常用低压电器的结构原理与选用技巧

■应知点:

1.了解常用低压电器的结构、工作原理、功能特点和图文符号。

2.了解常用低压电器的技术参数。

3.了解常用低压电器的选用原则。

■应会点:

1.掌握常用低压电器的正确选择、使用、操作和工程应用。

2.掌握各类不同低压电器的区别及各自的适用场合。

一、任务简述

什么是低压电器?低压电器有何用途?要回答这些问题，首先要从了解常用低压电器的结构、工作原理、功能特点、技术参数、图文符号及选用原则等知识入手，着重掌握常用低压电器的正确选择、使用、操作及工程应用等实践性操作。

凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护等作用的电气设备都可称为电器。电器是所有电工器械的总称。我国现行标准将电器按电压等级分为高压电器和低压电器。凡工作在交流50Hz、额定电压1 200 V及以下和直流额定电压1 500 V及以下电路中的电器统称为低压电器。高压电器是超过这些电压等级标准的电器，本书不作介绍。总的来说，低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类。低压电器成套设备中需要各种低压电器作为其基本组成元件。在工业、农业、交通、国防、科技以及人们日常生活中，低压供电和低压电器的使用比比皆是，无处不在。因此，了解和掌握低压电器的基本理论知识和实践操作极为重要。

二、相关知识

低压电器种类繁多，结构各异，这里重点介绍一些常用低压电器的相关内容和概念。

常用低压电器主要分为主令电器、开关电器、继电器、接触器和熔断器等，下面分别予以介绍。

(一)主令电器

主令电器是自动控制系统中一种专门用于发送控制命令、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。按其作用可分为按钮、行程开关、万能转换开关等。

1.按钮

按钮是一种靠手动操作，且具有自动复位功能的控制开关。其结构简单、应用广泛，触点允许通过的电流一般不超过5 A，主要用来短时间接通或断开接触器、继电器等线圈回路。按钮结构有多种形式，适合于各种场合操作。主要分为点按式(用手进行点动操作)、旋钮式(用手进行旋转操作)、指示灯式(在按钮内装入信号指示灯点动操作)、钥匙式(为使用安全插入钥匙才能旋转操作)、蘑菇帽紧急式(点动操作外凸红色蘑菇帽)。为了适用于不同的工作环境的要求，按钮可以做成各种各样的结构外形，如图1－1所示。

图1－1　常用按钮外形

1)结构原理

按钮主要由按钮帽、复位弹簧、常闭触点、常开触点、支柱连杆及外壳等部分组成。按国标要求，按钮的结构原理如图1－2所示。

图1－2中按钮是一个复合按钮，工作时常闭和常开触点是联动的，当按下按钮时，常闭触点先断开，常开触点随后闭合；松开按钮时，其动作过程与按下时相反。在分析实际控制电路过程时应特别注意的是:常闭和常开触点在改变工作状态时，先后有个很短的时间差不能被忽视。

2)电气图文符号

按国标要求，按钮在电路中的电气图文符号如图1－3所示。

图1－2　按钮开关的外形与结构

图1－3　按钮开关的符号

　　3)型号含义

按钮按其点按式、旋钮式、指示灯式、钥匙式、蘑菇帽式进行分类的型号很多，为了便于操作人员识别，避免发生误操作，按国标要求，在生产实际中用不同的颜色和符号标志来区分按钮的功能及作用。通常将按钮的颜色分成黄、绿、红、黑、白、蓝等，供不同场合选用。按安全规程规定，一般选红色为停止按钮，绿色为启动按钮。

其中，结构形式代号的含义是:K—开启式，H—保护式，S—防水式，F—防腐式，J—紧急式，X—旋钮式，Y—钥匙操作式，D—光标按钮。

4)按钮的选用

(1)根据使用场合和具体用途的不同要求，按照电器产品选用手册来选择国产品牌、国际品牌的不同型号和规格的按钮。

(2)根据控制系统的设计方案对工作状态指示和工作情况要求合理选择按钮的颜色，如启动按钮选用绿色、停止按钮选择红色等。

(3)根据控制回路的需要选择按钮的数量，如单联钮、双联钮和三联钮等。

2.行程开关

行程开关又叫限位开关，在机电设备的行程控制中其动作不需要人为操作，而是利用生产机械某些运动部件的碰撞或感应使其触点动作后，发出控制命令以实现近、远距离行程控制和限位保护。行程开关的主要结构大体由操作机构、触点系统和外壳3部分组成:按其结构可分为直动式、滚轮式及微动式；按其复位方式可分为自动及非自动复位；按其触头性质可分为触点式和无触点式。为了适用于不同的工作环境，行程开关可以做成各种各样的结构外形，如图1－4所示。

