常用低壓電器與可編程序控制器第2章

第2章常用低壓電器

2.1常用低壓電器的分類(lèi)2.2刀開(kāi)關(guān)2.3熔斷器2.4低壓斷路器2.5接觸器2.6繼電器2.7主令電器2.1常用低壓電器的分類(lèi)

按所控制的對(duì)象分為：1、低壓配電電器--主要用在配電系統(tǒng)中，要求工作可靠，有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，如刀開(kāi)關(guān)、熔斷器等。2、低壓控制電器--主要用于電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)和用電設(shè)備中，要求這類(lèi)電器工作準(zhǔn)確可靠，操作頻率高，壽命長(zhǎng)。如有接觸器、控制繼電器、主令開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)器、電磁鐵等。

按動(dòng)作性質(zhì)可分為：1、自動(dòng)切換電器--是指它在完成接通、分?jǐn)?、啟?dòng)、反向和停止等動(dòng)作時(shí)是依靠本身參數(shù)或外來(lái)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行的，不由人直接操作，例如接觸器，繼電器等2、非自動(dòng)切換電器--非自動(dòng)切換電器又稱手控電器，它主要是用人手直接操作進(jìn)行切換的，例如刀開(kāi)關(guān)，旋鈕等。

圖2-1常用低壓電器分類(lèi)

2.2刀開(kāi)關(guān)

2.2.1常用刀開(kāi)關(guān)

1.開(kāi)啟式刀開(kāi)關(guān)：額定電壓為AC380V、DC440V，額定電流為1500A以下的配電設(shè)備中作電源隔離之用。它帶有各種杠桿操作機(jī)構(gòu)及滅弧室的開(kāi)關(guān)，可按其分?jǐn)嗄芰Ψ穷l繁地切斷負(fù)荷電路。

板前接線開(kāi)啟式刀開(kāi)關(guān)

圖2-3國(guó)產(chǎn)刀開(kāi)關(guān)產(chǎn)品型號(hào)含義

HD11—100/38：?jiǎn)瓮吨醒胧直?00A3極無(wú)滅弧室板前接線開(kāi)啟式刀開(kāi)關(guān)

2.封閉式負(fù)荷開(kāi)關(guān)俗稱鐵殼開(kāi)關(guān)，適合于額定電壓為AC380V、DC440V，額定電流為60A以下的電路。一般用于控制小容量的交流異步電動(dòng)機(jī)。組成：刀開(kāi)關(guān)及熔斷器組合而成的，能快速接通和分?jǐn)嘭?fù)荷電路操作方式：正面或側(cè)面手柄，并裝有聯(lián)鎖裝置，保證箱蓋打開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)不能閉合及開(kāi)關(guān)閉合時(shí)箱蓋不能打開(kāi)。例：型號(hào)為HH3-25/3的鐵殼開(kāi)關(guān)表示：設(shè)計(jì)代號(hào)為3、額定電流為25A的3極封閉式負(fù)荷開(kāi)關(guān)圖2-4HH型負(fù)荷開(kāi)關(guān)

3.開(kāi)啟式負(fù)荷開(kāi)關(guān)俗稱瓷底膠殼刀開(kāi)關(guān)，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛的手動(dòng)電器，常用作交流額定電壓為AC380/220V、額定電流為100A的照明配電線路的電源開(kāi)關(guān)和小容量電動(dòng)機(jī)非頻繁啟動(dòng)的操作開(kāi)關(guān)。組成：操作手柄、熔斷絲、觸刀、觸刀座和底座等膠殼的作用：防止操作時(shí)電弧飛出灼傷操作人員，并防止極間電弧造成電源短路。因此操作前一定要將膠殼安裝好。熔斷絲作用：主要起短路和嚴(yán)重過(guò)電流保護(hù)作用。

圖2-5膠殼刀開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖

熔斷絲操作手柄觸刀觸刀座底座4.熔斷器式隔離器熔斷器式隔離器是一種新型電器，有多種結(jié)構(gòu)型式，組成：有填料熔斷器和刀開(kāi)關(guān)組合作用：

