电气控制与PLC项目教程（第二版） 课件 任务2：常用低压电器元件维护

任务2：常用低压电器元件维护

学习目标：1．基本知识⑴了解常用低压电器元件的结构、工作原理及技术参数；

⑵了解常用低压电器元件的图形符号和文字符号；⑶熟悉常用低压电器元件的用途及选用原则。2．技能⑴会选用电器元件；⑵能检查电器元件常见故障。

一、任务描述电器是一种能根据外界信号(机械力、电动力和其他物理量)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。低压电器元件通常是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通、断、保护、控制或调节作用的各种电器元件。常用的低压电器元件主要有刀开关、熔断器、断路器、接触器、继电器、按钮、行程开关等，学习识别与使用这些电器元件是掌握电气控制技术的基础。通过本任务的学习，掌握常用的低压电器元件的识别、选用与维护。二、知识准备1．刀开关1）结构、电路符号和型号规格

刀开关又称闸刀开关，是手动电器中结构最简单的一种，主要由静插座、触刀、操作手柄、绝缘底板等组成。在低压电路中，刀开关主要用作电源隔离，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电线路。刀开关的图形、文字符号及型号2）刀开关的选用①按刀开关的用途和安装位置选择合适的型号和操作方式。②刀开关的额定电流和额定电压必须符合电路要求。刀开关的额定电流应大于或等于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以开启式刀开关额定电流可取电机额定电流的3倍；封闭式刀开关额定电流可取为负载额定电流的1.5倍。3）刀开关的安装①刀开关在安装时应做到垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向从下向上合，断开操作时的手柄操作方向从上向下分，不允许采用平装或倒装，以防止误合闸。②接线时应将电源进线接在刀开关上端，输出负载线接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故发生。③刀开关安装后应检查闸刀和静插座的接触是否成直线和紧密。2．组合开关1）结构、电路符号和型号规格组合开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴转而变更通、断位置。主要用于接通和切断电路、换接电源、控制小型三相异步电动机的起动、停止、正反转或局部照明。1—手柄2—转轴3—弹簧4—凸轮5—绝缘垫板6—动触头7—静触头8—接线端子9—绝缘杆组合开关的图形、文字符号及型号2）安装与使用①应安装在控制箱（或壳体）内，操作手柄在控制箱的前面或后面。（开关为断开状态时应使手柄在水平旋转位置）②安装在控制箱操作时，开关应装在箱内右上方。③直接控制三相异步电动机的起动和正反转时，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5—2.5倍。3．断路器低压断路器又称自动空气开关，在电气线路中起接通、分断和承载额定工作电流的作用，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠电压的情况下进行可靠的保护。它的功能相当于刀开关、过电流继电器、欠电压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮低压断路器结构示意图低压断路器的型号意义低压断路器的选择应注意以下几点：①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。②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。③欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。④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。漏电保护器

工作原理：当正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动势产生，漏电保护器工作于闭合状态。如果发生漏电或触电事故，三相电流之和便不再等于零，而等于某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势，加到脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。4．熔断器1)结构、电路符号和型号规格

熔断器是一种当电流超过额定值一定时间后，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和控制系统及用电设备中作短路和过电流保护。螺旋熔断器快速熔断器瓷插式熔断器有填料熔断器熔断器的图形、文字符号及型号规格2）主要技术参数①额定电压：指熔断器长期工作时和熔断后所能承受的电压。②额定电流：熔断器长期工作，各部件温升不超过允许温升的最大工作电流。③极限分断能力：熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）条件下，能可靠分断的最大短路电流。3）熔断器额定电流的选择①保护无启动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。②保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大启动电流选取，也可按下式选取：

IRN≥(1.5～2.5)IN式中IRN—熔体额定电流；IN—电动机额定电流。如果电动机频繁启动，式中系数（1.5～2.5）可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。③保护多台长期工作的电机（供电干线）

