电工基础培训之常用低压电器.docx

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电工基础培训之常用低压电器

常用低压电器

低压电器通常是指工作在交流1000V及以下与直流1200V及以下电路中的电器。

　　按照电器动作性质不同，低压电器可分为手控电器和自控电器两大类；按照是否有触点，低压电器还可分为有触点电器和无触点电器两大类。

1　低压开关

常见的低压开关有刀开关、转换开关、自动空气开关及主令控制器等。

它们的作用主要是实现对电路进行接通或断开的控制。

多数作为机床电路的电源开关，有时也用来直接控制小容量电动机的通断工作。

1.1刀开关

刀开关又称闸刀开关，它是非自动切换开关中结构最简单，应用最广泛的一种低压电器。

其代表产品有HK系列瓷底胶盖开关及HH系列铁壳开关等。

刀开关又可分为两极和三极两种。

两极开关适用于交流50Hz500V以下的小电流电路，主要作为一般电灯、电阻和电热等回路的控制开关用；三极开关适当降低容量后，可作为小型电动机的手动不频繁操作控制开关使用，并具有短路保护作用。

1、瓷底胶盖刀开关

瓷底胶盖刀开关又称开启式负荷开关，其结构及符号见图1－1。

HK系列瓷底胶盖刀开关的型号意义如下：

实际应用中，用于普通照明电路，作为隔离或负载开关时，一般选择开关的额定电压大于或等于220V、额定电流大于或等于电路最大工作电流的两极开关。

用于电动机控制时，如果电动机功率小于5.5KW，可直接用于电动机的启动、停止控制；如果电动机功率大于5.5KW，则只能作为隔离开关使用。

选用时，应选择开关的额定电压大于或等于380V、额定电流大于电动机额定电流3倍的三极开关。

在安装开启式负荷开关时，应注意将电源进线装在静触座上，将用电负荷接在闸刀开关的下出线端上。

这样当开关断开时，闸刀和熔丝均不带电，保证更换熔丝安全。

闸刀在合闸状态时，手柄应向上，不可倒装或平装，以防止误合闸。

2、铁壳开关

铁壳开关又称封闭式负荷开关,常用HH系列铁壳开关的结构及外形如图1－2所示。

HH系列铁壳开关的型号意义如下：

1.2组合开关

组合开关又称转换开关,属于刀开关类型,其结构特点是用动触片代替闸刀,以左右旋转操作代替刀开关的上下分合操作,有单极、双极和多极之分。

普通型的组合开关,可以用于各种低压配电设备中,不频繁地接通和切断电路,如用于交流电压380V以下或直流220V以下的电路中。

作为电源引入开关,可用来控制5kW以下小容量电动机的启动、停车和正反转,也可以作为机床照明电路的控制开关。

当用于电动机控制时，其启动、停止的操作频率应小于（15～20）次/时；用于控制电动机正反转时,必须使电动机先经过完全停止的位置,然后才能接通反向运转电路，否则会因为反转启动电流较大而损坏开关。

