第2章常用低压电器.docx
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第2章常用低压电器
第1章常用低压电器
本章主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，了解电器控制线路的基本环节，并通过对典型电器控制系统的分析，学会正确选择和合理使用常用电器元件，学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。
§1-1电器的分类与作用
电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。
由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器—接触器控制系统，简称电器控制系统。
1.1.1电器的分类
电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。
下面是几种常用的电器分类。
1.1.1.1按工作电压等级分类
（1）高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。
例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
（2）低压电器用于交流50Hz（或60Hz），额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。
例如接触器、继电器等。
1.1.1.2按动作原理分类
（1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。
（2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。
1.1.1.3按用途分类
（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。
（2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。
（3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。
（4）执行电器指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
（5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、低压断路器等。
1.1.1.4按工作原理分类
（1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。
（2）非电量控制电器依靠外力或某种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、温度继电器等。
1.1.2低压电器的作用
低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。
低压电器的作用有：
（1）控制作用如控制电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。
（2）保护作用能根据设备的特点，对设备、环境、以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。
（3）测量作用利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其他非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。
（4）调节作用低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等。
（5）指示作用利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护指示等。
（6）转换作用在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等。
当然，低压电器器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不
表1-1常用低压电器的主要种类及用途
序号
类别
主要品种
用途
1
断路器
塑料外壳式断路器
主要用于电路的过负荷保护、短路保护、欠电压保护、漏电压保护，也可用于步频繁接通和断开的电路。
框架式断路器
限流式断路器
漏电保护式断路器
直流快速断路器
2
刀开关
开关板用刀开关
主要用于电路的隔离，有时也能用来分断电路。
负荷开关
熔断器式刀开关
3
转换开关
组合开关
主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路的切换。
换向开关
（续）
序号
类别
主要品种
用途
4
主令电器
按钮
主要用于发布命令或程序控制。
限位开关
微动开关
接近开关
万能转换开关
5
接触器
交流接触器
主要用于远距离频繁控制负荷，切断带负荷电路。
直流接触器
6
启动器
磁力启动器
主要用于电动机的启动。
Y/△启动器
自耦减压启动器
7
控制器
凸轮控制器
主要用于控制电路的切换。
平面控制器
8
继电器
电流继电器
主要用于控制电路中，将被控量转换成电路所需的电量或开关信号。
电压继电器
时间继电器
中间继电器
温度继电器
热继电器
9
熔断器
有填料熔断器
主要用于电路的短路保护，也可用于电路的过载保护。
无填料熔断器
半封闭插入式熔断器
快速熔断器
自复熔断器
10
电磁铁
制动电磁铁
主要用于起重、牵引、制动。
起重电磁铁
牵引电磁铁
断出现。
常用低压电器的主要种类及用途如表1-1所示。
对低压配电电器的要求是灭弧能力强、分断能力好、热稳定性能好等。
对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、寿命长并具有一定的负载能力。
§1-2接触器
接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。
它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。
其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。
它还具有低电压释放保护功能。
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，是电力拖动中使用最广泛的电器元件。
按照所控制电路的种类，接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。
1.2.1交流接触器
1.2.1.1交流接触器的结构与工作原理
图1-1所示为交流接触器的外形与结构示意图。
交流接触器由以下四部分组成：
图1-1CJ10-20型交流接触器
1-灭弧罩2-触电压力弹簧片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-辅助常开触点11-辅助常闭触点
（1）电磁机构电磁机构由线圈、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点动作。
（2）触点系统包括主触点和辅助触点。
主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。
辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般有常开、常闭各两对。
（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、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。
对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。
（4）其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。
电磁式接触器的工作原理如下：
线圈通电后，在铁心中产生磁通及电磁吸力。
此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合。
线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位。
1.2.1.2交流接触器的分类
交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。
