第一章常用低压电器.docx

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第一章常用低压电器

第一章常用低压电器

什么是低压电器

所谓低压电器，就是指工作在交流额定电压1200V及以下、直流额定电压1500V及以下的电器。

低压电器作为基本器件，广泛应用于输配电系统和电力拖动系统。

本章主要介绍低压开关、熔断器、主令电器、接触器、继电器等在电力拖动和自动控制系统中常用的低压电器。

第一节低压开关

低压开关有什么作用

低压开关主要用来隔离、转换及接通和分断用，多数用作机床电路的电源开关和局部照明电路的控制开关，有时也可直接用于控制小容量电动机的启动、停止和正反转。

一、自动空气开关

自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。

自动空气开关的主要作用是：

能接通和分断电路；能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护；同时也能用于不频繁地启动电动机。

自动空气开关的优点是：

操作安全、安装使用方便、工作可靠、动作值可调、分断能力较高、兼顾多种保护、动作后不需要更换元件等。

1.分类

自动空气开关按结构型式可分为塑壳式、框架式、限流式、直流快速式、灭磁式和漏电保护式等六类。

电力拖动与自动控制线路中常用塑壳式断路器，如图1-1-1为常用的几种塑壳式断路器。

我们以DZ系列为例讲解，其分类方法如下：

（1）按极数：

单极、两极和三极。

（2）按保护形式：

电磁脱扣器式、热脱扣器式、复合脱扣器式（常用）和无脱扣器式。

图1-1-1常用的塑壳断路器

2.DZ5-20型自动空气开关的型号及结构

（1）型号及其含义

（2）结构与原理

采用立体布置，操作机构在中间。

外壳顶部突出红色按键为分断；绿色按键为合闸。

自动空气开关主要三部分组成：

触头和灭弧系统、各种脱扣器、操作机构和自由脱扣器。

如图1-1-2为DZ5-20型低压断路器的结构和电路符号。

a）结构b）电路符号

图1-1-2DZ5-20型低压断路器的结构和电路符号

如图1-1-3所示，为低压断路器的工作原理示意图。

把自动空气开关的三副主触头2，串联在被控制的三相电路中。

当开关接通电源后，电磁脱扣器．热脱扣器及欠电压脱扣器若无异常反应，开关运行正常。

图1-1-3低压断路器工作原理示意图

当发生故障时，低压断路器将如何动作

短路或严重过载时

当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器6产生足够大的吸力，将衔铁8吸合并撞击杠杆7，使搭钩4绕转轴座5向上转动与锁扣3脱开，锁扣在主弹簧1的反力作用下将三副主触头分断，切断电源。

线路一般性过载时

当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件13产生一定热量，促使双金属片12受热向上弯曲，推动杠杆7使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。

线路欠电压时

欠电压脱扣器11的工作过程与电磁脱扣器恰恰相反，当线路电压正常时电压脱扣器11产生足够的吸力，克服拉力弹簧9的作用将衔铁10吸合，衔铁与杠杆脱离，锁扣与搭钩才得以锁住，主触头方能闭合。

当线路上电压全部消失或电压下降至某一数值时，欠电压脱扣器吸力消失或减小，衔铁被拉力弹簧9拉开并撞击杠杆，主电路电源被分断。

3.自动空气开关选用原则

（1）自动空气开关的额定工作电压≥线路额定电压。

（2）自动空气开关的额定电流≥线路负载电流。

（3）热脱扣器的整定电流=所控制负载的额定电流。

（4）电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流>负载电路正常工作时的峰值电流。

二、负荷开关

（一）开启式负荷开关

开启式负荷开关简称闸刀开关，生产中常用HK系列，其外形如图1-1-4a）所示。

开启式负荷开关主要适用于照明、电热设备及小容量电动机控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路，并起短路保护作用。

