1、江阴电工考证培训教材低压电器原理及选型第二章 常用低压电器原理及选型学习目标常用低压电器的工作原理；常用低压电器的电路符号，能够根据这些器件的电路符号认识电路图。教学内容1.常用低压电器工作原理2.常用低压电器的电路符号学习任务一、常用低压电器工作原理主要介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，电器控制线路的基本环节，并通过对典型电器控制系统的分析，学会正确选择和合理使用常用电器、学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后面电路的学习打下基础。1按工作电压等级分类（1）高压电器 用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。例如高压断路器、高压隔
2、离开关、高压熔断器等。（2）低压电器 用于交流50Hz(或60Hz)，额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V以下的电路中的电器。例如接触器、继电器等。2按动作原理分类1）手动电器 用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。2）自动电器 借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。3按用途分类（1）控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。（2）主令电器 用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。（3）保护电器 用于保护电路及用电设备的电器，
3、如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。（4）执行电器 指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。（5）配电电器 用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。4按工作原理分类1）电磁式电器 依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。2）非电量控制电器 依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。表4 常见的低压电器的主要种类及用途序号类 别主 要 品 种用 途1断路器塑料外壳式断路器主要用于电路的过负荷保护、短路、欠电压、漏电压保护，也可用于不频繁接通和断开的电路框架
4、式断路器限流式断路器漏电保护式断路器直流快速断路器2刀开关开关板用刀开关主要用于电路的隔离，有时也能分断负荷负荷开关熔断器式刀开关3转换开关组合开关主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路的切换换向开关4主令电器按钮主要用于发布命令或程序控制限位开关微动开关接近开关万能转换开关5接触器交流接触器主要用于远距离频繁控制负荷，切断带负荷电路直流接触器6起动器磁力起动器主要用于电动机的起动星三角起动器自耦减压起动器7控制器凸轮控制器主要用于控制回路的切换平面控制器8继电器电流继电器主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号电压继电器时间继电器中间继电器温度继电器热继电器9熔断器有填
5、料熔断器主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护无填料熔断器半封闭插入式熔断器快速熔断器自复熔断器10电磁铁制动电磁铁主要用于起重、牵引、制动等地方起重电磁铁牵引电磁铁对低压配电电器要求是灭弧能力强、分断能力好，热稳定性能好、限流准确等。对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、寿命长并具有一定的负载能力。5.接触器，是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。它还具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制
6、线路中使用最广泛的电器元件。按照所控制电路的种类、接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。6.交流接触器交流接触器结构与工作原理如图30所示为交流接触器的外形与结构示意图。交流接触器由以下四部分组成：图30 CJ10-20型交流接触器1一灭弧罩 2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心 10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点（1）电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。（2）触点系统 包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点辅助触点用于控制
7、电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。（3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。（4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。7交流接触器
8、的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。1 按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。2 按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝
9、缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V等一些特殊的场合。按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。8交流接触器的基本参数（1）额定电压 指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。常用的额定电压值为220V、380V、660V等。（2）额定电流 接触器触
10、点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。（3）通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断能力是额定电流的510倍。当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。（4）动作值 可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合
