常用的低压电器及其特点分析

在电工工具中，能根据外界信号自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护检测和调节用的电气元器件或设备，统称为电器。根据工作电压的高低，交流额定电压1200V及以下、直流额定电压1500V及以下的电器统称为低压电器。

一、低压电器的分类

低压电器的种类繁多，用途很广，其分类方法见表2-17。

表2-17 低压电器的分类方法

二、开关电器

1.开启式负荷开关

常用的低压刀开关有开启式负荷开关、封闭式负荷开关等。适用于额定电压交流380V、直流440V，额定电流1500A以下的配电设备中。

开启式负荷开关适用于照明、电热负载及小功率电动机控制电路中，供手动不频繁地接通和分断电路，并起短路保护。其外形如图2-44所示。

（1）结构

HK系列开启式负荷开关是由刀开关和熔断器组合而成。它的瓷底座上装有进线座、静触头、熔体、出线座和带瓷质手柄的动触头，并有上、下胶盖用来灭弧。HK系列开启式负荷开关的结构如图2-45所示。

图2-44 HK系列开启式负荷开关

图2-45 HK系列开启式负荷开关的结构

（2）选用

1）照明和电热负载：选用开关的额定电流应不小于所有负载的额定电流之和，额定电压为220V或250V的两极开关。

2）电力负载：电动机功率不超过3kW时可选用，并使开关的额定电流应不小于电动机额定电流3倍，额定电压为380V或500V的三极开关。

（3）安装与使用

1）开启式负荷开关必须垂直安装，且合闸状态时手柄应朝上，不允许倒装或平装。

2）接线时，电源进线应接在开关上面的进线座上，用电设备应接在开关下面熔体的出线座上，在开关断开后，使触刀和熔体上不带电。

3）更换熔体时，必须在触刀断开的情况下按原规格更换。

4）在分、合闸操作时，应动作迅速，使电弧尽快熄灭。

2.封闭式负荷开关

封闭式负荷开关其灭弧性能、操作性能、通断能力和安全防护性能都优于开启式负荷开关。它适用于不频繁地接通和分断负载电路，并能作为电路末端的短路保护，也可用来控制15kW以下交流电动机的不频繁直接起动及停止。HH3型封闭式负荷开关的实物如图2-46所示。

（1）结构

它主要由刀开关、熔断器、操作机构和外壳构成。封闭式负荷开关具有以下特点：一是采用了储能分合闸方式，提高了开关的通断能力，延长了使用寿命；二是设置了联锁装置，确保操作安全。HH系列封闭式负荷开关的结构如图2-47所示。

图2-46 HH3型封闭式负荷开关实物图

图2-47 HH系列封闭式负荷开关的结构

（2）选用

1）封闭式负荷开关的额定电压应不小于电路的工作电压。

2）封闭式负荷开关用于控制照明、电热负载时，开关的额定电流应不小于所有负载额定电流之和；用于控制电动机时，开关的额定电流应不小于电动机额定电流的3倍。

（3）安装与使用

1）开关必须垂直安装，离地面高度不低于1.3～1.5m，并以操作方便和安全为原则。

2）接线时，应将电源进线接在刀开关底座一边的接线端子上，负载引线应接在熔断器一边的接线端子上。

3.组合开关

组合开关适用于工频交流电压380V以下及直流220V以下的电器线路中，供手动不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及作为控制5kW以下三相异步电动机的直接起动、停止和换向。组合开关如图2-48所示。

图2-48 H25b系列组合开关实物图

（1）结构

组合开关由分别安装在数层绝缘体内的动、静触头组合而成。开关的顶盖部分是由滑板、凸轮、扭簧和手柄等构成的操作机构。由于采用了扭簧储能，可使触头快速闭合或分断，从而提高了开关的通断能力。

HZ10－10／3型组合开关的结构如图2-49所示。

（2）选用

应根据极数、电源种类、电压等级及负载的容量选用。用于直接控制异步电动机的开关额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。

