低压元器件的识别与使用

图4－6　组合开头的型号含义

组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。其中额定电流有10 A、25 A、60 A等几级。全国统一设计的常用产品有HZS、HZ10系列和新型组合开关HZ15等系列。

三、熔断器

熔断器是一种广泛应用的简单而有效的保护电器。在使用中，熔断器中的熔体(也称保险丝)串联在被保护的电路中，当该电路发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过了某一值，在熔体上产生的热量便会使其温度升高到熔体的熔点，导致熔体自行熔断，达到保护的目的。

1.熔断器的结构与工作原理

熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管或熔座两部分组成。熔体由熔点较低的材料如铅、锌、锡及铅锡合金做成丝状或片状。熔管是熔体的保护外壳，由陶瓷、绝缘刚纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼起灭弧作用。

熔断器熔体中的电流为熔体的额定电流时，熔体长期不熔断;当电路发生严重过载时，熔体在较短时间内熔断;当电路发生短路时，熔体能在瞬间熔断。熔体的这个特性称为反时限保护特性，即电流为额定值时长期不熔断，过载电流或短路电流越大，熔断时间越短。由于熔断器对过载反应不灵敏，不宜用于过载保护，主要用于短路保护。

常用的熔断器有瓷插式熔断器和螺旋式熔断器两种，它们的外形结构和符号如图4－7所示。

图4－7　熔断器外形结构及符号

a)1—动触片　2—熔体　3—瓷盖　4—瓷底　5—静触点　6—灭弧室
b)1—瓷帽　2—小红点标志　3—熔断管　4—瓷套　5—下接线端　6—瓷底座　7—上接线端

2.熔断器的选择

熔断器的选择主要是选择熔断器的种类、额定电压、额定电流和熔体的额定电流等。熔断器的种类主要由电气控制系统整体设计时确定，熔断器的额定电压应大于或等于实际电路的工作电压，因此确定熔体电流是选择熔断器的主要任务，具体有下列几条原则。

1)电路上下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6∶1。

2)对于照明线路或电阻炉等没有冲击性电流的负载，熔体的额定电流(IfN)应大于或等于电路的工作电流(Ie)，即IfN≥Ie。

3)保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流应满足:

IfN≥(1.5－2.5)IN。

4)保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时启动，熔体的额定电流应满足:

四、主令电器

主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制。其主要类型有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、凸轮控制器等。

(一)控制按钮

控制按钮是一种典型的主令电器，其作用通常是用来短时间地接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。

1.控制按钮的结构与符号

常用控制按钮的外形结构与符号如图4－8所示。

图4－8　常用控制按钮的结构与符号

典型控制按钮的内部结构如图4－9所示。

图4－9　典型控制按钮的内部结构图

1—按钮帽　2—复位弹簧　3—桥式触头　4—常闭触头或动断触头　5—常开触头或动合触头

2.控制按钮的种类及动作原理

(1)按结构形式分类

1)旋钮式:用手动旋钮进行操作。

2)指示灯式:按钮内装入信号灯显示信号。

3)紧急式:装有蘑菇形钮帽，以示紧急动作。

(2)按触点形式分类

1)动合按钮:外力未作用时(手未按下)，触点是断开的，外力作用时，触点闭合，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复原来的断开状态。

2)动断按钮:外力未作用时(手未按下)，触点是闭合的，外力作用时，但外力消失后在复位弹簧作用下恢复原来的闭合状态。

3)复合按钮:既有动合按钮，又有动断按钮的按钮组，称为复合按钮。按下复合按钮时，所有的触点都改变状态，即动合触点要闭合，动断触点要断开。但是，两对触点的变化是有先后次序的，按下按钮时，动断触点先断开，动合触点后闭合;松开按钮时，动合触点先复位，动断触点后复位。

3.控制按钮的型号含义

按钮开关型号表示方法及含义如图4－10所示。

图4－10　按钮开头的型号含义

(二)行程开关

某些生产机械的运动状态的转换是靠部件运行到一定位置时由行程开关发出信号进行自动控制的。例如，行车运动到终端位置自动停车，工作台在指定区域内的自动往返移动，都是由运动部件运动的位置或行程来控制的，这种控制称为行程控制。

