維修電工基礎(chǔ)知識(shí)：低壓電器

低壓電器常用低壓繼電保護(hù)電器低壓電器分類及產(chǎn)品型號(hào)5.2.1常用低壓繼電保護(hù)電器的分類

5.2.2低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)中以電磁式電器的應(yīng)用最為普遍。電磁式低壓電器是一種用電磁現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)電器功能的電器類型，此類電器在工作原理及結(jié)構(gòu)組成上大體相同。根據(jù)其結(jié)構(gòu)組成，電磁式低壓電器的分類如下：電磁機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)交流直流觸頭系統(tǒng)滅弧系統(tǒng)1.電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)為電磁式電器的感測(cè)機(jī)構(gòu)，它的作用是將電磁能量轉(zhuǎn)換為帶動(dòng)觸頭動(dòng)作的機(jī)械能量，從而實(shí)現(xiàn)觸頭狀態(tài)的改變，完成電路通、斷的控制。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈、鐵心、銜鐵等幾部分組成，其工作原理是：線圈通過工作電流產(chǎn)生足夠的磁動(dòng)勢(shì)，在磁路中形成磁通，使銜鐵獲得足夠的電磁力用以克服反作用力與鐵心吸合，由連接機(jī)構(gòu)帶動(dòng)相應(yīng)的觸頭動(dòng)作。2.觸頭系統(tǒng)觸頭作為電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，起著接通和分?jǐn)嚯娐返闹匾饔?，必須具有良好的接觸性能，故應(yīng)考慮其材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于電流容量較小的電器，如機(jī)床電氣控制線路所應(yīng)用的接觸器、繼電器等，常采用銀質(zhì)材料作觸頭，其優(yōu)點(diǎn)是銀的氧化膜電阻率與純銀相近，與其他材質(zhì)（比如銅）相比，可以避免因長時(shí)間工作，觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成觸頭接觸電阻增大。觸頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5.4所示，可分為橋式和指式兩種。其中橋式觸頭又分為點(diǎn)接觸式和面接觸式。

圖5.4觸頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸式；(b)面接觸式；(c)指式3.滅弧系統(tǒng)（1）電弧產(chǎn)生的條件：當(dāng)被分?jǐn)嚯娐返碾娏鞒^0.25～1A，分?jǐn)嗪蠹釉谟|頭間隙兩端的電壓超過12～20V（根據(jù)觸頭材質(zhì)的不同取值）時(shí)，在觸頭間隙中會(huì)產(chǎn)生電弧。（2）電弧的實(shí)質(zhì)：電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，即觸頭間氣體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生自由電子，正、負(fù)離子呈游離狀態(tài)，使氣體由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，并伴有高溫、強(qiáng)光。

（3）熄弧的主要措施有機(jī)械性拉弧、窄縫滅弧和柵片滅弧三種。

①機(jī)械性拉?。悍?jǐn)嘤|點(diǎn)時(shí)，迅速增加電弧長度，使單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場(chǎng)強(qiáng)度不夠而熄弧,如圖5.5所示。

②窄縫滅?。阂揽看艌?chǎng)的作用，將電弧驅(qū)入耐弧材料制成的窄縫中，以加快電弧的冷卻,如圖5.6所示。

這種滅弧裝置多用于交流接觸器。

③柵片滅?。悍?jǐn)嘤|點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的電弧在電動(dòng)力的作用下被推入彼此絕緣的多組鍍銅薄鋼片（柵片）中，電弧被分割成多組串聯(lián)的短弧。圖5.5機(jī)械性拉弧圖5.6窄縫滅弧裝置圖5.7柵片滅弧示意圖5.2.3開關(guān)電器

1.常用刀開關(guān)

(1)膠蓋開關(guān)。膠蓋開關(guān)是一種帶熔斷器的開啟式負(fù)荷開關(guān)，如圖5.8所示。

(2)鐵殼開關(guān)。鐵殼開關(guān)是帶滅弧裝置和熔斷器的封閉式負(fù)荷開關(guān)，其圖形符號(hào)及文字符號(hào)與膠蓋開關(guān)相同。

