低压电器的基础知识.docx

1、低压电器的基础知识一、低压电器的基础知识凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械均可称为电器。用于交流1200V以下、直流1500V以下电路，起通断、控制、保护与调节等作用的电器称为低压电器。1. 低压电器的分类低压电器的功能多、用途广、品种规格繁多，为了系统地掌握，必须加以分类。1）按电器的动作性质分手动电器 人操作发出动作指令的电器，例如刀开关、按钮等。自动电器 不需人工直接操作，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，例如接触器、继电器、电磁阀等。2）按用途分 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

2、等。配电电器 用于电能的输送和分配的电器，例如刀开关、低压断路器等。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、转换开关等。保护电器 用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。执行电器 用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。3）按工作原理分电磁式电器 依据电磁感应原理来工作的电器。如交直流接触器、各种电磁式继电器等。非电量控制电器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。2. 电磁式电器电磁式电器类型很多，从结构上看大都由两个基本部分组成，即：感测部分和执行部分。1）电磁机构电磁机构又

3、称为磁路系统，其主要作用是将电磁能转换为机械能并带动触头动作从而接通或断开电路。电磁机构的结构形式如图1-1。电磁机构由动铁芯（衔铁）、静铁芯和电磁线圈三部分组成，其工作原理是，当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，衔铁获但足够的电磁吸力，克服弹簧的反作用力与静铁芯吸合。图1-1 电磁机构的结构形式(a)、(d)螺管式 (c)、(f)、(g)转动式 (b)、(e)直动式还应指出，在交流电磁机构中，为避免因线圈中交流电流过零时，磁通过零，造成衔铁抖动，需在交流电磁机构铁心的端部开槽，嵌入一个铜短路环，以消除振动，确保衔铁的可靠吸合。如图1-2所示。 图1-2 交流电磁铁的短路环 图1-3 触头的结

4、构形式1-衔铁 2-铁芯 3-线圈 4-短路环2）触头系统触头是有触点电器的执行部分，通过触头的闭合、断开控制电路通、断。触头的结构形式有桥式触头和指式触头两种。如图1-3所示。3）灭弧系统电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。电弧的危害：延长了切断故障的时间；电弧的高温能将触头烧损；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施：有吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料等方法。常采用灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。如图1-4所示。图1-4 灭弧装置 （a） 双断口灭弧 （b） 灭

5、弧罩 （c) 灭弧栅 二、接触器接触器是机床电气控制系统中使用量大、涉及面广的一种低压控制电器，用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。1. 结构和工作原理接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，外形和结构简图如图1-5所示。工作原理：接触器根据电磁工作原理，当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，两者是联动的。当电磁线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原，即常开触头断开，常闭触头闭合。接触器的图形符号、文字符号如图1-

6、5（b）所示。图1-5 接触器结构、图形、文字符号2. 交、直流接触器的特点接触器按其主触头所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。1）交流接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。当交变磁通穿过铁芯时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。为减少铁损，铁芯用硅钢片冲压而成。为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。为防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声，交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的短路环。交流接触器的灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。2）直流接触器直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。直流接触器铁芯中不产生涡流和磁滞损耗，所以不发热，铁芯

7、可用整块钢制成。为保证散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器灭弧较难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。3. 接触器型号及主要技术指标1）型号意义2）主要技术指标额定电压交流接触器：127、220、380、500V 直流接触器：110、220、440V额定电流交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V 直流接触器：24、48、220、440V 4. 接触器的使用选择原则选择接触器时应从其工作条件出发，主要考虑下

8、列因素：控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载选用直流接触器。接触器的使用类别应与负载性质相一致。主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。还要注意的是接触器主触头的额定工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。对于电动机负载可按下列经验公式计算：式中：IC为接触器主触点电流（A）；PN为电动机额定功率（kW）；UN为电动机的额定电压（V）；为经验系数，一般取11.4。吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85及以上时才能可靠地

9、吸合。主触头和辅助触头的数量应能满足控制系统的需要。三、继电器继电器主要用于控制和保护电路中作信号转换用。它具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。控制继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等。电压、电流继电器和中间继电器属于电磁式继电器，其结构、工作原理与接触器相似，由电磁系统、触头系统和释放弹簧等组成。由于继电器用于控制电路，流过触头的电流小,所以不需要灭弧装置。1. 电磁式继电器1)电流继电器

10、 电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流的变化。为了不影响电路工作情况，电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两类。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的3065，释放电流为额定电流的1020，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围通常为1.14倍额定电流。在机床电气控制系统中，电流继电器主要根据主电路内的电流种类和额定电流来选择。 2)电压继电器 电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器线圈为并联的电

