低压电器的小型化、模块化、组合化和高性能化趋势

低压电器是指用在交流50 Hz、额定电压1 200 V以下及直流额定电压1 500 V以下的电路中，能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或电气设备的切换、控制、保护、检测和调节的电器。低压电器作为基本控制电器，广泛应用于输、配电系统和自动控制系统，在工农业生产、交通运输和国防工业中起着极其重要的作用。目前，低压电器正朝着小型化、模块化、组合化和高性能化发展。

一、低压电器的分类

1.按用途分类

（1）低压配电电器：包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关。

作用：主要对系统进行控制与保护，使短路电流造成的系统热效应不会损坏电器。

（2）低压控制电器：包括接触器、控制继电器等。

作用：主要用于电气设备控制系统。

2.按动作方式分类

（1）自动切换电器：它依靠电器本身参数变化或外来信号（如电流、电压、温度、压力、速度、热量等）自动完成接通、分断或使电动机启动、反向及停止等动作，如接触器、继电器等。

（2）手控电器：它依靠外力（人力）直接操作来进行切换等动作，如按钮、刀开关等。

二、常用低压电器

1.断路器

低压断路器是将控制和保护功能合为一体的电器，主要用于过载保护、短路保护、欠压保护。断路器外形、图形符号和文字符号如图2-5所示。

图2-5　断路器外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

常用低压电器

2.熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉而有效的保护性电器，主要用作短路保护。当电路发生严重过载或短路时，熔断器的熔体熔断，从而切断电路，达到保护的目的。熔断器外形、图形符号和文字符号如图2-6所示。

3.按钮

按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器，在低压控制电路中用于手动发出控制信号。按钮常被制作成复合式结构，即具有常开和常闭触点。按下时常闭触点先断开，然后常开触点闭合。去掉外力后，在复位弹簧的作用下，常开触点复位。按钮外形、图形符号和文字符号如图2-7所示。

图2-6　熔断器外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

图2-7　按钮外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

4.继电器

继电器用来接通和断开控制电路。中间继电器就是一个继电器，它的结构和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。中间继电器的原理与交流接触器的基本相同，即它们都是线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。常用继电器外形、图形符号和文字符号如图2-8所示。

图2-8　常用继电器外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

5.接触器

接触器用来接通和断开负载，与热继电器组合，保护运行中的电气设备；与继电器控制回路组合，远控或联锁相关电气设备。(www.xing528.com)

接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。其工作原理是线圈通电后，铁芯产生电磁力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开、常开触点闭合。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在弹簧的作用下释放，触点系统随之复位。常用接触器外形、图形符号和文字符号如图2-9所示。

图2-9　常用接触器外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

6.直流稳压电源

直流稳压电源的功能是将非稳定的交流电源变成稳定的直流电源。在数控机床电气控制中，直流稳压电源给放大器、控制单元、直流继电器、信号灯等提供直流电源。

直流稳压电源选用原则：

（1）系统的输入、输出要尽可能采用不同的电源，即每台机床至少有两个开关电源，一个供系统、I/O单元、面板、光栅接口及PLC输入X地址使用，另一个供PLC输出Y（DOCOM）地址使用。

（2）不要简单地增加电源容量，严禁电源被并联使用在数控机床中。直接稳压电源的外形、图形符号和文字符号如图2-10所示。

图2-10　直流稳压电源的外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

7.变压器

在数控机床上常用两种变压器：机床控制变压器和三相伺服变压器。机床控制变压器适用于交流50～60 Hz、输入电压不超过660 V的电路，作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源，以及步进电动机驱动器、局部照明及指示灯的电源。三相伺服变压器主要用于数控机床中交流伺服电动机电压与中国电网电压的匹配。常用变压器的外形、图形符号和文字符号如图2-11所示。

图2-11　常用变压器的外形、图形符号和文字符号

（a）外形；（b）图形符号和文字符号

8.热继电器

热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电、主电路断开，实现电动机的过载保护。热继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小、结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。

三、元器件的分布与设计参考

一般依据以下原则对元器件进行布局：

（1）将通过强电流和弱电流的元器件尽量分开。

（2）尽量将同一类元器件紧靠安装，如将断路器和断路器安装在一起，将继电器和继电器安装在一起，将接线端子尽量布置在一排。

（3）查看元器件的规格说明书，检查是否有对空间和环境的特殊要求。

（4）布局元器件时，必须考虑到布线简洁、方便、节约成本且维修方便的特点。

（5）电气设备应有足够的电气间隙以保证设备安全可靠地工作。

（6）电气元器件及其组装板的安装结构应尽量考虑方便正面拆装。如有可能，元器件的安装紧固件应能在正面紧固及松脱。

（7）各电气元器件应能单独拆装更换，而不影响其他元器件及导线的固定。

（8）应将发热元器件安装在散热良好的地方，两个发热元器件之间的连线应采用耐热导线或裸铜线套瓷管。

（9）一般应将电阻器等电热元器件安装在箱子的上方，安装方向及位置应利于散热并尽量减少对其他元器件的热影响。

（10）应将系统或不同工作电压电路的熔断器分开布置。

（11）熔断器、使用中易于损坏的元器件、偶尔需要调整及复位的零件，应不经拆卸其他部件便可以接近，以便于更换及调整。

元器件排版应考虑到元器件的布置对线路走向和合理性的影响。如大截面导线转弯半径，强、弱电元器件之间的放置距离，发热元器件的方向布置等，这些都是排版时必须综合考虑的问题。

电柜的设计、电气线路的设计是影响数控机床可靠性的最重要因素，设计的先天缺陷对产品的可靠性影响非常大，有时是无法补救的，因此一定要尽量在设计中避免上述问题的出现，不要等出现问题后再去补救，那样费时费力且会对厂家的信誉产生影响。