(3)刀開關(guān)的類別和型號(hào)含義。

圖5.8HK系列瓷底膠蓋刀開關(guān)(a)外形圖；(b)、(c)刀開關(guān)圖形及文字符號(hào)刀開關(guān)的型號(hào)含義如下：2.組合開關(guān)組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，其操作較靈巧，靠動(dòng)觸片的左右旋轉(zhuǎn)來代替閘刀開關(guān)的推合與拉開。

(1)組合開關(guān)的作用。

(2)組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成。

(3)組合開關(guān)的類型、圖形和文字符號(hào)。圖5.9HZ10-10/3型組合開關(guān)結(jié)構(gòu)

(a)外形；(b)結(jié)構(gòu)圖5.10組合開關(guān)的圖形和文字符號(hào)

(a)單極；(b)三極3.低壓斷路器

1)低壓斷路器的結(jié)構(gòu)與原理低壓斷路器主要由三部分組成:觸頭和滅弧系統(tǒng),各種脫扣器（包括電磁脫扣器、欠壓脫扣器、熱脫扣器），操作機(jī)構(gòu)和自由脫扣機(jī)構(gòu)（包括鎖鏈和搭鉤）。低壓斷路器的按鈕和觸頭接線柱分別引出殼外，其余各組成部分均在殼內(nèi)。低壓斷路器的工作原理如圖5.11所示。圖5.11低壓斷路器原理及符號(hào)

(a)原理圖；(b)符號(hào)2)低壓斷路器的常見故障與排除

(1)產(chǎn)生觸頭不能閉合故障的原因有：

①欠壓脫扣器11無電壓或線圈損壞，則銜鐵10不閉合，使搭鉤被頂無法鎖住鎖鏈。

②反作用彈簧力過大，機(jī)構(gòu)不能復(fù)位再行鎖扣。

(2)產(chǎn)生自動(dòng)脫扣器不能使開關(guān)分?jǐn)喙收系脑蛴校?/p>

①反作用彈簧1彈力不足。

②貯能彈簧9彈力不足。

③機(jī)械部件卡阻。5.2.4接觸器

1.接觸器的作用與分類接觸器是一種可對(duì)交、直流主電路及大容量控制電路作頻繁通、斷控制的自動(dòng)電磁式開關(guān)，它通過電磁力作用下的吸合和反力彈簧作用下的釋放使觸頭閉合和分?jǐn)?，從而控制電路的通斷?.接觸器的結(jié)構(gòu)與原理接觸器的結(jié)構(gòu)如圖5.12所示。其中，電磁機(jī)構(gòu)包括線圈、鐵心和銜鐵。觸頭系統(tǒng)中的主觸頭為常開觸點(diǎn)，用于控制主電路的通斷;輔助觸頭包括常開、常閉兩種，用于控制電路，起電氣聯(lián)鎖作用。其他部件還包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和外殼等。圖5.12CJ20系列交流接觸器結(jié)構(gòu)示意3.接觸器的類型、主要技術(shù)參數(shù)及符號(hào)表示目前,我國常用的交流接觸器主要有CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列。引進(jìn)產(chǎn)品中應(yīng)用較多的有施耐德公司的LC1D/LP1D系列等，該系列產(chǎn)品采用模塊化生產(chǎn)，產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭、通電/斷電延時(shí)觸頭和機(jī)械閉鎖等模塊，也可以很方便地組合成可逆接觸器、星-三角啟動(dòng)器。另外，常用的交流接觸器還有德國BBC公司的B系列，SIEMENS公司的3TB系列等。常用的交流接觸器

新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)性能顯著提高，多采用積木式結(jié)構(gòu)，通過螺釘和快速卡裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上的方式加以安裝。交、直流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、吸引線圈的額定電壓等。接觸器的圖形及文字符號(hào)如圖5.13所示。

