常用低压控制电器与应用低压电器的分类及用途熔断器的结构和原理刀开关的结构和原理断路器的结构和原理202.docx
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常用低压控制电器与应用低压电器的分类及用途熔断器的结构和原理刀开关的结构和原理断路器的结构和原理202
第三部分
常用低压控制电器与应用
低压电器的分类的用途
电器是根据外界特定的信号和要求,自动或手动接通和断开电路,断续或连续地改变电路
参数,实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电器设备。
按我国现行标准规定,低压电器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的电器。
低压电器是品种繁多,用途也极其广泛,无论是工矿企业、农林牧副渔和交通运输业,还是国防军事设施方面都需要应用各种低压电器。
举例来说,一个年产30万吨合成氨的工
厂,所使用的低压电器就有数百个品种规格,数千件产品,而一套1700mm连轧机的电气
设备中则需要上千个品种规格、几万件到十几万件低压电器元件。
由此可见,低压电器确是
量大面广的产品。
习惯上,按照电器与使用系统之间的关系,可以把低压电器分成:
(1)电力网系统用的配电电器。
属于这一类的主要有低压断路器(自动开关)、熔断
器和负荷开关等。
对边类电器的主要技术要求是通断电流能力强,保护性能好,抗电动力和
热的耐受性(即动稳定和热稳定)好以及操作时过电压低。
(2)电力拖动及自动控制系统用的控制电器。
属于这一类的主要有接触器、起动器和
各种控制继电器。
对这类电器的主要技术要求是有相应的转换能力,操作频率高,电寿命和
相械寿命长。
低压电器的分类及用途见表3.1.1。
表3.1.1低压电器的分类及用途
电器名称
主要品种
用途
配
电电器
刀开关
大电流刀开关熔断器式刀开关开关板用刀开关负何开关
主要用于电路隔离,也能接通和分断额定电流
转换开关
组合开关
换向开关
用于两种以上电源或负载的转换和通断电路
断路器
框架式(万能式)断路器塑料外壳式断路器限流式断流器
漏电保护断路器
用于线路过载、短路或欠压保护,也可用作不频繁接通和分断电路
熔断器
有填料熔断器无填料熔断器快速熔断器自复熔断器
用于线路或电气设备的短路和过载保护
接触器
交流接触器
直流接触器
主要用于远距离频繁起动或控制电动机,以及接通和分断正常工作的电路
控
制
控制继电器
电流继电器电压继电器时间继电器中间继电器热继电器
主要用于远距离频繁起动或控制其它电器或作主电路的保护
起动器
磁力起动器’
主要用于电动机的起动和正反方
电
减压起动器
向控制
控制器
凸轮控制器
主要用于电器控制设备中转换主
器
平面控制器
回路或励磁回路的接法,以达到电动机起动、换向和调速的目的
主令电器
按钮
限位开关微动开关万能转换开关
主要用于接通和分断控制电路
电阻器
铁基合金电阻
用于改变电路和电压、电流等参数或变电能为热能
变阻器
励磁变阻器
起动变阻器
频繁变阻器
主要用于发电机调压以及电动机的减压起动和调速
电磁铁
起重电磁铁牵引电磁铁制动电磁铁
用于起重、操作或牵引机械装置
熔断器是当电流超过限定时借熔体熔化来分断电路的一种用于过载和短路保护的电器。
熔体富于“自我牺牲精神”,当电网或用电设备发生过载或短路时,它能自身熔化分断电路;避免由于过电流的热效应及电动力引起对电网和用电设备的损坏,并防止事故蔓延。
熔断器的最大特点是结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉,具有很大的经济意义,又由于它的可靠性高,故无论在强电系统或弱电系统中都获得了广泛应用。
2.1熔断器的结构和原理
熔断器主要由熔断体(简称熔体,有的溶体装在具有灭弧作用的绝缘管中)、触头插座
和绝缘底板组成。
溶体是核心部分,常做成丝状或片状,制造溶体的金属材料有两类:
(1)低溶点材料:
如铅锡合金、锌等;
(2)高溶点材料:
如银、铜、铝等。
溶断器接入电路时,溶体串联在电路中,负载电流流过溶体,由于电流热效应而使温度上升。
当电路发生过栽或短路时,电流大于溶体允许的正常发热电流,使溶体温度急剧上升,超过其熔点而熔断,从而分断电路,保护了电路和设备。
熔断器工作的物理过程大致可以分为四个阶段:
