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第一章 常用低压电器
第一节 低压电器基本知识
第二节 接触器
第三节 控制继电器
第四节 其它常用电器
第一节 低压电器基本知识
一、低压电器的分类
1.按用途分类
(1)控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、各种控制继电器、控制器、启动器等。
(2)主令电器用于自动控制系统中发送控制指令的电器。如控制按钮、主令开关、行程开关、万能转换开关等。
(3)保护电器用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。
(4)配电电器用于电能的输送和分配的电器。如高压断路器、隔离开关、刀开关、断路器等。
(5)执行电器用于完成某种动作或传动功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。
2.按工作原理分类
(1)电磁式电器依据电磁感应原理来工作的电器。如交直流接触器、各种电磁式继电器等。
(2)非电量控制电器电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。
3.按执行机能分类
(1)有触点电器利用触点的接触和分离来通断电路的电器。如刀开关、接触器、继电器等。
(2)无触点电器利用电子电路发出检测信号，达到执行指令并控制电路目的的电器。如电感式开关、电子接近开关、晶闸管式时间继电器等。
二、低压电器的基本结构
（一）电磁机构
电磁机构由吸引线圈、铁芯、衔铁等几部分组成。
1.常用的磁路结构
常用的磁路结构可分为三种形式:
街铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如图1 -1 (a)所示。这种形式广泛应用于直流电器中。
街铁沿轴转动的拍合式铁芯，如图1 -1 (b)所示。其铁芯形状有E形和U形两种。
街铁直线运动的双E形直动式铁芯，如图1 -1 (c)所示。多用于交流接触器、继电器中。
2.交流电磁铁的短路环
交流电磁铁磁通是交变的，当磁通过零时，电磁铁的吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于弹簧反力时，衔铁又吸合。这样反复动作，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁芯松散。因此交流电磁铁铁芯端面上都安装一个铜制的短路环。短路环包围铁芯端面约2/3的面积，如图1-2所示。
（二）触头系统
触点是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。要求触点的导电、导热性能良好。触点主要有以下几种结构形式:
(1)桥式触点图1 -3 (a)是两个点接触的桥式触点，图1 -3 (b)是两个面接触的触点，均为两个触点串于同一条电路中，电路的接通与断开由两个触点共同完成。
(2)指形触点图1 -3 (c)所示为指形触点，其接触区为一直线，触点接通或分断时产生滚动摩擦，利于去掉氧化膜。此种形式适用于通电次数多、电流大的场合。
（三）灭弧方法和灭弧装置
电器采取的灭弧措施，归纳起来主要有下面几种:
(1)机械力灭弧依靠触点的分开，机械地拉长电弧，使之冷却并熄灭，如图1 -4所示。
(2)电动力灭弧利用流过导电回路或特制线圈的电流在弧区产生磁场，使电弧受力迅速移动和拉长电弧，如图1-5所示。这种灭弧方法一般用于交流接触器等交流电器中。
(3)磁吹灭弧在触点电路中串入一个磁吹线圈，负载电流产生的磁场方向如图1 -6所示。当触点开断产生电弧后，在电动力作用下，电弧被拉长并吹入灭弧罩6中，使电弧冷却熄灭。它广泛应用于直流接触器中。
(4)窄缝灭弧依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加快电弧的冷却，如图1 -7所示。
(5)栅片灭弧将电弧分隔成许多串联的短弧，使电弧迅速冷却而很快灭弧，如图1 -8所示。
(6)气吹灭弧在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料产生气体，来提高灭弧室中的压力或者利用产生的气流使电弧拉长和冷却进行灭弧，如图1-9所示。
