電氣控制圖基本元件及表示方法

在電氣工程中，大量的建築電氣設備是靠電動機拖動的，利用這些電氣設備以實現工程上所要求的各種運行方式。對電動機以及其他用電設備都需要對其運行方式進行控制，從而形成了各種控制系統。常用的控制系統為繼電器接觸器控制系統。

繼電器接觸器控制系統廣泛應用於工業生產的各個領域，創造了一系列控制系統的範例，並對一些典型的邏輯控制關係建立了固定的繼電器接觸器邏輯控制組合或控制單元。建築電氣中常用的繼電器接觸器控制系統可看成由輸入電路、繼電器控制電路、輸出電路和控制對象組成，如圖5-1所示。其中輸入電路是由能夠表徵控制對象狀態的按鈕、行程開關、限位開關及各種傳感器等組成。輸出電路由接觸器、電磁閥等執行元器件組成，用以控制電動機、閥門等裝置。

圖5-1　繼電器接觸器控制系統結構圖

在控制電路中，不僅要有控制元件，還應有保護元件和信號元件，以防止電路或電氣設備發生故障以及保證人身安全。由各種控制元件、保護元件等組成，對電動機及其他用電設備和運行方式進行控制的線路圖，稱為電氣控制電路圖，習慣上稱為電路圖。

電氣控制電路圖中的常用電器

電路圖是由圖形符號繪製，並按其原理及功能布局，表示電路中設備、元件的連接關係，從而構成的一種易讀的簡圖，便於工作人員分析和計算。電路圖不考慮施工過程中的實際位置，它可作為繪製接線圖的依據。

在建築設備電氣控制中，為了滿足生產工藝和生產的過程要求，就需要對電動機進行順序啟動、停止、正反轉、調速和制動等電氣控制，由此構成了很多基本環節(各種控制環節、各種保護環節、顯示報警環節等)。電氣控制系統無論其複雜與否都是由一些基本環節，即單元電路組成，而這些基本的單元電路又是由電器元件組成的。

低壓電器用來接通或斷開電路，同時起到控制、保護、調節電動機的啟/停、正/反轉、調速和制動等作用的電器元件。

由低壓電器組成的，如刀開關、熔斷器、控制按鈕、接觸器等，通常稱為繼電器接觸器控制系統。這種系統通過機械觸點的斷續控制(開關動作，包括各種元件的斷續閉合和斷開)來控制目標。

為了更好地讀懂繼電器接觸器控制系統的電氣控制圖，首先要掌握元器件的原理和功能。在識圖時要清楚每個器件的結構、圖形符號及接線方式。低壓電器的種類繁多，按其用途、操作方式、執行機構的不同，可以有不同的分類方式。

1.按用途分類

按其用途進行分類可分為低壓配電電器、低壓控制電器、低壓主令電器、低壓保護電器和低壓執行電器等。

(1)低壓配電電器是用於供電系統中進行電能的輸送和分配的電器，主要有低壓斷路器(俗稱空氣開關)、隔離開關、刀開關和自動開關等。

(2)低壓控制電器是用來控制電路和控制系統的電器，主要有接觸器、繼電器、啟動器和各種控制器。

(3)低壓主令電器是用來發送控制指令的電器，主要有控制按鈕、主令開關、行程開關和萬能轉換開關等。

(4)低壓保護電器是用來保護電路及各種電器設備的電器，主要有熔斷器、熱繼電器、電壓繼電器和電流繼電器等。

(5)低壓執行電器是用來完成既定的動作或傳遞能量的電器，即執行元件，主要有電動機、燈、電阻絲、電磁鐵和電磁離合器等。

2.按操作方式分類

按操作方式的不同，可將低壓電器分為自動電器和手動電器。

(1)自動電器主要是在外來信號或者本身的參數變化下自動完成其功能。如接觸器和繼電器在電信號的作用下吸合或分離;熱繼電器在大電流的情況下自動動作，切斷電路;熔斷器在過電流的情況下熔斷而保護電路。

(2)手動電器主要通過人力的作用來完成其切換動作。常用的手動電器有控制按鈕、刀開關和組合開關等。

3.按執行機構分類

按執行機構的不同，可將低壓電器分為有觸點電器和無觸點電器。

(1)有觸點電器主要通過觸點的動作來執行信號，如接觸器和繼電器等。

(2)無觸點電器主要是利用晶閘管等電力電子器件的導通和截止來反映信號。

控制電路圖中的常用圖形符號

電路圖所使用的圖形符號應按《電氣圖用圖形符號》GB/T 4728所規定的原則選用和組合，《電氣圖用圖形符號》詳見書後附錄A。本節主要介紹幾種控制電路的常用電器，常用電器的圖形符號及型號的含義如下。

