1.6　主令電器

主令電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中用于發(fā)送和轉(zhuǎn)換控制命令的電器。主令電器用于控制電路，不能直接分合主電路。主令電器應(yīng)用十分廣泛，種類很多，本節(jié)介紹幾種常用的主令電器。

1.6.1　控制按鈕

控制按鈕簡(jiǎn)稱按鈕，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用廣泛的手動(dòng)電器，在控制電路中用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)，以控制接觸器、繼電器等。

控制按鈕一般由按鈕帽、復(fù)位彈簧、觸點(diǎn)和外殼等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-25所示。當(dāng)按下按鈕時(shí)，先斷開常閉觸點(diǎn)，然后接通常開觸點(diǎn)。按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸點(diǎn)復(fù)位。

控制按鈕在結(jié)構(gòu)上分按鈕式、自鎖式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式和保護(hù)式等；有些按鈕還帶有指示燈，可根據(jù)使用場(chǎng)合和具體用途來(lái)選擇。旋鈕式和鑰匙式按鈕也稱做選擇開關(guān)，有雙位選擇開關(guān)，也有多位選擇開關(guān)。選擇開關(guān)和一般按鈕的最大區(qū)別就是不能自動(dòng)復(fù)位。其中，鑰匙式開關(guān)具有安全保護(hù)功能，沒(méi)有鑰匙的人不能操作該開關(guān)，只有把鑰匙插入后，旋鈕才可被旋轉(zhuǎn)。按鈕和選擇開關(guān)的圖形和文字符號(hào)如圖1-26所示。

為便于識(shí)別各個(gè)按鈕的作用，避免誤操作，通常將按鈕帽制成不同顏色，以示區(qū)別，其顏色有紅、綠、黃、藍(lán)、白等。例如，紅色表示停止按鈕，綠色表示啟動(dòng)按鈕等，其形象化符號(hào)如圖1-27所示。

1.6.2　行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱做限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來(lái)發(fā)出控制命令的主令電器，是用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。

行程開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一預(yù)定位置時(shí)，行程開關(guān)通過(guò)機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動(dòng)作和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。

行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)分為直動(dòng)式、滾輪式和微動(dòng)式，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-28所示。

行程開關(guān)的圖形和文字符號(hào)如圖1-29所示。

1.6.3　萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)

轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多擋式、控制多回路的主令電器，廣泛應(yīng)用于各種配電裝置的電源隔離、電路轉(zhuǎn)換、電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)距離控制等，也常作為電壓表、電流表的換相開關(guān)，還可用于控制小容量的電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)換開關(guān)由多組相同結(jié)構(gòu)的觸點(diǎn)組件疊裝而成，圖1-30所示為L(zhǎng)W12系列轉(zhuǎn)換開關(guān)某一層的結(jié)構(gòu)原理圖。LW12系列轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭底座由1～12層組成，每層底座最多可裝4對(duì)觸頭，并由底座中間的凸輪進(jìn)行控制。由于每層凸輪可做成不同的形狀，因此，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)到不同位置時(shí)，通過(guò)凸輪的作用，各對(duì)觸頭按所需要的規(guī)律接通和分?jǐn)唷?/p>

轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸點(diǎn)在電路圖中的圖形和文字符號(hào)如圖1-31所示。由于其觸點(diǎn)的分合狀態(tài)與操作手柄的位置有關(guān)，因此，在電路圖中除畫出觸點(diǎn)圓形符號(hào)之外，還應(yīng)有操作手柄位置與觸點(diǎn)分合狀態(tài)的表示方法。表示方法有兩種，一種是在電路圖中畫虛線和畫“”的方法，如圖1-31（a）所示，即用虛線表示操作手柄的位置，用有無(wú)“”表示觸點(diǎn)的閉合和斷開狀態(tài)。比如，在觸點(diǎn)圖形符號(hào)下方的虛線位置上畫“”，表示當(dāng)操作手柄處于該位置時(shí)，觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)；若在虛線位置上未畫“”，表示該觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)。另一種方法是在電路圖中既不畫虛線也不畫“”，而是在觸點(diǎn)圖形符號(hào)上標(biāo)出觸點(diǎn)編號(hào)，再用接通表表示操作手柄處于不同位置時(shí)的觸點(diǎn)分合狀態(tài)，如圖1-31（b）所示。在接通表中用有無(wú)“×”來(lái)表示操作手柄不同位置時(shí)觸點(diǎn)的閉合和斷開狀態(tài)。

