构上是一个电
压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入
的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。
其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电
器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数
量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。
图 2.8 中间继电器符号
KA
线 圈 常开触点
KA
常闭触点
KA
中间 继电器
主讲人：吕国芳32
1.4.3 时间继电器
凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段
时间才动作的继电器叫时间继电器（ Time Delay
Relay）。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得
到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一般
有通电延时型和断电延时型，其符号如图 2.9所示。
断电延时合线 圈 通电延时合 通电延时断 线 圈 断电延时断
（ a） 通电延时继电器符号 （ b） 断电延时继电器符号
图 2.9 时间继电器符号
KT KT KT KT KT
KT
主讲人：吕国芳33
1.4.4 行程开关
行程开关（ Travel Switch）又称限位开关，
是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小
电流开关电器。它是通过其机械结构中可动部分
的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械
的电气控制。行程开关由 3个部分组成：
1,操作头：它是开关的感测部分，它接受机械结构发
出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。
2,触头系统：开关的执行部分，它将操作头传来的机
械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输
出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。
3,外壳
主讲人：吕国芳34
1,JW系列基本型微动开关
习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的
行程开关称为微动开关（ Sensition Switch）
图 2.10 JW系列微动开关
主讲人：吕国芳35
2,LX19K型行程开关
它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触
桥（桥式动触点）、触头弹簧、恢复弹簧和塑料
基座等组成。
图 2.11 LX19K行程开关结构标意图
+×× +
主讲人：吕国芳36
3,JLXK1系列行程开关
在 JLXK1系列行程开关中采用了触头的速动机构。
JLXK1系列行程开关头部的操作机构可在相差 90° 的
4个方向任意安装，而且能够通过调整撞块的位置和
方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要
求。
常开触点 常闭触点
图 2.12行程开关触点符号
SQ SQ
主讲人：吕国芳37
1.4.5热继电器
热继电器（ Thermal over-load Relay）是利用
电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中
用作三相异步电动机的过载保护。热继电器的测量
元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。
主要层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动
层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种
双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面
弯曲。
主讲人：吕国芳38
双金属片有直接、间接和复式 3种加热方式。
直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直
接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热
元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间
接加热两种加热形式的结合。
热元件 常闭触点
图 2.14 热继电器符号
FR
FR
双金属片 热
元
件
触头
导 板
图 2.13热继电器原理图
主讲人：吕国芳39
1.5 其他常用电器
1.5.1低压熔断器
熔断器（ Fuse）是一种利用熔体的熔化
作用而切断电路的、最初级的保护电器，
适用于交流低压配电系统，作为线路的过
负载及系统的短路保护用。
FU
主讲人：吕国芳40
1.5.2低压隔离器
低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔
离功能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的
含义是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。
QS QS
HR3系列熔断器式刀开关
适用于交流 50Hz、额定电压
380V和直流电压 440V、额定电
流 100-600A的工业企业配电网
