第一章低压电器(课件中有元器件选择)

第一篇电气控制技术第一章常用低压电器重点：接触器、继电器、按钮、开关等电器元件的结构、原理、符号和选择方法。难点：各种器件的认识和正确的选择、使用方法。第一章常用低压电器第一节电器的功能、分类和工作原理第二节动力线路中常用电器第三节继电器第四节主令电器第一节电器的功能、分类和工作原理

一、低压电器功能及定义功能：能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。

最基本功能：“开”和“关”定义：交流1200V以下、直流1500V以下为低压，在此电压范围内使用的电器元件，统称低压电器发展方向：小体积、高可靠性、使用方便、功能可组合性方向发展。二、电器的分类按工作电压等级分

高压电器：AC1200V、DC1500V及以上

低压电器：AC1200V、DC1500V以下按工作原理分

电磁式电器：以电磁感应原理工作

非电磁式电器：以非电量变化而工作三、电磁式电器的基本原理（一）电磁式电器构成感测部分：电磁机构（输入端）执行机构：触头系统（输出端）灭弧装置：保护部分②结构磁路：铁心：直动式（E形或U形）：用于交流电器拍合式：用于直流电器螺管式：牵引电磁铁

衔铁、铁轭、空气隙外形见图1.1.1吸引线圈：直流线圈：匝数多电阻大，瘦高型无骨架

交流线圈：匝数相对少，矮胖型有骨架短路环：用于交流电磁机构，消除电磁铁的脉动和噪声③铁心材料：直流—电工软铁； 交流—硅钢片（端面嵌铜短路环克服交流颤抖声）1.电磁机构①作用：将电磁能量转换成机械能，带动触点使之接通或断开2.触头系统

结构：图1.1.2桥式：点接触 面接触

指式：线接触，滚动摩擦，适用于大电流。

材料：黄铜—指式；银铜合金—桥式3.灭弧系统用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。电弧种类：交流电弧和直流电弧交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭灭弧原理：①迅速拉长电弧②冷却和去游离法灭弧方法：①机械灭弧法：利用弹性力、迅速拉长电弧②缝灭弧法：分割电弧，并有冷却作用。如：纵缝陶土灭弧罩③

栅片灭弧法：金属栅片分割电弧见图1.1.3④磁吹灭弧法：电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。（二）电磁式电器工作原理线圈通电→产生磁通，在磁路中形成闭合回路→产生电磁吸力→衔铁吸合→触头动作→输出第二节动力线路中常用电器1.刀开关用途：通、断小负荷电流，电源隔离。结构：触刀，触头插座。绝缘底板，操纵手柄。（大容量灭弧罩）主要类型：带灭弧装置的大容量刀开关（HD11~HD14单投、HS11~HS13双投）负荷开关：带熔断器的开启式负荷开关（胶盖开关）（HK1、HK2）。带熔断器和灭弧装置的封闭式负荷开关（铁壳开关）（HH3、HH4）熔断器式刀开关（刀熔开关）一、低压隔离器安装：垂直安装、手柄向上，进线座在上方、出线座在下方。符号：图1.2.2

刀开关外形选择：电源种类、电压等级、断流容量、极数。极数=电源进线相数

UN≥U线路

IN≥I负载（阻性负载时）控制电机时，IN>3IMN开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）带熔断器式刀开关带熔断器的开启式负荷开关（胶盖开关）带熔断器和灭弧装置的封闭式负荷开关2.组合开关功能：非频繁接通和分断电路、接通电源和负载、测量三相电压及控制小容量异步电动机的正反转和星三角启动等。在机床电气设备中主要作电源引入开关结构：带弹簧储能功能，旋转操作，三层结构的刀式开关图1.2.1

组合开关外形型号举例：HZ10系列，主要参数：IN（10A、25A、60A）；极数（1、2、3、4）；UN=380V符号：图1.2.2选用：电源种类、电压等级、断流容量、触头数量。

控制电阻性负载，则IN>IN负载控制5kW以下异步电机时，IN=(1.5~2.5)IMN二、低压断路器（又称自动空气开关）功能：控制：不频繁接通、断开负载电路保护：故障自动跳闸功能（短路、过载、失压）电源隔离分类：框架式（万能式）：DW10、DW15—大容量