11、压线圈，所以匝数多、导线细、阻抗大。 电压继电器按动作电压值的不同，有过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器之分。过电压继电器在电压为额定电压的110115以上时有保护动作；欠电压继电器在电压为额定电压的4070时有保护动作；零电压继电器当电压降至额定电压的525时有保护动作。 3)中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器的一种，它的触点数多（有六对或更多），触点电流容量大，动作灵敏。其主要用途是当其它继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，从而起到中间转换的作用。 中间继电器主要依据被控制电路的电压等级、触点的数量、种类及容量来选用。机床上常用的中间继

12、电器有交流中间继电器和交直流两用中间继电器。 电磁式继电器的图形符号一般是相同的，如图1-7所示。电流继电器的文字符号为KI，线圈方格中用I（或I）表示过电流（或欠电流）继电器。电压继电器的文字符号为KV，线圈方格中用U（或U=0）表示欠电压（或零电压）继电器。图1-7 电磁式继电器的图形、文字符号2. 时间继电器时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等类型。机床控制线路中应用较多的是空气阻尼式时间继电器，目前晶体管式时间继电器也获得了愈来愈广泛的应用。1）空气阻尼式时间继电器2）晶体管式时间继电器晶体管式时间继

13、电器具有延时范围广、体积小、精度高、调节方便及寿命长等优点，所以发展快，应用广泛。图1-9 晶体管式时间继电器的外形选择时间继电器主要根据控制回路所需要的延时触点的延时方式、瞬时触点的数目以及使用条件来选择。时间继电器的图形符号如图1-10所示，文字符号为KT。图1-10 时间继电器的图形符号3.热继电器1）热继电器的结构及工作原理热继电器是利用电流的热效应原理来保护设备，使之免受长期过载的危害，主要用于电动机的过载保护、断相保护、三相电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。它的结构和原理图如图1-11所示。热继电器主要由热元件、双金属片和触点三部分组成。当电动机过载时，流过热元件的

14、电流增大，热元件产生的热量使双金属片向上弯曲，经过一定时间后，弯曲位移增大，推动板将常闭触点断开。常闭触点是串接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。若要使热继电器复位，则按下复位按钮即可。热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。同理，在电动机起动或短时过载时，热继电器也不会动作，这可避免电动机不必要的停车。每一种电流等级的热元件，都有一定的电流调节范围，一般应调节到与电动机额定电流相等，以便更好地起到过载保护作用。图1-11 热继电器的外形和结构、原理图热继电器的图形及文字符号如图1-12所示。图1-12 热继

15、电器的图形及文字符号2）热继电器的使用与选择热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。4. 速度继电器速度继电器根据电磁感应原理制成的,用于转速的检测，如用来在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动断开反相序电源。速度继电器常用于铣床和镗床的控制电路中。图1-13为其外形、结构和符号图。图1-13 速度继电器外形、结构和符号图1-调节螺钉 2-反力弹簧 3-常闭触点 4-动触点 5-常开触点 6-返回杠杆7-摆杆 8-笼型绕组 9-圆环 10-转轴 11-转子据图知，速度继电器主要由转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成。转子由一块永久磁铁制成，

16、与电动机同轴相联，用以接受转动信号。当转子（磁铁）旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用，产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆锤，克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态（在摆锤左右各设一组切换触点，分别在速度继电器正转和反转时发生作用）。速度继电器的动作转速一般不低于120r/min，复位转速约在100r/min以下，工作时，允许的转速高达10003600r/min。速度继电器的图形符号如图图1-13(c)所示，文字符号为KS。5. 固态继电器 固态继电器（Solid State Relay）简称SSR，是70年代中后期发展起来

17、的一种新型无触点继电器。由于可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小以及与TTL、CMOS等集成电路有较好的兼容性等一系列优点，其应用领域正在不断扩大。固态继电器是具有两个输入端和两个输出端的一种四端器件，其输入与输出之间通常采用光电耦合器隔离，并称其为全固态继电器。图1-14所示为用固态继电器控制三相感应电动机线路图。图1-14 固态继电器控制三相感应电动机四、熔断器1. 结构与用途熔断器的结构一般分成熔体座和熔体等部分。熔断器是串联连接在被保护电路中的，当电路电流超过一定值时，熔体因发热而熔断，使电路被切断，从而起到保护作用。熔体的热量与通过熔体电流的平方及

18、持续通电时间成正比，当电路短路时，电流很大，熔体急剧升温，立即熔断，当电路中电流值等于熔体额定电流时，熔体不会熔断。所以熔断器可用于短路保护。由于熔体在用电设备过载时所通过的过载电流能积累热量，当用电设备连续过载一定时间后熔体积累的热量也能使其熔断，所以熔断器也可作过载保护。常用的熔断器外形如1-15所示。（a） 瓷插式 (b) 螺旋式 (c) 无填料密封管式 (d) 有填料密封管式图1-15 熔断器外形图2. 类型3. 熔断器的选择对熔断器的要求是：在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，