（1）用于控制三相线路通断的转换开关。

图4.3为一用于接通和断开三相异步电动机的转换开关的结构示意图。

胶木盒内装有一个可转动的公共轴，轴上装有多个触片，这些可随轴转动的触片称动触片。

胶木盒内还装有与动触片数目相同的静触片。

这些静触片由接线柱与外电路相连。

手柄只有两个定位位置：

水平位置和垂直位置，由凸轮定位。

当转动手柄至水平位置时，静触片与动触片断开（即X1与C1，X2与C2、X3与C3断开），电动机停车。

当转动手柄至垂直位置时，动触片就插入到相应的静触片中，使三相电路同时接通（即X1与C1、X2与C2、X3与C3接通）。

电动机启动。

（2）用于控制三相异步电动机正反转的转换开关

图4.4是用于控制三相异步电动机正反转的转换开关结构示意图和触点动断表。

图中X1、X2、X3分别为电源引线，C1、C2、C3，分别接电动机接线端。

转换开关手柄有三个定位位置。

在不同位置时接通不同的电路，动断表（图4.4（d））中的符合“X”表示相应的触点接通，空格则表示相应的触点断开。

当开关手柄转到位置“0”时，动触点不与任何静触点接触，整个电源断开，见图4.4（a）。

当开关手柄转到位置“I”时，X1、X2、X3，分别与C1、C2、C3，相接通。

见图4.4（b），电动正转。

当开关手柄转到位置“II”时，X1、X2、X3则分别与C1、C2、C3相接，此时两相电源线对调，电动机反转，见图4.4（c）。

在电动机不频繁起停且电动机容量不大的情况下，可采用这种转换开关方便地实现电动机的正反转控制。

（3）万能转换开关

另外，还一种多档的转换开关，它的触点较多，手柄常有几个定位位置；它能同时接通和断开多条电路，这种转换开关通常称为万能转换开关。

它常用于选择系统的不同工作方式，便如自动方式、半自动方式和手动方式等。

图4.5是一种万能转换开关的图形符号和触点断合表。

在图形符号中，黑点表示手柄在相应位置时该触点闭合，无黑点表示断开，例如，当手柄转到位置“II”时，触点1和3接通，而触点2、4、5、6断开。

又如，当手柄转到位置“O”时，所有触点均接通。

常用的转换开关为LS系列和LW系列。

图4.6为LW系列万能转换开关外形图。

1.3自动空气开关　　

自动空气开关又称自动开关或自动空气断路器,它是一种既可接通分断电路,又能对负荷电路进行自动保护的低压电器。

当电路发生严重的过载、短路以及失压等故障时,能够自动切断故障电路（俗称自动跳闸）,有效地保护串接在它后面的电气设备。

因此,自动空气开关是低压配电网路中非常重要的一种保护电器。

在正常条件下,也用于不频繁接通和断开的电路以及控制电动机等。

自动开关种类很多，但均由触点、操作机构、脱扣器、灭弧室等组成。

图4.12为自动开关的工作原理图。

通过手动操作联杆机构使主触点闭合，接通三相电路。

过电流线圈串在电路中（图中只画出一个线圈，实际上有两个或三个），欠压线圈则并在电源两端。

当电路短路或电流过大时，过电流线圈产生的电磁吸力克服了弹簧2的反作用力使过流脱扣器的顶杆向上运动顶开脱扣钩子，于是在弹簧1的作用下，使主触点动作，切断电源，起到了保护作用。

如电源电压低于某一规定值或者消失时，欠压线圈定磁吸力小于弹簧3的作用力，于是欠压脱扣器的顶杆在弹簧3的作用下顶开脱扣钩子，起到欠压保护作用。

用自动开关实现短路保护比熔断器优越。

因为三相负载中发生线间短路时，很可能只有一相熔断器烧断，造成单相运行。

而使用自动开关时，只要发生线间短路，开关就跳闸，将三相电路同时切断，因此，在要求较高的场合常采用自动开关。

常用的自动开关为DZ系列。

如下图所示的几种常用的低压空气开关。

2、主令电器

主令电器是一种非自动切换的小电流开关电器,它在控制电路中的作用是发布命令去控制接触器、继电器或其它电器执行元件的电磁线圈,使电路接通或分断,从而达到控制电力拖动系统的启动与停止以及改变系统的工作状态,如正转与反转等,实现生产机械的自动控制。

由于它专门发送命令或信号,故称为“主令电器”,也称“主令开关”。

主令电器的种类很多，常用的有：

按钮、转换开关、行程开关、主令开关、主令控制器、脚踏开关等。

2.1、按钮

按钮的结构原理图如图4.1（a）所示。

它主要由按钮帽、连杆、二对动触点、二对静独点以及恢复弹簧等所组成。

按钮帽分红色、黄色、蓝色、绿色、白色、黑色等，它装在连杆上端，二对动触点装在连杆下端，二对静触点装在按钮盒内，并通过接线柱与外部相连。

在正常状态下，动触点与上面的一对静独点相接触，这对触点称为常闭触点。

而下面的一对触点是断开的，称为常开触点。

按下按钮时，常闭触点断开，常开触点闭合（故常团触点又称动断触点，常开触点又称动合触点）。

当手松开后，在恢复弹簧的作用下按钮又恢复原来的状态。

按钮的图形符号如图4.1（b）所示。

按钮在结构上形式多种多样，触点的数目各不相同，主要根据使用场合、触点的数目以及按钮的颜色来选择。

对于非常重要的控制配合，要求有可以防止误操作的按钮时，可选用钥匙式控制按钮；对于要求接通多个控制支路时，可选用旋转式控制按钮；当要求用于紧急时切断电源，可选用紧急式的控制按钮；在控制柜面板上的按钮，有的要求有灯光显示，这时可选用带灯的控制按钮；没有什么特殊要求，可选用一般按钮。