1.6.4　電子低壓電器

前面介紹的按鈕、接觸器、繼電器等有觸點(diǎn)的電器是通過(guò)外界對(duì)這些電器的控制，利用其觸頭閉合與斷開來(lái)接通或切斷電路，達(dá)到控制目的。隨著開關(guān)速度加快，依靠機(jī)械動(dòng)作的電器觸頭難以滿足控制要求；同時(shí)，有觸點(diǎn)電器存在著一些固有的缺點(diǎn)，如機(jī)械磨損，觸頭的電蝕損耗，觸頭分合時(shí)往往有顫動(dòng)而產(chǎn)生電弧等，因此這類電器較容易損壞，開關(guān)動(dòng)作不可靠。

隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們應(yīng)用電子元件組成各種新型低壓控制電器，克服有觸點(diǎn)電器的一系列缺點(diǎn)。本節(jié)簡(jiǎn)單介紹電氣控制系統(tǒng)中較常用的幾種新型電子式無(wú)觸點(diǎn)低壓電器。

（1）接近開關(guān)

接近開關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)。它的用途除行程控制和限位保護(hù)外，還可作為檢測(cè)金屬體的存在、高速計(jì)數(shù)、測(cè)速、定位、變換運(yùn)動(dòng)方向、檢測(cè)零件尺寸、液面控制及用作無(wú)觸點(diǎn)按鈕等。它具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲、動(dòng)作靈敏、體積小、耐振、操作頻率高和定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。

接近開關(guān)以高頻振蕩型最常用，它占全部接近開關(guān)產(chǎn)量的80%以上。其電路形式多樣，但都是由振蕩、檢測(cè)及晶體管輸出等部分組成。它的工作基礎(chǔ)是高頻振蕩電路狀態(tài)的變化。

當(dāng)金屬物體進(jìn)入以一定頻率穩(wěn)定振蕩的線圈磁場(chǎng)時(shí)，由于該物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，使振蕩回路電阻增大，能量損耗增加，以致振蕩減弱直至終止。因此，在振蕩電路后面接上放大電路與輸出電路，就能檢測(cè)出金屬物體存在與否，并能給出相應(yīng)的控制信號(hào)去控制繼電器，以達(dá)到控制的目的。

圖1-32所示為L(zhǎng)XJ0型晶體管無(wú)觸點(diǎn)接近開關(guān)的原理電路圖。圖1-32中，L為磁頭的電感，與電容器C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩回路。

正常情況下，晶體管VT1處于振蕩狀態(tài)，晶體管VT2導(dǎo)通，使集電極b點(diǎn)電位降低，VT3基極電流減小，其集電極c點(diǎn)電位上升，通過(guò)R2電阻對(duì)VT2起正反饋，加速VT2的導(dǎo)通和VT3的截止，繼電器KA的線圈無(wú)電流通過(guò)，因此開關(guān)不動(dòng)作。

當(dāng)金屬物體接近線圈時(shí)，在金屬體內(nèi)產(chǎn)生渦流。此渦流將減小原振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)Q值，使之停振。此時(shí)VT2的基極無(wú)交流信號(hào)，VT2在R2的作用下加速截止，VT3迅速導(dǎo)通，繼電器KA的線圈有電流通過(guò)，繼電器KA動(dòng)作，其常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。

LXJ0型接近開關(guān)的使用電壓有交流和直流兩種。

使用接近開關(guān)時(shí)應(yīng)注意選配合適的有觸點(diǎn)繼電器作為輸出器，同時(shí)應(yīng)注意溫度對(duì)其定位精度的影響。

（2）電子式時(shí)間繼電器

電子式時(shí)間繼電器的種類很多，最基本的有延時(shí)吸合和延時(shí)釋放兩種。它們大多是利用電容充放電原理來(lái)達(dá)到延時(shí)目的的。