塑壳式：DZ10、DZ20

快速式：DS

限流式：DWX15、DZX10结构：触头+灭弧装置+脱扣机构+操作结构参见图1.2.3脱扣：电磁脱扣—电压、电流（过流和短路时）热脱扣实验脱扣特点：脱扣，排除故障后可重合闸（不换部件）。选择：①类型确定②额定电压和额定电流选择：大于或等于电路的正常工作电压和电流。③热脱扣器动作电流选择：与所控制的电动机或负载额定电流一致。④电磁脱扣器的瞬时动作整定电流：1)一般负载：Iop=(1.7~2)Ipk

或

Iop≥6IN(负)2)电动机负载主电路：单台Iop=KIst

多台共用：Iop≥(1.25~1.3)[Ist.max+∑IMN]主要参数：额定电压、额定电流、通断能力、分断时间符号：图1.2.4

常用低压断路器外形1控制电路：Ist.max——最大容量电动机的启动电流∑IMN——除最大以外其它电动机额定电流之和Sst.max——线路中最大一台电器的启动容量∑SN——其余电器的额定容量之和UN——控制线路的额定电压三、熔断器

1.用途：用于低压电路的短路保护。

2.构成：外壳+熔体（芯）。熔体材料：低熔点、铝锡合金、铜等金属3.保护（熔断）特性：图1.2.5 熔体电流超过IfN,熔断。熔断时间与熔体电流成反比。熔体电流小于等于IfN时，不会熔断、可以长期工作。4.分类：插入式、螺旋式、管式（无填料封闭管式、填料封闭管式）、速熔式、自复式。5.主要参数：熔断器额定电流（外壳）熔体额定电流（熔体）6.选择：类型、额定电压、额定电流、熔体额定电流。主要是确定熔体电流，选配合适外壳。上、下级电路保护熔体的配合，电流比值不小于1.6：1照明或阻性负载，熔体电流IfN≥I线路单台电机。IfN≥(1.5~2.5)ＩMＮ多台电机不同时起动IfN≥(1.5~2.5)ＩMＮ.max＋∑ＩMＮ7.符号：图1.2.6

熔断器外形瓷插式熔断器RC螺旋式熔断器RL有填料式熔断器RT无填料密封式熔断器RM快速熔断器RS自恢复熔断器RZ四、接触器（交流、直流）用途：自动接通和断开大电流负荷电路构成：电磁机构+触头+灭弧罩图1.2.7常用型举例：CJ20—40选择的主要参数：主触点额定电压：大于等于线路额定电压主触点额定电流—根据负载确定对电动机负载，IC=PN/KUN吸引线圈额定电压36、127、220、380电气符号：图形及文字图1.2.8接触器外形结构1直流接触器第三节继电器用途：根据信号变化，接通或断开电路（信号变换）构成：传感器+输出触点分类：

电磁式继电器：、电流（过、欠）、电压（过、欠、中间）非电磁式继电器：时间、热继电器、速度、压力、温度等一、中间继电器用途（功能）：增加控制点数或信号放大。分类：交流、直流（电子电路常用）结构：电磁结构（电压线圈）+触头系统型号举例：JZ7-44符号：图1.3.1主要参数：触点形式、个数及电流吸引线圈的电压等级交流：12.36.127.220.380V直流：5.6.9.12.18.24.36.48.60.110V常用中间继电器和小型继电器外形1、二、电流、电压继电器1、结构：电磁机构+触点2、定义：依据线圈的电流或电压（输入）大小而输出触点动作的电器。3、分类：过流（压）：过流（压）后时触点动作。欠流（压）：欠流（压）后时触点复位。4、常用型号：电流JL14、JT3等例电压DJ—1005、主要参数：触点形式、个数及吸引线圈的电压或电流等级6、符号：图1.3.2常用电压、电流继电器及互感器过流电流继电器欠流电流继电器电压继电器三、时间继电器定义：按时间原则工作的继电器。用途：用于时间控制，又称定时器。延时类型：通电延时型、断电延时型。结构分类：直流电磁式（JT3)、空气阻尼式(JS7)、晶体管式（半导体式JSJ\JS13\JS14\JS15\JS20）、数显式（数字式DHC6\J5S17\J3320\JSZ13）、电动机式(JS11)等。

