《電氣控制與PLC應用技術》課件第一章

1.1低壓電器的基礎知識

1.2接觸器

1.3繼電器

1.4熔斷器

1.5刀開關

1.6低壓斷路器

1.7主令電器

第1章常用低壓電器

電器是所有電工器械的簡稱。凡是根據(jù)外接特定的信號和要求，自動或手動接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)作用的電氣設備，統(tǒng)稱為電器。電器的種類有很多，低壓電器只是電器中的一類。1.1低壓電器的基礎知識1.1.1低壓電器的定義

根據(jù)我國現(xiàn)行標準規(guī)定，工作在交流50Hz(或60Hz)、額定電壓1200V以下或直流額定電壓1500V以下的電路，起通斷、控制、保護與調(diào)節(jié)等作用的電器稱為低壓電器。

1.1.2低壓電器的分類

低壓電器的功能多、用途廣、品種規(guī)格繁多，為了系統(tǒng)地掌握，必須加以分類。

1.按動作特點分類

(1)手動電器：由操作人員手動發(fā)出動作指令或依靠機械力進行操作的電器，如刀開關、按鈕等。

(2)自動電器：不需要人工操作，按照電信號或非電信號自動完成接通、分斷電路任務的電器，如接觸器、繼電器、電磁閥等。

2.按用途分類

(1)控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)特定控制目的的電器，如接觸器、繼電器、電動機啟動器等?？刂齐娖饕蠊ぷ鳒蚀_可靠、壽命長、操作頻次高。

(2)配電電器：用于電能的輸送和分配的電器，如刀開關、低壓斷路器等。配電電器要求有足夠的熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性，滅弧能力強、分斷能力好，在系統(tǒng)產(chǎn)生故障情況下，動作準確、可靠。

(3)主令電器：用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，如按鈕、萬能轉換開關、行程開關等。主令電器為系統(tǒng)提供了人機交互的手段。

(4)保護電器：是用于保護電路、用電設備和人身安全的電器，如熔斷器、熱繼電器、避雷器等。

(5)執(zhí)行電器：用于完成某種動作或傳送功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。

3.按工作原理分類

(1)電磁式電器：依據(jù)電磁感應原理來工作的電器，如交直流接觸器、各類電磁式繼電器等。

(2)非電量控制電器：利用外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等。

1.1.3低壓電器的組成

低壓電器中大部分為電磁式電器，各類電磁式電器的工作原理和構造基本相同，是由檢測部分和執(zhí)行部分組成的。其中，檢測部分為電磁機構，執(zhí)行部分為觸點系統(tǒng)。

1.電磁機構

1)電磁機構的作用

電磁機構又稱為磁路系統(tǒng)，其主要作用是將電磁能轉換為機械能，并帶動觸點動作，從而接通或斷開電路。

2)電磁機構的結構及工作原理

電磁機構主要由動鐵芯(銜鐵)、靜鐵芯和電磁線圈三部分組成。按照銜鐵的運動方式可以分為拍合式和直動式，圖1-1(a)和圖1-1(b)所示的是拍合式和直動式電磁機構常用的幾種結構形式。

電磁機構的工作原理：當電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，銜鐵獲得足夠的電磁吸力，克服彈簧的反作用力，產(chǎn)生位移使銜鐵與靜鐵芯吸合。銜鐵復位時，復位彈簧將銜鐵拉回原位。

圖1-1電磁機構常用的結構形式

3)交流電磁系統(tǒng)的短路環(huán)

在單相交流電磁機構中，由于通的是交變的電流，所以磁通

Φ也是交變的。當磁通

Φ過零時，電磁吸力消失，銜鐵在彈簧作用下被拉開或有被拉開的趨勢；磁通

Φ過零后

電

磁

吸力又增大，當吸力大于反作用力時，銜鐵被吸合。于是，在交流電流的作用下，銜鐵產(chǎn)生強烈的振蕩和噪聲，甚至使鐵芯松散。

為避免因線圈中交流電流過零時磁通過零造成銜鐵抖動，需在交流電磁機構鐵芯的端部開槽，嵌入一個銅制的短路環(huán)以消除振動，確保銜鐵的可靠吸合，如圖1-2所示。

圖1-2交流電磁鐵的短路環(huán)

安裝短路環(huán)后，氣隙磁通Φ被分為兩個部分，一個部分是不穿過短路環(huán)的磁通Φ1，另一個部分是穿過短路環(huán)的磁通Φ2。根據(jù)電磁感應定律，磁通Φ2在相位上滯后Φ1約90°電角度，兩相磁通不會同時過零。Φ1與Φ2產(chǎn)生的吸力f1與f2共同作用在銜鐵上，產(chǎn)生合成電磁吸力F。由于電磁吸力與磁通的平方成正比，F(xiàn)較為平坦，因此只要吸力始終大于反力，銜鐵的振蕩現(xiàn)象就會消失。

