第一章 常用低压电器 (1)讲解

电气控制与PLC控制基础理论常用低压电器第一章第一节常用低压电器的分类1可分为低压电器和高压电器按工作电压等级2可分为手动电器和自动电器按动作原理3可分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器按用途4可分为电磁式电器和非电量控制电器按工作原理第二节低压电器的电磁机构及执行机构电器一般都具有两个基本组成部分：感受部分：接受外界输入的信号，并通过转换、放大与判断做出有规律的反应执行部分：输出相应的指令，实现控制的目的对于有触头（又称为触点）的电磁式电器，感受部分是电磁机构，执行部分是触头系统第二节低压电器的电磁机构及执行机构电磁机构电磁机构是电磁式低压电器的检测部分，由吸引线圈、铁芯、衔铁组成。结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式两种。吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电磁力的作用下产生机械位移使铁芯吸合。图1-1直动式电磁机构1—衔铁；2—铁芯；3—吸引线圈图1-2拍合式电磁机构1—衔铁；2—铁芯；3—吸引线圈第二节低压电器的电磁机构及执行机构触头系统触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用，通常用铜制成。触头的结构有桥式和指式两类。桥式触头又分为点接触式触头（参见图1-3（a））和面接触式触头（参见图1-3（b）），点接触式适用于电流不大的场合，面接触式触头适用于电流较大的场合。图1-3（c）所示为指形触头，适合于触头分合次数多、电流大的场合。

（a）点接触

（b）面接触

（c）指形图1-3交流接触器触头的结构形式第三节开关与低压断路器刀开关刀开关又称闸刀开关，是结构最简单、应用最广泛的一种手控电器。刀开关在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电路与电源，故又称“隔离开关”。刀开关的结构刀开关由绝缘底板、静插座、手柄、触刀和铰链支座等组成。低压刀开关的图形及文字符号如图1-5所示。图1-4低压刀开关的结构图1-5低压刀开关的图形及文字符号第三节开关与低压断路器刀开关的种类及主要参数胶盖闸刀开关胶盖闸刀开关又称开启式负荷开关，由瓷底板、熔丝、胶盖及触头、触刀等组成。主要用于50Hz，电压至380V、电流60A的电力线路中，常用型号有HKl，HK2系列。封闭式负荷开关封闭式负荷开关又称铁壳开关，交流50Hz，380V，60A以下的开关，可作为异步电动机的非频繁全电压启动的控制开关。常用型号有HH3，HH4等系列。熔断器式刀开关熔断器式刀开关用于50Hz，电压至660V的有高短路电流的配电电路和电动机电路中，作电动机保护和电源开关、隔离开关及应急开关，但一般不用于直接通、断电动机。常用型号有HR5，HR11等系列。第三节开关与低压断路器刀开关的种类及主要参数组合开关组合开关又称转换开关。结构如图1-6所示，图形及文字符号如图1-7所示。组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。其中额定电流有10A，25A，60A等几级。全国统一设计的常用产品有HZ5，HZ10系列和新型组合开关HZ15等系列。图1-6组合开关结构1—手柄；2—转轴；3—弹簧；4—凸轮；5—绝缘垫板；6—静触头；7—动触头；8—接线柱；9—绝缘方轴图1-7组合开关的图形及文字符号第三节开关与低压断路器低压断路器低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。低压断路器的结构与工作原理低压断路器主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作机构等组成。图1-8（a）所示为其结构图，图1-8（b）所示为其图形文字符号。（a）结构图（b）图形文字符号图1-8低压断路器1—分闸弹簧；2—主触点；3—传动杆；4—锁扣；5—过电流脱扣器；6—过载脱扣器；7—欠压脱扣器；8—分励脱扣器第三节开关与低压断路器低压断路器的类型3421用于半导体整流元件和整流装置的保护快速断路器能用在交流短路电流相当大（高大70kA）的电路中限流断路器又称敞开式低压断路器用于配电网络的保护万能式低压断路器又称塑料式低压断路器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装置式低压断路器第三节开关与低压断路器低压短路器的主要技术参数1断路器在电路中长期工作时的允许电压值额定电压2指脱扣器允许长期通过的电流，即脱扣器额定电流额定电流3指每一件框架活塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流壳架等级额定电流4指在规定操作条件下，断路器能接通和分断短路电流的能力通断能力第三节开关与低压断路器低压断路器的选用原则根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式，确定选用框架式、装置式或限流式等。