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1、2.1 低压开关及低压断路器1）.低压手控开关低压开关也称低压隔离器。低压隔离器是低压电器中结构比较简单、应用十分广泛的一类手动操作电器，品种主要有低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组合而成，故兼有两者的功能，即电源隔离和电路保护功能，可分断一定的负载电流。第1页/共64页刀开关又称闸刀开关，是一种应用最广泛、结构最简单的手动接通和断开交、直流电路的配电电器。它在低压电路中，通常作为隔离电路与电源的开关使用。用于不频繁的接通与分断电路。胶壳刀开关 胶壳刀开关的结构图1上胶盖 2下胶盖
2、3插座 4触刀 5瓷柄6胶盖紧固螺母 7出线座 8熔丝 9触刀座10瓷底板 11进线座 胶壳刀开关的图形、文字符号 第2页/共64页铁壳开关 操作机构具有两个特点：一是采用储能合闸方式，在手柄转轴与底座间装有速断弹簧，以执行合闸或分闸，在速断弹簧的作用下，动触刀与静触刀分离，使电弧迅速拉长而熄灭；二是具有机械联锁，当铁盖打开时，刀开关被卡住，不能操作合闸。铁盖合上，操作手柄使开关合闸后，铁盖不能打开。铁壳开关的结构图1触刀 2夹座 3熔断器 4速断弹簧 5转轴 6手柄 第3页/共64页2）.低压断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、低压断路器又称自动空气开关或自动开关。
3、它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护、动作值可调、分断能力高的电器。载和短路保护、动作值可调、分断能力高的电器。低压断路器与接触器不同的是：接触器允许频繁地接通和分低压断路器与接触器不同的是：接触器允许频繁地接通和分断电路，但不能分断短路电流；而低压断路器不仅可分断额断电路，但不能分断短路电流；而低压断路器不仅可分断额定电流、一般故障电流，还能分断短路电流，但单位时间内定电流、一般故障电流，还能分
4、断短路电流，但单位时间内允许的操作次数较低。允许的操作次数较低。第4页/共64页低压断路器由操作机构、触头、保护装置（各种脱扣器）、低压断路器由操作机构、触头、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。工作原理图如图所示。灭弧系统等组成。工作原理图如图所示。低压断路器工作原理图1主触头 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6欠电压脱扣器 7起动按纽 低压断路器的图形、文符号 第5页/共64页工作原理低压断路器的主触头是靠手动操作或电动合闸的。低压断路器的主触头是靠手动操作或电动合闸的。主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。过电流主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头
5、锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器器3 3的衔铁吸合，使自由脱扣机构的衔铁吸合，使自由脱扣机构2 2动作，主触头断开主电路。当动作，主触头断开主电路。当电路过载时，热脱扣器电路过载时，热脱扣器5 5的热元件发热使双金属片向上弯曲，推的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器6 6的衔铁的衔铁释放，
6、也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器释放，也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器4 4则作为远距离控制则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要远距离控制时，按用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要远距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构2 2动作，使主动作，使主触头断开。触头断开。第6页/共64页3）.主令开关主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其他电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、
