电机拖动与控制 第三章 常用低压电器上课动画

第三章常用低压电器

第一节概述第二节低压开关第三节熔断器第四节接触器第五节继电器电器是一种能根据外界信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。电器就是一种能控制电的工具。随着电子技术、自控技术和计算机应用的迅猛发展，一些电器元件可能被电子线路所取代，但是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展（表现在提高元件的性能、生产新型的元件，实现机、电、仪一体化，扩展元件的应用范围等），且有些电器元件有其特殊性，故是不可能完全被取代的。

第一节概述电器的功能多，用途广，品种规格繁多，为了系统地掌握，必须加以分类。1.按工作电压等级分（1）低压电器：通常指工作在交流1200V或直流1500V以下的电路中的电气设备。（2）高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。2.按动作原理分（1）手动电器：刀开关、按钮、转换开关（2）自动电器：低压断路器、接触器、继电器电器的分类自动地接通或断开电路3．按工作原理1）电磁式电器：电磁机构控制电器动作电磁式电器由感测和执行两部分组成。感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。执行部分：触点系统。2）非电量控制电器：非电磁方式控制电器动作

电器的分类4．按用途分（1）控制电器

主要用于电力传动控制系统。能分断过载电流，但不能分断短路电流。（通断能力、操作频率、电气和机械寿命等）例如：接触器、继电器、控制器等。（2）配电电器

主要用于低压供电系统。当电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。（动作稳定性、热稳定性）例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。电器的分类接触器：分交流接触器与直流接触器（注意区分）继电器：有电磁式继电器（如电压继电器、电流继电器、中间继电器）；时间继电器（分直流电磁式、空气阻尼式、半导体式等）；热继电器；速度继电器等（注意其作用及动作特点、应用场合）熔断器：分瓷插式、螺旋式、有填料封闭管式、无填料密闭管式、快速熔断器、自复式等（注意用途）低压断路器：分框架式、塑料外壳式、快速直流断路器、限流式、漏电保护器等（注意用途）位置开关：有直动式、滚动式、微动式等（注意动作形式特点）按钮、刀开关等（注意动作形式特点）常用的低压控制电器

现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传统的低压配电与控制系统及其装置，给传统低压电器带来改革性变化。发展智能化可通信低压电器势在必行。我国低压电器的发展概况

其产品的特征是：产品中装有微处理器；产品带有通信接口，能与现场总线连接；采用标准化结构，具有互换性，采用模块化结构；保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故障自诊断、进行双向通信等。

第二节低压开关一、刀开关（低压隔离器：电源与负载的隔离配电电器）

作用：1）隔离电源，不频繁通断电路，手动接通/断开交、直流电路；2）作隔离开关用

分类：

按刀的级数分:单极、双极、三极和多极

按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置

按刀的转换方向分为：单掷和双掷

按接线方式分为：板前接线和板后接线

按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作

按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器常用的有刀开关、按钮及位置开关等。它们的作用主要是实现对电路进行接通或断开的控制或作隔离电源之用，有时也可作为小容量异步电动机直接起动及停止之用。一、刀开关1.不带熔断器式刀开关结构：操作手柄、触刀、静触头和底板正确安装：1）合闸时手柄应向上；2）电源进线接在刀开关上端，出线接在刀开关下端，与负载相接。三极刀开关结构图、图形符号和文字符号：

QS三极刀开关QS双极刀开关QS单极刀开关QSnn多极隔离开关nn多极刀开关QS刀开关图形符号和文字符号一、刀开关2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用刀开关结构图、图形符号和文字符号：QS-FU一、刀开关3.选用原则1）开关额定电压≥线路工作电压；2）开关额定电流≥线路工作电流。注意：若用刀开关控制电动机，则必须考虑电动机的起动电流比较大，应选用比额定电流大一级的刀开关。二、按钮：短时接通或断开小电流电路的电器作用：闭合、断开控制电路，不允许分合主电路。将专门发送控制命令或信号的手/自动操作电器称为主令电器。特点：常与继电器、接触器配合使用；触点电流不超过5A；有自动复位与非自动复位之分。结构：由按钮帽、动/静触头、复位弹簧、接线柱、底座等组成。工作原理↓动触点下移，先断开常闭触点，后接通常开触点↑动触点上移，先断开常开触点，后接通常闭触点二、按钮分类（用途和触头的结构不同）：起动按钮（常开按钮）：手指未按下时，触点是断开的，如图中c、d；当手指按下按钮帽时触头c、d被接通；而手指松开后，靠复位弹簧使触头返回原位。停止按钮（常闭按钮）：手指未按下时，触点是闭合的，如图中a、b；当手指按下按钮帽时触头a、b断开；而手指松开后，靠复位弹簧使触头复位闭合。复合按钮（常开、常闭组合按钮）：手指未按下时，触点a、b是闭合的，c、d是断开的；当手指按下时，先断开常闭触点a、b，后接通常开触点c、d；而手指松开后，触头全部复位，先断开常开触点，后接通常闭触点。二、按钮图形符号和文字符号SB