（3）安装与使用

1）组合开关应安装在控制箱内，其操作手柄最好在控制箱的前面或侧面，其水平旋转位置为断开状态。

2）若需在箱内操作，开关最好装在箱内右上方，它的上方最好不要安装其他电器，否则要采取隔离或绝缘措施。

3）组合开关的通断能力较低，当用手控制电动机作可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才能反向接通。

图2-49 HZ10－10／3型组合开关的结构

4）当操作频率过高或负载的功率因数较低时，转换开关要降低容量使用，否则会影响开关寿命。

三、低压断路器

低压断路器通常用作电源开关，有时也可用来作为电动机不频繁地起动、停止控制和保护。当电路中发生短路、过载和欠电压等故障时，能自动切断故障电路，保护电路和电气设备。其外形如图2-50所示。

1.结构

它由触头系统、灭弧装置、操作机构和保护装置等组成。低压断路器按结构形式可分为塑壳式、框架式、限流式、直流快速式、灭磁式和漏电保护式6类。常用DZ系列低压断路器的结构如图2-51所示。

图2-50 DZ系列低压断路器

图2-51 常用DZ系列低压断路器的结构

2.选用

1）低压断路器的额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和电路的实际工作电流。

2）热脱扣器的额定电流应与所控制负载的额定电流一致。

3）断路器的极限通断能力应不小于电路最大的短路电流。

4）欠电压脱扣器的额定电压应等于电路的额定电压。

5）电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载的正常工作时可能出现的峰值电流。用于控制电动机的断路器，其瞬时脱扣整定电流可按下式选取：

I_Z≥KI_st （2-1）

式中 K———安全系数，可取1.5～1.7；

I_st———电动机的起动电流。

3.安装与使用

1）低压断路器一般要垂直于配电板安装，电源引线应接到上端，负载引线接到下端。

2）当断路器与熔断器配合使用时，熔断器应装于断路器之前，以保证使用安全。

3）电磁脱扣器的整定值不允许随意更动，使用一段时间后应检查其动作的准确性。

4）断路器在分断短路电流后，应在切除前级电源的情况下及时检查触头。如有电灼烧痕，应及时修理或更换。

5）当低压断路器用作电源总开关或电动机的控制开关时，在电源进线侧必须加装刀开关或熔断器等，以形成明显的断开点。

四、熔断器

熔断器是在低压配电网络和电力拖动系统中用作短路保护的电器。当电路发生短路故障时，使熔体发热而瞬间熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。其外形如图2-52所示。

1.结构

熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座3部分组成。熔体的材料通常有两种：一种是由铅、铅锡合金或锌等低熔点材料制成，用于小电流电路；另一种是由银、铜等较高熔点的金属制成，多用于大电流电路。其结构如图2-53所示。

图2-52 RC1A型熔断器实物图

图2-53 RC1A型熔断器结构

2.熔断器的选用

1）根据使用环境和负载性质选择适当类型的熔断器。电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用瓷插式熔断器；保护元器件则应选择快速熔断器。

2）选择熔断器时必须满足熔断器的额定电压应不小于电路的工作电压和熔断器的额定电流应不小于所装熔体的额定电流。

3.熔体额定电流的选择

1）对于照明和电热负载电路，熔体的额定电流应等于或稍大于所有负载的额定电流之和。

2）对于单台电动机电路，熔体的额定电流应大于或等于1.5～2.5倍电动机的额定电流。

3）对于多台电动机电路，熔体的额定电流应大于或等于其中最大功率电动机的额定电流的1.5～2.5倍加上其余电动机额定电流的总和。

4.安装与使用

1）应正确选用熔断器和熔体。对不同性质的负载，如照明电路、电动机电路的主电路和控制电路等，应分别保护，并装设单独的熔断器。

2）安装螺旋式熔断器时，必须注意将电源线接到瓷底座的下接线端（即低进高出的原则），以保证安全。

3）瓷插式熔断器安装熔丝时，熔丝应顺着螺钉旋紧方向绕过去，同时应注意不要划伤熔丝，也不要把熔丝绷紧，以免减小熔丝截面尺寸或插断熔丝。

4）更换熔体时应切断电源，并应换上相同规格的熔体。

五、接触器

接触器是一种用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的电器。它主要控制对象是电动机，它不仅能实现远距离自动操作和欠电压释放保护功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作频率高、使用寿命长等优点，在电力拖动系统中得到广泛应用。