11、后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85，释放电压不高于线圈额定电压的70%（5）吸引线圈额定电压 接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。（6）操作频率 接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大57倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。（7）寿命 包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%
12、20。9.直流接触器直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。10接触器的型号说明例如：CJl0Z-403 为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A主触点为3极。CJl2T-2503为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，3个主触点。我国生产的交流接触器常用的有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列产品，CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对
13、。直流接触器常用的有CZ0系列，分单极和双极两大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足IEC标准的交流接触器，下面作以简单介绍。CJl2B-S系列锁扣接触器用于交流50Hz，电压380V及以下、电流600A及以下的配电电路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。其锁扣机构位于电磁系统的下方。锁扣机构靠吸引线圈通电，吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。由于线圈不通电，不仅无电力损耗，而且消除了磁噪音。 由德国引进的西门子公司的3TB系列、BBC公司的B系列交流接
14、触器等具有80年代初水平。它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。3TB系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。额定电压为220660V，额定电流为9630A。11.接触器的选用交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤：12选择接触器的类型交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1 、AC2 、AC3和AC4 。一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断
15、；四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。13选择接触器的额定参数根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。3）对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2
16、型的接触器。为了保证电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。4）对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达60012000次h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等
17、。7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑(起动电流)，直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJl0、CJ20等。8）由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.11.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。9）接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可
18、将接触器的额定电流减小30%使用。10）在铁心端面上嵌装一个叫做短路环的（又称为分磁环）的闭合铜环可以有效地消除噪声。14.常用的继电器 （1）时间继电器，又叫电磁式时间继电器。工作原理，仔细听我讲解填在下面的框格里。时间继电器分为两种继电器：通电延时时间继电器断电延时时间继电器。十二讲的时候仔细讲解及其具体用法。16.时间继电器的选用选用时间继电器时应注意：其线圈(或电源)的电流种类和电压等级应与控制电路相同；按控制要求选择延时方式和触点型式；校核触点数量和容量，若不够时，可用中间继电器进行扩展。时间继电器新系列产品JS14A系列、JS20系列半导体时间继电器、JS14P系列数字式半导体继电
19、器等量具有体积小、延时精度高、寿命长、工作稳定可靠、安装方便、触点输出容大和产品规格全等优点，广泛用于电力拖动、顺序控制及各种生产过程的自动控制中。17.数字式时间继电器的用法，我们这里有两种时间继电器，通电延时时间继电器与断电延时时间继电器。18.热继电器(FR)主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护。电动机在实际运行中，常会遇到过载情况，但只要过载不严重、时间短，绕组不超过允许的温升，这种过载是允许的。但如果过载情况严重、时间长，则会加速电动机绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，甚至烧毁电动机，因此必须对电动机进行过载保护。（1）继电器结构与工作原理 热继电器主要由热元件、双金属片和触点
20、组成，如图31所示，热元件由发热电阻丝做成。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属辗压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形。使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机的控制电路中。图31 热继电器原理示意图1-热元件 2-双金属片 3-导板 4-触点复位当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使热继电器的触点动作。当电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触点断开，从而切断电动机控制电路以起保护作用。热继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后按下复位按钮复位。热继电器动作电流的调节可以借助旋转凸轮于不同位置来实现。（2）热继电器的型
