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电气知识
第一章低压电器
本章要点
介绍常用低压电器的结构、功能与技术参数
掌握常用低压电器的使用、拆装及维修技术
介绍几种新型电器
本章难点
时间继电器和接触器的工作原理
根据外界特定的信号和要求自动或手动接通或断开电路，断续或连续改变电路参数，实现对电路或非电对象的接通、切换、保护、检测、控制、调节作用的设备称为电器。
低压电器是设备电气控制系统中的基本组成元件，控制系统的优劣与所用的低压电器直接相关。
电气技术人员只有掌握低压电器的基本知识和常用低压电器的结构及工作原理，并能准确选用、检测和调整常用低压电器元件，才能够分析设备电气控制系统的工作原理，处理一般故障及维修。
随着科学技术的飞速发展，自动化程度的不断提高，电器的应用范围日益扩大，品种不增加。
尤其是随着电子技术在电器中的广泛应用，近年来出现了许多新型电器。
本章将着重介绍常用的低压电器的结构、动作原理和应用，对新型电器也将作简单介绍。
第一节低压电器基本知识
电器在实际电路中的工作电压有高低之分，工作于不同电压下的电器可分为高压电器和低压电器两大类，凡工作在交流电压1200V及以下，或直流电压1500V及以下电路中的电器称为低压电器。
一、低压电器的分类
低压电器种类繁多，分类方法有很多种。
1．按动作方式分
（1）手动控制电器：
依靠外力（如人工）直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮等。
（2）自动控制电器：
依靠指令或物理量（如电流、电压、时间、速度等）变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。
2．按用途分
（1）低压控制电器：
主要在低压配电系统及动力设备中起控制作用，控制电路的接通、分断以及电动机的各种运行状态，如刀开关、接触器、按钮等。
（2）低压保护电器：
主要在低压配电系统及动力设备中起保护作用，保护电源和线路或电动机，使他们不至于在短路状态和过载状态下运行，如熔断器、热继电器等。
有些电器既有控制作用，又有保护作用，如行程开关既可控制行程，又能作为极限位置的保护；自动开关既能控制电路的通断，又能起短路、过载、欠压等保护作用。
3．按执行机理分
有触点电器：
这类电器具有动触点和静触点，利用触点的接触和分离来实现电路的通断。
无触点电器：
这类电器无触点，主要利用晶体管的开关效应，即导通或截止来实现电路的通断。
二、低压电器的组成
低压电器一般都有两个基本部分。
一个是感受部分，它感受外界信号，作出有规律的反应，在自动控制电器中，感受部分大多由电磁机构组成；在手动控制电器中，感受部分通常是操作手柄等。
另一个是执行部分，如触点连同灭弧系统，它根据指令，执行电路接通、切断等任务。
对于自动空气开关类的低压电器，还具有中间（传递）部分，它的任务是把感受和执行两部分联系起来，使他们协同一致，按一定的规律动作。
第二节开关及主令电器
一、刀开关
刀开关又称开启式负荷开关，它是手动控制电器。
刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的低压电器，常用来作为电源的引入开关或隔离开关，也可用于小容量的三相异步电动机不频繁地起动或停止的控制。
1．刀开关的结构
刀开关又开启式负荷开关和封闭式负荷开关之分，以开启式负荷开关为例，它的实物图、结构示意图和符号如图1.1所示。
图1.1刀开关机构示意图和符号
刀开关的瓷底板上装有进线座、静触点、熔丝、出线座和刀片式的动触点，外面装有胶盖，不仅可以保证操作人员不会触及带电部分，并且分断电路时产生的电弧也不会飞出胶盖外面而灼伤操作人员。
图1.2是刀开关的实物图。
图1.2刀开关的实物图
2．刀开关的选择与使用
（1）刀开关的选择
①用于照明或电热负载时，负荷开关的额定电流等于或大于被控制电路中各负载额定电流之和。
②用于电动机负载时，开启式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的3倍；封闭式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的1.5倍。
（1）刀开关的使用
①负荷开关应垂直安装在控制屏或开关板上使用。
②对负荷开关接线时，电源进线和出线不能接反。
开启式负荷开关的上接线端应接电源进线，负载则接在下接线端，便于更换熔丝。
③封闭式负荷开关的外壳应可靠的接地，防止意外漏电使操作者发生触电事故。