行程控制是以行程开关代替按钮用以实现对电动机的起动和停止控制，可分为限位断电、限位通电和自动往复循环等控制。

1.行程开关的外形结构及符号

机械式行程开关的外形结构如图4－11 a)所示，行程开关的图形符号如图4－11 b)，其文字符号为SQ。

图4－11　行程开关的外形结构及图形符号

2.行程开关的工作原理

行程开关的工作原理如图4－12所示，当生产机械的运动部件到达某一位置时，运动部件上的挡块碰压行程开关的操作头，使行程开关的触头改变状态，对控制电路发出接通、断开或变换某些控制电路的指令，以达到设定的控制要求。

图4－12　行程开头的动作原理图

1、7—滚轮　2—杠杆　3—轴　4—复位弹簧　5—撞块　6—微动开关　8—动触头　9—静触头

3.行程开关的型号含义

行程开关的型号含义如图4－13所示。

图4－13　行程开关的型号含义

4.3　接触器

接触器是一种适用于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交直流主电路及大容量控制电路的自动控制开关电器，主要应用于自动控制交直流电动机，电热设备，电容器组等设备，应用十分广泛。

接触器具有强大的执行机构，大容量的主触头及迅速熄灭电弧的能力。当系统发生故障时，能根据故障检测元件所给出的动作信号，迅速、可靠地切断电源，并有低压释放功能。与保护电器组合可构成各种电磁起动器，用于电动机的控制及保护。

接触器的分类有几种不同的方式，如按操作方式分，有电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器;按灭弧介质分，有空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等;按主触头控制的电流种类分，又有交流接触器、直流接触器、切换电容接触器等，另外还有建筑用接触器、机械联锁(可逆)接触器和智能化接触器等，建筑用接触器的外形结构与模数化小型断路器类似，可与模数化小型断路器一起安装在标准导轨上。其中应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器，简称交流接触器和直流接触器。

本节以交流接触器为例来介绍接触器的相关知识。

一、交流接触器的外形结构与符号

交流接触器的外形结构与符号如图4－14所示。

图4－14　交流接触器外形结构及符号

1—灭弧罩　2—触点压力弹簧片　3—主触点　4—反作用弹簧　5—线圈　6—短路环　7—静铁芯　8—弹簧　9—动铁芯　10—辅助动合触点　11—辅助动断触点

二、交流接触器的组成及动作原理

1.交流接触器的组成

1)电磁机构。电磁机构用来操作触点的闭合和分断，它由静铁芯、线圈和衔铁三部分组成。交流接触器的电磁系统有两种基本类型，即衔铁做绕轴运动的拍合式电磁系统和衔铁做直线运动的直线运动式电磁系统。交流电磁铁的线圈一般采用电压线圈(直接并联在电源电压上的具有较高阻抗的线圈)通以单相交流电。为减少交变磁场在铁芯中产生的涡流与磁滞损耗，防止铁芯过热，其铁芯一般用硅钢片叠铆而成;因交流接触器励磁线圈电阻较小(主要由感抗限制线圈电流)，故铜损引起的发热不多，为了增加铁芯的散热面积，线圈一般做成短而粗的圆筒形。

2)主触点和灭弧系统。主触点用以通断电流较大的主电流，一般由接触面积较大的常开触点组成。交流接触器在分断大电流电路时，往往会在动静触点之间产生很强的电弧，因此，容量较大(20 A以上)的交流接触器均装有息弧罩，有的还有栅片或磁吹熄弧装置。

