《电工电子技术项目教程 》课件-4.项目4 常用低压电气元器件

电工电子技术项目化教程项目4常用低压电气元器件任务4.1常用电气元器件任务1.2常见电动机控制线路任务4.1常用电气元器件一、任务引入任务2.1常用电气元器件

在日常的供配电系统中，断路器是常用的一种电气元器件。断路器又称为自动空气开关，它是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，应用极为广泛。

低压配电电路是各种低压供配电设备按照一定的供配电控制关系连接而成，具有将供电电源向后级层层传递的特点。在楼层住户配电箱和室内配电盘中，都用到断路器进行电能控制。图4-1为低压供配电电路实物连接关系图。

本任务主要介绍熔断器、刀开关、低压断路器、交流接触器、热继电器等常用低压电器设备。任务4.1常用电气元器件图4-1低压供配电电路实物连接关系图任务4.1常用电气元器件二、教学目标知识目标：

掌握常用低压电气元器件的用途；

了解常用低压电气元器件的结构。能力目标：

能够理解常用低压电气元器件主要参数的含义；

能够正确选用常用低压电气元器件。素质目标:

培养学生查阅资料的能力；

培养学生发现问题和解决问题的能力；

培养学生的逻辑推理能力和思维能力。任务4.1常用电气元器件三、相关知识（一）熔断器1.熔断器的结构和分类常用的熔断器有以下几种。（1）插入式熔断器

插入式熔断器如图4-2所示，常用于380V及以下电压等级的电路中。（2）螺旋式熔断器

螺旋式熔断器如图4-3所示。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察，它常用于机床电气控制设备中。图4-2插入式熔断器图4-3螺旋式熔断器

l-动触头；2-熔体；3-瓷插件；l-底座；2-熔体；3-瓷帽4-静触头；5-瓷座任务4.1常用电气元器件（3）封闭式熔断器

封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种。有填料封闭式熔断器如图4-4所示，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1kA以下的电路中。无填料封闭式熔断器如图4-5所示，分断能力稍小，用于500V以下、600A以下电力网或配电设备中。（4）快速熔断器

快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。（5）自复式熔断器

自复熔断器采用金属钠作熔体，当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。图4-4有填料封闭式熔断器图4-5无填料封闭式熔断器

1-瓷底座；2-弹簧片；3-管体；l-铜圈；2-熔断管；3-管帽；4-插座；4-绝缘手柄；5-熔体5-特殊垫圈；6-熔体；7-熔片任务4.1常用电气元器件2.熔断器的主要参数（1）额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压。（2）额定电流：指熔断器长期工作时，电器设备升温不超过规定值时所能承受的电流。（3）熔断电流：指通过熔体并能使其融化的最小电流。3.熔断器的选择（1）熔断器额定电压的选择熔断器额定电压的选择值一般应等于或大于电器设备的额定电压。（2）熔体额定电流的选择对于负载平稳无冲击的照明电路、电阻、电炉等，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。任务4.1常用电气元器件（二）刀开关1．刀开关的结构

刀开关是低压电器中结构比较简单、价格低廉、应用较广的一类手动电器，常用于照明电路的电源开关，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电电器。刀开关由操作手柄、熔丝、触刀、触点座和底座组成，其结构和电路符号如图4-6、4-7和4-8所示。图4-6塑壳刀开关的结构图l-瓷柄；2-动触头；3-出线座；4-瓷底座；5-静触头；6-进线座；7-胶盖紧固螺钉；8-胶盖图4-7熔断器式刀开关图4-8刀开关的电路符号任务4.1常用电气元器件

在使用时，进线座接电源端的进线，出线座接负载端导线，靠触刀与触点座的分合来接通和分断电路。塑壳使电弧不致飞出灼伤操作人员，防止极间电弧造成电源短路。熔丝起短路保护作用。

安装刀开关时，合上开关时手柄在上方。接线时，将电源线接在熔丝上端，负载线接在熔丝下端，拉闸后刀开关与电源隔离，便于更换熔丝。任务4.1常用电气元器件2．刀开关的选择

（1）结构形式的选择。应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择是否带灭弧装置，如开关用于分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。可根据装置的安装形式来选择正面、背面、侧面操作形式，以及是直接操作还是杠杆操作，是板前接线还是板后接线的结构形式。

（2）额定电流的选择。一般应等于或大于所分断电路中各个负载电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以应选额定电流大一级的刀开关。若考虑电路出现的短路电流，还应选择额定电流更大一级的刀开关。任务4.1常用电气元器件（三）断路器

低压断路器也称自动空气开关。它是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，应用极为广泛。低压断路器外形如图4-9所示，电路符号如图4-10所示。图4-9DZ系列小型低压断路器外形图符号图4-10低压断路器的电路符号任务4.1常用电气元器件1.低压断路器的类型（1）万能式低压断路器

