常用低压电器知识及电力拖动与控制技术.docx
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常用低压电器知识及电力拖动与控制技术
常用低压电器知识及电力拖动与控制技术
第1章常用低压电器
1.1概述
一、低压电器的定义
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。
二、低压电器分类
（一）按操作方式分：
手动电器：
由人工直接操作才能完成任务的电器称为手动电器，如刀开关、按钮和转换开关等。
自动电器：
指不需要人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器称为自动电器，如低压断路器、接触器和继电器等。
（二）按用途分：
低压配电电器：
主要用于低压供电系统，如刀开关、低压断路器、转换开关和熔断器等。
低压控制电器：
主要用于电力拖动控制系统，如接触器、继电器、控制器、控制按钮、行程开关、主令控制器和万能转换开关等。
（三）按工作原理分：
电磁式电器：
根据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、电磁式继电器等。
非电量控制电路：
电器的工作是靠外力或非电物理量的变化而动作的电器。
如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。
1、电磁式控制电器：
由电磁机构、触头系统、灭弧系统组成。
（1）电磁机构：
电磁机构通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁心（亦称静铁心或磁轭）和衔铁（也称动铁心）三部分组成。
其作用原理：
当线圈中有电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。
1-衔铁2-铁心3-线圈
（2）触头系统：
触头的作用是接通或分断电路。
a-点接触式b-面接触式c-指式触头
（3）灭弧系统：
①双断口电动力吹弧
②磁吹灭弧
③窄缝（纵缝）灭弧法
④栅片灭弧法
1.2刀开关与组合开关
低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。
主要有刀开关、组合开关、以及用刀开关与熔断器组合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。
一、刀开关
（一）闸刀开关（胶盖刀开关）
1、文字符号：
QS
2、图形符号：
3、主要技术参数：
（1）型号：
胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流50Hz，额定电压单相220V、三相380V，额定电流至100A的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路地短路保护之用。
其中三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作地直接起动即分断用。
常用地有HK1和HK2系列。
胶盖刀开关的型号及其含义如下：
（2）额定参数：
额定电压，额定电流。
4、刀开关的选用
刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。
其额定电流应等于（在开启合通风良好的场合）或稍大于（在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般选1.15倍）电流工作电流。
当用当开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。
（二）组合开关
1、文字符号：
QS
2、图形符号：
3、基本结构及动作原理：
实物图示意图
4、主要技术参数
（1）型号：
广泛应用于电器设备的电源开关、测量三相电压和控制7.5kW以下小容量电动机的直接启动、正反转等不频繁操作的场合。
组合开关的额定电压为220V和380V。
额定电流有10A,25A,35A,60A等。
产品型号有HZ5,HZ10系列等。
组合开关的型号及其含义如下：
（2）额定参数：
额定电压，额定电流。
1.3自动空气开关（断路器、自动开关）
低压断路器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。
可用来分配电能，不频繁地启动异步电机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路。
1、文字符号：
QF
2、图形符号：
3、基本结构及动作原理：
当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣器机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣器机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣器机构动作。
原理图实物图
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
4、主要技术参数
（1）型号
DZ20系列低压断路器型号意义：
（2）额定参数：
①额定工作电压；在数值上取决于电网的额定电压等级，我国电网标准规定为AC220、380、660及1140V，DC220、440V等。
应该指出，同一断路器可以在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。
②额定电流：
为过电流脱扣器的额定电流，一般指断路器的额定持续电流。
③通断能力：
开关电器在规定的条件下（电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数），能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。
④分断时间：
指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。
5、断路器的选用：
（1）断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。
