常用低压电器与可编程序控制器第2章

第2章常用低压电器

2.1常用低压电器的分类2.2刀开关2.3熔断器2.4低压断路器2.5接触器2.6继电器2.7主令电器2.1常用低压电器的分类

按所控制的对象分为：1、低压配电电器--主要用在配电系统中，要求工作可靠，有足够的动稳定性与热稳定性，如刀开关、熔断器等。2、低压控制电器--主要用于电力拖动自动控制系统和用电设备中，要求这类电器工作准确可靠，操作频率高，寿命长。如有接触器、控制继电器、主令开关、启动器、电磁铁等。

按动作性质可分为：1、自动切换电器--是指它在完成接通、分断、启动、反向和停止等动作时是依靠本身参数或外来信号自动进行的，不由人直接操作，例如接触器，继电器等2、非自动切换电器--非自动切换电器又称手控电器，它主要是用人手直接操作进行切换的，例如刀开关，旋钮等。

图2-1常用低压电器分类

2.2刀开关

2.2.1常用刀开关

1.开启式刀开关：额定电压为AC380V、DC440V，额定电流为1500A以下的配电设备中作电源隔离之用。它带有各种杠杆操作机构及灭弧室的开关，可按其分断能力非频繁地切断负荷电路。

板前接线开启式刀开关

图2-3国产刀开关产品型号含义

HD11—100/38：单投中央手柄100A3极无灭弧室板前接线开启式刀开关

2.封闭式负荷开关俗称铁壳开关，适合于额定电压为AC380V、DC440V，额定电流为60A以下的电路。一般用于控制小容量的交流异步电动机。组成：刀开关及熔断器组合而成的，能快速接通和分断负荷电路操作方式：正面或侧面手柄，并装有联锁装置，保证箱盖打开时开关不能闭合及开关闭合时箱盖不能打开。例：型号为HH3-25/3的铁壳开关表示：设计代号为3、额定电流为25A的3极封闭式负荷开关图2-4HH型负荷开关

3.开启式负荷开关俗称瓷底胶壳刀开关，是一种结构简单，应用广泛的手动电器，常用作交流额定电压为AC380/220V、额定电流为100A的照明配电线路的电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。组成：操作手柄、熔断丝、触刀、触刀座和底座等胶壳的作用：防止操作时电弧飞出灼伤操作人员，并防止极间电弧造成电源短路。因此操作前一定要将胶壳安装好。熔断丝作用：主要起短路和严重过电流保护作用。

图2-5胶壳刀开关结构图

熔断丝操作手柄触刀触刀座底座4.熔断器式隔离器熔断器式隔离器是一种新型电器，有多种结构型式，组成：有填料熔断器和刀开关组合作用：

1、在回路正常供电的时，刀开关来做电源隔离开关

2、严重过载和短路时，熔断器的熔体熔断，起保护作用应用：开关柜或与终端电器配套的电器装置接线时，接线：将电源进线端接在上端端子上，负载接在下端端子上。

注意：安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。若倒装，手柄有可能会自动下滑而引起误合闸，造成人身伤害事故。熔断器式隔离器

2.2.2隔离器和刀开关的选用原则1、满足隔离功能（主要功能）2、额定绝缘电压和额定工作电压不低于线路的相应数据，额定工作电流不小于线路的计算电流3、熔断器组合电器的选用，需在上述隔离器、刀开关的选用要求之外再考虑熔断器的特点(参见熔断器的选用原则)。2.3熔断器

电气设备的电流保护有两种主要形式：

1、过载延时保护：反时限保护，如热继电器

2、短路瞬时保护：瞬时保护，如熔断器过载：一般是指过电流≤10倍额定电流

短路：指过电流≥10倍额定电流2.3.1熔断器的结构及工作原理组成：熔断管(或座)、熔断体、填料及导电部件等

熔断管一般是由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成的封闭或半封闭式管状外壳。

熔断体由金属材料制成，装于熔断管内，有利于熔断体熔断时熄灭电弧。熔断体可以是丝状、带状、片状或笼状。除丝状外，其他熔断体通常制成变截面结构，可以改善熔断体材料性能及控制不同故障情况下的熔化时间。密封管式熔断器

熔断体--熔断器的心脏部件

熔体材料：低熔点材料和高熔点材料两大类。

基本性能：是功耗小、限流能力强和分断能力高。填料--是熔断器中的关键材料，主要作用为灭弧介质和帮助熔体散热，有助于提高熔断器的限流能力和分断能力。作用--串接于被保护电路中，发生短路或过电流时，熔断体自行熔断，切断故障电路，起到保护作用。安秒特性：熔化系数IN/I∞≈1.5~22.3.2常用典型熔断器

1.插入式熔断器插入式熔断器又称瓷插式熔断器，如图2-9所示。熔体材料：主要是软铅丝和铜丝作用：短路保护及高倍过电流保护。应用：用于民用交流50Hz、额定电压至380V、额定电流

