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1、低压电器基础知识低压电器基础知识常用低压继电保护电器常用低压继电保护电器 低压电器分类及产品型号5.2.1常用低压继电保护电器的分类5.2.2低压电器的电磁机构及执行机构电气控制系统中以电磁式电器的应用最为普遍。电磁式低压电器是一种用电磁现象实现电器功能的电器类型，此类电器在工作原理及结构组成上大体相同。根据其结构组成，电磁式低压电器的分类如下：电磁机构执行机构交流直流触头系统灭弧系统1.电磁机构电磁机构为电磁式电器的感测机构，它的作用是将电磁能量转换为带动触头动作的机械能量，从而实现触头状态的改变，完成电路通、断的控制。电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等几部分组成，其工作原理是：线圈通过工作电
2、流产生足够的磁动势，在磁路中形成磁通，使衔铁获得足够的电磁力用以克服反作用力与铁心吸合，由连接机构带动相应的触头动作。2.触头系统触头作为电器的执行机构，起着接通和分断电路的重要作用，必须具有良好的接触性能，故应考虑其材质和结构设计。对于电流容量较小的电器，如机床电气控制线路所应用的接触器、继电器等，常采用银质材料作触头，其优点是银的氧化膜电阻率与纯银相近，与其他材质（比如铜）相比，可以避免因长时间工作，触头表面氧化膜电阻率增加而造成触头接触电阻增大。触头系统的结构如图5.4所示，可分为桥式和指式两种。其中桥式触头又分为点接触式和面接触式。图5.4触头系统的结构(a)点接触式；(b)面接触式；
3、(c)指式3.灭弧系统（1）电弧产生的条件：当被分断电路的电流超过0.251A，分断后加在触头间隙两端的电压超过1220V（根据触头材质的不同取值）时，在触头间隙中会产生电弧。（2）电弧的实质：电弧是一种气体放电现象，即触头间气体在强电场作用下产生自由电子，正、负离子呈游离状态，使气体由绝缘状态转变为导电状态，并伴有高温、强光。（3）熄弧的主要措施有机械性拉弧、窄缝灭弧和栅片灭弧三种。机械性拉弧：分断触点时，迅速增加电弧长度，使单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而熄弧,如图5.5所示。窄缝灭弧：依靠磁场的作用，将电弧驱入耐弧材料制成的窄缝中，以加快电弧的冷却,如图5.6所示。这种灭弧装置多用
4、于交流接触器。栅片灭弧：分断触点时，产生的电弧在电动力的作用下被推入彼此绝缘的多组镀铜薄钢片（栅片）中，电弧被分割成多组串联的短弧。图5.5机械性拉弧图5.6窄缝灭弧装置图5.7栅片灭弧示意图5.2.3开关电器1.常用刀开关(1)胶盖开关。胶盖开关是一种带熔断器的开启式负荷开关，如图5.8所示。(2)铁壳开关。铁壳开关是带灭弧装置和熔断器的封闭式负荷开关，其图形符号及文字符号与胶盖开关相同。(3)刀开关的类别和型号含义。图5.8HK系列瓷底胶盖刀开关(a)外形图；(b)、(c)刀开关图形及文字符号刀开关的型号含义如下：2.组合开关组合开关又称转换开关，其操作较灵巧，靠动触片的左右旋转来代替闸刀
5、开关的推合与拉开。(1)组合开关的作用。(2)组合开关的结构组成。(3)组合开关的类型、图形和文字符号。图5.9HZ10-10/3型组合开关结构(a)外形；(b)结构图5.10组合开关的图形和文字符号(a)单极；(b)三极3.低压断路器1)低压断路器的结构与原理低压断路器主要由三部分组成:触头和灭弧系统,各种脱扣器（包括电磁脱扣器、欠压脱扣器、热脱扣器），操作机构和自由脱扣机构（包括锁链和搭钩）。低压断路器的按钮和触头接线柱分别引出壳外，其余各组成部分均在壳内。低压断路器的工作原理如图5.11所示。图5.11低压断路器原理及符号(a)原理图；(b)符号2)低压断路器的常见故障与排除(1)产生触
6、头不能闭合故障的原因有：欠压脱扣器11无电压或线圈损坏，则衔铁10不闭合，使搭钩被顶无法锁住锁链。反作用弹簧力过大，机构不能复位再行锁扣。(2)产生自动脱扣器不能使开关分断故障的原因有：反作用弹簧1弹力不足。贮能弹簧9弹力不足。机械部件卡阻。5.2.4接触器1.接触器的作用与分类接触器是一种可对交、直流主电路及大容量控制电路作频繁通、断控制的自动电磁式开关，它通过电磁力作用下的吸合和反力弹簧作用下的释放使触头闭合和分断，从而控制电路的通断。2.接触器的结构与原理接触器的结构如图5.12所示。其中，电磁机构包括线圈、铁心和衔铁。触头系统中的主触头为常开触点，用于控制主电路的通断;辅助触头包括常开
