第一章 低压电器

1、第一章第一章 常用低压电器常用低压电器第一节第一节 概述概述第二节第二节 常用低压电器的基本问题常用低压电器的基本问题第三节第三节 接触器接触器第四节第四节 控制继电器控制继电器第五节第五节 其它常用电器其它常用电器第一章第一章 低压电器低压电器 电器电器是一种常用的电气设备，它能根据外界特是一种常用的电气设备，它能根据外界特定的信号和要求，自动和手动接通或断开电路，断定的信号和要求，自动和手动接通或断开电路，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、变换和调节。的切换、控制、保护、检测、变换和调节。 电气化电气化是指为

2、了提高劳动生产率，减轻体力劳是指为了提高劳动生产率，减轻体力劳动，把电力广泛地应用到所有国民经济地领域里，动，把电力广泛地应用到所有国民经济地领域里，特别是用做机器的动力。特别是用做机器的动力。 根据我国电工专业范围的划分与分工，低压根据我国电工专业范围的划分与分工，低压电器（电器（low-voltage apparatus）标准规定，标准规定，低压电低压电器器通常是指额定电压在直流通常是指额定电压在直流1500 V及其以下及其以下、 交交流流1200 V及其以下的电路中起通断、控制、保护及其以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备，以及利用电能来控制保和调节作用的电气设备，以及利用

3、电能来控制保护和调节非电过程和非电装置的用电装备。护和调节非电过程和非电装置的用电装备。 采用电磁原理构成的低压电器元件，称为采用电磁原理构成的低压电器元件，称为电电磁式低压电器磁式低压电器。 利用集成电路或电子元件构成的低压电器元利用集成电路或电子元件构成的低压电器元件，称为件，称为电子式低压电器电子式低压电器。 利用现代控制原理构成的低压电器元件或利用现代控制原理构成的低压电器元件或装装置，称为置，称为自动化电器自动化电器、智能化电器智能化电器或或通信电器通信电器。 根据电器的控制原理、结构原理及用途，又根据电器的控制原理、结构原理及用途，又可分为可分为终端组合式电器终端组合式电器、智能化

4、电器智能化电器和和模数化电模数化电器器等。等。 低压电器作为基本元器件广泛应用于发电厂、低压电器作为基本元器件广泛应用于发电厂、变电所、工矿企业、交通运输和国防工业等的电变电所、工矿企业、交通运输和国防工业等的电力输配电系统和电力拖动控制系统中。随着工农力输配电系统和电力拖动控制系统中。随着工农业生产的不断发展，供电系统的容量不断扩大，业生产的不断发展，供电系统的容量不断扩大，低压电器的额定电压等级范围有相应提高的趋势。低压电器的额定电压等级范围有相应提高的趋势。同时，电子技术也将日益广泛地用于低压电器中。同时，电子技术也将日益广泛地用于低压电器中。 第一节第一节 概述概述 一、常用低压电器的

5、分类一、常用低压电器的分类 低压电器种类繁多，功能多样，用途广泛，低压电器种类繁多，功能多样，用途广泛，结构各异。其分类方法亦很多，常用分类方法有结构各异。其分类方法亦很多，常用分类方法有以下几种。以下几种。 （一）按用途分类（一）按用途分类 1、控制电器：用于各种控制电器和控制系、控制电器：用于各种控制电器和控制系统的电器。如手动电器有转换开关、控制按钮等；统的电器。如手动电器有转换开关、控制按钮等；自动电器有接触器、继电器、电磁阀等；自动保自动电器有接触器、继电器、电磁阀等；自动保护电器有热继电器、熔断器等。护电器有热继电器、熔断器等。 2、配电电器：用于电能输送和分配的电器，、配电电器：

6、用于电能输送和分配的电器，如刀开关、熔断器、低压断路器等。如刀开关、熔断器、低压断路器等。 3、执行电器：用于完成某种动作或传送功、执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。 4、可通信低压电器：带有计算机接口和通、可通信低压电器：带有计算机接口和通信接口，可与计算机网络连接的电器，如智能化信接口，可与计算机网络连接的电器，如智能化断路器，智能化接触器及电动机控制器等。断路器，智能化接触器及电动机控制器等。 5、终端电器：用于线路末端的一种小型化、终端电器：用于线路末端的一种小型化、模数化的组合式开关电器，可根据需要组合成具模数化的组

7、合式开关电器，可根据需要组合成具有对电路和用电设备进行配电、保护、控制、调有对电路和用电设备进行配电、保护、控制、调节、报警等功能的电路设备，包括各种智能单元、节、报警等功能的电路设备，包括各种智能单元、信号指示器、防护外壳和附件等。信号指示器、防护外壳和附件等。 （二）按应用场合分类（二）按应用场合分类 1、一般用途低压电器：也称为基本系列低、一般用途低压电器：也称为基本系列低压电器，是在正常工作条件下工作的低压电器。这压电器，是在正常工作条件下工作的低压电器。这类电器用于电力系统，冶金企业、机器制造业及其类电器用于电力系统，冶金企业、机器制造业及其他工业的配电系统、电力拖动系统以及自动控制

8、系他工业的配电系统、电力拖动系统以及自动控制系统。其他各类低压电器一般是在此类低压电器的基统。其他各类低压电器一般是在此类低压电器的基础上派生出来的。础上派生出来的。 2、矿用低压电器：具有防爆功能，适用于、矿用低压电器：具有防爆功能，适用于含煤尘及甲烷等爆炸性气体的环境。含煤尘及甲烷等爆炸性气体的环境。 3、化工用低压电器：具有防腐蚀功能，适、化工用低压电器：具有防腐蚀功能，适用于有腐蚀性气体和粉尘的场所。用于有腐蚀性气体和粉尘的场所。 4、船用低压电器：具有耐颠簸、振动和冲、船用低压电器：具有耐颠簸、振动和冲击功能，能在很大的倾斜条件下工作，而且耐潮击功能，能在很大的倾斜条件下工作，而且耐