200A以下的低压照明线路末端或分支电路中图2-9插入式熔断器

2.螺旋式熔断器熔体材料：主要是软铅丝和铜丝作用：短路保护及过电流保护。应用：工矿企业低压配电设备、机械设备电气控制系统组成：瓷座、熔体、瓷帽等。熔体是一个瓷管，内装有石英砂和熔丝，熔丝的两端焊在熔体两端的导电金属端盖上，其上端盖中有一个染有红漆的熔断指示器。当熔体熔断时，熔断指示器弹出、脱落，透过瓷帽上的玻璃孔可以看见。图2-10螺旋式熔断器

3.半导体器件保护熔断器半导体器件PN结的过电流能力极低，容易被烧坏，只能在极短时间(数毫秒至数十毫秒)内承受过电流，为此，必须采用能迅速动作的快速熔断器。常用的快速熔断器有RS、NGT和CS系列等。

RS0系列快速熔断器：

熔断器额定电流的选择原则

低压断路器由以下三个基本部分组成：

(1)触头和灭弧系统--这一部分是执行电路通断的主要部件。

(2)具有不同保护功能的脱扣器--由具有不同保护功能的各种脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。

(3)自由脱扣器和操作机构--是联系以上两部分的中间传递部件。2.4低压断路器

2.4.1低压断路器的结构和工作原理低压断路器的结构图2-11低压断路器的结构示意图2.4.2典型低压断路器简介

1.万能框架式断路器特点：具有多段式保护特性、容量较大、辅助触头的数量也较多，不同的脱扣器组合可产生不同的保护特性。应用：主要用于配电网络的总开关和保护。万能框架式断路器

2.塑料外壳式断路器特点：所有部件都装在聚酯绝缘材料封闭型外壳中，接线方式分为板前接线和板后接线两种。非选择型断路器，不同用途有不同型号的断路器，如配电用断路器、电动机保护用断路器应用：低压配电开关柜(箱)中，作配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制开关及保护。用在非频繁转换的线路中。

2.塑料外壳式断路器

3.模数式小型断路器特点：是终端电器中的一大类，对有关电路和用电设备应进行配电、控制和保护等。在结构上具有外形尺寸模数化(9mm的倍数)和安装导轨化的特点。组成：断路器由操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器、触头系统和灭弧室等部件组成，所有部件都置于绝缘外壳中。应用：广泛应用于工矿企业、建筑及家庭等场所有的产品备有报警开关、辅助触头组、分励脱扣器、欠压脱扣器和漏电脱扣器等附件，供需要时选用。

3.模数式小型断路器2.4.3低压断路器的选用原则根据具体使用条件选择使用类别、额定工作电压、额定电流、脱扣器整定电流和分励、欠压脱扣器的电压电流等，参照产品样本提供的保护特性曲线选用保护特性，并需对短路特性和灵敏系数进行校验。当与另外的断路器或其他保护电器之间有配合要求时，应选用选择型断路器。

2.5接触器

2.5.1接触器的结构及工作原理组成：由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触头及基座等几部分组成，如图2-13所示。工作原理：利用电磁系统控制衔铁的运动来带动触头，使电路接通或断开的。交流接触器和直流接触器的结构和工作原理基本相同。

图2-13接触器结构简图

触头分类：主触头：流过主回路电流辅助触头：用于控制回路触头选择：

1、中、小容量主、辅助触头一般都采用直动式双断点桥式结构设计，

2、大容量的主触头采用转动式单断点指型触头。灭弧方式：交流接触器常采用多纵缝灭弧装置灭弧。直流接触器采用磁吹式灭弧装置灭弧。

不得任意将交、直流接触器互换使用，否则将可能使灭弧发生困难，引起故障及事故2.5.2常用典型交流接触器典型交流接触器种类1、空气电磁式交流接触器2、机械联锁(可逆)交流接触器3、切换电容器接触器：专用于低压无功补偿设备中的投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因数4、真空交流接触器5、直流接触器：应用于直流电力线路中，可提供远距离接通与分断电路，以及直流电动机的频繁启动、停止、反转或反接制动控制等。6、智能化接触器：主要特征是装有智能化电磁系统，具有通信功能，具有对运行工况自动识别、控制和执行的能力。从外形结构上看，与传统产品不同的是，智能化接触器在出线端位置增加了一块带微处理器及测量线圈的机电一体化线路板。2.6继电器2.6.1继电器的结构及工作原理两个基本机构：一是能反应外界输入信号的感应机构；二是对被控电路实现通断控制的执行机构。感应机构：将输入的电量或非电量变换成机械能，执行机构：实现对电路的通断控制。2.6.2常用典型继电器

