電機(jī)與電氣控制技術(shù)第四版第5章常用低壓電器

第一節(jié)概述

一、電器的分類

(1)按工作電壓等級可分為高壓電器和低壓電器。①高壓電器用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。②低壓電器用于交流電壓1200V、直流電壓1500V以下電路中的電器。

(2)按用途可分為配電電器和控制電器。①配電電器主要用在供配電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對電能的輸送、分配和保護(hù)。②控制電器主要用在生產(chǎn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)中對設(shè)備進(jìn)行控制、檢測和保護(hù)。例如接觸器、控制繼電器、主令電器、起動器、電磁閥等。

(3)按觸點(diǎn)動力來源分為手動電器和自動電器。二、電器的用途低壓電器廣泛應(yīng)用于工廠供配電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)。在工廠機(jī)電設(shè)備自動控制領(lǐng)域，低壓電器是構(gòu)成設(shè)備自動化的主要控制器件和保護(hù)器件。第二節(jié)刀開關(guān)和組合開關(guān)1

刀開關(guān)是一種配電電器，通常用于將用電設(shè)備與電源隔離，有時也可用于不頻繁接通和斷開小電流配電電路或直接控制小容量電動機(jī)的起動和停止。在電力設(shè)備自動控制系統(tǒng)中，使用最為廣泛的有開啟式負(fù)荷開關(guān)、封閉式負(fù)荷開關(guān)和組合開關(guān)。一、開啟式負(fù)荷開關(guān)開啟式負(fù)荷開關(guān)也稱為膠殼刀開關(guān)，是一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛的手動電器，主要用做電源隔離開關(guān)和小容量電動機(jī)不頻繁起動與停止的控制電器。隔離開關(guān)是指將電路與電源隔開，以保證檢修人員檢修時人身安全的開關(guān)。

第二節(jié)刀開關(guān)和組合開關(guān)2

開啟式負(fù)荷開關(guān)外形結(jié)構(gòu)與組成由手柄、熔體、靜觸點(diǎn)、動觸點(diǎn)、瓷低座、膠蓋組成。常用的有二極和三極刀開關(guān)，如下圖所示。第二節(jié)刀開關(guān)和組合開關(guān)3

二、封閉式負(fù)荷開關(guān)

1.外形結(jié)構(gòu)組成封閉式負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)：主要由鋼板外殼、動觸點(diǎn)(觸刀)、靜觸點(diǎn)(夾座)、儲能操作機(jī)構(gòu)、熔斷器及滅弧機(jī)構(gòu)等組成。2.操作機(jī)構(gòu)特點(diǎn)觸點(diǎn)閉合斷開速度快；具有機(jī)械連鎖裝置。

第二節(jié)刀開關(guān)和組合開關(guān)4三、組合開關(guān)組合開關(guān)是刀開關(guān)的另一種結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)備自動控制系統(tǒng)中一般用做電源引入開關(guān)或電路功能切換開關(guān)，也可直接用于控制小容量交流電動機(jī)的不頻繁操作。1.組合開關(guān)的組成組合開關(guān)由動觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、方形轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)和外殼等組成2.組合開關(guān)的選用(1)用于一般照明、電熱電路時，其額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的負(fù)載電流總和(2)當(dāng)用做設(shè)備電源引入開關(guān)時，其額定電流稍大于或等于被控電路的負(fù)載電流總和(3)當(dāng)用于直接控制電動機(jī)時，其額定電流一般可取電動機(jī)額定電流的2～3倍第三節(jié)熔斷器1熔斷器廣泛用于低壓供配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，熔斷器自動熔斷，從而切斷電路，起到保護(hù)作用。熔斷器結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，工作可靠，是電氣設(shè)備重要的保護(hù)元件之一。熔斷器圖形和文字符號如圖5-5所示。

第三節(jié)熔斷器2一、熔斷器的保護(hù)特性及主要參數(shù)熔斷器的保護(hù)特性表示流過熔體的電流大小與熔體熔斷的時間之間的關(guān)系特性。

熔體的主要參數(shù)有：

1.額定電壓熔斷器所在電路工作電壓的最高限額。2.額定電流指熔座的額定電流，配用熔體的額定電流應(yīng)小于或等于熔斷器的額定電流。3.熔體的額定電流熔體長期通過此電流而不熔斷的最大電流。4.極限分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥魉芊謹(jǐn)嗟淖畲蟮亩搪冯娏髦怠?/p>