断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。第四节熔断器熔断器的结构与工作原理熔断器包括熔体座和熔体等部分。熔断器是串联连接在被保护电路中的，当电路电流超过一定值时，熔体因发热而熔断，使电路被切断，从而起到保护作用。熔断器的图形及文字符号如图1-9所示。图1-9熔断器的图形符号和文字符号第四节熔断器常用熔断器常见的熔断器有瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式、有填料封闭管式等几种。熔壳的额定电流有5A，10A，15A，30A，60A，100A，200A7个等级。熔体的额定电流等级有2A，4A，6A，10A等。熔体的额定电流、熔断电流与其线径大小有关。常用的熔断器外形如图1-10所示。图1-10常用的熔断器外形（a）RC1A系列瓷插式熔断器（b）RL1系列螺旋式熔断器（c）RM10无填料封闭管式熔断器（d）RT0系列有填料封闭管式熔断器熔断器的技术参数1指熔断器（熔壳）长期工作时以及分断后能够承受的电压值，其值一般大于或等于电气设备的额定电压额定电压2指熔断器（熔壳）长期通过的、不超过允许温升的最大工作电流值额定电流3指长期通过熔体而不使其熔断的最大电流值熔体的额定电流4指通过熔体并使其熔化的最小电流值熔体的熔断电流5指熔断器在故障条件下，能够可靠地分断电路的最大短路电流值极限分断能力第四节熔断器第四节熔断器熔断器的选择主要选择以下几个参数熔断器种类额定电压额定电流熔体额定电流熔断器的型号意义熔断器的选择第五节主令电器定义作用类型主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器主令电器可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制主要类型有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、凸轮控制器等控制按钮控制按钮是一种典型的主令电器，通常是用来短时间地接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。控制按钮的结构与符号控制按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常制成具有常开触点和常闭触点的复合式结构，其结构示意图如图1-12所示。控制按钮的图形及文字符号如图1-13所示。图1-12典型控制按钮的结构示意图第五节主令电器（a）动合按钮（b）动断按钮（c）复合式结构图1-13控制按钮的图形及文字符号控制按钮的种类及动作原理第五节主令电器按结构形式分为按接触点形式分为旋钮式按钮：用手动旋钮进行操作指示灯式按钮：按钮内装入信号灯显示信号紧急式按钮：装有蘑菇型钮帽，以示紧急动作动合按钮：外力未作用时，触点断开，外力作用时，触点闭合，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复原来的断开状态。动断按钮：外力未作用时，触点闭合，外力作用时，触点断开，但外力消失后，在复位弹簧作用下恢复原来的闭合状态。复合按钮：既有动合按钮，又有动断按钮的按钮组，称为复合按钮。按下复合按钮时，所有的触点都改变状态。控制按钮的主要技术参数及型号含义控制按钮的主要技术参数有额定电压、额定电流、结构型式、触头数及按钮颜色等。常用的控制按钮的额定电压为交流电压380V，额定工作电流为5A。控制按钮的型号含义如图1-14所示。图1-14括号中结构型式代号的意义为：K—开启式，S—防水式，J—紧急式，X—旋钮式，H—保护式，F—防腐式，Y—旋钮式，D—带灯按钮。图1-14控制按钮的型号含义第五节主令电器控制按钮的选用原则第五节主令电器根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式、防水式、防腐式等根据控制回路的需求，确定按钮数。如单钮、双钮、三钮、多钮等用户可以在投影仪或者计算机上进行演示也可以将演示文稿打印出来根据用途，选择控制按钮的结构型式01020304行程开关行程开关又称限位开关，主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等。