2.觸點系統(tǒng)

1)作用

觸點是有觸點電器的執(zhí)行部分，通過觸點的閉合、斷開來控制電路的通、斷。2)結構與分類

觸點按照非激勵狀態(tài)可以分為常開觸點和常閉觸點。非激勵狀態(tài)即線圈未通電狀態(tài)，此時如果觸點斷開，在線圈通電后才閉合的稱為常開觸點；反之，稱為常閉觸點。

觸點按照其結構形式分類，有橋式觸點和指式觸點兩種。點接觸的橋式觸點如圖1-3(a)所示，適用于電流不大且觸點壓力較小的場合；面接觸的橋式觸點如圖1-3(b)所示，適用于電流較大的場合；指式觸點如圖1-3(c)所示，其接觸區(qū)域為一直線，觸點在接通和斷開時產(chǎn)生的滾動摩擦可以去除表面的氧化膜，適用于觸點分斷次數(shù)較多、電流較大的場合。

圖1-3觸點的結構形式

接觸器是機床電氣控制系統(tǒng)中使用量較大、涉及面較廣的一種低壓控制電器，它可以用來頻繁地接通和分斷交直流主回路及大容量控制電路。大多數(shù)情況下，其主要控制對象是電動機，也可以用于其他電力負載，如電熱器、電焊機、電爐變壓器等。接觸器不僅可以自動地接通、斷開電爐，還可以實現(xiàn)遠距離控制，并具有欠(零)電壓保護。接觸器在電氣控制系統(tǒng)中應用非常廣泛。

1.2接

觸

器1.2.1接觸器的結構和工作原理

接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置組成，外觀結構如圖1-4(a)所示，內(nèi)部結構如圖1-4(b)所示。

對于電磁式的接觸器來說，其工作原理與電磁式電器的工作原理是相同的，即當電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當電磁線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在松開彈簧的作用下釋放，使觸點復原，即常開觸點斷開，常閉觸點閉合。

圖1-4接觸器的外觀和內(nèi)部結構

1.2.2交、直流接觸器

按照接觸器主觸點所控制主電路電流的種類，接觸器可以分為交流接觸器和直流接觸器。

1.交流接觸器

交流接觸器常用于遠距離接通和分斷額定電壓至1140V、額定電流至630A的交流電路，以及頻繁啟動和控制的交流電動機。交流接觸器一般有3對主觸點和4對輔助觸點。主觸點用于接通或分斷主電路，輔助觸點用在控制電路中，具有常閉觸點和常開觸點各2對。主觸點和輔助觸點一般采用雙斷點的橋式觸點，電路的接通和分斷由兩個觸點共同完成。交流接觸器的外形和結構示意圖如圖1-5所示。

圖1-5交流接觸器

當交流接觸器的吸引線圈通電后，電磁系統(tǒng)即把電能轉換為機械能，所產(chǎn)生的電磁吸力克服反作用彈簧與觸點彈簧的反作用力，使鐵芯吸合，并帶動觸點支架使動合觸點接觸閉合、動斷觸點分斷，接觸器處于得電狀態(tài)。當吸引線圈失電或電壓顯著的下降時，由于電磁吸力消失或過小，使銜鐵釋放，在恢復彈簧的作用力下，銜鐵和所有觸點都恢復常態(tài)，接觸器處于失電狀態(tài)。

當交變磁通穿過鐵芯時，將會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發(fā)熱。為減少鐵損，鐵芯可采用硅鋼片沖壓而成；為便于散熱，線圈可做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上；為防止交變磁通使銜鐵產(chǎn)生強烈的振動和噪聲，在交流接觸器鐵芯端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)。交流接觸器的滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。

2.直流接觸器

直流接觸器主要用于遠距離接通和分斷額定電壓440?V、額定電流600?A的直流電路，如頻繁地使直流電動機啟動、停止、反轉和反接制動等。直流接觸器的結構和工作原理基本與交流接觸器相同，它也是由鐵芯、線圈、銜鐵、滅弧裝置等部分組成的。所不同的是，除觸點電流和線圈電壓為直流外，其觸點大部分采用滾動接觸的指式觸點，輔助觸點則采用點接觸的橋式觸點。鐵芯由整塊鋼或鑄鐵制成，線圈制成長而薄的圓筒形。為保證銜鐵可靠釋放，常在鐵芯與銜鐵之間墊有非磁性墊片。由于直流電弧不像交流電弧有自然過零點，所以更難熄滅，因此，直流接觸器常采用磁吸式滅弧裝置。