7、、常闭两种，用于控制电路，起电气联锁作用。其他部件还包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构和外壳等。图5.12CJ20系列交流接触器结构示意3.接触器的类型、主要技术参数及符号表示目前,我国常用的交流接触器主要有CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列。引进产品中应用较多的有施耐德公司的LC1D/LP1D系列等，该系列产品采用模块化生产，产品本体上可以附加辅助触头、通电/断电延时触头和机械闭锁等模块，也可以很方便地组合成可逆接触器、星-三角启动器。另外，常用的交流接触器还有德国BBC公司的B系列，SIEMENS公司的3TB系列等。常用的交流接触器常用的交流接触器新产品结
8、构紧凑，技术性能显著提高，多采用积木式结构，通过螺钉和快速卡装在标准导轨上的方式加以安装。交、直流接触器的主要技术参数有额定电压、额定电流、吸引线圈的额定电压等。接触器的图形及文字符号如图5.13所示。图5.13接触器的图形符号(a)线圈；(b)常开触点；(c)常闭触点现以CJ20系列为例说明接触器型号的含义:4.接触器常见故障与排除(1)触头过热。产生此故障的原因是：触头压力不足。触头接触不良。电弧将触头表面烧坏。以上三种原因会使触头接触电阻增加，使触头过热。(2)触头磨损。接触器磨损分为电气磨损和机械磨损两种。电气磨损属于正常磨损，是因电弧高温使触头金属气化蒸发而造成的。机械磨损是由触头闭
9、合时的撞击和触头表面的相对滑动摩擦造成的。(3)触头不复位。产生这种故障的原因是：触头熔焊(电弧的高温将动、静触头焊在一起而不能分断的现象称为熔焊)。反作用弹簧弹力不够。机械运动部件被卡住。铁心端面有油污。铁心剩磁太大。(4)衔铁振动噪声。产生这种故障的原因是：短路环损坏。动、静铁心由于衔铁歪斜或端面有污垢而造成接触不良。活动部件卡阻而使衔铁不能完全吸合。(5)线圈过热或烧毁。产生这种故障的原因是：线圈匝间短路。动、静铁心端面变形或有污垢，闭合后有间隙。操作过于频繁。外加电压高于线圈额定电压，电流过大，产生热效应，严重时会烧毁线圈。5.2.5继电器1.继电器的结构、作用1)继电器的结构继电器的
10、结构和工作原理与接触器相似，也是由电磁机构和触点系统组成的，但继电器没有主触点，其触点不能用来接通和分断负载电路，而均接于控制电路，且电流一般小于，故不必设灭弧装置。2)继电器的作用继电器主要用于进行电路的逻辑控制，它根据输入量（如电压或电流），利用电磁原理，通过电磁机构使衔铁产生吸合动作，从而带动触点动作，实现触点状态的改变，使电路完成接通或分断控制。2.常用继电器继电器应用广泛，种类繁多，下面仅介绍常用的几种。1)热继电器(1)热继电器的作用。在电力拖动控制系统中，热继电器是对电动机在长时间连续运行过程中过载及断相起保护作用的电器。(2)热继电器的结构组成。热继电器由双金属片、热元件、动作
11、机构、触头系统、整定调整装置和手动复位装置组成，如图5.14所示。(3)热继电器的工作原理。如图5.15所示，电动机工作运行时，电动机绕组电流流过与之串接的热元件。图5.14热继电器结构图图5.15热继电器工作原理示意图(4)热继电器的型号、图形及文字符号。目前我国生产并广泛使用的热继电器主要有JR16、JR20系列；引进产品有施耐德公司的LR2D系列，其特点是具有过载与缺相保护、测试按钮、停止按钮，还具有脱扣状态显示功能以及在湿热的环境中使用的强适应性。以JR20系列为例，其型号含义如下：图5.16热继电器的图形及文字符号(a)热元件；(b)常闭触点(5)热继电器的主要参数及选用。热继电器的
12、整定电流：指热元件在正常持续工作中不引起热继电器动作的最大电流值。热继电器额定电流：指热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。热元件的额定电流：指热元件的最大整定电流值。2)时间继电器时间继电器是一种按时间原则进行控制的继电器。它利用电磁原理，配合机械动作机构能实现在得到信号输入（线圈通电或断电）后的预定时间内的信号的延时输出（触点的闭合或断开）。时间继电器种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。下面以空气阻尼式时间继电器为例进行讲述。(1)通电延时型：线圈通电，延时一定时间后延时触点才闭合或断开；线圈断电，触点瞬时复位。(2)断电延时型：线圈通电，延时触点瞬时闭合或断开