1、在回路正常供電的時(shí)，刀開(kāi)關(guān)來(lái)做電源隔離開(kāi)關(guān)

2、嚴(yán)重過(guò)載和短路時(shí)，熔斷器的熔體熔斷，起保護(hù)作用應(yīng)用：開(kāi)關(guān)柜或與終端電器配套的電器裝置接線時(shí)，接線：將電源進(jìn)線端接在上端端子上，負(fù)載接在下端端子上。

注意：安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。若倒裝，手柄有可能會(huì)自動(dòng)下滑而引起誤合閘，造成人身傷害事故。熔斷器式隔離器

2.2.2隔離器和刀開(kāi)關(guān)的選用原則1、滿足隔離功能（主要功能）2、額定絕緣電壓和額定工作電壓不低于線路的相應(yīng)數(shù)據(jù)，額定工作電流不小于線路的計(jì)算電流3、熔斷器組合電器的選用，需在上述隔離器、刀開(kāi)關(guān)的選用要求之外再考慮熔斷器的特點(diǎn)(參見(jiàn)熔斷器的選用原則)。2.3熔斷器

電氣設(shè)備的電流保護(hù)有兩種主要形式：

1、過(guò)載延時(shí)保護(hù)：反時(shí)限保護(hù)，如熱繼電器

2、短路瞬時(shí)保護(hù)：瞬時(shí)保護(hù)，如熔斷器過(guò)載：一般是指過(guò)電流≤10倍額定電流

短路：指過(guò)電流≥10倍額定電流2.3.1熔斷器的結(jié)構(gòu)及工作原理組成：熔斷管(或座)、熔斷體、填料及導(dǎo)電部件等

熔斷管一般是由硬質(zhì)纖維或瓷質(zhì)絕緣材料制成的封閉或半封閉式管狀外殼。

熔斷體由金屬材料制成，裝于熔斷管內(nèi)，有利于熔斷體熔斷時(shí)熄滅電弧。熔斷體可以是絲狀、帶狀、片狀或籠狀。除絲狀外，其他熔斷體通常制成變截面結(jié)構(gòu)，可以改善熔斷體材料性能及控制不同故障情況下的熔化時(shí)間。密封管式熔斷器

熔斷體--熔斷器的心臟部件

熔體材料：低熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料兩大類(lèi)。

基本性能：是功耗小、限流能力強(qiáng)和分?jǐn)嗄芰Ω摺Ｌ盍?-是熔斷器中的關(guān)鍵材料，主要作用為滅弧介質(zhì)和幫助熔體散熱，有助于提高熔斷器的限流能力和分?jǐn)嗄芰ΑＷ饔?-串接于被保護(hù)電路中，發(fā)生短路或過(guò)電流時(shí)，熔斷體自行熔斷，切斷故障電路，起到保護(hù)作用。安秒特性：熔化系數(shù)IN/I∞≈1.5~22.3.2常用典型熔斷器

1.插入式熔斷器插入式熔斷器又稱瓷插式熔斷器，如圖2-9所示。熔體材料：主要是軟鉛絲和銅絲作用：短路保護(hù)及高倍過(guò)電流保護(hù)。應(yīng)用：用于民用交流50Hz、額定電壓至380V、額定電流

200A以下的低壓照明線路末端或分支電路中圖2-9插入式熔斷器

2.螺旋式熔斷器熔體材料：主要是軟鉛絲和銅絲作用：短路保護(hù)及過(guò)電流保護(hù)。應(yīng)用：工礦企業(yè)低壓配電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)組成：瓷座、熔體、瓷帽等。熔體是一個(gè)瓷管，內(nèi)裝有石英砂和熔絲，熔絲的兩端焊在熔體兩端的導(dǎo)電金屬端蓋上，其上端蓋中有一個(gè)染有紅漆的熔斷指示器。當(dāng)熔體熔斷時(shí)，熔斷指示器彈出、脫落，透過(guò)瓷帽上的玻璃孔可以看見(jiàn)。圖2-10螺旋式熔斷器

