如何正确选用二次元件？

1.低压电器的定义与分类

我国现行标准将工作电压交流1000V、直流1200V以下的电气电路中的电气设备称为低压电器。低压电器的种类繁多，按其结构用途及所控制的对象不同，可以有不同的分类方式，下面介绍三种分类方式：

（1）按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器

1）低压电力系统的配电电器，主要是用于对配电电路、电动机或其他用电设备实行通断操作并起过载、短路或欠电压等保护作用的开关电器。这类电器包括刀开关、转换开关、断路器和熔断器等。对配电电器的主要技术的要求是断流能力强，限流效果在系统发生故障时保护动作准确，工作可靠，有足够的热稳定性和动稳定性。

2）控制电器主要用于控制电力拖动及自动控制系统的用电设备，使其达到预期要求的工作状态。这类电器包括接触器（交流、直流等）、起动器、各种控制继电器（热过载、中间、时间、电流、电压等）和主令电器（按扭、转换开关、凸轮控制器、行程开关等）等。对控制电器的主要技术要求是操作频率高，寿命长，有相应的转换能力。

（2）按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器

1）自动电器：通过电磁（或压缩空气）做功来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。

2）手动电器：通过人力做功来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。

（3）按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器

我们重点介绍在机构中应用最典型的几类低压电器，如刀开关、熔断器、空气断路器、接触器、继电器、主令电器、起动器等。

另外，低压电器按工作条件还可划分为一般工业电器、船用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等几类，对不同类型的低压电器的防护型式、耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求不同。

（4）低压电器的基本用途

我们在输送电能的输电电路和各种用电的场合，使用不同的电器来控制电路通、断，对电路的各种参数进行调节。低压电器在电路中的用途是根据外界信号或要求，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。

（5）低压电器的主要技术指标

为保证电器设备安全可靠地工作，国家对低压电器的设计、制造规定了严格的标准，合格的电器产品具有国家标准规定的技术要求。我们在使用电器元件时，必须按照产品说明书中规定的技术条件选用。低压电器的主要技术指标有以下几项：

1）绝缘强度：指电器元件的触头处于分断状态时，动静头之间耐受的电压值（无击穿或闪络现象）。

2）耐潮湿性能：指保证电器可靠工作的允许环境潮湿条件。

3）极限允许温升：电器的导电部件通过电流时将引起发热和温升，极限允许温升指为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值（温升值=测得实际温度-环境温度）。

4）操作频率：电器元件在单位时间（1h）内允许操作的最高次数。

5）寿命：电器的寿命包括电寿命和机械寿命两项指标。电寿命：电器元件的触头在规定的电路条件下，正常操作额定负荷电流的总次数。机械寿命：电器元件在规定使用条件下，正常操作的总次数。

（6）低压电器的结构要求

低压电器产品的种类多、数量大，用途极为广泛。为了保证不同产地、不同企业生产的低压电器产品的规格、性能和质量一致，通用和互换性好，低压电器的设计和制造必须严格按照国家的有关标准，尤其是基本系列的各类开关电器必须保证执行三化（标准化、系列化、通用化），四统一（型号规格、技术条件、外形及安装尺寸、易损零部件统一）的原则。在购置和选用低压电器元件时，也要特别注意检查其结构是否符合相关标准。

（7）低压电器的可靠性

产品可靠性由产品的固有可靠性和使用可靠性组成，前项由产品的设计和制造工艺决定，而后项则与用户的正确使用及生产厂家的售前、售后服务有关。

（8）低压电器选型要求及一般原则

1）低压电器的额定电压应不小于回路的工作电压。

2）低压电器的额定电流应不小于回路的工作电流。

3）低压电器的开断电流应不小于短路电流。

4）热稳定保证值应不小于计算值。

5）按回路起动情况选择低压电器。如空气断路器就需按起动情况进行选择。

2.接触器

接触器属于控制电器，是能频繁地接通、承载和分断正常电路条件（包括运行中正常过载运行条件）下的电流的一种非手动操作的开关电器。

（1）接触器的分类

1）按操作方式有电磁式和气动式，电磁式又有直流和交流、直流牵引交流接触器。

2）按主电路电源性质有直流接触器和交流接触器。

3）按绝缘介质分，有空气式接触器和真空接触器。

（2）交流接触器的使用类别代号及典型用途举例，见表5-2。

表5-2 交流接触器的使用类别代号及典型用途举例

（3）交流接触器的典型负载

不同的用电设备其负载性质和通断过程的电流变化相差很大，因此对交流接触器的要求也有所不同，常用的负载有以下几种：

1）电热元件负载：对电热元件负载中用的线绕电阻元件，其接通电流可达额定电流的1.4倍，例如用于机构箱中的电加热器。若考虑电压升高10%，则电阻元件的工作电流也将相应增大。因此，在选择接触器的额定工作电流时，应予以考虑。这类负载被划分在AC—1使用类别中。