第二节 接触器
1、交流接触器
交流接触器电磁系统
用来操作触点的闭合与分断，包括线圈、动铁芯和静铁芯。线圈由绝缘铜导线绕制而成，一般制成粗而短的圆筒形，并与铁芯之间有一定的间隙，以免与铁芯直接接触而受热烧坏。铁芯由硅钢片叠压而成，以减少铁芯中的涡流损耗，避免铁芯过热。在铁芯上装有短路环，以减少交流接触器吸合时产生的振动和噪声，故又称减振环。
2.直流接触器
直流接触器在结构与工作原理上与交流接触器基本相同。也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。但其铁芯通直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。通常将线圈绕制成长而薄的圆筒形，与铁芯直接接触，易于散热。直流接触器灭弧较困难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。
常用的直流接触器有:CZO,CZ18等系列。接触器图形及文字符号如图1-11所示。
3. 使用接触器的注意事项
定期检查接触器的零件，要求可动部分灵活，紧固件无松动，已损坏的零件应及时修理或更换;
保持触点表面的清洁，不允许粘有油污，当触点表面因电弧烧蚀而附有金属小珠粒时，应及时去掉，触点若已磨损，应及时调整，消除过大的超程;若触点厚度只剩下1/3时，应及时更换;
接触器不允许在去掉灭弧罩的情况下使用，因为这样很可能因触点分断时电弧互相连接而造成相间短路事故，用陶土制成的灭弧罩易碎，拆装时应小心，避免碰撞造成损坏;
若接触器已不能修复，应予更换，更换前应检查接触器的铭牌和线圈标牌上标出的参数。换上去的接触器的有关数据应符合技术要求，有些接触器还需要检查和调整触点的开距、超程、压力等，使各个触点动作同步;
接触器工作条件恶劣时(如:电动机频繁正、反转)，接触器额定电流应选大一个等级;
避免异物落入接触器内，因为异物可能使动铁芯卡住而不能闭合，磁路留有气隙时，线圈电流很大，时间长了会因电流过大而烧毁。
第三节 控制继电器
继电器是一种根据外界输入信号来控制电路通断的自动切换电器。继电器种类繁多。随着现代高科技的发展，不断出现高性能、高可靠性、新结构的新型继电器。
按用途分:有控制继电器和保护继电器;
按动作原理分:有电磁式继电器、电动式继电器、电子式继电器、热继电器等;
按输入信号划分:有电流、电压、时间、温度、速度和压力继电器等;
按输出形式分:有无触点和有触点继电器等。
（一）电磁式继电器
1.电流继电器
电流继电器反映的是电流信号。在使用时电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗，阻抗刁、，分压小，不影响电路正常工作。常用的有欠电流继电器和过电流继电器两种。
2.电压继电器
电压继电器反映的是电压信号。使用时电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而且径细。常用的有过电压、欠电压和零电压继电器。
3.中间继电器
中间继电器实质是一种电压继电器，它的特点是触点数目较多，触点容量较大，可起到中间扩展触点数或触点容量的作用。
产品系列包:JL14,JL18,JT18,JZ15,3TH80,3TH82及JZC2等。其中JL14系列为交直流欠电流继电器，JL18系列为交直流过电流继电器，JZ15为中间继电器，3 H80, 3TH82为接触器式继电器，与JZC2系列类似。
电磁式继电器的图形符号如图1-12所示。
（二）时间继电器
从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始，经过一定的延迟后才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器，称为时间继电器。
1.直流电磁式时间继电器
在直流电磁式电压继电器的铁芯上增加一个阻尼铜套，即可构成时间继电器。其铁芯结构如图1-13所示。电磁式时间继电器结构简单、可靠性高、寿命长。其缺点是:仅能获得断电延时、延时精度不高且延时时间短，最长不超过5s。常用产品有JT3和J118系列。
