第1章 常用低压电器

第1章常用低压电器概述低压电器的电磁执行机构接触器继电器熔断器低压断路器低压隔离器主令器1.1概述本章重点介绍继电器-接触器控制系统中常用的低压电器。这些常用低压电器是组成控制电路的重要的元件。低压电器是在交流电压为1200V，直流电压为1500V及以下的电路中起通断、保护、控制、变换、检测、或调节作用的基本元件。1.1概述1.1.1常用低压电器的分类1.1.2常用低压电器1.1.3常用低压电器的发展1.1.1常用低压电器的分类1.按电器元件所在的系统分类低压配电电器：在低压电网或动力装置中，对电路和设备进行保护以及通断、转换电源或负载的电器。例如：熔断器、刀开关等。

低压控制电器：低压电力拖动系统中，对电动机的运行进行控制、调节、检测与保护的电器。例如：接触器、主令按钮等。

2.按电器动作的原理分类手动电器：由人为操作发出动作指令。例如：刀开关、按钮等。自动电器：由电磁吸力使电器自动完成动作指令。例如：接触器、继电器、电磁阀等。

1.1.1常用低压电器的分类3.按电器在系统中的作用分类控制电器：用于各种控制电路和控制系统中的电器。

例如：接触器、继电器等。检测电器：用于系统中反馈各种信号以及发出各种信号的电器。例如：电磁感应器、行程开关等。运算电器：用于把各种信号根据需要进行转换的电器。例如：中间继电器等。保护电器：用于对电路、系统、设备及人身安全起保护作用的电器。例如：漏电器、熔断器、热继电器等。执行电器：用于执行整个电路或系统的要求动作的电器。例如：电磁阀、电磁离合器等。1.1.2常用低压电器接触器：交流接触器、直流接触器。继电器：电磁式继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器。熔断器：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、快速熔断器、自复式熔断器。断路器：万能式短路器、装置式断路器、快速式断路器、限流式断路器。隔离器：低压刀开关、熔断器式刀开关、组合开关。主令电器：控制按钮、行程开关、接近开关、转换开关、主令控制器。1.1.3常用低压电器的发展传统低压电器的发展方向是高性能、高可靠、小型化、模块化、模数化、组合化、零部件通用化、网络化。1.2低压电器的电磁执行机构1.2.1电磁机构1、电磁机构的工作原理（如图）1.2.1电磁机构2、电磁机构分类直动式电磁机构（如图）1—衔铁2—铁心3—吸引线圈1.2.1电磁机构转动式（拍合式）电磁机构（如图）1—衔铁2—铁心3—吸引线圈1.2.2触头系统触头系统是执行部件，用来实现电路的接通或断开，有闭合状态，分断过程、断开状态三种工作状态。

触头的接触形式（如图）（a）点接触桥式（b）面接触桥式（c）线接触指1.2.3灭弧系统电弧产生原理

动静触头在分断过程中，由于瞬间的电荷密度极高，导致动、静触头间形成大量炽热的电荷流，产生弧光放电现象，即形成所谓的电弧。灭弧原理

灭弧关键就在于抑制游离因素。因为弧隙中在气体游离的同时，还存在着正离子与自由电子的复合，它们具有从密度高的地方向密度低的地方扩散的趋势，也有从温度高的地方向温度低的地方扩散的趋势，因此加强了去游离因素，就能有效的熄灭电弧。直流电依靠拉长电弧和冷却电弧来灭弧；交流电由于有自然过零，所以在参数相同的情况下，交流电弧比直流电弧容易熄灭，其灭弧应发生在电流过零或接近过零点。1.2.3灭弧系统3．低压电器常用灭弧方法1）电动力灭弧（如图）1-静触头，2-动触头1.2.3灭弧系统2）金属栅片灭弧1—灭弧栅片；2—触点；3—电弧1.2.3灭弧系统3）磁吹灭弧1—磁吹线圈；2—绝缘套；3—铁心；4—引弧角；5—导磁夹板；6—灭弧罩；7—动触点；8—静触点1.3接触器接触器是用来接通或断开电动机或其它负载主电路的一种控制元件。它是利用电磁力来使开关打开或闭合的电器，适用于频繁操作（高过每小时1500次），远距离控制大电流电路。根据主触点所接回路的电流种类，接触器分为直流接触器和交流接触器两种。