又称开启式低压断路器。容量较大，适用于交流50Hz、额定电压380V的配电网中作为配电干线的主保护，主要型号有DW10和DW15两个系列。（2）装置式低压断路器

又称塑料外壳式低压断路器。内装触头系统、灭弧室及脱钩器等。适用于配电网的保护和电动机、照明电路及电热器等的控制开关，主要型号有DZ5、DZ10和DZ20等系列。（3）快速断路器

具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护，主要型号有DS系列。任务4.1常用电气元器件2.低压断路器的选择（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）低压断路器的极限分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。任务4.1常用电气元器件（四）交流接触器交流接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。1．交流接触器的结构交流接触器的外形结构和电路符号如图4-11所示。交流接触器由以下几部分组成：（1）电磁机构，由线圈、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，带动触头动作。（2）触头系统，包括主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，通常为3对常开触头。辅助触头用于控制电路，起控制其他元件接通或分断作用，一般有多对常开、常闭触头。（3）灭弧装置。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。任务4.1常用电气元器件

（a）外形（b）电路符号1-灭弧罩；2-触点压力弹簧片；3-主触点；4-反作用弹簧；5-线圈；6-短路环；7-静铁心；8-弹簧；9-动铁心；10-辅助动合触点；11-辅助动断触点图4-11交流接触器外形结构及电路符号任务4.1常用电气元器件2．交流接触器的工作原理

接触器的工作原理是利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作，使触点闭合或断开。线圈得电以后，产生的磁场将铁心磁化，吸引动铁心，克服反作用弹簧的弹力，使它向着静铁心运动，拖动触点系统运动，使得动合触点闭合、动断触点断开。一旦电源电压消失，动铁心就会因电磁吸力消失被释放，使得触点恢复到线圈未通电时的状态。任务4.1常用电气元器件3.交流接触器的主要技术参数（1）接触器的极数，按接触器主触头个数确定其极数，有两极、三极和四极接触器。（2）额定工作电压，指主触头之间正常工作电压值，也就是主触头所在电路的电源电压。交流接触器的额定电压有220V、380V、500V、660V等。（3）额定电流，接触器触头在额定工作条件下的电流值。交流接触器的额定电流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A及600A。（4）线圈额定电压，指接触器正常工作时线圈上所加的电压值。任务4.1常用电气元器件4.交流接触器的选用（1）交流接触器极数的确定。三相交流系统中一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时，则选用四极交流接触器，一般场合选用电磁式接触器，易燃易爆场合应选用防爆型及真空接触器。（2）交流接触器的触头数(主触头和辅助触头)和种类(常开或常闭)应满足主电路和控制电路的要求。

（3）操作频率（每小时触点通断次数）。当通断电流较大及通断频率超过规定值时，应选用额定电流大一级的接触器，否则会使触点严重发热，甚至熔焊在一起，造成事故。任务4.1常用电气元器件（五）按钮按钮也叫控制按钮，一般由按钮、复位弹簧、触点和外壳等部分组成，其结构如图4-12所示。按静态时触点的分合状态可分为动合按钮（常开按钮）、动断按钮（常闭按钮）。常态时在复位的作用下，由桥式动触头将静触头1、2闭合，静触头3、4断开；当按下按钮时，桥式动触头将静触头1、2断开，静触头3、4闭合。触头1、2被称为常闭触头或动断触头，触头3、4被称为常开触头或动合触头。图4-12典型控制按钮的结构示意图1、2—常闭触头3、4—常开触头5—桥式动触头6—复位弹簧7—按钮帽任务4.1常用电气元器件按钮的外形结构和电路符号如图4-13所示。（a）LA10系列按钮（b）LA18系列按钮（c）LA19系列按钮（d）电路符号图4-13按钮的外形结构及电路符号任务4.1常用电气元器件（六）热继电器热继电器在电路中主要对电动机起过载保护作用。热继电器的结构及电路符号如图4-14所示。1.热继电器的结构1-接线柱；2-复位按钮；3-调节旋钮；4-动断触点；5-动作机构；6-热元件图4-14热继电器外形结构及电路符号任务4.1常用电气元器件当电动机过载时，流过电阻丝（热元件）的电流增大，电阻丝产生的热量使金属片弯曲，经过一定时间后，弯曲位移增大，因而脱扣，使其动断触点断开，动合触点闭合。热继电器的动作原理如图4-15所示。1-推杆；2-主双金属片；3-加热元件；4-导板；5-补偿双金属片；6-静触点（动断）；7-静触点（动合）；8-复位调节螺钉；9-动触点；10-复位按钮；11-调节旋钮；12-支撑件；13-弹簧图4-15热继电器动作原理示意图任务4.1常用电气元器件2．热继电器型号及选用（1）热继电器的型号我国常用的热继电器主要有JR20、JRS1、JR16等系列。三相交流电动机的过载保护均采用三相式热继电器，尤其是JR16和JR20系列三相式热继电器得到广泛应用。（2）热继电器的选用通常选用时应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等方面综合加以考虑。①热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，通常，选取热继电器的额定电流为电动机额定电流的60%～80%。②在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间不超过6s时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取热继电器。③当电动机为重复短时工作时，注意确定热继电器的允许操作频率。④在三相异步电动机电路中，对定子绕组为Y连接的电动机应选用两相或三相结构的热继电器；定子绕组为△连接的电动机必须采用带断相保护的热继电器。任务4.1常用电气元器件（七）时间继电器