7、主令控制器及其他主令电器（如脚踏开关、钮子开关、紧急开关）等。第7页/共64页起动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。起动按钮的按钮帽采用绿色。停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。停止按钮的按钮帽采用红色。复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触头先后复位。按纽的结构图1、2常闭静触头 3、4常开静触头5桥式触头 6 按纽帽 7复位弹簧 按纽的图形、文字符号a）起动按纽 b）停止按纽 c）复合按纽 第8页/共64页位置开关是利用运动部件的行程位置实现控制的
8、电器元件。常用于自动往返的生产机械中。按结构不同可分为直动式、滚轮式、微动式，如图所示。位置开关的结构、工作原理与按钮相同。区别是位置开关不靠手动而是利用运动部件上的挡块碰压而使触头动作，有自动复位和非自动复位两种。位置开关的图形、文字符号a）常开触头 b）常闭触头 第9页/共64页 位置开关的结构图 b）滚动式1滚轮 2上转臂3、5、11弹簧4套架 6、9压板 7触头8触头推杆 10小滑轮 a）直动式1顶杆 2弹簧3常闭触头4触头弹簧5常开触头 c）微动式1推杆2弯形片状弹簧3常开触头 4常闭触头 5恢复弹簧 第10页/共64页万能转换开关万能转换开关万能转换开关是一种有更多触头、更多位置式
9、和能控制多个回路的主今电器。由于它有更多层数与各种不同形状的凸轮组成多挡式，可换接的线路多，适于各种复杂控制电路要求，故称为“万能”。万能转换开关是一种不作频繁操作的手动电器。一般作为各种配电装置的远距离控制和电压表、电流表的换相开关，也可用于小容量电动机的起动调速和换向。常用的万能转换开关有LW2、Lw4、Lw5、Lw6等系列。典型的Lw6系列开关是由数个触头座、凸轮、转轴、手柄、定位机构等组成。第11页/共64页万能转换开关一般由110层触头底座叠装成，每层均可装二对触头，由触头底座中间的凸轮进行控制这三对触头的接通和断开。每层凸轮可制成不同形状。它的操作位置有212个当手柄转到不同位置时
10、通过凸轮的作用，可使各对触头按所需的规律接通或分断。以达到控制的要求。其某一层结构示意图见图。触头底座排列型式有单列式、双列式和三列式。Lw6系列万能转换开关可装成双列式，其列与列间用齿轮啮合，并由公共手柄进行操作，双列式触头对数比单列式增加一倍，此种转换开关装入的触头数可多达60对。第12页/共64页LW8型万能转换开关的图形符号和触点合断表。图形符号中有4个回路，4个挡位连线下有黑点“”的，表示这条电路是接通的。在触点合断表中用“”表示被接通的电路，空格表示转换开关在该位置时此路是断开的。图形符号文字符号SA第13页/共64页 主令控制器是按照预定程序转换控制电路的主令电器，其结构和凸轮控
11、制器相似，只是触头的额定电流较主令控制器是按照预定程序转换控制电路的主令电器，其结构和凸轮控制器相似，只是触头的额定电流较小。小。当电动机容量较大，工作繁重，操作频繁，调速性能要求较高时，往往采用主令控制器操作。由主令控制当电动机容量较大，工作繁重，操作频繁，调速性能要求较高时，往往采用主令控制器操作。由主令控制器的触头来控制接触器，再由接触器来控制电动机。这样，触头的容量可大大减小，操作更为轻便。器的触头来控制接触器，再由接触器来控制电动机。这样，触头的容量可大大减小，操作更为轻便。第14页/共64页凸轮控制器的图形、文字符号 凸轮控制器结构图1静触头 2动触头 3触头弹簧4弹簧 5滚子 6