9、潮湿，能抵抗盐雾和霉菌的侵蚀。湿，能抵抗盐雾和霉菌的侵蚀。 5、牵引低压电器：常用于电力机车，其工、牵引低压电器：常用于电力机车，其工作环境温度较高，能耐倾斜、振动和冲击。作环境温度较高，能耐倾斜、振动和冲击。 6、航空低压电器：能在任何位置上可靠地、航空低压电器：能在任何位置上可靠地工作，体积小，重量轻，耐冲击和振动。工作，体积小，重量轻，耐冲击和振动。 （三）按操作方式分类（三）按操作方式分类 可分为手动电器和自动电器。可分为手动电器和自动电器。手动电器手动电器属于属于非自动切换的开关电器，如按钮、刀开关、转换开非自动切换的开关电器，如按钮、刀开关、转换开关、行程开关和主令电器等。关、行程

10、开关和主令电器等。 自动电器自动电器有接触器、继电器和断路器等。有接触器、继电器和断路器等。操作方式操作方式有人力操作、人力储能操作、电磁铁操有人力操作、人力储能操作、电磁铁操作、电动机操作和气动操作等。作、电动机操作和气动操作等。 （四）按使用系统分类（四）按使用系统分类 1、自动控制电力拖动系统用电器：有接触、自动控制电力拖动系统用电器：有接触器、起动器和控制继电器等。对这类电器的主要器、起动器和控制继电器等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力、操作频率高、电技术要求是有一定的通断能力、操作频率高、电气和机械寿命长等。气和机械寿命长等。 2、电力系统用电器：有断路器、熔断器等。、电

11、力系统用电器：有断路器、熔断器等。对这类电器的主要技术要求是通断能力强、限流对这类电器的主要技术要求是通断能力强、限流效果好、电动稳定性高和保护性能完善等。效果好、电动稳定性高和保护性能完善等。 3、自动化通信系统用电器：有微型继电器、自动化通信系统用电器：有微型继电器和晶体管逻辑元件等。对这类电器的主要技术要和晶体管逻辑元件等。对这类电器的主要技术要求是动作快、灵敏度高和抗干扰能力强等。求是动作快、灵敏度高和抗干扰能力强等。 （五）按电器执行功能分类（五）按电器执行功能分类 1、有触头（点）电器：电器通断电路的、有触头（点）电器：电器通断电路的执行功能由触头来实现。执行功能由触头来实现。 2

12、、无触头电器：电器通断电路的执行功能、无触头电器：电器通断电路的执行功能根据输出信号的逻辑电平来实现。根据输出信号的逻辑电平来实现。 3、混合电器：有触头和无触头结合的电器。混合电器：有触头和无触头结合的电器。 （六）按电力拖动自动控制系统用电器分类（六）按电力拖动自动控制系统用电器分类 1、接触器：有交流接触器、直流接触器、接触器：有交流接触器、直流接触器、切换电容器接触器、真空接触器和智能接触器等切换电容器接触器、真空接触器和智能接触器等类型。类型。 2、继电器：有电压继电器、电流继电器、时间、继电器：有电压继电器、电流继电器、时间继电器、中间继电器、热继电器、温度继电器、压力继电器、中间

13、继电器、热继电器、温度继电器、压力继电器、速度继电器和固态继电器等。继电器、速度继电器和固态继电器等。 3、主令电器：有按钮、微动开关、接近开关、主令电器：有按钮、微动开关、接近开关、行程开关和主令控制器等行程开关和主令控制器等 4、执行电器：有电磁铁、电磁阀、电磁离合器、执行电器：有电磁铁、电磁阀、电磁离合器和电磁抱闸等。和电磁抱闸等。 5、熔断器：有插入式熔断器、螺旋式熔断器、熔断器：有插入式熔断器、螺旋式熔断器、有填料密封式熔断器、无填料密封式熔断器、快有填料密封式熔断器、无填料密封式熔断器、快速熔断器和自恢复熔断器等类型。速熔断器和自恢复熔断器等类型。 6、低压断路器：有万能框架式低压

14、断路器、低压断路器：有万能框架式低压断路器、装置式（塑壳式）低压断路器和智能化断路器等装置式（塑壳式）低压断路器和智能化断路器等类型。类型。 7、隔离开关、转换开关：有单极、双极和隔离开关、转换开关：有单极、双极和三极等类型，并有多种安装形式。三极等类型，并有多种安装形式。 8、成套电器：主要有低压控制屏（柜）、成套电器：主要有低压控制屏（柜）、低压配电屏（柜）、动力配电箱（柜）和照明配低压配电屏（柜）、动力配电箱（柜）和照明配电箱（柜）四大类。电箱（柜）四大类。 二、二、 低压电器产品型号类组代号低压电器产品型号类组代号 见下表低压电器产品型号编制方法。见下表低压电器产品型号编制方法。123

15、4567热带产品代号热带产品代号规格代号规格代号品种派生代号品种派生代号品种代号品种代号系列派生代号系列派生代号设计代号设计代号类组代号类组代号（一）全型号组成形式如下：（一）全型号组成形式如下： 1、类组代号：用两位或三位汉语拼音字、类组代号：用两位或三位汉语拼音字母，第一位为类别代号，第二、三位为组别代号，母，第一位为类别代号，第二、三位为组别代号，代表产品名称，由型号颁发单位按表代表产品名称，由型号颁发单位按表1-1确定。确定。 2、设计代号：用阿拉伯数字表示，位数、设计代号：用阿拉伯数字表示，位数不限，其中设计编号为二位及二位以上时，首位不限，其中设计编号为二位及二位以上时，首位数：数