络中，作为电缆、导线及用电
设备的过负载和短路保护，以
及在网络正常供电的情况下不
频繁地接通和切断电源。
主讲人：吕国芳41
1.5.3 低压断路器
低压断路器（ Automatic Cicuit
Breaker）按结构形式分为万能式和塑料外
壳式两类。
低压断路器又称作自动空气断路器，
简称自动空气开关或自动开关。低压断路器
与接触器不同的是，虽然允许切断短路电流，
但允许操作的次数较低，不适宜频繁操作。
低压断路器主要由触头系统、操作机构
和保护元件组成。主触头由耐弧合金制成，
采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通
断可用手柄操作，也可用电磁机构操作，大
容量的断路器也可采用电动机操作。 QS QS
主讲人：吕国芳42
1.5.4主令电器
主令电器（ Master Switch）是电气控制系统中用
于发送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。在
控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以
及改变系统的工作状态，如正转与反转。
主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电
磁式电器间接作用。
它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。
主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万
能转换开关等。
主讲人：吕国芳43
QS QS
按钮、旋钮开关
主讲人：吕国芳44
万能开关
一种多挡式、控制多回路的主令电器。它可
用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压
表、电流表的转换开关，或作为小容量电动机的
起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用
途广，故有, 万能, 之称。
正
转
停
止
反
转
1
3
2
5
7
9
11
6
8
12
4
10
M
主讲人：吕国芳45
第二章：基本电气控制线路
2.1 电气设备简单的起停保控制线路 （投影太暗）
电源
保护
电源
开关
电动机
主回路 电动机起停控制
M
1 2 3 4 5 6
L2
L3
QS
FU1
KM
FR
L1
PE
FR
SB1
SB2 KM
33
3
FU2
KM
6 X
图 3-1 简单的起、停、保护电气控制线路
主讲人：吕国芳46
2.2 多地点控制线路
图 3-2 电动机的多地点控制
SB3
SB2
SB1
SB4
SB5SB6
KM
KM
SB3
SB2
SB1
SB4
SB5
SB6
KM
KM
(a) (b)
主讲人：吕国芳47
2.3 异步电机正、反转电气控制线路
图 3-3 按钮控制的异步电动机正反转电路
M
1 2 3 4 5
L2
L3
QS
FU1
FR
L1
PE
FR
SB3
FU2
KM2
3
33 7 6
电源
保护
电源
开关
电机主回路
正向 反向
电机控制
正向 反向
KM2
SB1
KM1
SB2
6 7 8
4
44 8 6
KM1 KM2 KM1
KM1
KM2
主讲人：吕国芳48
2.4 异步电机, Y-△,降压起动电气控
制线路
图 3-4 异步电动机 Y-△ 降压起动电路
M
1 2 3 4 5
L2
L3
FU1
L1
PE
FRFU2
KM1
3
3
3
7 X
电源
保护
电源
开关
电动机
起停控制
电动机起动
Y-△ 换接的时间控制
SB2
6 7 8
4
4
4
10 7
109
3
3
3
X
电动机
Y-△ 换接
SB1
KM1
KM3 KM2
9
KM2
KM3KM2
KT
89
KT KT
QS
KM1
FR
KM3
KM2
主讲人：吕国芳49
第三章：常用电器元件的选择
3.1 按钮
按钮是一种用来短时接通 /断开小
电流控制电路的主令电器
选择依据 是,触点对数, 动
作要求, 结构形式, 颜色, 是否自
带指示灯等；
电压等级, 通流能力 （ 1 ~ 8 A） 。
启动按钮 —— 绿色
停止按钮 —— 红色
紧急操作 —— 蘑菇式按钮
主讲人：吕国芳50
3.2 断路器
断路器除了断开电路的作用外, 还具有电流
过载, 欠压, 短路保护的作用 。
断路器类型有：框架式, 塑料外壳式, 限流
式, 手动操作式, 电动操作式 。
选择依据 是：极数、额定电流、电压类型、
电压等级、分断能力、动作频繁程度等。
主讲人：吕国芳51
3.3 接触器
接触器分两大类,
直流接触器, 交流接触器
选择依据 是：
主触头数, 额定电流 （ I KM）,
线圈控制电压的类型, 等级等 。
对电机负载,I KM
I KM = Pe / （ K * Ue ）
or I KM = K * Ie
其中 K = 1~1.4
Pe = 电机额定功率
Ue = 电机额定线电压
Ie = 电机额定线电流
主讲人：吕国芳52
3.4 热继电器
热继电器主要用于电机过载保护 。
热继电器分为三种形式：
两相式, 三相式, 三相带缺相保护式
选择依据 是：
形式, 额定电流 I FR
主讲人：吕国芳53
保护电流的整定
保护电流,热继电器中热元件的整定电流，
可根据使用对象进行可调整，
调整范围,约为 0.8 ~ 1.2 I FR
（ I FR是热继电器的额定电流）
整定电流的取值：
一般取 0.95 ~ 1.05 I e（电动机的额定电流），
对过载能力较差的电机可选得更小些。
主讲人：吕国芳54
3.5 熔断器
熔断器主要用于短路保护 。
熔断器结构上主要由熔断器座,
熔断体 （ 熔体 ） 组成
熔断器分 插入式, 螺旋式, 填料
封闭管式 等等 。
选择依据 是：形式、熔体额定电
流（ I FU）。
1、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），