图1-1-4闸刀开关的外形及电路符号

闸刀开关的结构及电路符号如图1-1-5所示。

图1-1-5闸刀开关的结构与电路符号

闸刀开关的型号及含义表示如下：

注意事项

1.必须垂直安装在控制屏或开关板上，且合闸状态时手柄应朝上。

2.控制照明和电热负载时，要接熔断器作短路和过载保护。

并且电源进线端接在静触头一边的进线端，负载接在动触头一边的出线端。

3.更换熔体时，必须在闸刀断开的情况下按原规格更换。

4.分闸和合闸时动作要迅速，使电弧尽快熄灭。

（二）封闭式负荷开关

封闭式负荷开关俗称铁壳开关，其外形如图1-1-6所示，结构及电路符号如图1-1-7所示。

其灭弧性能、操作性能、通断性能和安全防护性能都优于开启式负荷开关。

可用于手动不频繁的接通和断开带负载的电路以及作为线路末端的短路保护，也可用于控制15kW以下的交流电动机不频繁的直接启动和停止。

图1-1-6HH系列封闭式负荷开关

（a）开关结构（b）电路符号（c）型号含义

图1-1-7封闭式负荷开关的结构、电路符号及型号含义

注意事项

1.封闭式负荷开关必须垂直安装，安装高度一般离地不低于1.3～1.5m。

2.外壳的接地螺钉必须可靠接地。

3.电源进线接在静夹座一边的接线端子上，负载引线接在熔断器一边的接线端子上，且进出线必须穿过开关的进出线孔。

4.操作时，要站在开关的手柄侧，以防铁壳飞出伤人。

三、组合开关

又称为转换开关，它具有体积小、触头对数多的特点，常用于手动不频繁的接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5kW以下小容量异步电动机的启动、停止和正反转。

HZ10－10/3组合开关的外形如图1-1-8所示。

其结构与电路符号如图1-1-9所示。

图1-1-8组合开关外形与结构

图1-1-9组合开关电路符号及型号含义

一种专为控制小容量三相异步电动机的正反转而设计生产的组合开关，俗称倒顺开关。

如图1-1-10所示为HZ3－132型组合开关（倒顺开关）示意图。

倒顺开关

图1-1-10HZ3－132型组合开关示意图

注意事项

1.HZ10系列组合开关应安装在控制箱内，开关最好装在箱内右上方,并且在它的上方不能安装其他电器。

2.组合开关安装完后，开关在断开状态下，应使手柄在水平旋转位置。

3.组合开关的通断能力较低，不能用来分断故障电流。

4.当操作频率过高，应降低开关的容量使用。

第二节熔断器

一、熔断器的结构

熔断器是一种应用广泛的最简单有效的保护电器，如图1-2-1所示为几种常见型号的熔断器。

熔断器常在低压电路和电动机控制电路中起短路保护，使用时串联在被保护电路中。

熔断器在电路中如何起到保护作用

正常情况下，熔断器的熔体相当于一段导线；电路发生短路故障时，熔体能迅速熔断分断电路，起到保护线路和电气设备的作用。

RT系列熔断器

RL1系列螺旋式熔断器

电路符号

RL1-15熔芯

RT14-20熔芯

图1-2-1常见熔断器及电路符号

熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。

熔体是熔断器的核心，常做成丝状、片状或栅状，制作熔体的材料一般有铅锡合金、锌、铜、银等。

熔管是熔体的保护外壳,用耐热绝缘材料制成,在熔体熔断时兼有灭弧作用。

熔座是熔断器的底座，作用是固定熔管和外接引线。

熔断器的型号及含义：

1、RC1系列瓷插式熔断器

RC1系列熔断器的外形与结构如图1-2-2所示。

该系列熔断器的特点：

结构简单、更换方便、价格低廉，一般用于交流50Hz、额定电压380V及以下，额定电流200A及以下的低压线路末端或分支电路中，作为电气设备的短路保护及一定程度的过载保护。