16、：“9”表示船用；表示船用；“8”表示防爆用；表示防爆用；“7”表示纺织用；表示纺织用；“6”表示农业用；表示农业用；“5”表示化表示化工用。由型号颁发单位统一编排。工用。由型号颁发单位统一编排。 3、系列派生代号：用一位或二位汉语拼音、系列派生代号：用一位或二位汉语拼音字母，表示全系列产品变化的特征，由型号颁发字母，表示全系列产品变化的特征，由型号颁发单位根据表单位根据表1-2统一确定。统一确定。 4、品种代号：用阿拉伯数字表示，位数不、品种代号：用阿拉伯数字表示，位数不限，根据各产品的主要参数确定，一般用电流、限，根据各产品的主要参数确定，一般用电流、电压或容量参数表示。电压或容量参数表示

17、。 5、品种派生代号：用一位或二位汉语拼音、品种派生代号：用一位或二位汉语拼音字母，表示系列内个别品种的变化特征，由型号颁字母，表示系列内个别品种的变化特征，由型号颁发单位根据表发单位根据表1-2统一确定。统一确定。 6、规格代号：用阿拉伯数字表示，位数不、规格代号：用阿拉伯数字表示，位数不限，表示除品种以外的需进一步说明的产品特征，限，表示除品种以外的需进一步说明的产品特征，如极数、脱扣方式、用途等。如极数、脱扣方式、用途等。 7、热带产品代号：表示产品的环境适应性、热带产品代号：表示产品的环境适应性特征，由型号颁发单位根据表特征，由型号颁发单位根据表1-2确定。确定。表表1-1 低压电器产

18、品型号类组代号表低压电器产品型号类组代号表代代号号名名称称ABCDGHJKLMPQRSTUWXYZH刀刀开开关关和和转转换换开开关关刀刀开开关关封封闭闭式式负负荷荷开开关关开开启启式式负负荷荷开开关关熔熔断断器器式式刀刀开开关关刀刀形形转转换换开开关关其其它它组组合合开开关关R熔熔断断器器插插入入式式汇汇流流排排式式螺螺旋旋式式封封闭闭管管式式快快速速有有填填料料管管式式限限流流其其它它自自复复D自自动动开开关关照照明明灭灭磁磁快快速速柜柜架架式式限限流流其其它它塑塑料料外外壳壳式式K控控制制器器鼓鼓形形平平面面凸凸轮轮其其它它 柜架式原称万能式；塑料外壳式原称装置式。柜架式原称万能式；塑料外

19、壳式原称装置式。代代号号名名称称ABCDGHJKLMPQRSTUWXYZC接接触触器器磁磁力力高高压压交交流流真真空空灭灭磁磁中中频频时时间间其其它它直直流流Q起起动动器器按按钮钮式式电电磁磁式式减减压压手手动动油油浸浸无无触触点点星星三三角角其其它它综综合合J控控制制继继电电器器漏漏电电电电流流频频率率热热时时间间通通用用温温度度其其它它中中间间L主主令令电电器器按按钮钮接接近近开开关关主主令令控控制制器器主主令令开开关关足足踏踏开开关关旋旋钮钮万万能能转转换换开开关关行行程程开开关关其其它它Z电电阻阻器器板板形形元元件件冲冲片片元元件件带带形形元元件件管管形形元元件件锯锯齿齿形形元元件件非

20、非线线性性电电力力电电阻阻烧烧结结元元件件铸铸铁铁元元件件电电阻阻器器硅硅碳碳电电阻阻元元件件代代号号名名称称ABCDG HJK LMPQRSTUWXYZB变变阻阻器器悬悬臂臂式式励励磁磁频频敏敏起起动动石石墨墨起起动动调调速速油油浸浸起起动动液液体体起起动动滑滑线线式式其其它它T调调整整器器电压电压M电电磁磁铁铁此处此处的的D改为改为E 阀阀用用牵牵引引起起重重液液压压制制动动A其其它它触触电电保保护护器器插插销销信号信号灯灯接接线线盒盒交流交流接触接触器节器节电器电器电电铃铃表表1-2 通用派生代号表通用派生代号表派生字母派生字母代表意义代表意义A、B、C、D结构设计稍有改进和变化结构设计

21、稍有改进和变化C插入式，抽屉式插入式，抽屉式D达标验证攻关达标验证攻关E电子式电子式J交流、防溅式、较高通断能力型、节能型交流、防溅式、较高通断能力型、节能型Z直流、自动复位、防震、重任务、正向、组合式、中性接线直流、自动复位、防震、重任务、正向、组合式、中性接线柱式柱式W无灭弧装置、无极性、失电压、外销用无灭弧装置、无极性、失电压、外销用N可逆、逆向可逆、逆向S有锁住机构、手动复位、放水式、三相、三个电源、双线圈有锁住机构、手动复位、放水式、三相、三个电源、双线圈P电磁复位、防滴式、单相、两个电源、电压的、电动机操作电磁复位、防滴式、单相、两个电源、电压的、电动机操作K开启式开启式H保护式、

22、带缓冲装置保护式、带缓冲装置M密封式、灭磁、母线式密封式、灭磁、母线式派生字母派生字母代表意义代表意义Q防尘式、手车式、柜式防尘式、手车式、柜式L电流的、摺板式、漏电保护、单独安装式电流的、摺板式、漏电保护、单独安装式F高返回、带分励脱扣、纵缝灭弧结构式防护盖式高返回、带分励脱扣、纵缝灭弧结构式防护盖式X限流限流G高电感、高通断能力型高电感、高通断能力型TH湿热带型湿热带型TA干热带型干热带型表表1-3 特殊环境条件派生代号表特殊环境条件派生代号表派生字母派生字母说明说明备注备注T按湿热带临时措按湿热带临时措施制造施制造此项派生代号加注此项派生代号加注在产品全型号后在产品全型号后TH湿热带湿热

