电机与电气控制技术：第五章 常用低压电器

9/7/2024第五章常用低压电器第一节常用低压电器基本知识第二节电磁式接触器第三节电磁式继电器第四节时间继电器第五节热继电器第六节速度继电器第七节熔断器第八节低压断路器第九节主令电器9/7/2024

是指工作在直流1500V、交流1000V（1140V）及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的基本器件。采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；

利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；

利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。低压电器：9/7/2024一、低压电器的分类（一）按用途分类1）低压控制电器2）低压配电电器3）执行电器4）通信用低压电器5）终端电器第一节常用低压电器基本知识（二）按应用场合分类1）一般用途低压电器2）矿用低压电器3）化工用低压电器4）船用低压电器5）牵引低压电器6）航空低压电器9/7/2024（三）按操作方式分类1）手动电器2）自动电器（四）按使用系统分类1）自动控制电力拖动系统用电器2）电力系统用电器3）自动化通信系统用电器（五）按电器执行功能分类1）有触头（点）电器2）无触头电器3）混合电器9/7/2024（六）按电力拖动自动控制系统用电器分类1）接触器2）继电器3）主令电器4）执行电器5）熔断器6）低压断路器7）隔离开关8）成套电器二、电磁式低压电器基本结构（一）电磁机构1、电磁机构的结构型式9/7/2024电磁机构：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。图5-1电磁机构1-衔铁2-铁心3-线圈2、电磁机构的工作原理（1）反力特性电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线称为反力特性9/7/2024（2）直流电磁机构的吸力特性图5-2直流电磁机构的吸力特性吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与衔铁气隙的关系曲线。9/7/2024直流电磁机构的特点：1）直流电磁机构衔铁吸合前后吸引线圈励磁电流不变，故直流电磁机构适用于动作频繁的场合，且由于衔铁吸合后电磁吸力大，工作可靠。（3）交流电磁机构的吸力特性2）直流电磁机构吸引线圈断电时，由于电磁感应，将在吸引线圈中产生其值为其额定电压十多倍的感应电动势，故应加线圈过电压保护。图5-2交流电磁机构的吸力特性9/7/2024交流电磁机构特点1）F(t)曲线是一条脉动曲线，在工频下1s内有100次过零点，故引起衔铁振动，应加以克服。2）交流电磁机构电磁吸力平均值基本不变，即平均吸力与气隙大小无关。3）交流电磁机构未吸合前其线圈励磁电流比吸合后励磁电流大很多，故交流电磁机构不宜频率工作。图5-3交流电磁机构电磁吸力随时间变化情况9/7/2024（5）吸力特性与反力特性的配合图5-4吸力特性与反力特性的配合

1-直流吸力特性

2-交流吸力特性

3-反力特性（4）剩磁的吸力特性9/7/2024图5-5交流电磁机构短路环（6）单相交流电磁机构中短路环的作用9/7/2024图5-6电磁机构的输入输出特性3、电磁机构的输入输出特性xo—电磁机构动作值xr—电磁机构返回值yo—衔铁释放状态y1—衔铁吸合状态9/7/2024图5-7触头的接触形式a-点接触b-线接触c-面接触（二）触头系统1、触头的接触形式9/7/2024图5-8触头的结构形式a-点接触桥式触头b-面接触桥式触头c-线接触指形触头2、触头的结构形式3、减少接触电阻的方法9/7/2024（三）电弧的产生和灭弧方法1、电弧的产生2、电弧产生的原因1）强电场发射2）撞击电离3）热电子发射4）高温游离3、灭弧的基本方法1）快速拉长电弧，以降低电场强度；2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度；3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧；4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降。9/7/20244、常用的灭弧装置1）桥式结构双断口触头灭弧

图5-9双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧9/7/20242）磁吹灭弧装置图5-10磁吹灭弧原理1-磁吹线圈2-铁心3-导磁夹板4-引弧角5-灭弧罩6-磁吹线圈磁场7-电弧电流磁场8-动触头9/7/20243）栅片灭弧装置图5-11栅片灭弧示意图1-灭弧栅片2-触头3-电弧9/7/20244）灭弧罩窄缝灭弧装置图5-12灭弧罩窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧9/7/2024

接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。第二节电磁式接触器9/7/2024按操作方式分有：●电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分有：●空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头控制的电流性质分有：●交流接触器、直流接触器；按电磁机构的励磁方式分有：●直流励磁操作与交流励磁操作两种。9/7/2024

