开关类型及工作原理

开关是电气线路中使用最广泛的一种低压电器，其作用是接通和切断电气线路。常见的开关有照明开关、按钮开关、闸刀开关、铁壳开关和组合开关等。

1.照明开关

照明开关用来接通和切断照明线路，允许流过的电流不能太大。常见的照明开关如图4-1所示。

图4-1 常见的照明开关

2.按钮开关

按钮开关用来在短时间内接通或切断小电流电路，主要用在电气控制电路中。按钮开关允许流过的电流较小，一般不能超过5A。

按钮开关用符号“SB”表示，可分为三种类型：常闭按钮开关、常开按钮开关和复合按钮开关。这三种开关的内部结构示意图和电路图形符号如图4-2所示。

图4-2 三种开关的结构与符号

图4-2a所示为常闭按钮开关。在未按下按钮时，依靠复位弹簧的作用力使内部的金属动触头将常闭静触头a、b接通；当按下按钮时，动触头与常闭静触头脱离，a、b断开；当松开按钮后，触头自动复位（闭合状态）。

图4-2b所示为常开按钮开关。在未按下按钮时，金属动触头与常开静触头c、d断开；当按下按钮时，动触头与常闭静触头接通；当松开按钮后，触头自动复位（断开状态）。

图4-2c所示为复合按钮开关。在未按下按钮时，金属动触头与常闭静触头a、b接通，而与常开静触头断开；当按下按钮时，动触头与常闭静触头断开，而与常开静触头接通；当松开按钮后，触头自动复位（常开断开，常闭闭合）。

有些按钮开关内部有多对常开、常闭触头，它可以在接通多个电路的同时切断多个电路。常开触头也称为A触头，常闭触头又称B触头。

常见的按钮开关实物外形如图4-3所示。

图4-3 常见的按钮开关

3.闸刀开关

闸刀开关又称为开启式负荷开关、瓷底胶盖闸刀开关，简称刀开关。它可分为单相闸刀开关和三相闸刀开关，它的外形、结构与符号如图4-4所示。闸刀开关除了能接通、断开电源外，其内部一般会安装熔丝，因此还能起过电流保护作用。

闸刀开关需要垂直安装，进线装在上方，出线装在下方，进出线不能接反，以免触电。由于闸刀开关没有灭电弧装置（闸刀接通或断开时产生的电火花称为电弧），因此不能用作大容量负载的通断控制。闸刀开关一般用在照明电路中，也可以用作非频繁起动/停止的小容量电动机控制。

4.铁壳开关

铁壳开关又称为封闭式负荷开关，它的外形、结构与符号如图4-5所示。

铁壳开关是在闸刀开关的基础上进行改进而设计出来的，它的优点如下：

1）在铁壳开关内部有一个速断弹簧，在操作手柄打开或关闭开关外盖时，依靠速断弹簧的作用力，可以使开关内部的闸刀迅速断开或合上，这样能有效地减少电弧。

图4-4 常见的闸刀开关的外形、结构与符号

图4-5 铁壳开关的外形、结构与符号

2）铁壳开关内部具有连锁机构，当开关外盖打开时，手柄无法合闸，当手柄合闸后，外盖无法打开，这使得操作更加安全。

铁壳开关常用在农村和工矿的电力照明、电力排灌等配电设备中，与闸刀开关一样，铁壳开关也不能用作频繁通断控制。

5.组合开关

组合开关又称为转换开关，它是一种由多层触头组成的开关。组合开关外形、结构和符号如图4-6所示。图中的组合开关由三层动、静触头组成，当旋转手柄时，可以同时调节三组动触头与三组静触头之间的通断。为了有效地灭弧，在转轴上装有弹簧，在操作手柄时，依靠弹簧的作用可以迅速接通或断开触头。

组合开关不宜进行频繁的转换操作，常用于控制4kW以下的小容量电动机。

图4-6　组合开关的外形、结构和符号

6.倒顺开关

倒顺开关又称可逆转开关，属于较特殊的组合开关，专门用来控制小容量三相异步电动机的正转和反转。倒顺开关的外形与符号如图4-7所示。(www.xing528.com)