23、带TA干热带干热带G高原高原H船用船用Y化工防腐用化工防腐用 （二）型号含义及组成（二）型号含义及组成 1、产品型号代表一种类型的系列产品。、产品型号代表一种类型的系列产品。但亦可包括该系列产品的若干派生系列。类组但亦可包括该系列产品的若干派生系列。类组代号与设计代号的组合（含系列派生代号）表代号与设计代号的组合（含系列派生代号）表示产品的系列，类组代号的汉语拼音字母方案示产品的系列，类组代号的汉语拼音字母方案见表见表1。如需要三位的类组代号，在编制具体。如需要三位的类组代号，在编制具体型号时，其第三位字母以不重复为原则，临时型号时，其第三位字母以不重复为原则，临时拟定之。拟定之。 2、产品全

24、型号代表产品的系列、品种和规、产品全型号代表产品的系列、品种和规格，但亦可包括该产品的若干派生品种，即在产格，但亦可包括该产品的若干派生品种，即在产品型号之后附加品种代号、规格代号以及表示变品型号之后附加品种代号、规格代号以及表示变化特征的其他数字或字母。化特征的其他数字或字母。 （三）汉语拼音根据下列原则之一选用（三）汉语拼音根据下列原则之一选用 1、优先采用所代表对象名称的汉语拼音第、优先采用所代表对象名称的汉语拼音第一个音节字母。一个音节字母。 2、其次采用所代表对象名称的汉语拼音非、其次采用所代表对象名称的汉语拼音非第一个音节字母。第一个音节字母。 3、如确有困难时，可选用与发音不相关

25、的、如确有困难时，可选用与发音不相关的字母。字母。 三、低压电器的应用三、低压电器的应用 在电力拖动控制系统中在电力拖动控制系统中，低压电器主要用于，低压电器主要用于对电动机进行控制、调节和保护。对电动机进行控制、调节和保护。 在低压配电电路或动力装置在低压配电电路或动力装置中，低压电器中，低压电器主要用于对电路或设备进行保护以及通断、转主要用于对电路或设备进行保护以及通断、转换电源或负载。换电源或负载。 图图1-1为某一工矿企业典型配电线路，线为某一工矿企业典型配电线路，线路上设置了各种低压电器。路上设置了各种低压电器。 这个线路分为三个区域：这个线路分为三个区域： 降压变压器至中央配电盘母

26、线的线路为主降压变压器至中央配电盘母线的线路为主线路。线路。 中央配电盘母线至车间动力配电盘母线的中央配电盘母线至车间动力配电盘母线的线路称为分支线路。线路称为分支线路。 车间动力配电盘母线至负载的线路称为馈车间动力配电盘母线至负载的线路称为馈电线路。在这三个区间中各装置了一些低压电器。电线路。在这三个区间中各装置了一些低压电器。 主线路上装有隔离开关主线路上装有隔离开关QS1 和断路器和断路器QF1。 分支线路上装有隔离开关分支线路上装有隔离开关QS2、QS3、QS4和断路器和断路器QF2、QF3。 隔离开关隔离开关用于维修线路时隔离电源，以保证用于维修线路时隔离电源，以保证维修工作安全进行

27、。维修工作安全进行。 断路器断路器是一种多功能保护电器，当线路出现是一种多功能保护电器，当线路出现过载、短路、失电压或欠电压故障时，能自动切断过载、短路、失电压或欠电压故障时，能自动切断故障线路，也可以用于不频繁地接通和分断电力线故障线路，也可以用于不频繁地接通和分断电力线路。路。 馈电线路中装有馈电线路中装有接触器接触器KM1、KM2，热继热继电器电器FR1、FR2和和熔断器熔断器FU2。 接触器接触器用于正常工作条件下频繁地接通用于正常工作条件下频繁地接通和断开线路，但不能分断短路电流。和断开线路，但不能分断短路电流。 熔断器熔断器用于对线路进行短路保护。用于对线路进行短路保护。 热继电器

28、热继电器用于对电动机进行过载保护。用于对电动机进行过载保护。 由此可见，不同地低压电器在线路中所由此可见，不同地低压电器在线路中所承担地任务是不同的。承担地任务是不同的。TQS1QF1QS3QS4QS2QF2FU1QF3FU2K1K2K3QF4KM1KM2FR2FR1M23M13中央配电盘母线车间动力配电盘母线图图1-1 某工矿企业典型配电线路某工矿企业典型配电线路主线路主线路分支线路分支线路馈电线路馈电线路 四、低压电器额定工作制与正常工作条件四、低压电器额定工作制与正常工作条件 （一）额定工作制（一）额定工作制 正常情况下，低压电器地额定工作制有：正常情况下，低压电器地额定工作制有： 1、

29、8小时工作制：电器的导电电线通以一小时工作制：电器的导电电线通以一稳定电流，通电时间足够长以达到热平衡，但超稳定电流，通电时间足够长以达到热平衡，但超过过8小时必须分断。小时必须分断。 2、长期工作制：没有空载期地工作制，电、长期工作制：没有空载期地工作制，电器地载流回路通以稳定电流，而且通电时间可超器地载流回路通以稳定电流，而且通电时间可超过过8小时不分断。小时不分断。 3、短时工作制：有载时间与空载时间相互、短时工作制：有载时间与空载时间相互交替，且有载时间比空载时间短地工作制，其通交替，且有载时间比空载时间短地工作制，其通电时间不足以使电器达到热平衡，而两次通电时电时间不足以使电器达到热

30、平衡，而两次通电时间间隔却足以使电器恢复到等于环境温度。间间隔却足以使电器恢复到等于环境温度。 4、断续周期工作制：有载时间与空载时、断续周期工作制：有载时间与空载时间循环交替，且有一定比值。由于循环周期很间循环交替，且有一定比值。由于循环周期很短，以至于使电器不能达到热平衡。短，以至于使电器不能达到热平衡。 （二）正常工作条件（二）正常工作条件 1、周围空气温度一般规定为、周围空气温度一般规定为-5+40（有外壳的电器是指外壳周围的空气温（有外壳的电器是指外壳周围的空气温度），度），24小时内其平均值不超过小时内其平均值不超过+35。 2、安装地点的海拔不超过、安装地点的海拔不超过2000m