SB

SB

注意：水平绘制时，逆时针旋转常开按钮常闭按钮复合按钮二、按钮主要产品三、位置开关：又称限制开关，包括行程开关、限位开关和终端保护开关。利用生产机械某些运动部件的碰撞使触头动作，对控制电路发出接通或断开指令的电器。作用：用来限制运动部件的行程、位置、方向，使运动机械按一定行程自动停车、反转或变速，以实现自动控制的要求。特点：机械位移信号→电信号。三、位置开关分类根据触点的有无，分为有触点式和无触点式；根据工作方式，分为接触式和非接触式；根据结构，分为直动式、滚动式、微动式。结构有触点式：导杆代替按钮帽，由导杆、触点系统、底座等组成。无触点式：由感应元件、电子线路、绝缘外壳等组成。①

直动式（自动复位式）行程开关（有触点、接触式）导杆动触点静触点内部结构示意图滚轮式行程开关结构示意图②滚轮旋转式行程开关（有触点、接触式）③微动式行程开关（有触点、接触式）接近开关（无触点、非接触式）

原理：电磁感应优点：定位精度高、无接触、使用寿命长分类：电感式（只能检测金属物体）、电容式三、位置开关

主要产品行程开关接近开关行程开关图形符号和文字符号说明：无触点接近开关除在工业设备、设施中用于控制外，智能建筑中还用于安全防范中的监视、识别、报警等系统。作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路中优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻结构：由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。

熔体：既是感测元件又是执行元件，串接在被保护的电路中。熔体由低熔点的金属材料（铅、锡、铜、银及其合金）构成。

熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。图形符号和文字符号第三节熔断器FU分类：按发热时间常数(热惯性)：无热惯性、大热惯性、小热惯性；按熔体形状：丝状、片状、带状；按支架结构：螺旋塞式、管式。管式又分为有填料与无填料两种。瞬时保护在熔丝周围填满石英砂等材料以增加灭弧能力。

熔断器的保护特性分析

I2t=C显有：I2

∝t

-1

可见：熔断器的保护具有一定的速效性。1、原理：电流热效应1）正常：I<=Ie→温度〈熔点→熔体不熔断2）短路：I>>Ie→温度〉熔点→熔体熔断→切断电路2、保护特性：反时限特性（熔体动作时间随电流增大而减小）熔断器的保护特性又称为熔断器的安秒特性，指熔化电流与熔化时间的关系。即：Imin熔体最小熔化电流IN熔体额定电流瓷插式熔断器（照明电路）螺旋式熔断器（机床电路）有填料式熔断器无填料密封式熔断器快速熔断器自恢复熔断器熔丝材料金属钠，金属钠（非线性电阻），常温时高的电导率；短路电流产生的高温会使其呈现高电阻。

接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大且面广的一种电磁式控制电器，用来频繁地接通和断开交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠电压保护。接触器按主触点通过的电流种类可分为：交流接触器、直流接触器。第四节接触器1．结构一、交流接触器

接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成。电磁系统：衔铁（动铁心）、静铁心，线圈和反作用弹簧

其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力将衔铁吸合，带动触头动作。

1．结构触头系统：主触头、辅助触头触头（也称触点）是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状态（也称为自然状态）时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。一、交流接触器

1．结构主触头：通断较大电流的主电路。按主触头的容量大小有桥式触头和指形触头。辅助触头：通断较小电流的控制电路。特点：桥式触头、触头的容量较小。1）辅助触头可分为：常开触头、常闭触头，且两者是联动的，即常闭触头打开时常开触头闭合。2）辅助触头的作用：控制电路中起联锁、逻辑运算；3）辅助触头没有灭弧装置，一般不能用来分断主电路。触头结构形式图a）桥形触头b）指形触头

一、交流接触器

1．结构灭弧装置（是接触器的重要特征）常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。常用的灭弧装置有:电动力灭弧和磁吹灭弧。对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。交流接触器常用电动力灭弧装置。直流接触器常用磁吹灭弧装置。一、交流接触器