空气式时间继电器构成：电磁机构+触头+汽缸（活塞）原理：利用空气阻尼的原理工作。

图1.3.3a通电延时型、b断电延时型主要参数：延时类型及触点吸引线圈电压延时范围0.4~60S或0.4~180S电气符号：图1.3.4特点：价低、可靠、定时精度差电动式时间继电器

构成：同步机+减速器+执行结构（触头）优：延时时间长、精度高。缺：结构复杂、体积大。型号举例：JS10系列7PR系列电子式时间继电器

分类：晶体管式（阻容式）：利用充放电原理延时工作，小型继电器触点输出。数字式：脉冲+计数+执行机构。型号：晶：JS14、ST3P系列数：JSS14系列常用时间继电器外形1特点：延时范围广、精度高、耐冲击振动。易受温度和电源波动影响，抗干扰性差四、热继电器用途：用于三相交流异步电动机（笼型）的过载保护。（含断相保护）分类：双金属片式—常用；电子式结构：热元件+触头+动作机构+整定装置+复位装置参见图1.3.5原理：由双金属片的变形，通过导板，分断触点。复位：故障排除后，手动复位整定：通常整定在电动机的额定电流上。型号：JR16~20，JR36符号：图1.3.6

常用的热继电器及其他控制器选择：①相数选择星接电机、电源对称性好——两相角接电机、电源对称性不好——三相（带断相或不）②热元件选择热元件整定电流：≈电动机额定电流热元件额定电流（编号、调节范围）：热元件整定电流处于调节范围中→从而决定调节范围→再决定热元件额定电流、编号③热继电器额定电流选择热元件→热继电器额定电流五、速度继电器用途：检测转速的过零点。多用于反接制动时，切除反相序电源。结构：转子（磁极）+笼型空心绕组+触头

图1.3.7原理：电磁感应与鼠笼式异步机相似。转动时，笼型绕组感生电势，形成电流后受力而摆动，摆锤拨动触头系统工作。停转时（N=0），摆锤垂立，触头复位。型号：JY1（复位转速100r/min）、JFZ0符号：图1.3.8参数：动作转速：>120rpm复位转速：<100rpm六、固态继电器构成：由电力开关器件组成，由输入信号电压，控制输出电子器件导通。用途：为无触点继电器，无火花。广泛应用在数字电路和计控系统。分类：交流输出和直流输出两大类。（AC—SSR、DC—SSR）分别用来通断交/直流负载。应用举例（AC—SSR）参见图1.3.9：原理：1.2端施加US时，3.4端接通。1.2端无US时，3.4端开关截止。常用型号：JGX—F系列（电流有10~80A的8种规格）。主要参数：输入信号电压范围输出额定电压/电流耐压强度固态继电器外形结构压力继电器光电继电器温度继电器七、其它继电器第四节主令电器

主令电器的用途：发布控制信号或指令类别：按钮、执行开关、万能转换开关、主令控制器等一、按钮和指示灯二、位置开关三、万能转换开关和主令控制器四、凸轮控制器一、按钮和指示灯1、按钮的构成：静触点、动触点、复位弹簧、按钮帽外壳。参见图1.4.12、分类：结构形式（组合式、指示灯式）、操作方式（带锁定按动式（无自动复位功能）、不带锁定按动式、旋转式）。3、工作原理：按下时，动触桥下移、常闭点（3、4）断开，常开点（1、2）闭合按钮松开时，弹性力使触桥复位，触点状态复原。4、型号举例：ＬＡ２、ＬＡ１８、ＬＡ１９、ＬＡＹ３、ＬＡＹ８5、选用考虑：额定电压、电流（５Ａ）、结构形式、操作方式、触点对数、按钮颜色、有无指示灯及帽形（急停式）。6、符号：图1.4.27、指示灯：氖泡、灯泡、半导体发光器件等。主要参数及选择：额定电压３８０、２２０、１２７、３６、６.３V发光器件、颜色。型号举例：ND16-22

按钮和指示灯外形二、位置开关用途：用于运部部件的位置或行程的检测和控制。主要包括行程开关、微动开关、接近开关、光电开关等。（一）行程开关1、行程开关构成：静触头、动静桥、压动杆。工作原理与按钮相似，但操作形式为挡铁压动式。参见图1.4.32、分类：（操作头型式）直杆式、单轮式、双轮式等（按复位方式为自动复位式和非自动复位式）。3、型号举例：ＬＸ１９

