现场电工低压控制电器工作与安装技巧

施工现场机电设备控制开关箱内既有引入电源的配电电器，如低压断路器，也有着各种各样的控制电器。前面已经说明了配电电器的工作原理和安装方法，这里主要介绍控制电器的原理和使用。常用低压控制电器可以按操作方式分为手动电器和自动电器两大类，手动电器主要有按钮、组合开关和行程开关；自动控制电器包括接触器、继电器、控制器等，下面分别介绍各类控制电器的工作原理和安装方法。

1.按钮的工作原理与安装、使用方法

控制按钮是一种结构简单、应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。控制按钮的结构种类很多，可分为普通按钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等，外形如图8-34b所示。可以做成单钮、双钮、三钮等不同组合形式，一般是采用积木式结构。

普通按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，也就是其中至少会有一对常闭触头和常开触头，还可以通过多个元件的串联增加触头对数，最多可增至8对。按下按钮帽后，常开触头闭合，同时常闭触头断开；松开后由于弹簧反力作用，常开触头断开，同时常闭触头闭合，工作原理如图8-34a所示。还有一种自持式按钮，按下后即可自动保持闭合。由于按钮用于小电流控制电路，通常主要考虑电气设计中所需要的触头个数要满足。

图8-34 控制按钮原理及实物图片

a）按钮工作原理图 b）各类按钮实物图片

控制按钮的安装应注意以下几点：

1）按钮的型号、规格应符合设计规定。在面板上安装时，应布置整齐，排列合理。

2）按钮之间的距离一般为50～80mm；如果组装成按钮箱，则按钮之间的距离应为50～100mm。组装应垂直，如倾斜安装时，按钮与水平面的倾斜角不宜小于30°。

3）集中安装的按钮应有编号或不同的识别标志，紧急按钮应有明显标志，并应设置保护罩。

4）按钮安装应牢固、接线正确，接线螺钉应拧紧，使接触电阻尽量小。

5）按钮操作应灵活，无卡阻现象。

按钮使用过程中常见故障及排除方法参见表8-9。

表8-9 控制按钮常见故障及排除方法

（续）

2.组合开关的工作原理和安装、使用方法

组合开关也称为万能转换开关，适用于交流50Hz，额定电压380V及以下、直流额定电压220V及以下的线路，额定电流有10A、25A、60A、100A四种，用于手动控制电路的不频繁启动、分断及转换控制。其外形结构及电路原理如图8-35a所示，由手柄、带号码牌的触头盒等构成，有的还带有信号灯。它具有多个档位、多对触头，可供控制电路中进行换接之用，可在操作不太频繁时用于小容量电动机的起动、改变转向等，也可用于测量仪表等。其控制电路如图8-35b和c所示，手柄转到不同档位，接通多条不同的电路。

由于组合开关的通断能力较低，不得用于分断故障电流，因此，应与其他有保护功能的电器配合使用，不得独立使用。一般组合开关适用于非频繁地换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机正反转和星-三角形起动等用，常用型号有HZ10、HZ15型。组合开关安装时，应将手柄保持在水平旋转位置上，触头接触应紧密。

图8-35 HZ10系列组合开关外形结构及电路原理

a）HZ10系列组合开关实物图片 b）电路原理图 c）接线图

组合开关使用前应检查外观是否有不正常现象。由于组合开关引线较多，因此接线应牢固，最好将导线弯成线圈后接上，否则导线松动脱落后极易短路。一旦有发热、冒火、异味等异常现象时，应立即停止作用。组合开关常见故障及处理方法详见表8-10。

表8-10组合开关常见故障及处理方法

3.行程开关的工作原理与安装、使用方法

行程开关又称位置开关或限位开关，只是其触头的操作不是靠手去操作，而是利用机械设备的某些运动部件的碰撞来完成操作的。因此，行程开关是一种将行程信号转换为电信号的开关元件，广泛应用于运动方向、行程限位、安全等自控系统中。

行程开关按结构分类，大致可分为按钮式、滚轮式、微动式和组合式等。施工现场应用较多的是前两类。按钮式行程开关内部结构与按钮相同，这里就不再介绍了。滚轮式行程开关的内部结构如图8-36a所示，当随机械一同运动的撞块向左行进撞击滚轮1时，上下转臂绕支点逆时针方向转动，滑轮6从左向右的滚动中，压迫横板10，待滑轮滚过横板10的转轴时，横板在压缩弹簧11的作用下突然转动，使触头瞬间切换。5为复位弹簧，当撞块离开后带动触头复位。图8-36b是常用的滚轮式行程开关LX19系列的实物照片。