31、。 3、安装地点的空气最高温度为安装地点的空气最高温度为+40时，时，其相对湿度不超过其相对湿度不超过50；在较低的温度时，允；在较低的温度时，允许有较高的相对湿度，最湿月平均最低温度不许有较高的相对湿度，最湿月平均最低温度不超过超过+25，该月的月平均最大相对湿度不超，该月的月平均最大相对湿度不超过过90。对由于温度变化而在产品上生成凝露。对由于温度变化而在产品上生成凝露的情况，必须采取措施。的情况，必须采取措施。 4、用来确定电气间隙和爬电距离的微观、用来确定电气间隙和爬电距离的微观环境污染等级可分为环境污染等级可分为4级级: （1）污染等级）污染等级1：无污染或仅有干燥的非：无污染或仅有

32、干燥的非导电性污染。导电性污染。 （2）污染等级污染等级2：一般情况仅有非导电：一般情况仅有非导电性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的导电性。导电性。 （3）污染等级）污染等级3：有导电性污染，或由于：有导电性污染，或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性污染。预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性污染。 （4）污染等级）污染等级4：造成持久性的导电污染。：造成持久性的导电污染。例如由于导电尘埃或雨雪所造成的污染。例如由于导电尘埃或雨雪所造成的污染。 工业用电器一般适用于污染等级为工业用电器一般适用于污染等级为3级环境，级环境，家用和类似

33、用途电器一般选取用于污染等级为家用和类似用途电器一般选取用于污染等级为2级级的环境。的环境。第二节第二节 常用低压电器的基本问题常用低压电器的基本问题 低压电器的基本结构低压电器的基本结构有电磁机构和触头系有电磁机构和触头系统组成。触头系统存在接触电阻和电弧等物理统组成。触头系统存在接触电阻和电弧等物理现象，对电器的安全运行影响较大；而电磁机现象，对电器的安全运行影响较大；而电磁机构的电磁吸力与反力是决定电器性能的主要因构的电磁吸力与反力是决定电器性能的主要因素之一。低压电器的主要技术性能指标与参数素之一。低压电器的主要技术性能指标与参数就是在这些基础上制订的。因此，就是在这些基础上制订的。因

34、此，触头结构的触头结构的设计、电弧的产生、灭弧装置的设计以及电磁吸设计、电弧的产生、灭弧装置的设计以及电磁吸力和反力等问题力和反力等问题是是低压电器的基本问题低压电器的基本问题，也是研，也是研究电器元件结构和工作原理的基础。正确地选用究电器元件结构和工作原理的基础。正确地选用和使用低压电器元件，对电气安全运行是极其重和使用低压电器元件，对电气安全运行是极其重要的。要的。 一、低压电器的基本结构一、低压电器的基本结构 从结构上看，电器主要有三个从结构上看，电器主要有三个基本组成部基本组成部分分，即感受部件、执行部件和中间部件。，即感受部件、执行部件和中间部件。 1、输入部件（又称感受部件）、输入

35、部件（又称感受部件） 它是接受外界输入信号，并通过转换、放它是接受外界输入信号，并通过转换、放大、判断作出有规律的反应，使执行部分动作，大、判断作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。输出相应的指令，实现控制的目的。 对于有触点的电磁式电器，感受部件大都对于有触点的电磁式电器，感受部件大都是电磁机构，或者是非电磁式的自动电器。感受是电磁机构，或者是非电磁式的自动电器。感受部件则因其工作原理不同而各有差异，如热继电部件则因其工作原理不同而各有差异，如热继电器是由发热元件和双金属片等组成。器是由发热元件和双金属片等组成。 2、输出部件（又叫执行部件）、输出部件（又叫执行部

36、件） 对于开关类电器，执行部件是触头系统对于开关类电器，执行部件是触头系统（触点、接点）。它起到接通或断开电路的作用。（触点、接点）。它起到接通或断开电路的作用。 3、中间部件、中间部件 它是使输入部件的动作指令传递到执行部它是使输入部件的动作指令传递到执行部件的中间机构。件的中间机构。 较简单的电器不一定有中间部件，但总较简单的电器不一定有中间部件，但总有感受部件和执行部件。即使是结构很简单有感受部件和执行部件。即使是结构很简单的熔断器，也具有感受和执行这两个基本组的熔断器，也具有感受和执行这两个基本组成部分，如熔断器的感受部件和执行部件统成部分，如熔断器的感受部件和执行部件统一于熔体这一个

37、部件。一于熔体这一个部件。 电磁机构是电磁式电器的感测元件，它电磁机构是电磁式电器的感测元件，它将电磁能转换为机械能，从而带动触头动作。将电磁能转换为机械能，从而带动触头动作。 （一）电磁机构的结构形式（一）电磁机构的结构形式 电磁机构由电磁线圈、铁心和衔铁三部电磁机构由电磁线圈、铁心和衔铁三部分组成。根据由铁心和衔铁构成的磁路形状分组成。根据由铁心和衔铁构成的磁路形状及衔铁运动方式的不同，以及线圈接入电路及衔铁运动方式的不同，以及线圈接入电路的方式不同，电磁机构可分为多种形式。的方式不同，电磁机构可分为多种形式。 1、按衔铁的运动方式分、按衔铁的运动方式分 （1）衔铁绕棱角转动拍合式：）衔铁

38、绕棱角转动拍合式： 衔铁绕磁轭的棱角而转动，铁心一般用衔铁绕磁轭的棱角而转动，铁心一般用电工软铁制成，适用于直流接触器和继电器，电工软铁制成，适用于直流接触器和继电器，如图如图1-2d所示。所示。 (2)衔铁绕轴转动拍合式：衔铁绕轴转动拍合式： 衔铁绕轴转动，铁心一般用硅钢片叠成，衔铁绕轴转动，铁心一般用硅钢片叠成，适用于较大容量的交流接触器，如图适用于较大容量的交流接触器，如图1-2e所所示。示。 123a23b3c2112d313e21图图1-2 电磁铁的结构形式电磁铁的结构形式1-衔铁衔铁 2-铁心铁心 3-线圈线圈 （3）衔铁直线运动式：）衔铁直线运动式： 衔铁在线圈内作直线运动，较多