12、方轴 7凸轮 第15页/共64页第16页/共64页2.2 熔断器熔断器是最常见、最简单的保护装置。它串接在被保护的电路中，主要用作短路保护。1）.熔断器的结构及工作原理 熔断器主要由熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)组成。熔体一般由熔点较低、电阻率较高的合金或铅、锌、铜、银、锡等金属材料制成丝或片状。熔管是由陶瓷、玻璃纤维等绝缘材料做成，在熔体熔断时还兼有灭弧作用。在线路正常工作时，因发热温度低于熔化温度，熔断器的熔体长期不熔断。一旦电路发生短路由于电流热效应，使熔体温度急剧上升，超过其熔点而立即熔断，以及时切断电路，达到保护电路和电气设备目的。第17页/共64页熔体的额定电流是指允
13、许长期通过熔休而不熔断的电流。电流通过熔体时产生的热量是与电流的平方和时间成正比的。当熔体流过1.25倍额定电流时，熔体长期不熔断;当电流达1.6倍额定电流时约1h熔断；达两倍额定电流时30一40s熔断；达810倍额定电流时，熔体瞬间(1s)熔断。即流过熔体的电流越大，熔断的时间越短，两者的关系具有反时限特性，称为熔断器的保护特性。如图所示。由此可见，熔断器作为短路保护是很有效的。但却不适宜作电动机的过载保护。2）.熔断器的保护特性第18页/共64页1.安秒特性 熔断器的熔体串联在被保护电路中。当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而长期不熔断；当电路严重过载时，熔体能在较短时间内熔断；
14、而当电路发生短路故障时，熔体能在瞬间熔断。熔断器的特性可用通过熔体的电流和熔断时间的关系曲线来描述，如图.2.极限分断能力 通常是指在额定电压及一定的功率因数（或时间常数）下切断短路电流的极限能力，常用极限断开电流值（周期分量的有效值）来表示。熔断器的极限分断能力必须大于线路中可能出现的最大短路电流。第19页/共64页3)熔断器的类型 常用的熔断器产品类型有四种：(1)瓷插(插入)式熔断器，是最常见、结构简单的熔断器。常用产品有RC1A系列，广泛用于低压分支电路的短路保护。(2)螺旋式熔断器，由熔断管、瓷制底座、瓷帽及瓷套等组成。熔断管端带有色标指示，便于发现更换熔体，使用更安全、方便。常用的
15、产品有RL1、RLS系列。多用于机床配线中作短路保护。RLS系列为快速螺旋式。熔断器的图形与文字符号见图 第20页/共64页 (3)封闭管式熔断器 此种结构熔断器分为有填料、无填料和快速三种。RT0系列为有填料封闭管式，熔管内装有熔丝并装满石英砂。其灭弧能力强，断流能力大，用于有较大短路电流的电力输配电系统中。配M10系列为无填料封闭管式，用于低压电力系统和成套配电设备中。RS0系列是快速熔断器主要用于整流管和成套设备中。第21页/共64页 (4)RZl型自复式熔断器 它是一种新型熔断器，以金属钠作熔体，其熔点低、易气化。常温下钠的电阻很小，正常工作电流易通过。当发生短路时，温度急剧升高，固态
16、钠迅速气化、而气态钠电阻很高，从而限制短路电流通过，达到短路保护目的。当短路故障消除温度降低后，钠又恢复为固态，又可保持良好的导电性。所以，自复式熔断器不用更换熔体，第22页/共64页第23页/共64页熔断器的主要技术参数有额定电压，额定电流和熔断器的主要技术参数有额定电压，额定电流和熔体的额定电流等级。熔体的额定电流等级。熔断器用于不同性质的负载，其熔体额定电流的选用熔断器用于不同性质的负载，其熔体额定电流的选用方法也不同。方法也不同。（1 1）.熔断器类型选择熔断器类型选择 其类型应根据线路的要求、使用场合和安装条件选择。其类型应根据线路的要求、使用场合和安装条件选择。（2 2）.熔断器额
17、定电压的选择熔断器额定电压的选择 其额定电压应大于或等于线路的工作电压。其额定电压应大于或等于线路的工作电压。（3 3）.熔断器额定电流的选择熔断器额定电流的选择 其定额电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。其定额电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。4）.熔断器的选用第24页/共64页（4）.熔体额定电流的选择 对于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。在配电系统中，远离电源端的前级熔断器应先熔断。所以一般后一级熔体的额定电流比前一级熔体的额定电流至少大一个等级，以防止熔断器越级熔断而扩大停电范围。保护单台电动机时，考虑到电动机受起动电流的冲击，可按下式