在生产实际中，还有一种无机械触点开关叫接近开关，它具有行程开关的功能，其动作原理是当物体接近到开关的一定距离时就发出“动作”信号，不需要施加机械外力。接近开关可广泛应用于产品计数、测速、液面控制、金属检测等领域中。由于接近开关具有体积小、可靠性高、使用寿命长、动作速度快以及无机械碰撞、无电气磨损等优点，因此在机电设备自动控制系统中得到了广泛应用。接近开关各种各样的结构外形如图1－5所示。

图1－4　常用国产行程开关外形

图1－5　常用接近开关外形

　　1)结构原理

行程开关的结构与控制按钮有些类似，外形种类很多，但基本结构相同，都是由推杆及弹簧、常开常闭触点和外壳组成。直动式、滚轮旋转式、微动式行程开关内部结构分别如图1－6、图1－7、图1－8所示。其动作原理是当运动部件的挡铁碰压行程开关的滚轮时，推杆连同转轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到一定位置时，推动微动开关快速动作，使其常闭触点断开，常开触点闭合。

图1－6　直动式行程开关结构

1—动触点；2—静触点；3—推杆

图1－7　滚轮旋转式行程开关结构

1、3—滚轮；2—上转臂；4—套架；5—滚珠；6—横板；7、8—压板；9、10—弹簧；11—触点

直动式、滚动式、微动式行程开关是瞬动型，其基本工作原理是:当运动部件的挡铁碰压顶杆时，顶杆向下移动，使压缩弹簧储存一定的能量。当顶杆移动到一定位置时，弹簧的弹力方向发生改变，同时储存的能量得以释放，完成跳跃式快速换接动作。当挡铁离开顶杆时，顶杆在弹簧的作用下上移，上移到一定位置，接触桥瞬时进行快速换接，触点迅速恢复到原状态。

行程开关动作后，复位方式有自动复位和非自动复位两种。如图1－6所示的直动式、图1－7所示的滚轮旋转式、图1－8所示的微动式均为自动复位式，但有的行程开关动作后不能自动复位，如双轮旋转式行程开关，只有运动机械反向移动，挡铁从相反方向碰压另一滚轮时，触点才能复位。

2)电气图文符号

按国标要求，行程开关在电路中的电气图文符号如图1－9所示。

图1－8　微动式行程开关结构

图1－9　行程开关电气图文符号

　　3)型号含义

4)行程开关的选用

(1)根据使用场合和具体用途的不同要求，按照电器产品选用手册来选择国产品牌、国际品牌的不同型号和规格的行程开关。常用国产型号有LX1、JLX1系列，LX2、JLXK2系列，LXW－11、JLXK1－11系列以及LX19、LXW 5、LXK3、LXK32、LXK33系列等。实际选用时可直接查阅电器产品样本手册。

(2)根据控制系统的设计方案对工作状态和工作情况要求合理选择行程开关的数量。

3.万能转换开关

万能转换开关是一种多触点、多挡位结构、能够控制和转换多个电路的手动操作组合开关。主要用于小功率电动机调速启动换相控制、配电装置电源隔离、电流电压表换相等场合。由于其应用范围广、能控制多条回路，故称为“万能转换开关”。为了适用于不同的工作环境，转换开关可以做成各种各样的结构外形，如图1－10所示。

图1－10　常用转换开关外形

1)结构原理

转换开关按其结构分为普通型、开启型、防护型和组合型。按其用途分为主令控制和电动机控制两种。主要由操作结构、手柄、面板、定位装置和触点系统等组成。手柄可向正反方向旋转，由各自的凸轮控制其触头通断。定位装置采取刺轮刺爪式结构，不同的刺轮和凸轮可组成不同的定位模式，使手柄在不同的转换角度时，触头的通断状态得以改变。其常用转换开关的结构如图1－11所示。

2)电气图文符号

按国标要求，转换开关在电路中的图文符号如图1－12所示，表中“×”表示闭合。

图1－11　常用转换开关结构

图1－12　转换开关电气图文符号

3)型号含义

4)转换开关的选用

(1)转换开关的额定电压应不小于安装地点线路的电压等级。

(2)用于照明或电加热电路时，转换开关的额定电流应不小于被控制电路中的负载电流。

(3)用于电动机电路时，转换开关的额定电流是电动机额定电流的1.5~2.5倍。

(4)当操作频率过高或负载的功率因数较低时，转换开关要降低容量使用，否则会影响开关寿命。

(5)转换开关的通断能力差，控制电动机进行可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才能反向接通。

(二)开关电器

开关是低压电器中极为常用的电器之一，常用的开关有空气断路器、刀开关、负荷开关、组合开关等。其作用都是分合电路，通断电流。可分为有载运行操作、无载运行操作、选择性运行操作3种，也可分为正面操作和背面操作，还可分为带灭弧和不带灭弧。下面着重介绍常用的空气断路器、刀开关、组合开关等开关电器。

1.低压断路器

低压断路器通常称为低压自动空气开关，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，可分为带漏电和不带漏电型，既有手动开关作用又有自动分断故障电路功能，实现电路的过载、短路、失电压及欠电压保护等功能，是低压配电网络和电力拖动系统中重要的综合性保护电器之一。