时间继电器也称为延时继电器，是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。

时间继电器按延时方式可分为：通电延时型和断电延时型两种。通电延时型时间继电器在其感测部分接收信号后开始延时，一旦延时完毕，就通过执行部分输出信号以操纵控制电路，当输入信号消失时，继电器就立即恢复到动作前的状态（复位）。断电延时型与通电延时型相反，断电延时型时间继电器在其感测部分接收输入信号后，执行部分立即动作，但当输入信号消失后，继电器必须经过一定的延时，才能恢复到原来（即动作前）的状态（复位），并且有信号输出。任务4.1常用电气元器件1-线圈一般符号；2-断电延时型线圈；3-通电延时型线圈4-瞬动动合触点；5-瞬动动断触点；6-通电延时动合触点；7-通电延时动断触点；8-断电延时动合触点；9-断电延时动断触点图4-16时间继电器电路符号图4-16为时间继电器的电路符号，其文字符号为KT。任务4.1常用电气元器件（八）中间继电器

中间继电器是用来远距离传输或转换控制信号的中间元件，其输入的是线圈的通电或断电信号，输出多对触点的通断动作，因此，不但可用于增加触头数目，实现多路同时控制，而且因为触头的额定电流大于线圈的额定电流，所以可以用来放大信号。

中间继电器的外形结构及电路符号如图4-17，其文字符号为KA。

中间继电器与交流接触器相似，动作原理也相同，当电磁线圈得电时，铁心被吸合，触点动作，即动合触点闭合，动断触点断开；电磁线圈断电后，铁心释放，触点复位。（a）外形（b）电路符号图4-17中间继电器外形结构及电路符号任务4.1常用电气元器件（九）固态继电器固态继电器又叫静态继电器，其输入用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载的目的，是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关，其实物图如图4-18所示。（a）三相固态继电器（b）单相固态继电器图4-18固态继电器任务4.1常用电气元器件四、知识拓展

速度继电器的外形结构如图4-19(a)所示，图4-19(b)为电路符号，文字符号为KV。

速度继电器主要由转子、定子和触点三部分组成，转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，定子由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。（a）外形（b）电路符号图4-19速度继电器外形结构及电路符号任务4.1常用电气元器件

速度继电器的动作原理图如图4-20所示。使用时速度继电器的转轴与电动机的轴相连接，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，在空间产生旋转磁场，切割定子绕组，在其中感应出电流，此电流又在旋转的转子磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动方向而旋转，和定子装在一起的摆锤推动动触头动作，使动断触点断开，动合触点闭合，当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，动触头复位。

速度继电器主要用做笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器。1-转轴；2-转子；3-定子；4-绕组；5-摆锤；6，7-静触点；8，9-动触点图4-20速度继电器的动作原理图任务4.1常用电气元器件五、技能训练1.认识按钮、断路器、交流接触器、热继电器、熔断器、中间继电器、时间继电器的结构。2.实训室低压配电箱中有哪些低压电器元器件？观察它们的型号、额定数值及其他技术参数并填写表中。设备名称型号额定电压额定电流绝缘强度有无灭弧功能断路器刀开关交流接触器熔断器热继电器表4-1认识电器元器件任务4.2常见电动机控制线路一、任务引入任务4.2常见电动机控制线路

电梯或扶梯是我们日常生活中常用到的一种设备，无论是大型商场，饭店，高层的小区楼，还是校园，都能看见电梯的身影，它不仅能使我们的生活变的方便，也能让每个人都能体会到科技的力量。那么电梯或扶梯是如何工作了？

电梯可以进行上行和下行动作，主要是通过控制电动机正反转带动电梯轿厢升降来实现，图4-21为电梯和扶梯的实物图。电梯的运作过程为：电梯在电动机的带动下进行升降，当电动机正转的时候，如果电动机能够拖动电梯轿厢向上运行；那么当电动机反转的时候，电动机就拖动电梯轿厢向相反的方向，即向下运行，从而实现电梯的上下往复运作，扶梯的工作原理与电梯类似。任务4.2常见电动机控制线路图4-21电梯实物图二、教学目标知识目标：

