常用低压电器详解

低压电器，通常是指工作在交流电压1 200 V 及其以下或直流电压1 500 V 及其以下的电路中，起通断、控制、检测、保护和调节作用的电气设备。

低压电器的种类很多，就其用途或控制的对象不同，主要可分为两大类，即低压配电电器（如刀开关、转换开关、低压断路器、熔断器等）和低压控制电器（如接触器、继电器、主令电器等）。

（1）刀开关

刀开关是一种非自动切换的配电电器，主要用作低压电源（电压在500 V 以下）的引入开关，使用时为确保维修人员的安全，由其将负载电路和电源隔开。

刀开关的结构简单，其极数有单极、两极和三极三种，每种又有单投与双投之分。应当注意，在安装刀开关时，电源进线应接在静触头（刀座）上，负载则接在可动刀片一端。这样，当断开电源的时候，裸露在外的触刀就不会带电。

目前常用的刀开关产品有两大类：一类能切断额定电流值以下的负载电流，主要用于低压配电装置中的开关板或动力箱等产品，属于这类产品的有HD12、HD13、HD16 系列单投刀开关，HS12、HS13 系列的双投刀开关、HK 系列开启式负荷开关和HH 系列封闭式负荷开关；另一类是不能带负荷作分断操作，只能作为隔离电源用的隔离器，一般安装于控制屏的电源进线侧，这类产品有HD11 系列单投或HS11 系列双投刀开关。

HK2 系列开启式负荷开关（瓷底胶盖刀开关），它的闸刀装在瓷制底座上，每相还附有熔体，主要用作照明电路和功率小于5.5 kW 电动机的主电路中不频繁通断的控制开关。其I 形结构和符号如图6.2.1 所示。

（2）组合开关

组合开关又称为转换开关，也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的。

图6.2.1　开启式负荷开关的结构及符号

头（刀片）和静触头装在数层封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头决定。动触头装在操作手柄的转轴上随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。由于组合开关采用扭簧储能，可使其快速接通和分断电路而与手柄旋转速度无关。

组合开关的结构比较紧凑，其实质是一种具有多触点、多位置的刀开关，有单极、双极、多极之分。除用作电源的引入开关外，它还被用来直接控制小容量电动机及控制局部照明电路等，其外形结构及符号如图6.2.2 所示。

图6.2.2　组合开关的结构图及符号

常用的组合开关有HZ5、HZ10、HZ15 等系列产品。

（3）主令电器

主令电器是电气控制系统中，用于发送控制指令的非自动切换的小电流开关电器，它利用控制接触器、继电器或其他电器，使电路接通和分断来实现对生产机械的自动控制。主令电器应用广泛，种类繁多，主要有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、凸轮控制器、主令控器等。

1）按钮

按钮又称按钮开关，是一种用来短时接通或分断小电流电路的手动控制电器。常用的按钮与前面介绍过的两种开关不同的是它能够自动复位，通常它远距离发出“指令”控制继电器、接触器等电器，再由它们去控制主电路的通断。

按钮一般由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、静触点和外壳组成。根据其触点的分合状况，按钮可分为常开按钮（或启动按钮）、常闭按钮（或停止按钮）和复合按钮（常开常闭组合的按钮）。按钮可以做成单个（称单联按钮）、两个（称双联按钮）和三个（三联式）的形式。按钮的外形结构及符号如图6.2.3 所示。

图6.2.3　按钮结构图及符号

复合按钮的动作原理是：按下按钮，常闭触点先断开，常开触点后闭合；松开按钮，常开触点先恢复断开，常闭触点后恢复闭合，这就是按钮的自动复位功能。

为便于识别按钮的作用，避免误操作，通常在按钮帽上做出不同标志或以不同颜色，以示区别，例如红色表示停止，绿色表示启动。同时，为了满足不同控制和操作的需要，按钮的结构形式也有所不同，如紧急式、钥匙式、旋钮式、揿钮式、带灯式、打碎玻璃式等。

常用的按钮有国产的LA2、LA18、LA19、LA20 系列，ABB 公司的C 系列、K 系列。

2）其他主令电器

行程开关是一种利用生产机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置。若将行程开关安装于生产机械行程的终点处，以限制其行程，则又称为限位开关或终点开关。常用型号有LX19、LX22、LX32、LX33、JLXK1、LXW11 和引进的3SE3 等系列。