按主触头通过的电流种类，可分为交流接触器和直流接触器。常见交流接触器的外形如图2-54所示。

1.结构

接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。CJ10－20型交流接触器的结构如图2-55所示。

1）交流接触器的电磁系统主要由线圈、铁心和衔铁三部分组成。其作用是利用电磁线圈的通电或断电，使衔铁和铁心吸合或释放，从而带动动触头和静触头闭合或分断，实现接通或断开电路的目的。

图2-54 交流接触器的实物图

图2-55 CJ10－20型交流接触器的结构示意图

2）交流接触器的触头系统按触头情况可分为点接触式、线接触式和面接触式3种。按触头的结构形式划分，有桥式触头和指形触头两种。

3）交流接触器在断开大电流或高电压电路时，在动、静触头之间会产生很强的电弧。电弧是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。电弧的产生，一方面会灼伤触头，减少触头的使用寿命；另一方面会使电路切断时间延长，甚至造成弧光短路或引起火灾事故。因此希望触头间的电弧能尽快熄灭。低压电器中通常采用拉长电弧、冷却电弧或将电弧分成多段等措施；促使电弧尽快熄灭。

4）交流接触器的辅助部件有反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及底座、接线柱等。

2.工作原理

交流接触器的工作原理如图2-56所示。当接触器的线圈通电后，线圈中流过的电流产生磁场，使铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合，通过传动机构带动3对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开。当接触器线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在反作用弹簧的作用下复位，带动各触头恢复到原始状态。

图2-56 交流接触器的原理图

3.选用

（1）选择额定电压

接触器主触头的额定电压应大于或等于控制电路的额定电压。

（2）选择额定电流

接触器控制电阻性负载时，主触头的额定电流应等于负载的额定电流。控制电动机时，主触头的额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流。或按式（2-2）计算（仅适用于CJ0、CJ10系列）：

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式中 K———经验系数，一般取1～1.4；

P_N———被控制电动机的额定功率（kW）；

U_N———被控制电动机的额定电压（V）；

I_C———接触器主触头电流（A）。

若接触器控制的电动机起动或正反转频繁，一般将接触器主触头的额定电流降一级使用。

（3）选择吸引线圈的电压

当控制电路简单，使用电器较少时，为节省变压器，可直接选用380V或220V的电压。当电路复杂，使用电器超过5个时，从人身和设备安全的角度考虑，吸引线圈电压要选低一些，可用36V或110V、127V电压的线圈。

（4）选择触头数量及类型接触器触头的数量、类型应满足控制电路的要求。

常用交流接触器的技术参数见表2-18。

表2-18 CJ0和CJ10交流接触器的技术数据

4.安装与使用

1）接触器安装前应先检查线圈的额定电压是否与实际需要相符。

2）接触器的安装多为垂直安装，其倾斜角不得超过5°，否则会影响接触器的动作特性；安装有散热孔的接触器时，应将散热孔放在上下位置，以降低线圈的温升。

3）接触器安装与接线时应将螺钉拧紧，以防振动松脱。

4）接触器的触头应定期清理，若触头表面有电弧灼伤时，应及时修复。

六、继电器

继电器是一种根据输入信号的变化，接通或断开小电流电路，以实现自动控制和保护功能的电器。继电器的分类方法很多，按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、电动式继电器、感应式继电器、晶体管式继电器和热继电器等；按输出方式可分为：有触点式和无触点式。

