低压电器基础知识

1、低压电器低压电器的基础知识的基础知识 第一章 低压电器的简介 第二章 低压电器的电磁机构及执行机构 第三章 低压电器产品符及输配线电路图 主要内容 低压电器的简介第一部分 一、低压电器定义一、低压电器定义： 低压电器：通常是指在低压配电系统和控制系统中 起开关、控制、保护、检测、显示和报警等作用的 元件或装置。 低压电器的范畴：我国把交流交流1000V1000V以下，直流以下，直流 1500V1500V以下作为低压电器以下作为低压电器的范畴。 作用：在电路中起通断、保护、控制或调节作用 二、二、电器的基本结构电器的基本结构 电器的基本结构主要由三个环节组成：电器的基本结构主要由三个环节组成：

2、1. 1.感应机构感应机构 主要任务是接受输入信号，如电压、电流、功率、频率等。主要任务是接受输入信号，如电压、电流、功率、频率等。 2. 2.中间机构中间机构 主要任务是将输入信号变换、放大及传递等给执行机构。主要任务是将输入信号变换、放大及传递等给执行机构。 3. 3.执行机构执行机构 主要任务是接受中间机构传递来的信号而动作，以实现变换控制主要任务是接受中间机构传递来的信号而动作，以实现变换控制 、保护、检测电路等职能。、保护、检测电路等职能。 电器电器基本基本构成框图构成框图 三、三、 低压电器的主要技术参数低压电器的主要技术参数 1 1额定电压额定电压 在规定条件下，保证电器正常工作

3、的工作电压值。在规定条件下，保证电器正常工作的工作电压值。 2 2额定电流额定电流 在规定条件下，保证开关电器正常工作的电流值。在规定条件下，保证开关电器正常工作的电流值。 3 3操作频率与通电持续率操作频率与通电持续率 开关电器每小时内可能实现的最高操作循环次数称开关电器每小时内可能实现的最高操作循环次数称 为操作频率。为操作频率。 通电持续率通电持续率TD%TD%是电器工作于断续周期工作制时有是电器工作于断续周期工作制时有 载时间载时间t t1 1与工作周期与工作周期t t之比，通常以百分数表示，之比，通常以百分数表示， TD%=TD%=t t1 1/ /t t 。 4 4机械寿命和电寿命

4、机械寿命和电寿命 机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承 受的无载操作次数，称为机械寿命。受的无载操作次数，称为机械寿命。 在正常工作条件下，机械开关电器无需修理或更换在正常工作条件下，机械开关电器无需修理或更换 零件的负载操作次数称为电寿命。零件的负载操作次数称为电寿命。 四、四、 低压电器的型号表示法低压电器的型号表示法 国产常用低压电器的全型号组成形式如下：国产常用低压电器的全型号组成形式如下： 低压电器型号举例说明： （1）HD1360031。HD表示单刀开关，13表示设计 代号，说明是侧方正面操作机构式，600表示额定电流为 600A

5、，31中3表示为3极，1表示为带灭弧罩。 （2）CZ010020。CZ表示直流接触器，0表示设计代 号，100表示额定电流为100A，20中的2表示带有两个常 开主触头，0表示没有常闭主触头。全型号代表名称为： 100A直流接触器，带有两个常开主触头。 五、低压电器的选用原则五、低压电器的选用原则 1 1安全原则安全原则 安全可靠是对任何电器的基本要求，保证电路和用电设安全可靠是对任何电器的基本要求，保证电路和用电设 备的可靠运行是正常生活与生产的前提。例如用手操作备的可靠运行是正常生活与生产的前提。例如用手操作 的低压电器要确保人身安全；金属外壳要有明显接地标的低压电器要确保人身安全；金属外

6、壳要有明显接地标 志等等。志等等。 2 2经济原则经济原则 经济性包括电器本身的经济价值和使用该种电器产生的经济性包括电器本身的经济价值和使用该种电器产生的 价值。前者要求合理适用，后者必须保证运行可靠，不价值。前者要求合理适用，后者必须保证运行可靠，不 能因故障而引起各类经济损失。能因故障而引起各类经济损失。 3 3选用低压电器的注意事项选用低压电器的注意事项 （1 1）明确控制对象的分类和使用环境。）明确控制对象的分类和使用环境。 （2 2）明确有关的技术数据，如控制对象的额定电压、）明确有关的技术数据，如控制对象的额定电压、 额定功率、操作特性、起动电流倍数和工作制等。额定功率、操作特性