交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置1．结构一、交流接触器

2．工作原理

当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。

一、交流接触器

用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。二、直流接触器

KM常闭辅助触点线圈KM常开辅助触点KM三、接触器的符号

主触点四、交、直流接触器的特点1.交流接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。2.直流接触器直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。说明：根据负载性质选择接触器类型（交/直流接触器）。交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器。第五节继电器

用于控制与保护电路的自动控制电器或作信号转换用。具有输入电路（感应元件）和输出电路（执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、时间、速度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件（触头）自动接通和断开交、直流小容量的控制回路。继电器用于控制电路，流过触点的电流小，一般不需要灭弧装置。

输入信号：电量（电流、电压）非电量（转速、时间、温度）输出：触点的动作或电量的变化。功能：在控制(小电流)电路中，实现控制、放大、联锁、保护和调节等功能。特点：用于切换小电流的控制电路；触点容量不大于5A；可以对各种电量或非电量的变化作出反应；无灭弧装置。分类：按用途分：控制继电器和保护继电器。按动作原理分：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、机械式、热继电器等按输入信号的不同来分：电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等；按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器1．结构一、电磁式继电器由电磁系统、触点系统、调节机构、绝缘支架等。电磁式继电器原理图即电磁式继电器的输入-输出特性，为一阶跃函数。又称回环特性/继电特性。ymaxxy0x1yxyfx22．特性当继电器输入量由零增至X1以前，继电器输出量为零。当输入量增加到X1时，继电器吸合，输出量为ymax，若输入量再增大，输出值保持不变。当继电器输入量减小到X2时，继电器释放，输出量由ymax降到零，输入量再减小，输出值均为零。

继电特性曲线

⑴吸合特性yf=0x≤x2ymaxx＞x2⑵释放特性yx=0x＜x1ymaxx≥x1ymaxxy0x1yxyfx22．特性X1称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于X1。

称为继电器的返回系数，它是继电器重要参数之一。

X2称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于X2。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器和中间继电器。3．分类电流继电器：

根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。作用：电流保护和控制。分类：过电流继电器、欠电流继电器

过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即将电路切断

●线圈电流小于规定电流时，继电器不动作

●线圈电流超过规定电流时，继电器才动作欠电流继电器：当电路电流过低时立即将电路切断

●线圈电流大于或等于规定电流时，继电器吸合

●线圈电流低于规定电流时，继电器释放

●一般自动复位线圈接入额定值工作时，衔铁不动作，只有电流超过规定值时，衔铁吸合，常闭触点打开，电路得到保护；一旦工作值降低到释放值以下时，衔铁迅速释放，触点复位。线圈接入额定值工作时，衔铁吸合，一旦电流低于规定值时，衔铁释放，常开触点打开，电路得到保护；一旦工作值上升恢复到额定值时，衔铁再次吸合。欠电流继电器KAI<KAKA过电流继电器>IKAKAKA过电流继电器欠电流继电器电流继电器的图形和文字符号特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细、阻抗大作用：电压保护和控制。分类：过电压继电器和欠电压继电器电压继电器动作电压的整定：吸合电压：调节反作用弹簧释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度(如吸合电压没有固定要求，也可调节反作用弹簧)。

电压继电器：

根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器

线圈接入额定值工作时，衔铁不动作，只有当电压超过设定值时，衔铁吸合，常闭触点打开，电路得到保护；一旦工作值降低到释放值以下时，衔铁迅速释放，触点复位。线圈接入额定值工作时，衔铁吸合，一旦电压降低到设定值时，衔铁释放，常开触点打开，电路得到保护；一旦工作值上升恢复到额定值时，衔铁再次吸合。电压继电器的图形和文字符号欠电压继电器KAKAU

<KA过电压继电器KAKA>U

KA中间继电器：本质上是一种电压继电器特点：触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。触头的额定电流较大。动作灵敏，动作时间小于。作用：放大触点容量、数量。

当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用。因为触点数量较多，所以能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。中间继电器的图形和文字符号KAKA

KA4．电磁式继电器与接触器的区别继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用下动作。二、热继电器电动机长时间过载，绕组超过允许温升时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会将电动机烧毁。

专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，防止电动机过热而烧毁的保护电器。作用：电动机的过载保护电流通过发热元件时所产生的热，使双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作型式：双金属片式