对于按钮罩的颜色，一般红色钮罩多用于“停止”“紧急”的地方；黑色和绿色多用于“启动”、“通电”的地方；黄色透明的钮罩带灯按钮多用于显示工作或间歇状态。

常用的为LA系列按钮，图4.2为LA系列按钮外形图。

2.2位置开关

位置开关又称行程开关或限位开关,其作用和按钮开关相同,都是对控制线路发出接通、断开和信号转换等指令的电器。

但与按钮开关不同的是,位置开关不靠手按而是利用生产机械某些运动部件的碰撞而使触头动作、接通和断开控制线路,达到一定的控制要求。

当外界机械挡铁碰压顶杆时,顶杆向下移动,压迫触头弹簧,并通过该弹簧使接触桥离开常闭静触头,转为同常开静触头接触,即动作后,常开触头闭合,常闭触头断开。

当外界机械挡铁离开顶杆后,在恢复弹簧的作用下,接触桥重新自动恢复原来的位置。

3、接触器

接触器是一种依靠电磁力使触点产生动作的一种电器，在自动控制系统中，常用它接通或断开负载电路。

根据接触器线圈所需电源电压的不同，接触器常分为交流接触器和直流接触器，但也有交直流两用的接触器。

3.1、交流接触器

交流接触器主要由触点、电磁系统和灭弧装置三大部分组成，下面分别介绍它们的结构和作用。

（1）触点

交流接触器的触点分为主触点和辅助触点两类，每一对触点包含一个动动触点和静触点，如图4.7所示。

主触点为三对常开触点，用来接通或断开负载电路，由于它允许通过较大的电流（一般大于10A），故触点较大；而辅助触点包括常开触点和常闭触点两种。

辅助触点用于接通或断开控制电路中接触或继电器的线圈，辅助触点额定电源一般为5A。

常和的CJ系列交流接触器有四对辅助触点，两对常闭，两对常开。

（2）电磁系统

电磁系统是由静铁心、动铁心（或叫衔铁）和线圈组成。

线圈套在静铁心中。

动铁心通过连杆与触点相连。

当线圈通电时，铁心中产生磁通，使静铁心和动铁心之间产生电磁吸力，动铁心被吸引并带动动触点向下运动，使得原来接触的动静触点分开，原来分开的动静触点接触，即常开触点闭合，常闭触点断开。

当线圈断电时，由于恢复弹簧的作用于使动铁心恢复到原来的状态（即常触点重新断开，常闭触点重新闭合）。

这样，可以通过控制线圈得电或断电，达到控制负载波电路通断的目的。

当主触点容许通过的电流较小（小于10A）时，主触点和辅助触点就被做成一样大小，即无主触点和辅助触点之分。

线圈的额定电压通常有两种：

380V和220V。

线圈的额定电压决定了控制电路所需的电源电压，通常按通过主触点的电流大小和线圈额定电压来选择接触器。

（3）灭弧系统

接触器在断开大电流电路时，在断开瞬间触点处将产生电弧，实质上是动触点与静触点之间的气体在电场作用下出现的放电现象。

它会烧坏触点，有时还会烧熔触点而使动静触点焊在一起，使电路不能切断，有时甚至会引起相间短路。

因此，通断电流较大的交流接触器常带有灭弧装置，使在触点断开时能迅速熄灭电弧。

传统的交流接触器产生主要为CJ系列。

换代产品为CJ20系列、CJO系列等。

引进产品有B系列、STB系列等。

图4.8为CJ20系列交流接触器外形图。

3.2、直流接触器

直流接触器与交流接触器的主要区别是直流接触器线圈所需的电源是直流电源。

常用的为220V和440V。

直流接触器常用于控制直流电动机的启动、换向，调速或反接制动。

常用的直流接触器为CZ系列。

4、继电器

继电器是一种根据电气量（如电压、电流等）或非电气量（如热、时间、压力、转速等）的变化接通或断开控制电路,以实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。

继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。

继电器的种类很多,按用途可分为控制继电器和保护继电器;按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器和温度继电器等;按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器和电子式继电器等;按动作时间可分为瞬时继电器和延时继电器等。

