常用低压电器的认知与选择

【交流与讨论】

用电动机拖动生产机械运行，来实现生产机械的各种不同的工艺要求，必须有一套对电动机运行起控制和调节作用的电气控制系统。

陶瓷生产机械中所用的控制电器多属于低压电器。尽管电力拖动自动控制已经向无触点、连续控制、弱点化、微机控制等方向发展，但由于继电-接触电气控制系统所用的控制电器结构简单、价格便宜，且能够满足大多数陶瓷生产机械的控制要求，因此，目前在陶瓷生产上仍然获得广泛的应用。

一、低压电器的基本知识

低压电器通常是指交流50Hz、额定电压1200V以下及直流额定电压1500V以下电路中，能根据外界的信号和要求接通或断开电路，以实现对电路或电气设备的切换、控制、保护、检测和调节作用的电气设备。

低压电器的种类繁多、构造各异、功能多样。按动作方式不同，可分为自动切换电器和非自动切换电器（手动电器）；按用途不同，可分为配电电器和控制电器。

二、刀开关

刀开关是低压电器中最简单的手动配电电器，在电路中的作用是隔离电源，不频繁地接通和分断负载以及直接启动小容量三相异步电动机。

刀开关由刀片（动触头）、刀夹座（静触头）、接线端子、绝缘底板、操作机构（手柄）和灭弧装置（灭弧罩）组成。带灭弧罩的刀开关可用于切断负荷电流，但负荷电流过大时，拉闸过程中产生的弧光，可能会烧坏刀形触头。不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷电流条件下操作，在配电设备中常作为电源隔离之用，也称为隔离开关。

图1.1.1　刀开关的典型结构

刀开关按极数分，可分为单极刀开关、双极刀开关和三极刀开关。

图1.1.2　刀开关极数

常用的刀开关类型有：HK型闸刀开关（又称胶壳刀开关）；HH型铁壳刀开关；HR型刀熔开关，它是以熔断器作为动触头。

图1.1.3　刀开关类型

刀开关按转换方式分，可分为HD型单投式刀开关和HS型双投式刀开关。其中，双投式刀开关又称为刀形转换开关，常用于双电源或双供电线路的转换。

图1.1.4　刀开关的转换方式

刀开关的型号：

三、转换开关

转换开关又称为组合开关，是一种手动多档式配电电器，其实质是刀开关，它依靠动触片的左右旋转来代替刀开关的推合与拉开，不仅能完成刀开关的通断作用，还可用于多条控制电路的换接，也可用于小容量电动机的启动、换向、调速和制动控制。

图1.1.5　转换开关类型

组合开关是由多个单极旋转开关叠装在同一根绝缘轴上组成的，当转动手柄时，多对动触头同时动作与相应的静触头接触，使对应的线路接通，而另一部分动触头断开，使相应的线路断开。组合开关采用扭簧储能机构操作，可使开关快速动作而不受操作速度的影响，同时利于灭弧。

1.1.6　组合开关符号

图1.1.7　万能转换开关符号

万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的，其触点的分合状态与手柄操作位置有关。如图1.1.8所示，以LW5系列万能转换开关为例，当万能转换开关打向左45°时，触点1-2、3-4、5-6闭合，触点7-8打开；打向0°时，只有触点5-6闭合；打向右45°时，触点7-8闭合，其余打开。

图1.1.8　转换开关图形符号及点闭合表

组合开关、万能转换开关的型号含义：

四、断路器

断路器又称为空气开关或自动开关，是一种既有手动开关作用，又能实现电路保护的电器。断路器具有多种保护功能，当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时，能按照指定的范围动作，通过触点的断开自动切断故障电路，有效地保护串接的电气设备。

常用的断路器类型有DW框架式断路器、DZ塑料外壳式断路器等，前者主要用作配电系统的保护开关，后者除具有上述作用外，还可用作电动机、电气控制柜及照明电路的控制开关。

断路器的常见故障：

（1）触头不能闭合 主要原因有：欠压脱扣器无电压或线圈损坏；反作用弹簧弹力过大，机构不能复位再行锁扣。

（2）开关不能分断 主要原因有：反作用弹簧弹力不足；机械部件卡阻。

图1.1.9　断路器外形图及其符号

图1.1.10　断路器原理图

选择断路器时，应考虑以下几个方面：

（1）断路器的额定电流和额定电压应不低于线路、设备正常工作时的电流和工作电压；

（2）断路器的极限通断能力应不低于电路的最大短路电流；

（3）断路器的欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压；

（4）断路器的过电流脱扣器的额定电流应不低于线路的最大负载电流。

五、熔断器

熔断器（保险）是起安全保护作用的一种电器，广泛应用于电网保护和用电设备保护。

图1.1.11　熔断器符号

熔断器由熔体、安装熔体的熔管和熔座等组成。使用时，熔体串联在电路中，正常情况下，熔体相当于一段导线，当电路发生短路或过载时，电流过大，熔体因过热而熔化，从而切断电路，避免用电设备损坏，防止事故蔓延。在熔体熔断切断电路的过程中会产生电弧，为了安全有效地熄灭电弧，一般均将熔体安装在熔管内。熔座的作用是固定熔管和外接引线。