接近开关又称无触点行程开关，当运动的物体（如金属）与之接近到一定距离时，则发出接近信号。它不仅可完成行程控制和限位保护，还可实现高速计数、测速、物位检测等。按照工作原理，接近开关可以分为电感式、电容式、差动线圈式、永磁式、霍尔式、超声波式等，其中电感式最为常用。常用型号有国产的3SG、U、SJ、AB、LXJ0 等系列，德国西门子公司的3RG6、3RG7、3RG16 等系列。

万能转换开关是一种由多组相同结构的开关元件叠装而成，用以控制多回路的主令电器，一般由凸轮机构、触头系统和定位装置构成。它主要用于控制高压油断路器、空气断路器等的分合闸，各种配电设备中线路的换接、遥控和电压表、电流表的换向测量等；也可以用于控制小容量电动机的启动、换相和调速。常用型号有LW6 等系列。

主令控制器是一种用来较为频繁地切换复杂的多回路控制电路的主令电器。它一般由触头、凸轮、转轴、定位机构等组成。主令控制器主要用于炼钢、大型起重机及其他生产机械的电力拖动控制系统中对电动机的启动、制动和调速等。常用型号有LK1、 LK5、LK6、LK14 等系列。

（4）接触器

接触器是用来频繁接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器，具有低压释放、欠压失压保护功能。电磁式接触器利用电磁吸力与弹簧反力配合，使触点闭合与断开。它还具有低压释放保护功能，是电力拖动自动控制系统中最重要的控制电器之一。接触器的分类较多，按照接触器主触点通过的电流种类，可分为直流接触器和交流接触器。电磁式交流接触器的内部结构及符号如图6.2.4 所示。

图6.2.4　交流接触器结构及符号

电磁式交流接触器主要由电磁系统、触点系统和灭弧装置三大部分组成。电磁系统由吸引线圈、静铁芯和动铁芯（也称衔铁）组成。为了减少涡流与磁滞损耗，铁芯用硅钢片叠压铆成；为了减少接触器吸合时产生的震动和噪声，在铁芯上装有短路环。触点系统采用桥式触点形式，由静触点和动触点组成，触点必须接触良好，工作可靠，常用银或银合金制成。按功能不同，触点分为主触点和辅助触点两类。主触点接触面积较大，并具有断弧能力，用于通、断主电路，一般由三对常开触点组成。辅助触点额定电流较小（一般不超过5 A），有常开、常闭两种，常用来通、断电流较小的控制回路。而灭弧装置（金属栅片灭弧、窄缝灭弧等装置）则在分断大电流或高电压电路时，起着熄灭电弧的作用。

交流接触器的工作原理是：当线圈通电后（俗称线圈得电），产生磁场，磁通经铁芯、衔铁和气隙形成闭合回路，产生电磁吸力；在电磁吸力的作用下，衔铁克服弹簧反力被吸合；在衔铁的带动下，常闭触点断开，常开触点闭合；当线圈断电时（俗称线圈失电），电磁吸力消失，衔铁在弹簧反力的作用下复位，带动主、辅触点恢复原来状态。

常用交流接触器有国产的CJ20、CJ60、CKJ、CJX1、CJX2 系列、德国西门子公司的3TB 系列、ABB 公司的B 系列，法国TE 公司的LC1D、LC2D 系列等产品。

（5）熔断器

熔断器是利用物质过热熔化的性质制成的保护电器。熔断器主要由熔体和安装熔体的管或熔座两部分组成。熔体主要是用高电阻率低熔点的铅锡合金或低电阻率高熔点的银铜合金制成，使用时将其串接在被保护的电路中。熔管是熔体的保护外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，有的里面还装有填充料（如石英砂），在熔体熔断时兼起灭弧的作用。其结构及符号如图6.2.5 所示。

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图6.2.5　常用熔断器的结构及符号

熔断器常用在低压配电系统和电力拖动系统中。使用时，熔断器串联在所保护的电路中，当电路发生短路故障或严重过载时，通过熔体的电流达到或超过了某一规定值时，熔体因其自身产生的热量将会熔断，从而切断电路，达到保护电路的目的。