继电器主要由感测机构、中间机构和执行机构3部分组成。

1.中间继电器

中间继电器是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。其输入信号是线圈的通电和断电，输出信号是触头的动作，由于触头的数量较多，所以可以用来控制多个元件或回路。JZ系列中间继电器的外形如图2-57所示。

（1）结构

中间继电器由线圈、静铁心、动铁心、触头系统、反作用弹簧及复位弹簧等组成。JZ7型中间继电器的结构如图2-58所示。

图2-57 JZ系列中间继电器的实物图

（2）选用

中间继电器主要根据被控制电路的电压等级、所需触头的数量、种类、容量等要求来选择。

（3）安装与使用

中间继电器的使用与接触器相似，但中间继电器的触头容量较少，一般不能在主电路中应用。中间继电器一般根据负载电流的类型、电压等级和触头数量来选择。

2.热继电器

热继电器一般作为交流电动机的过载保护用，热继电器有两相结构、三相结构和三相带断相保护装置等3种类型。JR系列热继电器的外形如图2-59所示。

（1）结构

它是由热元件、触头系统、动作机构、复位机构和整流电流装置组成。其结构如图2-60所示。

图2-58 JZ7型中间继电器的结构示意图

图2-59 JR系列热继电器实物图

图2-60 热继电器的结构

（2）工作原理

使用时，将热继电器的三相热元件分别串接在电动机的三相主电路中，常闭触头串接在控制电路的接触器线圈回路中。当电动机过载时，流过电阻丝的电流超过热继电器的整定电流，电阻丝发热，主双金属片向右弯曲，推动导板向右移动，通过温度补偿双金属片推动推杆绕轴转动，从而推动触头系统动作，动触头与常闭静触头分开，使接触器线圈断电，接触器触头断开，将电源切除起保护作用。电源切除后，主双金属片逐渐冷却恢复原位，于是动触头在失去作用力的情况下，靠弹簧的弹性自动复位。这种热继电器也可采用手动复位。

热继电器整定电流的大小可通过旋转电流整定旋钮来调节；旋钮上刻有整定电流值标尺。所谓热继电器的整定电流，是指热继电器连续工作而不动作的最大电流，超过整定电流，热继电器将在负载未达到其允许的过载极限之前动作。

（3）选用

1）热继电器的类型选择：一般轻载起动、短时工作，可选择二相结构的热继电器；当电源电压的均衡性和工作环境较差或多台电动机的功率差别较显著时，可选择三相结构的热继电器；对于三角形联结的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。

2）热继电器的额定电流及型号选择：热继电器的额定电流应大于电动机的额定电流。

3）热元件的整定电流选择：一般将热元件的整定电流调整为电动机额定电流的0.95～1.105倍；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0.6～0.8倍；对起动时间较长，拖动冲击性负载或不允许停车的场合，热元件的整定电流应调节到电动机额定电流的1.1～1.5倍。

（4）安装与使用

1）当电动机起动时间过长或操作次数过于频繁时，会使热继电器误动作或烧坏电器，故这种情况一般不用热继电器作过载保护。

2）当热继电器与其他电器安装在一起时，应将它安装在其他电器的下方，以免其动作特性受到其他电器发热的影响。

3）热继电器出线端的连接导线应选择合适。若导线过细，则热继电器可能提前动作；若导线太粗，则热继电器可能滞后动作。

3.时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理来延迟触头闭合或分断的自动控制电器。它的种类很多，有电磁式、电动式、空气阻尼式及晶体管式等。在生产机械的控制中被广泛应用的是空气阻尼式，这种继电器结构简单，延时范围宽，JS7－A系列时间继电器的延时范围有0.4～60s和0.4～180s两种。下面介绍一下空气阻尼式时间继电器。其外形如图2-61所示。