④更换熔丝应在开关断开的情况下进行，且应更换与原规格相同的熔丝。
3．型号含义及技术参数
（1）型号含义
（2）技术参数
型号
极数
额定电流（A）
额定电压
（V）
电动机容量（KW）
配用熔丝规格
线径（mm）
成分（%）
铅
锡
锑
HK1
2
2
3
3
15
30
15
30
220
220
380
380
1.5
3.0
2.2
4.0
1.451.59
2.302.52
1.451.59
2.32.52
98
1
1
4．常见故障及修理方法
故障现象
产生原因
修理方法
合闸后一相或两相没电
1．夹座弹性消失或开口过大
2．熔丝熔断或接触不良
3．夹座、动触头氧化或有污垢
4．电源进线或出线头氧化
1．更换夹座
2．更换熔丝
3．清洁夹座或动触头
4．检查进出线头
动触头或夹座
过热或烧坏
1．开关容量太小
2．分、合闸时动作太慢造成电弧过大，烧坏触头
3．夹座表面烧毛
4．动触头与夹座压力不足
5．负载过大
1．更换较大容量的开关
2．改进操作方法
3．用细锉刀修整
4．调整夹座压力
5．减轻负载或调换较大容量的开关
封闭式负荷开关的操作手柄带电
1．外壳接地线接触不良
2．电源线绝缘损坏碰壳
1．检查接地线
2．更换导线
二、组合开关
组合开关又称转换开关，作为控制电器，常用于交流380V以下，直流220V以下的电气线路中，手动不频繁地接通或分断电路，也可控制小容量交、直流电动机的正反转、星—三角起动和变速换向等它的种类很多，有单极、双极、三级和四极等种。
常用的是三极的组合开关，其外形、符号如图1.3所示。
图1.3组合开关的外形和符号
1．组合开关的结构与工作原理
组合开关的结构如图1.4所示。
组合开关由三个分别装在三层绝缘件内的双断点桥式动触片、与盒外接线柱相连的静触点、绝缘方轴、手柄等组成。
动触片装在附有手柄的绝缘方轴上，方轴随手柄而转动，于是动触片随方轴转动并变更与静触片分、合的位置。
图1.4组合开关结构图
组合开关常用来作电源的引入开关，起到设备和电源间的隔离作用，但有时也可以用来直接起动和停止小容量的电动机，接通和断开局部照明电路。
2．组合开关的选择与使用
（1）组合开关的选择
①用于照明或电热电路时，组合开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和。
②用于电动机电路时，组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。
（2）组合开关的使用
①组合开关的通断能力较低，当用于控制电动机作可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才能反向接通。
②当操作频率过高或负载的功率因数较低时，转换开关要降低容量使用，否则会影响开关寿命。
3．型号含义及技术参数
（1）型号含义
（2）技术参数
型号
额定电压（V）
额定电流（A）
极数
极限操作
电流（A）
可控制电动机最大容量和额定电流
接通
分断
容量（KW）
额定电流（A）
HZ10-10
交流380
6
单极
94
62
3
7
10
HZ10-25
25
5.5
12
HZ10-60
60
2、3
155
108
HZ10-100
100
4．组合开关的常见故障及修理方法
故障现象
产生原因
修理方法
手柄转动后，内部触头未动作
1.手柄的转动连接部件磨损
2.操作机构损坏
3.绝缘杆变形
4.轴与绝缘杆装配不紧
1.调换手柄
2.修理操作机构
3.更换绝缘杆
4.紧固轴与绝缘杆
手柄转动后，三副触头
不能同时接通或断开
1.开关型号不对
2.修理开关时触头装配得不正确
3.触头失去弹性或有尘污
1.更换开关
2.重新装配
3.更换触头或清除污垢
开关接线柱相间短路
因铁屑或油污附在接线柱间形成导电将胶木烧焦或绝缘破坏形成短路
清扫开关或调换开关
三、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。
它既是控制电器，同时又具有保护电器的功能。
当电路中发生短路、过载、失压等故障时，能自动切断电路。
在正常情况下也可用作不频繁地接通和断开电路或控制电动机。
它的外形、结构示意图和符号，如图1.5所示。
（a）外形（b）内部结构（c）符号
图1.5自动空气开关外形、结构示意图和符号
1．工作原理
主触点通常由手动的操作机构来闭合的，闭合后主触点2被锁钩4锁住。
如果电路中发生故障，脱扣机构就在有关脱扣器的作用下将锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧1的作用下迅速分断。
