对于交流电磁机构，由于其铁芯存在磁滞和涡流损耗，铁芯和线圈都发热。所以，通常交流电磁机构的铁芯用硅钢片叠铆而成，激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离，并且将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于铁芯和线圈散热。

（2）单相交流电磁机构短路环的作用

对于单相交流电磁机构，电磁吸力是一个两倍于电源频率的周期性变量。电磁机构在工作中，衔铁始终受到反力Fr的作用。由于交流磁通过零时吸引力也为零，吸合后的衔铁在反力Fr作用下被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力反力时，衔铁又被吸合。这样，在交流电的每个周期内，衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。因此，必须采取有效措施予以克服。

具体办法是在铁芯端部开一个槽，槽内嵌入称做短路环（或称分磁环）的铜环，如图1-3所示。短路环把铁芯中的磁通分为两部分，即不穿过短路环的Φ1和穿过短路环的Φ2。Φ2为原磁通与短路环中感生电流产生的磁通的叠加，且在相位上Φ2滞后Φ1，电磁机构的吸力F为它们产生的吸力F1、F2的合力，如图1-4所示。此合力始终大于反力，所以衔铁的振动和噪声就消除了。

短路环通常包围2/3的铁芯截面，它一般用黄铜、康铜或镍铬合金等材料制成。它是一相无断点的铜环，且没有焊缝。

（3）触头

触头是一切有触点电器的执行部件。这些电器通过触头的动作来接通或断开被控制电路。触头通常由动、静触点组合而成。

①触点的接触形式　触点的接触形式有点接触、线接触和面接触三种，如图1-5所示。

在三种接触形式中，点接触形式的触点只能用于小电流的电器中，如接触器的辅助触点和继电器的触点；面接触形式的触点允许通过较大的电流，一般在接触表面上镶有合金，以减小触点电阻和提高耐磨性，多用于较大容量接触器的主触点；线接触形式的触点接触区域是一条直线，其触点在通断过程中有滚动动作，如图1-5（d）所示。开始接触时，动、静触点在A点接触，靠弹簧的压力经B点滚到C点；断开时做相反运动，以清除触点表面的氧化膜。

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（4）灭弧系统

①电弧的产生　电弧的形成过程：当触头间刚出现断口时，两个触头间距离极小，电场强度极大，在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出，奔向阳极。这些自由电子在电场中运动时撞击中性气体分子，使之激励和游离，产生正离子和电子。电子在强电场作用下继续向阳极移动，并撞击其他中性分子。因此，在触头间隙中产生了大量的带电粒子，使气体导电形成了炽热的电子流，即电弧。电弧产生高温并发出强光，将触头烧损，使电路的切断时间延长，严重时会引起火灾或其他事故，因此应采取灭弧措施。

②常用灭弧方法

a.电动力吹弧。电动力吹弧一般用于交流接触器等交流电器。图1-7所示是一种桥式结构双断口触头系统。双断口就是指在一个回路中有两个产生和断开电弧的间隙。当触点打开时，在断口中产生电弧。触头1和2在弧区内产生图中所示的磁场，根据左手定则，电弧电流受到一个指向外侧的力F的作用而向外运动，迅速离开触点而熄灭。电弧的这种运动，一是使电弧本身被拉长；二是电弧穿越冷却介质时受到较强的冷却作用，这都有助于熄灭电弧。主要的是在两个断口处的每一个电极近旁，在交流过零时都能出现150～250V介质绝缘强度。

b.磁吹式灭弧。这种灭弧的原理是使电弧处于磁场中间，电磁场力“吹”长电弧，使其进入冷却装置，加速电弧冷却，促使电弧迅速熄灭。

磁吹式灭弧的原理图，其磁场由与触点电路串联的吹弧线圈1产生。当电流逆时针流经吹弧线圈时，产生的磁通经铁芯3和导磁夹板5引向触点周围。触点周围的磁通方向为由纸面流入，如图中“×”符号所示。由左手定则可知，电弧在吹弧线圈磁场中受一个向上方向的力F的作用，电弧向上运动，被拉长并被吹入灭弧罩6。引弧角4和静触点8相连接，引导电弧向上运动，将热量传递给灭弧罩壁，促使电弧熄灭。

这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧的，电弧电流越大，吹弧能力越强，且不受电路电流方向影响（当电流方向改变时，磁场方向随之改变，电磁力方向不变）。它广泛地应用于直流接触器中。

c.灭弧栅。灭弧栅的原理如图1-9所示。灭弧栅片1由镀铜薄钢片组成。灭弧栅由许多灭弧栅片组成，片间距离2～3mm，安放在触点上方的灭弧罩内（图中未画出灭弧罩）。一旦产生电弧，电弧周围产生磁场，导磁的钢片将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧。交流电压过零时，电弧自然熄灭。电弧要重燃，两个栅片间必须有150～250V电弧压降。这样，一方面电源电压不足以维持电弧；另一方面由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种常用的交流灭弧装置。

d.灭弧罩。上面提到的磁吹式灭弧和灭弧栅灭弧都带有灭弧罩，它通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分隔各路电弧，防止发生短路；二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭。