圖1-6接觸器的圖形符號和文字符號

1.2.3接觸器的選擇原則

在選擇接觸器時，應根據(jù)實際控制電路的要求和從其工作條件出發(fā)，主要考慮下列因素：

(1)控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載應選用直流接觸器。

(2)接觸器的使用類別應與負載性質(zhì)相一致。

(3)主觸點的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。

(4)主觸點的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。

還要注意的是，接觸器主觸點的額定工作電流是在規(guī)定條件下(額定工作電壓、使用類別、操作頻率等)能夠正常工作的電流值。當實際使用條件不同時，該電流值也將隨之改變。

對于電動機負載，可按下列經(jīng)驗公式計算：

(1.1)

式中：IC為接觸器主觸點電流(A)；PN為電動機的額定功率(kW)；UN為電動機的額定電壓(V)；K為經(jīng)驗系數(shù)，一般取1～1.4。

(5)吸引線圈的額定電壓應與控制回路的電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓的85%及以上時才能可靠地吸合。

(6)主觸點和輔助觸點的數(shù)量應能滿足控制系統(tǒng)的需要。

1.2.4接觸器使用注意事項

接觸器在使用時應注意以下事項：

(1)因為分斷負荷時有火花和電弧產(chǎn)生，開啟式的接觸器不能用于易燃、易爆的場所和導電性粉塵多的場所，也不能在無防護措施的情況下在室外使用。

(2)使用接觸器時，應注意觸點和線圈是否過熱，三相主觸點一定要保持同步動作，分斷時電弧不得太大。

(3)交流接觸器在控制電機或線路時，必須與過電流保護器配合使用，接觸器本身無過電流保護性能。

(4)短路環(huán)和電磁鐵吸合面要保持完好、清潔。

(5)接觸器安裝在控制箱或防護的外殼內(nèi)時，由于散熱條件差，環(huán)境溫度較高，應適當降低容量使用。

繼電器主要在控制電路和保護電路中作信號轉換用，它具有輸入電路(稱感應元件)和輸出電路(又稱執(zhí)行元件)。當感應元件中的輸入量(如電流、電壓、溫度、壓力等)變化到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制回路。

繼電器種類繁多，常用有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度繼電器、壓力繼電器、計數(shù)繼電器、頻率繼電器等。

1.3繼電器

電壓繼電器、電流繼電器和中間繼電器屬于電磁式繼電器，其結構、工作原理與電磁式接觸器相似，由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)和釋放彈簧等組成。由于繼電器可以用于控制電路，流過觸點的電流較小，所以不需要滅弧裝置。

1.3.1電流繼電器

電流繼電器的線圈串接在被測量電路中，以反映電路電流的變化。為了不影響電路工作情況，電流繼電器線圈匝數(shù)少，導線粗，線圈阻抗小，這樣通過電流時電流繼電器的壓降就較小，在不影響負載電路電流的情況下，仍可獲得需要的磁動勢。電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。欠電流繼電器的吸引電流為線圈額定電流的30%～65%，釋放電流為額定電流的10%～20%。因此，在電路正常工作時，銜鐵一直是吸合狀態(tài)。只有當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，輸出信號。過電流繼電器在電路正常工作時不動作，當電流超過某一整定值時才動作，整定值的范圍通常為1.1～4.0倍額定電流。

在機床電氣控制系統(tǒng)中，電流繼電器主要根據(jù)主電路的電流種類和額定電流來選擇。

電流繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-7所示。電流繼電線圈中用I＞(或I＜)表示過電流(或欠電流)繼電器。

圖1-7電流繼電器的圖形符號和文字符號

1.3.2電壓繼電器

電壓繼電器的結構與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電器線圈為并聯(lián)的電壓線圈，所以匝數(shù)多、導線細、阻抗大。

電壓繼電器按動作電壓值的不同，有過電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器之分。過電壓繼電器在電壓為額定電壓的110%～115%以上時有保護動作；欠電壓繼電器在電壓為額定電壓的40%～70%時有保護動作；零電壓繼電器在電壓降至額定電壓的5%～25%時有保護動作。

電壓繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-8所示。電壓繼電線圈中用U＜(或U＞)表示欠電壓(或過電壓)繼電器。

圖1-8電壓繼電器的圖形符號和文字符號

1.3.3中間繼電器

中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器的一種，其觸點數(shù)較多(有6對或更多)，觸點電流容量較大，動作靈敏。其主要用途是當其他繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或觸點容量，從而起到中間轉換的作用。此外，中間繼電器還可以作為信號傳遞、互鎖、隔離等作用。