19、应延时熔断。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的RC1A系列熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的RCIA系列或熔体为锌质的RM10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力。当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的RL1系列熔断器。当短路电流相当大时，宜采用有

20、限流作用的RT0系列熔断器。熔断器的额定电压要大于或等于电路的额定电压熔断器的额定电流要依据负载情况而选择。电阻性负载或照明电路，这类负载起动过程很短，运行电流较平稳，一般按负载额定电流的11.1倍选用熔体的额定电流，进而选定熔断器的额定电流。电动机等感性负载，这类负载的起动电流为额定电流的47倍，一般选择熔体的额定电流为电动机额定电流的1.52.5倍。这样一般来说,熔断器难以起到过载保护作用,而只能用作短路保护,过载保护应用热继电器才行。对于多台电动机,要求多台IFU（1.52.5）INMAX+IN式中IFU熔体额定电流（A）, INMAX最大一台电动机的额定电流（A）为防止发生越级熔断，上

21、、下级（供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，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12个级差。五、低压开关和低压断路器1. 闸刀开关1）闸刀开关的作用闸刀开关是一种手动配电电器。主要用来隔离电源或手动接通与断开交直流电路，也可用于不频繁的接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机、电炉等。2）外型与结构图1-16是它的外形与结构图，它主要有：与操作瓷柄相连的动触刀、静触头刀座、熔丝、进线及出线接线座，这些导电部分都固定在瓷底板上，且用胶盖盖着。所以当闸刀合上时，操作人员不会触及带电部分。胶盖还具有下列保护作用：将各极隔开，防止因极间飞弧导致电源短路；防止电

22、弧飞出盖外，灼伤操作人员；防止金属零件掉落在闸刀上形成极间短路。熔丝的装设，又提供了短路保护功能。图1-16 闸刀开关外形与结构图3）闸刀开关技术参数与选择闸刀开关种类很多，有两极的（额定电压250V）和三极的（额定电压380V），额定电流由10A至100A不等，其中60A及以下的才用来控制电动机。常用的闸刀开关型号有HK1、HK2系列。正常情况下，闸刀开关一般能接通和分断其额定电流，因此，对于普通负载可根据负载的额定电流来选择闸刀开关的额定电流。对于用闸刀开关控制电机时，考虑其起动电流可达（47）倍的额定电流，选择闸刀开关的额定电流，宜选电动机额定电流的3倍左右。4）使用闸刀开关时的注意事项

23、将它垂直的安装在控制屏或开关扳上，不可随意搁置；进线座应在上方，接线时不能把它与出线座搞反，否则在更换熔丝时将会发生触电事故；更换熔丝必须先拉开闸刀，并换上与原用熔丝规格相同的新熔丝，同时还要防止新熔丝受到机械损伤；若胶盖和瓷底座损坏或胶盖失落，闸刀开关就不可再使用，以防止安全事故。2 铁壳开关1-刀式触头2-夹座3-熔断器4-速断弹簧5-转轴6-手柄图1-17 铁壳开关外型与结构图铁壳开关也称封闭式负荷开关图1-17是它的外形与结构图。它有安装在铸铁或钢板制成的外壳内的刀式触头和灭弧系统、熔断器以及操作机构等组成。与闸刀开关相比它有以下特点：1）触头设有灭弧室（罩）、电弧不会喷出，可不必顾虑

24、会发生相间短路事故；2）熔断丝的分断能力高，一般为5KA，高者可达50KA以上；3）操作机构为储能合闸式的，且有机械联锁装置。前者可使开关的合闸和分闸速度与操作速度无关，从而改善开关的动作性能和灭弧性能；后者则保证了在合闸状态下打不开箱盖及箱盖未关妥前合不上闸，提高了安全性；4）有坚固的封闭外壳，可保护操作人员免受电弧灼伤。铁壳开关有HH3、HH3、HH10、HH11等系列，其额定电流由10A到400A可供选择，其中60A及以下的可用于异步电动机的全压起动控制开关。用铁壳开关控制电加热和照明电路时，可按电路的额定电流选择。用于控制异步电动机时，由于开关的通断能力为4Ie,而电动机全压起动电流却