常用的熔断器有RC1A 系列瓷插式、RL1 系列螺旋式、RM10 系列无填料封闭管式和RT0、RT16 等系列有填料封闭管式、RS 系列快速式等几种。

前面介绍的几种熔断器，虽能起到短路保护作用，但熔体一旦熔断就不能再继续使用，用于电力网络的输配电线路中，新型的自复式熔断器结构解决了这一矛盾。自复式熔断器的熔体采用非线性电阻元件制成，在特大短路电流产生的高温高压下，熔体电阻值突变（即瞬间呈高阻状态），从而能将短路电流限制在很小的数值范围内。

（6）热继电器

热继电器是利用电流热效应原理来推动动作机构，使触点系统闭合或分断的保护电器，常用于电动机的过载保护、缺相保护和电流不平衡保护，以及其他电气设备发热状态的控制。其结构及符号如图6.2.6 所示。

如果电动机过载时间过长，绕组温升就会超过允许值，将会加剧绕组的绝缘老化，缩短电动机的使用年限，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。因此，对于长期运行的电动机，都必须提供过载保护装置。

热继电器主要由热元件、双金属片、触点系统和动作机构等几部分组成。热元件是一段电阻不太大的电阻片（或电阻丝），串接在电动机的主电路中，它对双金属片的加热方式主要有直接加热、间接加热和复合加热，其中间接加热应用最为广泛。热继电器的常闭触点串接在控制电路中，当电动机正常工作时，热继电器不动作。如果电动机过载，流过热元件的电流超过允许值一定时间后，热元件的温度升高，双金属片（由两层热膨胀系数不同的金属片经热轧合而成）因受热弯曲位移增大而推动导板使触点动作，常闭触点的断开使控制电路失电，断开电动机的主电路而起到保护作用。

图6.2.6　热继电器的结构及符号

常用的热继电器有国产的JR0 JR10、JR16、JR20、JRS1 系列、德国西屋芬纳尔公司的JR23（KD7）系列、西门子公司的JRS3 （3UA）系列、ABB 公司的T 系列等多种。

由于热继电器中双金属片受热时具有热惯性，不可能瞬间变形动作，因此热继电器不同于过电流继电器和熔断器，它不能用作瞬时过载保护，更不能用作短路保护。当然，也正因为热惯性，热继电器在电动机启动过程或短时过载时不会误动作。

综上所述，虽然熔断器和热继电器都是保护电器，但是它们的保护作用是各不相同的。熔断器用作短路保护，只有在严重过载时才能作过载保护；而热继电器由于它的热惯性，只能作过载保护，绝对不能用来作电路的短路保护。

（7）时间继电器

时间继电器是一种利用各种延时原理（例如电磁原理或机械动作）来延迟触点的闭合或分断的自动控制电器。其种类很多，按动作原理可分为电磁阻尼式、空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。

下面以空气阻尼式继电器为例，介绍时间继电器的结构、工作原理及符号等。

空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼原理来获得延时，主要由电磁机构、延时机构、工作触点等构成。电磁机构有交流、直流两种，当衔铁位于静铁芯和延时机构之间时，为通电延时型，其结构如图6.2.7 所示；而静铁芯位于衔铁和延时机构之间时，为断电延时型。

图6.2.7　空气阻尼式通电延时型时间继电器的结构示意图

通电延时型空气阻尼式时间继电器，当线圈通电后，衔铁吸合，在衔铁的带动下弹簧片使瞬时触点立即动作，同时推杆在宝塔弹簧的作用下推动挡板。由于气室中橡皮膜下的空气变得稀薄，形成负压，推杆只能慢慢移动，其移动速度由调节螺钉控制的进气孔的进气大小来决定。经过一段延时后，杠杆压动延时触点，使其动作，起到了通电延时的作用。当线圈断电，衔铁释放，气室中橡皮膜下的空气迅速排出，使推杆、杠杆、瞬时触点、延时触点等迅速复位。由线圈得电到延时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调节进气孔的气隙大小来改变。其线圈和延时触点如图6.2.8（b）、（d）、（e）所示。

