第1章常用低壓電器掌握接觸器、繼電器、斷路器、按鈕開、開關、主令電器等常規控制電器的動作特點，并能夠正確選擇使用。

學習目標：第1章常用低壓電器教學內容：

1.1概述

1.2接觸器

1.3繼電器

1.4熔斷器

1.5低壓開關與低壓斷路器

1.6主令電器1.1概述電器對電能的生產、輸送、分配與應用起著控制、調節、檢測和保護的作用。在電力輸配電系統和電力拖動自動控制系統中應用極為廣泛。隨著電子技術、自控技術和計算機應用的迅猛發展，一些電器元件可能被電子線路所取代，但是由于電器元件本身也朝著新的領域擴展（表現在提高元件的性能、生產新型的元件，實現機、電、儀一體化，擴展元件的應用范圍等），且有些電器元件有其特殊性，故是不可能完全被取代的。

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電器是接通和斷開電器或調節、控制和保護電器及電氣設備用的電工器具。

電器的功能多，用途廣，品種規格繁多，為了系統地掌握，必須加以分類。

1.按工作電壓等級分

（1）高壓電器;（2）低壓電器

2.按動作原理分

（1）手動電器;（2）自動電器

3.按用途分

（1）控制電器;（2）配電電器;（3）主令電器;（4）保護電器;（5）執行電器

1.1.1電器的分類

返回1.1.2電力拖動自動控制系統中常用的低壓控制電器

接觸器：分交流接觸器與直流接觸器繼電器：有電磁式繼電器（如電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器）；時間繼電器（分直流電磁式、空氣阻尼式、半導體式等）；熱繼電器；干簧繼電器；速度繼電器等熔斷器：分瓷插式、螺旋式、有填料封閉管式、無填料密閉管式、快速熔斷器、自復式等低壓斷路器：分框架式、塑料外殼式、快速直流斷路器、限流式、漏電保護器等

位置開關：有直動式、滾動式、微動式等按鈕、刀開關等返回1.1.3我國低壓控制電器的發展概況

現場總線系統的發展與應用將從根本上改變傳統的低壓配電與控制系統及其裝置，給傳統低壓電器帶來改革性變化。發展智能化可通信低壓電器勢在必行。其產品的特征是：產品中裝有微處理器；產品帶有通信接口，能與現場總線連接；采用標準化結構，具有互換性，采用模數化結構；保護功能齊全，具有外部故障記錄顯示、內部故障自診斷、進行雙向通信等。

返回1.2接觸器

接觸器是電力拖動和自動控制系統中使用量大且面廣的一種低壓控制電器，用來頻繁地接通和分斷交直流主回路和大容量控制電路。主要控制對象是電動機，能實現遠距離控制，并具有欠（零）電壓保護。

返回1.2.1結構和工作原理

接觸器是利用電磁吸力的原理工作的。接觸器主要由電磁系統、觸頭系統和滅弧裝置組成，結構簡圖如圖1-1所示。1.電磁系統其作用是將電磁能轉換成機械能，產生電磁吸力帶動觸頭動作。

圖1-1接觸器結構簡圖1—主觸頭2—常閉輔助觸頭3—常開輔助觸頭4—動鐵心5—電磁線圈6—靜鐵心7—滅弧罩8—彈簧1.2.1結構和工作原理作用在銜鐵上的力有兩個：電磁吸力與反力。電磁吸力由電磁機構產生，反力則由釋放彈簧和觸點彈簧所產生。電磁系統的工作情況常用吸力特性和反力特性來表示。為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性配合好，如圖1-3所示。

圖1-3吸力特性與反力特性的配合1—直流電磁鐵吸力特性

2—交流電磁鐵吸力特性3—反力特性1.2.1結構和工作原理2.觸頭系統

觸頭是接觸器的執行元件，用來接通或斷開被控制電路。觸頭按其原始狀態可分為常開觸頭和常閉觸頭：原始狀態時（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原始狀態閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭（線圈斷電后所有觸頭復原）。

圖1-4觸頭結構形式圖a）橋形觸頭b）指形觸頭

1.2.1結構和工作原理3.滅弧裝置

常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和將電弧分段。常用的滅弧裝置有:電動力滅弧、滅弧柵和磁吹滅弧。

對于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。交流接觸器常用電動力滅弧和滅弧柵滅弧裝置。直流接觸器常用磁吹滅弧裝置。

圖1-6電動力滅弧原理1—靜觸頭2—動觸頭

圖1-6所示的是一種橋式結構雙斷口觸頭，當觸頭打開時，在斷口處產生電弧，電弧電流在兩電弧間產生圖中以表示的磁場，跟據左手定則，電弧電流要產生一個指向外側的電動力作用，使電弧向外運動并拉長，迅速穿越冷卻介質而加快冷卻并熄滅。