一、接触器的结构及工作原理图5-13交流接触器结构和工作原理a)结构b)工作原理（一）接触器的结构（二）工作原理9/7/2024图5-14

接触器的符号接触器的图形符号与文字符号9/7/2024二、接触器的主要技术参数

接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），约定发热电流，额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。表5-1接触器常见使用类别和典型用途电流种类使用类别典型用途AC（交流）AC1无感或微感负载、电阻炉AC2绕线转子异步电动机的起动、制动AC3笼型异步电动机的起动、运转中分断AC4笼型异步电动机的起动、反接制动、反向和点动DC（直流）DC1无感或微感负载、电阻炉DC2并励电动机的起动、反接制动和点动DC3串励电动机的起动、反接制动和点动9/7/2024三、常用典型交流接触器（一）空气电磁式交流接触器典型产品有：CJ20、CJ21、CJ26、CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。CJ20系列型号含义：9/7/2024B系列型号含义：9/7/2024（二）切换电容器接触器（三）真空交流接触器

专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。

常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX2A、LC1-D、6C系列等。

以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。

常用的真空交流接触器有：CKJ和EVS系列等。9/7/2024（四）直流接触器

应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。

常用直流接触器有：CJ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。9/7/2024CZ18系列接触器型号含义：9/7/2024四、接触器的选用1．接触器极数和电流种类的确定2．根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。3．根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。6．接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。4．根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。5．接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定。9/7/2024第三节电磁式继电器

继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。它用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。

常用的继电器按动作原理分有电磁式、磁电式、感应式、电动式、光电式、压电式、热继电器与时间继电器等。按激励量不同分为交流、直流、电压、电流、中间、时间、速度、温度、压力、脉冲继电器等。9/7/2024一、电磁式继电器的基本结构及分类（一）电磁式继电器的结构1．电磁机构2．触头系统3．调节装置图5-15电磁式继电器的典型结构1-底座2-铁心3-释放弹簧4-调节螺母5-调节螺母6-衔铁7-非磁性垫片8-极靴9-触头系统10-线圈9/7/2024（二）电磁式继电器的分类按用途不同分有：控制继电器、保护继电器、通讯继电器和安全继电器等电磁式继电器按输入信号不同分有：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器和中间继电器按线圈电流种类不同分有：交流继电器和直流继电器9/7/2024二、电磁式继电器的特性及主要参数（一）电磁式继电器的特性xo—继电器的动作值xr

—继电器的返回值yo

—衔铁释放状态y1—衔铁吸合状态图5-9电磁式继电器的特性9/7/2024（二）继电器的主要参数1．额定参数2．动作参数5．动作时间3．整定值４．返回参数6．灵敏度9/7/2024

电压继电器是反映电压变化的控制电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。

分：过电压、欠电压、零电压继电器。三、电磁式电压继电器与电流继电器（一）电磁式电压继电器1．过电压继电器

在电路中用于过电压保护2．欠电压继电器

在电路中用于欠电压保护9/7/2024电压继电器的符号图5-16电压继电器的符号9/7/2024（二）电磁式电流继电器1．过电流继电器通常，交流过电流继电器的吸合电流I0=（1.1～3.5）IN，直流过电流继电器的吸合电流I0=（0.75～3）IN。由于过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作，其触头来切断电路，故过电流继电器无释放电流值。9/7/2024

直流欠电流继电器的吸合电流与释放电流调节范围I0=（0.3～0.65）IN

和Ir=（0.1～0.2）IN。2．欠电流继电器

正常工作时，继电器线圈流过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动作。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。图5-17电流继电器的符号9/7/2024（三）电磁式中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。图5-18JZ7系列中间继电器结构及符号9/7/2024（四）常用典型电磁式继电器１．直流电磁式通用继电器常用的有JT3、JT9、JT10、

JT18等系列２．电磁式中间继电器常用的有JZ7、JZ11、

JZ14、JZ15、JDZ2等系列3．电磁式交、直流电流继电器常用的有JL3、JL14、

JL15等系列9/7/20244．继电器返回系数的调节

（五）电磁式继电器的选用1．使用类别的选用

2．额定工作电流与额定工作电压的选用3．工作制的选用9/7/2024继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。对于电磁式时间继电器，当电磁线圈通电或断电后，经一段时间，延时触都头状态才发生变化，即延时触头才动作。分类：直流电磁式、空气式、电动机式、电子式等几大类。延时方式：通电延时型和断电延时型两种。第四节时间继电器9/7/2024图5-19直流电磁式时间继电器一、直流电磁式时间继电器9/7/2024