中間繼電器主要依據(jù)被控制電路的電壓等級，觸點的數(shù)量、種類及容量來選用。機床上常用的中間繼電器有交流中間繼電器和交直流兩用中間繼電器。

中間繼電器的圖形符號和文字符號一般是相同的，如圖1-9所示。

圖1-9中間繼電器的圖形符號和文字符號

1.3.4時間繼電器

時間繼電器是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與構造的不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。機床控制線路中應用較多的是空氣阻尼式時間繼電器。

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼的原理獲得延時的，它通常由延時機構、電磁機構和觸點系統(tǒng)組成。電磁機構為雙E直動式，觸點系統(tǒng)借用LX5型微動開關，延時機構采用氣囊式阻尼器。電磁機構可以是直流的，也可以是交流的；既有通電延時型，又有斷電延時型。當銜鐵位于鐵芯和延時機構之間時，為通電延時型；當鐵芯位于銜鐵和延時機構之間時，為斷電延時型。

圖1-10是JS7-A通電延時型時間繼電器。工作時，線圈通電，動靜鐵芯吸合，活塞桿在塔形彈簧的作用下帶動活塞和橡皮膜緩慢向上移動，經(jīng)過一段時間延時后，杠桿壓動延時開關動作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開起到通電延時作用。線圈斷電，動靜鐵芯釋放，空氣通過單向閥迅速被排掉，瞬時延時觸點系統(tǒng)迅速復位，不延時。

圖1-10

JS7-A空氣阻尼式通電延時型時間繼電器

隨著半導體技術特別是集成電路技術的進一步發(fā)展，電子式時間繼電器在時間繼電器中已成為主流產(chǎn)品。電子式時間繼電器是采用晶體管或集成電路和電子元件等構成的。電子式時間繼電器具有延時范圍廣、精確度高、體積小、耐沖擊、耐振動、調(diào)節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點，所以發(fā)展很快，應用較廣泛。

時間繼電器主要是根據(jù)控制回路所需要的延時觸點的延時方式、瞬時觸點的數(shù)目以及使用條件來選擇的。線圈(或電源)的電流種類和電壓等級應與控制電路相同。觸點數(shù)量和容量不夠時，可用中間繼電器進行擴展。

時間繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-11所示。

圖1-11時間繼電器的圖形符號和文字符號

1.3.5熱繼電器

熱繼電器是利用電流的熱效應原理來保護設備，使器件免受長期過載的危害。它主要用于電動機的過載保護、斷相保護、三相電流不平衡運行的保護及其他電氣設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的外形、結構和原理圖如圖1-12所示。

熱繼電器主要由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸點系統(tǒng)三部分組成。當電動機過載時，流過熱元件的電流增大，由于兩片金屬片的膨脹系數(shù)不同，熱元件產(chǎn)生的熱量會使雙金屬片產(chǎn)生彎曲，經(jīng)過一定時間后，彎曲位移增大，推動板將常閉觸點斷開。常閉觸點串接在電動機的控制電路中，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。若要使熱繼電器復位，則只需按下復位按鈕即可。

圖1-12熱繼電器的外形、結構和原理圖

熱繼電器是根據(jù)熱慣性原理動作的電器，當電路發(fā)生短路故障時，它不能立即動作使電路立即斷開。因此，熱繼電器不能作短路保護。同理，在電動機啟動或短時過載時，熱繼電器也不會有動作，這可避免電動機不必要的停車。每一種電流等級的熱元件，都有一定電流調(diào)節(jié)范圍，一般應調(diào)節(jié)到與電動機額定電流相等，以便更好地起到過載保護作用。

熱繼電器的選擇主要根據(jù)電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。

熱繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-13所示。

圖1-13熱繼電器的圖形符號和文字符號

1.3.6速度繼電器

速度繼電器是根據(jù)電磁感應原理制成的，用于轉速檢測，如用來在三相交流異步電動機反接制動轉速過零時，自動斷開反相序電源。因此，速度繼電器又稱為反接制動繼電器。速度繼電器常用于銑床和鏜床的控制電路中。速度繼電器的外形和結構如圖1-14所示。

速度繼電器主要由轉子、圓環(huán)(籠形空心繞組)和觸點三部分組成。轉子由一塊永久磁鐵制成，與電動機同軸相聯(lián)，用以接收轉動信號。當轉子(磁鐵)旋轉時，籠形繞組切割轉子磁場產(chǎn)生感應電動勢，形成環(huán)內(nèi)電流，此電流與磁鐵磁場相作用，產(chǎn)生電磁轉矩，圓環(huán)在此力矩的作用下帶動擺錘，克服彈簧力而順轉子轉動的方向擺動，并撥動觸點改變其通斷狀態(tài)(在擺錘左右各設一組切換觸點，分別在速度繼電器正轉和反轉時發(fā)生作用)。