脱扣器有过流脱扣器6、欠压脱扣器11和热脱扣器13，他们都是电磁铁。
在正常情况下，过流脱扣器的衔铁8是释放着的，一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路相串的线圈将产生较强的电磁吸力吸引衔铁，而推动杠杆7顶开锁钩，使主触点断开。
欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，吸住衔铁10，才不影响主触点的闭合，一旦电压严重下降或断电时，电磁吸力不足或消失，衔铁被释放而推动杠杆，使主触点断开。
当电路发生一般性过载时，过载电流虽不能使过流脱扣器动作，但能使热元件13产生一定的热量，促使双金属片12受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁钩脱开，将主触点分开。
自动开关广泛应用于低压配电线路上，也用于控制电动机及其他用电设备。
2．自动空气开关的选择和使用
（1）自动空气开关的选择
①自动空气开关的额定工作电压≥电路额定电压
②自动空气开关的额定电流≥电路计算负载电流
③热脱扣器的整定电流=所控制负载的额定电流
（2）自动空气开关的使用
①当断路器与熔断器配合使用时，熔断器应装于断路器之前，以保证使用安全。
②电磁脱扣器的整定值不允许随意更动，使用一段时间后应检查其动作的准确性。
③断路器在分断短路电流后，应在切除前级电源的情况下及时检查触头。
如有严重的电灼痕迹，可用干布擦去；若发现触头烧毛，可用砂纸或细锉小心修整。
3．自动空气开关的型号含义和技术参数
（1）型号含义
（2）技术参数
型号
额定
电压
（V）
额定
电流
（A）
极数
脱扣器
类别
热脱扣器
额定电流
（A）
电磁脱扣器
瞬时动作整定值
（A）
DZ5-20/200
交流
380
20
2
无脱扣器
—
—
DZ5-20/300
3
DZ5-20/210
2
热脱扣器
0.15（0.10~0.15）
0.20（0.15~0.20）
为热脱扣器额定电流的8~12倍（出厂时整定于10倍）
DZ5-20/310
3
DZ5-20/220
直流
220
2
电磁脱扣
0.30（0.20~0.30）
0.45（0.30~0.45）
1（0.65~1）
1.5（1~1.5）
3（2~3）
4.5（3~4.5）
10（6.5~10）
15（10~15）
为热脱扣器额定电流的8-12倍（出厂时整定于10倍）
DZ5-20/320
3
DZ5-20/230
2
复式脱扣
DZ5-20/330
3
4．常见故障及修理方法
故障现象
产生原因
修理方法
手动操作断路器不能闭合
1.电源电压太低
2.热脱扣的双金属片尚未冷却复原
3.欠电压脱扣器无电压或线圈损坏
4.储能弹簧变形，导致闭合力减小
5.反作用弹簧力过大
1.检查线路并调高电源电压
2.待双金属片冷却后再合闸
3.检查线路，施加电压或调换线圈
4.调换储能弹簧
5.重新调整弹簧反力
电动操作断路器不能闭合
1.电源电压不符
2.电源容量不够
3.电磁铁拉杆行程不够
4.电动机操作定位开关变位
1.调换电源
2.增大操作电源容量
3.调整或调换拉杆
4.调整定位开关
电动机起动时断路器立即分断
1.过电流脱扣器瞬时整定值太小
2.脱扣器某些零件损坏
3.脱扣器反力弹簧断裂或落下
1.调整瞬间整定值
2.调换脱扣器或损坏的零部件
3.调换弹簧或重新装好弹簧
分励脱扣器不能使断路器分断
1.线圈短路
2.电源电压太低
1.调换线圈
2.检修线路调整电源电压
欠电压脱扣器噪声大
1.反作用弹簧力太大
2.铁心工作面有油污
3.短路环断裂
1.调整反作用弹簧
2.清除铁心油污
3.调换铁心
欠电压脱扣器不能使断路器分断
1.反力弹簧弹力变小
2.储能弹簧断裂或弹簧力变小
3.机构生锈卡死
1.调整弹簧
2.调换或调整储能弹簧
3.清除锈污
四、按钮
按钮是一种手动电器，通常用来接通或断开小电流控制的电路。
它不直接去控制主电路的通断，而是在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路
按钮一般有按钮帽、复位弹簧、动触点、静触点和外壳等组成。
按钮根据触点结构的不同，可分为常开按钮、常闭按钮，以及将常开和常闭封装在一起的复合按钮等几种。
图1.6为按钮结构示意图及符号。
（a）常开按钮（b）常闭按钮（c）复合按钮
图1.6按钮结构示意图和符号
1．工作原理：
图1.6（a）为常开按钮，平时触点分开，手指按下时触点闭合，松开手之后触点分开，常用作起动按钮。