1.电磁式继电器电磁式继电器的种类很多，如电压继电器、中间继电器、电流继电器、电磁式时间继电器、接触器式继电器等，结构和动作原理与接触器相同，不再赘述。

2.时间继电器时间继电器按其延时原理有电磁式、机械空气阻尼式、电动机式、电子式、可编程式和数字式等。它是一种实现触头延时接通或断开的自动控制电器，主要作为辅助电器元件，用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时，应用十分广泛。一般电磁式时间继电器的延时时间在十几秒以下，多为断电延时，其延时整定精度和稳定性不是很高。但继电器本身适应能力较强，常用的电磁式时间继电器有JT3系列时间继电器。

空气阻尼式时间继电器原理：利用空气阻尼原理获得延时的。组成:电磁机构:为直动式双E形；直流的和交流的延时机构:采用气囊式阻尼器触头系统:采用微动开关分类：通电延时型和断电延时型两种。图2-16轴线左边部分为延时单元，右边部分为电磁机构。将图中右边部分的电磁机构旋出固定螺钉后再旋转180°，即为断电延时型。

图2-16JS7—2A型空气阻尼式时间继电器的结构原理图

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工作原理：当线圈通电时，衔铁连同L形托板被铁心吸引而右移，微动开关的触头迅速转换，L形托板的尾部便伸出支持件尾部至A点；同时，连接在气室的橡皮膜上的活塞杆也右移，由于杠杆形撞块连接在活塞杆上，故撞块的上部左移，由于橡皮膜向右运动时，橡皮膜下方气室的空气稀薄形成负压，起到空气阻尼作用，因此经缓慢右移一定的时间后，撞块上部的行程螺钉才能压动微动开关，使微动开关的触头转换，达到通电延时的目的。其移动的速度即延时时间的长短，视进气孔的大小、进入空气室的空气流量而定，可通过延时调节螺钉进行调整。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向下端。这时橡皮膜下方气室内的空气通过橡皮膜、弹簧和活塞的肩部所形成的单向阀，迅速从气室缝隙中排掉，因此杠杆形撞块和微动开关能迅速复位。在线圈通电和断电时，微动开关在推板的作用下瞬时动作，即为时间继电器的瞬动触头。

空气阻尼式时间继电器的优点是，延时时间长，结构简单，寿命长，价格低廉；其缺点是误差大(±10%～±20%)，无调节刻度指示，难以精确地整定延时值。在对延时精度要求高的场合，不宜使用这种时间继电器。

3.热继电器热继电器的主要技术要求保证电动机既不超过容许的过载，最大限度地利用电动机的过载能力，保证电动机的正常启动。为此，对热继电器提出了如下技术要求：

(1)应具有可靠而合理的保护特性。

(2)具有一定的温度补偿。

(3)具有手动复位与自动复位功能。

(4)热继电器的动作电流可以调节。

热继电器的结构及工作原理主双金属片与热元件串联，通电后双金属片受热向左弯曲，推动导板，导板向左推动补偿双金属片。补偿双金属片与推杆固定在一起，它可绕轴顺时针方向转动。推杆推动片簧向右，当向右推动到一定位置后，弓簧的作用方向改变，使片簧向左运动，将触点分断。由片簧及弓簧构成了一组跳跃机构。图2-18双金属片热继电器的结构示意图

64、速度继电器主要由转子、定子和触头系统三部分组成，由电机转速控制触电的通断5、温度继电器两种类型：双金属片式、热敏电阻式温度继电器。双金属片式温度继电器的工作原理与热继电器相似，在此不再赘述，热敏电阻式相当于温度传感器。

6.固体继电器是一种无触头开关器件，利用信号光电耦合方式使控制回路与负载回路实现了电隔离。当控制端无信号时，其主回路呈阻断状态；当施加控制信号时，主回路呈导通状态结构紧凑，开关速度快，能与微电子逻辑电路兼容应用场合：恶劣的工况下固体继电器可取代电磁式继电器。广泛应用于各种自动控制仪器、计算机数据采集和处理系统、交通信号管理系统等。图2-23固体继电器的工作原理框图(a)直流固体继电器；(b)交流固体继电器

7.可编程通用逻辑控制继电器可编程通用逻辑控制继电器的特点：编程操作简单。(2)编程语言简单、易懂。(3)参数显示、设置方便。(4)输出能力大。(5)通信功能。2.6.3继电器的选用1、接触器式继电器

按规定要求选定触头型式和通断能力，其他原则与接触器相同。2、时间继电器选用时间继电器时要考虑的特殊要求主要是延时时间、延时类型、延时精度和工作条件。3、保护继电器

保护继电器在电路中起保护作用。保护继电器主要包括过电流继电器（其动作电流可根据电动机的工作情况按其启动电流的1.1～1.3倍整定）、欠电流继电器、过电压继电器和欠电压(零电压、失压)继电器等。2.7主令电器

2.7.1常用主令电器

1.控