(1)熔断器的溶体因有过栽电流或短路电流通过,
其温度升高到熔化温度(熔点)Br,但溶体仍处于
固体状态,并没有开始熔化。
在图3.2.1中,这一阶
段以t1表示。
(2)溶体中的部分金属开始从固体状态转变为液体
状态。
由于溶体熔化需要吸收一部分热量(溶解热),在t2阶段内(见图3.2.1),
溶体温度始终保持Br。
(3)熔化了的金属继续被加热,一直加热到达到它的汽化温度Bq为止,形成第二次加热阶段t3。
(4)溶体断裂,出现间隙,在间隙中产生电弧,直至该电弧被熄灭为止。
这段时间
在图3.2.1中以t4表示。
22熔断2熔断器的种类、特点及电气图形符号
1.熔断器的种类及其基本特点。
见表3.2.1
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2.熔断器的电气图形符号和文字符号
见图322。
^3.2.2熔甌器抽也逻圏罐符号和站恿号
2.3常用熔断器
一、插入式熔断器
插入式熔断器习惯上又称为“铅丝盒子”或“插铅丝”。
RC1A系列为瓷插式熔断器,
它是在RC1系列的基础上改进设计的。
这种熔断器一般用于交流50Hz、额定电压低于380V、额定电流低于200A的低压线路末端或分支电路中,作为电缆及电气设备的短路保护及一定
程度上的过载保护之用。
RC1A系列熔断器由瓷盖、瓷座、触头和溶丝四部分组成(见图323)。
瓷座由电工瓷制
成,两端固装着静触头,中间有一空腔,它与瓷盖的突起部分共同形成灭弧室。
额定电流为60A及以上的产品,灭弧室中还垫有编织石棉带以保护瓷件。
瓷盖也是由电工瓷制成的,动
触头就固装在它的两端。
瓷盖中段有一突起部分,溶丝铅此突起部分跨接在两个动触头上。
二、螺旋式熔断器
现在常用的是RL1系列螺旋式熔断器,其结构如图3.2.4所示。
熔断器主要由瓷帽、溶
管、瓷套以及瓷座等组成。
溶管是一个瓷管,内装石英砂和溶体。
溶体的两端焊在溶管两端
的导电金属端盖上,其上端盖中央有一个熔断指示器,当电路分断时,指示器便弹出,透过
瓷帽上的玻璃可以看见。
熔断器熔断后,只要更换熔管即可。
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螺旋式熔断器一般用于配电线路中作为过载及短路保护,同时,还因其具有较大的热惯性,安装面积又比较小,也常用于机床控制线路以保护电动机。
三、无填料密闭式熔断器
无填料闭管式熔断器是一种可拆卸的低压熔断器。
当熔断器已起到保护作用,熔体熔断之后,用户可以自行拆开,重装新的熔体,所以检修方便,恢复供电也较快。
因此,凡属故障经常发生的场合,采用这种熔断器作为低压电力网络和成套配电装置的短路保护及连续过载保护是很适合的。
RM10系列熔断器由熔管、熔体和插座等部分组策划能够,其外形如图3.2.5所示。
熔
管结构形式有两种:
15~60A熔断器(习称反白管)、黄铜接头和圆柱形铜帽等构成,其中220V、15A产品的接头为内镶式,其余产品都采用外套式接头;100A及以上熔断器的熔管
由钢纸管、黄铜接头、铜帽和触刀等组成,其熔体与触刀之间以螺楦紧固。
熔体熔断时,在
其管内产生30~80个大气压,电弧因受强烈压缩而熄灭。
四、有填料闭管式熔断器
有填料闭管式熔断器在结构方面的最大特征,就是在其熔断管内充满了填料,借此增强熔断器熄灭电弧的能力。
填料之所以有助于灭弧,是因为作为填料的介质材料具有较高的导热性能、绝缘性能,
并且由于它的颗粒外形而具有很大的同电弧接触的表面积。
当熔断器分断故障电流而产生电
弧。
兜庵汇底睡出审城背泊.黄铜甘血黄铜帽订.Bn;8r熔丼
ffl3丄5RM10果列无填料密用武熔斟曙
时,大量的填料颗粒就同电弧接触,吸收电弧的能量,使电弧很快冷却。
这样,电弧间隙的介质强度便迅速增强,从而加速了电弧的熄灭过程。
所以有填料封闭管式熔断器的特点是额定电流大,熔断能力大,其系列熔断器外形结构见图3.2.6和图3.2.7,其中RT16(即
NT)型熔断器是从德国AEG公司引进的产品。
10
五、保护半导体器件熔断器
1.I作熔体I牡状;3.籃熔背浊蛋板泊.特商惜示關:
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RSO、RS3、RLS1、RS4、RS5、RLS2、NGT系列保护半导体器件熔断器适用于交流