圖5.13接觸器的圖形符號(hào)(a)線圈；(b)常開觸點(diǎn)；(c)常閉觸點(diǎn)現(xiàn)以CJ20系列為例說明接觸器型號(hào)的含義:4.接觸器常見故障與排除(1)觸頭過熱。產(chǎn)生此故障的原因是：①觸頭壓力不足。②觸頭接觸不良。③電弧將觸頭表面燒壞。以上三種原因會(huì)使觸頭接觸電阻增加，使觸頭過熱。

(2)觸頭磨損。接觸器磨損分為電氣磨損和機(jī)械磨損兩種。

①電氣磨損屬于正常磨損，是因電弧高溫使觸頭金屬氣化蒸發(fā)而造成的。

②機(jī)械磨損是由觸頭閉合時(shí)的撞擊和觸頭表面的相對(duì)滑動(dòng)摩擦造成的。

(3)觸頭不復(fù)位。產(chǎn)生這種故障的原因是：

①觸頭熔焊(電弧的高溫將動(dòng)、靜觸頭焊在一起而不能分?jǐn)嗟默F(xiàn)象稱為熔焊)。

②反作用彈簧彈力不夠。

③機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件被卡住。

④鐵心端面有油污。

⑤鐵心剩磁太大。

(4)銜鐵振動(dòng)噪聲。產(chǎn)生這種故障的原因是：

①短路環(huán)損壞。

②動(dòng)、靜鐵心由于銜鐵歪斜或端面有污垢而造成接觸不良。

③活動(dòng)部件卡阻而使銜鐵不能完全吸合。

(5)線圈過熱或燒毀。產(chǎn)生這種故障的原因是：

①線圈匝間短路。

②動(dòng)、靜鐵心端面變形或有污垢，閉合后有間隙。

③操作過于頻繁。

④外加電壓高于線圈額定電壓，電流過大，產(chǎn)生熱效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀線圈。5.2.5繼電器

1.繼電器的結(jié)構(gòu)、作用

1)繼電器的結(jié)構(gòu)繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相似，也是由電磁機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組成的，但繼電器沒有主觸點(diǎn)，其觸點(diǎn)不能用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，而均接于控制電路，且電流一般小于５Ａ，故不必設(shè)滅弧裝置。2)繼電器的作用繼電器主要用于進(jìn)行電路的邏輯控制，它根據(jù)輸入量（如電壓或電流），利用電磁原理，通過電磁機(jī)構(gòu)使銜鐵產(chǎn)生吸合動(dòng)作，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)狀態(tài)的改變，使電路完成接通或分?jǐn)嗫刂啤?.常用繼電器繼電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，下面僅介紹常用的幾種。

1)熱繼電器

(1)熱繼電器的作用。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，熱繼電器是對(duì)電動(dòng)機(jī)在長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行過程中過載及斷相起保護(hù)作用的電器。(2)熱繼電器的結(jié)構(gòu)組成。熱繼電器由雙金屬片、熱元件、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、整定調(diào)整裝置和手動(dòng)復(fù)位裝置組成，如圖5.14所示。

(3)熱繼電器的工作原理。如圖5.15所示，電動(dòng)機(jī)工作運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組電流流過與之串接的熱元件。圖5.14熱繼電器結(jié)構(gòu)圖圖5.15熱繼電器工作原理示意圖(4)熱繼電器的型號(hào)、圖形及文字符號(hào)。目前我國生產(chǎn)并廣泛使用的熱繼電器主要有JR16、JR20系列；引進(jìn)產(chǎn)品有施耐德公司的LR2D系列，其特點(diǎn)是具有過載與缺相保護(hù)、測(cè)試按鈕、停止按鈕，還具有脫扣狀態(tài)顯示功能以及在濕熱的環(huán)境中使用的強(qiáng)適應(yīng)性。以JR20系列為例，其型號(hào)含義如下：圖5.16熱繼電器的圖形及文字符號(hào)