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的有：通电延时型、断电延时型组成：电磁系统、延时机构、工作触点二、空气阻尼式时间继电器（一）空气阻尼式时间继电器结构与工作原理9/7/2024图5-21JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图a-通电延时型b-断电延时型1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉12-进气孔13-活塞14、16-微动开关15-杠杆9/7/2024时间继电器的符号9/7/2024（二）空气阻尼式时间继电器典型产品

空气阻尼式时间继电器典型产品有：

JS7-A、

JS23、

JSK□等。JS23系列型号含义：JS

23—□□/□

安装方式：1—螺钉安装式；2—卡轨安装式延时时间：1—0.2～30S；2—10～180S

输出触头形式及组合，见表5—9

设计序号时间继电器9/7/2024三、晶体管时间继电器（一）晶体管时间继电器的分类1）按构成原理：阻容式和数字式2）按延时方式：通电延时型、断电延时型和带瞬动触头的通电延时等。9/7/2024（二）晶体管时间继电器工作原理1、JS20系列晶体管时间继电器结构2、JS20系列晶体管时间继电器的工作原理9/7/2024（三）常用晶体管时间继电器简介1、JS20系列晶体管时间继电器2、JSS系列数字式晶体管时间继电器9/7/2024（一）电动机式时间继电器结构与工作原理电动机式时间继电器是利用微型同步电动机拖动减速齿轮，经传动机构获得延时动作的时间继电器。组成：同步电动机、离合电磁铁、减速机构、差动轮系、触头系统、延时整定装置等。四、电动机式时间继电器9/7/2024（二）电动机式时间继电器典型产品电动机式时间继电器典型产品有：

JS11、JS17、7PR等系列JS11系列型号含义：JS11—□□1—通电延时型；2—断点延时型延时范围：见表5—11

电动机式时间继电器9/7/2024五、时间继电器的选用5）操作频率过高会影响电气寿命，还可能导致延时误动作，应注意操作频率的影响；1）根据控制电路的控制要求选择通电延时型还是断电延时型；2）根据对延时精度要求不同选择时间继电器类型；3）应注意电源参数变化的影响；4）应注意环境温度变化的影响；6）考虑延时触头种类、数量和瞬动触头种类、数量是否满足控制要求。9/7/2024第五节热继电器

热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护

9/7/2024一、电气控制对热继电器性能的要求图5-25热继电器保护特性与电动机过载特性的配合1-电动机的过载特性2-热继电器的保护特性１．应具有合理可靠的保护特性２．具有一定的温度补偿

４．具有手动复位与自动复位功能３．热继电器动作电流可以方便地调节9/7/2024二、双金属片热继电器的结构及工作原理图5-26双金属片式热继电器结构原理图1-主双金属片2-电阻丝3-导板4--补偿双金属片5-螺钉6-推杆7-静触头8-动触头9-复位按钮10-调节凸轮11-弹簧9/7/2024三、具有断相保护的热继电器图5-28电动机三角形联结时U相断线时的电流分析图5-29差动式断相保护机构及工作原理通电前b)三相正常电流

c)三相均匀过载d)W相断路1-上导板2-下导板3-杠杆4-顶头

5-补偿双金属片6-主双金属片图5-27热继电器的符号9/7/2024四、热继电器典型产品及主要技术参数常用的热继电器有：JR20、JRS1、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列等型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-10配CJ20-101R0.1~0.13~0.15JR20-10配CJ20-109R2.6~3.2~3.82R0.15~0.19~0.2310R3.2~4~63R0.23~0.29~0.3511R4~5~64R0.35~0.44~0.5312R5~6~75R0.53~0.67~0.813R6~7.2~8.46R0.8~1~1.214R8.6~10~11.67R1.2~1.5~1.815R0.1~0.13~0.158R1.8~2.2~2.6JR20系列热继电器技术数据9/7/2024型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-16配CJ20-161S3.6~4.5~5.4JR20-25配CJ20-253T2.6~3.2~3.82S5.4~6.7~84T3.2~4~63S8~10~12JR20-63配CJ20-631U4~5~64S10~12~142U5~6~75S12~14~163U6~7.2~8.46S14~16~184U8.6~10~11.6JR20-25配CJ20-251T7.8~9.7~11.65U0.1~0.13~0.152T11.6~14.3~176U55~62~71JR20系列热继电器技术数据(续)9/7/2024JR20系列型号含义:9/7/2024五、热继电器的选用3）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。1）热继电器有三种安装方式，应按实际安装情况选择其安装型式。2）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。6）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。4）一般情况下，可选用两相结构的热继电器，对于电网电压均衡较差、无人看管电动机或与大容量电动机共用一组熔断器时，应选用三机结构的热继电器。对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。5）双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机，则由过电流继电器作过载和短路保护。9/7/2024