3.半導(dǎo)體器件保護(hù)熔斷器半導(dǎo)體器件PN結(jié)的過(guò)電流能力極低，容易被燒壞，只能在極短時(shí)間(數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒)內(nèi)承受過(guò)電流，為此，必須采用能迅速動(dòng)作的快速熔斷器。常用的快速熔斷器有RS、NGT和CS系列等。

RS0系列快速熔斷器：

熔斷器額定電流的選擇原則

低壓斷路器由以下三個(gè)基本部分組成：

(1)觸頭和滅弧系統(tǒng)--這一部分是執(zhí)行電路通斷的主要部件。

(2)具有不同保護(hù)功能的脫扣器--由具有不同保護(hù)功能的各種脫扣器可以組合成不同性能的低壓斷路器。

(3)自由脫扣器和操作機(jī)構(gòu)--是聯(lián)系以上兩部分的中間傳遞部件。2.4低壓斷路器

2.4.1低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器的結(jié)構(gòu)圖2-11低壓斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖2.4.2典型低壓斷路器簡(jiǎn)介

1.萬(wàn)能框架式斷路器特點(diǎn)：具有多段式保護(hù)特性、容量較大、輔助觸頭的數(shù)量也較多，不同的脫扣器組合可產(chǎn)生不同的保護(hù)特性。應(yīng)用：主要用于配電網(wǎng)絡(luò)的總開(kāi)關(guān)和保護(hù)。萬(wàn)能框架式斷路器

2.塑料外殼式斷路器特點(diǎn)：所有部件都裝在聚酯絕緣材料封閉型外殼中，接線方式分為板前接線和板后接線兩種。非選擇型斷路器，不同用途有不同型號(hào)的斷路器，如配電用斷路器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器應(yīng)用：低壓配電開(kāi)關(guān)柜(箱)中，作配電線路、電動(dòng)機(jī)、照明電路及電熱器等設(shè)備的電源控制開(kāi)關(guān)及保護(hù)。用在非頻繁轉(zhuǎn)換的線路中。

2.塑料外殼式斷路器

3.模數(shù)式小型斷路器特點(diǎn)：是終端電器中的一大類(lèi)，對(duì)有關(guān)電路和用電設(shè)備應(yīng)進(jìn)行配電、控制和保護(hù)等。在結(jié)構(gòu)上具有外形尺寸模數(shù)化(9mm的倍數(shù))和安裝導(dǎo)軌化的特點(diǎn)。組成：斷路器由操作機(jī)構(gòu)、熱脫扣器、電磁脫扣器、觸頭系統(tǒng)和滅弧室等部件組成，所有部件都置于絕緣外殼中。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、建筑及家庭等場(chǎng)所有的產(chǎn)品備有報(bào)警開(kāi)關(guān)、輔助觸頭組、分勵(lì)脫扣器、欠壓脫扣器和漏電脫扣器等附件，供需要時(shí)選用。

3.模數(shù)式小型斷路器2.4.3低壓斷路器的選用原則根據(jù)具體使用條件選擇使用類(lèi)別、額定工作電壓、額定電流、脫扣器整定電流和分勵(lì)、欠壓脫扣器的電壓電流等，參照產(chǎn)品樣本提供的保護(hù)特性曲線選用保護(hù)特性，并需對(duì)短路特性和靈敏系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)與另外的斷路器或其他保護(hù)電器之間有配合要求時(shí)，應(yīng)選用選擇型斷路器。

2.5接觸器

2.5.1接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理組成：由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸頭及基座等幾部分組成，如圖2-13所示。工作原理：利用電磁系統(tǒng)控制銜鐵的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)觸頭，使電路接通或斷開(kāi)的。交流接觸器和直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。

圖2-13接觸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

觸頭分類(lèi)：主觸頭：流過(guò)主回路電流輔助觸頭：用于控制回路觸頭選擇：

1、中、小容量主、輔助觸頭一般都采用直動(dòng)式雙斷點(diǎn)橋式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

2、大容量的主觸頭采用轉(zhuǎn)動(dòng)式單斷點(diǎn)指型觸頭。滅弧方式：交流接觸器常采用多縱縫滅弧裝置滅弧。直流接觸器采用磁吹式滅弧裝置滅弧。