圖1-14速度繼電器的外形和結構

速度繼電器的動作轉速一般不低于120r/min，復位轉速約在100r/min以下，工作時，允許的轉速高達1000～3600r/min。

速度繼電器的圖形符號和文字符號如圖1-15所示。

圖1-15速度繼電器的圖形符號和文字符號

熔斷器是一種結構簡單、價格低廉、使用極為普遍的保護電器。它是根據(jù)電流的熱效應原理工作的。使用時熔斷器串接在被保護線路中，當線路發(fā)生過載或短路時，熔體產(chǎn)生的熱量使自身熔化而切斷電路。

1.4熔斷器1.4.1熔斷器的結構和工作原理

1.結構

熔斷器主要由熔體和絕緣底座組成，熔體為絲狀或片狀。熔體材料通常有兩種：一種是由鉛錫合金和鋅等低熔點金屬制成，多用于小電流電路；另一種是由銀、銅等高熔點金屬制成，多用于大電流電路。

2.工作原理

熔斷器是根據(jù)電流熱效應原理工作的。熔體的熱量與通過熔體電流的平方及持續(xù)通電時間成正比，即反時限特性或安秒特性，如圖1-16所示。橫坐標為熔體電流I，縱坐標為熔化時間t，IN為熔斷器額定電流。當電路短路時，電流很大，熔體急劇升溫，立即熔斷；當電路中的電流值等于熔體額定電流時，熔體不會熔斷。所以，熔斷器可用于短路保護。

由于熔體在用電設備過載時所通過的過載電流能積累熱量，當用電設備發(fā)生嚴重過載時，熔體積累的熱量也能使其熔斷，但熔斷器對一般的過載反應不靈敏。因此，熔斷器只能用于嚴重過載的保護。

圖1-16熔斷器的反時限特性

1.4.2熔斷器的分類

熔斷器按支架結構形式可分為瓷插入式、螺旋塞式、無填料封閉管式和有填料密封管式四種類型。其中的填料是用石英砂作為材料，目的是增強其滅弧的能力。

1.瓷插入式熔斷器(RCIA系列)

瓷插入式熔斷器由瓷蓋、瓷座、觸點和熔絲四部分組成，如圖1-17所示。它具有結構簡單、價格便宜、易換熔絲等特點，但其熔斷特性不穩(wěn)定，熔斷時有電弧外釋的現(xiàn)象。熔體材料主要是軟鉛絲和銅絲，瓷座和瓷蓋共同構成滅弧室。

圖1-17瓷插入式熔斷器

這類產(chǎn)品主要用作低壓分支電路的短路保護，一般用于交流380V以下線路，且不振動的場合，作民用和工業(yè)用的電氣設備和照明系統(tǒng)的短路保護，不適宜用于較重要的場所，更應禁止在易爆的環(huán)境中使用。

2.螺旋塞式熔斷器(RL1系列)

螺旋塞式熔斷器主要由瓷帽、熔體、瓷套、上下接線端及瓷座組成，如圖1-18所示。熔體與瓷帽用彈性零件連成一體，熔體周圍填有滅弧作用的石英砂，通過瓷帽面上的視孔，可看到熔體頂部的色點，色點掉落，說明熔絲已斷，更換時只要取出已斷熔體，換上同規(guī)格的熔體即可，安全方便。

螺旋塞式熔斷器主要用于工礦企業(yè)低壓配電線路或機床電氣控制電路中，作短路保護，多用于機床線路中作短路保護。

圖1-18螺旋塞式熔斷器

3.無填料封閉管式熔斷器(RM10系列)

無填料封閉管式熔斷器為可拆卸的熔斷器，主要由熔管、熔體和底座等部分組成，如圖1-19所示。熔體用鋅片沖成不均勻的截面狀，以便利于短路保護時分斷能力的提高。熔體熔斷后，可將其從底座上拔下，拆開更換，使用方便。無填料封閉管式熔斷器主要用于小容量配電線路，在低壓電力網(wǎng)絡、配電設備中作短路保護。

圖1-19無填料封閉管式熔斷器

4.填料密封管式熔斷器(RT0系列)

填料密封管式熔斷器裝有填充料(石英砂)，有熔斷指示器，結構復雜，如圖1-20所示。由于這種熔斷器有填料及熔體的特殊結構，使它具有較強的滅弧能力和較高的分斷能力，其最大分斷電流可達1250?A。