7、、起动电流倍数和工作制等。 （3 3）了解电器的正常工作条件，如周围温度、湿度、）了解电器的正常工作条件，如周围温度、湿度、 海拔高度、震动和防御有害气体等。海拔高度、震动和防御有害气体等。 （4 4）了解电器的主要技术性能，如用途、种类、控制）了解电器的主要技术性能，如用途、种类、控制 能力、通断能力和使用寿命等。能力、通断能力和使用寿命等。 六六、 对低压电器提出的主要对低压电器提出的主要要求要求 对低压电器提出的主要要求可以概括为：对低压电器提出的主要要求可以概括为： 一对矛盾：开与关一对矛盾：开与关工作可靠性；工作可靠性； 两项要求：机械寿命和电寿命；两项要求：机械寿命和电寿命； 三个

8、环节：感应机构、中间机构和执行机构；三个环节：感应机构、中间机构和执行机构； 四种状态：闭合状态、开断过程、断开状态、关合过程四种状态：闭合状态、开断过程、断开状态、关合过程 。 低压电器的电磁机构及执行机构第二部分 一、执行机构一、执行机构 （一）接触系统（一）接触系统 有触点电器的接触系统是可分合接触联结，其可动部有触点电器的接触系统是可分合接触联结，其可动部 分叫做动触头，而另一部分叫做静触头。分叫做动触头，而另一部分叫做静触头。 按触头的接触形式可划分为点接触、线接触和面接触按触头的接触形式可划分为点接触、线接触和面接触 三种。三种。 点接触允许通过的电流较小，常用于继电器电路或辅点接

9、触允许通过的电流较小，常用于继电器电路或辅 助触点。线接触和面接触允许通过的电流较大，常用于大助触点。线接触和面接触允许通过的电流较大，常用于大 电流场合，如刀开关、接触器的主触点等。电流场合，如刀开关、接触器的主触点等。 图图1 13 3 触头的三种接触形式触头的三种接触形式 a) a) 点接触点接触 b b）线接触）线接触 c c）面接触）面接触 图图1-4 1-4 不同接触形式的触头结构不同接触形式的触头结构 a) a)采用点接触的桥式触头采用点接触的桥式触头 b)b)采用面接触的桥式触头采用面接触的桥式触头 c) c)采用线接触的指形触头采用线接触的指形触头 （二）接触系统的静态机械特

10、性与参数二）接触系统的静态机械特性与参数 触头触头每工作一次（接通与断开），经历四个工作状态：每工作一次（接通与断开），经历四个工作状态： 1. 1. 断开状态断开状态 如图如图1-5a 1-5a 所示，要求动、静触头间的距离所示，要求动、静触头间的距离S1S1足够大，足够大， 保证在线路规定的容许电压与电流作用下，不致发生击穿或保证在线路规定的容许电压与电流作用下，不致发生击穿或 电弧重燃现象。电弧重燃现象。 2. 2. 关合过程关合过程 如图如图1-51-5b b、c c、d d 所示，从断开状态到闭合状态的转换所示，从断开状态到闭合状态的转换 过程，要求动触头具有一定的关合速度过程，要求

11、动触头具有一定的关合速度V1V1，藉以保证，藉以保证触头触头 迅速迅速可靠地接通，而可靠地接通，而不致引起严重的碰撞弹跳现象。不致引起严重的碰撞弹跳现象。 3. 3.闭合状态闭合状态 如图如图1-5d 1-5d 所示，要求触头所示，要求触头稳定可靠地接通负载线路，稳定可靠地接通负载线路， 并且要求触头在通过容许电流值时，不致发生熔焊、烧并且要求触头在通过容许电流值时，不致发生熔焊、烧 损，甚至不导通现象。损，甚至不导通现象。 4. 4.开断过程开断过程 如图如图1-5c1-5c、b b、a a 所示，从闭合状态到断开状态的转换所示，从闭合状态到断开状态的转换 过程，要求动触头具有一定的开断速度