3)辅助触点。辅助触点用以通断小电流的控制电路，它由常开触点和常闭触点成对组成。辅助触点不装设灭弧装置，所以它不能用来分合主电路。

4)反力装置。由释放弹簧和触点弹簧组成，且它们均不能进行弹簧松紧的调节。

5)支架和底座。用于接触器的固定和安装。

2.交流接触器的动作原理

当交流接触器线圈通电后，在铁芯中产生磁通。由此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生闭合动作，主触点在衔铁的带动下也闭合，于是接通了主电路。同时衔铁还带动辅助触点动作，使原来打开的辅助触点闭合，并使原来闭合的辅助触点打开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在释放弹簧的作用下打开，主副触点又恢复到原来状态。

交流接触器动作原理如图4－15所示。

图4－15　交流接触器动作原理图

1—主触头　2—动触头　3—电磁线圈　4—静铁芯

三、接触器的型号含义

接触器听型号含义如图4－16所示。

图4－16　接触器的型号含义

目前我国常用的交流接触器主要有CJ20、CJXI、CJXZ、CJ12和CJ10等系列，引进产品应用较多的有引进德国BBC公司制造技术生产的B系列、德国SIEMENS公司的3TB系列、法国TE公司的LCI系列等。

四、交流接触器的选择

1)接触器的类型选择。根据接触器所控制的负载性质来选择接触器的类型。

2)额定电压的选择。接触器的额定电压应大于或等于负载回路的电压。

3)额定电流的选择。接触器的额定电流应大于或等于被控回路的额定电流。

对于电动机负载可按下述公式计算:

Ic=PN×103/KUN，

式中，Ic为接触器主触头电流，单位为A;PN为电动机的额定功率，单位为W;UN为电动机的额定电压，单位为V;K为经验系数，一般取1～1.4。

选择接触器的额定电流应大于Ic，也可查手册根据其技术数据确定。接触器如使用在频繁起动、制动和正反转的场合时，一般其额定电流降一个等级来选用。

4)吸引线圈的额定电压选择吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的电压相一致。

5)接触器的触头数量、种类应选择其触头数量和种类满足主电路和控制线路的要求。

五、接触器常见故障分析

1.触头过热

造成触头发热的主要原因有:触头接触压力不足;触头表面接触不良;触头表面被电弧灼伤烧毛等。

2.触头磨损

触头磨损有两种:一种是电气磨损，由触头间电弧或电火花的高温使触头金属气化和蒸发所造成;另一种是机械磨损，由触头闭合时的撞击，触头表面的滑动摩擦等造成。

3.线圈断电后触头不能复位

其原因有:触头熔焊在一起;铁芯剩磁太大;反作用弹簧弹力不足;活动部分机械上被卡住;铁芯端面有油污等。

4.衔铁震动和噪声

产生震动和噪声的主要原因有:短路环损坏或脱落;衔铁歪斜或铁芯端面有锈蚀、尘垢，使动、静铁芯接触不良;反作用弹簧弹力太大;活动部分机械上卡阻而使衔铁不能完全吸合等。

5.线圈过热或烧毁

线圈中流过的电流过大时，就会使线圈过热甚至烧毁。发生线圈电流过大的原因有:线圈匝间短路;衔铁与铁芯闭合后有间隙;操作频繁，超过了允许操作频率;外加电压高于线圈额定电压等。

六、交流接触器与直流接触器的比较

接触器由磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触头及基座等几部分组成。接触器的基本工作原理是利用电磁原理通过控制电路的控制和可动衔铁的运动来带动触头控制主电路通断的。交流接触器和直流接触器的结构及工作原理基本相同，但也有不同之处。

在电磁机构方面，对于交流接触器，为了减小因涡流和磁滞损耗造成的能量损失和温升，铁芯和衔铁用硅钢片叠成。线圈绕在骨架上做成扁而厚的形状，与铁芯隔离，这样有利于铁芯和线圈的散热。而对于直流接触器，由于铁芯中不会产生涡流和磁滞损耗，所以不会发热，铁芯和衔铁用整块电工软钢做成，为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成高而薄的圆筒状，且不设线圈骨架，使线圈和铁芯直接接触以利于散热。对于大容量的直流接触器往往采用串联双绕组线圈，一个为起动线圈，另一个为保持线圈，接触器本身的一个常闭辅助触头与保持线圈并联连接。在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短接，可使起动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以减少能量损耗和延长电磁线圈的使用寿命。中小容量的交直流接触器的电磁机构一般都采用直动式磁系统，大容量的采用绕棱角转动的拍合式电磁铁结构。