不得任意將交、直流接觸器互換使用，否則將可能使滅弧發(fā)生困難，引起故障及事故2.5.2常用典型交流接觸器典型交流接觸器種類(lèi)1、空氣電磁式交流接觸器2、機(jī)械聯(lián)鎖(可逆)交流接觸器3、切換電容器接觸器：專(zhuān)用于低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備中的投入或切除并聯(lián)電容器組，以調(diào)整用電系統(tǒng)的功率因數(shù)4、真空交流接觸器5、直流接觸器：應(yīng)用于直流電力線路中，可提供遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嚯娐罚约爸绷麟妱?dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)控制等。6、智能化接觸器：主要特征是裝有智能化電磁系統(tǒng)，具有通信功能，具有對(duì)運(yùn)行工況自動(dòng)識(shí)別、控制和執(zhí)行的能力。從外形結(jié)構(gòu)上看，與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同的是，智能化接觸器在出線端位置增加了一塊帶微處理器及測(cè)量線圈的機(jī)電一體化線路板。2.6繼電器2.6.1繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)：一是能反應(yīng)外界輸入信號(hào)的感應(yīng)機(jī)構(gòu)；二是對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)通斷控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。感應(yīng)機(jī)構(gòu)：將輸入的電量或非電量變換成機(jī)械能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的通斷控制。2.6.2常用典型繼電器

1.電磁式繼電器電磁式繼電器的種類(lèi)很多，如電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、電磁式時(shí)間繼電器、接觸器式繼電器等，結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理與接觸器相同，不再贅述。

2.時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器按其延時(shí)原理有電磁式、機(jī)械空氣阻尼式、電動(dòng)機(jī)式、電子式、可編程式和數(shù)字式等。它是一種實(shí)現(xiàn)觸頭延時(shí)接通或斷開(kāi)的自動(dòng)控制電器，主要作為輔助電器元件，用于各種電氣保護(hù)及自動(dòng)裝置中，使被控元件達(dá)到所需要的延時(shí)，應(yīng)用十分廣泛。一般電磁式時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間在十幾秒以下，多為斷電延時(shí)，其延時(shí)整定精度和穩(wěn)定性不是很高。但繼電器本身適應(yīng)能力較強(qiáng)，常用的電磁式時(shí)間繼電器有JT3系列時(shí)間繼電器。

空氣阻尼式時(shí)間繼電器原理：利用空氣阻尼原理獲得延時(shí)的。組成:電磁機(jī)構(gòu):為直動(dòng)式雙E形；直流的和交流的延時(shí)機(jī)構(gòu):采用氣囊式阻尼器觸頭系統(tǒng):采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)分類(lèi)：通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種。圖2-16軸線左邊部分為延時(shí)單元，右邊部分為電磁機(jī)構(gòu)。將圖中右邊部分的電磁機(jī)構(gòu)旋出固定螺釘后再旋轉(zhuǎn)180°，即為斷電延時(shí)型。

圖2-16JS7—2A型空氣阻尼式時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖

1

工作原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，銜鐵連同L形托板被鐵心吸引而右移，微動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸頭迅速轉(zhuǎn)換，L形托板的尾部便伸出支持件尾部至A點(diǎn)；同時(shí)，連接在氣室的橡皮膜上的活塞桿也右移，由于杠桿形撞塊連接在活塞桿上，故撞塊的上部左移，由于橡皮膜向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜下方氣室的空氣稀薄形成負(fù)壓，起到空氣阻尼作用，因此經(jīng)緩慢右移一定的時(shí)間后，撞塊上部的行程螺釘才能壓動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使微動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸頭轉(zhuǎn)換，達(dá)到通電延時(shí)的目的。其移動(dòng)的速度即延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，視進(jìn)氣孔的大小、進(jìn)入空氣室的空氣流量而定，可通過(guò)延時(shí)調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在反力彈簧的作用下釋放，并通過(guò)活塞桿將活塞推向下端。這時(shí)橡皮膜下方氣室內(nèi)的空氣通過(guò)橡皮膜、彈簧和活塞的肩部所形成的單向閥，迅速?gòu)臍馐铱p隙中排掉，因此杠桿形撞塊和微動(dòng)開(kāi)關(guān)能迅速?gòu)?fù)位。在線圈通電和斷電時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)在推板的作用下瞬時(shí)動(dòng)作，即為時(shí)間繼電器的瞬動(dòng)觸頭。