掌握常用电气控制电路的工作原理；

掌握常用电气控制线路的绘制方法。能力目标：

能够进行电气控制电路分析；

能够进行基本控制电路的连接。素质目标:

培养学生实际问题的分析能力；

培养学生的逻辑推理能力和思维能力；

培养学生的动手能力和创新能力。任务4.2常见电动机控制线路三、相关知识（一）三相异步电动机的点动控制电路生产实际中，对电动机有时需要点动控制，如车床夹件的调整状态，要求按下按纽，电动机转动；而放下按纽，电动机便要停止。三相异步电动机的点动控制电路图如图4-22所示。图4-22三相异步电动机的点动控制线路任务4.2常见电动机控制线路任务4.1常用电气元器件动作原理：（1）合上刀开关QS后，因没有按下点动按钮SB，接触器KM线圈没有得电，KM的主触点断开，电动机M不得电，所以不会起动。（2）按下点动按钮SB后，控制回路中接触器KM线圈得电，其主回路中的动合触点闭合，电动机得电起动运行。（3）松开按钮SB，按钮在复位弹簧作用下自动复位，断开控制电路KM线圈，主电路中KM触点恢复原来断开状态，电动机断电直至停止转动。任务4.1常用电气元器件控制过程也可以用符号来表示，其方法规定为：各种电器在没有外力作用或未通电的状态记为“-”，电器在受到外力作用或通电的状态记为“+”，并将它们相互关系用线段“——”表示，线段的左边符号表示原因，线段的右边符号表示结果，那么，三相异步电动机直接起动控制线路控制过程就可表示如下：起动过程：SB+——KM+——M+（起动）停止过程：SB-——KM-——M-（停止）其中，SB+表示按下，SB-表示松开。在该控制电路中，QS为刀开关，不能直接给电动机M供电，只起到电源引入的作用。主回路熔断器FU起短路保护作用，如发生三相电路的任两相电路短路，短路电流将使熔断器迅速熔断，从而切断主电路电源，实现对电动机的短路保护。任务4.1常用电气元器件（二）三相异步电动机的长动控制电路

长动控制是指按下按钮后，电动机通电起动运转，松开按钮后，电动机仍继续运行，只有按下停止按钮，电动机才失电直至停转。长动与点动主要区别在于松开起动按钮后，电动机能否继续保持得电运转的状态。如果所设计的控制线路能满足松开起动按钮后，电动机仍然保持运转，即完成了长动控制，否则就是点动控制。长动控制线路如图4-22所示。

比较图4-22点动控制线路和图4-23长动控制线路可见，长动控制线路是在点动控制线路的起动按钮SB2两端并联一个接触器的辅助动合触点KM，再串联一个动断（停止）按钮SB1。任务4.2常见电动机控制线路图4-23三相异步电动机的长动控制线路线路动作原理为：合上刀开关QS。起动：SB2±——KM自+——M+（起动）停止：SB1±——KM--——M-（停止）其中，±表示先按下，后松开；KM自+表示“自锁”。所谓“自锁”，是依靠接触器自身的辅助动合触点来保证线圈继续通电的现象。带有“自锁”功能的控制线路具有失压（零压）和欠压保护作用。（三）三相异步电动机的正反转控制电路图4-24中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器。显然KM1和KM2两组主触点不能同时闭合，否则会引起电源短路，即要求KM1和KM2两接触器线圈不能同时通电。图4-24三相异步电动机的正反转控制线路任务4.2常见电动机控制线路任务4.2常见电动机控制线路

控制线路中，正、反转接触器KM1和KM2线圈支路都分别串联了对方的动断触点，任何一个接触器接通的条件是另一个接触器必须处于断电释放的状态。两个接触器之间的这种相互关系称为“互锁”。

线路动作原理为：接触器互锁正、反转控制线路存在的主要问题是从一个转向过渡到另一个转向时，要先按停止按钮SB1，不能直接过渡，显然这是十分不方便的。四、知识拓展

三相交流异步电动机直接起动，虽然控制线路结构简单，使用维护方便，但异步电动机的起动电流很大（约为正常工作电流的4

7倍），如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则起动电流可能会明显地影响同一电网中其他电气设备的正常运行。因此，对于笼型异步电动机可采用：定子串电阻（电抗）降压起动、定子串自耦变压器降压起动、星形-三角形降压起动等方式；而对于绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻起动或转子串频敏变阻器起动等方式以限制起动电流。

任务4.2常见电动机控制线路任务4.2常用电气元器件

采用接触器控制鼠笼式异步电动机星形-三角形降压起动线路如图4-25所示。图