低压断路器具有操作安全、工作可靠、动作值可调、分断能力较强等优点，因此得到广泛应用。

1)结构原理

低压断路器按其结构形式可分为塑壳式低压断路器(装置式)和框架式低压断路器(万能式)两大类。框架式断路器主要用作配电网络的保护开关，而塑壳式断路器除用作配电网络的保护开关外，还用作电动机、照明线路的控制开关。常用低压断路器有各种各样的结构外形，如图1－13所示。

图1－13　常用低压断路器外形

低压断路器种类繁多，这里以塑壳式低压断路器为例分别介绍其结构原理。塑壳式低压断路器把所有的部件都装在一个塑料外壳里，结构紧凑、安全可靠、轻巧美观、可以独立安装。它的形式很多，目前常用的国产型号有DZ20、DZX10、DZ5、DZ15、DZ47等系列。下面主要介绍DZ5系列塑壳式低压断路器。

(1)DZ5－20型低压断路器。

DZ5－20型低压断路器为小电流系列，其额定电流等级为20 A，结构如图1－14所示。断路器主要由动触点、静触点、灭弧装置、操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器及外壳等部分组成。其结构采用立体布置，操作机构在中间，上面是由加热元件和双金属片等构成的热脱扣器，用于过载保护。热脱扣器还配有电流调节装置，可以调节整定电流。下面是由线圈和铁芯等组成的电磁脱扣器，作为短路保护，它也有一个电流调节装置，调节瞬时脱扣整定电流。主触点在操作机构后面，由动触点和静触点组成，配有栅片灭弧装置，用以接通和分断主回路的大电流。另外，还有动合辅助触点、动断辅助触点各一对。常开、常闭指的是在电器没有外力作用、没有带电时触点的自然状态。当断路器未工作或线圈未通电时处于断开状态的触点称为动合触点(也称常开触点)，处于接通状态的触点称为动断触点(也称常闭触点)。辅助触点可作为信号指示或控制电路用。主触点、辅助触点的接线柱均伸出壳外，以便于接线。在外壳顶部还伸出接通(绿色)和分断(红色)按钮，通过储能弹簧和杠杆机构实现断路器的手动接通和分断操作。断路器的工作原理如图1－15所示。

图1－14　DZ5－20型低压断路器结构

(a)外形；(b)结构

图1－15　低压断路器工作原理示意图

使用时，断路器的3对主触点串联在被控制的三相主电路中，按下按钮接通电路时，外力使锁扣克服反作用弹簧的反力，将固定在锁扣上面的动触点与静触点闭合，并由锁扣锁住搭钩使动、静触点保持闭合，开关处于接通状态。

当线路发生过载时，过载电流流过热元件产生一定的热量，使双金属片受热向上弯曲，通过杠杆推动搭钩与锁扣脱开，在反作用弹簧的推动下，动、静触点分开，从而切断电路，使用电设备不致因过载而烧毁。

当线路发生短路故障时，短路电流超过电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流，电磁脱扣器产生足够大的吸力将衔铁吸合，通过杠杆推动搭钩与锁扣分开，从而切断电路，实现短路保护。低压断路器出厂时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流一般整定为10I N(I N为断路器的额定电流)。

欠压脱扣器的动作过程与电磁脱扣器恰好相反。需手动分断电路时，按下分断按钮即可。

(2)漏电保护断路器。所有各系列的低压断路器都有相同系列漏电保护断路器，漏电保护断路器通常称为漏电开关，是一种安全保护电器，在线路或设备出现对地漏电或人身触电时，可迅速自动断开电路，能有效地保护人身和线路的安全。电磁式电流动作型漏电断路器结构原理如图1－16所示。

图1－16　漏电保护断路器结构原理

漏电保护断路器主要由零序互感器TA、漏电脱扣器WS、试验按钮SB、操作机构和外壳组成。实质上就是在一般的自动开关中增加一个能检测电流的感应元件零序互感器和漏电脱扣器。零序互感器是一个环形封闭的铁芯，主电路的三相电源线均穿过零序互感器的铁芯，作为互感器的一次绕组；环形铁芯上绕有二次绕组，其输出端与漏电脱扣器的线圈相接。在电路正常工作时，无论三相负载电流是否平衡，通过零序电流互感器一次侧的三相电流相量和为零，二次侧没有感应电流。当出现漏电或人身触电时，漏电或触电电流将经过大地流回电源的中性点，因此零序电流互感器一次侧三相电流的相量和不为零，互感器的二次侧将感应出电流，此电流流过漏电脱扣器线圈，使漏电脱扣器动作，则低压断路器分闸切断了主电路，从而保障了人身和设备安全。