25、在（47）额定电流以上，故开关的额定电流应为电动机额定电流的1.5倍以上。3. 低压断路器1）低压断路器的用途低压断路器又称自动空气开关。分为框架式DW系列（又称万能式）和塑壳式DZ系列（又称装置式）两大类。主要在电路正常工作条件下作为线路的不频繁接通和分断用，并在电路发生过载、短路及失压时能自动分断电路。2）DZ系列断路器的结构和工作原理断路器由触头系统、灭弧室、传动机构和脱扣机构几部分组成。如图1-18所示。图1-18 DZ系列断路器结构图1-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器6-失压脱扣器7-按钮在正常情况下，断路器的主触点是通过操作机构手动或电动合闸的。若要

26、正常切断电路，应操作分励脱扣器4。自动开关的自动分断，是由过电流脱扣器3、热脱扣器5和欠压脱扣器6完成的。当电路发生短路或过流故障时，过流脱扣器3衔铁被吸合，使自由脱扣机构的钩子脱开，自动开关触头分离，及时有效地切除高达数十倍额定电流的故障电流。当线路发生过载时，过载电流通过热脱扣器使触点断开，从而起到过载保护作用。若电网电压过低或为零时，失压脱扣器6的衔铁被释放，自由脱扣机构动作，使断路器触头分离，从而在过流与零压欠压时保证了电路及电路中设备的安全。根据不同的用途，自动开关可配备不同的脱扣器。3）漏电断路器作用：主要用于当发生人身触电或漏电时，能迅速切断电源，保障人身安全，防止触电事故。有的

27、漏电保护器还兼有过载、短路保护，用于不频繁起、停电动机。工作原理：当正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动势产生，漏电保护器工作于闭合状态。如果发生漏电或触电事故，三相电流之和便不再等于零，而等于某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势，加到脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。图1-19 漏电断路器六、主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器称为主令电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关、万能开关等几种。

28、1. 控制按钮控制按钮通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关。控制按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常制成具有常开触点和常闭触点的复合式结构，其结构示意图如图1-20所示。指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作。旋钮式按钮是用手扭动旋钮来进行操作的。按钮帽有多种颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作启动按钮。按钮主要根据所许的触点数、使用场合及颜色来进行选择。按钮开关的图形符号及文字符号如图1-21。 图1-20 结构示意图 图1-21 图形符号及文字符号1-按钮帽2-复位弹簧3-常闭触头4-动触头 5-常开触头 （a） 常开触头（b）

29、常闭触头（c) 复式触头2转换开关(组合开关)和万能转换开关1) 组合开关转换开关又称组合开关，图1-22是HZ10系列组合开关外形与结构图。转换开关实质上是一种特殊刀开关，是操作手柄在与安装面平行的平面内左右转动的刀开关。只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。 1-手柄 2-转轴 3-弹簧 4-凸轮 5-绝缘垫板6-静触头 7-动触头 8-绝缘方轴 9-接

30、线柱图1-22 HZ10系列组合开关外形与结构图 图1-23 转换开关的图形、文字符号2）万能转换开关比组合开关有更多的操作位置和触点、能够接多个电路的一种手动控制电器。由于它的档位多、触点多，可控制多个电路，能适应复杂线路的要求，图1-24是LW12万能转换开关外形图，它是有多组相同结构的触点叠装而成，在触头盒的上方有操作机构。由于扭转弹簧的储能作用，操作呈现了瞬时动作的性质，故触头分断迅速，不受操作速度的影响。图1-24 LW12万能转换开关外形图万能转换开关在电气原理图中的画法，如图1-25所示。图中虚线表示操作位置，而不同操作位置的各对触点通断状态与触点下方或右侧对应，规定用于虚线相交

31、位置上的涂黑圆点表示接通，没有涂黑圆点表示断开。另一种是用触点通断状态表来表示，表中以“+”（或“ ”）表示触点闭合，“”（或无记号）表示分断。组合开关的文字符号：SA。图1-25 组合开关的画法3. 行程开关行程开关用来反映工作机械的位置变化（行程），用以发出指令，改变电动机的工作状态。如果，把行程开关安装在工作机械行程的终点处，以限制其行程，就称为限位开关或终端开关。它不仅是控制电器，也是实现终端保护的保护电器。行程开关主要由类似按钮的触头系统和接受机械部件发来信号的操作头组成。根据操作头不同，行程开关可分为直动式、滚动式和微动式。按触点性质可分为有触点和无触点式（接近开关）。1）直动式行程开关2）微动开关3）滚轮旋转式行程开关行程开关的符号：图1-27 行程开关和接近开关的符号4. 接近开关为了克服有触点行程开关可靠性较差，使用寿命短和操作频率低的缺点，采用了无触点式行程开关，也叫电子接近开关。接近开关外形结构多种多样，电子电路装调后用环氧树脂密封，具有良好的防潮防腐性能。它能无接触又无压力地发出检测信号