1.6　主令电器

主令电器是自动控制系统中用于发送和转换控制命令的电器。主令电器用于控制电路，不能直接分合主电路。主令电器应用十分广泛，种类很多，本节介绍几种常用的主令电器。

1.6.1　控制按钮

控制按钮简称按钮，是一种结构简单且使用广泛的手动电器，在控制电路中用于手动发出控制信号，以控制接触器、继电器等。

控制按钮一般由按钮帽、复位弹簧、触点和外壳等部分组成，其结构如图1-25所示。当按下按钮时，先断开常闭触点，然后接通常开触点。按钮释放后，在复位弹簧作用下使触点复位。

控制按钮在结构上分按钮式、自锁式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式等；有些按钮还带有指示灯，可根据使用场合和具体用途来选择。旋钮式和钥匙式按钮也称做选择开关，有双位选择开关，也有多位选择开关。选择开关和一般按钮的最大区别就是不能自动复位。其中，钥匙式开关具有安全保护功能，没有钥匙的人不能操作该开关，只有把钥匙插入后，旋钮才可被旋转。按钮和选择开关的图形和文字符号如图1-26所示。

为便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽制成不同颜色，以示区别，其颜色有红、绿、黄、蓝、白等。例如，红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮等，其形象化符号如图1-27所示。

1.6.2　行程开关

行程开关又称做限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器，是用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。

行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。

行程开关按其结构分为直动式、滚轮式和微动式，其结构示意图如图1-28所示。

行程开关的图形和文字符号如图1-29所示。

1.6.3　万能转换开关

转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器，广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。

转换开关由多组相同结构的触点组件叠装而成，图1-30所示为LW12系列转换开关某一层的结构原理图。LW12系列转换开关触头底座由1～12层组成，每层底座最多可装4对触头，并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮可做成不同的形状，因此，当手柄转到不同位置时，通过凸轮的作用，各对触头按所需要的规律接通和分断。

转换开关的触点在电路图中的图形和文字符号如图1-31所示。由于其触点的分合状态与操作手柄的位置有关，因此，在电路图中除画出触点圆形符号之外，还应有操作手柄位置与触点分合状态的表示方法。表示方法有两种，一种是在电路图中画虚线和画“”的方法，如图1-31（a）所示，即用虚线表示操作手柄的位置，用有无“”表示触点的闭合和断开状态。比如，在触点图形符号下方的虚线位置上画“”，表示当操作手柄处于该位置时，触点处于闭合状态；若在虚线位置上未画“”，表示该触点处于断开状态。另一种方法是在电路图中既不画虚线也不画“”，而是在触点图形符号上标出触点编号，再用接通表表示操作手柄处于不同位置时的触点分合状态，如图1-31（b）所示。在接通表中用有无“×”来表示操作手柄不同位置时触点的闭合和断开状态。

1.6.4　电子低压电器

前面介绍的按钮、接触器、继电器等有触点的电器是通过外界对这些电器的控制，利用其触头闭合与断开来接通或切断电路，达到控制目的。随着开关速度加快，依靠机械动作的电器触头难以满足控制要求；同时，有触点电器存在着一些固有的缺点，如机械磨损，触头的电蚀损耗，触头分合时往往有颤动而产生电弧等，因此这类电器较容易损坏，开关动作不可靠。

随着微电子技术、电力电子技术的不断发展，人们应用电子元件组成各种新型低压控制电器，克服有触点电器的一系列缺点。本节简单介绍电气控制系统中较常用的几种新型电子式无触点低压电器。

（1）接近开关

接近开关又称无触点行程开关。它的用途除行程控制和限位保护外，还可作为检测金属体的存在、高速计数、测速、定位、变换运动方向、检测零件尺寸、液面控制及用作无触点按钮等。它具有工作可靠、寿命长、无噪声、动作灵敏、体积小、耐振、操作频率高和定位精度高等优点。

接近开关以高频振荡型最常用，它占全部接近开关产量的80%以上。其电路形式多样，但都是由振荡、检测及晶体管输出等部分组成。它的工作基础是高频振荡电路状态的变化。

当金属物体进入以一定频率稳定振荡的线圈磁场时，由于该物体内部产生涡流损耗，使振荡回路电阻增大，能量损耗增加，以致振荡减弱直至终止。因此，在振荡电路后面接上放大电路与输出电路，就能检测出金属物体存在与否，并能给出相应的控制信号去控制继电器，以达到控制的目的。

图1-32所示为LXJ0型晶体管无触点接近开关的原理电路图。图1-32中，L为磁头的电感，与电容器C1、C2组成电容三点式振荡回路。

正常情况下，晶体管VT1处于振荡状态，晶体管VT2导通，使集电极b点电位降低，VT3基极电流减小，其集电极c点电位上升，通过R2电阻对VT2起正反馈，加速VT2的导通和VT3的截止，继电器KA的线圈无电流通过，因此开关不动作。

当金属物体接近线圈时，在金属体内产生涡流。此涡流将减小原振荡回路的品质因数Q值，使之停振。此时VT2的基极无交流信号，VT2在R2的作用下加速截止，VT3迅速导通，继电器KA的线圈有电流通过，继电器KA动作，其常闭触头断开，常开触头闭合。