图1－17　低压断路器的电气图文符号

为了经常检测漏电开关的可靠性，开关上设有试验按钮，与一个限流电阻R串联后跨接于两相线路上。当按下试验按钮SB后，漏电断路器立即分闸，证明该开关的保护功能良好。

2)电气图文符号

按国标要求，低压断路器在电路中的图文符号如图1－17所示。

3)型号含义

4)低压断路器的选用

选择低压断路器时主要从以下几个方面考虑:

(1)断路器额定电压、额定电流应不小于控制线路或设备的正常工作电压、工作电流。

(2)断路器极限通断能力不小于控制线路最大短路电流。

(3)欠电压脱扣器额定电压等于控制线路额定电压。

(4)过电流脱扣器的额定电流应不小于控制线路的最大负载电流。

2.刀开关

刀开关又称闸刀开关，是一种结构最简单、广泛应用在低压电路中的一类手动电器。主要用来作为不频繁接通和分断电路，将电路与电源隔离。刀开关的种类很多，外形结构各异，刀开关按刀的极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方向可分为单掷和双掷；按灭弧情况可分为带灭弧罩和不带灭弧罩；按接线方式可分为板前接线式和板后接线式。下面仅介绍开启式负荷开关和板式刀开关两种。

1)开启式负荷开关

开启式负荷开关又称为瓷底胶盖刀开关，简称闸刀开关。生产中常用的是HK系列开启式负荷开关。适用于照明和小容量电动机控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路，并起短路保护作用。

开启式负荷开关在电路图中的结构及图文符号如图1－18所示。

图1－18　HK系列开启式负荷开关

(a)结构；(b)图文符号

常用的国产牌开启式负荷开关，其型号含义如下。

2)板式刀开关

板式刀开关HD13系列为大电流刀开关，是一种新型既有手动操作又有电动操作的刀开关，适用于交流50 Hz，额定电压380 V或直流220 V，额定电流200~6 000 A，主要用于配电设备的控制电路中，作不频繁地接通和切断电源之用，操作时应在无负荷下进行。板式刀开关结构外形及图文符号分别如图1－19和图1－20所示。

图1－19　HD13系列板式刀开关结构外形

图1－20　刀开关的电气图文符号

(a)单极；(b)双极；(c)三极

3)刀开关的选用及安装注意事项

(1)结构形式的选择。选用刀开关时首先根据刀开关的用途和安装位置选择合适的型号和操作方式。根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择是否带灭弧装置。根据装置的安装形式来选择正面、背面、侧面等操作形式，以及是直接操作还是杠杆操作，是板前接线还是板后接线等结构形式。

(2)额定电流的选择。根据控制对象的类型和大小，计算出相应负载电流大小，选择相应额定电流的刀开关。一般应不小于所分断电路中各个负载电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以应选额定电流大一级的刀开关。若考虑电路出现的短路电流，还应选择额定电流更大一级的刀开关。

(3)安装注意事项。刀开关在安装时必须垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向应从下向上合，不允许平装或倒装，以防误合闸；电源进线应接在静触点一边的进线座，负载接在动触点一边的出线座；在分闸和合闸操作时，应动作迅速，使电弧尽快熄灭。

(三)接触器

接触器是一种能频繁地接通和断开中、远距离用电设备主回路及其他大容量用电负载的自动控制电路的低压器件，分为交流和直流两类，控制对象主要是电动机、电热设备、电焊机及电容器组等。由于交流接触器应用极为普遍，型号规格繁多，外形结构各异，这里予以重点介绍。其常用交流接触器的结构外形如图1－21所示。

图1－21　常用国产型号交流接触器外形

为了使应用具有代表性，这里以国产型号CJ10－20型交流接触器为例来介绍其结构原理。

1.交流接触器的结构原理

交流接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧装置及辅助部件等组成。CJ10－20型交流接触器的结构原理如图1－22所示。

图1－22　交流接触器结构原理

从如图1－22所示的典型的结构原理示意图可以清楚地了解到，交流接触器结构原理主要是:当线圈通电后，在电磁力的作用下，衔铁被吸向铁芯，衔铁被吸向铁芯的同时，带动动触点机构运动，动触点动作，动合触点闭合，动断触点断开。在主触点动作的同时，辅助触点也动作。当线圈断电后，衔铁释放，动合触点断开，动断触点闭合。

2.接触器的主要技术参数

接触器铭牌上标注的主要技术参数介绍如下。

(1)额定电压。指接触器主触点上所承受的额定电压。电压等级通常有以下几种:

交流接触器:127 V、220 V、380 V、500 V等。

直流接触器:110 V、220 V、440 V、660 V等。

(2)额定电流。指接触器主触点上所通过的额定电流。电流等级通常有以下几种:

交流接触器:10 A、20 A、40 A、60 A、100 A、150 A、250 A、400 A、600 A。

直流接触器:25 A、40 A、60 A、100 A、250 A、400 A、600 A。

(3)线圈额定电压。指接触器线圈两端所加额定电压。电压等级通常有以下几种:

