第1章 常用低压电器-电气控制与PLC应用专业课程课件

18十二月2024第1章常用低压电器1.1低压电器基本知识1.2电磁式接触器1.3电磁式继电器1.5热继电器1.6熔断器1.7低压断路器1.8主令电器1.9速度继电器与干簧继电器1.4时间继电器18十二月2024

是指工作在直流1500V、交流1000V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、调节等作用的电器。1.1低压电器的基本知识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：18十二月20241.1.1低压电器的分类2.低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。1.低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。如：刀开关、低压断路器、熔断器等；3.低压主令电器：用于发送控制指令的电器。如按钮、主令开关、形成开关、主令控制器、转换开关等。4.低压保护电器：用于对电路及用电设备进行保护的电器。如熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。5.低压执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。18十二月20241.1.2电磁式低压电器基本结构1.电磁机构（1）电磁机构的结构型式电磁机构：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。图1-1电磁机构a-直动式电磁机构b-拍合式电磁机构衔铁2-铁心3-线圈18十二月2024（2）电磁机构工作原理1）反力特性图1-2电磁机构反力特性与吸力特性a-反力特性b-直流电磁机构吸力特性c-交流电磁机构吸力特性18十二月20242）直流电磁机构的吸力特性3）交流电磁机构的吸力特性图1-3交流电磁机构电磁吸力随时间变化情况18十二月2024图1-4电磁机构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-剩磁吸力特性图1-5交流电磁机构短路环18十二月2024（3）电磁机构的输入—输出特性图1-6电磁机构的继电特性18十二月20242.触头系统（1）触头的接触形式图1-7触头的接触形式a-点接触b-线接触c-面接触18十二月2024（2）触头的结构形式图1-8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18十二月2024（3）减小接触电阻的方法触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。18十二月20243.电弧的产生和灭弧方法（1）电弧的产生（2）电弧的产生的原因④高温游离①强电场放射②撞击电离③热电子发射18十二月2024（3）灭弧的基本方法①快速拉长电弧，从而降低电场强度；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18十二月2024（4）常用的灭弧装置①电动力吹弧

图1-9双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧18十二月2024②磁吹灭弧图1-10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18十二月2024③栅片灭弧图1-11栅片灭弧示意图1-灭弧栅片2-触头3-电弧18十二月2024④窄缝灭弧图1-12窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧18十二月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。1.2电磁式接触器18十二月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。18十二月20241.2.1接触器的结构及工作原理图1-13交流接触器结构示意图1-释放弹簧2-主触头3-触头压力弹簧4-灭弧罩5-常闭辅助触头6-常开辅助触头7-动铁心8-缓冲弹簧9-静铁心10-短路环11-线圈18十二月2024接触器触头系统：主触头辅助触头（常开辅助触头、常闭辅助触头）图1-14接触器的符号接触器的符号见下图18十二月20241.2.2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，约定发热电流，额定通断能力，线圈额定工作电压，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。18十二月2024表1-1接触器常见使用类别和典型用途触头电流种类使用类别代号典型用途举例主触头AC（交流）AC-1无感或微感负载，电阻炉AC-2绕线型异步电动机的起动、分断AC-3笼型异步电动机的起动，运转和分断AC-4笼型异步电动机的起动、反接制动或反向运转、点动DC（直流）DC-1无感或微感负载，电阻炉DC-3并励电动机的起动、反接制动或反向转动、点动、电磁制动DC-5串励电动机的起动、反接制动18十二月20241.2.3常用典型接触器1.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：18十二月2024B系列型号含义：18十二月20242.切换电容器接触器3.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。18十二月20244.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。18十二月2024CZ18系列接触器型号含义：18十二月20241.2.4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。18十二月20241.3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。18十二月20241.3.1电磁式继电器的基本结构及分类1.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1-15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18十二月20242.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18十二月20241.3.2电磁式继电器的特性及主要参数1.电磁式继电器的特性2.继电器的主要参数（1）额定参数（2）动作参数（5）动作时间（3）整定植（4）返回参数（6）灵敏度18十二月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。1.3.3电磁式电压继电器与电流继电器1.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18十二月2024电压继电器的符号图1-16电压继电器的符号18十二月20242.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。18十二月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。18十二月20243.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。18十二月20244.常用典型电磁式继电器简介（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、JDZ2、

JZ14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18十二月2024（4）继电器返回系数的调节

5.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18十二月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：空气式、电动机式、晶体管式及直流电磁式等几大类。延时方式：通电延时和断电延时两种。1.4时间继电器18十二月2024图1-19直流电磁式时间继电器1-阻尼套筒

2-释放弹簧3-调节螺母4-调节螺钉5-衔铁6-非磁性垫片7-电磁线圈1.4.1直流电磁式时间继电器18十二月2024

空气式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的分：通电延时、断电延时组成：电磁系统、延时机构、工作触点1.4.2空气阻尼式时间继电器18十二月2024图1-21JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图1-线圈2-铁心3-衔铁4-释放弹簧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18十二月2024图1-22时间继电器的符号18十二月20241.4.3晶体管时间继电器18十二月2024