IRN≥(1.5～2.5)INmax+ΣIN式中INmax—容量最大单台电机的额定电流；ΣIN—其余电动机额定电流之和。5．接触器1）交流接触器的结构和工作原理接触器属于控制电器，是依靠电磁吸引力与复位弹簧反作用力配合动作，而使触点闭合或断开，主要控制对象是电动机。接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，并可实现远距离控制，是电器控制中使用最为广泛的电器元件。1-动触头2-静触头3-衔铁4-弹簧5-线圈6-铁心7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力弹簧①电磁机构电磁机构由吸引线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。②触头系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常有三对常开触点，根据主触点的容量大小，有桥式触点和指形触点两种结构形式。辅助触点用于控制电路，一般各有两对常开和两对常闭触点。辅助触点容量小，不设灭弧装置，所以它不用来分合主电路。③灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器（20A以上），采用纵缝灭弧罩及灭弧栅片灭弧。2）交流接触器的符号及型号规格3）交流接触器的短路铜环交流接触器在运行过程中，线圈中通入的交流电在铁心中产生交变磁通，因而铁心与衔铁间的吸力是变化的。这会使衔铁产生振动，发出噪声。更主要的是会影响到触头的闭合。为消除这一现象，在交流接触器的铁心两端各开一个槽，槽内嵌装短路铜环。4）交流接触器的选用①接触器主触点的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。②接触器主触点的额定电流应等于或稍大于实际负载额定电流。在实际使用中还要考虑环境因素的影响，如柜内安装或高温条件时应适当增大接触器的额定电流。③接触器吸引线圈的电压，一般从人身和设备安全角度考虑，该电压值可以选择低一些，但当控制电路比较简单，用电不多时，为了节省变压器，则选用220V、380V。6．热继电器1）结构及工作原理电动机在运行过程中若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。因此，电动机在长期运行中，需要对其过载提供保护装置。热继电器是利用电流的热效应原理实现电动机的过载保护。JR16系列热继电器JRS5系列热继电器JRS1系列热继电器热继电器主要由热元件、双金属片和触点组成，利用电流热效应工作的保护电器。它主要与接触器配合使用，用作电动机的过载与断相保护。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属辗压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形。使用时，把热元件串接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机的控制电路中。2）电路符号和型号规格3）热继电器的选用①选类型。一般情况，可选择两相或普通三相结构的热继电器，但对于△形接法的电动机，应选择三相结构并带断相保护功能的热继电器。②选择额定电流。热继电器的额定电流要大于或等于电动机的工作电流。③一般情况下，热元件的整定电流为电动机额定电流的0.95—1.05倍。若电动机启动时间太长，热元件的整定电流为电动机额定电流的1.1—1.5倍。若电动机的过载能力差可取0.6—0.8倍。7．按钮1）按钮的结构及工作原理控制按钮是一种结构简单、使用广泛的手动电器，它可以配合继电器、接触器，对电动机实现远距离的自动控制。按下按钮时，常闭触点先断开，常开触点后闭合；按钮释放时，在复位弹簧的作用下，按钮触点按相反顺序自动复位。2）按钮的分类及型号规格3）按钮的选用①根据使用场合和用途选择按钮的种类。例如，手持移动操作应选用带有保护外壳的按钮；嵌装在操作面板上可选用开启式按钮；需显示工作状态可选用光标式按钮；为防止无关人员误操作，在重要场合应选用带钥匙操作的按钮。②合理选用按钮的颜色。停止按钮选用红色钮；启动按钮优先选用绿色钮，但也允许选用黑、白或灰色钮；一钮双用(启动／停止)不得使用绿、红色，而应选用黑、白或灰色钮。8．时间继电器

在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器，也需要延时动作的继电器。时间继电器就是利用某种原理实现触点延时动作的自动电器，经常用于时间控制原则进行控制的场合。空气阻尼式时间继电器晶体管式时间继电器电子式时间继电器1）空气阻尼式时间继电器的结构和工作原理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2）时间继电器的图形符号、文字符号及型号规格3）时间继电器的选用①根据系统的延时范围和精度选择时间继电器的类型和系列。在延时精度要求不高的场合，可选用空气阻尼式时间继电器；要求延时精度高、延时范围较大的场合，可选用晶体管式时间继电器。目前电气设备中较多使用晶体管式时间继电器。②根据控制电路的要求选择时间继电器的延时方式(通电延时型或断电延时型)。③时间继电器电磁线圈的电压应与控制电路电压等级相同。9.中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构原理与接触器相同。但它的触点数量较多，其主要用途为：当其他继电器的触点对数或触点容量不够时，可以借助中间继电器来扩展他们的触点数或触点容量，起到信号中继作用。另外触头的额定电流较大（5～10A），在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。有交流和直流继电器之分。10．速度继电器速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。它可以按照被控电动机转速的大小使控制电路接通或断开。速度继电器通常与接触器配合，主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，所以也称为反接制动继电器。速度继电器主要由定子、转子和触点三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机的转子相似，是一个笼型空心圆环，由硅钢片冲压叠成，并嵌有笼型绕组，转子是一个圆柱形永久磁铁。。1-电动机轴2-转子3-定子4-定子绕组5-定子柄6、7-静触点8、9-簧片速度继外形图、电器结构原理图、图形符号、文字符号及型号意义11.行程开关行程开关又称位置开关或限位开关，是一种根据行程位置而切换电路的电器，广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程或进行终端限位保护。1–顶杆；2–弹簧；3–常闭触点；4–触点弹簧；5–常开触点三、任务实现电器元件检修时的注意事项：①不要盲目地拆卸，这样会造成漏装或忘记某一个部件。②拆卸时要注意，每一个操作步骤以免造成器件的丢失。③拆装时要注意不要用力过大以免造成器件的损坏。④注意安装的顺序，以免造成错件的现象。⑤检修完毕后要注意通电观察，以免造成不必要的麻烦。⑥检修时要注意工具的使用，不要误伤自己。