图1-2-2RC1A系列熔断器的外形与结构

2、RL1系列螺旋式熔断器

RL1系列螺旋式熔断器的外形与结构如图1-2-3所示。

该系列的熔断器的熔断管内，在熔丝的周围填充这石英砂以增强灭弧性能。

熔丝被焊在瓷管两端的金属盖上，其中一端有一个标有颜色的熔断指示器，当熔丝熔断时，熔断指示器自动脱落，以便于观察，此时只需更换相同规格的熔断管即可。

该系列熔断器可用于控制箱、配电屏、机床设备及振动较大的场合，在交流额定电压500V、额定电压200A及以下的电路中，作为短路保护器件。

图1-2-3RL1系列熔断器的外形与结构

3、RM10系列封闭管式熔断器

如图1-2-4所示为RM10系列熔断器的外形与结构。

该系列熔断器采用钢纸管做熔管，变截面锌片做熔体，因此灭弧比较容易。

适用于交流50Hz、额定电压380V或直流440V及以下的电压等级的动力网络和成套配电设备中，作为导线、电缆及较大容量电气设备的短路和连续过载保护。

图1-2-4RM10系列熔断器的外形与结构

4、RT系列有填料封闭管式熔断器

如图1-2-5所示为RT0系列熔断器的外形与结构。

该系列的熔断器是一种大分断能力的熔断器，广泛用于短路电流较大的电力输配电系统中，作为电缆、导线和电气设备的短路保护及导线、电缆的过载保护。

RT0系列有填料封闭管式熔断器配有熔断指示装置，熔体熔断后，有明显的显示信号，这时可使用配备的专用绝缘手柄在带电的情况下更换熔管，装取方便，安全可靠。

图1-2-5RT0系列熔断器的外形与结构

5、RS0、RS3系列有填料快速熔断器

如图1-2-6所示为快速熔断器的外形图。

快速熔断器结构简单、动作灵敏度高。

主要用于半导体硅整流元件的过电流保护。

RS0、RS3系列适用于半导体整流元件和晶闸管的短路和过载保护，它们的结构相同，但RS3系列的动作更快，分断能力更高。

图1-2-6RS系列熔断器有填料快速熔断器

6、自复式熔断器

如图1-2-7所示为自复式熔断器的外形图。

图1-2-7自复式熔断器的外形图

自复式熔断器具有限流作用明显、动作时间短、动作后不需更换熔体等优点。

其工作原理是：

在故障短路电流产生的高温下，其中的局部液态金属钠迅速气化而蒸发，阻值剧增，即瞬间呈现高阻状态，从而限制了短路电流。

当故障消失后，温度下降，金属钠蒸气冷却并凝结，自动恢复至原来的导电状态。

二、熔断器的选择原则

主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。

对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。

对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。

通常选用具有较高分断能力的RT系列和RL1系列的熔断器。

当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。

三.熔体的额定电流选择方法

（1）保护无启动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。

（2）保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大启动电流选取，公式为IRN≥（1.5～2.5）IN；式中IRN--熔体额定电流；IN--电动机额定电流。

如果电动机频繁启动，式中系数可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。

（3）保护多台长期工作的电机（供电干线）IRN≥（1.5～2.5）INmax+ΣIN；INmax-容量最大单台电机的额定电流。

ΣIN其余电动机额定电流之和。

注意事项

1.用于安装使用的熔断器应完整无损。

2.熔断器安装时应保证熔体与夹头、夹头与夹座接触良好。

3.熔断器内要安装合格的熔体。

4.更换熔体或熔管时，必须切断电源。

5.对RM10系列熔断器，在切断过三次相当于分断能力的电流后，必须更换熔断管。

6.熔体熔断后，应分析原因排除故障后，再更换新的熔体。

7.熔断器兼作隔离器件使用时，应安装在控制开关的电源进线端。

第三节主令电器

主令电器的作用是什么

主令电器用于接通或断开控制电路，以发出指令或作程序控制的开关电器。

本节主要介绍按钮、行程开关、万能转换开关及主令控制器。

一、按钮

按钮是一种手动控制器件，通常用来接通或断开小电流控制的电路，如图1-3-1所示为几种常见的按钮。

它不直接去控制主电路的通断，而是在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器的吸合与断开，再由它们去控制主电路。

按钮的触头允许通过的电流较小，一般不超过5A.