12、，以保证触头迅速过程，要求动触头具有一定的开断速度，以保证触头迅速 可靠地分开及切断负载线路。可靠地分开及切断负载线路。 在工作过程中，触头具有下列四个主要参数：在工作过程中，触头具有下列四个主要参数： （1 1）触头间隙）触头间隙 指动、静触头间的最短距离，如图指动、静触头间的最短距离，如图1-5a 1-5a 中中S1S1所示，它主要取决于所示，它主要取决于工作线路中电压与电流值，还受工作线路中电压与电流值，还受 工作环境的影响，如周围气体的性质、密度、温度等。工作环境的影响，如周围气体的性质、密度、温度等。 （2 2）触头超行程）触头超行程 从动、静触头刚接触开始到衔铁完全从动、静触头刚接

13、触开始到衔铁完全 吸合为止，触头弹簧又被压缩的一段长度，如图吸合为止，触头弹簧又被压缩的一段长度，如图1-5a1-5a、d d 中中 所示，它保证触头经过一定程度的磨损及遭受振动所示，它保证触头经过一定程度的磨损及遭受振动 时，仍能时，仍能可靠地接通线路。可靠地接通线路。 （3 3）触头的初压力）触头的初压力Fc1Fc1 指动、静触头刚刚接触时，两触指动、静触头刚刚接触时，两触 头之间的互压力。头之间的互压力。 （4 4）触头的终压力）触头的终压力Fc2Fc2 指在完全闭合位置时，动、静触指在完全闭合位置时，动、静触 头之间的互压力。头之间的互压力。 如果考虑到触头弹簧、恢复弹簧与运动部分质量

14、时，如果考虑到触头弹簧、恢复弹簧与运动部分质量时， 则可得出接触系统的静态机械特性，如图则可得出接触系统的静态机械特性，如图1-61-6所示，将触头所示，将触头 弹簧特性和恢复弹簧与运动部分质量特性相叠加即得机械弹簧特性和恢复弹簧与运动部分质量特性相叠加即得机械 特性。特性。 图图1-5 1-5 触头系统工作的四个工作状态触头系统工作的四个工作状态 a) a) 断开状态断开状态 b)b)、c) c) 工作过程工作过程 d) d) 闭合状态闭合状态 图图1-6 1-6 接触系统的机械特性接触系统的机械特性 （三）载流触头的（三）载流触头的开断过程开断过程 当载流触头间刚出现断口时，两触头间距离极

15、小，电场当载流触头间刚出现断口时，两触头间距离极小，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，这击中性气体分子，使之激励和游离，产生正离子和电子，这 些电子在强电场作用下继续向阳极移动时还要撞击其他中性些电子在强电场作用下继续向阳极移动时还要撞击其他中性 分子。分子。 因此，在触头间隙中产生了大量的带电粒子，使气体导因此，在触头间隙中产生了大量的带电粒子，使气体导 电形成

16、了炽热的电子流即电弧。电弧产生高温并发出强光，电形成了炽热的电子流即电弧。电弧产生高温并发出强光， 它常常造成它常常造成触头的烧损触头的烧损、熔焊熔焊等故障，延长了电路的切断时等故障，延长了电路的切断时 间。应采取措施熄灭或减少有害电弧。间。应采取措施熄灭或减少有害电弧。 （四）常用灭弧措施（四）常用灭弧措施 1. 1.电动力灭弧电动力灭弧 一般用于交流接触器等交流电器。一般用于交流接触器等交流电器。 桥式结构双断口触头系统就是在一个回路中有两个产桥式结构双断口触头系统就是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。生和断开电弧的间隙。当触点打开时，在断口中产生电

17、弧。 触头触头1 1和和2 2在弧区内产生图中所示的磁场，根据左手定则，在弧区内产生图中所示的磁场，根据左手定则， 电弧电流受到一个向外的力电弧电流受到一个向外的力F F的作用，迅速离开触点而熄灭。的作用，迅速离开触点而熄灭。 电弧的这种运动：（电弧的这种运动：（1 1）使电弧本身被拉长；）使电弧本身被拉长； （2 2）电弧穿越冷却介质时，受到较强的冷却作用；）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。最主要的还是两断口处的每一电极这都有助于熄灭电弧。最主要的还是两断口处的每一电极 近旁，在交流过零时都能出现近旁，在交流过零时都能出现150150250V250V的介质绝缘强