接触器的触头分为两类，主触头和辅助触头。中小容量的交直流接触器的主辅触头一般都采用直动式双断点桥式结构设计，大容量的主触头采用转动式单断点指型触头。交流接触器的主触头流过交流主回路电流，产生的电弧是交流电弧;直流接触器主触头流过直流主回路电流，产生的电弧是直流电弧。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧，交流接触器常采用多纵缝灭弧装置灭弧。接触器的辅助触头用于控制回路，可根据需要按使用类别选用。

4.4　继电器

继电器是一种根据某种物理量变化，使其自身的执行机构动作的电器。它由输入电路(又称感应元件)和输出电路(又称执行元件)组成，执行元件触点通常接在控制电路中。当感应元件中的输入量(如电流、电压、温度、压力等)变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通或断开控制电路，以达到控制或保护的目的。

继电器的种类很多，主要按以下方法分类。

1)按用途分为控制继电器、保护继电器等。

2)按动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器、电子式继电器等。

3)按动作信号分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、温度继电器、压力继电器等。

4)按动作时间分为瞬时继电器、延时继电器。

在电力系统中，用得最多的是电磁式继电器。本节主要讲述热继电器和时间继电器。

一、热继电器

电动机在实际运行中常遇到过载情况。若电动机过载不大，时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁，所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，是为电动机提供过载保护的保护电器。热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性，即过载电流大，动作时间短，过载电流小，动作时间长，当电动机的工作电流为额定电流时，热继电器应长期不动作。

热继电器主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。

1.热继电器的外形结构及符号

热继电器的外形结构如图4－17 a)所示，热继电器的图形符号如图4－17 b)所示，其文字符号为FR。

图4－17　热继电器外形结构及符号

1—接线柱　2—复位按钮　3—调节旋钮　4—动断触点　5—动作机构　6—热元件

2.热继电器的动作原理

热继电器动作原理如图4－18所示。

图4－18　热继电器动作原理示意图

1—推杆　2—主双金属片　3—加热元件　4—导板　5—补偿双金属片　6—静触点　7—静触点　8—复位调节螺钉　9—动触点　10—复位按钮　11—调节旋钮　12—支撑件　13—弹簧

使用时，将热继电器的三相热元件分别串接在电动机的三相主电路中，动断触点串接在控制电路的接触器线圈回路中。当电动机过载时，流过电阻丝(热元件)的电流增大，电阻丝产生的热量使金属片弯曲，经过一定时间后，弯曲位移增大，推动导板移动，使其动断触点断开，动合触点闭合，因而接触器线圈断电，接触器触点断开，电源切除，起过载保护作用。

3.热继电器的型号含义

JR16、JR20系列是目前广泛应用的热继电器，其型号含义如图4－19所示。

图4－19　热继电器的型号含义

4.热继电器的选用

选用热继电器主要考虑的因素有，额定电流或热元件的整定电流应大于被保护电路或设备的正常工作电流。作为电动机保护时，要考虑其型号、规格和特性、正常起动时的起动时间和起动电流、负载的性质等。在接线上，对星形连接的电动机可选两相或三相结构的热继电器，对三角形联结的电动机应选择带断相保护的热继电器。所选用的热继电器的整定电流通常与电动机的额定电流相等。

因此，选用热继电器应注意下列几点。

1)先由电动机额定电压和额定电流计算出热元件的电流范围，然后选型号及电流等级。例如，电动机额定电流IN=14.7 A，则可选JR0-40型热继电器;因其热元件电流IR=16 A，工作时将热元件的动作电流整定在14.7 A。