倒顺开关有“倒”“停”“顺”3个位置。当开关处于“停”位置时，动触头与静触头均处于断开状态，如图4-16（b）所示；当开关由“停”旋转至“顺”位置时，动触头U、V、W分别与静触头L₁、L2、L3接触；当开关由“停”旋转至“倒”位置时，动触头U、V、W分别与静触头L₃、L₂、L₁接触。

7.万能转换开关

万能转换开关由多层触头中间叠装绝缘层而构成，它主要用来转换控制线路，也可用作小容量电动机的起动、换向和变速等。

图4-7 倒顺开关

万能转换开关的外形、符号和触头分合表如图4-8所示。

图4-8 万能转换开关

图4-8中的万能转换开关有6路触头，它们的通断受手柄控制。手柄有Ⅰ、0、Ⅱ3个档位，手柄处于不同挡位时，6路触头通断情况不同，从图4-8b所示的万能转换开关符号可以看出不同档位触头的通断情况。在万能转换开关符号中，“”表示一路触头，竖虚线表示手柄位置，触头下方虚线上的“·”表示手柄处于虚线所示的档位时该路触头接通。例如手柄处于“0”档位时，6路触头在该档位虚线上都标有“·”，表示在“0”档位时6路触头都是接通的；手柄处于“Ⅰ”档时，第1、3路触头相通；手柄处于“Ⅱ”档时，第2、4、5、6路触头是相通的。万能转换开关触头在不同挡位的通断情况也可以用图4-8c所示的触头分合表说明，“×”表示相通。

8.行程开关

行程开关是一种利用机械运动部件的碰压使触头接通或断开的开关。行程开关的外形与符号如图4-9所示。

图4-9 行程开关的外形与符号

行程开关的种类很多，根据结构可分为直动式（或称按钮式）、旋转式、微动式和组合式等。图4-10是直动式行程开关的结构示意图。从图中可以看出，行程开关的结构与按钮开关的基本相同，但将按钮改成推杆。在使用时将行程开关安装在机械部件运动路径上，当机械部件运动到行程开关位置时，会撞击推杆而让常闭触头断开、常开触头接通。

图4-10 直动式行程开关的结构示意图

9.接近开关

接近开关又称无触头位置开关，当运动的物体靠近接近开关时，接近开关能感知物体的存在而输出信号。接近开关既可以用在运动机械设备中进行行程控制和限位保护，又可以用作高速计数、测速、检测物体大小等。

（1）外形与符号

接近开关的外形和符号如图4-11所示。

图4-11 接近开关

（2）种类与工作原理

接近开关种类很多，常见的有高频振荡型、电容型、光电型、霍尔型、电磁感应型和超声波型等，其中高频振荡型接近开关最为常见。高频振荡型接近开关的组成如图4-12所示。

图4-12 高频振荡型接近开关的组成

当金属检测体接近感应头时，作为振荡器一部分的感应头损耗增大，迫使振荡器停止工作，随后开关电路因振荡器停振而产生一个控制信号送给输出电路，让输出电路输出控制电压，若该电压送给继电器，继电器就会产生吸合动作来接通或断开电路。

10.开关的检测

开关种类很多，但检测方法大同小异，一般采用万用表的电阻档检测触头的通断情况。下面以图4-13所示的复合型按钮开关为例来说明开关的检测。该按钮开关有一个常开触头和一个常闭触头，共有4个接线端子。

图4-13 复合型按钮开关的接线端子

复合按钮开关的检测分为以下两个步骤：

1）在未按下按钮时进行检测。复合型按钮开关有一个常闭触头和一个常开触头。在检测时，先测量常闭触头的两个接线端子之间的电阻，如图4-14a所示，正常电阻近0Ω，然后测量常开触头的两个接线端子之间的电阻，若常开触头正常，数字万用表会显示超出量程符号“1”或“OL”，用指针万用表测量时电阻为无穷大。

2）在按下按钮时进行检测。检测时，将按钮按下不放，分别测量常闭触头和常开触头两个接线端子之间的电阻。如果按钮开关正常，则常闭触头的电阻应为无穷大，如图4-14b所示，而常开触头的电阻应接近0Ω；若与之不符，则表明按钮开关损坏。

如果在测量常闭或常开触头时出现阻值不稳定，则通常是由于相应的触头接触不良。因为开关的内部结构比较简单，如果检测时发现开关不正常，可将开关拆开进行检查，找出具体的故障原因，并进行排除，无法排除的就需要更换新的开关。