18、度。的介质绝缘强度。 图图1-7 1-7 双断口结构的电动力双断口结构的电动力 吹弧效应吹弧效应 1 1静触头静触头 2 2动触头动触头 33电弧电弧 图图1-8 1-8 磁吹灭弧原理磁吹灭弧原理 1 1磁吹线圈磁吹线圈 2 2铁芯铁芯 3 3导磁夹板导磁夹板 4 4引弧角引弧角 5 5灭弧罩灭弧罩 6 6动触头动触头 7 7磁场方向磁场方向 8 8静触头静触头 2. 2. 磁吹灭弧装置磁吹灭弧装置 灭弧装置设有与触点串联的灭弧装置设有与触点串联的磁吹线圈磁吹线圈，电弧在吹弧线，电弧在吹弧线 圈的作用下受力拉长，从触点间吹离，加速了冷却而熄灭。圈的作用下受力拉长，从触点间吹离，加速了冷却而熄灭

19、。 为了加强灭弧效果，在线圈中央穿有铁芯，其两端平为了加强灭弧效果，在线圈中央穿有铁芯，其两端平 行地设置夹着灭弧室的导磁钢板。行地设置夹着灭弧室的导磁钢板。 串联磁吹线圈的吹弧效果仅在触头分断大电流时很明串联磁吹线圈的吹弧效果仅在触头分断大电流时很明 显，分断小电流时则效果较差，往往要同时采取几种灭弧显，分断小电流时则效果较差，往往要同时采取几种灭弧 措施。措施。 3. 3. 弧罩与纵缝灭弧装置弧罩与纵缝灭弧装置 灭弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。灭弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。 作用作用：（：（1) 1)引导电弧纵向吹出，防止发生相间短路；引导电弧纵向吹出，防止发

20、生相间短路； (2)(2)使电弧与灭弧室的绝缘壁接触（窄缝），从而迅使电弧与灭弧室的绝缘壁接触（窄缝），从而迅 速冷却，增强去游离作用，迫使电弧熄灭。速冷却，增强去游离作用，迫使电弧熄灭。 4. 4.栅片灭弧装置栅片灭弧装置 分为绝缘栅片与金属栅片两种。分为绝缘栅片与金属栅片两种。 （1 1）绝缘栅片：借助它拉长电弧，并在与绝缘栅片紧）绝缘栅片：借助它拉长电弧，并在与绝缘栅片紧 密接触的过程中迅速冷却；密接触的过程中迅速冷却； （2 2）金属栅片：片间是互相绝缘的，电弧进入栅片）金属栅片：片间是互相绝缘的，电弧进入栅片 后，被截割成多段短弧，使每段短弧上的电压达不到燃弧电后，被截割成多段短弧，

21、使每段短弧上的电压达不到燃弧电 压。金属栅片为钢质，具有冷却作用，使电弧迅速熄灭。压。金属栅片为钢质，具有冷却作用，使电弧迅速熄灭。 如图如图1-101-10所示。多用于低压交流开关电器。所示。多用于低压交流开关电器。 图图1-9 1-9 窄缝灭弧室的断面图窄缝灭弧室的断面图图图1-10 1-10 栅片灭弧装置栅片灭弧装置 1 1动触头动触头 2 2静触头静触头 3 3栅片栅片 4 4栅片剖面栅片剖面 5. 5.喷流熄弧法喷流熄弧法 压力流弧技术是灭弧的一种新观念。灭弧罩采用新材压力流弧技术是灭弧的一种新观念。灭弧罩采用新材 料料( (如如BMCBMC材料材料) )，在电弧高温环境作用下产生气

22、体和压力，在电弧高温环境作用下产生气体和压力 喷流。采用带有出气口的半封闭灭弧小室，使产生的气体喷流。采用带有出气口的半封闭灭弧小室，使产生的气体 返回出气口，在室内形成压差驱动电弧，喷流熄弧。返回出气口，在室内形成压差驱动电弧，喷流熄弧。 该方法常与栅片灭弧装置组合使用，如日本富士该方法常与栅片灭弧装置组合使用，如日本富士SCSC系系 列新型接触器、三菱电机的断路器等。列新型接触器、三菱电机的断路器等。 其它：其它：6. 6.真空灭弧：真空断路器；真空灭弧：真空断路器； 7. 7.石英砂灭弧：有填料式熔断器；石英砂灭弧：有填料式熔断器； 8. 8.变压器油灭弧：少油断路器。变压器油灭弧：少油