1.3接触器1.3.1接触器的结构及工作原理1.3.2接触器的主要技术参数1.3.3常用接触器的主要技术数据1.3.4接触器选用原则1.3.1接触器的结构及工作原理交流接触器的结构原理（如图)1—铁心；2—衔铁；3—线圈；4—常开触点；5—常闭触点1.3.2接触器的主要技术参数1.额定电压2.额定电流3.电磁线圈的额定电压4.触头数目5.动作值6.接通和分断能力7.机械寿命与电气寿命8.操作频率9.额定工作制1.3.3常用接触器的主要技术数据1.交流接触器2.直流接触器1.3.4接触器选用原则1）接触器的额定电压大于等于主电路的额定电压。2）接触器线圈的额定电压必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等。3）接触器的额定电流等级按下列方法选择：按接触器设计时规定的使用类别使用时，接触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流；按经任务使用类别设计的接触器，用于重任务使用类别时，应降低容量使用；用于反复短时工作制的接触器，其额定电流应大于负载的等效发热电流。4）选择接触器的型号时，各系列接触器是按一定的使用类别设计的，应根据负载的情况选用。此外还应注意负载的工作制，用于长期工作时，应尽量选用银或银基合成触头的接触器，如CJ20系列等。1.4继电器继电器是一种自动和远距离操纵用的电器，广泛的应用于自动控制系统、遥控、遥测系统、电力保护系统以及通信系统中，起着控制、检测、保护和调节的作用，是现代电气装置中最基本的器件之一。

1.4继电器1.4.1电磁式继电器1.4.2时间继电器1.4.3热继电器1.4.4速度继电器1.4.1电磁式继电器1.4.1电磁式继电器电磁式继电器的结构与工作原理（如图）1—底座2—反力弹簧3，4—调节螺钉5—非磁性垫片6—衔铁7—铁心8—极靴9—电磁线圈10—触头系统1.4.2时间继电器1.4.2时间继电器时间继电器是指，从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器。时间继电器的延时方式有两种：通电延时，接受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。断电延时，接受输入信号时，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。1.4.2时间继电器1.直流电磁式时间继电器（如图）1-铁心2-阻尼铜套3-线圈4-绝缘层1.4.2时间继电器2.空气阻尼式时间继电器（如图）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-塔形弹簧9-弱弹簧10-橡皮擦11-空气室壁12-活塞13-调节螺钉14-进气孔15、16-微动开关1.4.2时间继电器3.晶体管时间继电器（如图）单结晶体管通电延时电路

1.4.3热继电器（定义）在电力拖动控制系统中，当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压下运行，长期过载运行及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏，为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转，而当电动机一旦出现长时间过载时又能自动切断电路，从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器，这就是热继电器。显而易见，热继电器在电路中是做三相交流电动机的过载保护用的。但须注意，由于热继电器中发热元有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护，因此，它不同于过电流继电器和熔断器。1.4.3热继电器（原理）热继电器中产生热效应的发热元件，应串接于电动机电路中，这样，热继电器便能直接反映电动机的过载电流。热继电器的感测元件，一般采用双金属片。双金属片受热

双金属片工作原理双金属片的受热方式

（a）受热前；（b）受热后

（a）直接受热式（b）间接受热式

(c)复合受热式（d）电流互感器受热式1.4.3热继电器（三相式热继电器结构原理

）三相式热继电器结构原理（如图）三相式热继电器结构原理图1－支架2－双金属片3－发热元件4－导板5－补偿双金属片6－触点7－常开触点8－复位螺钉9－触点10－复位按钮11－调节旋钮12－支撑架13－压簧14－推杆1.4.3热继电器（选用）热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。通常选用时应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合加以考虑。1.4.4速度继电器速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也叫做反接制动继电器。它主要是依靠电磁感应原理实现触点动作的，因此，它的电磁系统与一般电磁式电器的电系统是不同的，而与交流电动机的电磁系统相似，即由定子和转子组成其电磁系统。1.4.4速度继电器感应式速度继电器结构和工作原理（如图）速度继电器结构原理图1—调节螺钉；2—反力弹簧；3—常闭触点；4—动触点；5—常开触点；6—返回杠杆；7—杠杆；8—定子导体；9—定子；10—转轴；11—转子1.5熔断器1.5.1熔断器的结构和分类1.5.2熔断器的主要参数1.5.3熔断器的类型选择1.5.4快速熔断器1.5熔断器熔断器又称保险器（或保险丝）主要用于供电线路和电气设备的短路保护。它的优点是体积小、动作快、简单经济、且有限制短路电流的作用。它的缺点是易受到周围温度影响，工作不够稳定，容易在正常工组时发生一相熔断，造成电动机单相运行，使电动机烧毁1.5.1熔断器的结构和分类