速度继电器是将电动机的转速信号经电磁感应原理来控制触头动作的电器。第六节速度继电器图5-30JY1型速度继电器的外形、结构和符号9/7/2024第七节熔断器

熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护.一、熔断器结构及工作原理9/7/2024二、熔断器的保护特性图5-31熔断器的保护特性9/7/2024（一）熔断器的主要技术参数1．额定电压2．额定电流3．极限分断能力4．熔断电流二、熔断器的主要技术参数及典型产品9/7/2024按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器（二）熔断器典型产品9/7/2024

按用途分：工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断器和特殊熔断器。

典型产品有：RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18、RT18-□X系列熔断器以及RT14系列有填料密封管式熔断器。还有国外引进技术生产的NT系列有填料密闭式刀型触头熔断器与NGT系列半导体器件保护用熔断器等。RL系列型号含义：9/7/2024图5-32螺旋式熔断器结构示意图1-瓷帽2-金属螺管3-指示器4-熔管5-瓷套6-下接线端7-上接线端8-瓷座RL6、RL7螺旋式熔断器结构示意图：9/7/2024四、熔断器的选用（一）熔断器的选择原则1）根据使用条件确定熔断器的类型；2）首先选定熔体的规格，然后再根据熔体去选择熔断器的规格；3）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合；4）在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大2至3倍；5）对于保护电动机的熔断器，应注意电动机起动电流的影响。熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。6）熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。9/7/2024（二）一般熔断器的选择1）熔断器类型的选择4）熔断器额定电流的校验3）熔体、熔断器额定电流的选择2）熔断器额定电压的选择9/7/2024

低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。第八节低压断路器9/7/2024一、低压断路器的结构和工作原理图5-33DZ5-20型低压断路器的外形和结构1．主触头及灭弧装置2．脱扣器1）分励脱扣器2）欠电压、失电压脱扣器3）过电流脱扣器4）热脱扣器3．自由脱扣机构和操作机构低压断路器外形与结构9/7/2024图5-34低压断路器工作原理与符号低压断路器工作原理9/7/2024二、低压断路器的主要技术数据和保护特性1．低压断路器的主要技术数据1）额定电压2）断路器额定电流

3）断路器壳架等级额定电流4）断路器的通断能力5）保护特性6）动作时间2．保护特性图5-35低压断路器的保护特性

1-被保护对象的发热特性

2-低压断路器保护特性9/7/2024三、塑壳式低压断路器典型产品

塑壳式低压断路器根据用途分为配电用熔断器、电动机保护用和其它负载用断路器，用作配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源开展开关及保护。常用的有：DZ15、DZ20、3VE、S060等系列。后二种是引进国外技术生产的产品。9/7/2024四、塑壳式低压断路器的选用塑壳式低压断路器常用来作配电电路和电动机的过载与短路保护。选择原则是：1）断路器额定电压等于或大于线路额定电压。2）断路器额定电流等于或大于线路或设备额定电流。3）断路器通断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流。4）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。9/7/20248）6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。5）分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。6）长延时电流整定值等于电动机额定电流。7）瞬时整定电流：对保护笼型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为8~15倍电动机额定电流；对于保护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为3~6倍电动机额定电流。9/7/2024

主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。第九节主令电器主令电器的开关特性9/7/2024图5-37控制按钮结构与符号1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头一、控制按钮9/7/2024控制按钮选用原则3）根据控制回路的需求，确定按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等；1）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；2）根据用途，选择控制按钮的结构型式，如钥匙式、紧急式、带灯式等；4）根据工作状态指示和工作情况的要求