1.控制按鈕

控制按鈕通常用來接通或斷開控制電路，控制按鈕所通過的電流很小，僅用於提供信號。它的作用是控制接觸器、繼電器等電器的動作。

控制按鈕由按鈕帽、彈簧、靜觸點和動觸點組成。控制按鈕的圖形符號如圖5-2所示。

圖5-2　控制按鈕的圖形符號

控制按鈕有一對動合觸點或動斷觸點，也有兩對動合或動斷觸點，還有多對觸點。在設計和工程實踐中，通常將兩個或多個控制按鈕單元做成一體、雙體、三體和多提按鈕，以滿足電動機啟停或其他複雜控制系統的需要在使用控制按鈕是一般同一。，電路使用多個控制按鈕，為了區分不同的控制作用，防止誤操作，使用不同顏色的按鈕帽，以示區別。按鈕帽的顏色有紅、白、藍、綠、黑等。根據規範GB 4025《指示燈和按鈕的顏色》的規定，「啟動」按鈕為綠色，「停止」按鈕為紅色等。

控制按鈕還有自保持和自復位兩種。自保持按鈕內部有電磁或機械結構，當按下按鈕後，在撤去外力時，按鈕不能自動復位，繼續保持。自復位按鈕在外力撤去後，按鈕在彈簧的作用下將恢復原位。控制按鈕的分類見表5-1。

表5-1 控制按鈕的分類

國內常用的按鈕系列有LA和引進的LAY系列。控制按鈕的型號含義如圖5-3所示。

圖5-3　控制按鈕的型號含義

2.組合開關

組合開關也萬能開關，可實現多組觸頭的組合。它可在工具機中作為不帶負載的接通或者斷開電源，供轉換之用;也可在小容量電動機的啟動、停止和正反轉，或直接作為電源開關。組合開關的圖形符號如圖5-4所示，文字符號為QS。

組合開關有單極、雙極和多極三大類，具有結構緊湊、體積小和操作方便等優點。根據接線方式不同，可分為以下幾種通斷、兩位轉換、三位轉換和四位轉換等。組合開關的技術參數有額定電壓、額定電流、操作頻率和極數等。其中額定電流有10A、25A、60A以及100A等幾個等級。

3.位置開關

位置開關常作為檢測元件。在自動控制系統中，用於需要控制或檢測運動器件的位置。位置開關按其結構分為機械式和電子式。機械式位置開關有行程開關和微動開關;電子式開關有接近開關、光電開關等。

行程開關和微動開關。行程開關裝在運動部件到達的既定位置時，其上所安裝的撞塊會碰撞行程開關，在機械部件的作用下，行程開關動作。行程開關和控制按鈕的原理相似，區別是行程開關的推桿或其他機械裝置是在機械的碰撞下動作的，而控制按鈕是在人的手動作用下動作。行程開關的種類很多，機械式的有直杆式、直杆滾動式、轉臂式等。直杆式行程開關的圖形符號如圖5-5所示。

圖5-4　組合開關的圖形示意圖和圖形符號

(a)單極開關;(b)雙極開關;(c)三極開關

圖5-5　直杆式行程開關的圖形符號

國內常用的行程開關有LX19、JLXK1、LX32等系列。

通常將尺寸很小的行程開關稱為微動開關。微動開關體積小，靈敏度高，常用在定位精度比較高的地方。國內常用的微動開關有LXW5、LXW31等系列。

4.接近開關

接近開關是利用電感、電容來感應靠近的金屬體或利用超聲波來感知物體等方式控制物體的位置。

5.接觸器

接觸器是一種廣泛應用的開關電器，主要用於頻繁接通和斷開的交、直流主電路以及大容量的控制電路中，具有失電壓保護功能，並能進行遠距離控制。接觸器種類很多，根據使用電路不同分為直流接觸器和交流接觸器。在工業生產中，使用廣泛的是電磁式交流接觸器，簡稱接觸器。下面主要介紹空氣式交流接觸器。

空氣式交流接觸器(以下簡稱交流接觸器或接觸器)用來接通或者斷開主電路、電動機和大容量的控制電路。交流接觸器每小時可開閉幾百次，所以用來頻繁地接通和斷開負載，還可實現遠距離控制，因此被廣泛應用。

圖5-6　交流繼電器圖形符號

交流接觸器主要由電磁鐵和觸點兩部分組成，接觸器的文字符號為KM，其圖形符號如圖5-6表示。在識圖時應注意，接觸器原理圖中線圈和各個觸點可根據需要繪製在不同的位置，但文字符號是一致的以表示是同一，接觸器。根據用途的不同，接觸器的觸點分為主觸點和輔助觸點，主觸點可通過較大的電流，即可通過額定電流，應用在主電路中，可驅動電動機、電焊機等設備;輔助觸點通過的電流較小，用以提供控制電路的信號。

在使用交流接觸器時，注意接觸器上採用的滅弧措施。接觸器的主觸點在斷開期間，由於電場的存在，使得觸頭表面的自由電子大量溢出。同時，在高溫和強電場的作用下，電子運動撞擊空氣分子，使空氣電離而產生電弧，為防止電弧燒壞觸點或使切斷時間過長，在交流接觸器上採用了滅弧裝置。

滅弧措施要求快速拉大電弧的長度，使單位長度上的電弧電壓降低，使自由電子和空穴複合的運動速度加快，散熱面積加大，冷卻速度加快。常用的滅弧裝置有吹弧和柵片滅弧兩種方法。