1.RC瓷插式熔断器

结构简单，价格低廉，更换方便，使用时将瓷盖插入瓷座，拔下瓷盖便可更换熔丝。

通常在交流额定电压380V及以下，额定电流5A～200A的低压线路末端或分支电路中，作线路和用电设备的短路保护，在照明线路中还可起过载保护作用。

2.RL螺旋式熔断器

熔断管内装有石英砂，熔体埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。为了便于监视，熔断器一端装有色点（不同颜色表示不同的熔体电流），熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。

主要用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。

3.RM无填料封闭管式熔断器

熔断管由纤维物（如钢纸）制成，管内熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时，熔断管的部分纤维物因受热而分解，产生高压气体，使电弧很快熄灭。

一般与刀开关组成HR型熔断器式刀开关（刀熔开关）。

4.RT有填料封闭管式熔断器

是一种有限流作用的熔断器，由填有石英砂的瓷熔管、网状紫铜片熔体和机械式指示器等组成。需装在特别的底座上，如带隔离刀开关的底座或以熔断器为隔离刀开关的底座上，通过手动机构操作。

图1.1.12　熔断器类型

熔断器的型号含义：

例如：RL1-60/300

选择熔断器时，应考虑以下方面：

（1）熔断器的额定电压和额定电流应不小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流。熔断器的分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流；

（2）熔断器用作电炉和照明等电阻性负载的过载保护和短路保护时，熔体的额定电流应稍大于或等于负载的额定电流。熔断器用作电动机的短路保护时，对单台电动机，熔体的额定电流应不小于电动机额定电流的1.5～2.5倍。

六、控制按钮

按钮是一种手动且可以自动复位的，短时接通或断开小电流电路的控制电器，常用于控制电路中或电气联锁线路中发出启动、停止或正反转等指令，从而远距离操纵电动机运行。

一般控制按钮结构是由一个动合触点、一个动断触点及带有公用的桥式动触点所组成，当按下按钮时，动断触点先断开，动合触点后接通。当松开按钮时，靠复位弹簧的作用复归原始位置。

图1.1.13　按钮结构图、原理图及符号

按钮的结构形式有揿钮式、紧急式、钥匙式和旋钮式四种。

图1.1.14　按钮的结构形式

按钮的型号含义：(www.xing528.com)

例如：LA39-A1-01/Y

七、行程开关

行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械运动部件的碰撞发出指令的低压电器，用于控制生产机械的运动方向、行程大小或限位保护。

行程开关有机械式和电子式两种。

机械式行程开关根据运动部件的不同又可分为直动式和滚轮式。当运动机械的挡铁压到行程开关的桥架时，推动微动开关动作，使常开触头分断，常闭触头闭合，当运动机械的挡铁离开后，复位弹簧使行程开关各部位恢复常态。机械式的行程开关都具有瞬动机构，可完成快速切换动作，将机械信号变换为电气信号，对控制电路发出相应的指令，从而完成程序控制、操纵、限位、信号及联锁功能。

图1.1.15　行程开关原理图和符号

图1.1.16　行程开关类型

接近开关是电子式无触点行程开关，它是由运动部件上的金属片与之接近到一定距离发出接近信号来实现控制的。接近开关使用寿命长、操作频率高、动作迅速可靠，其用途已远远超出一般行程控制和限位保护，还可用于高速计数、测速、液面控制等。

八、交流接触器

交流接触器是一种用于远距离频繁地接通与断开主电路及大容量控制电路的自动切换电器，常用于电动机的起停控制。

接触器由电磁系统、触头系统、灭弧装置和底座等组成。

电磁系统是利用线圈与衔铁间的电磁力克服弹簧反力来操纵触头系统的闭合与分断。

触头系统是接触器的执行元件，由主触头和辅助触头组成。主触头较大，为常开触点，用于控制主电路的通断；辅助触头包括多对联动的动断触点和动合触点，用于控制电路中起电气联锁作用。

图1.1.17　交流接触器外形图

图1.1.18　交流接触器结构示意图

图1.1.19　交流接触器工作原理

图1.1.20　交流接触器符号

交流接触器的型号含义：

例如：CJ46-09/03

接触器的常见故障：

（1）触头过热　主要原因有：接触压力不足、触点表面氧化或被电弧烧坏、触点容量不够等。

（2）触头磨损　主要原因有：一是电气磨损，由电弧的高温使触头上的金属氧化和蒸发所造成，属正常磨损；二是机械磨损，由于触头闭合时的撞击，触头表面相对滑动摩擦所造成。