第三節(jié)熔斷器3二、常用熔斷器簡介

1.半封閉插入式熔斷器也稱為瓷插式熔斷器。它由瓷質(zhì)底座和瓷蓋兩部分構(gòu)成，熔體安裝在位于瓷蓋上的動觸點(diǎn)接線螺釘上。熔體通常用鉛錫合金或鉛銻合金等制成。有時也用銅絲作為熔體2.螺旋式熔斷器它由瓷質(zhì)底座、瓷帽、瓷套和熔體組成。螺旋式熔斷器具有較好的抗振性能，滅弧效果與斷流能力均優(yōu)于瓷插式熔斷器，被廣泛用于機(jī)床電氣控制設(shè)備中第三節(jié)熔斷器43.有填料封閉管式熔斷器在熔管內(nèi)充滿石英砂，使電弧很快熄滅。主要用于供電線路及配電設(shè)備中。它的價格較貴4.快速熔斷器主要用于半導(dǎo)體元件及整流裝置的短路保護(hù)中。一般熔體用銀片制作，價格較貴第四節(jié)接觸器

接觸器是一種用途最為廣泛的開關(guān)電器。它利用電磁、氣動或液動原理，通過控制電路來實(shí)現(xiàn)主電路的通斷。接觸器具有通斷電流能力強(qiáng)，動作迅速，操作安全，能頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制優(yōu)點(diǎn)，但不能切斷短路電流，因此接觸器通常需與熔斷器配合使用。接觸器的主要控制對象是電動機(jī)，也可用來控制其他電力負(fù)載，如電焊機(jī)、電爐等。接觸器按通斷電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類，平時使用最多的是交流接觸器。它主要用于接通和分?jǐn)嚯妷簽?140V、電流為630A以下的交流電路，可實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)和其他電氣設(shè)備的頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制。

一、交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)及工作原理11．交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和滅弧系統(tǒng)三部分組成。(1)電磁系統(tǒng)主要由線圈、動靜鐵心組成。用來產(chǎn)生電磁吸力，帶動觸點(diǎn)系統(tǒng)動作。(2)觸點(diǎn)系統(tǒng)由主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)組成。主觸點(diǎn)用來控制主電路，輔助觸點(diǎn)用來控制輔助電路。

(3)滅弧系統(tǒng)通常釆用滅弧罩用來熄滅主觸點(diǎn)在斷開電路時，動、靜觸點(diǎn)間產(chǎn)生的電弧。

一、交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)及工作原理２2．交流接觸器的工作原理線圈通電，建立主磁場，鐵心磁化吸合動鐵心(銜鐵)，使動合觸點(diǎn)接通，動斷觸點(diǎn)斷開。主觸點(diǎn)閉合，接通主電路。輔助觸點(diǎn)動作，控制其他電路。一、交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)及工作原理３當(dāng)線圈電壓消失或電壓低于某一數(shù)值(稱釋放電壓)時，銜鐵釋放。動、靜觸點(diǎn)復(fù)原，斷開主回路。交流接觸器的線圈電壓在85％～105％額定電壓時能可靠地工作。電壓過高，交流接觸器磁路趨于飽和，線圈電流將顯著增大，將線圈燒毀；電壓過低，電磁吸力不夠，銜鐵吸不上，線圈也可能燒毀。所以，使用時應(yīng)注意交流接觸器的額定電壓，同時也絕不能把交流接觸器的交流線圈誤接到直流電源上。交流接觸器由于具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，維修簡單，生產(chǎn)方便，成本低廉，用途廣泛的特點(diǎn)，所以在各類低壓電器當(dāng)中它是生產(chǎn)量最大，使用面最廣的產(chǎn)品。它主要用于控制電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)等，是電力拖動自動控制的重要組成元件。

二、交流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)

1.額定電壓額定電壓是指在規(guī)定的條件下，能保證電器正常工作時的電壓值。

2.額定電流額定電流是由接觸器在額定的工作條件下所決定的電流值。3.通斷能力通斷能力以電流的大小來衡量，接通能力指觸點(diǎn)閉合時不會造成觸點(diǎn)熔焊的能力，斷開能力指觸點(diǎn)斷開電流時能可靠熄滅電弧的能力。