50Hz、电压1000V及以下的电路,作为晶闸管器件及其成套装置中的短路及过载保护。
ic熔斷器
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图3.2.hRIT】型惜断器
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图3.2,7RTl2(a)、RTI4(h),RT15(e)和NT(d)型熔断器
刀开关是手动开关电器中结构最简单的一种,广泛应用在各种配电线路中,用于非频繁
地接通和分断容量不太大的配电线路,以隔离电源。
另外,也可以直接用刀开关起动小容量
电动机。
根据不同的工作原理、使用要求、结构形式和组成特点,刀开关产品大致分为5种,
即刀开关和刀形转换开关、开启式负荷开关(俗称胶盖瓷底刀开关)、封闭式负荷开关(俗
称铁壳开关)、熔断器式刀开关和组合开关。
各类刀开关还可进一步按其额定电流、刀的极数(单极、两极、三极)、有无灭弧罩以及操作方式进行细分。
除特殊的大电流刀开关采用电动操作外,其余均为手动操作。
3.1刀开关的结构和原理
图3.3.1是刀开关的最基本结构图。
刀开关是由手柄、触刀、静插座(简称插座)、铰
链支座和绝缘底板所组成。
当操作人员握住手柄,使触刀绕铰链支座、触刀和插座形成电流通路。
如果使触刀绕铰链支座做反方向转动,脱离插座,就完成了切断电路的操作。
相对一般开关电器,刀开关的触刀相当于动触头,插座相当于静触头。
为了保证触刀与插座和闸时接触良好,两者之间须有一定的接触压力。
压力要适当,过大虽可降低接触电阻,有利于降低温升,但会使接触系统的磨损增大。
一般额定电流小的刀开关,插座多用硬紫铜制成,利用材料的弹性来产生所需要的压力;额定电流大的则在插座两侧加弹簧片来增加接触压力。
触刀与插座间的接触一般为契形接触,这种接触方式有不需要修整接触面、装修方便、接触良好、操作力小等优点。
一般,额定电流在400A以下的采用单刀片,600A以上用双刀片。
刀开关的灭弧情况依刀开关种类的不同而不同。
3.2常用刀开关
一、开启式板用刀开关
HD、HS型开起式板用刀开关主要用于成套配电装置中隔离电源;当开关带有灭弧罩并用杠
杆操作时,也能接通和切断负荷电流。
其外形和电气图形符号、文字符号如图3.3.2所示。
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二、熔断器式刀开关
HR型熔断器刀开关以具有高分断能力的有填料熔断器(例如RT型熔断器)作为触刀,
并由两个灭弧室和操作机构组成,其熔断器分断电路。
熔断器式刀开关可作为不频繁地接通
和分断电路用,其熔断器还可分断短路电流。
外形见图333。
展3.3」HiG塞列熔囲器式力挣关外咋
三、负荷开关
负荷开关有开启式负荷开关(胶盖瓷底闸刀开关)和半封闭式负荷开关(铁壳开关)两种,其外形与电气图形符号、文字符号如图3.3.4所示。
1.HK系列开启式负荷开关(胶盖瓷底闸刀开关)
HK系列负荷开关内部装设了熔丝,因此当其控制的电路发生故障时,可通过熔丝的熔断而迅速切断故障电路。
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? 丐匍丈半秤号 S.4负荷幵養 这种开关没有专门的灭弧装置,拉闸、合闸时操作人员应站在开关的一侧,动作 必须迅速果断,以免电弧烧坏触头和炯伤操作人员。 2、HH系列封闭式负荷开关(铁壳开关) 铁壳开关适用于工矿企业、农村电力排灌和电热、照明等各种配电设备中,供手 动不频繁地接通与分断电路,以及作为线路末端的短路保护之用,交流50Hz、380V、 60A及以下等级的开关,还可作为家六感应电动机的不频繁直接起动及分断之用。 它由 刀开关和熔断器快速动作机构组成,并有联锁装置使开关闭合后不能开启盒盖。 四、组合开关 组合开关(俗称转换开关)在机床电气和其它电气设备中使用广泛,其体积小、 接线方式多,使用非常方便。 常用于交流50Hz、380V及以下、直流220V及以下的电气线 路中,供手动不频繁地接通或分断电路、换接电源、测量三相电压、改变负载的连接方式,控制小容量交、直流电动机的正反转、Y—△起动和变速换向等。 HZ10、 组合开关外形及电气图形符号、文字符号如图335所示,常用组合开关有 HZ5、HZ15系列。 