图1.6（b）为常闭按钮，平时触点闭合，手指按下时触点分开，松开手指后触点闭合，常用作停止按钮。
图1.6（c）为复合按钮，一组为常开触点，一组为常闭触点，手指按下时，常闭触点先断开，继而常开触点闭合，松开手指后，常开触点先断开，继而常闭触点闭合。
除了这种常见的直上直下的操作形式即揿钮式按钮之外，还有自锁式、紧急式、钥匙式和旋钮式按钮，图1.7为这些按钮的外形。
图1.7各种按钮的外形
其中紧急式表示紧急操作，按钮上装有蘑菇形钮帽，颜色为红色，一般安装在操作台（控制柜）明显位置上。
按钮主要用于操纵接触器、继电器或电气连锁电路，以实现对各种运动的控制。
2．按钮的选用
①根据使用场合，选择按钮的型号和型式。
②按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。
③按控制回路的需要，确定按钮的触点形式和触点的组数。
④按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相
碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。
⑤带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电
压，延长使用寿命。
2．型号含义及技术参数
（1）型号含义（以LAY1系列为例）
（2）技术参数
1参数
2
型号
电压（V）
电流（A）
结构型式
触头对数
基座
级数
触头
盒数
颜色
动合
（常开）
动断
（常闭）
LAY1-01
交流
380
直流
220
5
平按钮
0
1
1
1
LAY1-22
2
2
1
2
LAY1-20
2
0
1
2
LAY1-12
1
2
1
2
LAY1-03
0
3
2
3
LAY1-13
1
3
2
3
LAY1-23
2
3
2
3
LAY1-41
4
1
2
4
LAY1-24
2
4
2
4
LAY1-43
4
3
2
4
②按钮颜色代表的意义
颜色
代表意义
典型用途
红
停车、开断
一台或多台电动机的停车
机器设备的一部分停止运行
磁力吸盘或电磁铁的断电
停止周期性的运行
紧急停车
紧急开断
防止危险性过热的开断
绿或黑
起动、工作、点动
辅助功能的一台或多台电动机开始起动
机器设备的一部分起动
点动或缓行
黄
返回的起动、移动出界、正常工作循环或移动一开始去抑止危险情况
在机械已完成一个循环的始点，机械元件返回；按黄色按钮的功能可取消预置的功能
白或蓝
以上颜色所未包括的特
殊功能
与工作循环无直接关系的辅助功能控制
保护继电器的复位
③常用中英文按钮标牌名称对照
序号
标牌名称
序号
标牌名称
英文
中文
英文
中文
1
ON
通
9
FAST
高速
2
OFF
断
10
SLOW
低速
3
START
起动
11
HAND
手动
4
STOP
停止
12
AUTO
自动
5
INCH
点动
13
UP
上
6
RUN
运行
14
DOWN
下
7
FORWARD
正转（向前）
15
RESET
复位
8
REVERSE
反转（向后）
16
EMERGSTOP
急停
4．按钮的常见故障与修理办法
故障现象
产生原因
修理方法
按下起动按钮时有触电感觉
1．按钮的防护金属外壳与连接导线接触
2.按钮帽的缝隙间充满铁屑，使其与导电部分形成通路
1.检查按钮内连接导线
2.清理按钮及触头
按下起动按钮，不能接通电路，控制失灵
1.接线头脱落
2.触头磨损松动，接触不良
3.动触头弹簧失效，使触头接触不良
1.检查起动按钮连接线
2.检修触头或调换按钮
3.重绕弹簧或调换按钮
按下停止按钮，不能断开电路
1.接线错误
2.尘埃或机油、乳化液等流入按钮形成短路
3.绝缘击穿短路
1.更改接线
2.清扫按钮并相应采取密封措施
3.调换按钮
五、行程开关
行程开关，又称限位开关或位置开关，它可以完成行程控制或限位保护。
其作用与按钮相同，只是其触头的动作不是靠手指的按压的手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡块碰撞或碰压使触头动作，以次来实现接通或分断某些电路，使之达到一定的控制要求。
行程开关的结构示意图和符号如图1.8所示。
图1.8行程开关的结构示意图和符号
1．工作原理：
各种系列的行程开关其基本结构大体相同，都是由操作头、触点系统和外壳组成。
操作头接受机械设备发出的动作指令或信号，并将其传递到触点系统，触点再将操作头传递来的动作指令或信号，通过本身的结构功能变成电信号，输出到有关控制回路，实质做出必要的反应。
行程开关的种类很多，常用的行程开关有按钮式、单轮旋转式、双轮旋转式行程开关，他们的外形如图1.9所示。