1.2　接触器

接触器是用来接通或分断电动机主电路或其他负载电路的控制电器，用它可以实现频繁的过远距离自动控制。由于它体积小、价格低、寿命长、维护方便，因而用途十分广泛。

1.2.1　接触器的用途及分类

接触器主要的用途是控制电动机的启停、正反转、制动和调速等，因此它是电力拖动控制系统中重要也是常用的控制电器之一。它具有低电压释放保护功能，具有比工作电流大数倍乃至十几倍的接通和分断能力，但不能分断短路电流。它是一种执行电器，即使在现在的可编程控制器控制系统和现场总线控制系统中，也不能被取代。

接触器种类很多，按驱动力大小不同分为电磁式、气动式和液压式，以电磁式应用广泛；按接触器主触点控制电路中的电流种类分为交流接触器和直流接触器两种；按其主触点的极数（即主触点的对数）来分，有单极、双极、三极、四极和五极等多种。本节介绍电磁式接触器。

1.2.2　接触器的结构及工作原理

（1）接触器的结构

目前广泛使用的接触器是电磁式电器的一种，其结构与电磁式电器相同，一般也由电磁机构、触点系统、灭弧系统、复位弹簧机构或缓冲装置、支架与底座等几部分组成。交流接触器的结构剖面示意图。电磁机构是接触器的感测元件，由线圈、铁芯、衔铁和复位弹簧几部分组成。

（2）接触器的工作原理

接触器的工作原理是：当吸引线圈通电后，线圈电流在铁芯中产生磁通。该磁通对衔铁产生克服复位弹簧反力的电磁吸力，使衔铁带动触点动作。触点动作时，常闭触点先断开，常开触点后闭合。当线圈中的电压降低到某一数值时（无论是正常控制还是欠电压、失电压故障，一般降至85%线圈额定电压），铁芯中的磁通下降，电磁吸力减小。当减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁在复位弹簧的反力作用下复位，使主、辅触点的常开触点断开，常闭触点恢复闭合。这也是接触器的失压保护功能。

接触器的触点有主触点和辅助触点之分。主触点用于通断主电路，通常为三对（三极）常开的触点。辅助触点常用于控制电路，起电气联锁作用，一般有常开、常闭各两对。主、辅触点一般采用双断点桥式结构，电路的通断由主、辅触点共同完成。

主触点用于通断主电路，直流接触器和电流在20A以上的交流接触器均装有灭弧罩，有的还带有栅片或磁吹灭弧装置。辅助触点常用于控制电路，其容量较小。辅助触点不设灭弧装置，所以不能用来分合主电路。

接触器按流过主触点电流性质的不同，分为交流接触器和直流接触器，它们的结构与工作原理基本相同，仅在电磁机构方面有所不同，这在1.1节中已有阐述，这里不再叙述。

　接触器的图形符号及型号含义

接触器的型号含义如下：

1.2.4　接触器的主要技术参数

①额定电压　接触器铭牌上的额定电压是指主触点能承受的额定电压。通常用的电压等级：直流接触器有110V、220V和440V；交流接触器有110V、220V、380V、500V等。

②额定电流　接触器铭牌上的额定电流是指主触点的额定电流，即允许长期通过的大电流，有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A几个等级。

③吸引线圈的额定电压　交流有36V、110V、220V和380V；直流有24V、48V、220V、440V。

④电寿命和机械寿命　以万次表示。

⑤额定操作频率　以次/h表示，即每小时允许接通的多次数。

继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控制电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电量；输出量则是触头的动作或者是电路参数的变化。继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两部分组成。前者反映输入量的变化，后者完成触点分、合动作（对有触点继电器）或半导体元件的通、断（对无触点继电器）。

继电器的种类很多，按输入信号的性质分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等，按工作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等，按输出形式分为有触点和无触点两类，按用途分为控制用和保护用继电器等。本节介绍几种常用的继电器。

1.3.1　电压继电器

触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器称做电压继电器。它用于电力拖动系统的电压保护和控制。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈的匝数多而线径细。按通过线圈电流的种类分为交流电压继电器和直流电压继电器；按吸合电压的大小分为过电压继电器和欠电压继电器。

对于过电压继电器，当线圈电压为额定电压时，衔铁不产生吸合动作；只有当线圈电压高于其额定电压的某一值时，衔铁才产生吸合动作。因为直流电路不会产生波动较大的过电压现象，所以没有直流过电压继电器产品。交流过电压继电器在电路中起电压保护作用。

对于欠电压继电器，当线圈的承受电压低于其额定电压时，衔铁产生释放动作。它的特点是释放电压很低，在电路中用做低电压保护。

PLC的发展趋势主要有以下几个方面。

①向高性能、高速度和大容量发展。

②网络化。强化通信能力和网络化，向下将多个可编程序控制器或者多个I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网等相连，构成整个工厂的自动化控制系统。即便是微型的S7-200 SMART PLC也能组成多种网络，通信功能十分强大。

③小型化、低成本和简单易用。目前，有的小型PLC的价格只需几百元人民币。

④不断提高编程软件的功能。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序可以下载、存盘和打印，通过网络或线，还可以实现远程编程。

⑤适合PLC应用的新模块。随着科技的发展，对工业控制领域将提出更高的、更特殊的要求，因此，必须开发特殊功能模块来满足这些要求。