2）照明装置：当接通照明装置中的白炽灯负载时，有较大的冲击电流产生，约为额定电流的15倍，考虑到容许电压升高10%，电流也将相应增加。其使用类别被划分在AC—5b中。

其他不同的照明灯，其接通时的冲击电流值和起动时间不同，负载功率因数也不等于1。它们被划分在AC—5a中。

3）低压变压器负载：当接通低压变压器时，会出现一个持续时间甚短的峰值电流，可达变压器额定电流的15～20倍，它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。其使用类别划分在AC—6a中。

4）电容器负载：接通电容器时产生瞬态充电过程，充电电流可达很高的数值，同时伴随着频率可从几百到几千赫的振荡。因此，它对开关电器提出了严格的要求。此类使用类别划分在AC—6b中。

5）电动机负载：低压电动机在操动机构中是最常用的负载之一。交流电动机常用的有绕线式电动机和笼型感应电动机。

绕线式电动机起动时，在转子电路中接入电阻以限制起动电流。但不同的负载起动时间不同，负载越重起动时间越长。用于绕线式电动机切换的接触器属于AC—2使用类别。

笼型感应电动机一般采用直接起动，起动电流冲击衰减后随后流过的是稳态电流I_e，一般的笼型感应电动机起动电流（有效值）I_A为4～8倍的电动机额定电流I_N。电动机的空载电流I_O=（0.95～0.2）I_e，正常负载下的起动时间t_A<10s，重载起动时t_A可大于10s。用于切换笼型感应电动机正常起动和在运转中分断的接触器属于AC—3使用类别。

而运行在笼型感应电动机正常起动并同时进行反接制动，或者是反向运转、点动情况下的接触器，因其接通电流和分断电流均是电动机的起动电流，这种工作类别的开关电器属于AC—4使用类别，它比AC—3使用类别的要求严格得多。

（4）接触器的选用方法

接触器的选用应按满足机构中被控制元件的要求进行，除额定工作电压应与被控元件的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等都是选择的依据。

3.继电器的选用

（1）继电器的分类

属控制电路电器，具有一个或多个输出端，当输入信号达到规定要求时，电器的输出端发生状态阶跃变化。

1）按输入信号分：有电压继电器（直流、交流）、电流继电器、速度继电器、频率继电器、温度继电器等。

2）按用途分：有过电压、欠电压、过电流、热（过载）、速度、频率、时间、中间继电器。

（2）线圈使用电压

线圈使用电压在设计上最好按额定电压选择，若不能，可参考温升曲线选择。使用任何小于额定工作电压的线圈电压将会影响继电器的工作。反之超过最高额定工作电压时也会影响产品性能，过高的工作电压会使线圈温升过高，特别是在高温下，温升过高会使绝缘材料受到损伤，也会影响到继电器的工作安全。为加快继电器的动作时间，在机构中也采用动作瞬间加在继电器线圈两端的电压比继电器的标称电压高，而继电器的延时分断特殊接点打开后由电阻和继电器的线圈串接，因为电阻值和继电器的线圈电阻事先经过计算匹配，所以继电器线圈基本上在标称电压下工作，如防跳回路中中间继电器ZJ₁的使用。对磁保持继电器，激励（或复归）脉宽应不小于吸合（或复归）时间的3倍，否则产品会处于中位状态。

（3）瞬态抑制

继电器线圈断电瞬间，线圈上可产生高于线圈额定工作电压值30倍以上的反向峰值电压，对电子电路有极大的危害。通常采用并联瞬态抑制（又叫削峰）二极管或电阻的方法加以抑制，使反峰电压不超过50V，但并联二极管会延长继电器的释放时间3～5倍。当释放时间要求高时，可在二极管一端串接一个合适的电阻。

（4）多个继电器线圈的并联和串联供电

多个继电器并联供电时，反向峰值电压高（即电感大）的继电器会向反向峰值电压低的继电器放电，其释放时间会延长，因此最好每个继电器分别控制后再并联才能消除相互的影响。

不同线圈电阻和功耗的继电器不要串联供电使用，否则串联回路中线圈电流大的继电器不能可靠工作。只有同规格型号的继电器可以串联供电，但反向峰值电压会提高，应给予抑制。可以按分压比串联电阻来承受供电电压高出继电器的线圈额定电压的那部分电压。