3LB和3ST系列组合开关系引进德国西门子公司的产品。 (a)HZ10呆死 (b)3LB相3SI累列 图蛆舍开关外幣号电吒圈略符号文字持号 3.3刀开关的选用 1•按低压刀开关的用途选择合适的操作方式,中央手柄式刀开关不能切断负荷电流,其它型式的可切断一定的负荷电流,但必须选带灭弧室的刀开关。 2•低压刀开关的额定电压和额定电流必须符合电路要求。 3•校核低压刀开关的动稳定和热稳定性如与电路要求不符,应选大一级额定电流的刀开关。 4•组和开关的层数和接线图应符合电路要求。 5•带熔断器的低压刀开关(如HR、HK、HH型)还应综合考虑对刀开关和熔断器的要求来选择。 根据用电设备的容量正确选择熔断体的等级及熔体的额定电流。 6•如果刀开关装设在近电源端做配电保护电器,应选用带高短路分断能力的熔断器开关;如用在负载端,因短路电流较小,可选用带短路分断能力低的瓷插式熔断器开关;如果用于不 频繁操作电动机,则需按工作电流计算能控制的电动机容量。 低压短路器又称自动空气开关,是用于电路中发生过载、短路和欠电压等不正常情况时, 能自动分断电路的电器;也可用作不频繁地起动电动机或接通、分断电路。 它是低压交、直 流配电系统中的重要保护电器之一。 断路器按结构型式可分为框架式(也称万能式)和塑料 外壳式(也称装置式)两种。 4.1断路器的结构和原理 图3.4.1是一般断路器的结构原理图,开关正处于工作状态。 三个主触点通过传动杆及锁扣保持闭合,锁扣可绕轴转动。 当电路处于正常运行时,过流脱扣的电磁线圈虽然串在主回路中,但是所产生的吸力不能使衔铁动作,而只有当电路发生短路或过载时,衔铁才被迅 速吸合同时撞击杠杆,使锁扣脱扣,住触点被弹簧迅速拉开分断主电路。 相反,在正常运行 时,有余欠压脱扣器的电磁线圈并联在主电路中,在规定的正常电压范围内使衔铁吸合,同 时克服弹簧的拉力。 当电路出现故障,电压降低时(通常为额定电压的70%以下)吸力减 小,衔铁被弹簧拉开并撞击杠杆,使锁扣脱口,主触点在弹簧的作用下迅速分断电路。 在一些小容量塑壳自动开关里,除装有短路保护外,还装有用双金属片制成的脱扣器,当电路发生过栽时,双金属片弯曲,将锁扣顶开使触点分断电路。 1一主触点;玄恃諭打;勻锁加: *一鞘;S.tLfTl乩弄貫: 7.£tSK/uM;一桁快匸11一旁滅 Rf4.I细酣原理用 快速自动开关的动作原理是靠快速电磁铁(冲击衔铁式和感应电动斥力式脱扣器)配 合高效能的灭弧装置,可使开关的全分断时间缩短至10ms以下。 漏电保护开关主要用于人身安全或漏电防火的一种安全保护器,其主要结构是在一般的自动开关中增加一个零序互感器和漏电脱扣器。 在图342中,零序互感器是作为检测漏电电流的感觉元件,通常由一个高导磁材料制成的环形封闭铁心,其上绕有一次和二次绕组构成的。 一次绕组十九三相电源导线,对于额 定电流较大的漏电自动开关,可以直接穿过铁心;对于额定电流较小的,可以将每相导线在 环形铁心上绕3至5圈。 正常运行时,三相电流平衡,二次绕组无输出。 当电路发生触电或漏电事故时,二次饶族即感应出零序电流。 该电流激励电脱扣器使自动开关脱扣。 上面所述,是几种常用自动开关的一般结构原理。 在自动开关中,由于极限分断能力的要求,必须具备功能足够可靠的触点系统、灭弧系统和各种脱扣装置。 断路器的电气图形符号及文字符号见图3.4.3。 断路器的型号含义见图344。 |¥13.4.? 淞屯保沪H£如艸圧 4.2断路器的基本特性、2断路器的基本特性、特点及主要用途 4.2.1断路器的基本特性(见表341) 表3.4.1低压断路器的基本特性 序号 项目 含义及要求 1 额定电压和额定绝缘电 压/V 常用的额定电压Un为: 交流220,380,660,1140;直流 110,220,440,750850,1000,1500。 