4.1、中间继电器

中间继电器在结构上和交流接触器基本相似，工作原理也完全相同，但中间继电器无主触点与辅助触点之分，仅分常开触点和常闭触点两种，且触点数较多。

常用的JZ7系列中间继电器有4个常开、4个常闭触点，触点额定电流为5A。

在控制电路中，中间继电器主要用来使信号得到放大（实现用较弱的电流去控制额定电流较大的接触器的电磁线圈），增加信号数量（使同一个信号能同时控制多个电磁线圈）。

图4.9为中间继电器的线圈和触点符合。

常用中间继电器有JZ7系列和JZ8系列两种。

通常按线圈额定电压、触点额定电流和触点数来选择中间继电器。

4.2、热继电器

热继电器是一种利用电流的热效应使触点动作的保护电器，常用作电动机的过载保护。

当电动机过载或短路时，热继电器的常闭触点打开，断开相应的控制回路，使电机得到保护。

热继电器主要由发热元件（即电阻丝）、双金属片、传导部分和常闭触点组成，如图4.10所示。

发热元件绕在双金属片上。

双金属片由二种膨胀系数不同的金属焊接而成。

其上端固定，下端与传导部分相连。

传导部分由导板、杠杆、弹簧等组成。

工作时，发热元件串接在电机主回路中，常闭触点串接在控制电机的接触器线圈所在的回路中。

当电机过载时，通过发热元件上的电流增加，双金属片受热膨胀，下端向右产生弯曲，推动导板向右运动。

当弯曲到一定程度时，导板带动杠杆1绕支点1反时针方向旋转，从而顶开常闭触点。

常闭触点断开后，控制电机的接触器线圈断电，使电机和电源断开，达到保护电机的目的。

热继电器有自动复位和手动复位两种情况。

这主要由自动手动复位调节螺钉决定。

当它向左旋转到MN线左边时，若常闭触点断开、动触点A点仅限制在MN线左边。

在发热元件冷却后，由于弹簧1的作用使导板、杠杆1复位；同时，由于弹簧2的作用使杠杆2绕支点2顺时针方向旋转，使得常闭触点自动闭合，这叫做自动复位，当调节螺钉在MN线右边时，若常闭触点断开，动触点A将运动到MN线右边，这样，弹簧2的作用使杠杆2绕支点2逆时针方向旋转，常闭触点无法自动闭合，只有按下手动复位按钮才能使常闭触点重新闭合，这叫做手动复位。

热继电器上方装有调节电流旋钮。

旋动旋钮时，偏心轮压迫支撑杆绕支点3左右移动，当支撑杆左移时，扛杆1与扛杆2的间隙增大，这样热元件的动作电流将增大，反之热元件动作电流将减小。

因此，热继电器发热元件的动作电流（或叫整定电流）可以在一定范围内调节。

当热元件中通过的电流超过整定电流的20%时，热继电器应在20分钟内动作。

通常按整定电流选用热继电器。

整定电流应调节到与电动机的额定电流一致。

由于热惯性，热继电器从过载到发生动作，需要一定的时间。

过载电流越大，动作时间越短。

常用的热继电器型号为JR系列。

4.3时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理来延迟触头闭合或断开的自动控制电器,在电路中起控制动作时间的作用,它的种类很多,有电磁式、电动式、空气阻尼式（又称气囊式）和晶体管式等。

5、熔断器

熔电器是一种短路或过载保护元件。

当线路发生短路或过载时它能可靠地切断电源，以保护电网及电器设备免受短路或过载电流的影响。

熔断器主要由熔体与外壳两部分组成。

熔体由铅锡锌等合金制成。

外壳由陶瓷等绝缘材料制成。

熔体的熔点较低，如流过的电流过大的，因产生的热量大而被烧断，这样，与它串接的电路便断开了。

常用的熔断器有瓷盒式和螺旋式两种。

图4.11是这两种熔断器的外形图和符号。

选择熔断器除了选择熔断器的类型外，还要选择熔断器的额定电流。

熔断器的额定电流表示熔断器长期工作时允许通过的电流。

熔体的额定电流可按以下方法决定：

（1）电阻负载（包括电灯负载）的熔丝

熔体额定电流≥电阻负载的额定电流

通常可选1.5-2倍。

（2）电动机的熔体

电动机启动时电流较大，为了防止因启动电流较大而将熔体烧断，因此熔体不能按电动机的额定电流来选择，通常按下式计算：

对于一台电动机且启动不频繁时：

熔体额定电流≥电动机的启动电流/2.5

如果启动频繁，则

熔体额定电流≥电动机的启动电流/1.6～2

对于几台电动机合用的总熔体

熔体额定电流≥（最大电动机的启动电流+其余电动机额定电流之和）/2.5

熔体熔断时间与流过熔体的电流有关。

熔断时间与电流平方成正比，电流越大，熔断时间越短。

另外，有一种快速熔断器，它的动作速度快，当电流超过熔体额定电流5倍以上时，熔断时间可在几毫秒之内。

快速熔断器常用于可控硅的过电流或短路保护。