（1）结构

空气阻尼式时间继电器由电磁系统、工作触头、气室及传动机构4部分组成，其结构如图2-62所示。

图2-61 时间继电器实物图

图2-62 时间继电器的结构示意图

（2）选用

1）类型选择：凡是对延时要求不高的场合，一般采用价格较低的JS7－A系列空气阻尼式时间继电器；对于延时要求较高的场合，可采用晶体管式时间继电器。

2）延时方式的选择：时间继电器有通电延时和断电延时两种，应根据控制电路的要求选用。

3）线圈电压的选择：根据控制电路电压来选择时间继电器吸引线圈的电压。

（3）安装与使用

1）JS7－A系列时间继电器只要将线圈转动180°即可将通电延时改为断电延时结构。

2）JS7－A系列时间继电器由于无刻度，故不能准确地调整延时时间。

3）对于时间继电器的整定值，应预先在不通电时整定好，并在试车时校正。

4）安装前先检查额定电流及整定值是否与实际要求相符。

5）安装后应在主触头不带电的情况下，使吸引线圈带电操作几次，试试继电器动作是否可靠。

6）定期检查各部件有否松动及损坏现象，并保持触头的清洁和可靠。

图2-63 JY系列速度继电器

4.速度继电器

速度继电器是一种可以按照被控电动机转速的大小使控制电路接通或断开的电器。速度继电器通常与接触器配合，实现对电动机的反接制动。JY系列速度继电器的外形如图2-63所示。

（1）结构

速度继电器主要由定子、转子、可动支架、触头系统及端盖等部分组成。JY1型速度继电器的结构和工作原理如图2-64所示。

（2）选用

速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。

（3）安装与使用

1）速度继电器的转轴应与电动机同轴连接。

2）速度继电器安装接线时，正反向的触头不能接错，否则不能实现反接制动控制。

3）速度继电器的金属外壳应可靠接地。

七、主令电器

主令电器主要用于闭合、断开控制电路，以发出信号或命令，达到对电力拖动系统进行控制的目的。

常用的主令电器有按钮、位置开关、万能转换开关和主令控制器等。

1.按钮

按钮是一种以短时接通或分断小电流电路的电器，它不直接去控制主电路的通断，而是在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。LA系列按钮的外形如图2-65所示。

图2-64 JY1型速度继电器的结构和工作原理

a）结构 b）工作原理

（1）结构

按按钮时，桥式动触头先和上面的静触头分离，然后和下面的静触头接触，手松开后，靠弹簧复位。主要用于操纵接触器、继电器或电气联锁电路。LA系列按钮的结构如图2-66所示。

（2）选用

1）根据使用场合和具体用途选择按钮的种类，在灰尘较多时不宜选用LA18和LA19型按钮。

2）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。

3）按控制电路的需要，确定按钮的数量，如单联钮、双联钮和三联钮等。

图2-65 LA系列按钮实物

（3）安装与使用

1）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。

2）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。按钮一般都安装在面板上，布置要整齐、合理、牢固，应保持触头间的清洁。

3）同一机床运动部件有几种不同工作状态时，应使每一对相反状态的按钮安装在一组。

2.位置开关

位置开关又称行程开关或限位开关，它的作用与按钮相同，只是其触头的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断某些电路，使之达到一定的控制要求。LX系列位置开关的外形如图2-67所示。

图2-66 LA系列按钮结构

（1）结构

位置开关的结构是由触头系统、操作机构和外壳组成。JLXK型单轮旋转式位置开关的结构如图2-68所示。

图2-67 LX系列位置开关

图2-68 JLXK型单轮旋转式位置开关的结构

（2）选用

1）根据安装环境选择防护形式，是开启式还是防护式。

2）根据控制电路的电压和电流选择采用哪种系统的行程开关。

3）根据机械与行程开关的传力与位移关系选择合适的头部结构形式。

（3）安装与使用

1）安装位置开关时位置要准确，否则不能达到位置控制和限位的目的。

2）应定期检查位置开关，以免触头接触不良而达不到行程和限位控制的目的。