热敏电阻式易熔合金式二、热继电器特点：利用电流热效应原理工作，依电机发热状况而动作的自动保护电器。双金属片式热继电器工作原理：电流热效应1）正常：—→位移小—→触点不动作2）过载：—→位移增大—→触点动作双金属片为温度检测元件，由两种膨胀系数不同的金属片压焊而成，它被加热元件加热后，因两层金属片伸长率不同而弯曲。加热元件串接在电动机定子绕组中，电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（常闭触点断开，常开触点闭合）。双金属片式热继电器结构：由发热元件、双金属片和触头系统及动作机构等部分组成。a）

外形

b）结构图

1-电流整定装置2-主电路接线柱3-复位按钮

4-常闭触头5-动作机构6-热元件31-常闭触头接线柱32-公共动触头接线柱33-常开触头接线柱

双金属片式热继电器1-1.接线端子2-主双金属片3-热元件4-推动导板5-补偿双金属片

6-常闭触头7-常开触头8-复位调节螺钉9-动触头

110-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧

双金属片式热继电器原理示意图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10才能复位，热继电器触点可以重新接通控制电路；改变螺钉8的位置，还可以用来调节动作电流。三相主金属片与加热元件分别串接在电动机三相主电路中常闭触点位于控制电路中，通常与接触器线圈电路串联，切断接触器线圈电流，使电动机主电路失电发热元件1通电发热后，双金属片2受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。1—热元件2—双金属片3—导板4—触头

使用与选择使用：作为电动机的过载保护，常与熔断器配合使用。选择：ＩeR≥ＩedＩeR：热继电器热元件的额定电流；Ｉed：电动机的额定电流。图形、文字符号FRFR热元件常闭触点1、用途:设备或系统的延时控制。2、特点:检测元件得到信号后，执行元件要延迟一段时间后才动作（触头的闭合或断开）的自动控制电器。时间继电器的延时方式有两种：

通电延时：接收输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。（通电延时动作，断电瞬时复原）断电延时：接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。（通电瞬时动作，断电延时复原）三、时间继电器空气阻尼式：利用空气阻尼作用而达到延时的目的。

包括电磁机构、工作触点及延时机构（气囊）三部分，靠空气阻尼作用实现延时。延时范围较宽～180s)、结构简单、工作可靠、价格低廉、寿命长。延时时间有～180s和～60s两种规格。缺点：延时误差大(±10％～±20％)，无调节刻度指示，难以精确整定延时时间。电动式：包括同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构。延时时间长，可达数十小时，延时精度高。缺点：结构复杂，体积较大。电子式：

数字计数式，包括脉冲发生器、计数器、显示器、放大器及执行机构。延时时间长、调节方便、精度高、应用广。可取代阻容式、空气阻尼式、电动式等时间继电器。3、分类（按构成原理分）：电磁式、电动式、空气阻尼式（又称气囊式）、晶体管式、数字式4、空气式时间继电器结构JS7-A系列空气式时间继电器瞬时触头延时触头JS7-A系列空气式时间继电器原理图a）通电延时型b）断电延时型1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-杠杆8-螺旋压缩弹簧9-弱弹簧10-像皮膜11-空气室壁12-活塞13-调节螺钉14-进气孔

15、16-微动开关包括通电延时型和断电延时型两种。（改变电磁机构位置，将电磁铁翻转180°安装）。当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间位置时为通电延时型；当静铁心位于动铁心和延时机构之间位置时为断电延时型。瞬时触头延时触头瞬时触头延时触头通电延时型空气式时间继电器工作原理当线圈1得电后衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经一段延时后，活塞杆通过杠杆7压动微动开关16，使其触头动作，起到通电延时作用。当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺钉13调节进气孔气隙大小来改变。在线圈通电和断电时，微动开关15在推板5的作用下都能立即动作，没有延时过程，其触头即为时间继电器的瞬时触头。通电断电延时型空气式时间继电器工作原理当线圈通电后，微动开关15、16均为瞬时动作，没有延时过程。当线圈断电时，衔铁在反力弹簧的作用下释放，使微动开关15迅速复位。与此同时，活塞杆在螺旋压缩弹簧和气室等延时机构的作用下，缓慢向上移动，通过杠杆使微动开关16动作，实现断电延时。通电断电延时型空气式时间继电器工作原理断电延时(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合（常开）触点(e)通电延时断开（常闭）触点（f）断电延时断开（常开）触点（g）断电延时闭合（常闭）触点（h）瞬动触点图形符号注：图符中的限定符号/不可忽