熔断器的结构和分类（如图）(a)半封闭插入式熔断器(b)螺旋式熔断器1-动触头；2-容体；3-瓷插件；1-底座；2-熔体；3-瓷帽

4-静触头；5-瓷座1.5.1熔断器的结构和分类熔断器的结构和分类（如图）（c）无填料密闭管式熔断器（d）有填料封闭管式熔断器1－铜圈；2－熔断管；3－管帽；4－插座1－瓷底座；2－弹簧片；3－管体5－特殊垫圈；6－熔体；7－熔片4－绝缘手柄；5－熔体1.5.2熔断器的主要参数1．额定电压：一般等于或大于电气设备的额定电压。指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其值2．额定电流：指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。3．极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值，在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。1.5.3熔断器的类型选择选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些，所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的RC1A系列熔断器。而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分断短路电流能力，若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的RC1A系列或熔体为锌质的RM10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力，当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的RL1系列熔断器；当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的RT0及RTl2系列熔断器。1.5.4快速熔断器快速熔断器用于保护硅半导体元件。通常，硅半导体元件的过载能力极低，它们在过载时只能在极短的时间内（数毫秒至数十毫秒）承受过载电流。如果任其工作于过载或短路条件下，则PN结的温度将迅速提升，硅元件迅速被烧坏。但是，一般熔断器的熔断时间是以秒计的，所以不能用来保护硅元件，必须采用在过载时能迅速动作的快速熔断器。1.6低压断路器1.6.1低压断路器的结构及工作原理1.6.2低压断路器的常用类别1.6.3低压断路器的主要参数和技术数据1.6.4低压断路器的选择及使用注意事项1.6低压断路器低压断路器又称为自动空气开关（或自动开关）。它相当于是刀闸开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合体，是一种自动切断电路故障用的保护电器。低压断路器与接触器的不同点在于它允许切断短路电流，但不允许操作次数太多。1.6.1低压断路器的结构及工作原理低压断路器的结构及工作原理（如图）低压断路器工作原理图1—热脱扣器整定旋钮；2—手动脱扣按钮；3—脱扣弹簧；4—手动合闸机构；5—合闸联杆；6—热脱扣器；7—锁扣；8—电磁脱扣器；9—脱扣联杆；10，11—动、静触点；12，13—弹簧；14—发热元件；15—电磁脱扣弹簧；16—调节旋钮1.6.2低压断路器的常用类别1．万能式低压断路器：又称敞开式低压断路器，具有绝缘衬底的框架结构底座，所有的构件组装在一起，用于配电网络的保护。2．装置式低压断路器：又称塑料外壳式低压断路器，具有用模压绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起。用作配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等控制开关。3．快速断路器：具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护。4．限流断路器：利用短路电流产生巨大的吸力，使触点迅速断开，能在交流短路电流尚未达到峰值之前就把故障电路切断。用于短路电流相当大（高达70kA）的电路中。1.6.3低压断路器的主要参数和技术数据低压断路器的主要参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其额定电流、整定范围、电磁脱扣器整定范围、主触点的分断能力等。低压断路器的型号意义（如图）1.6.4低压断路器的选择及使用注意事项1．低压断路器的选择低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路最大短路电流。欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。使用低压断路器来实现短路保护比熔断器优越，因为当三相电路短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。