2.空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的作用而达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触点系统组成。现以JS7-A系列为例介绍其工作原理。其电磁机构为直动式双E形铁芯，触点系统采用LX5微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。延时方式有通电延时型(如图1-14 (a)所示)和断电延时型(如图1-14 (b)所示)，电磁机构可以有交、直流两种。
3.电子式时间继电器
随着电子技术的发展，电子式时间继电器也迅速发展。这类时间继电器体积小、延时范围大、精度高、寿命长，到目前得到广泛的应用。现以JSJ系列时间继电器为例，说明其工作原理。JSJ型晶体管时间继电器原理图如图1-15所示。
图中有两个电源，主电源由变压器二次侧的18V电压经整流、滤波而得到;辅助电源由变压器二次侧的12V电源经整流、滤波得到。本电路利用RC电路电容器充电原理实现延时。时间继电器图形及文字符号如图1-16所示。
（三）热继电器
热继电器用于电动机的过载保护。图1-17所示为热继电器结构原理图。它主要由双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置和温度补偿元件等组成，利用电流热效应原理工作。热继电器通常有一动合一动断触点。动断触点串入控制回路，动合触点可接入信号回路。
热继电器图形及文字符号如图1-18所示。
（四）速度继电器
速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反接制动继电器，其结构原理如图1-19所示。
速度继电器由定子、转子和触点三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机相似，是一个笼型空心圆环，由硅钢片冲压而成，并装有笼型绕组。转子是一块永久磁铁。速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。
其图形及文字符号如图1-20所示。
第四节 其它常用电器
（一）刀开关和熔断器
1.刀开关
刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。在低压电路中，作为不频繁接通和分断电路用，或用来将电路与电源隔离。
刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。依靠手动来实现触刀插入或脱离插座的控制。按刀数可分为单极、双极和三极。刀开关符号如图1-27所示。
(1)胶盖闸刀开关图1 -28 (a)所示为HK系列瓷底胶盖刀开关结构图，由刀开关和熔丝组合而成。瓷底板上装有进线座、静触点、熔丝、出线座和刀片式的动触点，上面罩有两块胶盖。这样，操作人员不会触及带电部分，并且分断电路时产生的电弧也不会飞出胶盖外面而灼伤操作人员。
胶盖闸刀开关图形符号和文字符号如图1-28 (b)所示。
(2)铁壳开关又称封闭式负荷开关，常用的HH系列结构和外形如图1 -29所示。它由刀开关、熔断器、灭弧装置、操作机构和金属外壳构成。操作机构装有机械连锁，以保证操作安全。操作机构中，在手柄转轴与底座间装有速动弹簧，这样有利于迅速灭弧。
2.转换开关
转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中不频繁地通断电路、换接电源和负载，小容量电动机不频繁地起停控制。
图1-30所示为HZ10系列转换开关的外形和结构图，实际上它是由多极触点组合而成的刀开关，由动触点(动触片)、静触点(静触片)、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其内部结构示意图如图1-31所示，当转动手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。
转换开关有单极、双极和多极之分，其图形和文字符号如图1-32所示。
3. 熔断器
熔断器是一种简单而有效的保护电器。它串接。在电路中主要起短路保护作用。它主要由熔体和安装熔体的熔管组成熔体串接于被保护的电路中，当电路正常工作时，熔断器允许通过一定大小的电流其熔体不熔化;当电路发生短路时，熔体中流过很大的故障电流，产生的热量使熔体融化，自动切断电路，从而达到保护目的。