空氣阻尼式時(shí)間繼電器的優(yōu)點(diǎn)是，延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉；其缺點(diǎn)是誤差大(±10%～±20%)，無(wú)調(diào)節(jié)刻度指示，難以精確地整定延時(shí)值。在對(duì)延時(shí)精度要求高的場(chǎng)合，不宜使用這種時(shí)間繼電器。

3.熱繼電器熱繼電器的主要技術(shù)要求保證電動(dòng)機(jī)既不超過(guò)容許的過(guò)載，最大限度地利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)。為此，對(duì)熱繼電器提出了如下技術(shù)要求：

(1)應(yīng)具有可靠而合理的保護(hù)特性。

(2)具有一定的溫度補(bǔ)償。

(3)具有手動(dòng)復(fù)位與自動(dòng)復(fù)位功能。

(4)熱繼電器的動(dòng)作電流可以調(diào)節(jié)。

熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理主雙金屬片與熱元件串聯(lián)，通電后雙金屬片受熱向左彎曲，推動(dòng)導(dǎo)板，導(dǎo)板向左推動(dòng)補(bǔ)償雙金屬片。補(bǔ)償雙金屬片與推桿固定在一起，它可繞軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。推桿推動(dòng)片簧向右，當(dāng)向右推動(dòng)到一定位置后，弓簧的作用方向改變，使片簧向左運(yùn)動(dòng)，將觸點(diǎn)分?jǐn)唷Ｓ善杉肮蓸?gòu)成了一組跳躍機(jī)構(gòu)。圖2-18雙金屬片熱繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖

64、速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、定子和觸頭系統(tǒng)三部分組成，由電機(jī)轉(zhuǎn)速控制觸電的通斷5、溫度繼電器兩種類(lèi)型：雙金屬片式、熱敏電阻式溫度繼電器。雙金屬片式溫度繼電器的工作原理與熱繼電器相似，在此不再贅述，熱敏電阻式相當(dāng)于溫度傳感器。

6.固體繼電器是一種無(wú)觸頭開(kāi)關(guān)器件，利用信號(hào)光電耦合方式使控制回路與負(fù)載回路實(shí)現(xiàn)了電隔離。當(dāng)控制端無(wú)信號(hào)時(shí)，其主回路呈阻斷狀態(tài)；當(dāng)施加控制信號(hào)時(shí)，主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)構(gòu)緊湊，開(kāi)關(guān)速度快，能與微電子邏輯電路兼容應(yīng)用場(chǎng)合：惡劣的工況下固體繼電器可取代電磁式繼電器。廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制儀器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、交通信號(hào)管理系統(tǒng)等。圖2-23固體繼電器的工作原理框圖(a)直流固體繼電器；(b)交流固體繼電器

7.可編程通用邏輯控制繼電器可編程通用邏輯控制繼電器的特點(diǎn)：編程操作簡(jiǎn)單。(2)編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單、易懂。(3)參數(shù)顯示、設(shè)置方便。(4)輸出能力大。(5)通信功能。2.6.3繼電器的選用1、接觸器式繼電器

按規(guī)定要求選定觸頭型式和通斷能力，其他原則與接觸器相同。2、時(shí)間繼電器選用時(shí)間繼電器時(shí)要考慮的特殊要求主要是延時(shí)時(shí)間、延時(shí)類(lèi)型、延時(shí)精度和工作條件。3、保護(hù)繼電器

保護(hù)繼電器在電路中起保護(hù)作用。保護(hù)繼電器主要包括過(guò)電流繼電器（其動(dòng)作電流可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作情況按其啟動(dòng)電流的1.1～1.3倍整定）、欠電流繼電器、過(guò)電壓繼電器和欠電壓(零電壓、失壓)繼電器等。2.7主令電器

2.7.1常用主令電器

1.控