对于配电电路来说应注意区别是电源端保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。
（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。
（3）断路器的过载脱扣整定电流应大于或等于负载工作电流。
（4）断路器的额定通断能力应大于或等于电路的最大短电流。
（5）断路器低欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。
1.4主令电器
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。
一、控制按钮
1、文字符号：
SB
2、图形符号：
3、基本结构及工作原理：
示意图实物图
1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头
4、型号：
按钮开关的型号意义：
5、按钮的使用：
（1）选择时应根据所需的触头数、使用的场所及颜色来确定。
常用的LA18,LA19,LA20系列按钮开关，适用于AC500V,DC440V,额定电流5A，控制功率为AC300W,DC70W的控制回路中。
（2）按钮颜色要求：
①“停止”和“急停”按钮必须是红色。
当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。
②“起动”按钮的颜色是绿色。
③“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。
④“点动”按钮必须是黑色。
⑤“复位”（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。
当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。
二、行程开关
1、文字符号：
SQ
2、图形符号：
3、基本结构及工作原理
结构图实物图
4、型号：
常用的行程开关有JLXK1、LX19、LX32、LX33和微动开关LXW-11、JLXK1-11、LXK3等系列。
行程开关的型号及其含义如下：
1.5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、文字符号：
FU
2、图形符号：
3、结构及工作原理
熔断器是由熔体和绝缘底座（或称熔管）等组成。
熔体为丝状或片状。
当负载发生故障时，有很大的短路电流通过熔断器，熔体很快熔断，迅速断开故障电路，从而有效地保护未发生故障的线路和设备。
熔断器主要用作短路保护，而对于过载一般不能准确保护。
4、主要技术参数
（1）型号：
低压熔断器的型号含义：
（2）熔断器种类：
1）瓷插式熔断器：
瓷插式熔断器有RCIA的等系列。
主要用于AC380V、50Hz的低压电路中，一般接在电路的末端，作为电气设备的短路保护。
2）螺旋式熔断器：
螺旋式熔断器有RL1等系列，主要用于AC50Hz或60Hz、额定电压500V以下，额定电流200A以下的电路中，作为短路或过载保护。
实物图示意图
3）管式熔断器：
管式熔断器主要有RM10型和RM0型2种。
RM10是新型的无填料密闭管式熔断器，用作短保护和连续过载保护，主要用于额定电压AC500V或DC400V的电力网和成套配电设备上。
RT0型为有填料密闭管式熔断器，用作电缆、导线及电气设备的短路保护和电缆、导线的过载保护，主要用于具有较大短路电流的电力网或配电装置中。
示意图
5、额定参数：
（1）额定电压：
是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，它取决于线路的额定电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。
（2）额定电流：
是指熔断器长期工作时，各部件温升不超过规定值时所能承受的电流。
熔断器的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断管内可以分装不同额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电流。
（3）极限分断能力：
是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大短路电流值。
在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。
所以，极限分断能力也是反映了分断短路电流的能力。
6、熔断器的选择
工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑：
（1）熔断器的类型应根据线路的要求、使用场合及安装条件进行选择。
（2）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器的工作电压。
（3）熔断器的额定电流根据被保护的电路（支路）及设备的额定负载电流选择。
熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流。
（4）熔断器的额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。
（5）熔断器的选择需考虑电路中其他配电电器、控制电器之间选择性配合等要求。
为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。
1.6接触器
1、接触器文字符号、图形符号
（1）文字符号：
KM
（2）图形符号：
2、交流接触器
（1）基本结构
①电磁机构：
由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。
②触头系统：
由主触头和辅助触头组成。
主触头由用于通断主电路，辅助触头其额定电流一般为5A。
（2）工作原理：
工作原理示意图
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
3、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。
4、主要技术参数
（1）型号
目前国内常用交流接触器主要有：