（5）触点负载

加到继电器触点上的负载应符合触点的额定负载和性质，不按额定负载大小（或范围）和性质施加负载往往容易出现问题。只适合直流负载的产品不应用于交流场合。能可靠切换10A负载的继电器，在低电平负载（小于10mA×6A）下不一定能可靠工作。

（6）触点并联和串联

触点并联使用不能提高其负载电流，因为继电器多组触点动作的绝对不同时性，即仍然是一组触点在切换提高后的负载，很容易使触点损坏而不接触或熔焊而不能断开。触点并联对“断”失误可以降低失效率，但对“粘”失误则相反。由于触点失误以“断”失误为主要失效模式，故并联对提高可靠性应予肯定，可使用于设备的关键部位。但使用电压不要高于线圈最大工作电压，也不要低于额定电压的90%，否则会危及线圈寿命和使用的可靠性。触点串联能够提高其负载电压，提高的倍数即为串联触点的组数。触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性，但对“断”失误则相反。总之，利用冗余技术来提高触点工作的可靠性时，务必注意负载性质、大小及失效模式。

（7）切换速率(www.xing528.com)

继电器切换速率应不高于其10倍动作时间和释放时间之和的倒数（次/s），否则继电器触点不能稳定接通。磁保持应在继电器技术标准规定的脉冲宽度下使用，否则有可能损坏线圈。

（8）热（过载）继电器

热（过载）继电器是利用电流的热效应制成的。它主要由热元件、双金属片、控制触头等组成。热继电器的热容量较大，动作不快，只用于过载保护。热继电器热元件的额定电流应取为电动机额定电流的1～1.5倍，其整定值应接近但不小于电动机的额定电流。一般情况下，热继电器的整定值可取为（0.95～1.05）I_N（I_N为电动机的额定工作电流），或选取整定范围的中值为电动机的额定工作电流。有断相保护要求的热继电器，对于星形接法的电动机，可采用三极热继电器；对于三角形接法的电动机，应采用带断相运转保护装置的热继电器。反复短时工作电动机保护用热继电器的额定电流及整定值应略大于长期工作制电动机。

4.断路器

曾称为自动开关，属配电电器。用于对配电电路、电动机或其他用电设备实行通断操作并起过载、短路或欠电压等保护作用。

（1）断路器的保护功能

早期的断路器只具有短路瞬动的一段保护。后来发展为过载长延时和短路瞬动的二段保护。现在大量生产的小型短路器和塑壳短路器都是二段保护。断路器有再增加过载短延时保护和接地故障保护的所谓“四段”保护。此外，断路器还可通过加装附件，实现欠电压保护。当代先进的断路器引入微电子技术，使它具有一定的智能化功能。

（2）断路器的结构分类

有框架断路器、塑壳断路器和小型（也称微型）断路器三类。在高压断路器的二次回路中，一般采用小型断路器，这种断路器的结构特点为

1）将所有构件都安装在小型模压绝缘外壳中；

2）用于电路的终端，对终端电路和用电设备作过载和短路保护；

3）具有模数化的尺寸和轨道化安装。

（3）断路器的选型

1）一般选型原则：

①断路器额定电压≥电路额定电压；

②断路器额定电流≥电路计算负荷电流；

③断路器脱扣器额定电流≥电路计算负荷电流；

④断路器极限通断能力≥电路中最大短路电流；

⑤线路末端单相对地短路电流不小于1.25倍的断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流；

⑥断路器欠电压脱扣器额定电压等于电路额定电压。

2）配电用断路器的选型：

①长延时动作电流整定为导线允许载流量的0.8～1倍；

②3倍长延时动作电流整定值的可返回时间不小于电路中最大起动电流的电动机的起动时间；

③短延时动作电流整定值不小于1.1（I_jx+1.35kI_edm）。I_jx为电路计算负荷电流；k为电动机起动电流倍数，I_edm为最大一台电动机的额定电流；

④短延时时间按被保护对象的热稳定校验；

⑤无短延时时，瞬时电流整定值不小于1.1（I_jx+1.35k₁kI_edm）。k₁为电动机起动电流的冲击系数，取1.7～2。

如有短延时，则瞬时电流整定值不小于1.1的下级断路器进线端计算短路电流值。

3）电动机保护用断路器的选型：

①长延时电流整定值=电动机额定电流；

②6倍长延时电流整定值的可返回时间≥电动机起动时间；

③笼型瞬时整定电流为8～15倍脱扣器额定电流；绕线形瞬时整定电流为3～6倍脱扣器额定电流。

4）照明用断路器的选型：

①长延时电流整定值不大于电路计算负荷电流；

②瞬时电流整定值=6倍的电路计算负荷电流。

5.微动开关

微动开关是一种通过小行程、小动作力，使电路接通和断开的开关器件，在机构中常用来控制储能压力或行程，也常在机构箱中用作门控开关控制照明。微动开关除电气参数外，还有一些机械参数，参照图5-26对这些机械参数的意义进行介绍。