交流线圈:12 V、24 V、36 V、127 V、220 V、380 V。

直流线圈:12 V、24 V、48 V、220 V、440 V。

(4)接通与分断能力。指接触器的主触点在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值，而不应该发生熔焊、飞弧和过分磨损等现象。

(5)额定操作频率。指每小时接通的次数。交流接触器最高为600次/h；直流接触器可高达1 200次/h。

图1－23　接触器的图文符号

(a)线圈；(b)主触点；(c)动合辅助触点；(d)动断辅助触点

(6)动作值:指接触器的吸合电压与释放电压。国家标准规定接触器在额定电压85%以上时，应可靠吸合，释放电压不高于额定电压的70%。

3.接触器电气图文符号及型号含义

(1)交流接触器在电气控制系统中的图文符号如图1－23所示。

(2)型号含义。

4.接触器的选用

(1)根据控制对象所用电源类型选择接触器类型，一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器。

(2)所选接触器主触点的额定电压应不小于被控制对象线路的额定电压。

(3)应根据控制对象类型和使用场合，合理选择接触器主触点的额定电流。控制电阻性负载时，主触点的额定电流应等于负载的额定电流。控制电动机时，主触点的额定电流应稍大于电动机的额定电流。当接触器使用在频繁启动、制动及正反转的场合时，主触点的额定电流应选用高一个等级。

(4)接触器线圈电压的选择。当控制线路简单并且使用电器较少时，应根据电源等级选用380 V或220 V的电压。当线路复杂时，从人身和设备安全角度考虑，可以选择36 V或110 V电压的线圈，控制回路要增加相应变压器予以降压隔离。

(5)根据被控制对象的要求，合理选择接触器类型及触点数量。

(四)继电器

继电器主要用于各种控制电路中的信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。继电器种类繁多，按用途可分为控制和保护继电器；按动作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式和机械式继电器；按输入量可分为电流、电压、时间、速度和压力继电器；按动作时间可分为瞬时、延时继电器；其共同特点是触点额定电流不大于5 A。这里重点介绍以下几种继电器。

1.中间继电器

中间继电器属于电压继电器种类，主要用在500 V及以下的小电流控制回路中，用来扩大辅助触点数量，进行信号传递、放大、转换、联锁等。它具有触点数量多，触点容量不大于5 A，动作灵敏等特点，得到广泛的应用。

1)结构原理

中间继电器的工作原理及结构与接触器基本相似，不同的是中间继电器触点对数多，且没有主辅触点之分，触点允许通过的电流大小相同，且不大于5 A，无灭弧装置。因此，对于工作电流小于5 A的电气控制线路，可用中间继电器代替接触器进行控制，其外形及结构如图1－24所示。

图1－24　中间继电器结构外形

这里以JZ7系列交流中间继电器为例介绍其结构原理，JZ7系列中间继电器采用立体布置，由铁芯、衔铁、线圈、触点系统、反作用弹簧和缓冲弹簧等组成。触点采用双触点桥式结构，上下两层各有4对触点，下层触点只能是常开触点。常见触点系统可分为八常开触点、六常开触点、两常闭触点、四常开触点及四常闭触点等组合形式。继电器吸引线圈额定电压等级有12 V、36 V、110 V、220 V和380 V等。

2)电气图文符号

按国标要求，继电器在电路图中的电气图文符号如图1－25所示。

图1－25　继电器电气图文符号

(a)线圈；(b)常开触点；(c)常闭触点

3)型号含义

4)继电器的选用

中间继电器的选用主要依据被控制电路的电压等级、所需触点的数量、种类和容量等要求来进行选择。

2.电流继电器

电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器，其特点是电流继电器的线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。根据继电器线圈中电流的大小而接通或断开电路。电流继电器种类繁多，其外形结构如图1－26所示。

图1－26　国产牌过电流、欠电流继电器外形及结构

图1－27　JL14系列过电流继电器外形结构原理

1)过电流继电器

当电流超过预定值时，引起开关电器有延时或无延时的动作。它主要用于频繁启动和重载启动的场合，作为电动机主电路的过载和短路保护。

(1)过电流继电器结构原理。

JL14系列过电流继电器的外形结构原理如图1－27所示。它主要由线圈、铁芯、衔铁、触点系统和反作用弹簧等组成。

当线圈通过的电流为额定值时，所产生的电磁吸力不足以克服弹簧的反作用力，此时衔铁不动作。当线圈通过的电流超过整定值时，电磁吸力大于弹簧的反作用力，铁芯吸引衔铁动作，带动动断触点断开，动合触点闭合。调整反作用弹簧的作用力，可整定继电器的动作电流值。该系列中有的过电流继电器带有手动复位机构，这类继电器过电流动作后，当电流再减小至零时，衔铁也不能自动复位，只有当操作人员检查并排除故障后，手动松掉锁扣机构，衔铁才能在复位弹簧作用下返回，从而避免重复过电流事故的发生。