我國常用交流接觸器有CJ系列和CJX系列。下面以CJ20系列的距離接觸器為例，介紹其型號含義，如圖5-7所示。

圖5-7　CJ20系列交流接觸器的型號含義

常用交流接觸器的額定電流有5A、10A、20A、40A、75A、120A等，線圈的額定電壓一般為工頻220V和380V交流電。

直流接觸器的工作原理和結構與交流接觸器相似，常用的有CZ系列。

6.繼電器

繼電器是一種根據外界輸入信號(電量或非電量)來控制電路自動切換的電器，實現信號的轉換、傳輸和放大。它的輸入信號可以是電流、電壓、功率等電信號，也可以是溫度、速度、壓力等非電量信號。在這些信號的作用下，其輸出均為繼電器觸點的動作(閉合或斷開)。所以說，繼電器在電路中起控制、放大和保護的作用。

繼電器與接觸器的主要區別在於，接觸器的主觸點可以通過大電流驅動各種功率元件;而繼電器的觸點只能通過小電流，所以繼電器只能為控制電路提供控制信號。對於小功率器件(數十瓦)，可直接使用繼電器驅動，如信號燈、小電動機等。

繼電器種類很多，按其輸入信號可分為電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、時間繼電器、熱繼電器等;按動作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器等。

(1)中間繼電器。中間繼電器是在控制電路中傳輸或轉換信號的元件，其特點是觸點數量多，它對電路起到增加觸頭數量和中間的放大作用。中間繼電器的工作原理與接觸器相同，但種類繁多。除專用中間繼電器外，額定電流小於5A的接觸器通常也稱為中間繼電器。中間繼電器的文字符號為KA，其圖形符號如圖5-8所示;其型號含義如圖5-9所示。

圖5-8　中間繼電器的圖形符號

圖5-9　中間繼電器型號含義

目前國內常用的中間繼電器交流系列有JZ7、JZ8等;直流系列有JZ14、JZ15等。

(2)速度繼電器。速度繼電器是用來反映電動機等旋轉機械的轉速和轉向變化的繼電器。速度繼電器通常和接觸器等配合用於實現電動機的反接制動控制，所以也稱反接制動繼電器。速度繼電器的圖形符號如圖5-10所示，文字符號為KS。

7.熱繼電器

圖5-10　速度繼電器的圖形符號

熱繼電器是一種保護電器，用於電動機長期的過載保護。由於熱元件具有熱慣性，因此熱繼電器在電路中不能作為瞬時過載保護，更不能用於短路保護。但正是因為熱元件的熱慣性，使得電動機在啟動或短時過載的情況下，熱繼電器無動作，從而保證了電動機的正常工作。熱繼電器的文字符號為KR，圖形符號如圖5-11所示。

目前，國內常用的熱繼電器的系列有JR15、JR16、JR20等。熱繼電器也廣泛用於日常生活中，如電熱水器、電冰箱壓縮機的熱保護裝置以及電動機的熱保護等。熱繼電器JRS1系列的型號含義如圖5-12所示。

圖5-11　熱繼電器的圖形符號

圖5-12　熱繼電器JRS1系列的型號含義

8.低壓斷路器

低壓斷路器也稱空氣開關，以下簡稱斷路器。常用的斷路器為塑料外殼式，其操作方式為手動。斷路器由觸點、滅弧系統、脫扣器(如電流脫扣器、欠電壓脫扣器等)、操作機構和自由脫扣機構等組成。

斷路器在正常工作時，可用來分斷接通正常的負荷電流，當電路發生故障時，起保護作用。當其保護的電路嚴重過載或短路，斷路器能自動斷開電路，斷路器還是一種可恢復的保護電路。低壓斷路器的作用相當於刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，它既可進行手動操作，又能進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護的控制電器。

低壓斷路器的文字符號為QF，其圖形符號如圖5-13所示。

國內常用的塑殼的斷路器有DZ5、DZ10、DZ15、DZ520等系列，DZ15斷路器的型號含義如圖5-14所示。

圖5-13　低壓斷路器的圖形符號

圖5-14　DZ15斷路器的型號含義

9.時間繼電器

在控制電路中，特別是電力拖動和自動控制系統中，經常需要按一定的時間順序進行電動機的接通或斷開，有時需要一定時間的延時，才能完成相應的功能。具有延時功能的時間繼電器即可完成此功能。

時間繼電器種類繁多，常見的有電磁阻尼式、空氣阻尼式及電動機式等時間繼電器。按延時方式分，又分為通電延時型和斷電延時型。通電延時型繼電器：當信號輸入即通電後，需經一段時間，觸點才有動作，當輸入信號消失時，觸點立刻復位。斷電延時型繼電器：當斷電一段時間後，觸點才動作，通電後瞬時動作。

時間繼電器的文字符號為KT，其圖形符號如圖5-15所示。

圖5-15　時間繼電器圖形符號

國內常用的空氣阻尼式時間繼電器有JS7、JS16、JS23等系列，JS7系列時間繼電器的型號含義如圖5-16所示。

圖5-16　JS7系列時間繼電器的型號含義