JS20系列電子式時(shí)間繼電器具有延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、線路較簡(jiǎn)單、延時(shí)調(diào)節(jié)方便、性能穩(wěn)定、延時(shí)誤差小、觸點(diǎn)容量較大等優(yōu)點(diǎn)。圖1-33所示為JS20系列電子式時(shí)間繼電器原理圖。剛接通電源時(shí)，電容器C2尚未充電，此時(shí)uC=0，場(chǎng)效應(yīng)管VT6的柵極與源極之間的電壓UGS=-US。此后，直流電源經(jīng)電阻R10、RP1、R2向C2充電，電容C2上的電壓逐漸上升，直至uC上升到|uC-US|<|UP|（UP為場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓）時(shí)，VT6開始導(dǎo)通。由于ID在R3上產(chǎn)生電壓降，D點(diǎn)電位開始下降。一旦D點(diǎn)電位降低到VT7的發(fā)射極電位以下時(shí)，VT7將導(dǎo)通。VT7的集電極電流IC在R4上產(chǎn)生壓降，使場(chǎng)效應(yīng)管US降低，使負(fù)柵偏壓越來(lái)越小，R4起正反饋?zhàn)饔谩T7迅速地由截止變?yōu)閷?dǎo)通，并觸發(fā)晶閘管VT導(dǎo)通，繼電器KA動(dòng)作。由上可知，從時(shí)間繼電器接通電源開始，C2被充電，到KA動(dòng)作為止的這段時(shí)間即為通電延時(shí)動(dòng)作時(shí)間。KA動(dòng)作后，C2經(jīng)KA常開觸點(diǎn)對(duì)電阻R9放電，同時(shí)氖泡Ne啟輝，并使場(chǎng)效應(yīng)管VT6和晶體管VT7都截止，為下次工作做準(zhǔn)備。此時(shí)，晶閘管VT仍保持導(dǎo)通，除非切斷電源，使電路恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，繼電器KA才釋放。

（3）電子式電流型漏電開關(guān)

電子式漏電開關(guān)由主開關(guān)、試驗(yàn)回路、零序電流互感器、壓敏電阻、電子放大器、晶閘管及脫扣器等組成，其工作原理如圖1-34所示。

目前常用的主要有DJL18系列。其額定電壓為220V，額定漏電動(dòng)作電流有30mA、15mA和10mA三種，對(duì)應(yīng)的漏電不動(dòng)作電流為15mA、7.5mA和6mA，動(dòng)作時(shí)間小于0.1s。

漏電開關(guān)中，電子組件板是關(guān)鍵部件，它主要由專用集成塊和晶閘管組成，圖1-35所示是它的原理框圖。圖中虛線框內(nèi)的部分為專用集成塊的結(jié)構(gòu)原理圖。

漏電或觸電信號(hào)通過(guò)零序電流互感器送入1、8端，然后與基準(zhǔn)穩(wěn)壓源輸出的信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)漏電信號(hào)小于基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，差動(dòng)放大器保持其初始狀態(tài)，2端為零電平。5端輸出電平小于或等于0.3V。反之，若漏電信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)，2端輸出高電平，該信號(hào)被送入電平判別電路，并被濾去干擾信號(hào)。一旦確認(rèn)是漏電信號(hào)，當(dāng)即為整形驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行整形輸出，并通過(guò)晶閘管驅(qū)動(dòng)脫扣器，使之動(dòng)作。穩(wěn)壓回路提供穩(wěn)定的工作電壓。為克服電子器件耐壓低的缺點(diǎn)，線路中加入MYH型壓敏電阻作為過(guò)電壓吸收元件。