(2)过电流继电器电气图文符号。

过电流继电器在电路图中的电气图文符号如图1－28所示。

2)欠电流继电器

欠电流继电器常用的有JL14－Q等系列产品，其结构与工作原理和JL14系列、JL18系列继电器相似。这种继电器的动作电流为线圈额定电流的30%~65%，释放电流为线圈额定电流的10%~20%。因此，当通过欠电流继电器线圈的电流降低到额定电流的10%~20%时，继电器即释放复位，其动合触点断开，动断触点闭合，给出控制信号，使控制电路做出相应的反应。

欠电流继电器的图文符号如图1－29所示。

图1－28　过电流继电器的图文符号

(a)过电流继电器线圈；(b)动合触点；(c)动断触点

图1－29　欠电流继电器的图文符号

(a)欠电流继电器线圈；(b)动合触点；(c)动断触点

3)型号含义

4)电流继电器的选用

电流继电器的选用主要依据被控制电路的电压等级、所需触点的数量、种类和容量等要求来进行选择。

图1－30　电压继电器结构外形

3.电压继电器

电压继电器分为过电压继电器和欠电压继电器，其线圈并联在电路中，根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路。其特点是继电器线圈的导线细、匝数多、阻抗大。电压继电器种类繁多，其外形结构如图1－30所示。

1)结构原理

过电压继电器和欠电压继电器结构原理基本相同，过电压继电器是当电压大于整定值时动作的电压继电器，主要用于对电路或设备作过电压保护；欠电压继电器是当电压降至某一规定范围时动作的电压继电器，对电路实现欠电压或零电压保护。这里主要分析常见的DY－30、LY－30型电压继电器，它主要由线圈、铁芯、衔铁、触点系统和反作用弹簧等组成。主要用于检测电气控制线路电压信号的变化而提示报警。对常用的过电压继电器，其动作电压可在105%~120%额定电压范围内调整。对欠电压继电器来讲，其释放电压可在40%~70%额定电压范围内整定，欠电压继电器在线路正常工作时，铁芯与衔铁是吸合的，当电压降至低于整定值时，衔铁释放，带动触点复位。

2)电气图文符号

按国标要求，过电压、欠电压继电器在电路图中的电气图文符号如图1－31所示。

图1－31　电压继电器电气图文符号

(a)欠电压继电器线圈；(b)过电压继电器线圈；(c)常开触点；(d)常闭触点

3)型号含义

4)电压继电器的选用(www.xing528.com)

选用电压继电器时应注意:其线圈电压等级应与控制电路电压等级相同；选择电压继电器时，主要依据由控制电路的要求选择过电压、欠电压继电器。

4.热继电器

热继电器是利用流过继电器热元件的电流所产生的热效应而反时限动作的保护继电器。所谓反时限动作，是指热继电器动作时间随电流的增大而减小的性能。热继电器主要用于电动机的过载、断相、三相电流不平衡运行及其他电气设备发热引起的不良状态而进行的保护控制。其种类繁多，典型结构外形如图1－32所示。

图1－32　国产牌热继电器典型结构外形

1)结构原理

热继电器的结构主要由加热元件、动作机构和复位机构3大部分组成。动作系统常设有温度补偿装置，保证在一定的温度范围内，热继电器的动作特性基本不变。典型的双金属片式热继电器结构如图1－33所示。

在图1－33中，主双金属片1与加热元件2串接在接触器负载(电动机电源端)的主回路中，当电动机过载时，主双金属片受热弯曲推动导板3，并通过补偿双金属片4与推杆6将静触点7和动触点8(即串接在接触器线圈回路的热继电器常闭触点)分开，以切断电路保护电动机。调节凸轮10是一个偏心轮。改变它的半径即可改变补偿双金属片4与导板3的接触距离，从而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位按钮9来改变常开静触点7的位置，使热继电器能动作在自动复位或手动复位两种状态。调成手动复位时，在排除故障后要按下手动复位按钮9才能使动触点8恢复与常闭静触点7相接触的位置。

2)电气图文符号

热继电器的常闭触点串入控制回路，常开触点可接入报警信号回路或PLC控制时的输入接口电路。按国标要求，热继电器在电路图中的电气图文符号如图1－34所示。

图1－33　双金属片式热继电器结构原理

1—主双金属片；2—加热元件；3—导板；4—补偿双金属片；5—螺钉；6—推杆；7—静触点；8—动触点；9—复位按钮；10—调节凸轮；11—弹簧

图1－34　热继电器电气图文符号

(a)热元件；(b)动断触点

3)型号含义

热继电器的种类繁多，其中双金属片式热继电器应用最多。按极数划分，热继电器可分为单极、两极和三极3种，其中三极又包括带断相保护装置和不带断相保护装置；按复位方式划分，有自动复位式和手动复位式。目前常用的有国产的JR36、JR20、JRS等系列以及国外的T系列和3UA等系列产品。

