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2.2刀開關(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

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

按動作性質(zhì)可分為：1、自動切換電器--是指它在完成接通、分斷、啟動、反向和停止等動作時是依靠本身參數(shù)或外來信號自動進行的，不由人直接操作，例如接觸器，繼電器等2、非自動切換電器--非自動切換電器又稱手控電器，它主要是用人手直接操作進行切換的，例如刀開關(guān)，旋鈕等。

圖2-1常用低壓電器分類

2.2刀開關(guān)

2.2.1常用刀開關(guān)

1.開啟式刀開關(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構(gòu)及滅弧室的開關(guān)，可按其分斷能力非頻繁地切斷負荷電路。

板前接線開啟式刀開關(guān)

圖2-3國產(chǎn)刀開關(guān)產(chǎn)品型號含義

HD11—100/38：單投中央手柄100A3極無滅弧室板前接線開啟式刀開關(guān)

2.封閉式負荷開關(guān)俗稱鐵殼開關(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機。組成：刀開關(guān)及熔斷器組合而成的，能快速接通和分斷負荷電路操作方式：正面或側(cè)面手柄，并裝有聯(lián)鎖裝置，保證箱蓋打開時開關(guān)不能閉合及開關(guān)閉合時箱蓋不能打開。例：型號為HH3-25/3的鐵殼開關(guān)表示：設(shè)計代號為3、額定電流為25A的3極封閉式負荷開關(guān)圖2-4HH型負荷開關(guān)

3.開啟式負荷開關(guān)俗稱瓷底膠殼刀開關(guān)，是一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛的手動電器，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關(guān)和小容量電動機非頻繁啟動的操作開關(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：主要起短路和嚴重過電流保護作用。

圖2-5膠殼刀開關(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關(guān)組合作用：

1、在回路正常供電的時，刀開關(guān)來做電源隔離開關(guān)

2、嚴重過載和短路時，熔斷器的熔體熔斷，起保護作用應(yīng)用：開關(guān)柜或與終端電器配套的電器裝置接線時，接線：將電源進線端接在上端端子上，負載接在下端端子上。

注意：安裝時，手柄要向上，不得倒裝或平裝。若倒裝，手柄有可能會自動下滑而引起誤合閘，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算電流3、熔斷器組合電器的選用，需在上述隔離器、刀開關(guān)的選用要求之外再考慮熔斷器的特點(參見熔斷器的選用原則)。2.3熔斷器

電氣設(shè)備的電流保護有兩種主要形式：

1、過載延時保護：反時限保護，如熱繼電器

2、短路瞬時保護：瞬時保護，如熔斷器過載：一般是指過電流≤10倍額定電流

短路：指過電流≥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：低熔點材料和高熔點材料兩大類。

基本性能：是功耗小、限流能力強和分斷能力高。填料--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斷能力。作用--串接于被保護電路中，發(fā)生短路或過電流時，熔斷體自行熔斷，切斷故障電路，起到保護作用。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：短路保護及高倍過電流保護。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：短路保護及過電流保護。應(yīng)用：工礦企業(yè)低壓配電設(shè)備、機械設(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電金屬端蓋上，其上端蓋中有一個染有紅漆的熔斷指示器。當熔體熔斷時，熔斷指示器彈出、脫落，透過瓷帽上的玻璃孔可以看見。圖2-10螺旋式熔斷器

3.半導體器件保護熔斷器半導體器件PN結(jié)的過電流能力極低，容易被燒壞，只能在極短時間(數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒)內(nèi)承受過電流，為此，必須采用能迅速動作的快速熔斷器。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)具有不同保護功能的脫扣器--由具有不同保護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典型低壓斷路器簡介

1.萬能框架式斷路器特點：具有多段式保護特性、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)生不同的保護特性。應(yīng)用：主要用于配電網(wǎng)絡(luò)的總開關(guān)和保護。萬能框架式斷路器

2.塑料外殼式斷路器特點：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的斷路器，如配電用斷路器、電動機保護用斷路器應(yīng)用：低壓配電開關(guān)柜(箱)中，作配電線路、電動機、照明電路及電熱器等設(shè)備的電源控制開關(guān)及保護。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：是終端電器中的一大類，對有關(guān)電路和用電設(shè)備應(yīng)進行配電、控制和保護等。在結(jié)構(gòu)上具有外形尺寸模數(shù)化(9mm的倍數(shù))和安裝導軌化的特點。組成：斷路器由操作機構(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)、建筑及家庭等場所有的產(chǎn)品備有報警開關(guān)、輔助觸頭組、分勵脫扣器、欠壓脫扣器和漏電脫扣器等附件，供需要時選用。