控制按钮的结构与符号行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。直动式行程开关的结构原理如图1-15所示，图形及文字符号如图1-16所示。第五节主令电器（a）劝和开关（b）劝断开关（c）复合开关图1-16行程开关的图形及文字符号图1-15直动式行程开关的结构图行程开关的型号含义常用的行程开关有JLXK1，X2，LX3，LX5，LX12，LX19A，LX19A，LX21等系列，JLXK1系列行程开关的型号含义如图1-17所示。第五节主令电器图1-17行程开关的型号含义行程开关的选用原则第五节主令电器根据场合及控制对象选择行程开关的种类根据控制回路的电压和电流选择行程开关系列根据运动机械与行程开关的传力和位移选择行程开关的头部型式根据安装使用环境选择行程开关的防护型式01020304万能转换开关的结构万能转换开关可以作为多种配电装置的远距离控制，也可作为小容量电动机的启动、制动、调速及正反向转换的控制。由于其触头档数多、接环线路多、用途广泛，故有“万能”之称。目前我国生产的主要有LW5，LW6系列。图1-18是LW6系列万能转换开关单层的结构示意图。图1-18万能转换开关单层结构示意图第五节主令电器万能转换开关的型号含义万能转换开关的主要技术参数可参见相关技术手册，其型号含义如图1-19所示。图1-19万能转换开关的型号含义第五节主令电器万能转换开关的选用原则按额定电压和工作电流选用相应的万能转换开关系列按操作需要选择手柄型式和定位特征按控制要求参照转换开关产品样本，确定触头数量和接线图编号凸轮控制器的结构凸轮控制器是一种大型的手动控制电器，也是多档次、多触点，利用手动操作，转动凸轮去接通和分断允许通过大电流的触头转换开关。凸轮控制器主要用于启动设备，直接控制中小型绕线转子异步电动机的启动、制动、调速和换向。凸轮控制器主要由触头、凸轮、手柄、转轴、灭弧罩及定位机构等组成，其结构原理如图1-20所示。图1-20凸轮控制器结构原理图第五节主令电器凸轮控制器的图形及文字符号凸轮控制器的图形和文字符号及触头通断表示方法如图1-21所示。我国生产的凸轮控制器系列有KL10，KT14及KT15系列，其额定电流有25A，60A及32A，63A等规格。选用时，主要根据电动机的容量、额定电压、额定电流和控制位置数目来选择。图1-21凸轮控制器的图形和文字符号及触头通断表示方法第五节主令电器第六节电磁式接触器交流接触器直流接触器电磁式接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合，或分断电动机电路或其他负载电路的控制电器。由于控制容量大、价格低、维护方便，因而用途十分广泛。电磁式接触器12接触器的结构交流接触器和直流接触器结构相似，由电磁机构、主触点和灭弧系统、辅助触点、反力装置、支架和底座五个部分组成。常用电磁式交流接触器结构如图1-22所示。图1-22交流接触器的结构图第六节电磁式接触器电磁机构：电磁机构用来操作触点的闭合和分断。它由静铁芯、线圈和衔铁三部分组成。主触点和灭弧系统：主触点用以通断电流较大的主电流，一般由接触面积较大的常开触点组成。辅助触点：辅助触点用以通断小电流的控制电路，它由常开触点和常闭触点成对组成。反力装置：由释放弹簧和触点弹簧组成，且它们均不能进行弹簧松紧的调节。支架和底座：用于接触器的固定和安装。接触器的工作原理当接触器线圈通电后，在铁芯中产生磁通。由此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生闭合动作，主触点在衔铁的带动下闭合，辅助常开触点也同时闭合，而原来闭合的辅助常闭触点断开。当线圈断电或电压降低至极限时，吸力消失或减弱，衔铁在复位弹簧作用下被打开，主、辅触点又恢复到初始状态。交流接触器的图形及文字符号如图1-23所示。图1-23接触器的图形及文字符号第六节电磁式接触器常用接触器交流接触器直流接触器用于远距离控制电压至380V、电流至600A的交流电路以及频繁地启动和控制交流电动机的控制电器用于远距离接通与分断额定电压达440V、额定电流达600A的直流电路，或频繁地操作和控制电动机第六节电磁式接触器接触器的技术参数1主触头的额定电压额定电压2主触头的额定电流额定电流3交流吸引线圈的额定电压一般有36V，127V，220V和380V四种吸引线圈的额定电压4一般交流接触器的额定操作频率最高为600次/h，对于频繁操作的场合，额定操作频率可高达1200次/h额定操作频率第六节电磁式接触器接触器的型号含义接触器的型号含义如图1-24所示。图1-24接触器的型号含义第六节电磁式接触器接触器的选用原则控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载选用直流接触器。接触器的使用类别应与负载性质相一致。