39、用于中衔铁在线圈内作直线运动，较多用于中小容量交流接触器和继电器中，如图小容量交流接触器和继电器中，如图1-2a、图图1-2b、图图1-2c所示。所示。 2、按磁路形状分、按磁路形状分 电磁机构可分为电磁机构可分为U形（如图形（如图1-2a、图图1-2c、图图1-2d所示）和所示）和E形（如图形（如图1-2b和和图图1-2e所示）。所示）。 3、按线圈的连接方式分、按线圈的连接方式分 （1）串联电磁机构：）串联电磁机构： 电磁机构的线圈串联于电路中，如图电磁机构的线圈串联于电路中，如图1-3a所所示，并且按电路的电流种类还可将其分为直流串联示，并且按电路的电流种类还可将其分为直流串联电磁机构和

40、交流串联电磁机构。电磁机构和交流串联电磁机构。 串联电磁机构的衔铁动作与否取决于线圈中串联电磁机构的衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。这种接入方式的线圈又称为电流线圈，电流的大小。这种接入方式的线圈又称为电流线圈，(a)(b)图图1-3 电磁机构中线圈的连接方式电磁机构中线圈的连接方式（a）串联电磁机构串联电磁机构 （b）并联电磁机构并联电磁机构它的特点是匝数少，线径较粗。具有这种电磁机它的特点是匝数少，线径较粗。具有这种电磁机构的电器都属于电流型电器。构的电器都属于电流型电器。 （2）并联电磁机构：）并联电磁机构： 电磁机构的线圈并接于电路中，如图电磁机构的线圈并接于电路中，如图1-3b所

41、示。按电路的电流种类可分为直流并联电磁机所示。按电路的电流种类可分为直流并联电磁机构和交流并联电磁机构。构和交流并联电磁机构。 并联电磁机构的衔铁动作与否取决于线并联电磁机构的衔铁动作与否取决于线圈两端电压的大小，这种接入方式的线圈又称圈两端电压的大小，这种接入方式的线圈又称为电压线圈，它的特点是匝数多，线径较细。为电压线圈，它的特点是匝数多，线径较细。具有这种电磁机构的电器都属于电压型电器。具有这种电磁机构的电器都属于电压型电器。 4、按电磁线圈的种类分、按电磁线圈的种类分 电磁线圈可分为直流线圈和交流线圈两电磁线圈可分为直流线圈和交流线圈两种。种。 （二）电磁机构的工作特性（二）电磁机构的

42、工作特性 电磁机构的电磁线圈流过电流后，产生磁电磁机构的电磁线圈流过电流后，产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成回路，产场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心；与此同时，衔铁生电磁吸力，将衔铁吸向铁心；与此同时，衔铁还受到反作用弹簧的反力。只有当电磁吸力大于还受到反作用弹簧的反力。只有当电磁吸力大于弹簧反力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当电弹簧反力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当电磁线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧力作磁线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧力作用下，使衔铁与铁心脱离，即衔铁释放。电磁机用下，使衔铁与铁心脱离，即衔铁释放。电磁机构的工作特性常

43、用吸力特性和反力特性来表示。构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表示。 吸力特性曲线是指电磁机构使衔铁吸合的力与气吸力特性曲线是指电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线；反力特性曲线是指电磁机构使衔隙的关系曲线；反力特性曲线是指电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙的关系曲线。铁释放（复位）的力与气隙的关系曲线。 1、吸力特性、吸力特性 电磁机构的吸力特性随电磁线圈电流种类电磁机构的吸力特性随电磁线圈电流种类（交流和直流）、线圈连接方式（串联或并联）（交流和直流）、线圈连接方式（串联或并联）的不同而不同。其近似计算公式为：的不同而不同。其近似计算公式为： u0F=12 u0B2S式中式中 F电磁

44、吸力（电磁吸力（N）；）； B气隙磁感应强度（气隙磁感应强度（T）；）； S吸力处的铁心截面积（吸力处的铁心截面积（m2）；）； 真空导电系数，真空导电系数， u01.2510-6 H/m（1-1） 当铁心截面积当铁心截面积S为定值时，电磁吸力为定值时，电磁吸力F与气隙与气隙磁感应强度磁感应强度B的平方成正比，也可以认为电磁吸的平方成正比，也可以认为电磁吸力力F与气隙磁通与气隙磁通F的平方成正比，即的平方成正比，即 F F2 （1-2） （1）交流电磁机构的吸力特性：交流电磁机构的吸力特性： 对于具有电压线圈的交流电磁机构，设外对于具有电压线圈的交流电磁机构，设外加电压加电压U不变，电磁线圈的

45、阻抗主要取决于线圈不变，电磁线圈的阻抗主要取决于线圈的电抗，电阻可忽略不计，则的电抗，电阻可忽略不计，则 UE4.44fNF Fm m （1-31-3） 式中式中 U 线圈外加电压有效值（线圈外加电压有效值（V）；）； E 线圈感应电动势（线圈感应电动势（V）；）； F 线圈电压频率（线圈电压频率（Hz）；）； N 线圈匝数；线圈匝数； F Fm m 气隙磁通最大值（气隙磁通最大值（Wb）。）。 当频率当频率f、匝数匝数N和外加电压和外加电压U都为定值时，磁都为定值时，磁通通F Fm m也为定值。由式（也为定值。由式（1-21-2）可知电磁吸力）可知电磁吸力F F平均平均值也为定值，说明电磁吸