绝缘电压大于或等于额定电压 2 额定电流/A 常用的额定电流In为: 6,10,16,20,32,40,(60),100,(150),160,200,250,315,400,(600),630,800,1000,1250,(1500),1600,2000,(3000),3150等 3 短路通断能力 在规定的操作条件下,开关按通与分断短路电流的能力,一般用KA (有效值)表示 4 限流特性 限流开关应规定限流特性,限流特性是短路电流有效值与实际分断电流(退流电流)峰值的关系曲线 5 保护特性 一般是指动作时间与动作电流的关系曲线,漏点保护用开关应规定漏 电动作电流,动作时间和额定漏电不动作电流 6 寿命 机械寿命和电寿命,用操作次数表示 4.2.2部分常用低压断路器的基本特点及主要用途(见表3.4.2) 表3.4.2部分常用低压断路器的基本特点及主要用途 序号 型号 类型 特点及用途 1 DW10 一般用途万能式 具有板前进出线、板后进出线等多种接线方式,可米用手柄直接操作、杠杆操作、电磁铁或电动机操作等多种操作方式,具有多种脱扣方式 适用于交流50Hz、电压380V及直流电压440V的配电电路中,作过载、短路及失压保护,以及在正常工作条件下作不 频繁转换电路用 2 DW15 一般用途万能式 触点系统具有电动补偿效果,灭弧罩米用去离子栅片,并装灭焰片,采用弹簧储能半轴自由脱扣机构,触点的闭合速度与操作慢无关 用于作选择性保护系统的分支电路开关及作大容量电动机直接起动和保护用低压电网负荷中心作为主开关、联络开关及配电支路的保护开关。 具有多种脱相器 3 DW17 (ME) 一般用途 万能式 引起德国AEG公司产品。 适用于额定工作电压交流至660V,直流到440V的配电电路,作不频繁转换之用。 对线路及电气设备的过载、欠电压和短路进行保护,并具有分级保护作用,能直接起动电动机 4 DW (3WE) 一般用途 万能式 引起德国西门子公司产品。 适用于交流40~60Hz、电压至 1000V、电流630A至1600A的输配电网络,作为发电机、电动机、变压器、整流器和电缆等设备和线路的控制和保护开关。 在正常条件下,还可作为电路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用 序号 型号 类型 特点及用途 5 DW18 (AE-S) 一般用途万能式 弓1进日本在菱公司产品。 适用于额疋频率50HZ、额疋电压 660V、额定电流量200A及以下的配电电路中,作过载、失压和短路保护,以及在正常条件下,作为线路的不频繁转换之用 6 DW914(AH) 一般用途万能式 引进日本寺崎公司产品。 适用于额定频率50HZ(60HZ)、交流 电压660V及以下、直流电压440V及以下,电流600~4000A的配电系统中,作过载、负压和短路保护,以及在正常条件下,作为线路的不频繁转换之用 7 DZ5 一般用途塑壳式 外形尺寸小,复式脱扣,按钮操作,板前接线。 作为电动机及其它用电设备的过载和短路保护用,亦可作为不频繁操作的小容量电动机的直接起动用 8 DZ10 一般用途塑壳式 具有多种脱扣器,可附分励脱扣和欠压脱扣,手动或电动操作,板前或板后接线;作为不频繁地接通与断开电路用,可保护电气设备、电动机和电缆不因短路、过载而损坏,应用取广 9 DZ10 一般用途塑壳式 具有单极、2极、3极多种形式,压板式或插入式接线,使用方便。 主要用于宾馆、公寓、公共场所和工矿企业等处的照明线路中,作为线路和过载、短路以及线路转换用 10 DZ12L 漏电保护用塑壳式 特点同DZ12,还可作为漏电保护用 11 DZ15 一般用途塑壳式 小型,通用性强。 在电路中作为配电、电动机、照明线路和过载、短路保护用,同时还可作为线路的不频繁切换及电动机的不频繁起动 V5.1陀砸黠T.件: 顶刿审煙將 距离操作。 不仅接触器如此, 从以上两点来看,失压保护确实是很重要的一种安全措施。 和电动机主 接触器电磁线圈的电流是很小的,所以能很方便地用细导线接到远处进行远 般自动切换电器也都是这样。 5.1接触器的结构和原理 接触器是用来频繁地远距离接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的控制电器。 它 不同于刀开关类手动切换电器,因为它具有手动切换电器所不能实现的远距离操作功能,同 时又具备手动切换电器所没有的失压保护功能;它也不同于自动开,因为它虽然具有一定的 过载能力,但却不能切断短路电流,也不具备过载保护的功能。 接触器由于生产方便,成本 低廉,用途广泛,所以在各类低压电器当中,它是生产量最大、使用面最广的一种产品,据统计,电力系统的能量有一半以上通过接触器分配到各种受电器一一电动机、电热设备、电 焊机、电容器组等,但接触器最主要的用途还是控制电动机。 下面介绍接触
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