熔体额定电流就取线路的额定电流。
2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利
用公式计算。
主讲人：吕国芳55
1、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），
熔体额定电流就取线路的额定电流。
单台电机,I FU = 1.5 ~ 2.5 I e
多台电机,I FU = 1.5 ~ 2.5 I Nmax + ∑ I e
式中 I Nmax —— 功率最大电机的额定电流
∑ I e —— 除去功率最大电机之外, 其余电机
额定电流之和
轻载, 起动时间短 取 1.5 ；
重载, 起动时间长, 起停频繁则取 2.5。
2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利
用公式计算。
电 气 控 制 技 术
主讲人：吕国芳
河海大学电气工程学院
主讲人：吕国芳2
教学计划 教学计划：
? 本课程计划学时,48学时（ 3学分）
? —— 2.5 学分课堂教学（上课 12周）
? —— 0.5 学分试验 （ 4-6个试验）
教学内容：
? （上篇）电器控制
? （下篇） PLC原理及应用
主讲人：吕国芳3
考核办法：
平时成绩 占 1/4
期终测验成绩 占 2/4
试验评分 占 1/4
主讲人：吕国芳4
参考书目：
5,可编程序控制器原理及程序设计
崔亚军 等编 电子工业出版社
2,电器控制
李 仁 主编 机械工业出版社
1,现代电气控制技术
郑 萍 主编 重庆大学出版社
3,可编程序控制器应用技术
廖常初 等编 重庆大学出版社
4,可编程序控制器应用指南
易传禄 等编 上海科普出版社
主讲人：吕国芳5
学习要求：
? 熟练掌握断路器, 隔离开关, 接触器, 热继电器, 熔断器在电路中的
作用, 特点, 绘制符号, 设计选型时要注意的重要技术参数 。
? 熟练掌握行程开关, 按钮开关在电路中的作用, 绘制符号 。
? 灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路, 异步电机正, 反转电气
控制线路, 异步电机, Y/△,电气控制线路等, 理解它们的设计思
路, 学会设计相应的电气控制电路 。
? 透彻了解 PLC的特点, 为提高其可靠性采取的一些措施 。
? 熟练掌握 PLC的组成, 各主要部件的功能, PLC的工作原理 （ 扫描工作
过程, 系统响应时间 ）, 了解三菱 FX2N PLC编程元件的地址 。
? 熟练掌握梯形图使用的符号, 概念, 规则, 学会自己设计 PLC梯形图程
序, 掌握 三菱 FX2N PLC的 基本指令 。
? 熟练掌握 PLC程序设计的功能表图法和其基本概念, 学会用功能表图法
设计 PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图 。
? 掌握 PLC控制系统的特点, 判断一个控制系统是否需要由 PLC来构成的
特性以及 PLC选型时应考虑的问题 。
? 学会用 PLC设计控制系统 （ 包括 PLC硬件, 软件和电气控制回路 ） 。
主讲人：吕国芳6
第一章．常用低压电器及其符号
低压电器 （ Low voltage Apparatus） 通常
指工作在交, 直流电压 1200V以下 的电路中起通
断, 控制, 保护和调节作用的 电气设备 。
本章主要介绍常见的接触器, 继电器, 低
压断路器, 万能转换开关, 熔断器等设备的基本
结构, 功能及工作原理 。
上篇,电器控制
主讲人：吕国芳7
1.1 电器的作用与分类
电器就是广义的电气设备。
它可能很大、很复杂（如一台彩色电视
机或者一套自动化装置）；
它也可以很小、很简单（如一个钮子开
关或者一个熔断器）。
主讲人：吕国芳8
从工业控制的角度看, 电器,
电器是指能根据特定的信号和要求，
自动 /手动地接通 /断开电路；
断续 /连续地改变电路参数；
实现对电路或非电对象的切换、控制、
保护、检测、变换和调节的电气设备。
主讲人：吕国芳9
电器的种类繁多，构造各异
? 通常按以下分类方法分为几类：
主讲人：吕国芳10
按所控制的对象分, 低压配电电器 （ DistributingApparatus）,
用于配电系统, 如刀开关, 熔断器等
低压控制电器 （ Control Apparatus）,
用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中 。
按 使 用 系 统 分, 电力系统用电器,
电力拖动及自动控制系统用电器,
自动化通信系统用电器；
按 电 压 等 级 分, 高压电器 （ High-voltage Apparatus）,
低压电器 （ Low-voltage Apparatus） ；
按 工 作 职 能 分, 手动操作电器,
自动控制电器
（ 自动切换电器, 自动控制电器, 自动保护电器 ）
其他电器
（ 稳压与调压电器, 起动与调速电器,
检测与变换电器, 牵引与传动电器 ）
主讲人：吕国芳11
按 电 器 组 合 分,单个电器, 成套电器与自动化装置；
按 有 无 触 点 分,有触点电器, 无触点电器, 混合式电器；
按使用场合分,一般工业用电器, 特殊工矿用电器, 农用电器,
其他场合 （ 如航空, 船舶, 热带, 高原 ） 用电器 。
主讲人：吕国芳12
按所控制的对象分, 低压配电电器 （ Distributing Apparatus）,
用于配电系统, 如刀开关, 熔断器等
低压控制电器 （ Control Apparatus）,
用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中 。
按 电 压 等 级 分,高压电器 （ High-voltage Apparatus）,
低压电器 （ Low-voltage Apparatus） ；
按 使 用 系 统 分,电力系统用电器, 电力拖动及自动控制系统用电器,
