開關類控制元件觸點的分析

廣西機電職業技術學院 覃勇崎 張 聯

開關類控制元件觸點的分析

廣西機電職業技術學院 覃勇崎 張 聯

分析開關類電器元件觸點的工作特性，分析控制電路中觸點工作形式對電路的影響，提出問題的解決方法，有現實意義。

觸點工作特性；觸點時間競爭

0 前言

工程應用當中，金屬切削設備的車銑刨磨機床、建筑工程設備、熱處理電阻爐等眾多設備的電氣控制電路常常用到電磁繼電器、按鈕、行程開關等有觸點的低壓電器，按一定的要求組成設備的電氣控制系統。這些器件常直接針對設備的負載被控對象進行開關操作。根據多年的實際工作應用，感到觸點的工作特性對電路有直接的影響，如不予以關注，有時電路系統并不能按預定的要求實現其功能。本文擬用幾個實例對觸點的影響進行分析。

1 電器元件的類別和觸點工作特性

常用的帶觸點的低壓電器有幾大類：（1）是通過電磁力使得觸點狀態發生改變的電器（接觸器、電磁繼電器等）；（2）是通過物理信號產生機械力使得觸點狀態發生改變的電器（熱繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、時間繼電器等）；（3）是通過碰壓使得觸點狀態發生改變的電器（按鈕、行程開關等）。

1.1 電磁類繼電器的工作原理

我們知道電磁類繼電器主要由線圈鐵芯構成的電磁系統和觸點組成（圖1）；只要線圈通入足夠的電流，就會使靜鐵芯吸引動鐵芯（銜鐵）克服彈簧的作用力吸合；帶動動觸點運動，使得原來閉合狀態的常閉觸點斷開，使得原來斷開狀態的常開觸點閉合。常閉、常開觸點在狀態的轉換過程中，由于動觸點行程的客觀因素存在，常閉、常開觸點轉換時，觸點的狀態并不是同時發生的，總有一定的時間差，無論是電磁繼電器的線圈通電吸合過程，還是已經通電的電磁繼電器斷電的釋放過程，常閉、常開觸點的轉換都遵循“先斷后合”這樣的規律。

1.2 主令電器觸點特性

圖1 電磁式繼電器工作原理示意圖

對于主令電器-按鈕來說，是通過人的操作而使得其常閉、常開觸點狀態發生改變的。但市場上的按鈕有兩種，一種是瞬動型，常閉、常開觸點狀態轉換很快；另一種是緩動型，常閉、常開觸點狀態轉換用時較長，明顯緩慢。

圖2 按鈕開關原理示意圖

2 電路中觸點應用分析

由開關類電器元器件構成電氣控制電路時，有時會發生觸點的時間競爭現象，嚴重時，電路不能實現控制功能。元件多的電路系統，并且元件之間的關聯緊密時尤其容易發生觸點的時間競爭現象，使用時一定要設法消除影響。

【例1】圖3所示為三相電動機點動與連續控制電路。

圖4 自動循環工作控制電路

圖3 三相電動機點動與連續控制電路

該電路中，SB1為停止按鈕，SB2為連續工作按鈕，SB3為點動調整按鈕。KM接觸器在控制電路中有一對輔助常開觸點與SB3的常閉觸點串聯后與按鈕SB2、SB3的常開觸點并聯，這是一對自鎖觸點，自鎖觸點的兩端至按鈕常開兩端之間的線路稱為自鎖線，自鎖線任意一端斷開，自鎖都將不能維持。

當按下SB2按鈕時，KM線圈得電，輔助常開觸點閉合-自鎖，KM線圈持續得電，主觸點持續閉合，所以三相電動機連續運轉。

當按下SB3時，根據觸點轉換的“先斷后合”原則，可以看出，SB3的常閉觸點首先斷開，切斷了自鎖線，然后SB3的常開觸點才閉合，KM線圈得電，三相電動機得電運轉；松開SB3時，同樣根據觸點轉換的“先斷后合”原則，SB3的常開觸點先由被壓閉合的狀態轉為斷開的狀態，SB3的常閉觸點才由被壓斷開的狀態轉為接通的狀態，只要時間充分，能保證KM線圈失電后，KM自鎖觸點在SB3的常閉觸點恢復前斷開，就可以用SB3實現點動控制功能。在這里，SB3觸點和KM觸點存在時間競爭，如果爭不過，電路無法實現預定功能。

因此，瞬動型的按鈕由于觸點狀態轉換太快，沒有足夠的時間讓KM完全斷開，所以不能用作SB3按鈕，圖1電路SB3按鈕必須是是緩動型的按鈕才能實現，否則就要改進電路，增加繼電器來消除觸點的時間競爭。

【例2】圖4為自動循環工作控制電路，用繼電器邏輯電路設計實現。圖中，KA5實現整個電路的失壓欠壓保護功能，KT、KA0構成脈沖信號源；KA1~KA3構成循環邏輯陣列；EL1~EL3為由KA1~KA3控制的組合邏輯負載電路。

可以分析出KT、KA0構成的脈沖信號源，由KA0輸出，KA0的工作時間很短，只有KT、KA0兩個電器的釋放時間：按下SB2，KA5自鎖，3號線得電，KT得電---延時---KA0得電---KT釋放---KA0失電……不斷循環。

因為KT兩對觸點分別為通電延時斷開的常閉觸點、通電延時閉合的常開觸點，也同樣遵循觸點轉換的“先斷后合”原則，如果KT線圈工作時間很短，KT時間到達時常閉觸點瞬間斷開KT線圈，KT線圈將很快恢復到下一次的計時狀態，KA0還來不及充分吸合，電源又斷了，KA0將無法輸出脈沖，系統也就無法正常工作。為此選用工作時間較長的空氣阻尼式時間繼電器，電路可以工作，但也并不可靠。

對圖4電路進行改進，選用兩個時間繼電器相互協調工作，調試出穩定的工作脈沖。改進后的電路如圖3所示。

圖5中，KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源，可以分析出，3號線通電后，KT1先計時---時間到---KA0得電---KT2得電---KT2延時---時間到---KT1釋放---KA0釋放---KT2釋放---KT1計時……進入循環，KA0得到穩定的脈沖信號。

由于加入了KT2，消除了僅有KT1、KA0構成電路時產生的時間競爭，所以電路的工作是穩定的。

圖6為KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源時序圖

圖5 消除了時間競爭的自動循環控制電路

圖6 KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源時序圖

改進后的圖5自動循環工作控制電路，對選用何種時間繼電器的類型沒有要求，并且脈沖寬度可調，電路設計合理可靠。

由這些例子可以看出，電器元件的觸點工作狀態對電路有很大的影響，決不可忽視。有的控制電路，由于工作年限長了，電器元件的彈簧，觸點等發生了金屬疲勞，軟化或雜質污染等現象，使得電器元件觸點的狀態發生了改變，改變了電器元件響應的時間差，就有可能造成觸點時間競爭，使得系統無法正常工作。故，電氣控制系統在設計時一定要注意該問題，另外在運行久的設備，也要時常檢查元器件的運行狀態，及時發現有缺陷的元件，予以修整或更換，保證系統的正常運行。

[1]張用．繼電器電路邏輯設計[M]．天津:天津科學技術出版社,1981．

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