LXJ0型接近开关的使用电压有交流和直流两种。

使用接近开关时应注意选配合适的有触点继电器作为输出器，同时应注意温度对其定位精度的影响。

（2）电子式时间继电器

电子式时间继电器的种类很多，最基本的有延时吸合和延时释放两种。它们大多是利用电容充放电原理来达到延时目的的。

JS20系列电子式时间继电器具有延时时间长、线路较简单、延时调节方便、性能稳定、延时误差小、触点容量较大等优点。图1-33所示为JS20系列电子式时间继电器原理图。刚接通电源时，电容器C2尚未充电，此时uC=0，场效应管VT6的栅极与源极之间的电压UGS=-US。此后，直流电源经电阻R10、RP1、R2向C2充电，电容C2上的电压逐渐上升，直至uC上升到|uC-US|<|UP|（UP为场效应管的夹断电压）时，VT6开始导通。由于ID在R3上产生电压降，D点电位开始下降。一旦D点电位降低到VT7的发射极电位以下时，VT7将导通。VT7的集电极电流IC在R4上产生压降，使场效应管US降低，使负栅偏压越来越小，R4起正反馈作用。VT7迅速地由截止变为导通，并触发晶闸管VT导通，继电器KA动作。由上可知，从时间继电器接通电源开始，C2被充电，到KA动作为止的这段时间即为通电延时动作时间。KA动作后，C2经KA常开触点对电阻R9放电，同时氖泡Ne启辉，并使场效应管VT6和晶体管VT7都截止，为下次工作做准备。此时，晶闸管VT仍保持导通，除非切断电源，使电路恢复到原来的状态，继电器KA才释放。

（3）电子式电流型漏电开关

电子式漏电开关由主开关、试验回路、零序电流互感器、压敏电阻、电子放大器、晶闸管及脱扣器等组成，其工作原理如图1-34所示。

目前常用的主要有DJL18系列。其额定电压为220V，额定漏电动作电流有30mA、15mA和10mA三种，对应的漏电不动作电流为15mA、7.5mA和6mA，动作时间小于0.1s。

漏电开关中，电子组件板是关键部件，它主要由专用集成块和晶闸管组成，图1-35所示是它的原理框图。图中虚线框内的部分为专用集成块的结构原理图。

漏电或触电信号通过零序电流互感器送入1、8端，然后与基准稳压源输出的信号进行比较。当漏电信号小于基准信号时，差动放大器保持其初始状态，2端为零电平。5端输出电平小于或等于0.3V。反之，若漏电信号大于基准信号，2端输出高电平，该信号被送入电平判别电路，并被滤去干扰信号。一旦确认是漏电信号，当即为整形驱动电路进行整形输出，并通过晶闸管驱动脱扣器，使之动作。稳压回路提供稳定的工作电压。为克服电子器件耐压低的缺点，线路中加入MYH型压敏电阻作为过电压吸收元件。

（4）温度继电器

在温度自动控制或报警装置中，常采用带电触点的水银温度计或热敏电阻、热电偶等制成的各种形式的温度继电器。

图1-36所示是用热敏电阻作为感温元件的温度继电器。晶体管VT1、VT2组成射极耦合双稳态电路。晶体管VT3之前串联接入稳压管VZ1，可提高反相器开始工作的输入电压值，使整个电路的开关特性更加良好。适当调整电位器RP2的电阻，可减小双稳态电路的回差。RT是采用负温度系数的热敏电阻器，当温度超过极限值时，使A点电位上升到2～4V，触发双稳态电路翻转。

电路的工作原理是：当温度在极限值以下时，RT呈现很大电阻值，使A点电位在2V以下，则VT1截止，VT2导通，VT2的集电极电位约2V，远低于稳压管VZ15～6.5V的稳定电压值，VT3截止，继电器KA不吸合。当温度上升到超过极限值时，RT阻值减小，使A点电位上升到2～4V，VT1立即导通，迫使VT2截止，VT2集电极电位上升，VZ1导通，VT3导通，KA吸合。

该温度继电器可利用KA的常开或常闭触头对加热设备进行温度控制，对电动机实现过热保护。可通过调整电位器RP1的阻值实现对不同温度的控制。

（5）固态继电器

固态继电器（SSR）是近年发展起来的一种新型电子继电器，具有开关速度快、工作频率高、重量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等优点，不仅在许多自动化装置中代替了常规电磁式继电器，而且广泛应用于数字程控装置、调温装置、数据处理系统及计算机输入/输出接口等电路。固态继电器按其负载类型，分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。

常用的JGD系列多功能交流固态继电器工作原理如图1-37所示。当无信号输入时，光电耦合器中的光敏三极管截止，VT1管饱和导通，VT2截止，晶体管VT1经桥式整流电路VD3～VD6引入的电流很小，不足以使双向晶闸管VT7导通。

有信号输入时，光电耦合器中的光敏三极管导通。当交流负载电源电压接近零点时，电压值较低，经过VD3～VD6整流，R3和R4上分压不足以使VT1导通。整流电压经过R5为晶闸管VT2提供了触发电流，故VT2导通。这种状态相当于短路，电流很大，只要达到双向晶闸管VT7的导通值，VT7便导通。VT7一旦导通，不管输入信号存在与否，只有当电流过零才能恢复关断。电阻R7和电容C1组成浪涌抑制器。

图1-38所示为SSR的外部引线图。

一般在电路设计时，应让SSR的开关电流至少为断态电流的10倍。负载电流若低于该值，应该并联电阻R，以提高开关电流，如图1-39所示。

图1-40所示为利用交流SSR控制三相负载的情况，此时要注意SSR的驱动电流已增加。当固态继电器的负载驱动能力不能满足要求时，可外接功率扩展器，如直流SSR可外接大功率晶体管、单向晶闸管驱动，交流SSR可采用大功率双向晶闸管驱动。

固态继电器用于控制直流电动机时，应在负载两端接入二极管，以阻断反电势。控制交流负载时，必须估计过电压冲击的程度，并采取相应的保护措施（如加装RC吸收电路或压敏电阻等）。当控制电感性负载时，固态继电器的两端还需加压敏电阻。