自动化通信系统用电器；
按工作职能分,手动操作电器,
自动控制电器 （ 自动切换电器, 自动控制电器, 自动保护电器 ）
其他电器 （ 稳压与调压电器, 起动与调速电器,
检测与变换电器, 牵引与传动电器 ）
按 电 器 组 合 分,单个电器, 成套电器与自动化装置；
按 有 无 触 点 分,有触点电器, 无触点电器, 混合式电器；
按使用场合分,一般工业用电器, 特殊工矿用电器, 农用电器,
其他场合 （ 如航空, 船舶, 热带, 高原 ） 用电器 。
本章主要涉及 低压 电器, 电力拖动, 自动控制电器, 如交直流接触器,
各类继电器, 自动空气断路器, 行程开关, 熔断器, 主令电器等 。
主讲人：吕国芳13
1.2 低压电器的电磁机构及执行机构
从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成
部分 —— 感测部分、执行部分。
感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放
大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实再控制的目的。
执行部分则是触头。
对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁
机构；对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作
原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。
主讲人：吕国芳14
1.2.1 电磁机构1.2.1 电磁机构
电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换
成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组
成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。
3
1
2
3
1
2
图 2.1 常用电磁机构的形式
1,铁心 2,线圈 3,衔铁
主讲人：吕国芳15
1.2.2 执行机构
低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成 。
(a) 点接触 (b) 线接触 (c) 面接触
图 2.2 触点的 3种接触形式
1、触点
主讲人：吕国芳16
2、电弧的产生与灭弧装置
? 磁吹式灭弧装置
? 灭弧栅
? 灭弧罩
? 多断点灭弧
当断路器或接触器触点切断电路时，在拉开的两个触点之间将
出现强烈火花,根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，
应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度
低于消电离速度，则电弧熄灭。
（ a） 闭合状态 （ b） 断开状态
图 2.3 桥式触点
1.动触点； 2.静触点； 3.电弧
1
2
（ ） 闭合状态
3
主讲人：吕国芳17
1.3 接触器
接触器（ Contactor）是用来频繁接通和切断
电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。
接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合
或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁
式电器。接触器的主要组成部分为：
? 电磁系统：感测部分，
? 触头系统：执行部分。
触头工作时，需经常接通和分断额定电流
或更大的电流，所以常有电弧产生，一般情况
下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧
系统，
主讲人：吕国芳18
接触器按其主触头通过的电流种类，分为：
直流接触器、交流接触器。
按主触头的极数又可分为：
单极、双极、三极、四极 和 五极 等几种。
直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大
多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速
电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。
接触器分类
主讲人：吕国芳19
1.3.1 接触器的主要技术数据
? 额定电压
主触点上的额定电压
? 额定电流
主触点的额定电流
? 线圈的额定电压
通常用的电压等级为：
主讲人：吕国芳20
接触器的主要技术数据
? 额定操作频率
额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通
次数为 150-1500次 /h。
? 电寿命和机械寿命
电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允
许的极限操作次数。现代生产的接触器其电寿命可达
50-100万次，
机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受
的无负载操作次数。机械寿命可达 500-1000万次。
（ 106-7数量级）
主讲人：吕国芳21
接触器的主要技术数据
? 接触器的电气符号
(a) 线圈 (b) 主触点 (c) 常开辅
助触点
(d) 常闭辅助
触点
KM KM KM KM
图 2.4 接触器符号
主讲人：吕国芳22
1.3.2 交流接触器
交流接触器（ Alternating Current
Contactor）一般有 3对主触头，两个动合（常
开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等