主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。还要注意的是接触器主触点的额定工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时才能可靠地吸合。主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。第六节电磁式接触器继电器的种类继电器是一种根据某种物理量的变化，使其自身的执行机构动作的电器。它由输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件）组成。继电器的种类很多，主要按以下方法分类1可分为控制继电器、保护继电器2可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动机式继电器和电子式继电器等按动作原理3可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、温度继电器、压力继电器等按动作信号4可分为瞬时继电器和延时继电器按动作时间第七节继电器按用途继电器的主要技术参数额定参数：继电器的线圈和触头在正常工作时允许的电压值或电流值称为继电器的额定电压或额定电流。动作参数：即继电器的吸合值与释放值。对于电压继电器有吸合电压与释放电压；对于电流继电器有吸合电流与释放电流。整定值：根据控制要求，对继电器的动作参数进行人为调整的数值。返回系数：指继电器释放值与吸合值之间的比值。动作时间：有吸合时间和释放时间两种。灵敏度：指继电器在整定值下动作时所需的最小功率与安匝数。第七节继电器根据线圈中电流的大小通断电路的继电器称为电流继电器。电流继电器按用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。电流继电器电压继电器第七节继电器电磁式电流、电压继电器以及中间继电器以电磁力为驱动的继电器称为电磁式继电器，其结构和工作原理与接触器相似，结构上是由电磁机构和触头机构组成。根据线圈两端电压的大小通断电路的继电器称为电压继电器。电压继电器按用途也可分为过电压继电器和欠电压继电器。图1-25电流继电器图形及文字符号图1-26电压继电器的图形及文字符号中间继电器中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）。图1-27中间继电器的图形及文字符号时间继电器继电器感受部分在感受外界信号后，经过一段时间才能使执行部分动作的继电器，叫做时间继电器。时间继电器的种类很多，主要有电磁式、空气阻尼式、电动式、电子式等几大类。延时方式有通电延时和断电延时两种。通电延时继电器的图形及文字符号如图1-28所示，断电延时继电器的图形及文字符号如图1-29所示。图1-28通电延时继电器的图形及文字符号第七节继电器图1-29断电延时继电器的图形及文字符号电磁式时间继电器电磁式时间继电器一般在直流控制电路中应用较广。它是利用电磁阻尼原理，在直流电压继电器的线圈电路上或结构上采取措施以达到延时的目的。图1-30线圈短接的延时释放电第七节继电器图1-31带阻尼铜套的铁芯结构利用短路线圈产生延时利用阻尼套产生延时空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼作用达到延时的目的的。它由电磁机构、延时机构和触点组成。空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种，延时方式有通电延时型和断电延时型两种。JS7－A系列通电延时型时间继电器的结构如图1-32所示。第七节继电器图1-32空气阻尼式时间继电器（1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—反力弹簧；5—推板；6—活塞杆；7—杠杆；8—塔型弹簧；9—弱弹簧；10—橡皮膜；11—空气室壁；12—活塞；13—调节螺杆；14—进气孔；15，16—微动开关）电动机式时间继电器电动机式时间继电器由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构组成，电动机式时间继电器延时时间长，可达数十小时，延时精度高，但结构复杂，体积较大，常用的有JS10，JS11系列和7PR系列。第七节继电器热继电器的结构热继电器是利用电流的热效应原理来保护设备，使之免受长期过载的危害，主要用于电动机的过载保护、断相保护、三相电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。它的外形、结构和原理图如图1-33所示。第七节继电器（a）外形

（b）结构图图1-33热继电器的外形、结构和原理图1—电流整定装置；2—主电路接线柱；3—复位按