（1）动作压力OF加在按钮或执行机构件上，使开关产生正向动作（接通或断开电路）所需的最大作用力。

（2）反向动作力RF使开关反向动作（断开或接通电路）时，按钮或执行机构件上所承受的最小作用力。

图5-26 微动开关的机械参数图

（3）接触压力TF按钮或执行机构零件在自由位置FP时静合接点的压力，或按钮执行机构件在极限位置时动合接点的压力。

（4）自由位置FP开关在正常状态下，不受外力作用时，按钮或执行机构件最高点至开关安装孔基线的位置。

（5）动作位置OP开关按钮或执行机构件在发生正向动作时，按钮或执行机构件最高点至开关安装孔基线的位置。

（6）恢复位置RP开关按钮或执行机构件在发生反向动作时，按钮或执行机构件最高点至开关安装孔基线的位置。

（7）总移动TTP开关按钮或执行机构件在工作时可允许移动的最大位置。

（8）动作行程PT开关按钮或执行机构件所在自由位置至正向动作位置的最大距离。

（9）超越行程OT开关按钮或执行机构件由正向动作位置继续向下移，且没有到底或末损坏开关的机械性能的极限位置的距离，常取最小值。

（10）差动行程MD开关按钮或执行机构件由反向动作位置至正向动作位置的距离，取最大值。

（11）总行程TT开关按钮或执行机构件由自由位置至极限位置的距离。

上述机械参数在使用、选用或安装微动开关时都是很重要的。例如在设计压力开关时，必须要考虑动作压力OF和反向动作力RF。当压力开关可提供较大的动作力时，则应选用动作压力OF大的开关，这样可以保证微动开关动作可靠，接触电阻小，且动作不会发生错误；反之，若压力开关提供的动作力不大时，则应选用合适的开关，以满足OF和RF的要求，必要时可采用加长杠杆的方法来解决。在设计、安装和使用微动开关时，压力开关机构件的动作距离的误差值不得大于开关的差动行程WD。微动开关在安装和使用时，动作距离不得大于微动开关动作行程PT与超越行程OT之和，否则会导致微动开关损坏。

6.插接件（连接器）

插接件的基本性能可分为三大类：即机械性能、电气性能和环境性能。

（1）机械性能 就连接功能而言，插拔力是重要的机械性能。插拔力分为插入力和拔出力（拔出力亦称分离力），两者的要求是不同的。在插接件标准中有最大插入力和最小分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小（从而有低插入力LIF和 无插入力ZIF的结构），而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。

另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性指标，在国标GB 5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。

插接件的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。

（2）电气性能 插接件的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。

1）接触电阻：高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。插接件的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

2）绝缘电阻：衡量电插接件接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。

3）抗电强度：表征插接件接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。

4）其他电气性能。

电磁干扰泄漏衰减是评价插接件的电磁干扰屏蔽效果，也是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在100MHz～10GHz频率范围内测试。

随着智能电网和数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即高速信号连接器，相应的，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指标，如串扰、传输延迟、时滞等。

（3）环境性能 常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。

1）耐温：目前插接件的最高工作温度为200℃（少数高温特种插接件除外），最低温度为-65℃。由于插接件工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中，明确规定了插接件在额定工作电流下容许的最高温升。

2）耐湿潮气的侵入会影响连接和绝缘性能，并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%～95%（依据产品规范，可达98%）、温度+40℃±20℃，试验时间按产品规定，最少为96h。交变湿热试验则更严格。

3）耐盐雾插接件在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀，影响插接件的物理和电气性能。为了评价电插接件耐受这种环境的能力，规定了盐雾试验。它是将插接件悬挂在温度受控的试验箱内，把规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出，形成盐雾大气，其暴露时间由产品规范规定，至少为48h。

4）振动和冲击：耐振动和冲击是电插接件的重要性能，在特殊的应用环境中如航空和航天、电网断路器中尤为重要，它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形以及电气连续性中断的时间。

5）其他环境性能：根据使用要求，电插接件的其他环境性能还有密封性（空气泄漏、液体压力）、液体浸渍（对特定液体的耐恶习化能力）、低气压等。