对于低压断路器来说，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相同时切断。低压断路器还有其他自动保护作用，所以性能优越。但它结构复杂，操作频率低，价格较高，因此适用于要求较高的场合，如电源总配电盘.1.6.4低压断路器的选择及使用注意事项2．低压断路器使用时的注意事项低压断路器投入使用时应先进行整定，按照要求整定热脱扣器和电磁脱扣器的动作电流，以后就不应随意旋动有关的螺丝和弹簧。在安装低压断路器时应注意把来自电源的母线接到开关灭弧罩一侧的端子上，来自电气设备的母线接到另外的一侧端子。在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，清除灰尘等。发生开断短路事故的动作后，应立即对触点进行清理，检查有无熔坏，清除金属熔粒、粉尘等，特别要把散落在绝缘上的金属粉尘清除掉。1.7低压隔离器1.7.1低压刀开关1.7.2熔断式刀开关1.7.3组合开关1.7低压隔离器低压隔离器是一种结构比较简单，应用十分广泛的手动操作电器。低压隔离器的品种很多，主要有低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。它的主要作用是在电源切除后，将线路与电源明显的隔离开，以保障维修人员的安全。也可以用作不频繁的接通和分断空载电路或小电流电路之用。1.7.1低压刀开关1．刀开关的分类按级数：单极、双极和三级按结构：平板式和条架式按操作方式：直接手柄操作式、杠杆操作机构式、旋转操作式和电动操作机构式2.常用塑壳刀开关的结构(如图)1—上胶盖；2—下胶盖；3—插座；4—触刀；5—瓷柄；6—胶盖紧固螺母；7—出线座；8—熔丝；9—触刀座；10—瓷底板；11—进线座1.7.1低压刀开关3．刀开关的技术参数1）额定电压：指在规定条件下，保护电器正常工作的电压值。2）额度电流：指在规定条件下，保证电器正常工作的电流值。3）通断能力：指在规定条件下，能在额定电压下接通和分断的电流值。4）动稳定电流：指在规定的使用条件和性能条件下，开关电路在闭合位置上所能承受的电流峰值。刀开关的动稳定电流为其额定电流的几十倍到几百倍，因为刀开关在闭合位置时，可能通过短路电流。5）热稳定电流：指在规定的使用和性能条件下，开关电路在指定的短时间内，于闭合位置上所能承载的电流。刀开关的热稳定电流也为额定电流的几十倍，理由同上。6）机械寿命：指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。刀开关为不频繁操作电器，其机械寿命一般为5000~10000次。7）电寿命：指在规定的正常工作条件下，开关电器不需修理或更换零件的情况下，带负载操作次数。刀开关的电寿命一般为500~1000次。1.7.2熔断式刀开关熔断式刀开关是由刀开关和熔断器组合而成的，具有熔断器和刀开关的基本性能。熔断器式刀开关用于交流频率50Hz、电压至600V有高短路电流的配电电路和电动机电路中，作电动机的保护和电源开关、隔离开关及应急开关，但一般不用于直接接通和分断单台电动机。常用的型号有HR5、HR11系列。HR5熔断器式刀开关中的熔断器为NT型低压高分断型熔断器。NT型熔断器是我国从德国AEG公司引进的制造技术而生产的，其分断能力高达100kA。HR5型号产品可与国外同类产品替换。1.7.3组合开关组合开关又称为转换开关，它实质上也是一种特殊的刀开关，不同点在于一般的刀开关的操作手柄在垂直安装的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是在平行于安装面的平面内向左或向右转动。组合开关多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，也可以用做不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载及控制5kW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。1.7.3组合开关组合开关的结构

（如图）

1－手柄，2－转轴，3－弹簧，4－凸轮，5－绝缘垫板，6－动触点，7－静触点，8－绝缘方轴，9－接线柱1.8主令电器1.8.1控制按钮1.8.2行程开关1.8.3万能转换开关1.8.4主令控制器1.8主令电器主令电器是用来接通和断开控制电路的低压电器，用以控制电力拖动系统中电动机的启动、停车、制动以及调速等。主令电器可直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器间接作用于控制电路。在控制电路中由于它是一种专门发布命令的电器，故称为主令电器。主令电器不允许分合主电路。主令电器应用十分广泛，种类也繁多，常用的有控制按钮、行程开关、万能转换开关和主令控制器等。1.8.1控制按钮控制按钮简称按钮，是一种结构简单使用广泛的手动主令电器，在控制电路中作远距离手动控制电磁式电器用，也可以用来转换各种信号电路和电器联锁电路等