（a）按钮式（b）单轮旋转式（c）双轮旋转式
图1.9行程开关外形
其中图（a）按钮式行程开关和图（b）单轮旋转式行程开关，均为自动复位，与按钮相似，所以称为自复式行程开关。
而图（c）中的双轮旋转式行程开关，因为触点依靠反向碰撞后复位，所以称为非自复式行程开关。
行程开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动或自动往返运动等。
2．行程开关的选择和使用
（1）行程开关的选择
①根据安装环境选择防护形式，是开启式还是防护式。
②根据控制回路的电压和电流选择采用何种系统的行程开关。
③根据机械与行程开关的传力与位移关系选择合适的头部结构形式。
（2）行程开关的使用
①位置开关安装时位置要准确，否则不能达到位置控制和限位的目的。
②应定期检查位置开关，以免触头接触不良而达不到行程和限位控制的目的。
3．行程开关的型号含义和技术参数
（1）型号含义
（2）技术参数
型号
电压
（V）
电流
（A）
结构形式
触头对数
工作行程
超行程
动合
（常开）
动断
（常闭）
JLXK1-111
JLXK1-211
JLXK1-311
JLXK1-411
500
5
单轮防护式
双轮防护式
直动防护式
直动滚轮防护式
1
1
12º~15º
12º~45º
1~3mm
2~4mm
30º
45º
2~4mm
2~4mm
4．行程开关的常见故障及修理方法
故障现象
产生原因
修理方法
挡铁碰撞开关，触头不动作
1.开关位置安装不当
2.触头接触不良
3.触头连接线脱落
1.调整开关的位置
2.清洗触头
3.紧固连接线
位置开关复位后，常闭触头不能闭合
1.触杆被杂物卡住
2.动触头脱落
3.弹簧弹力减退或被卡住
4.触头偏斜
1.清扫开关
2.重新调整动触头
3.调换弹簧
4.调换触头
杠杆偏转后触头未动
1.行程开关位置太低
2.机械卡阻
1.将开关向上调到合适位置
2.打开后盖清扫开关
第三节熔断器
熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器。
常在低压电路和电动机控制电路中起过载保护和短路保护。
它串联在电路中，当通过的电流大于规定值时，使熔体熔化而自动分断电路。
熔断器有管式、插入式、螺旋式卡式等几种形式，其中部分熔断器的外形和符号如图1.10所示。
图1.10熔断器的外形和符号
一、熔断器的工作原理
熔断器的主要元件是熔体，它是熔断器的核心部分，常做成丝状或片状。
在小电流电路中，常用铅锡合金和锌等低熔点金属做成圆截面熔丝；在大电流电路中则用银、铜等较高熔点的金属作成薄片，便于灭弧。
熔断器使用时应当串联在所保护的电路中。
电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断，；当电路发生短路或严重过载时，熔体温度上升到熔点而熔断，将电路断开，从而保护了电路和用电设备。
二、熔断器的选择与使用
1、熔断器的选择
选择熔断器时，主要是正确选择熔断器的类型和熔体的额定电流。
（1）应根据使用场合选择熔断器的类型。
电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用瓷插熔断器；保护可控硅元件则应选择快速熔断器。
（2）熔体额定电流的选择
①对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流。
②对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流。
③对电动机负载，熔体的额定电流应等于电动机额定电流的1.5~2.5倍。
2．熔断器的使用
（1）对不同性质的负载，如照明电路、电动机电路的主电路和控制电路等，应分别保护，并装设单独的熔断器。
（2）安装螺旋式熔断器时，必须注意将电源线接到瓷底座的下接线端（即低进高出的原则），以保证安全。
（3）瓷插式熔断器安装熔丝时，熔丝应顺着螺钉旋紧方向绕过去，同时应注意不要划伤熔丝，也不要把熔丝绷紧，以免减小熔丝截面尺寸或插断熔丝。
（4）更换熔体时应切断电源，并应换上相同额定电流的熔体。
三、熔断器的型号含义和技术参数
1．型号含义
2．技术参数
型号
熔管额定电压（V）
熔管额定电流（A）
熔体额定电流等级（A）
RL1-15
交流
500
380
220
15
2，4，6，10，15
RL1-60
60
20，25，30，35，40，50
RL1-100
100
60，80，100
RL1-200
200
10
升级会员 