图6.2.8　时间继电器的符号

断电延时型空气阻尼式时间继电器，当其线圈得电时，延时触点和瞬动触点立即动作，只是在线圈失电时，瞬动触点立即复位。对于延时触点而言，已经闭合的常开触点会延时断开，而断开的常闭延时触点则会延时闭合。其线圈和延时触点如图6.2.8（c）、（f）、（g）所示。

目前国内新式的产品有JS23 系列，用于取代老式的JS7A、JS7B 及JS16 系列。空气阻尼式时间继电器具有结构简单、调整简便、延时范围大，不受电源电压及频率波动的影响、价格低等优点。但其延时精度低，一般用于对延时精度要求不高且无粉尘污染的场合。

（8）低压断路器

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，在低压电路中，用于分断和接通负荷电路，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机实行保护等。其作用相当于是刀开关、 热继电器、熔断器和欠电压继电器的组合，可以实现短路、过载、欠压和失压保护，是低压电器中应用较广的一种保护电器。断路器按照结构的不同可分为装置式和万能式两种，图6.2.9 是一般三极低压断路器的原理图和符号。

图6.2.9　低压断路器的原理图及符号

低压断路器由触头系统、灭弧装置、脱扣器和操作机构等部分组成。当电路发生故障，脱扣器通过操作机构，使主触点在弹簧的作用下迅速分断跳闸。其操作机构较复杂，其通断可用手柄操作，也可用电磁机构操作、大容量的断路器也可采用电动机操作。

1）主触头及灭弧装置

它们是断路器的执行部件，用于接通和分断主电路。为提高其分断能力，主触头采用耐弧金属制成，并设有灭弧装置。

2）脱扣器

它是断路器的感受元件，当电路出现故障时，脱扣器检测到故障信号后，经脱扣机构使断路器的主触头分断。

①电磁式电流脱扣器的线圈串接在主电路中，当额定电流通过时，产生的电磁吸力不足以克服弹簧反力，衔铁不吸合。当出现瞬时过电流或短路电流时，衔铁被吸合并带动脱扣机构，使低压断路器跳闸，从而达到瞬时过电流或短路电流保护目的。

②过载脱扣器常采用双金属片制成脱扣器，加热元件串联在主电路中，当电流过载到一定值时，双金属片受热弯曲带动脱扣机构，使低压断路器跳闸，达到过载保护目的。

③欠压、失压脱扣器是一个具有电压线圈的电磁机构，线圈并接在主电路中。当主电路电压正常时，脱扣器产生足够大的吸力，克服弹簧反力将衔铁吸合；当主电路电压消失或降至一定数值以下时，断路器的主触点闭1 的电磁吸力不足以继续吸持衔铁，在弹簧反力作用下，衔铁推动脱扣机构，使低压断路器跳闸，从而达到欠压失压保护目的。

④分励脱扣器用于远距离操作。正常工作时，其线圈断电；需要远方操作时，使线圈通电，电磁铁带动操作机构动作，使低压断路器跳闸。

不是所有型号的低压断路器都具有上述几种脱扣器，因为低压断路器具有的多种功能，是以脱扣器或附件的形式实现的，根据用途不同，断路器可以配备不同的脱扣器或附件。随着智能化低压电器的发展，以微处理器或单片机为核心的智能控制器构成的智能化断路器不仅具备普通断路器的各种保护功能，还对电路具有在线监视、自行调节、测量、诊断、热记忆、通信等功能，并可显示、设定、修改各种保护功能的动作参数。

装置式低压断路器又称为塑壳式低压断路器，通过用模压绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起，用于电动机及照明系统的控制、供电线路的保护等，操作方式多为手动。主要型号有DZ5、DZ10、DZ15、DZ20、DZX10、DZX19、DZS620、C65N、S060 等系列以及带漏电保护功能的DZL25 等系列。

万能式低压断路器又称为框架式低压断路器，由具有绝缘衬垫的框架结构底座将所有的构件组装在一起，用于配电网络的保护。主要型号有DW10、DW16（一般型）、DW15、DW15HH（多功能、高性能型）、DW65（智能型）、ME、AE（高性能型）和M（智能型）等系列。