按照一般的分类方法，大致有以下几种。
（1）按主触点数分可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。
单极接触器主要用于单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线转子异步电动机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机的控制及其他场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。
（2）按灭弧介质分可分为空气式接触器、真空式接触器等。
依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V等一些特殊的场合。
（3）按有无触点分可分为有触点接触器和无触点接触器。
常见的接触器多为有触点接触器，而无触点接触器属于电力电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。
由于晶闸管导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于操作频率高的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。
1.2.1.3交流接触器的基本参数
（1）额定电压指主触点额定工作电压，应大于等于负载的额定电压。
一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。
通常，最大工作电压即为额定电压。
常用的额定电压值为220V、380V、660V等。
（2）额定电流指接触器触点在额定工作条件下的电流值。
常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A等。
（3）通断能力可分为最大接通电流和最大分断电流。
最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。
一般通断能力是额定电流的5～10倍。
当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。
（4）动作值可分为吸合电压和释放电压。
吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。
释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。
一般吸合电压不低于线圈额定电压的85%，释放电压不高于线圈额定电压的70%。
（5）吸引线圈额定电压指接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。
一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。
（6）操作频率接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大5～7倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。
为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。
（7）寿命包括电寿命和机械寿命。
目前接触器的机械寿命已达1×103万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20%。
1.2.2直流接触器
直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。
在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。
由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。
1.2.3接触器的符号与型号
图1-2接触器的图形符号
a）线圈b）主触点c）辅助触点
1.2.3.1接触器的符号
接触器的图形符号如图1-2所示，文字符号为KM。
1.2.3.2接触器的型号说明
例如：
CJ10Z-40/3为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A，主触点为3极。
CJ12T-250/3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，3个主触点。
我国生产的交流接触器常用的有CJ10，CJ12，CJX1，CJ20等系列及其派生系列产品，CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。
上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。
直流接触器常用的有CZ0系列，分单极和双极两大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。
除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足IEC标准的交流接触器，下面作以简单介绍。
CJ12B-S系列锁扣接触器用于交流50Hz，电压380V及以下、电流600A及以下的配电电路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。
具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。
其锁扣机构位于电磁系统的下方。
锁扣机构靠吸引线圈通电，吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。
由于线圈不通电，不仅无电力损耗，而且消除了磁噪声。
引进的西门子公司的3TB系列、ABB公司的B系列交流接触器等具有20世纪80年代初水平。
它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。
3TB系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。
额定电压为220～660V，额定电流为9～630A。
1.2.4接触器的选用
交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。
具体分为以下步。
1.2.4.1选择接触器的类型
交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1、AC2、AC3和AC4。
一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线转子感应电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是笼型感应电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型感应电动机的起动、反接制动、反转和点动。
1.2.4.2选择接触器的额定参数
根据被控对象和工作参数，如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。
（1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。
但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。
（2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。
接触器类型可选用CJ10、CJ20等。
（3）对重任务型电动机，如机床主电动机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次/min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJ10Z、
CJ12型的接触器。
为了保证电寿命，可使接触器降容使用。
选用时，接触器额定电流大于电动机额定电流。
（4）对特重任务电动机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600～12000次/h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJ10Z、CJ12等。
（5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。