图8-36 滚轮式行程开关结构示意图及实物照片

a）结构示意图 b）实物照片

1—滚轮 2—上转臂 3—盘形弹簧 4—下转臂 5—复位弹簧 6—滑轮 7—压板 8—常闭触头 9—常开触头 10—横板 11—压缩弹簧

选择行程开关时首先要考虑使用场合，才能确定行程开关的型式。然后再根据外界环境选择防护型式。选择触头数量的时候，如果触头数量不够，可采用中间继电器加以扩展，切忌过负荷使用。

使用时，安装应该牢固，位置要准确，最好安装位置可以调节，以免活动部分锈死。并且在设计时应该注意，平时行程开关不可处于受外力作用的动作状态，而应处于释放状态。行程开关的常见故障及处理方法参见表8-11。

表8-11 行程开关常见故障及处理方法

4.交流接触器的工作原理与安装方法

接触器是电力拖动和自动控制系统中应用最普遍的一种电器，适于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交、直流主电路或控制大容量设备，如自动控制交、直流电动机，电热设备，电容器组等，其实物图片如图8-37a所示。其组成部分主要有：电磁系统、触头和灭弧系统、辅助触头、支架和外壳等。其典型结构如图8-37b所示。

图8-37 交流接触器工作原理

a）交流接触器实物图片 b）交流接触器内部结构及工作原理

施工现场用到的多为交流接触器，其工作原理是基于电磁感应，当电磁系统的线圈通电后，铁心线圈B就变成了电磁铁，产生的电磁力使得动铁心A向下运动，带动触头组动作，使触头系统进行分、合闸操作，从而完成电路的接通和分断。其中主触头系统完成主电路的通断，辅助触头则起信号和联锁作用。

接触器在选用时主要考虑其工作条件，重点考虑以下因素：

1）接触器类型应符合负载工作情况，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则要选用直流接触器。

2）接触器的吸引线圈的额定电压应与控制电路电压一致。接触器主触头的额定电压应大于或等于负载电路的电压。

3）额定工作电流一般指主触头的额定电流，其等级划分为：6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A。选用时，接触器主触头额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。一般主触头的电流可以按产品样本手册上给定的控制的电动机容量来选取，对于施工工地上常用的CJ10系列接触器，主触头额定电流也可以用下式估算：

式中 I_N——主触头额定电流，单位为A；

k——k=1（单相电路）；（三相电路）；

P_N、U_N——电动机额定容量和额定电压，单位分别为kW和V。

4）接通和分断能力是指接触器在规定条件下接通或分断的电流值，不同工作制的情况下是不同的，应该与负载工作制相对应。尤其需要注意的是，当所选用的接触器使用类别与负载不一致时，如果接触器类别比负载类别低，接触器需要降低一级容量使用。

5）接触器主触头和辅助触头的数量必须满足控制要求。常用交流接触器适用场合见表8-12。(www.xing528.com)

表8-12 接触器的使用类别及分断、接通条件

注：I_N为额定值，I_C为起动电流值。

接触器安装应符合下列要求：

1）接触器型号、规格应符合设计要求，并应具备产品质量合格证和相应的技术文件；检查接触器铭牌上线圈额定电压、额定电流等技术参数是否符合使用要求。

2）安装前，应全面检查接触器各部件是否处于正常状态，电磁铁的铁心表面应无锈蚀及油垢，将铁心极面上的防锈油擦干净，以免油垢粘住造成接触器断电不释放。

3）检查接触器活动部件有无卡阻现象，触头接触是否紧密；衔铁吸合后应无异常响声，断电后能迅速断开。

4）安装时，接触器的底面与地面垂直，倾斜度不超过5°。安装CJ0系列接触器时，应将有孔的两面放在上下位置，以利散热，降低线圈的温升。

5）引线与线圈连接牢固可靠，触头与电路连接正确。接线应牢固正确，并应做好绝缘处理。

交流接触器是施工现场最常用的控制电器，作为现场电工应掌握常见故障及处理方法。交流接触器的常见故障可能出在线圈回路中，也可能出在机械部分和接触部分。常见故障有以下几类：

1）线圈故障。线圈故障可分为过热烧毁和断线两类。线圈烧毁的原因很多，例如，电源电压过高，超过额定电压的110%，就有可能烧毁线圈。另一方面。电源电压过低，低于额定值的85%，也有可能烧毁接触器线圈，这是因为接触器衔铁吸合不上，线圈回路电抗值较小、电流过大而造成的。此外，电源频率与额定值不符、机械部分卡阻致使不能吸合、铁心极面不平造成吸合磁隙过大，环境方面的因素如通风不良、过分潮湿、环境温度过高等，都会引起这种故障。线圈断线故障常由线圈过热烧毁引起，也可能由外力损伤引起。