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別、額定工作電壓、額定電流、脫扣器整定電流和分勵、欠壓脫扣器的電壓電流等，參照產(chǎn)品樣本提供的保護特性曲線選用保護特性，并需對短路特性和靈敏系數(shù)進行校驗。當與另外的斷路器或其他保護電器之間有配合要求時，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)控制銜鐵的運動來帶動觸頭，使電路接通或斷開的。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)簡圖

觸頭分類：主觸頭：流過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式雙斷點橋式結(jié)構(gòu)設(shè)計，

2、大容量的主觸頭采用轉(zhuǎn)動式單斷點指型觸頭。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1、空氣電磁式交流接觸器2、機械聯(lián)鎖(可逆)交流接觸器3、切換電容器接觸器：專用于低壓無功補償設(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，可提供遠距離接通與分斷電路，以及直流電動機的頻繁啟動、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動控制等。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，具有對運行工況自動識別、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量線圈的機電一體化線路板。2.6繼電器2.6.1繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理兩個基本機構(gòu)：一是能反應(yīng)外界輸入信號的感應(yīng)機構(gòu)；二是對被控電路實現(xiàn)通斷控制的執(zhí)行機構(gòu)。感應(yīng)機構(gòu)：將輸入的電量或非電量變換成機械能，執(zhí)行機構(gòu)：實現(xiàn)對電路的通斷控制。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很多，如電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、電磁式時間繼電器、接觸器式繼電器等，結(jié)構(gòu)和動作原理與接觸器相同，不再贅述。

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

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

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

1

工作原理：當線圈通電時，銜鐵連同L形托板被鐵心吸引而右移，微動開關(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；同時，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，由于橡皮膜向右運動時，橡皮膜下方氣室的空氣稀薄形成負壓，起到空氣阻尼作用，因此經(jīng)緩慢右移一定的時間后，撞塊上部的行程螺釘才能壓動微動開關(guān)，使微動開關(guān)的觸頭轉(zhuǎn)換，達到通電延時的目的。其移動的速度即延時時間的長短，視進氣孔的大小、進入空氣室的空氣流量而定，可通過延時調(diào)節(jié)螺釘進行調(diào)整。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在反力彈簧的作用下釋放，并通過活塞桿將活塞推向下端。這時橡皮膜下方氣室內(nèi)的空氣通過橡皮膜、彈簧和活塞的肩部所形成的單向閥，迅速從氣室縫隙中排掉，因此杠桿形撞塊和微動開關(guān)能迅速復(fù)位。在線圈通電和斷電時，微動開關(guān)在推板的作用下瞬時動作，即為時間繼電器的瞬動觸頭。

空氣阻尼式時間繼電器的優(yōu)點是，延時時間長，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，價格低廉；其缺點是誤差大(±10%～±20%)，無調(diào)節(jié)刻度指示，難以精確地整定延時值。在對延時精度要求高的場合，不宜使用這種時間繼電器。

3.熱繼電器熱繼電器的主要技術(shù)要求保證電動機既不超過容許的過載，最大限度地利用電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動。為此，對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特性。

(2)具有一定的溫度補償。

(3)具有手動復(fù)位與自動復(fù)位功能。

(4)熱繼電器的動作電流可以調(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，推動導板，導板向左推動補償雙金屬片。補償雙金屬片與推桿固定在一起，它可繞軸順時針方向轉(zhuǎn)動。推桿推動片簧向右，當向右推動到一定位置后，弓簧的作用方向改變，使片簧向左運動，將觸點分斷。由片簧及弓簧構(gòu)成了一組跳躍機構(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，由電機轉(zhuǎn)速控制觸電的通斷5、溫度繼電器兩種類型：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，熱敏電阻式相當于溫度傳感器。

6.固體繼電器是一種無觸頭開關(guān)器件，利用信號光電耦合方式使控制回路與負載回路實現(xiàn)了電隔離。當控制端無信號時，其主回路呈阻斷狀態(tài)；當施加控制信號時，主回路呈導通狀態(tài)結(jié)構(gòu)緊湊，開關(guān)速度快，能與微電子邏輯電路兼容應(yīng)用場合：惡劣的工況下固體繼電器可取代電磁式繼電器。廣泛應(yīng)用于各種自動控制儀器、計算機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、交通信號管理系統(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：編程操作簡單。(2)編程語言簡單、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、時間繼電器選用時間繼電器時要考慮的特殊要求主要是延時時間、延時類型、延時精度和工作條件。3、保護繼電器

保護繼電器在電路中起保護作用。保護繼電器主要包括過電流繼電器（其動作電流可根據(jù)電動機的工作情況按其啟動電流的1.1～1.3倍整定）、欠電流繼電器、過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