第五節(jié)主令電器主令電器主要用于切換控制電路，用它來命令電動機(jī)及其他控制對象的起動、停止或工作狀態(tài)的變換。主令電器的種類很多，常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)及萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。一、控制按鈕控制按鈕在低壓控制電路中用于手動發(fā)出控制信號及遠(yuǎn)距離控制，也稱為按鈕。用于接通、分?jǐn)?A以下的小電流電路。按用途和觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的不同，分動合按鈕(起動按鈕)、動斷按鈕(停止按鈕)和復(fù)合按鈕。二、行程開關(guān)行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)，它的作用是將機(jī)械位移轉(zhuǎn)變?yōu)橛|點(diǎn)的動作信號，以控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動。行程開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)行程開關(guān)的種類很多，但基本結(jié)構(gòu)也與按鈕相同，主要由三部分組成，即觸點(diǎn)部分、操作部分和反力系統(tǒng)。根據(jù)操作部分運(yùn)動特點(diǎn)的不同，行程開關(guān)可分為直動式、滾輪式、微動式以及能自動復(fù)位和不能自動復(fù)位等。三、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用做控制電路的轉(zhuǎn)換或功能切換、電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換以及配電設(shè)備(高壓油斷路器、低壓斷路器等)的遠(yuǎn)距離控制，亦可用于控制伺服電動機(jī)和其他小容量電動機(jī)的起動、換向以及變速等。

1．萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)由觸點(diǎn)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)等主要部件組成，并用螺栓組裝成整體。

2．萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可用做電氣控制電路的轉(zhuǎn)換和5.5kW及以下三相異步電動機(jī)的直接控制(起動、正、反轉(zhuǎn)及多速電動機(jī)的變速)。缺點(diǎn)：沒有過載保護(hù)。第六節(jié)繼電器

繼電器是一種根據(jù)外界輸入信號(電信號或非電信號)來控制電路接通或斷開的一種自動電器，主要用于控制、線路保護(hù)或信號轉(zhuǎn)換。分類：按用途：控制繼電器和保護(hù)繼電器；按反映的信號：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等；按動作原理：電磁式、電子式和電動式等。

一、電磁式繼電器

電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理與接觸器相似，但其觸點(diǎn)的容量小(10A以內(nèi))，主要用于小電流電路中。常用的有通用繼電器、電流繼電器和中間繼電器。

1.JT系列通用繼電器根據(jù)需要可以組成過電壓繼電器、欠電壓繼電器、過電流繼電器、欠電流繼電器。

2.JL系列過電流繼電器主要用于橋式起重機(jī)上。3.中間繼電器實(shí)際上是一種動作值和釋放值不能調(diào)節(jié)的電壓繼電器，主要用來將一路信號轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦沸盘枴?/p>

二、時間繼電器1

時間繼電器在電路中起著使控制電路延時動作的作用，即當(dāng)繼電器的感測機(jī)構(gòu)接收到外界動作信號后，要經(jīng)過一段時間延時后觸點(diǎn)才動作并輸出信號去操縱控制電路。時間繼電器按動作原理可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式；按延時方式可分為通電延時和斷電延時兩種。外形如下圖所示。

二、時間繼電器2

常用的有空氣阻尼式和電子式時間繼電器1.空氣阻尼式時間繼電器它依靠空氣阻尼器的阻尼作用，使觸點(diǎn)延時動作。分通電延時動作和斷電延時動作兩種?？諝庾枘崾綍r間繼電器延時時間長、整定方便，但延時精度不高。

2.電子式時間繼電器它也稱晶體管式時間繼電器，具有結(jié)構(gòu)簡單、延時范圍廣、精度高、消耗功率少、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。三、熱繼電器1

熱繼電器是利用電流通過發(fā)熱元件時所產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱彎曲而推動觸點(diǎn)動作的一種保護(hù)電器。它主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)以及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)，也可用于其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。按熱繼電器的動作方式，可分為易熔合金式、熱敏電阻式和雙金屬片式等多種。外形如下圖所示。使用最普遍的熱繼電器是雙金屬片式，它結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，且具有良好的反時限特性(即電流越大動作時間越短，電流與動作時間成反比)。