18、选择：第25页/共64页 保护多台电动机，可按下式选择：保护多台电动机，可按下式选择：I INMAXNMAX 容量最大的一台电动机的额定电流 IIN N其余电动机额定电流之和 熔断器一般做成标准熔体。更换熔片或熔丝时应切断电源，并换上相同额定电流的熔体，不得随意加大、加粗熔体或用粗铜线代替。第26页/共64页熔断器的使用在使用中，主要是熔体额定电流的选用，方法如下：(1)在照明和电热电路中，熔体额定电流应稍大于线路负载的电流。(2)对于单台电动机，熔体的额定电流应是电动机额定电流的1.53倍，也可按电动机起动电流的一半来选用。(3)对于多台电动机线路，熔体额定电流应是其中容量最大一台电动机的额
19、定电流的1.53倍再加上其余各台电动机额定电流之和。第27页/共64页2.3 热继电器热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发热状态的控制。热继电器还常和交流接触器配合组成电磁起动器，广泛用于三相异步电动机的长期过载保护。第28页/共64页工作原理：在图中发热元件通电发热后，主双金属片受热向左弯曲，推动导板向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。第29页/共64页（a）感受
20、部分结构示意 （b）图文符号热继电器 热继电器原理图1热元件 2双金属片 3导板 4触头 第30页/共64页为什么启动时热继不动作？第31页/共64页由于热继电器是间接受热而动作的，它的热惯性较大,要靠双金属片缓慢弯曲而动作,不能立即动作。虽然电动机起动时电流大、但因起动过程短，经发热元件的电流只在短时间内超过整定值几倍。双金属片弯曲程度不足以使其动作，否则电动机将无法起动。第32页/共64页反之，在电动机工作中发生过载现象。虽电流超过整定值不多，但因时间长也会使热继电器动作。由此可见，热继电器与熔断器的保护作用是不同的。热继电器只能作过载保护而不能作短路保护，而熔断器则相反，所以在控制电动机
21、的电路中，尤其是容量较大电动机，应该两种保护全具备。第33页/共64页热继电器主要是依据电动机的额定电流来确定其型号和热元件电流等级的。一般选用热继电器的整定电流应等于电动机的额定电流。对于星形联结的电动机可用两相或三相结构式的，而三角形联结的电动机应选带断相保护的热继电器。两相或三相结构式的热继电器是根据热元件数量而定的。第34页/共64页带断相保护的热继电器对于三相感应电动机。定子绕组为联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。因为将热继电器的热元件串接在联结的电动机的电源进线中，并且按电动机的额定电流来选择热继电器、当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障
22、相电流将超过电流较大的那一相绕组的故障相电流将超过额定相电流。额定相电流。但由于热元件串接在电源进线中，所以热继电器不会动作。但对电动机来说就有过热危险了。第35页/共64页断相保护原理第36页/共64页图形、文字符号第37页/共64页2.4 信号继电器温度传感器(a)双金属片式温度继电器热继电器只在电动机过载时能够起保护作用。当由于电源电压等原因引起电动机的绕组温度升高时，热继电器就不起作用。第38页/共64页温度继电器：双金属片式温度继电器；与热继电器工作原理相近。第39页/共64页 Jw2型温度继电器就是双金属片式温度继电器的一种。它在结构上是封闭式的，一般被埋设在电动机的定子槽内、绕组