23、断路器。 二、电磁机构二、电磁机构 电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，如图电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，如图1-111-11所示。所示。 原理：当线圈通入电流之后，铁心和衔铁的端面上出现了原理：当线圈通入电流之后，铁心和衔铁的端面上出现了 不同极性的磁极，彼此相吸，使衔铁向铁心运动，由连动不同极性的磁极，彼此相吸，使衔铁向铁心运动，由连动 机构带动触头动作。机构带动触头动作。 （一）铁心和衔铁的结构形式（一）铁心和衔铁的结构形式 常用的结构形式有常用的结构形式有E E形、螺管式和拍合式等。形、螺管式和拍合式等。 1.E1.E形（含形（含U U形）电磁机构形）电磁机构 有单有单E E形和双形和双

24、E E形之分。形之分。 多用于交流继电器、交流接触器等交流电磁机构中。多用于交流继电器、交流接触器等交流电磁机构中。 大容量的多采用大容量的多采用U U形，也有单形，也有单U U形和双形和双U U形之分。形之分。 图图1-11 1-11 电磁机构的结构形式电磁机构的结构形式 a) a)螺管式螺管式 b)b)单单E E形形 c) c) 拍合式拍合式 d) d)装甲装甲螺管式螺管式 e) e)单单U U形形 f) f) 单单U U形转动式形转动式 g) g) 双双E E形转动式形转动式 2. 2.螺管式电磁机构螺管式电磁机构 多用作牵引电磁铁和自动开关的操作电磁铁，但也有多用作牵引电磁铁和自动开关

25、的操作电磁铁，但也有 少数过电流继电器采用这种形式的电磁铁。少数过电流继电器采用这种形式的电磁铁。 3. 3.拍合式电磁机构拍合式电磁机构 广泛用于直流继电器和直流接触器。有时也用于交流广泛用于直流继电器和直流接触器。有时也用于交流 继电器。继电器。 （二）线圈（二）线圈 按通入线圈电源的种类不同，分为直流线圈按通入线圈电源的种类不同，分为直流线圈和交流线圈和交流线圈 。 按励磁形式，可分串联和并联两种。按励磁形式，可分串联和并联两种。 电流线圈串接在主电路中，匝数较少，电流较大，常用电流线圈串接在主电路中，匝数较少，电流较大，常用 扁铜条或粗铜线绕制；扁铜条或粗铜线绕制； 电压线圈并接在电源

26、上，匝数多，阻抗大，电流较小，电压线圈并接在电源上，匝数多，阻抗大，电流较小， 常用绝缘较好的电磁线绕制。常用绝缘较好的电磁线绕制。 从结构上来看，线圈可分为有骨架的和无骨架的两种。从结构上来看，线圈可分为有骨架的和无骨架的两种。 交流交流电磁机构与直流电磁机构的区别：电磁机构与直流电磁机构的区别： （1 1）从结构上来看，交流电磁铁的线圈有骨架式；）从结构上来看，交流电磁铁的线圈有骨架式； 因为铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为防止热量传给线圈因为铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为防止热量传给线圈 。 直流电磁铁的线圈多是无骨架的。直流电磁铁的线圈多是无骨架的。 （2 2）交流电磁铁的结构：粗短型（

27、减少铁心与线圈的）交流电磁铁的结构：粗短型（减少铁心与线圈的 接触面，以满足散热的需要）；接触面，以满足散热的需要）； 直流：细长型。直流：细长型。 （3 3）交流电磁铁的铁心由硅钢片叠加，以减少涡流、）交流电磁铁的铁心由硅钢片叠加，以减少涡流、 磁滞损耗；磁滞损耗； 直流电磁铁的铁心一般由整块钢制成。直流电磁铁的铁心一般由整块钢制成。 （三）电磁吸力与吸力特性（三）电磁吸力与吸力特性 电磁机构线圈通电后，铁心吸引衔铁的力称为电磁机构线圈通电后，铁心吸引衔铁的力称为电磁吸力电磁吸力 。 根据能量平衡得电磁吸力计算公式为：根据能量平衡得电磁吸力计算公式为： （1-1a1-1a） 式中式中 F F 电磁吸力（电磁吸力（N N）；）； U U 气隙磁压降（气隙磁压降（ATAT）；）； 气隙总磁导（气隙总磁导（H H）；）； 气隙（气隙（m m）。）。 d d UF 2 2 1 低压电器产品符及输配线电路图第三部分 1 1、低压电器、低压电器产品符号产品符号 隔离开关隔离开关 断路器断路器 接触器接触器 热过载继电器热过载继电器 低压电器低压电器产品符号产品符号 按扭按扭 熔断器式刀开关熔断器式刀开关 2 2输