21、号及选用 我国目前生产的热继电器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JRl5、JRl6等系列，JRl、JR2系列热继电器采用间接受热方式，其主要缺点是双金属片靠发热元件间接加热，热偶合较差；双金属片的弯曲程度受环境温度影响较大，不能正确反映负载的过流情况。JRl5、JRl6等系列热继电器采用复合加热方式并采用了温度补偿元件，因此较能正确反映负载的工作情况。JRl、JR2、JR0和JRl5系列的热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和Y联结定子绕组的三相异步电动机的断相保护，但不能用作定子绕组为联结的三相异步电动机的断相保护。JRl6和JR20
22、系列热继电器均有带有断相保护的热继电器，具有差动式断相保护机构。热继电器的选择主要根据电动机定子绕组的联结方式来确定热继电器的型号，在三相异步电动机电路中，对Y联结的电动机可选两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构的热继电器，即在两相主电路中串接热元件。对于三相感应电动机，定子绕组为联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。19.速度继电器图32 速度继电器结构原理图1-转子 2-电动机轴 3-定子 4-绕组5-定子柄 6-静触点 7-动触点 8-簧片从结构上看，与交流电机相类似，速度继电器主要由定子、转子和触点三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机相似，是一个笼型空心圆环，由硅钢片冲压而
23、成，并装有笼型绕组。转子是一个圆柱形永久磁铁。速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触点，使常闭触点断开、常开触点闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触点也复原。速度继电器根据电动机的额定转速进行选择。20.可编程逻辑控制继电器可编程通用逻辑控制继电器是近几年发展应用的一种新型通用逻辑控制继电器亦称通用逻辑控制模块，它将控制程序预先存储在内部存储器中，用户程序采用梯形图或功能图语
24、言编程，形象直观，简单易懂，由按钮、开关等输入开关量信号。通过执行程序对输入信号进行逻辑运算、模拟量比较、计时、计数等，另外还有显示参数、通信、仿真运行等功能，其内部软件功能和编程软件可替代传统逻辑控制器件及继电器电路，并具有很强的抗干扰抑制能力。另外，其硬件是标准化的，要改变控制功能只需改变程序即可。因此，在继电逻辑控制系统中，可以“以软代硬”替代其中的时间继电器、中间继电器、计数器等，以简化线路设计，并能完成较复杂的逻辑控制，甚至可以完成传统继电逻辑控制方式无法实现的功能。因此，在工业自动化控制系统、小型机械和装置、建筑电器等广泛应用在智能建筑中适用于照明系统、取暖通风系统、门、窗、栅栏和
25、出入口等的控制。常用产品主要有德国金钟-默勒公司的Easy，西门子公司的LOGO、日本松下公司的可选模式控制器一控制存储式继电器等。21刀开关和低压断路器开关有有载运行操作、无载运行操作、选择性运行操作之分；又有正面操作、侧面操作、背面操作几种；还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分。刀口接触有面接触和线接触两种，线接触形式，刀片容易插入，接触电阻小，制造方便。开关常采用弹簧片以保证接触良好。A. 低压刀开关常用的HD系列和HS系列刀开关的外形如图33所示。刀开关的图形。现在大部分不采用刀开关，而是采用我们后面讲到的断路器。利于电路的安全可靠工作。图33 HD系列、HS系列刀开关外形图a）HD系列刀
26、开关； b)HS系列刀开关B低压断路器1）结构和工作原理图34 低压断路器工作原理图1-主触点 2-自由脱扣机构 3-过电流脱扣器 4-分励扣器脱5-热脱扣器 6-欠电压脱扣器 7-停止按钮2）低压断路器的选用原则 N应等于或大于被保护线路的额定电压22.熔断器A.常用的熔断器如下图所示。插入式熔断器、螺旋式熔断器、无填料密闭管式熔断器、有填料密闭管式熔断器。图37 无填料密闭管式熔断器：1-铜圈 2-熔断管 3-管帽 4-插座 5-特殊垫圈 6-熔体 7-熔片图36 螺旋式熔断器1-底座 2-熔体 3-瓷帽图35 插入式熔断器1-动触点 2-熔体 3-瓷插件 4-静触点 5-瓷座IRN-熔体
27、额定电流；IN-电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。IRN (1.52.5)IN max+ININ max-容量最大单台电机的额定电流。IN其余.电动机额定电流之和。图38 有填料封闭管式熔断器1-瓷底座 2-弹簧片 3-管体 4-绝缘手柄 5-熔体表5 熔断电流与熔断时间之间的关系熔断电流1.251.3IN1.6 IN2 IN2.5 IN3 IN4 IN熔断时间1h40s8s4.5s2.5s23.主令电器A.控制按钮图39 按钮开关结构示意图 1-按钮帽 2-复位弹簧 3-动触点 4-常开静触点 5-常闭静触点 图41 滚轮式行程开关1-
28、滚轮 2-上转臂 3、5、11-弹簧 4-套架 6-滑轮 7-压板 8、9-触点 10-横板图40 直动式行程开关 1-推杆 2-弹簧 3-动断触点 4-动合触点B.接近开关、主令控制器、万能转换开关。如下图所示。图42微动式行程开关 1.推杆 2.弹簧 3.压缩弹簧4.动断触点 5.动合触点图44 凸轮可调式主令控制器 a)外形图 b)结构原理图 1-凸轮块 2-动触点 3-静触点 4-接线端子 5-支杆 6-转动轴 7-凸轮块 8-小轮图43 万能转换开关图二、常用低压电器电路符号电器的图形符号目前执行国家标准GB 472885电气图用图形符号，也是根据IEC国际标准制定的。该标准给出了大
29、量的常用电器图形符号，表示产品特征。通常用比较简单的电器作为一般符号。对于一些组合电器，不必考虑其内部细节时可用方框符号表示，如表1-4中的整流器、逆变器、滤波器等。国家标准GB 472885的一个显著特点就是图形符号可以根据需要进行组合，在该标准中除了提供了大量的一般符号之外，还提供了大量的限定符号和符号要素，限定符号和符号要素不能单独使用，它相当于一般符号的配件。将某些限定符号或符号要素与一般符号进行组合就可组成各种电气图形符号，三、怎么选用常用的电器元件：a 交流接触器怎么选用：b热元件怎么选用及怎么整定：c熔断器怎么选用：d开关及断路器怎么选用：电工口诀：直接启动配开关，六倍千瓦单位安。四倍千瓦配熔体，三倍千瓦配电源。电机供电接触器，规格使用电流计。最小等于电机流，两倍容量就可以。反复启动正反转，增加一级才安全。电动机选热元件，一点二五额流算。一倍额流来整定，过载保护有保证。
