第2章 低压电路及电工测量

第二章

低压电器与电工测量

目录2.1电路测量设计说明2.2低压电器基础知识2.3常用低压电器2.4电工仪表2.5电工工具2.6照明电路的安装过程与故障处理2.7电路测量的设计过程2.1电路测量设计说明1.设计目的

掌握测量电路的设计方法。2.设计内容

做电路实验时需要测量约0.5A的电流，但是实验室内当时只有一个量程为0.3A的电流表。如果手边有

12V

电源、0～50的滑动变阻器、电炉用的电阻丝，以及导线和开关，请你设计一个简单电路，可以把电表的量程临时近似扩展为0.6A。要求画出电路图，并简述设计步骤。2.2低压电器基础知识在我国经济建设和人民生活中，电能的应用越来越广泛。为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种起调节、分配、控制和保护作用的电气设备称为电器。从生产或使用的角度，可以把电器分为高压电器和低压电器两大类。本章主要介绍低压电器。2.2.1低压电器的分类与用途1.低压电器的分类（自拟概括图）我国现行标准将工作电压交流1200V、直流1500V以下的电气设备称为低压电器。低压电器种类繁多，功能、构造各异，工作原理各不相同，分类方法也很多。1)按用途或控制对象分：配电和控制电器。2)按动作方式分：自动和手动电器。3)按触点类型分：有触点和无触点电器。4)按工作原理分：电磁式和非电量控制电器。

2.低压电器的用途象生活中在送水的管路上，装阀门对水流进行控制和调节一样。输送电能也要使用不同的电器来控制通、断，调节各种参数，只是电能的输送比水输送要复杂得多。低压电器是根据外界信号或要求，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。随着科学技术的发展，新功能、新设备将不断出现，低压电器的主要种类和用途也再不断扩展。低压柜配电箱2.2.2低压电器的主要技术指标为保证电器设备安全、可靠地工作，我国对低压电器的设计、制造规定了严格的标准。使用时，须按照说明书中规定的技术条件选用。低压电器主要技术指标有：(1)绝缘强度；(2)耐潮湿性能；(3)极限允许温升；(4)操作频率；(5)寿命。为保证低压电器产品的规格、性能和质量一致，通用和互换性好，设计和制造须严格执行国标，基本系列的各类开关电器须保证三化(标准化、系列化、通用化)，四统一(型号规格、技术条件、外形及安装尺寸、易损零部件统一)。购置和选用时，要特别注意检查是否符合标准。2.2.3低压电器的组成一般有两个基本组成部分：感受部分和执行部分。感受部分接收外界输入的信号，并通过转换、放大、判断做出有规律的反应，使执行部分动作，实现控制的目的。

有触点的电磁式电器，感受部分大都是电磁机构，而执行部分则是触点。

非电磁式的电动电器，感受部分因其工作原理不同而各有差异，执行部分仍是触点。

自动开关类电器，还具有中间部分，把两部分联系起来，使它们按一定的规律动作。

1.电磁机构:

是电磁式电器的重要组成部分，它的工作好坏将直接影响电器的可靠性和使用寿命。电磁机构常采用电磁铁，由吸引线圈、铁心和衔铁组成，按衔铁的运动方式一般可分为直动式和转动式(拍合式)两种，转动式又分为衔铁沿棱角和沿轴转动两种。

2.触头：是电磁式电器的执行部分，起接通或断开电路的作用。

按所控制的电路可分为主触头和辅助触头。接触形式有点接触、线接触和面接触3种，如图2-3所示。图2-3

3.电弧

切断电路时，如果电路中电压超过10～12V或电流超过

80～100mA，在拉开两个触头时将出现强烈火花，这种气体放电现象，称“电弧”。电弧是有害的，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用而灭弧。当电离速度低于消电离速度时，电弧熄灭。据此，常用灭弧装置有磁吹式灭弧、灭弧栅、灭弧罩、多断点灭弧四种。

2.3常用低压电器

2.3.1接触器

接触器是用来自动接通或断开大电流电路的电器。可频繁地接通或分断交直流负载电路，并可实现中远距离控制。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。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，使用最广泛电器元件之一。提问1.低压电器工作的电压是多少？2.低压电器的主要技术指标有哪些？3.什么是三化四统一？4.下图哪个是低压电器？

1.交流接触器

下图所示为交流接触器的结构示意图及图形符号。交流接触器由电磁机构、触头系统、灭弧装置和其他部件四部分组成。视频1

视频2

2.直流接触器直流接触器与交流基本相同，结构上是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等组成。由于直流电弧比交流电弧难熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。

3.接触器的主要技术参数(1)接触器的极数和电流种数：有两极、三极和四极接触器；种类分为交流接触器和直流接触器。(2)额定工作电压：主触头之间正常工作的电压值。即主触头所在电路的电源电压。直流接触器的额定电压有