4)热继电器的选用

(1)热继电器有3种安装方式，应按实际安装情况选择其安装方式。

(2)原则上热继电器的额定电流应按略大于电动机的额定电流来选择。一般情况下，热继电器的整定值为电动机额定电流的0.95~1.05倍。但是如果电动机拖动的负载是冲击性负载或启动时间较长及拖动的设备不允许停电的场合，热继电器的整定值可取电动机额定电流的1.1~1.5倍。如果电动机的过载能力较差、热继电器的整定值可取电动机额定电流的0.6~0.8倍。同时，整定电流应留有一定的上、下限调整范围。

(3)在不频繁启动的场合，要保证热继电器在电动机启动过程中不产生误动作。若电动机I s＝6I e，启动时间小于6 s，很少连续启动，可按电动额定电流配置。

(4)对于三角形接法的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。

(5)当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。

5.熔断器

熔断器主要是用来对控制线路作短路保护的电器，使用时串联在被保护的电路中。当电路发生短路故障，流过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，使熔体产生热量而熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。

1)结构原理

熔断器主要由熔体(俗称熔丝)和安装熔体的熔管(或熔座)两部分组成。熔体由铅、锡、锌、银、铜及其合金制成。常做成丝状、片状或栅状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔断器的结构外形如图1－35所示。

图1－35　熔断器结构外形

2)电气图文符号

熔断器电气图文符号如图1－36所示。

图1－36　熔断器电气图文符号

3)型号含义

熔断器按结构形式分为半封闭插入式、无填料封闭管式、有填料封闭管式、螺旋式熔断器等。其中，有填料封闭管式熔断器又分为刀形触点熔断器、螺栓连接熔断器和圆筒形帽熔断器。

4)熔断器的主要技术参数

(1)额定电压。断路器额定电压是指能保证熔断器长期正常工作的电压。若熔断器的实际工作电压大于额定电压，熔体熔断时可能发生电弧不能熄灭的危险。

(2)额定电流。熔断器额定电流是指保证熔断器在长期工作下，各部件温升不超过极限允许温升所能承载的电流值。它与熔体的额定电流是两个不同的概念。熔体的额定电流:在规定工作条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值。通常一个额定电流等级的熔断器可以配用若干个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流不能大于熔断器的额定电流值。

(3)分断能力。熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。通常用极限分断电流值来表示。

(4)时间电流特性。时间电流特性又称保护特性，表示熔断器的熔断时间与流过熔体电流的关系。熔断器的熔断时间随着电流的增大而减少，即反时限保护特性。

5)熔断器的选用

常用熔断器型号有RC1A、RL1、RT0、RT15、RT16(NT)和RT18等，在选用时可根据使用场合酌情选择。选择熔断器的基本原则如下。

(1)根据使用场合确定熔断器的类型。

(2)熔断器的额定电压必须不低于线路的额定电压。额定电流必须不小于所装熔体的额定电流。

(3)熔体额定电流的选择应根据实际使用情况进行计算。

(4)熔断器的分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。

三、应用实施

低压电器在日常生活中使用频繁、品种规格繁多，在了解低压电器基本知识后，下面结合实际应用，以三相异步电动机直接启动控制线路为例，简单介绍电气控制线路元器件的选用和安装操作等相关事项。

1.三相异步电动机直接启动控制线路

三相异步电动机直接启动控制线路结构原理如图1－37所示。

图1－37　三相异步电动机直接启动控制线路结构原理

(a)结构；(b)原理

2.电气元件选用

1)元器件及仪表选用

元器件及仪表的选用如表1－1所示。

表1－1　元器件及仪表的选用

续表

2)安装工具及材料

安装工具及材料如表1－2所示。

表1－2　安装工具及材料

3)安装注意事项

(1)电动机及金属外壳必须可靠接地，并固定好电动机以免发生意外。

(2)螺旋熔断器座螺壳端应接负载，另一端接电源。

(3)所有电器上的空余螺钉一律拧紧。

(4)热继电器的主触点和辅助触点应分别安装在主电路和控制电路中。(5)互锁触点不能接错，否则会出现两相电源短路的事故。

(6)电动机在正、反转时会出现较大的反接制动电流和机械冲击力，因此电动机的正、反转不要过于频繁。

3.低压电器的安装附件

电器元件选好安装时，要有安装附件，电气控制柜中元器件和导线的固定和安装中，常用的安装附件如下。

1)走线槽

由锯齿形的塑料槽和盖组成，有宽、窄等多种规格。用于导线和电缆的走线，可以使柜内走线美观整洁，如图1－38所示。

2)扎线带和固定盘

尼龙扎线带可以把一束导线扎紧到一起，根据长短和粗细有多种型号，如图1－39所示。固定盘上有小孔，背面有黏胶，它可以粘到其他屏幕物体上，用来配合扎线带的使用，如图1－40所示。