针对不同的原因，应采取不同的对策。如果是线圈不良故障，更换同型号线圈即可；铁心如有污物或极面不平，可视情况清理极面或更换铁心。

2）交流接触器响声过大。电源电压过低、触头弹簧压力过大、铁心歪斜都可造成吸合时响声过大。交流接触器产生较大的响声，主要原因是线圈通入的是交流电，吸力是脉动的，因此，通常会在极面上加短路环，以避免噪声的产生。如果短路环断裂，就会造成响声过大。排除的方法一般为检查短路环、调整弹簧、清洗或研磨铁心极面等。当然，电源电压比线圈额定电压低得太多也会产生这种现象，因此也应该检查电源。

3）接触器触头烧损太快。出现这种状况既有本身的质量问题，也有选用不当造成触头烧蚀太快的原因。遇到这种问题，首先应该检查负荷电流是否超过接触器额定电流太多，或者是否用于频繁起动的场合，如果存在这种情况，则应更换大容量的交流接触器。如果被控对象是三相电动机，则还应检查三相触头是否同步。如果不同步，三相电动机起动时短时间内用于断相运行，导致起动电流过大，应调整触头使之同步。另外，还应检查触头压力是否正常，触头压力太小，造成触头接触电阻增大，引起触点严重发热。测量触头压力可用纸条法测定，方法是取一条比触头稍宽一点儿的纸条，放在触头之间。当交流接触器闭合时，若纸条很容易抽出，说明触头压力不足；若将纸条拉断，则说明压力过大。小容量交流接触器稍用力能将纸条拉出并且纸条完好；大容量接触器用力能拉出纸条但有破损，就可以认为触头压力合适。使用这一方法要凭经验，可与新电器相比较来进行判定。

当触头上有氧化层时，如果是银的氧化物则不必除去，如是铜的氧化物，应用小刀轻轻刮去。如有污垢，可用抹布蘸汽油或四氯化碳将其清洗干净。触头有烧灼或有毛刺时，应使用小刀或锉刀整修触头表面。整修时不必将触头整修得十分光滑，因为过分光滑反而会使触头接触表面面积减小。另外需要注意，不要用砂纸去修整触头表面，以免金钢砂嵌入触头，影响触头的接触。

触头如有熔焊现象，必须查清原因，修理时更换触头。通常发生熔焊的原因有负载侧短路、操作电压过低使交流接触器吸合不可靠或振动、灭弧装置损坏及接触器容量过小等。

4）吸不上或不释放。吸不上或吸不足的原因除了机械故障外，电源电压过低、内阻过大、线圈断线等是产生这种故障的主要原因。不释放或释放缓慢的原因有触头弹簧失去弹性或弹性过弱使触头复位力量不足、触头熔焊、铁心极面或铁心导槽有污物、铁心闭合时的去磁气隙减小等。

接触器无论发生哪种故障，应首先判明故障的种类和该故障可能产生的原因，然后依照先易后难的原则，先查线圈，后查电源和机械部分，最后进行调整、研磨等，避免盲目拆卸，人为扩大维修工作量甚至人为再造故障。

5.热继电器的工作原理和安装、使用方法

热继电器是一种保护用电器，它是利用电流的热效应原理来保护电动机避免受长期过载的危害。电动机长时间过载，电动机绕组温升超过允许值时，就会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会使电动机绕组烧毁。热继电器在侦测到电动机过载超过规定时间后会自动切断电源，起到保护电动机的作用。

热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、拉簧、调节旋钮、复位螺钉、触点和接线端子等组成。热继电器由于有热惯性，当电路短路时不能立即动作将电路立即断开，因此不能作为短路保护。同理，在电动机起动或短时过载时，热继电器也不会动作，这可避免电动机不必要的停车。图8-38给出了热继电器的结构原理、电路符号及实物照片。

图8-38 热继电器结构原理、电路符号及实物图片

a）热继电器结构原理 b）热继电器电路符号 c）实物图

热继电器的主要技术参数包括额定电压、额定电流、相数、热元件编号、整定电流调节范围、有无断相保护等。

热继电器的额定电流是指其热元件允许的长期通过的最大额定电流。每一种额定电流的热继电器可分别装入若干种不同额定电流的热元件。热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期通过但又刚好不致引起热继电器动作的电流值。对于某一热元件的热继电器，可以通过调节其旋钮在一定范围内调节电流整定值，这就是所谓的电流整定范围。

为了便于用户选择，某些型号中的不同整定电流的热元件用不同编号来表示。常用的JR20系列热继电器技术参数参见表8-13。

表8-13 部分常用JR20系列热继电器技术数据

热继电器的选择：主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流。例如，电动机额定电流为14.6A，额定电压为380V，若选用JR20系列热继电器，由表8-13可知，合适的型号为JR20-16，电流调节范围为12～14～16A，因此配用的热元件代号为5S型。