13、；线圈断电，延时一定时间后延时触点才复位。JS7-A系列时间继电器由电磁机构、工作触头、气室三部分组成，其工作原理如图5.17所示。图5.17JS7-A系列时间继电器工作原理(a)通电延时型；(b)断电延时型图5.17(a)中的微动开关16为时间继电器瞬动触头，线圈1通电或断电时，该触头在推板5的作用下均能瞬时动作。断电延时型时间继电器的原理与结构均与通电延时型时间继电器相同，只是电磁机构翻转180安装。现以我国生产的新产品JS23系列为例说明时间继电器的型号意义：图5.18时间继电器的图形符号(a)线圈一般符号；(b)通电延时线圈；(c)断电延时线圈；(d)延时闭合常开触点；(e)延时断开常
14、闭触点；(f)延时断开常开触点；(g)延时闭合常闭触点；(h)瞬时常开触点；(i)瞬时常闭触点3)电流、电压继电器根据输入线圈电流（或电压）大小而动作的继电器称为电流（或电压）继电器。(1)电流继电器。电流继电器线圈与被测电路串联，以反应电路电流的变化。电流继电器可分为以下两种。过电流继电器：当电路过流或发生短路时立即切断电路。欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路。(2)电压继电器。电压继电器也可分为以下两种。过电压继电器：整定范围为105120UN。欠电压继电器：吸合电压调整范围为3050UN。下面以JL18系列电流继电器为例，说明电流、电压继电器的型号意义：4)中间继电器中间继电器的
15、作用是将一个输入信号变成多个输出信号，当其他继电器的触头对数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩充它们，起到中间转换的作用。5)速度继电器速度继电器根据电磁感应原理制成，主要作用是在三相交流异步电动机反接制动控制电路中作转速过零的判断元件。图5.19所示为速度继电器的结构原理图，由图可知，速度继电器主要由以下三部分组成：(1)转子：为圆柱形永久磁铁。(2)定子：为笼型空心绕组。(3)触点：包括动断、动合触点。图5.19速度继电器结构原理图5.20速度继电器的图形及文字符号(a)转子；(b)常开触点；(c)常闭触点5.2.65.2.6 主令电器主令电器一、按钮按钮是一种手动且可以自动复位的主令
16、电器。结构示意图、图形与文字符号见P.20 图1-19按钮的选择原则（1）根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，防腐式。（2）根据用途，选用合适的形式，如钥匙式，紧急式，带灯式。（3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。（4）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色。二、位置开关位置开关:又称行程开关或限位开关，种类很多，按运动形式分为直动式，旋转式，微动式；按触头的性质分为有触头式和无触头式。行程开关:主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程。接近开关:又称无触头行程开关，是当运动的金属片与开关接近到一定距离发出接近信
17、号，以不直接接触方式进行控制。接近开关接近开关5.2.75.2.7 熔断器熔断器 一、熔断器的结构原理及分类熔断器是低压电路及电动机控制电路中用作短路保护的电器，它串联在线路中，当线路或电气设备发生短路（或严重过流）时，熔断器中的熔体首先因电路电流增大而过热熔断，自动切断电路，以保护电气设备。二、熔断器的主要参数额定电压熔体额定电压熔断器额定电流三、常用的熔断器1、插入式熔断器2、螺旋式熔断器3、封闭管式熔断器4、自复式熔断器5、高分断能力熔断器四、熔断器的应用举例与参数选择对于单台运行的电动机，FU的额定电流选电动机额定电流的1.5-2.5倍左右；对于多台运行的电动机，FU的额定电流考虑其他电动机运行时（IN和），最大容量的电动机起动（1.5-2.5倍IN）；对于电热设备等FU的选择只要大于负载电流，考虑线路的承受能力即可。上下级配合电流比不小于1.6：1 插入式熔断器插入式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器无填料密封式式熔断器无填料密封式式熔断器有填料式密封式熔断器有填料式密封式熔断器结束结束