23、端部或者绕组侧旁，以及其他需要保护处，甚至可以置于介质当中，以防止电动机因过热而被烧坏。第40页/共64页(b)热敏电阻式温度继电器：正温度系数半导体热敏电阻具有正温度系数的半导体热敏电阻是种新型半导体器件，它是以钛酸钡(BaTi03)为主体，再加上碳酸锶SrC03)、氧化铅(Pb304)、二氧化钛(Ti02)和某几种镧系元素氧化物以及草酸盐等，经高温烧结而成的复合钛酸盐N型半导体。第41页/共64页 继电器外形同一般晶体管时间继电器相似。在正常情况下，电动机绕组的温度低于其容许温度。此时，热敏电阻Rm的阻值很小，所以有一较大的电流通过电磁式继电器的线圈，继电器处于接通状态，其常开触头将接触器
24、的线圈电路接通。一旦电动机起动并正常运行后绕组的温度超过了容许值，热敏电阻的阻值便突然剧增(约增大数十倍)，使继电器线圈电流锐减，衔铁释放，触头分断，切除接触器线圈的电源。从而保护了电动机。第42页/共64页图形及文字符号与电压、电流继电器的符号相同，符号旁再增加字母。（见图2-26）第43页/共64页速度继电器：速度继电器：感应式速度继电器利用电磁感应原理速度继电器结构原理图1转子 2电动机轴 3定子 4绕组5定子柄 6静触头 7动触头 8簧片 第44页/共64页速度继电器的图形、文字符号a）转子 b）常开触头 c）常闭触头 第45页/共64页压力继电器：液体压力克服弹簧弹力使橡皮膜上凸；带
25、动滑杆使微动开关动作。第46页/共64页液位继电器：通过浮球随液位变化，使微动开关、霍尔器件、光电器件等输出液位信号。干簧继电器：密封的玻璃管中安装有导磁簧片。第47页/共64页2.5 漏电保护开关随着工农业生产技术的不断发展，电器设备和日用电器用得愈来愈普遍，因此，如何确保用电安全、防止发生触电事故，已经成为电气设计中必须考虑的内容。漏电保护器是最常用的一种漏电保护电器。当低压电网发生人身触电或设备漏电时，漏电保护器能迅速自动切断电源，从而避免造成事故。第48页/共64页 根据多年来的研究，绝大多数触电死亡事故是人的心脏发生心室纤维性颤动所致，而这种颤动又同通过心脏的电流值大小有关。实际上触
26、电事故的状态不仅同电流值有关，而且同电流通过的时间有关，所以目前常取此两者之乘积作为安全范围。目前世界各国普遍以30毫安秒作为触电安全电流的临界值。安全电流的临界值第49页/共64页安全电压的临界值触电事故不仅同电压值有关，而且同电压作用的时间有关。见表2-10第50页/共64页电压动作型漏电保护的原理 用电设备的金属外壳在正常情况下是不带电的，假如设备中的电气绝缘损坏了，由于漏电的缘故，其金属外壳就带上了电，出现一定的故障电压。这样，只要在该金属外壳和一专门的接地线之间串入一个线圈以检测故障电压，并将检测所得的信号加以放大，来控制脱扣机构，便主开关跳闸，那就可以实现漏电保护。第51页/共64
27、页电流动作型漏电保护的原理 在正常情况下电源各相电流的矢量和为零，而在对地无漏电电流时，线路负载端的各相电流的矢量和也为零，即不存在零序电流。如果负载端对地有漏电电流，则必然要出现零序电流。于是，通过零序电流互感器检测出零序电流，再将此信号加以放大，来控制脱扣机构，使主开关跳闸，同样也能实现漏电保护。第52页/共64页 电流动作型的检测元件是零序电流互感器，它在结构上是由环形铁心或其他形式铁心、穿过铁心的主电路导线。对三相电路而言包括三根相线与一根零线；对单相电路而言是一根火线和一根地线；初级绕组以及输出信号的次级绕组所组成。第53页/共64页 在正常情况下，主电路三相电流的矢量和为零 次级绕
28、组无信号输出。一旦发生漏电或触电情况，主电路的三相平衡状态被破坏，其各相电流的矢量和不再为零，而是等于漏电电流Is，即 第54页/共64页零序电流互感器的铁心被漏电电流所激励，产生了磁通，使次级绕组产生感应电压，该电压就是触动整个漏电保护装置动作的触发信号。第55页/共64页 电磁式电流型漏电保护器由开关装置、试验回路、电磁式漏电脱扣器和零序电流互感器组成。其结构如图所示。第56页/共64页电磁式电流型漏电保护器工作原理图1电源变压器 2主开关 3试验回路4零序电流互感器 5电磁式漏电脱扣器 第57页/共64页第58页/共64页第59页/共64页第60页/共64页第61页/共64页第62页/共64页习题与思考？2.1 2.52.62.82.11第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页