110V、220V、440V、660V；交流接触器的额定电压有220V、380V、500V、660V等。

(3)额定电流：接触器触头在额定工作条件下的电流值。直流接触器的额定电流有40A、80A、100A、150A、250A、400A及

600A；交流接触器的额定电流有

10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A及600A。

(4)通断能力：接触器主触头在规定条件下能可靠接通和分断的电流值。在该电流值下接通电路时，主触头不应造成熔焊。在此电流值下分断电路时，主触头不应发生长时间燃弧。一般额定电流的

5～10

倍。

(5)线圈额定电压：接触器正常工作时线圈上所加电压。

(6)操作频率：接触器单位时间(1h)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%～20%。

4.接触器的选择

(1)根据负载性质选择接触器的类型。

(2)额定电压应大于或等于主电路工作电压。

(3)额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。

(4)吸引线圈的额定电压与频率要与所控制电路的选用电压和频率相一致。2.3.2继电器

继电器（定义）：根据特定形式的输入信号转变为触点开合状态的电器元件。组成：

工作状况：承受机构反映输入量，并传递给中间机构，与预定的量(整定量)进行比较，当达到整定量时，使执行机构动作，触点闭合或断开实现控制。主要起信号转换和传递作用，触点容量较小。

由承受机构、中间机构和执行机构3部分组成继电器分类（概括图）：视频3

1.电磁式继电器

图2-6为部分电磁式继电器的实物图。在控制电路中用的继电器大多数是电磁式继电器。

特点？常用的电磁式继电器有：电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。图2-6电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器也有直流和交流两种。继电器的主要技术参数包括额定参数、吸合时间和释放时间、整定参数(继电器的动作值，大部分控制继电器可调)、灵敏度(一般指继电器对信号的反应能力)、触头的接通和分断能力、使用寿命等。

直流电磁式继电器结构示意图常用电磁式继电器

(1)电流继电器。(2)电压继电器。自查P46、47：定义、分类、符号

2.时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器，图示为部分时间继电器实物图。时间继电器种类：空气阻尼型、电动型和电子型等，在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器。空气阻尼型时间继电器电子型时间继电器自主分析图P482-11（C）

3.热继电器

热继电器主要用于电气设备(主要是电动机)的过负荷保护。其利用电流热效应原理工作。部分热继电器实物图。双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压，使之形成一体的金属片。膨胀系数大的称为主动层，膨胀系数小的称为被动层。P50图2-13

注意：当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过额定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。2.3.3熔断器

熔断器是一种利用电流热效应原理和热效应导体热熔断来保护电路的电器，广泛应用于各种控制系统中。当电路发生短路或严重过载时，它的热效应导体能自动迅速熔断，从而切断电路，使导线和电气设备不致损坏。熔断器的实物、熔断器电路符号如图。部分熔断器的实物图熔断器的电路符号。

1.熔断器的结构、原理及分类熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座组成。

熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成，常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金属制成的熔体，不易灭弧，多用于小电流电路；由铜、银等高熔点金属制成的熔体，易于灭弧，多用于大电流电路。熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，这种特性称熔断器的反时限保护特性或安秒特性。熔断器种类（自查）：

2.3.4断路器定义：低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制电器，也是保护电器。分类：（自查）

框架式作用？

塑料外壳式作用？部分断路器的实物图1.断路器的结构和工作原理断路器主要由3个基本部分组成。即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压(欠电压)脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。

工作原理（自查）P53图2-17

不同脱扣器的作用（自查）分励脱扣器用于远距离控制分断电路。

过电流脱扣器用于短路和过电流保护。

热脱扣器用于线路的过负荷保护，工作原理和热继电器相同。

失压(欠电压)脱扣器用于失压保护

使用时应根据需要选用。2.低压断路器的选择原则（自查）

2.3.5刀开关一种手动电器，常用的有：HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关等。实物图如图示。部分刀开关的实物图。

1.HD型单投刀开关

HD型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极几种，示意图及图形符号如图所示。HD型单投刀开关示意图及图形符号2.HS型双投刀开关所用的场合？3.HR型熔断器式刀开关所用的场合？4.组合开关所用场合？5.开启式负荷开关和封闭式负荷开关所用场合？2.3.6主令电器

主令电器用于在控制电路中以开关触头的通断形式使控制电路执行对应的控制任务。主令电器应用广泛，常见的有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器、选择开关、足踏开关等。

1.按钮：最常用的主令电器。其结构简单、控制方便。图为部分按钮的实物图。部分按钮的实物图

1)按钮的结构

图2-25按钮结构的示意图及图形符号按钮从外形和操作方式上可以分为平按钮和急停按钮，急停按钮也叫蘑菇头按钮，如图2-25(c)所示，除此之外还有钥匙钮、旋钮、拉式钮、万向操纵杆式、带灯式等多种类型。

图2-26微动式按钮动作原理图

2)按钮的颜色①“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。②“起动”按钮的颜色是绿色。③“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。④“点动”按钮（所谓点动，即按下按钮时电动机转动工作，手松开按钮时电动机停转。）必须是黑色。⑤“复位”(如保护继电器的复位按钮)必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。3)按钮的选择原则(1)据使用场合选择种类，如开启式、防水式、防腐式等。