（4）溫度繼電器

在溫度自動(dòng)控制或報(bào)警裝置中，常采用帶電觸點(diǎn)的水銀溫度計(jì)或熱敏電阻、熱電偶等制成的各種形式的溫度繼電器。

圖1-36所示是用熱敏電阻作為感溫元件的溫度繼電器。晶體管VT1、VT2組成射極耦合雙穩(wěn)態(tài)電路。晶體管VT3之前串聯(lián)接入穩(wěn)壓管VZ1，可提高反相器開始工作的輸入電壓值，使整個(gè)電路的開關(guān)特性更加良好。適當(dāng)調(diào)整電位器RP2的電阻，可減小雙穩(wěn)態(tài)電路的回差。RT是采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻器，當(dāng)溫度超過(guò)極限值時(shí)，使A點(diǎn)電位上升到2～4V，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)。

電路的工作原理是：當(dāng)溫度在極限值以下時(shí)，RT呈現(xiàn)很大電阻值，使A點(diǎn)電位在2V以下，則VT1截止，VT2導(dǎo)通，VT2的集電極電位約2V，遠(yuǎn)低于穩(wěn)壓管VZ15～6.5V的穩(wěn)定電壓值，VT3截止，繼電器KA不吸合。當(dāng)溫度上升到超過(guò)極限值時(shí)，RT阻值減小，使A點(diǎn)電位上升到2～4V，VT1立即導(dǎo)通，迫使VT2截止，VT2集電極電位上升，VZ1導(dǎo)通，VT3導(dǎo)通，KA吸合。

該溫度繼電器可利用KA的常開或常閉觸頭對(duì)加熱設(shè)備進(jìn)行溫度控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。可通過(guò)調(diào)整電位器RP1的阻值實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度的控制。

（5）固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器（SSR）是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型電子繼電器，具有開關(guān)速度快、工作頻率高、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、噪聲低和動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)，不僅在許多自動(dòng)化裝置中代替了常規(guī)電磁式繼電器，而且廣泛應(yīng)用于數(shù)字程控裝置、調(diào)溫裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口等電路。固態(tài)繼電器按其負(fù)載類型，分為直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。

常用的JGD系列多功能交流固態(tài)繼電器工作原理如圖1-37所示。當(dāng)無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，光電耦合器中的光敏三極管截止，VT1管飽和導(dǎo)通，VT2截止，晶體管VT1經(jīng)橋式整流電路VD3～VD6引入的電流很小，不足以使雙向晶閘管VT7導(dǎo)通。

有信號(hào)輸入時(shí)，光電耦合器中的光敏三極管導(dǎo)通。當(dāng)交流負(fù)載電源電壓接近零點(diǎn)時(shí)，電壓值較低，經(jīng)過(guò)VD3～VD6整流，R3和R4上分壓不足以使VT1導(dǎo)通。整流電壓經(jīng)過(guò)R5為晶閘管VT2提供了觸發(fā)電流，故VT2導(dǎo)通。這種狀態(tài)相當(dāng)于短路，電流很大，只要達(dá)到雙向晶閘管VT7的導(dǎo)通值，VT7便導(dǎo)通。VT7一旦導(dǎo)通，不管輸入信號(hào)存在與否，只有當(dāng)電流過(guò)零才能恢復(fù)關(guān)斷。電阻R7和電容C1組成浪涌抑制器。

圖1-38所示為SSR的外部引線圖。

一般在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)讓SSR的開關(guān)電流至少為斷態(tài)電流的10倍。負(fù)載電流若低于該值，應(yīng)該并聯(lián)電阻R，以提高開關(guān)電流，如圖1-39所示。

圖1-40所示為利用交流SSR控制三相負(fù)載的情況，此時(shí)要注意SSR的驅(qū)動(dòng)電流已增加。當(dāng)固態(tài)繼電器的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不能滿足要求時(shí)，可外接功率擴(kuò)展器，如直流SSR可外接大功率晶體管、單向晶閘管驅(qū)動(dòng)，交流SSR可采用大功率雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)。

固態(tài)繼電器用于控制直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在負(fù)載兩端接入二極管，以阻斷反電勢(shì)。控制交流負(fù)載時(shí)，必須估計(jì)過(guò)電壓沖擊的程度，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施（如加裝RC吸收電路或壓敏電阻等）。當(dāng)控制電感性負(fù)載時(shí)，固態(tài)繼電器的兩端還需加壓敏電阻。