填料密封管式熔斷器廣泛應用于各種配電設備及較大短路電流的電力輸配電網(wǎng)絡中。

圖1-20有填料密封管式熔斷器

1.4.3熔斷器的選擇

1.對熔斷器的要求

在電氣設備正常運行時，熔斷器不應熔斷；在出現(xiàn)短路時，應立即熔斷；在電流發(fā)生正常變動(如電動機啟動過程)時，熔斷器不應熔斷；在用電設備持續(xù)過載時，應延時熔斷。對熔斷器的選用主要包括類型選擇和熔體額定電流的確定。

2.熔斷器類型的選擇

選擇熔斷器的類型時，主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小。例如，用于保護照明和電動機的熔斷器，一般是考慮它們的過載保護。這時，希望熔斷器的熔化系數(shù)應適當小些。所以，容量較小的照明線路和電動機宜采用熔體為鉛鋅合金的RCIA系列熔斷器，而大容量的照明線路和電動機，除過載保護外，還應考慮短路時分斷短路電流的能力。若短路電流較小，可采用熔體為錫質(zhì)的RCIA系列或熔體為鋅質(zhì)的RM10系列熔斷器。用于車間低壓供電線路的保護熔斷器，一般是考慮短路時的分斷能力。當短路電流較大時，宜采用具有高分斷能力的RL1系列熔斷器；當短路電流相當大時，宜采用有限流作用的RT0系列熔斷器。

3.熔斷器的額定電壓

熔斷器的額定電壓要大于或等于電路的額定電壓。

4.熔斷器的額定電流

熔斷器的額定電流要依據(jù)負載情況來選擇。

(1)電阻性負載或照明電路，這類負載啟動過程很短，運行電流較平穩(wěn)，一般按負載額定電流的1～1.1倍選用熔體的額定電流，進而選定熔斷器的額定電流。

(2)電動機等感性負載，這類負載的啟動電流為額定電流的4～7倍，一般選擇熔體的額定電流為電動機額定電流的1.5～2.5倍。這樣一般來說，熔斷器難以起到過載保護作用，而只能用作短路保護，過載保護應使用熱繼電器才行。

(3)對于多臺電動機，要求

IFU≥(1.5～2.5)INMAX?+∑IN(1.2)

式中：IFU——熔體額定電流(A)；INMAX——最大一臺電動機的額定電流(A)。

5.上、下級熔斷器的配合

為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級(供電干、支線)熔斷器間應有良好的協(xié)調(diào)配合，為此，應使上一級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(供電支線)大1～2個級差。

熔斷器的圖形符號和文字符號如圖1-21所示。

圖1-21三相熔斷器的圖形符號和文字符號

刀開關是低壓配電電器中結構最簡單、應用最廣泛的一種手動電器。常用的刀開關有HD型單刀單投刀開關、HS型單刀雙投刀開關、HR型熔斷器式刀開關、HK型閘刀開關、HH型鐵殼開關、HZ型組合開關等。

1.5刀

開

關1.5.1

HD型單刀單投刀開關

HD型單刀單投刀開關是隔離開關的一種，主要用于成套配電裝置，容量比較大，額定電流在100～1500A。隔離開關沒有滅弧裝置，不能操作帶負荷的線路，只能操作空載線路或電流很小的線路，如小型空載變壓器、電壓互感器等。

1.單刀單投刀開關的分類和結構

HD型單刀單投刀開關按照開關極數(shù)分為1極、2極、3極。圖1-22所示是手動型單刀單投刀開關的結構示意圖，主要由靜插座、動觸刀和手柄組成。

圖1-22單刀單投刀開關的結構示意圖

2.單刀單投刀開關的操作

停電時應將線路的負荷電流用斷路器、負荷開關等開關電器切斷后，再將隔離開關斷開，送電時操作順序相反。由于單刀單投刀開關控制的負荷能力較小，也沒有保護線路的功能，所以通常不能單獨使用，一般要和能切斷負荷電流和故障電流的電器，如熔斷器、斷路器等一起使用。

3.單刀單投刀開關的圖形符號和文字符號

HD型單刀單投刀開關的圖形符號和文字符號如圖1-23所示。其中，圖(a)是單極式HD型刀開關圖形符號的一般表示形式，圖(b)是單極式手動操作型的HD刀開關圖形符號，圖(c)是三極式手動操作型的HD刀開關圖形符號。