容量及以下为直动式，大容量为转动式。
目前，国内市场产品繁多，举不胜举。有
工厂自行设计改进的，有全国统一设计研制的，
也有引进国外制造技术生产的，还有国外产品。
介绍几种具有代表性的产品（可参考电气工程
手册） 。
主讲人：吕国芳23
1.3.3 直流接触器
直流接触器（ Direct Current Contactor）是一
种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机
外，还用于各种直流电磁系统中。随着控制对象及
其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。
接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电
气寿命，仅对应于一定类别的额定值。 GB1497-85
,低压电器基本标准, 列出了低压电器常见的使用
类别及其代号，详见电气工程手册附录。
主讲人：吕国芳24
1.4 继电器
继电器（ Relay）是一种根据特定形式的输入信号
而动作的自动控制电器。继电器由承受机构、中间机构
和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，
并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行
比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使
执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器
通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控
制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器
触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系
统中的执行元件。
主讲人：吕国芳25
1.4.1 继电器的特性及主要参数
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、
速度继电器等；
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；
按动作时间分为快速继电器、延时继电器、
一般继电器；
按执行环节作用原理分为有触点继电器、无
触点继电器；
主讲人：吕国芳26
继电器的主要特点是具有跳跃式的输入 -输出特
性，电磁式继电器的特性如图 2.5所示，这一矩形曲
线统称为
一般，继电器的吸合时间、释放时间为 0.05 ~ 0.15 s
y1
x1 x2
图 2.5 继电特性曲线
x0
继电特性曲线
主讲人：吕国芳27
1.4.2 电磁式继电器
常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继
电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实
际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、
容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容
量）作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器
类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点
等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然
的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间
继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什
么明显的不同。
主讲人：吕国芳28
电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种
较典型的电磁式继电器 。
? 电流 /电压继电器
(a) 欠电流继电器符号
常开触点
KI
常闭触点 KI
线 圈
KI
I<
KI
(b) 过电流继电器符号
线 圈 I>
图 2.6 电流继电器符号
常开触点
KI
常闭触点 KI
主讲人：吕国芳29
(a) 过压继电器符号
线 圈
KVU>
常开触点
KV
常闭触点
KV
KV
(b) 欠压继电器符号
图 2.7 电压继电器符号
线 圈
KVU<
常开触点
KV
常闭触点
电压继电器
主讲人：吕国芳30
电压继电器
(a) 过压继电器符号
线 圈
KVU>
常开触点
KV
常闭触点
KV
KV
(b) 欠压继电器符号
图 2.7 电压继电器符号
线 圈
KVU<
常开触点
KV
常闭触点
主讲人：吕国芳31
中间继电器（ Auxiliary Relay）在结构上是一个电
压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入
的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。
其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电
器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数
量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。
图 2.8 中间继电器符号
KA
线 圈 常开触点
KA
常闭触点
KA
中间 继电器
主讲人：吕国芳32
1.4.3 时间继电器
凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段