通过熔体的电流与熔断时间的关系具有反时限特性，称为熔断器的保护特性，如图1-21所示。
（1）插入式熔断器
如图1-22所示，插入式熔断器是一种最常用、结构最简单的熔断器，常用于低压分支电路的短路保护。常见的插入式熔断器有RCIA系列。
（2）螺旋式熔断器
如图1-23所示，螺旋式熔断器的熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。它常用于机床电器控制设备中。
（3）无填料密闭管式熔断器
如图1-24所示，它常用于低压电力网或成套配电设备中。
（4）有填料封闭管式熔断器
如图1-25所示，此熔断器的绝缘管内装有石英砂作填料，用来冷却和熄灭电弧。它常用于大容量的电力网或配电设备中。
（5）快速熔断器
由于半导体元件的过载能力很低，只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。
（6）自复熔断器
它是一种新型熔断器，以金属钠作熔体，其熔点低、易气化。常温下钠的电阻很小，正常工作电流易通过。当发生短路时，温度急剧升高，固态钠迅速气化，而气态钠电阻很高，从而限制短路电流通过，达到短路保护目的。当短路故障消除温度降低后，钠又恢复为固态，又可保持良好得导电性。
熔断器的图形及文字符号如图1-26所示。
（二） 主令电器
1.控制按钮
控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器，是用来短时间接通或断开小电流电路的手动主令电器。由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常做成复合触点，即具有动合触点和动断触点。图1-33所示为LA19系列控制按钮的外形图、结构示意图。图1-34是按钮的图形符号。
2.行程开关
行程开关也称为位置开关或限位开关。它的作用与按钮开关相同。主要用于控制机械的运动方向、行程大小和位置保护。行程开关的结构可分为三部分:操作机构、触点系统和外壳。行程开关的种类很多，按其结构可分为直动式、转动式和微动式;按其复位方式可分为自动和非自动复位;按触点性质可分为触点式和无触点式。
(1)直动式行程开关又可称为按钮式。其结构如图1 - 35所示，但它是用运动部件上的撞块碰撞行程开关的推杆发出控制指令的。
(2)微动开关采用弯形片状弹簧的瞬时机构，它的快速动作是靠弯片弹簧，发生变形时储存的能量突然释放来完成的。微动开关结构如图1-36所示，其动作极限行程和动作压力均很小，只适用于小型机构中使用。但它有体积小，动作灵敏的优点。
(3)转动式行程开关为克服直动式行程开关的缺点，还可采用能瞬时动作的转动式行程开关。转动式行程开关可分为单轮旋转式和双轮旋转式。外形如图1-37所示，适用于低速运动的机械。
行程开关的图形符号及文字符号如图1-38所示。
(4)接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。它具有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等特点，目前在工业生产等领域内已逐渐得到了推广应用。
图1-39是IJ2型晶体管式接近开关的原理图。
接近开关的文字符号与行程开关相同，其图形符号如图1-40所示。
3.万能转换开关
万能转换开关实际是一种多挡位、控制多回路的组合开关，用于控制电路发布控制指令或用于远距离控制，也可作为电压表、电流表的换相开关或作为小容量电动机的启动、调速和换相控制。由于其换接电路多，用途广泛，故又称为万能转换开关。
图1-41所示为LW6系列万能转换开关中某一层的结构原理图。万能转换开关的各挡位通断状况有两种表示法:图形表示法和列表表示法。图1-42是用图形表示法表示电路通断状况的一个举例，表示在零位时1,3两路接通，在左位时1路接通，在右位时2路接通。
图1-1常用的磁路结构
1-街铁;2-铁芯;3-吸引线圈
图1-2交流电磁铁的短路环
1-街铁;2-铁芯;3-线圈;4-短路环
图1-3触点的结构形式
图1-4机械力灭弧
1-静触点;2-动触点
v1动触点移动速度; v2-电弧在磁场力作用下移动速度
图1-5电动力灭弧