圖1-23

HD型單刀單投刀開關的圖形符號和文字符號

1.5.2

HK型閘刀開關

閘刀開關是一種手動配電電器，主要用來隔離電源或手動接通與斷開交直流電路，也可用于不頻繁地接通與分斷額定電流以下的負載，如小型電動機、電爐等。

1.閘刀開關的結構

閘刀開關的結構如圖1-24所示，主要由與操作瓷柄相連的動觸刀、靜觸點、進線及出線接線座等組成。這些導電部分都固定在瓷底板上，且用膠蓋蓋著，所以當閘刀合上時，操作人員不會觸及帶電部分。膠蓋還具有下列保護作用：①將各極隔開，防止因極間飛弧導致電源短路；②防止電弧飛出蓋外，灼傷操作人員；③防止金屬零件掉落在閘刀上形成極間短路。熔絲的裝設，又提供了短路保護功能。

圖1-24閘刀開關結構

2.閘刀開關的技術參數(shù)

閘刀開關種類很多，有兩極的(額定電壓250?V)和三極的(額定電壓380?V)。額定電流從10?A至100?A不等，其中60?A及以下的才用來控制電動機。常用的閘刀開關型號有HK1、HK2等。

3.閘刀開關的選擇

正常情況下，閘刀開關一般能接通和分斷其額定電流。因此，對于普通負載可根據(jù)負載的額定電流來選擇閘刀開關的額定電流。當采用閘刀開關控制電機時，考慮其啟動電流可達4～7倍的額定電流，閘刀開關的額定電流宜選電動機額定電流的3倍左右。4.閘刀開關使用時的注意事項

(1)將它垂直安裝在控制屏或開關板上，不可隨意擱置。

(2)進線座應在上方，接線時不能把它與出線座搞反，否則在更換熔絲時將會發(fā)生觸電事故。

(3)更換熔絲必須先拉開閘刀，并換上與原用熔絲規(guī)格相同的新熔絲，同時還要防止新熔絲受到機械損傷。

(4)若膠蓋和瓷底座損壞或膠蓋失落，閘刀開關就不可再使用，以防止安全事故。

1.5.3

HH型鐵殼開關

鐵殼開關也稱封閉式負荷開關，它的外形與結構如圖1-25所示。鐵殼開關主要由安裝在鑄鐵或鋼板制成的外殼內(nèi)的刀式開關、熔斷器、滅弧系統(tǒng)以及操作機構等組成。

圖1-25鐵殼開關外形與結構圖

鐵殼開關帶有滅弧系統(tǒng)，能夠分斷復合電流，一般用于小型電力系統(tǒng)、電氣照明線路等配電設備中不頻繁接通、分斷電路，也可以用于異步電動機不頻繁全壓啟動控制。

與閘刀開關相比，鐵殼開關具有以下特點：

(1)觸點設有滅弧室(罩)，電弧不會噴出，可不必顧慮會發(fā)生相間短路事故。

(2)熔斷絲的分斷能力較高，一般為5kA，高者可達50kA以上。

(3)操作機構為儲能合閘式，且有機械聯(lián)鎖裝置。前者可使開關的合閘和分閘速度與操作速度無關，從而改善開關的動作性能和滅弧性能；后者則保證了在合閘狀態(tài)下打不開箱蓋及箱蓋未關妥前合不上閘，提高了安全性。

(4)有堅固的封閉外殼，可保護操作人員免受電弧灼傷。

鐵殼開關有HH3、HH3、HH10、HH11等系列，其額定電流有10～400A可供選擇，其中60A及以下的可用于異步電動機的全壓啟動控制開關。

用鐵殼開關控制電加熱和照明電路時，可按電路的額定電流選擇。用于控制異步電動機時，由于開關的通斷能力為4倍的電動機額定電流，而電動機全壓啟動電流卻在4～7倍額定電流以上，故鐵殼開關的額定電流應為電動機額定電流的1.5倍以上。

由于鐵殼開關是由開關和熔斷器組成的，所以它的圖形符號也是由這兩個低壓電器的圖形符號組成的，如圖1-26所示。

圖1-26鐵殼開關的圖形符號和文字符號

1.5.4組合開關

組合開關又稱轉換開關，是一種特殊的刀開關。一般刀開關的操作手柄是在垂直安裝面的平面內(nèi)向上或向下轉動，而組合開關的操作手柄則是在平行于安裝面的平面內(nèi)向左或向右轉動。圖1-27是HZ10系列組合開關的外形和結構圖。組合開關主要由動觸點、靜觸點、絕緣轉軸、手柄、定位機構和外殼等組成。動、靜觸點分別疊裝在數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當轉動手柄時每層的動觸點隨著轉軸的轉動一起轉動。

圖1-27組合開關的外形和結構圖

組合開關多應用在機床電氣控制線路中，作為電源的引入開關，也可以用作不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負載以及控制5kW以下的小容量電動機的正反轉和星-三角啟動等。