（3）线圈失电后触头不能复位　主要原因有：触头被电弧熔焊在一起、铁心剩磁太大、铁心端面有油污、复位弹簧弹力不足、机械运动部件被卡住等。

（4）铁心噪声大　交流接触器运行中发出轻微的嗡嗡声是正常的，但声音过大就异常。主要原因有：短路环损坏或脱落；衔铁歪斜或衔铁与铁心接触不良；其他机械方面的原因，如复位弹簧弹力太大、衔铁不能完全吸合等也会产生较强的噪声。

（5）线圈过热或烧毁　由于流过线圈的电流过大而造成。主要原因有：线圈匝间短路、衔铁闭合后有间隙、操作过于频繁、外加电压过高或过低等。

选择接触器时，应注意以下几个方面：

（1）接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。

（2）接触器控制电阻性负载时，主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。若负载为电动机，则其额定电流可按下式计算

（3）当控制线路简单时，为节省变压器，接触器的线圈电压可选用380 V或220 V的电压。当控制线路复杂，使用的电器比较多时，从人身和设备安全考虑，线圈的额定电压可选得低一些，可用36 V或110 V的电压。

九、继电器

继电器是一种根据电量（电压、电流）或非电量（时间、温度、速度、压力等）的变化自动接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。

虽然继电器与接触器都是用来自动接通或断开电路，但是它们仍有很多的不同之处。接触器只能在一定的电压信号下动作，用于主电路，电流大，有灭弧装置；继电器可以对各种电量或非电量的变化做出反应，用于控制电路，电流小，没有灭弧装置。

（一）热继电器

热继电器是一种电流检测型的过载保护电器，它是利用电流的热效应原理进行工作的。热继电器中的热元件5串接在电动机主电路中，当过载时，流过热元件的电流增大，热元件附着的双金属片产生非正常弯曲变形，通过导杆机构推动触点动作，切断电动机的控制电路。

图1.1.21　热继电器外形图和符号

热继电器具有热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路，因此，不能用作短路保护。同理，当电动机处于重复短时工作时，亦不适宜采用热继电器作为过载保护，而应选择能及时反映电动机温升变化的温度继电器作为过载保护。

（二）时间继电器

时间继电器是一种按时间原则进行动作的控制电器，它利用电磁原理，配合机械动作机构，实现在得到信号输入（线圈通电或断电）后的预定时间内的延时信号输出（触点的闭合或断开）。

空气阻尼式时间继电器

图1.1.23　电子式时间继电器

按照工作原理不同，时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式和电子式。

电磁式时间继电器一般只用于直流电路。

空气阻尼式时间继电器是按照空气阻尼作用获得延时的。继电器线圈得电后，衔铁与铁心吸合，内腔气室容积增大，随着室外空气经由进气孔进入气室后，推动活塞杆逐渐上移，移至最上端时，撞击微动开关，使其触点动作输出线信号。从线圈得电时刻起至微动开关动作时止的这段时间即为时间继电器的延时时间。

电子式时间继电器是采用电容充放电，再配合电子元件的原理来实现延时动作的，它具有延时精度高、调节方便、寿命长等优点，适用范围很广。

时间继电器按照触头动作的特点，又可分为通电延时型和断电延时型，通电延时型因其结构简单、价格低、运行可靠，应用较为广泛。

图1.1.24　时间继电器符号

（三）电压继电器

电压继电器是一种电压检测型保护电器。按动作电压值的不同，电压继电器可分为过电压继电器和欠电压（零压）继电器。

电压继电器的线圈与负载并联，以反应电压变化，当负载电压为额定值时，继电器触头不动作，当线圈电压超过或低于整定值时，继电器触头动作。

一般来说，过电压继电器在电压为额定电压的1.1～1.2倍以上时动作，对电路进行过电压保护；欠电压继电器在电压为额定电压的30％～50％时动作，对电路进行欠电压保护；零压继电器在电压降至额定电压的5％～25％时动作，对电路进行零压保护。

图1.1.25　电压继电器符号

图1.1.26　电压继电器外形图和接线图

（四）电流继电器

电流继电器是一种电流检测型保护电器。按动作电流值的不同，电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器。

电流继电器的线圈与负载串联，用以负载反应电流的变化，当负载电流为额定值时，继电器触头不动作，只有当负载电流超过或低于整定值时，继电器触头才动作。

欠电流继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的磁场控制和失磁保护；过电流继电器的整定范围通常为1.1～4倍额定电流，常用于电动机的短路保护和严重过载保护。

图1.1.27　电流继电器符号

图1.1.28　电流继电器外形图和接线图

（五）速度继电器

速度继电器是一种根据转速变化动作的控制电器。速度继电器的转轴与负载相连，反应负载的转速，当负载转速下降到速度继电器的整定值时，继电器触头动作。

速度继电器常用于电动机的反接制动控制线路，故又称为反接制动继电器。

图1.1.29　速度继电器的外形图和符号

（六）中间继电器

中间继电器的本质是电压继电器，其主要作用是增加触点的数目，放大和转换中间信号，以及远距离传输控制信号。

图1.1.30　中间继电器的外形图和符号