一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。
（6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。
例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJ10、CJ20等。
（7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。
选用接触器时可不用考虑（起动电流），直接按负荷额定电流选取。
型号可选用CJ10、CJ20等。
（8）由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1～1.4倍选取交流接触器，型号可选CJ10、CJ20等。
（9）接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间≤8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%～120%选取。
对于长时间工作的电动机，由于接触器触点的氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升，实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。
现将CJ0、CJ10、CJ12、CJ20和CZ0系列产品的主要数据列于表1-2至表1-6中，以供参考。
近年来由联邦德国引进了西门子公司的3TB型系列，BBC公司的B型系列等交流接触器具有80年代初期水平。
3TB40～44型交流接触器和B型系列交流接触器主要供远距离接通与分断之用，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。
3TB型产品结构设计紧凑、机械寿命长、电寿命高、技术经济指标优越、外形尺寸小、安装方便，符合VDE、IEC标准要求。
B型系列交流接触器可部分或全部取代我国生产的C10，CJ8，CJ1O等系列交流接触器，它与我国现有交流接触器相比较，具有以下优点：
符合国家标准；额定工作电压可到600V；可用于50～60Hz的交流电路和直流电路；产品品种全、适用于各种电流，便于经济选用；可提供多种标准和非标准电压线圈便于用户选用；技术经济指标高，体积小，
表1-2CJ0系列交流接触器技术数据
型号
额定电流
A
额定电压
V
频率
Hz
常分触头极数
辅助触头
吸引线圈电压
A
吸引线圈消耗功率
VA
最大操
作频率
次/h
数量
额定电流
A
CJ0-10
10
500
50～60
3
2动合2动断
5
交流50～60Hz：
36、110、127、220、380、420、440和600V
14
1200
CJ0-20
20
500
50～60
3
2动合2动断
5
33
1200
CJ0-40
40
500
50～60
3
2动合2动断
5
33
1200
CJ0Z-10
10
500
50～60
3
2动合2动断
5
14
600
CJ0-75
75
380
50～60
3
2动合2动断
10
交流60Hz：
110、127、220、380、420和440V
交流50Hz：
110、127、220、380V
直流110、220V
55
600
CJ0-120
120
380
50～60
3
2动合2动断
10
68
600
表1-3CJ10系列交流接触器技术数据
型号
额定电流
A
被控三相
电动机最
大功率
KW
主触头
动作时间
ms
释放时间
ms
辅助触头
吸引线圈
最大操作频率
最多数量
持续电流
A
电压
V
接通电流
A
分断电流
A
电压
V
消耗
功率
启动
VA
吸合保持
220V
380V
CJ0-5
5
1.2
2.2
三常开
15
14.3
一常开
5
380
50
5
36、110、（127）、220、380
35
6VA
2W
≤
600
次/h
500
40
4
CJ10-10
10
2.2
4
17
21
二常开、二常闭
380
50
5
36、127、220、380
65
11VA
5W
500
40
4
CJ10-20
20
5.5
10
16
18
380
50
5
140VA
22VA
9W
500
40
4
CJ10-40
40
11
20
23
22
380
50
5
230VA
32VA
12W
500
40
4
CJ10-60
60
17
30
65
40
－
－
－
36、127、220、380
490VA
70VA
CJ10-100
100
29
50
32
15
－
－
－
－
－
CJ10-150
150
43
75
－
－
－
－
－
－
－
表1-4CJ12系列交流接触器技术数据
型号
额定电压
V
额定电流
A
极数
每小时操作次数
联锁触头
线圈消耗功率
W
备注
额定容量时
短时降低容量时
额定电压
V
额定电流
A
组合情况
CJ12-100
380
100
2
3
4
600
200
交流380
直流220
10
6个触头可以组合成：
5分1合或
4分2合或
3分3合
16
若用直流吸引线圈,则需占用1个常闭联锁触头,故其联锁触头只有5个
CJ12-150
150
30
CJ12-250
250
45
CJ12-400
400
3000
1200
85
CJ12-600
600
70
表1-5CJ20系列交流接触器技术数据
型号
额定绝缘电压
V
额定工作电压
V
约定发热电流
（Ith）
A
断续周期工作制下的额定工作电流
A
AC-3使用类别下的额定工作功率
KW
不间断工作制下的额定工作电流
A
AC-1
AC-2
AC-3
AC-4
CJ20-160
660
220
200
200
160
48
200
380
160
85
660
100
85
CJ20-160/11
1140
1140
80
85
CJ20-630
660
220
630
630
630
175
630
380
630
300
CJ20-630/11
660
660
400
350
1140
1140
400
400
重量轻，材料省，安装体积小，能耗低；有多种附件供应，易于安装，能扩大使用功能；安装、使用、接线、维修方便；安全，可靠性高。
3TB型交流接触器主要技术数据见表1-7。
表1-6CZ0系列直流接触器技术数据
型号
额定电压
V
额定电流
A
额定操作频率
次/h
主触头形
式及数目
分断电流
A
辅助触头形
式及数目
吸引线圈电压
V
吸引线圈消耗功率
W
常分
常合
常分
常合
CZ0-40/20
440
40
1200
2
-
160
2
2
24、48、110、220、440
22
CZ0-40/02
40
600
-
2
100
2
2
24
CZ0-100/10
100
1200
1
-
400
2
2
24
CZ0-100/01
100
600
-
1
250
2
1
180/24
CZ0-100/20
100
1200
2
-
400
2
2
30
CZ0-150/10
150
1200
1
-
600
2
2
CZ0-150/01
150
600
-
1
375
2
1
300/75
CZ0-150/20
150
1200
2
-
600
2
2
40
CZ0-250/10
250
600
1
-
1000
5
（其中1对常开，另4对可任意组合成常开或常闭）
220/31
CZ0-250/20
250
600
2
-
1000
290/40
CZ0-400/10
400
600
1
-
1600
350/28
CZ0-400/20
400
600
2
-
1600
430/43
CZ0-60/10
600
600
1
-
2400
320/50
表1-73TB系列交流接触器技术数据
型号
规定发热电流
A
380V时额定工作电流
A
660V时额定工作电流
A
可控电动
机功率
KW
接触器在AC-3使用类别下的操作频率和电寿命
次
接触器在AC-3使用类
别下的电寿命数据
可控电动机功率
KW
电寿命
次
380V
660V
操作频率
750h-1
操作频率
1200h-1
380V
660V
操作频率300h-1
3TB40
22
9
7.2
4
5.5
1.2×106
1.4
2.4
1.2×105
3TB41
22
12
9.5
5.5
7.5
1.2×106
1.9
3.3
3TB42
35
16
13.5
7.5
11
1.2×106
3.5
6
3TB43
35
22
13.5
11
11
1.2×106
4
6.6
3TB44
55
32
18
15
15
1.2×106
7.5
11
§1-3继电
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