1．刀开关刀开关主要出现的故障有：刀闸接触不良、螺丝拧不下来。①刀闸接触不良主要是刀闸开关动与静接点处有老化的现象造成的，我们可以将老化层去处即可。②螺丝拧不下来主要是由于刀闸过流造成的，将螺丝焊死在上面了，这种情况一般要求将螺丝取下后，重新攻丝，即可排除此故障。组合开关组合开关主要出现的故障是接触不良，只需要将触点之间的氧化层处理即可。2．断路器①触点不能闭合的原因有：失压脱扣器无电压或线圈烧坏；储能弹簧变形，导致闭合力减少；反作用弹簧力过大；机构不能复位再扣。处理方法：加上电压或更换线圈；更换储能弹簧；重新调整；调整脱扣器至规定值。②触点闭合后缺相的原因有：断路器一相连杆断裂；限流断路器拆开机构的可拆连杆之间的角度变大；锁扣杆不到位。处理方法：更换连杆；调整角度至170度；调整连杆在方轴部位的锁扣杆角度。③分励脱扣不能使断路器分断的原因有：线圈短路；电源电压过低；脱扣器整定值太大；螺钉松动。处理方法：更换线圈；调整电源电压至额定值；重新调整脱扣值或更换断路器；拧紧螺钉。④欠电压脱扣器不能使断路器分断的原因有：反力弹簧力变小；若属储能释放，则储能弹簧力变小；机构卡死。处理方法：调整反力弹簧；调整储能弹簧；消除卡死原因。⑤起动电动机时，断路器立即分断的原因有：过电流脱扣器瞬时整定电流太小；空气式脱扣器阀门失灵或橡皮膜破裂。处理方法：调整过电流脱扣器瞬时整定弹簧；修复阀门或更换橡皮膜。⑥断路器工作一段时间后分断的原因有：过电流脱扣器长延时整定值不符；热元件或半导体延时电路元件损坏。处理方法：重新调整；更换热元件或延时电路元件。⑦欠电压脱扣器噪声大的原因有：反力弹簧力太大；铁心工作面有污物；短路环断裂。处理方法：调整反力弹簧；清除污物；更换衔铁或铁心。⑧断路器温升过高的原因有：触点压力过低；触点表面磨损或接触表面粗糙严重；连接导线紧固螺钉松动。处理方法：调整触点压力或更换弹簧；更换触点或修正触点工作面，使之平整、清洁，或更换断路器；拧紧螺钉。3．接触器①触点接触不良主要是由于长时间的吸导触点表面氧化造成的，一般我们用细砂纸，均匀地打磨一遍即可，如果老化过为严重需要重新更换。②线圈短路或断路，一般是由于使用过程中有杂务或导体不小心从散热空掉入或电流过大导致线圈烧毁，这种故障需要重新更换原型号线圈。③噪声过大是由于接触器短路铜环有故障或接触器安装前没有进行内部的清洁（主要是铁心上的防锈油没有擦干净）。④机械部件卡死主要是接触器安装过程中的一些细节没有注意到，或安装错误导致接触器机械部件卡死，运行困难。这种故障需要重新安装并手动试一试，看看是否工作正常，有无运行困难的现象。⑤吸合时铁心声音过大，此故障一般无多大影响，主要是由于铁芯的涡流过大造成的。4．热继电器一般常