46、力平均值值也为定值，说明电磁吸力平均值F F与气隙与气隙大小大小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，平均电磁无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，平均电磁吸力吸力F F随气隙随气隙的减小略有增加，如图的减小略有增加，如图1-41-4中中F=fF=f（）曲线所示。曲线所示。 虽然电磁机构的气隙磁通虽然电磁机构的气隙磁通近似不变，但气近似不变，但气隙磁阻随气隙长度隙磁阻随气隙长度而变化，根据磁路欧姆定律而变化，根据磁路欧姆定律可得：可得：INRmIN/0 0S S IN 0 0S S 式中式中 I电磁线圈电流（电磁线圈电流（A）；）； 气隙磁通（气隙磁通（WbWb）；）； N N线圈匝数；线圈匝数； 0

47、 0 真空导磁系数；真空导磁系数； S S吸力处的铁心截面积（吸力处的铁心截面积（m m2 2）；）； 气隙长度（气隙长度（m m）。）。 由此可知，交流电磁线圈的电流由此可知，交流电磁线圈的电流I I与气隙与气隙成正成正比，如图比，如图1-41-4中中I=fI=f（ ）所示。所示。 通常通常U U形交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未形交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未吸合时，电流可达到吸合后额定电流的吸合时，电流可达到吸合后额定电流的5 56 6倍；倍；E E形形交流电磁机构则可达到额定电流的交流电磁机构则可达到额定电流的10101515倍。如果倍。如果衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，线圈可

48、能因为衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，线圈可能因为过电流而烧毁，所以在可靠性要求高或操作频繁的过电流而烧毁，所以在可靠性要求高或操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构。场合，一般不采用交流电磁机构。 FIF=f（ ）I=f（ ）02 2 1 1 图图1-4 交流电磁机构吸力特性交流电磁机构吸力特性 （2 2）直流电磁机构的吸力特性：）直流电磁机构的吸力特性： 对于具有电压线圈的直流电磁机构，因外对于具有电压线圈的直流电磁机构，因外加电压和线圈电阻不变，则流过电磁线圈的电流为加电压和线圈电阻不变，则流过电磁线圈的电流为常数，即电流与气隙大小无关，如图常数，即电流与气隙大小无关，如图1-51-5中

49、中I=f()I=f()曲线所示。由式（曲线所示。由式（1-21-2）和式（）和式（1-41-4）可知，此时）可知，此时 F F2 2 (1/(1/2 2) ) (1-5) (1-5) 由式（由式（1-51-5）可知，直流电磁机构的电磁吸力）可知，直流电磁机构的电磁吸力F F与气隙与气隙的平方成反比。其电磁吸力特性为一条二的平方成反比。其电磁吸力特性为一条二次次曲线，如图曲线，如图1-51-5中中F=f()F=f()曲线所示。它表明衔铁闭曲线所示。它表明衔铁闭合前后电磁吸力变化很大，气隙越小，电磁吸力越合前后电磁吸力变化很大，气隙越小，电磁吸力越大。由于电磁线圈的电流不变，所以直流电磁机构大。由

50、于电磁线圈的电流不变，所以直流电磁机构适用于动作频繁的场合，且吸合后电磁吸力较大，适用于动作频繁的场合，且吸合后电磁吸力较大，工作可靠性高。工作可靠性高。 但是，当直流电磁机构的电磁线圈断电时，由但是，当直流电磁机构的电磁线圈断电时，由于磁通急剧变化，在线圈中会感应出很大的反电动于磁通急剧变化，在线圈中会感应出很大的反电动势，其值可达线圈额定电压的势，其值可达线圈额定电压的1010倍以上，很容易使倍以上，很容易使FIF=f（ ）I=f（ ）02 2 1 1 图图1-5 直流电磁机构吸力特性直流电磁机构吸力特性线圈因过电压而损坏。为此，一般在电磁线圈两线圈因过电压而损坏。为此，一般在电磁线圈两端

51、并联一个放电回路，如图端并联一个放电回路，如图1-61-6所示。正常工作时，所示。正常工作时，由于二极管由于二极管VDVD作用，使放电回路处于截止状态而作用，使放电回路处于截止状态而不起作用，而当线圈断电时，放电回路形成，使不起作用，而当线圈断电时，放电回路形成，使原来储存于线圈内的磁场能量消耗在电阻原来储存于线圈内的磁场能量消耗在电阻R R上，而上，而不致产生过电压。通常放电电阻的阻值取线圈直不致产生过电压。通常放电电阻的阻值取线圈直流电阻的流电阻的5 56 6倍。倍。L +L -KRVD图图1-6 直流线圈断电放电回路直流线圈断电放电回路 2 2、反力特性、反力特性 为了使衔铁在线圈断电后

52、能恢复到原来打开为了使衔铁在线圈断电后能恢复到原来打开的位置，在电磁式电器中都装有释放弹簧。电磁的位置，在电磁式电器中都装有释放弹簧。电磁机构的反力包括释放弹簧的反力、触头弹簧的反机构的反力包括释放弹簧的反力、触头弹簧的反力以及运动部件的重力，反力特性如图力以及运动部件的重力，反力特性如图1-71-7中曲中曲线线3 3所示。其中所示。其中1 1 为电磁机构气隙的初始值，为电磁机构气隙的初始值，2 2 为动、静触头开始接触时的气隙长度。在为动、静触头开始接触时的气隙长度。在1 12 2 区域内释放弹簧在起作用；随着气隙区域内释放弹簧在起作用；随着气隙的减小，反的减小，反F1-直流电磁机构吸力特性

53、直流电磁机构吸力特性02 2 1 1 图图1-7 吸力特性与反力特性的配合吸力特性与反力特性的配合2-交流电磁机构吸力特性交流电磁机构吸力特性3-反力特性反力特性力逐渐增大；到达力逐渐增大；到达2 2 位置，动、静触头开始接触，位置，动、静触头开始接触，触头弹簧的初压力作用于衔铁上，使反力骤增，曲触头弹簧的初压力作用于衔铁上，使反力骤增，曲线突变；其后，在线突变；其后，在2 2- 0- 0区域内，释放弹簧与触头区域内，释放弹簧与触头弹簧同时起作用，随着气隙的减小，反力逐渐增大，弹簧同时起作用，随着气隙的减小，反力逐渐增大，此段特性变化比此段特性变化比1 12 2 段陡。段陡。 3 3、吸力特性