(2)据用途选用型式，如钥匙式、紧急式、带灯式等。(3)按控制回路需要确定按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。(4)按工作状态指示和工作情况要求，选择按钮及指示灯的颜色。

2.行程开关

又称限位开关。种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式、转动式等；按触点的性质可分为有触点式和无触点式。

1)有触点行程开关简称行程开关，工作原理和按钮相同，区别在于它不是靠手按压，而是利用机械运动部件碰压触点来发出控制指令。2、文字符号：SQ3、图形符号：常开触头常闭触头

3.转换开关主要用于各种控制设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等，也可用于控制小容量电动机的启动、换向和调速。

文字符号：SA各触头在手柄转到不同档位时的通断状态用黑点“·”表示，有黑点者表示触头闭合，无黑点者表示触头断开。2.4电工仪表电工仪表是用于测量电压、电流、电能、电功率等电量和电阻、电感、电容等电路参数的仪表，在电气设备安全、经济、合理运行的监测与故障检修中起着十分重要的作用。电工仪表的结构性能及使用方法会影响电工测量的精确度，要想正确选取和使用电工仪表，必须了解和掌握电工仪表的基本知识及使用方法。2.4.1电工仪表的基础知识1.电工仪表的分类及符号电工仪表种类很多，分类方法也很多，以下为主要的几种分类方法。

(1)按照测量对象的不同可分为：

(2)按照工作原理的不同可分为：

(3)按照所测电流种类的不同可分为：直流表、交流表和交直流两用仪表。(4)按照仪表准确度等级的不同可分为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0几个等级。

引用误差：即相每只仪表在全量程范围内各点的相对误差是不同的。工程上采用引用误差来反映仪表的准确程度。把绝对误差与仪表测量上限比值的百分数称为表2-4电工仪表的准确度和最大应用误差准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差（%）±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0符号0.10.20.51.01.52.55.02.4.2电工仪表的使用方法

1.万用表万用表分指针式和数字式。部分万用表的实物图视频(5)测量电压或电流时注意事项

①测量时不能用手触摸表笔的金属部分，以保证安全和测量的准确性。

②测直流量时要注意被测电量的极性，避免指针反打而损坏表头。

③测量较高电压或大电流时，不能带电转动转换开关，要避免转换开关的触点产生电弧而被损坏。

④测量完毕后，将转换开关置于交流电压最高挡或空挡。视频1视频2视频32.5电工工具安装和维修各种供配电电路、电气设备时，都离不开各种电工工具。电工工具种类多，用途广。

2.5.1验电笔验电笔又称验电器，分为低压和高压验电器，用来判别物体是否带电。

1.低压验电器又称低压试电笔。用来检查低压导体或电气设备外壳是否带电。其检测电压范围在60～500V。外形有钢笔式、旋具式和采用微型晶体管做机芯，用发光二极管做显示的新型数字显示感应测电器。图2-40低压验电器使用时，须按图2-41所示握法操作。手指必须接触笔尾的金属体(钢笔式)或测电笔顶部的金属螺钉(螺钉刀式)。这样，只要带电体与大地之间的电位差超过60V时，电笔中的氖泡就会发光。图2-41低压验电器的握法

2.5.2螺钉旋具又称螺钉刀或改锥，如图2-43所示，主要用来紧固和拆卸各种螺钉，安装或拆卸电器元件。由刀柄和刀体组成。刀柄由木柄、塑料和有机玻璃等制成。刀口形状有“一”和“十”字槽两种。刀体部分一般用绝缘管套住。图2-43螺钉旋具实物图3.注意事项(1)不可使用金属杆直通手柄顶的螺钉旋具，否则，易造成触电。(2)使用时手不得触及金属杆，防止触电。(3)金属杆上必须套绝缘管，防止金属杆无意中触及皮肤或临近带电体而造成触电。图2-44螺钉旋具的使用

2.5.3电工钳又称钢丝钳、钳子、克丝钳或老虎钳，如图2-45所示，由钳头和钳柄组成，钳头包括钳口、齿口、刀口和铡口等。钳柄上套有额定工作电压500V的绝缘套管。图2-45电工钳电烙铁*仪表误差和准确度1)仪表误差的表示有绝对误差、相对误差和引用误差3种。(1)绝对误差：仪表的指示值与被测量的实际值之间的差值，叫做绝对误差。实际应用中常用实际值A0（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。

(2)相对误差：绝对误差与被测量的实际值比值的百分数，叫做相对误差。实际测量中，常采用相对误差来比较测量结果的准确程度（跟量程有关，与仪表本身准确度关系小）。最大相对误差相对误差(3)引用误差：

工程上采用引用误差来反映仪表本身的准确程度。把绝对误差与仪表测量上限比值的百分数称为2)仪表的准确度为了使引用误差能包括整个仪表的基本误差，工程上规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。仪表的最大绝对误差与仪表的量程比值称仪表的准确度K。即

据国标GB776—76，电工测量仪表准确度等级共七个，如下表所示。电工仪表的准确度