三相异步电动机运行时，若发生一相断路，其各相绕组电流的变化情况将与绕组的接法有关。热继电器的动作电流是根据电动机的线电流来整定的。对于星形联结的电动机，由于相电流等于线电流，当电源一相断路时，其他两相的电流将过载，可使热继电器动作，因此对于星形联结的电动机可以采用普通的两相或三相热继电器进行长期过载保护。而对于三角形联结的电动机，正常情况下，线电流为相电流的倍：当发生一相断线（断相）时，由于电动机三相负载对称，未断相的线电流等于相电流的1.5倍，断相后的线电流比正常工作时的线电流反而要小，一旦发生过载时（也就是相电流超过额定相电流），有可能其线电流还没有达到热继电器的动作电流，热继电器不会动作。凶此，对于三角形联结的电动机进行断相保护时，必须采用具有断相保护功能的热继电器，如JR16、JR20等系列的热继电器。

热继电器的选择应遵循下列原则：

1)一般情况下可选用两相结构的热继电器。对于电网电压均衡性较差、无人看管的电动机或与大容量电动机共用一组熔断器的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三相绕组作三角形联结的电动机，应采用有断相保护装置的三个热元件热继电器作过载和断相保护。

2）热元件的额定电流等级一般应略大于电动机的额定电流。热元件选定后，将热继电器的整定电流调整到与电动机的额定电流相等。如果电动机的起动时间较长，可将热继电器的整定电流整定到稍大于电动机的额定电流。

3）对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机或出于安全考虑不允许设置过载保护的电动机（如消防泵），一般不设置过载保护。

4）双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机，也可以选用过电流继电器进行过载或短路保护。

使用过程中，热继电器有可能出现故障，作为现场电工，应该掌握其容易出现故障的点，并学会处理常见故障。热继电器容易出现故障的部位可能发生在热元件、控制触头，也可能发生在复位机构。一般热继电器容易发生的故障主要有以下几类，使用时应注意：

1）热继电器不动作。出现这种故障，可能有下列原因：

①热继电器整定值过大；例如，Y132S-4型异步电动机，额定功率为5.5kW，额定电流为11.6A，热继电器可整定在12A，但如果整定到60A，则电动机过载时也会拒动。

②热元件故障；如果热元件烧杯或脱焊，则会直接影响到主电路的正常工作（互感器加热式热继电器除外），而主电路工作的不正常又会使热继电器动作。故除非是热元件全部烧断或属于互感器式热继电器，一般不会因部分热元件损坏而拒动。

③控制触头熔焊或接触不良；触头损坏后，热元件不能使触头可靠地接通或分断，对外界的表现即是拒动，修理时可将触头的氧化层除去。如果熔焊过于严重，就只有更换触头部分。

④导板滑脱；这种故障通常在受到振动冲击或重新拆装后会出现，解决的方法就是将热继电器拆下重新装好，并试验其动作是否灵活。

2）热继电器动作太快。出现这种情况一般是由于热继电器整定值太小造成的故障，此外，连接导线太细、起动过于频繁也会产生这一现象。此时可适当增加整定电流值，调整为电动机额定电流的1.1～1.15倍。

3）热继电器动作不稳定。有时会出现在同样的动作电流下，热继电器动作时间时长时短，也就是常说的不稳定。这种不稳定现象，可能由内部固定件松动引起，也可能由外力弯折双金属片引起。发生这类故障时，可检查热继电器紧固件，如为双金属片变形造成，可将双金属片进行热处理，最好是更换热继电器的热元件。

4）电路不通。包括主电路不通和控制电路不通两种情况。主电路不通的原因一般是接线不牢或热元件烧毁，而控制电路不通主要是触头问题，如污损、调整旋钮不合理等。

6.电磁继电器的工作原理、安装及使用方法

电磁继电器简称继电器，是一种能根据一定的输入信号动作的控制电器，种类繁多。如能根据温度动作的温度继电器、根据电流动作的电流继电器、根据压力动作的压力继电器、根据速度动作的速度继电器等，这里主要介绍施工现场常见的中间继电器。中间继电器的结构和工作原理类似小型接触器，其作用主要是扩展触头数量和信号放大，其结构和实物图片如图8-39所示。

图8-39 中间继电器结构示意图及实物照片

a）结构示意图 b）实物照片

1—静铁心 2—短路环 3—动铁心 4—常开触头 5—常闭触头 6—弹簧 7—线圈 8—弹簧

选用电磁式控制继电器时，应该使所选用线圈的电流种类和电压等级与所对应的控制电路一致。另外要根据控制电路的需要，来确定触头的种类及数量。继电器的安装方法和故障类型基本与接触器相同，这里不再赘述。