CJ10、CJ12、CJ20等系列。
其中CJ10、CJ12是早期全国统一设计的系列产品；CJ20系列是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流50Hz、电压660V以下（其中部分等级可用于1140V）、电流630A以下的电力线路中。
近年来从国外引进一些交流接触器产品，有德国BBC公司的B系列、西门子公司的3TB系列、法国TE公司的LC1-D和LC2-D系列等。
交流接触器的型号意义：
直流接触器的型号意义：
（2）额定参数：
主要有额定电压、额定电流和线圈的额定电压等。
1）额定电压
接触器铭牌上的额定电压是指主触头萨格的额定电压，通常用的电压等级为：
直流接触器：
220V,440V,660V。
交流接触器：
220V,380V,500V。
2）额定电流
接触器铭牌上的额定电流是指主触头萨格的额定电流，通常用的电流等级为：
直流接触器：
25A,40A,60A,100A,150A,250A,400A,600A。
交流接触器：
5A,10A,20A,40A,60A,100A,150A,200A,250A等。
3）线圈的额定电压
通常用的电压等级为：
直流线圈额定电压有24V,48V,220V。
交流线圈的额定电压有：
36V,127V,220V,380V等。
选用时一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载需要频繁动作时，可以采用直流线圈的交流接触器。
1.7继电器
继电器是一种根据外界输入地一定信号（电的或非电的）开控制电路中的电流通断的自动切换电器。
继电器的种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及速度继电器等。
1、电流、电压继电器
（1）文字符号：
KA（电流继电器）
KV（电压继电器）
（2）图形符号：
（3）结构及工作原理
1）电流继电器：
根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器。
电流继电器的线圈串接在被测电路中，以反应电流的变化。
其触点接在控制电路中，用于控制接触器的线圈或信号指示灯的通断。
①过电流继电器:
当电路发生短路及过流时立即将电路切断。
因此，只有当过流继电器线圈通过电流超过额定电流时，继电器才动作。
过电流继电器的动作电流整定范围：
交流过电流继电器为110％～350％IN，直流过电流继电器为70％～300％IN，
②欠电流继电器：
当电路电流过低时立即将电路切断。
因此，主要当欠电流继电器线圈通过电流低于整定电流时，继电器才动作。
欠电流继电器动作电流整定范围：
吸合电流为30％～50％IN释放电流为10％～20％IN。
2）电压继电器：
根据输入电压大小而动作的继电器。
电压继电器线圈与被测电路并联。
①过电压继电器：
动作电压整定范围为105％～120％UN
②欠电压继电器：
吸合电压调整范围：
30％～50％UN
释放电压调整范围：
7％～20％UN
2、中间继电器
（1）文字符号：
KA
（2）图形符号：
吸引线圈常开触头常闭触头
（3）工作原理
中间继电器的原理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）的继电器。
其实质是电压继电器，但它的触头数量较多（可达8对），触头容量较大（5～10A）、动作灵敏。
（4）型号
中间继电器按电压分两类：
一类是用于交直流电路中的JZ系列，另一类是只用于直流操作的各种继电器保护线路中的DZ系列。
（5）用途
当其它电器的触头对数不够用时，可借助中间继电器来扩展它们的触头容量。
3、时间继电器
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。
按照延时方式可分为：
通电延时型和断电延时型两种。
（1）文字符号：
KT
（2）图形符号：
通电延时型：
断电延时型：
（3）基本结构及工作原理
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
（4）主要技术参数：
1）常用空气阻尼式时间继电器为JS7、JS23系列。
①型号：
②额定参数：
触点额定电压、电流：
380V、5A
线圈电压：
交流36V、127V、220V、380V
延时范围：
0.4～60s和0.4～180s
2）常用晶体管式时间继电器有：
JS14A、JS15、JSJ等系列。
3）常用数字式时间继电器有：
JS14S、JSS1、JS14P、H48S、DH14S。
4、热继电器
热继电器的作用是：
主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。
鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护
（1）文字符号：
FR
（2）图形符号：
（3）基本结构及工作原理
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
1）常用的热继电器有：
JR0、JR2、JR9、JR10、JR15、JR16、JR20等几个系列。
2）型号：
（4）热继电器的主要技术参数
额定电压：
热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V,380v,600V。
额定电流：
热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流
额定频率：
一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。
整定电流范围：
整定电流的范围有本身的特性来决定。
它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。
热继电器的工作电流可以在一定范围内调整，称为整定。
整定电流值应是被保护电动机的额定电流值，其大小可通过旋动整定电流旋钮来实现。
由于热驱动件的热惯性，当流过热继电器的过载电流超过整定电流时，必须经过一定时间，热电器才能动作（这种特性正符合电动机过载保护的需要），因此热继电器不能做短路保护用。
一般工作机械电路可选用两相结构的热继电器，当电动机作三角形联接、并以熔断器作短路保护时，以选用三相结构为宜。