时间才动作的继电器叫时间继电器（ Time Delay
Relay）。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得
到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一般
有通电延时型和断电延时型，其符号如图 2.9所示。
断电延时合线 圈 通电延时合 通电延时断 线 圈 断电延时断
（ a） 通电延时继电器符号 （ b） 断电延时继电器符号
图 2.9 时间继电器符号
KT KT KT KT KT
KT
主讲人：吕国芳33
1.4.4 行程开关
行程开关（ Travel Switch）又称限位开关，
是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小
电流开关电器。它是通过其机械结构中可动部分
的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械
的电气控制。行程开关由 3个部分组成：
1,操作头：它是开关的感测部分，它接受机械结构发
出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。
2,触头系统：开关的执行部分，它将操作头传来的机
械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输
出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。
3,外壳
主讲人：吕国芳34
1,JW系列基本型微动开关
习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的
行程开关称为微动开关（ Sensition Switch）
图 2.10 JW系列微动开关
主讲人：吕国芳35
2,LX19K型行程开关
它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触
桥（桥式动触点）、触头弹簧、恢复弹簧和塑料
基座等组成。
图 2.11 LX19K行程开关结构标意图
+×× +
主讲人：吕国芳36
3,JLXK1系列行程开关
在 JLXK1系列行程开关中采用了触头的速动机构。
JLXK1系列行程开关头部的操作机构可在相差 90° 的
4个方向任意安装，而且能够通过调整撞块的位置和
方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要
求。
常开触点 常闭触点
图 2.12行程开关触点符号
SQ SQ
主讲人：吕国芳37
1.4.5热继电器
热继电器（ Thermal over-load Relay）是利用
电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中
用作三相异步电动机的过载保护。热继电器的测量
元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。
主要层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动
层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种
双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面
弯曲。
主讲人：吕国芳38
双金属片有直接、间接和复式 3种加热方式。
直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直
接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热
元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间
接加热两种加热形式的结合。
热元件 常闭触点
图 2.14 热继电器符号
FR
FR
双金属片 热
元
件
触头
导 板
图 2.13热继电器原理图
主讲人：吕国芳39
1.5 其他常用电器
1.5.1低压熔断器
熔断器（ Fuse）是一种利用熔体的熔化
作用而切断电路的、最初级的保护电器，
适用于交流低压配电系统，作为线路的过
负载及系统的短路保护用。
FU
主讲人：吕国芳40
1.5.2低压隔离器
低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔
离功能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的
含义是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。
QS QS
HR3系列熔断器式刀开关
适用于交流 50Hz、额定电压
380V和直流电压 440V、额定电
流 100-600A的工业企业配电网
络中，作为电缆、导线及用电
设备的过负载和短路保护，以
及在网络正常供电的情况下不
频繁地接通和切断电源。
主讲人：吕国芳41
1.5.3 低压断路器
低压断路器（ Automatic Cicuit
Breaker）按结构形式分为万能式和塑料外
壳式两类。
低压断路器又称作自动空气断路器，
简称自动空气开关或自动开关。低压断路器
与接触器不同的是，虽然允许切断短路电流，
但允许操作的次数较低，不适宜频繁操作。
低压断路器主要由触头系统、操作机构
和保护元件组成。主触头由耐弧合金制成，
采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通
断可用手柄操作，也可用电磁机构操作，大
容量的断路器也可采用电动机操作。 QS QS
主讲人：吕国芳42
1.5.4主令电器
主令电器（ Master Switch）是电气控制系统中用