(a)熱元件；(b)常閉觸點(diǎn)(5)熱繼電器的主要參數(shù)及選用。

①熱繼電器的整定電流：指熱元件在正常持續(xù)工作中不引起熱繼電器動(dòng)作的最大電流值。

②熱繼電器額定電流：指熱繼電器中可以安裝的熱元件的最大整定電流值。

③熱元件的額定電流：指熱元件的最大整定電流值。2)時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器是一種按時(shí)間原則進(jìn)行控制的繼電器。它利用電磁原理，配合機(jī)械動(dòng)作機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在得到信號(hào)輸入（線圈通電或斷電）后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)的信號(hào)的延時(shí)輸出（觸點(diǎn)的閉合或斷開）。時(shí)間繼電器種類很多，常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動(dòng)式和晶體管式等。下面以空氣阻尼式時(shí)間繼電器為例進(jìn)行講述。

(1)通電延時(shí)型：線圈通電，延時(shí)一定時(shí)間后延時(shí)觸點(diǎn)才閉合或斷開；線圈斷電，觸點(diǎn)瞬時(shí)復(fù)位。

(2)斷電延時(shí)型：線圈通電，延時(shí)觸點(diǎn)瞬時(shí)閉合或斷開；線圈斷電，延時(shí)一定時(shí)間后延時(shí)觸點(diǎn)才復(fù)位。

JS7-A系列時(shí)間繼電器由電磁機(jī)構(gòu)、工作觸頭、氣室三部分組成，其工作原理如圖5.17所示。圖5.17JS7-A系列時(shí)間繼電器工作原理

(a)通電延時(shí)型；(b)斷電延時(shí)型

圖5.17(a)中的微動(dòng)開關(guān)16為時(shí)間繼電器瞬動(dòng)觸頭，線圈1通電或斷電時(shí)，該觸頭在推板5的作用下均能瞬時(shí)動(dòng)作。斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的原理與結(jié)構(gòu)均與通電延時(shí)型時(shí)間繼電器相同，只是電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°安裝。

現(xiàn)以我國生產(chǎn)的新產(chǎn)品JS23系列為例說明時(shí)間繼電器的型號(hào)意義：

圖5.18時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)(a)線圈一般符號(hào)；(b)通電延時(shí)線圈；(c)斷電延時(shí)線圈；(d)延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)；(e)延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)；(f)延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)；(g)延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)；(h)瞬時(shí)常開觸點(diǎn)；(i)瞬時(shí)常閉觸點(diǎn)3)電流、電壓繼電器根據(jù)輸入線圈電流（或電壓）大小而動(dòng)作的繼電器稱為電流（或電壓）繼電器。

(1)電流繼電器。電流繼電器線圈與被測(cè)電路串聯(lián)，以反應(yīng)電路電流的變化。電流繼電器可分為以下兩種。

①過電流繼電器：當(dāng)電路過流或發(fā)生短路時(shí)立即切斷電路。

②欠電流繼電器：當(dāng)電路電流過低時(shí)立即切斷電路。(2)電壓繼電器。電壓繼電器也可分為以下兩種。

①過電壓繼電器：整定范圍為105％～120％UN。

②欠電壓繼電器：吸合電壓調(diào)整范圍為30％～50％UN。

下面以JL18系列電流繼電器為例，說明電流、電壓繼電器的型號(hào)意義：4)中間繼電器中間繼電器的作用是將一個(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)，當(dāng)其他繼電器的觸頭對(duì)數(shù)或觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來擴(kuò)充它們，起到中間轉(zhuǎn)換的作用。5)速度繼電器速度繼電器根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，主要作用是在三相交流異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路中作轉(zhuǎn)速過零的判斷元件。圖5.19所示為速度繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖，由圖可知，速度繼電器主要由以下三部分組成：

(1)轉(zhuǎn)子：為圓柱形永久磁鐵。

(2)定子：為籠型空心繞組。

(3)觸點(diǎn)：包括動(dòng)斷、動(dòng)合觸點(diǎn)。圖5.19速度繼電器結(jié)構(gòu)原理圖5.20速度繼電器的圖形及文字符號(hào)(a)轉(zhuǎn)子；(b)常開觸點(diǎn)；(c)常閉觸點(diǎn)5.2.6

主令電器一、按鈕按鈕是一種手動(dòng)且可以自動(dòng)復(fù)位的主令電器。結(jié)構(gòu)示意圖、圖形與文字符