热继电器的保护特性表
整定电流倍数
动作时间
备注
1.0
长期不动作
1.2
小于20分钟
热态开始
1.5
小于2分钟
热态开始
6.0
大于5秒钟
冷态开始
注：
热态是指热元件加热至稳定状态
例如：
.热继电器的调整投入使用前，必须对热继电器的整定电流进行调整，以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流匹配。
对于一台10kW、380V的电动机，额定电流19.9A，可使用JR20-25型热继电器，发热元件整定电流为17～21～25A，先按一般情况整定在21A，若发现经常提前动作，而电动机温升不高，可将整定电流改至25A继续观察；若在21A时，电动机温升高，而热继电器滞后动作，则可改17A观察，以得到最佳的配合。
1.8速度继电器
速度继电器是根据电磁感应原理制成的，它的套有永久磁铁的轴与被控电动机的轴相联，用以接受转速信号。
1、文字符号：
KS
2、图形符号：
常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型。
JY1型能在3000r/min以下可靠工作；JFZ0－1型适用与300～1000r/min，JFZ0－2型适用与1000～3600r/min。
一般速度继电器转轴在120r/min左右既能动作，在100r/min以下复位。
3、基本结构及工作原理
1-调节螺钉2-反力弹簧3-常闭触头4-动触头5-常开触头
6-返回杠杆7-杠杆8-定子导条9-定子10-转轴11-转子
第2章电气控制系统的基本控制线路
2.1三相鼠笼式异步电动机直接起动控制
1、单向起动控制
◆控制线路：
由闸刀开关、熔断器、接触器、按钮等组成。
◆主电路：
三相电源到电动机的电路。
由闸刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件组成。
◆控制电路：
由按钮和接触器吸引线圈等组成。
◆控制线路安装布线图：
把同一电器各工作部件集中在一起，按各部件实际位置画出。
◆控制线路原理图：
主电路画在一边，控制电路画在另一边。
★说明：
（1）同一电器各工作部件画在各处，但它们的动作相互关联。
（2）同一电器上的各部件，必须标以相同文字符号。
1）工作原理
2）保护环节
短路保护：
FU
过载保护：
FR
失压保护：
KM
◆失压保护－指发生突然停电时，电动机与电源迅速断开，当电源恢复供电时，如不重新按下起动按钮，电动机不能起动。
2、正反转控制
◆电动机反转：
将电动机任意两根火线对调。
◆实现方法：
采用KM1、KM2两个接触器控制电动机正、反转。
KM1－控制电动机正转。
KM2－控制电动机反转。
（1）线路图
1）主电路
2）控制电路
◆要求：
KM1、KM2线圈不能同时有电，以避免电源相之
间短路。
主电路控制电路
3、行程限位控制
有些位移性生产机械或部件（如起重机小车、电梯、铣床的工作台等）需要有终端限位控制或自动往返控制。
（1）控制要求：
有一工作台可实现前后移动，当移动到终端时，自行停车。
（2）实现方法：
1）用接触器KM1控制电动机正转，使工作台向前移动；用接触器KM2控制电动机反转，使工作台向后移动。
2）行程开关SQ1作为工作台向前移动的终端限位开关；行程开关SQ2作为工作台向后移动的终端限位开关。
（3）线路图
机床工作台自动往复运动示意图自动往复循环控制电路
4、顺序控制
有的生产机械和设备需要多台电动机拖动，而各台电动机的起动与停止需要有一定的顺序控制关系。
（1）控制要求：
在一台锅炉控制，有M1、M2两台电动机。
M1－引风电动机；M2－送风电动机。
要求：
起动时，引风机M1先起动，送风机M2后起动；停止时则相反，送风机M2后停止，引风机M1先停止。
（2）线路图
主电路控制电路
2.2三相笼型异步电动机降压起动控制
1、定子线路串电阻降压起动控制
（1）控制要求：
电动机M起动时定子线路串联电阻R，以实现降压起动，电动机起动后，恢复额定电压进入稳定正常运转。
（2）实现方法：
1）接触器KM1闭合，电动机M定子线路串电阻降压起动。
2）接触器KM2闭合，电动机正常运转。
3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，KM2闭合。
（3）线路图
1）主电路
2）控制电路
主电路控制电路
2、星形－三角形降压起动控制
（1）控制要求：
电动机M起动时为星形连接，以实现降压起动，电动机起动后改为三角形连接，以恢复额定电压进入稳定正常运转。
（2）实现方法：
1）接触器KM1－控制电机M通电
接触器KM2－控制电机M三角形连接
接触器KM3－控制电机M星形连接
2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器整定值时使KM3断电、KM2通电，电动机三角形连接正常运转。
（3）线路图
1）主电路
2）控制电路
主电路控制电路
2.3三相鼠笼电动机的制动控制
1、反接制动控制
（1）实现方法：
1）KM1为电动机M单向旋转接触器
2）KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。
（2）线路图
1）主电路
2）控制电路
主电路控制电路
2.4继电接触式控制系统的电路设计
1、电气控制设计的一般原则
（1）最大限度的满足机械或设备对电气控制系统提出的要求。
机械或设备对电气控制系统的要求，是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图。
执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，有调速要求的设备还应给出调速技术指标。
其他如起动、转向、制动等控制要求应根据生产需要充分考虑。
（2）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济。
在电气控制系统设计时，为了满足同一控制要求，往往要设计几个方案，应选择简单。
经济可靠和通用件强的方案，不要盲目追求自动化程度和高指标。
（3）妥善处理机械与电气的关系。
机械或设备与电力拖动已经紧密结合融为一体，
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