易熔合金式熱敏電阻式雙金屬片式圖5-25

熱繼電器外形圖三、熱繼電器2

雙金屬片式熱繼電器

1.結(jié)構(gòu)、工作原理如右圖所示，它是利用電流的熱效應(yīng)使熱元件發(fā)熱而動作的電器，熱元件串聯(lián)在電動機(jī)主電路中，熱繼電器的動斷觸點(diǎn)串聯(lián)在電動機(jī)控制電路中。當(dāng)電動機(jī)過載時雙金屬片彎曲，推動導(dǎo)板使動斷觸點(diǎn)斷開，切斷接觸器KM線圈電源，KM主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。

三、熱繼電器３2．熱繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)的選用1)額定電壓指觸點(diǎn)的電壓值應(yīng)等于或大于線路電壓。2)額定電流指發(fā)熱元件的最大額定電流值，該電流應(yīng)等于或大于被保護(hù)電動機(jī)的額定電流。3)發(fā)熱元件規(guī)格發(fā)熱元件允許長時間通過的最大電流值。4)熱繼電器的整定電流整定電流指長時間通過發(fā)熱元件又剛好使熱繼電器不動作的最大電流值。熱繼電器只應(yīng)用作長期連續(xù)運(yùn)行負(fù)載的過載保護(hù)，對重復(fù)短時工作的負(fù)載(如起重機(jī)電動機(jī))不宜采用熱繼電器保護(hù)。四、速度繼電器速度繼電器主要用于電動機(jī)反接制動，所以也稱反接制動繼電器。電動機(jī)反接制動時，為防止電動機(jī)反轉(zhuǎn)，必須在反接制動結(jié)束時或結(jié)束前及時切斷電源。常用的速度繼電器為JY1系列和JFZO系列，其外形及結(jié)構(gòu)如圖所示。五、壓力繼電器

壓力繼電器是利用系統(tǒng)中的壓力來自動接通或斷開其電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件，即是將壓力轉(zhuǎn)換成電信號的液壓元器件。利用壓力的變化去控制被控對象動作，如電動機(jī)的停止、油路的卸壓等。壓力繼電器有柱塞式、膜片式、彈簧管式和波紋管式四種，右圖所示為柱塞式壓力繼電器。圖5-28柱塞式壓力繼電器

第七節(jié)低壓斷路器1低壓斷路器也稱自動空氣開關(guān)，它主要用在交、直流低壓電網(wǎng)中，既可手動又可電動分合電路，且可對電路或用電設(shè)備實(shí)現(xiàn)過載、短路和欠電壓等保護(hù)，也可以用于不頻繁起動電動機(jī)，是一種重要的控制和保護(hù)電器。斷路器都裝有滅弧裝置，因此，它可以安全地帶負(fù)荷合閘與分閘。一、斷路器的分類和基本結(jié)構(gòu)

1．分類按結(jié)構(gòu)形式：框架式(也稱萬能式)和塑料外殼式(也稱為裝置式)；按用途來分：配電、電動機(jī)保護(hù)、照明、漏電保護(hù)斷路器等。在自動控制系統(tǒng)中，塑料外殼式和漏電保護(hù)斷路器由于結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，價格低，安裝方便，并且使用較為安全，應(yīng)用極為廣泛。

第七節(jié)低壓斷路器22．?dāng)嗦菲鞯幕窘Y(jié)構(gòu)(1)觸點(diǎn)系統(tǒng)用于接通和斷開電路。(2)滅弧系統(tǒng)熄滅主觸點(diǎn)斷開電路時產(chǎn)生的電弧。(3)操作機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)斷路器的閉合和斷開。(4)脫扣器用來感測電路的過電壓、過電流等信號，當(dāng)電路出現(xiàn)上述信號時，脫扣器動作，使斷路器自動跳閘，切斷電路。(5)外殼或框架用來安裝斷路器的各部分。

第七節(jié)低壓斷路器3二、斷路器的基本工作原理

1.用手動或電動操作機(jī)構(gòu)可使斷路器合閘，從而使電路接通。

2.當(dāng)電路發(fā)生故障(短路、過載、欠電壓等)時，通