图1－38　走线槽

图1－39　扎线带

3)波纹管

用于控制柜中裸露出来的导线部分的缠绕或作为外套保护导线，一般由PVC软质塑料制成，如图1－41所示。

图1－40　固定盘

图1－41　波纹管

4)号码管

空白号码管由PVC软质塑料制成，号码管可用专门的打号机打印上各种需要的符号，套在导线的接头端，用来标记导线，如图1－42所示。

5)接线插、接线端子

接线插俗称线鼻子，用来连接导线，并使导线方便、可靠地连接到端子排或接线座上，它有各种型号和规格，如图1－43所示。接线端子为两段分断的导线提供连接。接线插可以方便地连接到它上面，现在新型的接线端子技术含量很高，接线更加方便快捷，导线直接可以连接到接线端子的插孔中，如图1－44所示。

图1－42　号码管

图1－43　接线插

6)安装导轨

用来安装各种有卡槽的元器件，用合金或铝材料制成，如图1－45所示。

图1－44　接线端子

7)热收缩管

遇热后能够收缩的特种塑料管，用来包裹导线或导体的裸露部分，起绝缘保护作用，如图1－46所示。

图1－45　安装导轨

图1－46　热收缩管

4.低压电器的配线原则

(1)走线通道应尽可能少，按主、控电路分类集中，单层平行密排或成束，应紧贴敷设面。

(2)同一平面的导线应高低一致或前后一致，不能交叉。当必须交叉时，可水平架空跨越，但必须走线合理。

(3)布线应横平竖直，变换走向应垂直90°。

(4)导线与接线端子或线桩连接时，应不压绝缘层、不反圈及露铜不大于1mm，并做到同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离保持一致。

(5)一个电器元件接线端子上的连接导线不得超过两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。

(6)布线时，严禁损伤线芯和导线绝缘层。

(7)控制电路必须要套编码套管。

(8)为了便于识别，导线应有相应的颜色标志:

①保护导线(PE)必须采用黄绿双色，中性线(N)必须是浅蓝色。

②交流或直流动力电路应采用黑色，交流控制电路采用红色，直流控制电路采用蓝色。

③用作控制电路联锁的导线，如果是与外边控制电路连接，而且当电源开关断开仍带电时，应采用橘黄色或黄色，与保护导线连接的电路采用白色。

5.低压电器故障诊断

低压电器控制线路中按钮、熔断器、断路器、接触器、时间继电器、热继电器等元件在运行时会出现故障，这就要进行故障原因的诊断和分析。

1)低压断路器故障诊断

(1)低压断路器故障触点过热。可能是动触点松动引起触点过热。可调整操作机构，使动触点完全插入静触点。

(2)断路器触点断相。由于某相触点接触不好或接线端子上螺钉松动，使电动机缺相运行，此时电动机虽能转动，但发出“嗡嗡”声。应立即停车检修。

2)接触器、继电器故障诊断

交流接触器常见的故障就是线圈通电后，接触器不动作或动作不正常，以及线圈断电后，接触器不释放或延时释放这两类。

(1)线圈通电后，接触器不动作或动作不正常，主要故障原因有:

①线圈线路断路。接线端子有没有断线或松脱现象，如有断线更换相应导线，如有松脱紧固相应接线端子。

②线圈损坏。用万用表测线圈的电阻，如电阻为＋∞，则更换线圈。

③线圈额定电压比线路电压高。换上同等控制线路电压的线圈。

(2)线圈断电后，接触器不释放或延时释放，主要故障原因有:

①使用的接触器铁芯表面有油或使用一段时间后有油腻。将铁芯表面防锈油脂擦干净，铁芯表面要求平整，但不宜过光，否则易于造成延时释放。

②触点抗熔焊性能差，在启动电动机或线路短路时，大电流使触点焊牢而不能释放。

6.控制电路通电测试

1)线路检查

先检查主回路，再检查控制回路，分别用万用表测量各电器与电路是否正常。

2)控制电路操作试车

经上述检查无误后，检查三相电源，接通主电路，按下对应的启动、停止按钮，各接触器等应有相应的动作。

3)试车运行

在控制电路操作试车后，合上主电路电源开关，按下启动按钮SB2，电动机应动作运转，然后按下停止按钮SB1，电动机应断电停车。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表1－3所示。

表1－3　任务操作技能考核要求和考核标准

续表

续表

教学小结

1.常用低压电器的用途、基本结构、工作原理及其主要技术参数和图形符号。

2.基于电磁机构工作原理的电器大都由3个主要部分组成，即触点、灭弧装置和电磁机构。电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，其工作原理常用吸力特性和反力特性来表征。

3.每一种电器都有它一定的使用范围，要根据使用的具体条件正确选用，其技术参数是最主要的依据。

思考与练习

1.常用的灭弧方法有哪些?

2.接触器的作用是什么?根据结构特征如何区分交、直流接触器?

3.中间继电器与接触器有何异同?

4.熔断器的额定电流、熔体的额定电流和熔体的极限分断电流三者之间有何区别?