图1-3-1几种常用的按钮

1.按钮的分类

按钮按不受外力作用时触头的分合状态，可分为：

（1）常开按钮：

未按下时，触头是断开的；按下时，触头时闭合的；当松开时，按钮自动复位。

（2）常闭按钮：

与常开按钮相反。

（3）复合按钮：

将常开按钮和常闭按钮组合为一体。

按下复合按钮时，其常闭触头先断开，然后常开触头再闭合；而松开时，常开触头先断开，然后常闭触头再闭合。

另外，根据按钮在电路中的作用又可分为急停按钮、启动按钮、停止按钮、组合按钮、点动按钮和复位按钮等。

2.型号及其含义

其中，K——开启式，H——保护式，S——防水式，F——防腐式，J——紧急式，X——旋钮式，Y——钥匙操作式，D——光标按钮式。

3.按钮结构与电路符号

按钮结构与电路符号如图1-3-2所示。

图1-3-2按钮的内部结构示意图

如图1-3-3所示为急停按钮及钥匙操作时按钮的电路符号。

图1-3-3急停按钮及钥匙操作时按钮的电路符号

为便于识别，避免发生误动作，生产中可以用不同的颜色来区分按钮的功能和作用见表1-3-1所示。

表1-3-1按钮颜色的含义

颜色

含义

红

紧急：

危险或紧急情况时操作

黄

异常：

异常情况时操作

绿

安全：

安全情况和正常情况准备时操作

蓝

强制性的：

要求强制动作情况下的操作

白

未赋予特定含义：

除急停以外的一般功能的启动

灰

黑

4.按钮的选择

（1）按钮在选择时要根据使用场合和具体用途选择按钮种类。

（2）根据工作状态指示和工作情况要求，选择按钮或指示灯的颜色，如启动按钮可选用白、灰或黑色，优先选用白色，也允许选用绿色，急停按钮选用红色。

（3）根据控制回路的需要选择按钮的数量。

注意事项

1.按钮安装在面板上时，应布置整齐，排列合理。

2.同一机床运动部件有几种不同的工作状态时，应使每一对相反状态的按钮安装在一组。

3.按钮的安装应牢固，安装按钮的金属板或金属按钮盒必须可靠接地。

4.注意保持触头间的清洁。

5.光标按钮一般不宜用于需长期通电显示处。

二、行程开关

行程开关的作用是什么

行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。

主要用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置，属于自动控制电器。

1.结构及工作原理

行程开关的作用原理与按钮相同，区别在于它是利用生产机械运动部件的碰压而不是手指的按压，使其触头动作，从而将机械信号转变为电信号，使运动机械按一定的位置或行程实现自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动。

常用的结构有按钮式（直动式）和旋转式（滚轮式）。

图1-3-4所示为几种常用的行程开关。

图1-3-4几种常用的行程开关

行程开关主要由由操作机构、触头系统和外壳组成。

图1-3-5所示为行程开关的内部结构与电路符号。

图1-3-5行程开关内部结构和电路符号

行程开关的触头类型有一常开一常闭、一常开二常闭、二常开一常闭、二常开二常闭等多种形式。

其动作情况如图1-3-6所示。

图1-3-6行程开关的动作情况

2.行程开关的型号含义

目前机床中常用LX19和JLXK1系列，其型号及其含义如下：

如LX19－111，LX19－232，LX19－131等。

如JLXK1-211、JLXK1-311。

图1-3-7所示为JLXK1系列行程开关外形图。

图1-3-7JLXK1系列行程开关外形图

行程开关动作后，按其复位方式，又分为自动复位和非自动复位两种。

自动复位式即当挡铁移开后，在复位弹簧的作用下，形成开关的各部分能自动恢复到原始状态；非自动复位式只有在运动机械反向移动，挡铁从相反方向碰压另一滚轮时，触头才能复位。

三、接近开关

接近开关在线路中如何起到控制作用

接近开关，又称为无触点行程开关，是一种与运动部件无机械接触而能操作的行程开关。

当运动的物体靠近开关到一定位置时，开关即发出信号，从而达到行程控制、计数与自动控制的作用。

图1-3-8所示是接近开关的外形。

图1-3-8几种常用接近开关的外形图

图1-3-9所示为接近开关的电路符号。

图1-3-9接近开关的电路符号。

接近开关的型号及含义表示如下：

接近开关除了可以完成行程控制和限位控制外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。

根据对物体“感知”方法的不同，可以把接近开关分为以下几种：

1.电感式接近开关

也成为涡流式接近开关，其所能检测的物体必须是导电体。

电感式接近开关的工作原理是：

当被测的导电物体在接近这个能产生电磁场 的接近开关时，使物体内部产生涡流，这个涡流又反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，从而控制开关的通或断。