1-静触点;2-动触点
图1-6磁吹灭弧
1-磁吹线圈;2-绝缘套;3-铁芯;4-引弧角;
5-导磁夹板;6-灭弧罩;7-动触点;8-静触点
图1-7窄缝灭弧
1-窄缝中的电弧;2-电弧电流; 3-灭弧磁场
图1-8栅片灭弧
1-灭弧栅片;2-触点;3-电弧
图1-9气吹灭弧
1-熔管;2-端盖;3-接线板;4-熔片;5-石英砂
图1-10 CJ20-63型交流接触器示意图
1-动触点;2-静触点;3-动铁芯;4-缓冲弹簧;5-电磁线圈;
6-静铁芯;7-垫毡;8-接触弹簧;9-灭弧罩;10-触点压力簧片
图1-11接触器的文字与图形符号
(a)辅助动断触点;(b)辅助动合触点;(c)主触点;(d)线圈
图1-12电磁式继电器的符号
( a)线圈一般符号;(b)过电流、欠电流继电器线圈;(c)过电压、欠电压继电器线圈;(d)动合、动断触点
图1-13带有阻尼铜套的铁芯结构图
1-铁芯;2-阻尼铜套;3-线圈;4-绝缘层
图1-14 JS7一A系列时间继电器
( a)通电延时型;(b)断电延时型
1-线圈;2-铁芯;3-街铁;4-反力弹簧;5-推板;6-活塞杆;7-杠杆; g-塔形弹簧;9-弱弹簧;10-棣皮膜;11-空气室壁;12-活塞;13-调节螺打;14-进气孔;1516-微动开关
图1-15JSJ型晶体管时间继电器原理图
图1-16时间继电器符号
( a)线圈一般符号;(b)通电延时线圈;(c)断电延时线圈;(d)延时闭合动合触点; (e)延时断开动断触点;(f)延时断开动合触点;(g)延时闭合动断触点; (h)瞬时动合触点;(i)瞬时动断触点
图1-17热继电器的结构原理图
1-推杆;2-主双金属片;3-加热元件;4-导板;5-补偿双金属片;6-静触点;7-动合静触点;8-复位螺打;9-动触点;10-按扭;11-调节旋扭;12-支撑件;13-压簧
图1-18热继电器的符号
(a)热继电器驱动器件;(b)动断触点
图1-19速度继电器结构原理图
1-转子;2-电动机轴;3-定子;4-绕组;5-定子柄;6-静触点;7-动触点;8-簧片
图1-20 速度继电器的图形、文字符号
( a)转子;(b)动合触点;(c)动断触点
图1-21 熔断器的保护特性曲线
图1-22 插入式熔断器
1-动触点;2-溶体;;3-瓷插件; 4-静触点;5-瓷座
图1-23 螺旋式熔断器
1-底座;;2-溶体;3-瓷帽
图1-24 无填料密闭管式熔断器
1-铜圈;2-溶断器;3-管帽;4-插座;5-特殊垫圈6-溶 体;7-溶片
图1-25有填料封闭管式熔断器
1-瓷底座;2-弹簧片;3-管体;4-绝缘手柄;5-溶体
图1-26 熔断器的符号
图1-27 刀开关的符号
(a)单极;(b)双极;(c)三极
图1-28 HK系列瓷底胶盖刀开关
( a)结构图;(b)带熔断器刀开关符号
1-胶盖;2-胶盖固定螺打;3-进线座;4-静触点;5-熔丝; 6-瓷底;7-出线座;8-动触点;9-瓷柄
图1-29 HH系列铁壳开关
1-熔断器;2-夹座;;3-闸刀;4-手柄;5-转轴;6-速动弹簧
图1-30 HZ10-10/3型转换开关
(a)外形;(b)结构
1-手柄;2-转轴;3-扭簧;4- 凸轮;5-绝缘垫板;
6-动触片;7-静触片;8-绝缘杆;9-接线柱
图1-31转换开关结构示意图
图1-32转换开关的符号
(a)单极;(b)三极
图1-33 LA19-11型按钮
(a)外形;(b)结构
1-接线柱;2-按扭帽;3-复位弹簧;4-动断触头;5-动合触点
图1-34 按钮的符号
( a)动合触点;(b)动断触点;(c)复式触点
图1-35 直动式行程开关
( a)外形图;(b)结构图
1-动触点;2-静触点;3-推杆
图1-36微动开关结构图
1-壳体;2-弓簧片;3-动合触点;4-动断触点;5-动触点;6-推杆
图1-37 转动式行程开关结构图
(a)单轮旋转式;(b) 双轮旋转式
图1-38 行程开关的符号
( a)动合触点;(b)动断触点;(c)复式触点
图1-39 IJ2型接近开关电路原理图
图1-40 接近开关的符号
( a)动合触点;(b)动断触点
图1-41 万能转换开关结构示意图
图1-42 万能转换开关的符号

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