2)要根据热继电器与电动机的安装条件和环境的不同，将热元件的电流做适当调整。如高温场合，热源间的电流应放大1.05～1.20倍。

3)设计成套电气装置时，热继电器应尽量远离发热电器。

4)通过热继电器的电流与整定电流之比称为整定电流倍数。整定电流倍数越大发热越快、动作时间越短。

5)对于点动、重载起动、频繁正反转及带反接制动等运行的电动机，一般不用热继电器作过载保护。

二、时间继电器

继电器感受部分在感受到外界信号后，经过一段时间才能使执行部分动作的继电器，叫做时间继电器。即当吸引线圈通电或断电以后，其触头经过一定延时再动作，以控制电路的接通或分断。它被广泛用来控制生产过程中按时间原则制定的工艺程序，如作为绕线式异步电动机起动时切断转子电阻的加速继电器，笼型电动机Y/Δ起动等。

时间继电器的型号含义如图4－20所示。

图4－20　时间继电器的型号含义

时间继电器的种类很多，主要有电磁式、空气阻尼式、电动式、电子式等几大类。延时方式有通电延时和断电延时两种。这里我们主要介绍一下空气阻尼式时间继电器。

1.空气阻尼式时间继电器的外形结构及符号

空气阻尼式时间继电器的外形结构如图4－21(a)所示，图形符号如图4－21 b)所示，其文字符号为KT。

图4－21　时间继电器外形结构及符号

a)1—调节螺丝　2—推板　3—推杆　4—宝塔弹簧　5—电磁线圈　6—反作用弹簧　7—衔铁　8—铁芯　9—弹簧片　10—杠杆　11—延时触点　12—瞬时触点
b)1—线圈一般符号　2—断电延时型线圈　3—通电延时型线圈　4—瞬时动合触点　5—瞬时动断触点　6—延时闭合动合触点　7—延时断开动断触点　8—延时断开动合触点　9—延时闭合动断触点

空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼作用达到延时目的的。它由电磁机构、延时机构和触点组成。空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型(改变电磁机构位置，将电磁机构翻转180°安装)，当动铁芯(衔铁)位于静铁芯和延时机构之间位置时为通电延时型，当静铁芯位于动铁芯和延时机构之间位置时为断电延时型。

2.空气阻尼式时间继电器动作原理

如图4－22所示为JS7-A系列时间继电器结构示意图。

图4－22　时间继电器结构示意图

1—线圈　2—铁芯　3—衔铁　4—复位弹簧　5—推板　6—活塞杆　7—杠杆　8—塔形弹簧　9—弱弹簧　10—橡皮模　11—空气室壁　12—活塞　13—调节螺杆　14—进气孔　15、16—微动开关

现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈(1)得电后衔铁(动铁芯)(3)吸合，活塞杆(6)在塔形弹簧(8)的作用下带动活塞(12)及橡皮膜(10)向上移动，橡皮膜下方空气室变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气息大小来决定。经一段延时后活塞杆(7)通过压动微动开关(15)使其触点动作，起到通电延时的作用。当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。当线圈得电到触点动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺钉(13)调节进气孔气隙大小来改变。

断电延时型的结构、工作原理与通电延时型相似，只是电磁铁安装方向不同，即当衔铁吸合时推动活塞复位，排出空气。当衔铁释放时活塞杆在弹簧作用下使活塞向下移动，实现断电延时。

在线圈通电和断电时，微动开关(16)在推板(5)的作用下都能瞬时动作，其触点即为时间继电器的瞬时动触点。

空气阻尼式时间继电器延时时间有0.4～180 s和0.4～60 s两种规格，具有延时范围宽、结构简单、工作可靠、价格低廉、寿命长等优点，是交流控制线路中常用的时间继电器。它的缺点是延时误差(±10%～±20%)无调节刻度指示，难以精确地整定延时值。在对延时精度要求高的场合，不宜使用这种时间继电器。

实训项目　低压元器件的识别与使用

一、实训项目

1)低压元器件的识别。

2)低压元器件的使用。

二、实训器材

1)万用表、刀开关、组合开关、熔断器、控制按钮、行程开关。

2)接触器、继电器。

三、成绩评分标准

成绩评分标准如表4－1所示。

表4－1　成绩评分标准

(续表)