于发送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。在
控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以
及改变系统的工作状态，如正转与反转。
主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电
磁式电器间接作用。
它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。
主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万
能转换开关等。
主讲人：吕国芳43
QS QS
按钮、旋钮开关
主讲人：吕国芳44
万能开关
一种多挡式、控制多回路的主令电器。它可
用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压
表、电流表的转换开关，或作为小容量电动机的
起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用
途广，故有, 万能, 之称。
正
转
停
止
反
转
1
3
2
5
7
9
11
6
8
12
4
10
M
主讲人：吕国芳45
第二章：基本电气控制线路
2.1 电气设备简单的起停保控制线路 （投影太暗）
电源
保护
电源
开关
电动机
主回路 电动机起停控制
M
1 2 3 4 5 6
L2
L3
QS
FU1
KM
FR
L1
PE
FR
SB1
SB2 KM
33
3
FU2
KM
6 X
图 3-1 简单的起、停、保护电气控制线路
主讲人：吕国芳46
2.2 多地点控制线路
图 3-2 电动机的多地点控制
SB3
SB2
SB1
SB4
SB5SB6
KM
KM
SB3
SB2
SB1
SB4
SB5
SB6
KM
KM
(a) (b)
主讲人：吕国芳47
2.3 异步电机正、反转电气控制线路
图 3-3 按钮控制的异步电动机正反转电路
M
1 2 3 4 5
L2
L3
QS
FU1
FR
L1
PE
FR
SB3
FU2
KM2
3
33 7 6
电源
保护
电源
开关
电机主回路
正向 反向
电机控制
正向 反向
KM2
SB1
KM1
SB2
6 7 8
4
44 8 6
KM1 KM2 KM1
KM1
KM2
主讲人：吕国芳48
2.4 异步电机, Y-△,降压起动电气控
制线路
图 3-4 异步电动机 Y-△ 降压起动电路
M
1 2 3 4 5
L2
L3
FU1
L1
PE
FRFU2
KM1
3
3
3
7 X
电源
保护
电源
开关
电动机
起停控制
电动机起动
Y-△ 换接的时间控制
SB2
6 7 8
4
4
4
10 7
109
3
3
3
X
电动机
Y-△ 换接
SB1
KM1
KM3 KM2
9
KM2
KM3KM2
KT
89
KT KT
QS
KM1
FR
KM3
KM2
主讲人：吕国芳49
第三章：常用电器元件的选择
3.1 按钮
按钮是一种用来短时接通 /断开小
电流控制电路的主令电器
选择依据 是,触点对数, 动
作要求, 结构形式, 颜色, 是否自
带指示灯等；
电压等级, 通流能力 （ 1 ~ 8 A） 。
启动按钮 —— 绿色
停止按钮 —— 红色
紧急操作 —— 蘑菇式按钮
主讲人：吕国芳50
3.2 断路器
断路器除了断开电路的作用外, 还具有电流
过载, 欠压, 短路保护的作用 。
断路器类型有：框架式, 塑料外壳式, 限流
式, 手动操作式, 电动操作式 。
选择依据 是：极数、额定电流、电压类型、
电压等级、分断能力、动作频繁程度等。
主讲人：吕国芳51
3.3 接触器
接触器分两大类,
直流接触器, 交流接触器
选择依据 是：
主触头数, 额定电流 （ I KM）,
线圈控制电压的类型, 等级等 。
对电机负载,I KM
I KM = Pe / （ K * Ue ）
or I KM = K * Ie
其中 K = 1~1.4
Pe = 电机额定功率
Ue = 电机额定线电压
Ie = 电机额定线电流
主讲人：吕国芳52
3.4 热继电器
热继电器主要用于电机过载保护 。
热继电器分为三种形式：
两相式, 三相式, 三相带缺相保护式
选择依据 是：
形式, 额定电流 I FR
主讲人：吕国芳53
保护电流的整定
保护电流,热继电器中热元件的整定电流，
可根据使用对象进行可调整，
调整范围,约为 0.8 ~ 1.2 I FR
（ I FR是热继电器的额定电流）
整定电流的取值：
一般取 0.95 ~ 1.05 I e（电动机的额定电流），
对过载能力较差的电机可选得更小些。
主讲人：吕国芳54
3.5 熔断器
熔断器主要用于短路保护 。
熔断器结构上主要由熔断器座,
熔断体 （ 熔体 ） 组成
熔断器分 插入式, 螺旋式, 填料
封闭管式 等等 。
选择依据 是：形式、熔体额定电
流（ I FU）。
1、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），
熔体额定电流就取线路的额定电流。
2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利
用公式计算。
主讲人：吕国芳55
1、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），
熔体额定电流就取线路的额定电流。
单台电机,I FU = 1.5 ~ 2.5 I e
多台电机,I FU = 1.5 ~ 2.5 I Nmax + ∑ I e
式中 I Nmax —— 功率最大电机的额定电流
∑ I e —— 除去功率最大电机之外, 其余电机
额定电流之和
轻载, 起动时间短 取 1.5 ；
重载, 起动时间长, 起停频繁则取 2.5。
2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利
用公式计算。