  2．电容式接近开关   

   电容式接近开关可以检测金属导体，也可以检测绝缘的液体或粉状物。

其工作原理是：

这种开关的测量头构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。

这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。

当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。

     3．霍尔接近开关   

   霍尔接近开关的检测对象必须是磁性物体。

霍尔元件是一种磁敏元件。

当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。

4．光电式接近开关      

利用光电效应做成的开关叫光电开关。

将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。

当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。

光电式接近开关几种常见的接线方法如图1-3-10所示。

图1-3-10光电式接近开关的接线

四、万能转换开关

外能转换开关是一种具有多个操作位置，能够换接多个电路的一种手动电器。

如图1-3-11所示为几种常见万能转换开关的外形。

它由多组相同的触头组件叠装而成，可用于控制线路的转换及电气仪表测量的转换，也可用于控制小容量异步电动机的启动、换向及变速。

图1-3-11万能转换开关的外形

　　　常用的万能转换开关有LW5、LW6、LW8等系列。

万能转换开关的符号如图1-3-12所示。

a）图形和文字符号b）通断表

图1-3-12万能转换开关的符号

第四节接触器

接触器在电路中起到什么作用

接触器是一种自动的电磁式开关，如图1-4-1所示为几种常见的接触器的外形。

适用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路。

其主要控制对象是电动机，也可控制其他负载。

接触器按照主触头通过的电流的种类，可以分为交流接触器和直流接触器两种。

图1-4-1常用接触器的外形

一、交流接触器

我们以CJ10系列为例来进行介绍。

1．结构

交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置和辅助部件等几部分组成。

如图1-4-2所示为交流接触器的结构图。

辅助常闭触头

辅助常开触头

接线柱

三对主触头

灭弧罩

图1-4-2交流接触器的结构

2．型号及其含义

3．交流接触器工作原理

电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生足够的吸力克服弹簧反作用力将动铁心向下吸合，三对动合主触头闭合，同时动合辅助触头闭合，动断辅助触头断开。

当电磁线圈断电后，静铁心吸力消失，动铁心在弹簧反作用力的作用下复位，各触头也跟着一起复位。

4．交流接触器的符号

如图1-4-3所示为交流接触器的线圈和触头的电路符号。

线圈

主触头

辅助常开触头

辅助常闭触头

图1-4-3交流接触器的电路符号

5、交流接触器的安装与使用

安装前要进行铭牌与线圈的技术参数、外观、清洁情况及线圈电阻和绝缘电阻的检查。

安装时一般要安装在垂直面上，倾斜度不超过5°；为了散热，应将有孔的一面放在垂直方向上；安装接线时注意不要将零件掉落到接触器内部。

知识拓展

交流接触器的常见故障及处理方法

交流接触器是一种典型的电磁式继电器，以下讨论内容同样适用于其他电磁式继电器，如中间继电器、电流继电器等。

一、触头系统

触头过热：

通过动静触头间的电流过大：

可能的原因是：

系统电压过高或过低；用电设备超负荷运行；触头容量选择不当或故障运行。

动静触头间的接触电阻过大都会引起触头过热。

触头磨损：

即触头在使用过程中，其厚度会越来越薄。

造成这一现象的原因有两种：

电磨损和机械磨损。

一般情况下，当触头磨损至超过原有厚度的1/2时，应更换新的触头。

触头熔焊：

动、静触头接触面融化后焊在一起不能分断的现象，称为触头熔焊。

引起这一现象的原因可能是接触器容量选择不当，或触头压力弹簧损坏使触头压力过小，或因线路过载使流过触头的电流过大等。

二、电磁系统

铁心噪声大：

衔铁与铁心的接触面接触不良或衔铁歪斜；短路环损坏；机械方面触头压力过大或活动部分受阻等。

衔铁不释放：

触头熔焊；机械部分卡阻；反作用弹簧损坏；铁心端面有油污等。

线圈过热或烧毁：

线圈匝间短路；铁心与衔铁闭合时有间隙；线圈两端电压过高或过低。

二、直流接触器

直流接触器主要供远距离接通和分断直流电路及频繁地操作和控制直流电动机的一种自动控制电器。

直流接触器主要供远距离接通和分断额定电压440V、额定电流1600A以下的直流电力线路之用。

其结构及工作原理与交流接触器基本相同。

1.型号及其含义

2.直流接触器的结构组成

如图1-4-4所示，直流接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置三大部分组成。

a）基本结构b）电磁系统

c）触头系统d）灭弧装置

图1-4-4直流接触器的结构及各部分组成

知识拓展

在进行接触器选择时主要从类型、主触头的额定电压、额定电流、线圈额定电压、触头的种类和数量等几个方面来考虑。

1．选择接触器的类型

根据接触器所控制的负载性质选择接触器的类型。

2．选择接触器主触头的额定电压

接触器主触头的额定电压应大于或等于所控制线路的额定电压。

3．选择接触器主触头的额定电流

接触器主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。

4．选择接触器吸引线圈的额定电压

当控制线路简单、可直接选用380V或220V的电压。

若遇到线路较复杂，可选用36V或110V电压的线圈。

5．选择接触器触头的数量和种类

接触器的触头数量和种类应满足控制线路的要求。

第五节继电器

一、热继电器

热继电器的作用是什么

热继电器是一种利用电流所产生的热效应而反时限动作的保护电器。

它主要用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行及其他电气设备发热状态的控制。

如图1-5-1所示为几种常用的热继电器。

图1-5-1常用的热继电器

1.热继电器分类与结构

热继电器有两相结构、三相结构、三相带断相保护装置等三种类型；按复位方式分有自动复位式和手动复位式。

最常用的是双金属片式结构，如图1-5-2所示。

1—电流调节凸