按构成原理分为：阻容式和数字式。1.晶体管时间继电器分类

按延时方式分为：通电延时型、断电延时形和带瞬动触头的通电延时型。2.晶体管时间继电器的结构与工作原理（1）JS20系列晶体管时间继电器的结构（2）JS20系列晶体管时间继电器的工作原理18十二月2024图1-23JS20系列通电延时型继电器电路图18十二月20243.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1.4.4时间继电器的选用1）根据控制要求选择通电延时型还是断电延时型2）根据延时精度要求选择时间继电器类型3）注意电源参数变化对时间继电器的影响4）注意环境温度变化对时间继电器的影响5）注意操作频率对时间继电器的影响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18十二月20241.5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

18十二月20241.5.1电气控制对热继电器性能的要求图1-24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18十二月20241.5.2双金属片热继电器的结构及工作原理图1-25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-弹簧图1-26热继电器的符号18十二月20241.5.3具有断相保护的热继电器图1-27电动机三角形联结时U相断线时的电流分析图1-28差动式断相保护机构及工作原理a)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18十二月20241.5.4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18十二月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)18十二月2024JR20系列型号含义:18十二月20241.5.5热继电器的选用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。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。4）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）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。18十二月20241.6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.1.6.1熔断器结构及工作原理18十二月20241.6.2熔断器的保护特性图1-29熔断器的保护特性18十二月20241.6.3熔断器的主要技术参数及典型产品1.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18十二月20242.熔断器的典型产品按结构分有：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18十二月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：18十二月2024图1-30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：18十二月2024图1-31无填料密封管式熔断器外形和结构1、4、10-夹座2-底座3-熔断器5-硬质绝缘管6-黄铜套管7-黄铜帽8-熔体18十二月2024图1-32有填料密封管式熔断器外形和结构1-熔断指示器2-石英砂填料3-熔体4-插刀5-底座6-熔体7-熔管18十二月20241.6.4熔断器的选择1）熔断器类型的选择2）熔断器额定电压的选择3）熔体额定电流的选择4）熔断器额定电流的选择一般熔断器的选择：18十二月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。1.7低压断路器18十二月20241．主触头及灭弧装置2．脱扣器：分励脱扣器欠电压、失电压脱扣器过电流脱扣器热脱扣器3．自由脱扣机构和操作机构1.7.1低压断路器的结构和工作原理18十二月2024图1-34低压断路器工作原理与符号1-分闸弹簧2-主触头3-传动杆4-锁扣5-轴6-过电流脱扣器7-热脱扣器8-欠压失压脱扣器9-分励脱扣器18十二月20241．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2．保护特性图1-35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1.7.2低压断路器的主要技术数据和保护特性18十二月2024

塑壳式低压断路器根据用途分为配电用断路器、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控制开关及保护。

常用的有：DZ15、DZ20、H、T、3VE、S等系列。后四种是引进国外技术生产的产品。1.7.3塑壳式低压断路器典型产品18十二月2024塑壳式低压断路器常用来作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。1.7.4塑壳式低压断路器的选用18十二月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。18十二月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。图1-37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1.8主令电器1.8.1控制按钮18十二月2024

控制按钮的主要技术参数有：额定电压、额定电流、结构形式、触头数及按钮颜色等。

常用的控制按钮有：LA18、LA19、LA20及LA25等系列。

控制按钮选用原则：1）根据使用场合，选择控制按钮的种类2）根据用途，选择控制按钮的结构形式3）根据控制回路的需求，确定按钮数4）根据工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色18十二月2024

行程开关又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。种类按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚动式、微动式。1、直动式行程开关1.8.2行程开关18十二月20242、滚轮旋转式行程开关滚轮式行程开关结构示意图18十二月20243、微动开关18十二月2024

常用的行程开关有：JLXK1、X2、LX3、LX5、LX12、LX19A、LX21、LX22、LX29、LX32系列微动开关有LX31系列和JW型

行程开关选用原则：1）根据应用场合及控制对象选择种类2）根据安装使用环境选择防护型式3）根据控制回路的电压和电流选择行程开关系列4）根据运动机械与行程开关的传力和位移关系选择行程开关的头部型式

行程开关的主要技术参数有：额定电压、额定电流、结构形式、触头对数、动作行程距离及角度等。18十二月20241.8.3接近开关图1-41晶体管停振型接近开关方框图

接近开关又称无触头开关，当机械运动部件运动到接近开关一定距离时发出动作信号的主令电器。18十二月2024图1-42晶体管停振型接近开关电路图接近开关电路图分析18十二月2024

常用的接近开关有：LJ、CWY、SQ、3SG系列

接近开关选用原则：1）仅用于工作频率高，可靠性及精度要求均较高的场合2）按应答距离要求选择型号、规格3）按输出要求的触头型式及触头数量，选择合适的输出型式

接近开关的主要技术参数有：工作电压、输出电流、控制功率动作距离、重复精度、操作频率和复位行程等。18十二月2024

万能转换开关是具有更多操作位置和触点、能够换接多个电路的一种手动控制电器。由于它能