行程开关外形4、符号：参见图1.4.4

行程开关：SQ（二）接近开关分类：电感式、电容式、霍尔式用途：非接触式，能检测金属物体的接近状态。符号：参见图1.4.4接近开关：SQ1-常开静触头2-动触头3-常闭静触头4-壳体5-推杆6-弓簧片（三）光电开关

工作原理：利用红外发射和接收的原理检测物体的到来。主要类型：对射式—发射和接收分开设置，物体经过时，阻断光源。反射式—发射和接收装在一起，利用被捡物体的反射工作。三、万能转换开关和主令控制器万能转换开关主令控制器万能转换开关

结构特点：多挡位、多段式。可同时控制多回路，故称万能转换开关。（园盘操作）ＬW６型的一层结构原理见图1.4.5。触头座，凸轮、手柄、定位机构等组用途：多用于仪表切换。常用型号：ＬＷ５、ＬＷ６系列

万能转换开关外形万能转换开关：SASA转换开关触点通断展开图万能转换开关纵向虚线表示手柄位置，图中有三个位置Ⅰ、0、Ⅱ横向圆圈表示触点对数，图中有6对触点纵横交叉处圆黑点为手柄在此位置对应的触点接通Ⅰ位：1、4、6触点通0位：2、3、5触点通Ⅱ位：3、4、5触点通万能转换开关触点号Ⅰ0Ⅱ1×

2

×

3

××4×

×5

××6×

转换开关触点通断表纵向表示手柄位置，表中有三个位置Ⅰ、0、Ⅱ；横向为触点对数，图中有6对；×为手柄在此位置接通的触点Ⅰ位：1、4、6触点通0位：2、3、5触点通Ⅱ位：3、4、5触点通主令控制器结构特点：凸轮非调整式主令控制器，是一种采用机械传动杠杆手动操作方式的多档位、多控制回路的控制电器。用途：主要用于起重设备的磁力控制。常用型号：ＬＫ４、Ｌ１８等四、凸轮控制器

结构特征：大电流的多挡住、多触头手动操作的开关电器。触头的结构示意见图1.4.6，由插式触头、手柄、转轴、凸轮、灭弧罩、定位机构的组成。用途：用于起重机绕线式异步电动机的起动、调速、制动控制。型号：ＫＴ１４、ＫＴ１５系列主要参数：触点的额定电流（２５Ａ、６０Ａ或３２Ａ、６３Ａ）符号：（万能、主令ＳＡ，凸轮ＱＭ）参见图1.4.7五、接线端子接线端子型号和外形第1章小结本章主要介绍了接触器、继电器、低压断路器、刀开关、保护及主令电器等常用低压电器。重点介绍了电气元件的基本结构、工作原理及其主要参数、型号与图形符号。电气元件的技术参数是选用的主要依据，需要时可查阅产品样本和电工手册。

图1.1.1磁路结构图1.1.2触头结构示意图图1.1.3栅片灭弧图1.2.1组合开关结构示意图图1.2.2刀开关和组合开关电气图形符号及文字符号图1.2.3低压断路器工作原理图图1.2.4低压断路器符号图1.2.5熔断器的保护特性图1.2.6熔断器的电气符号图1.2.7CJ20交流接触器图1.2.8接触器电气图形符号及文字符号图1.3.1中间继电器符号图1.3.2电流、电压继电器电气图形及文字符号图1.3.3时间继电器图1.3.4时间继电器的电气图形及文字符号图1.3.5热继电器结构原理图1.3.6热继电器符号图1.3.7速度继电器原理图1.3.8速度继电器的电气符号图1.3.9AC-SSR典型应用电路图图1.4.1按钮结构图1.4.2按钮和指示灯电气符号图1.4.3行程开关结构示意图图1.4.4行程开关及接近开关的电气符号图1.4.5万能转换开关图1.4.6凸轮控制器结构示意图1.4.7凸轮控制器图形文字符号CJ20技术规格与型号表示法DZ20系列低压断路器型号意义JR36系列热继电器型号意义LA19按钮型号及含