組合開關的圖形符號和文字符號如圖1-28所示。

圖1-28組合開關的圖形符號和文字符號

低壓斷路器又稱自動空氣開關，可用來分配電能，接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁啟動的電動機，對電源電路和電動機等進行保護。其功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及熔斷器等低壓電器功能的總和，主要在電路正常工作條件下作為線路的不頻繁接通和分斷使用，并在電路發(fā)生過載、短路及失壓時能自動分斷電路。它是低壓配電網(wǎng)中應用較廣泛的一種控制兼保護的電器。1.6低

壓

斷

路

器1.6.1低壓斷路器的分類

斷路器的種類繁多，按照其用途和結構可以分為框架式DW系列、塑殼式DZ系列、直流快速熔斷式DS系列、限流式DWX和DWZ系列。

框架式斷路器又稱萬能式斷路器，主要用于配電線路的開關保護。塑殼式斷路器又稱裝置式斷路器，除了可以用于配電線路的保護開關外，還可以作為電動機、照明電路及電熱器的控制開關。

1.6.2低壓斷路器的結構和工作原理

下面以塑殼式斷路器為例，介紹低壓斷路器的結構和工作原理。

斷路器主要由三個基本部分組成，即觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和各類脫扣器，如圖1-29所示。脫扣器包括過電流脫扣器、失壓脫扣器、熱脫扣器、分勵脫扣器和自由脫扣器。

在正常情況下，斷路器的主觸點通過操作機構手動或電動合閘。若要正常切斷電路，可操作分勵脫扣器。

圖1-29低壓斷路器的結構圖

如果電路出現(xiàn)故障，則斷路器的自動分斷分別通過過電流脫扣器、熱脫扣器和欠壓脫扣器完成。當電路發(fā)生短路或過流故障時，過流脫扣器銜鐵被吸合，使自由脫扣機構的鉤子脫開，自動開關觸點分離，及時有效地切除高達數(shù)十倍額定電流的故障電流。當線路發(fā)生過載時，過載電流通過熱脫扣器使觸點斷開，從而起到過載保護作用。若電網(wǎng)電壓過低或為零，失壓脫扣器的銜鐵被釋放，自由脫扣機構動作，使斷路器觸點分離，從而在過流與零壓、欠壓時保證了電路及電路中設備的安全。

1.6.3低壓斷路器的圖形符號和文字符號

低壓斷路器的圖形符號和文字符號如圖1-30所示。不同斷路器的保護是不同的，使用時可以根據(jù)不同的用途配備不同的脫扣器。圖1-30(b)是體現(xiàn)了斷路器不同功能的完整的圖形符號表示形式。

圖1-30斷路器的圖形符號和文字符號

自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送控制指令的電器稱為主令電器。常用的主令電器有控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關等幾種。

1.7.1控制按鈕

控制按鈕是一種結構簡單、使用廣泛的手動主令電器，通常用作短時接通或斷開小電流的控制電路?？刂瓢粹o是由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成的，通常做成具有常開觸點和常閉觸點的復合式結構形式，如圖1-31所示。當按下按鈕帽時，常閉觸點先斷開，常開觸點再接通；按鈕釋放后，在復位彈簧的作用下，按鈕觸點自動復位的先后順序相反。

1.7主令電器

控制銨鈕的種類很多，在結構上有指示燈式、緊急式、旋鈕式、撳鈕式、鑰匙式等控制按鈕。指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊急操作；旋鈕式按鈕是用手扭動旋鈕來進行操作的。按鈕帽有多種顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。按鈕主要根據(jù)所需要的觸點數(shù)量、使用場合及顏色來進行選擇。

按鈕的圖形符號和文字符號如圖1-32所示。

圖1-31復合按鈕的結構圖圖1-32按鈕的圖形符號和文字符號

1.7.2萬能轉換開關

萬能轉換開關是一種多擋位、控制多回路的主令電器，由于其擋位多、觸點多，因此可控制多個電路，能適應復雜線路的要求。圖1-33(a)是LW12型萬能轉換開關的外形圖，它是由多組相同結構的觸點疊裝而成的，在觸點盒的上方有操作機構。由于扭轉彈簧的儲能作用，操作呈現(xiàn)了瞬時動作的性質(zhì)，故觸點分斷迅速，不受操作速度的影響。圖1-33(b)是轉軸旋轉90°前后，萬能轉換開關觸點通斷的示意圖。圖1-33

LW12型萬能轉換開關

萬能轉換開關在電氣原理圖中的表示方法，如圖1-34所示。圖1-34(a)為圖形表示形式，圖1-34(b)為表格