54、与反力特性的配合、吸力特性与反力特性的配合 为了保证吸合过程中衔铁的可靠吸合，电磁吸为了保证吸合过程中衔铁的可靠吸合，电磁吸力特性与反力特性必须配合好，其关系曲线如图力特性与反力特性必须配合好，其关系曲线如图1-71-7所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。但吸力不能过大，否则会使衔铁吸合时的运动速但吸力不能过大，否则会使衔铁吸合时的运动速度过快，从而产生过大的冲击力，使衔铁与铁心度过快，从而产生过大的冲击力，使衔铁与铁心柱端面造成严重的机械磨损，且过大的冲击力有柱端面造成严重的机械磨损，且过大的冲击力有可能使触头产生弹跳现象；吸力也不能过小，

55、否可能使触头产生弹跳现象；吸力也不能过小，否则会使衔铁吸合时的运动速度降低，难以保证高则会使衔铁吸合时的运动速度降低，难以保证高操作频率的要求。在实际应用中，可通过改变反操作频率的要求。在实际应用中，可通过改变反力弹簧的松紧来实现吸力特性与反力特性的配合。力弹簧的松紧来实现吸力特性与反力特性的配合。 4 4、单相交流电磁机构中短路环的作用、单相交流电磁机构中短路环的作用 对于单相交流电磁机构，单相交流电磁铁，对于单相交流电磁机构，单相交流电磁铁，为消除振动和噪声，设想若把极面上的磁通分成为消除振动和噪声，设想若把极面上的磁通分成两部分，并使这两部分交变磁通间有一个相位差，两部分，并使这两部分交

56、变磁通间有一个相位差，则其所产生的吸力间也有一个相位差，则其所产则其所产生的吸力间也有一个相位差，则其所产生的吸力间也有一个相位差。这样，虽然每部分生的吸力间也有一个相位差。这样，虽然每部分都有到达零值的时刻，但二者合成后的吸力却无都有到达零值的时刻，但二者合成后的吸力却无到达零值的时刻。如果合成吸力在任一时刻都到达零值的时刻。如果合成吸力在任一时刻都大于反力，便可消除振动了。大于反力，便可消除振动了。 一般在铁心端面上安装一个用铜制成的短路一般在铁心端面上安装一个用铜制成的短路环（或称分磁环）即可达到磁通的分相的作用，环（或称分磁环）即可达到磁通的分相的作用，以便保证电磁机构正常工作。如图以

57、便保证电磁机构正常工作。如图1-81-8所示，短路所示，短路环相当于在磁路参数中有一个磁抗，因此，被短环相当于在磁路参数中有一个磁抗，因此，被短路环包围的部分是一个有磁抗的分支磁路，而未路环包围的部分是一个有磁抗的分支磁路，而未被包围的部分则是一个只有气隙磁阻的分支磁路，被包围的部分则是一个只有气隙磁阻的分支磁路，其等效磁路如图其等效磁路如图1-91-9所示。所示。m1 . m2 . m . S2S1图图1-8 短路环磁通示意图短路环磁通示意图m . m1 . m2 . Um . Xm1 R2 R1 图图1-9 有短路环的局部等值磁路图有短路环的局部等值磁路图Um =m1 R1 =m2 (R2

58、 +jXm2 ) =m2 R22 +X X2 2m2 e ej (1-6). =arctanXm2R R2 R R2 =2 2 0S S2 X Xm2 = = NN2 r r式中，式中，Xm2 ：为短路环的阻抗（为短路环的阻抗（ ）；）； r ：为短路环电阻（为短路环电阻（ ）；）； ：为磁通为磁通m1与与 m2的相位差；的相位差； N：为短路环匝数，通常为短路环匝数，通常N1。则则 1m1 sint 2m2 sin(t- ). 由由 1和和 2在衔铁上产生的电磁吸力分别为在衔铁上产生的电磁吸力分别为F1和和F2，作用在衔铁上的总吸力为作用在衔铁上的总吸力为 F=F1+F2 因为电磁机构的磁通

59、是交变的，而电磁吸力因为电磁机构的磁通是交变的，而电磁吸力与磁通的平方成正比。当磁通过零时，吸力也为与磁通的平方成正比。当磁通过零时，吸力也为零，这时衔铁在弹簧反力作用下被拉开。磁通过零，这时衔铁在弹簧反力作用下被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合，零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合，在如此往复循环的过程中，衔铁产生强烈的振动。在如此往复循环的过程中，衔铁产生强烈的振动。 当在铁心端面上装入短路环后，交变磁通一当在铁心端面上装入短路环后，交变磁通一部分穿过短路环，在环内产生感应电动势及其电部分穿过短路环，在环内产生感应电动势及其电流，根据电磁感应定律，此感应电流产生

60、的感应流，根据电磁感应定律，此感应电流产生的感应磁通使穿过短路环包围的磁通磁通使穿过短路环包围的磁通m2 较未穿过短路较未穿过短路环的磁通环的磁通m1 在相位上滞后。由在相位上滞后。由m1 和和m2 产产生的吸力生的吸力F1F1和和F2F2也有相位差，如图也有相位差，如图1-101-10所示。作所示。作用在衔铁上的吸力为用在衔铁上的吸力为F1+F2F1+F2，只要合力始终大于只要合力始终大于其反力，就可消除衔铁的振动。其反力，就可消除衔铁的振动。图1-10 5、电磁铁的线圈、电磁铁的线圈 线圈是电磁铁的心脏，也是电能与磁场能线圈是电磁铁的心脏，也是电能与磁场能量转换的场所。大多数电磁铁线圈并接