1.2.1結構和工作原理4.接觸器的工作原理當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。

圖1-9接觸器的圖形、文字符號a）線圈

b）主觸頭

c）常開輔助觸頭

d）常閉輔助觸頭1.2.2交、直流接觸器的特點

1.交流接觸器

交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分斷交流主電路。通常采用短路環來解決交流電磁鐵的振動問題。短路環的示意圖如圖1-10所示，其中S2為短路環內截面積，S1為環外截面積。短路環起到磁通分相的作用，把極面上的交變磁通分成兩個交變磁通，并且使這兩個磁通之間產生相位差，那么它們所產生的吸力間也有一個相位差，這樣，兩部分吸力就不會同時達到零值，當然合成后的吸力就不會有零值的時刻，如果使合成后的吸力在任一時刻都大于彈簧拉力，就消除了振動。

1.2.2交、直流接觸器的特點圖1-10交流接觸器鐵心的短路環a）結構圖b）電磁吸力圖1.2.2交、直流接觸器的特點2.直流接觸器

直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路。對于250A以上的直流接觸器往往采用串聯雙繞組線圈，如圖1-11所示。

圖1-11

直流接觸器雙繞組線圈接線圖

在電路剛接通瞬間，保持線圈被常閉觸頭短接，可使起動線圈獲得較大的電流和吸力。當接觸器動作后，常閉觸頭斷開，兩線圈串聯通電，由于電源電壓不變，所以電流減小，但仍可保持銜鐵吸合，因而可以節電和延長電磁線圈的使用壽命。1.2.3接觸器的主要技術參數與選用1.接觸器的型號及代表意義

1.2.3接觸器的主要技術參數與選用

2.接觸器選用原則

1.額定電壓

接觸器的額定電壓是指主觸頭的額定電壓，應等于負載的額定電壓。

2.額定電流

接觸器的額定電流是指主觸頭的額定電流，應等于或稍大于負載的額定電流。

3.電磁線圈的額定電壓

電磁線圈的額定電壓等于控制回路的電源電壓。

4.觸頭數目

接觸器的觸頭數目應能滿足控制線路的要求。

5.額定操作頻率

接觸器額定操作頻率是指每小時接通次數。

返回1.3繼電器

繼電器主要用于控制與保護電路或作信號轉換用。當輸入量變化到某一定值時，繼電器動作，其觸頭接通或斷開交、直流小容量的控制回路。繼電器的種類很多，常用的分類方法有：按用途分：有控制繼電器和保護繼電器。

按動原理作分：有電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器。按輸入信號的不同來分：有電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器等。返回1.3.1電磁式繼電器

1.電磁式繼電器的結構與工作原理常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。圖1-12電磁式繼電器原理圖1—鐵心

2—旋轉棱角

3—釋放彈簧

4—調節螺母

5—銜鐵

6—動觸頭

7—靜觸頭

8—非磁性墊片

9—線圈

圖1-13電磁式繼電器圖形、文字符號

1.3.1電磁式繼電器2.電磁式繼電器的特性

當繼電器輸入量由零增至以前，繼電器輸出量為零。當輸入量增加到時，繼電器吸合，輸出量為，若再增大，值保持不變。當減小到時，繼電器釋放，輸出量由降到零，再減小，值均為零。在圖1-14中，X2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入量必須等于或大于X2；X1稱為繼電器釋放值，欲使繼圖1-14

繼電特性曲線

電器釋放，輸入量必須等于或小于X1。

稱為繼電器的返回系數，它是繼電器重要參數之一。

1.3.2熱繼電器

熱繼電器是利用電流流過熱元件時產生的熱量，使雙金屬片發生彎曲而推動執行機構動作的一種保護電器。主要用于交流電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運動的保護及其他電器設備發熱狀態的控制。熱繼電器還常和交流接觸器配合組成電磁起動器，廣泛用于三相異步電動機的長期過載保護。

在圖1-15中發熱元件1通電發熱后，主雙金屬片2受熱向左彎曲，推動導板3向左推動執行機構發生一定的運動。電流越大，執行機構的運動幅度也越大。當電流大到一定程度時，執行機構發生躍變，即觸點發生動作從而切斷主電路。1.3.2熱繼電器圖1-15熱繼電器原理圖1—熱元件2—雙金屬片3—導板4—觸頭

圖1-17熱繼電器圖形、文字符號a）發熱元件b）常閉觸點

1.3.3時間繼電器

從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經過一定的延時后才輸出信號（觸頭的閉合或斷開）的繼電器，稱為時間繼電器。

時間繼電器的延時方式有兩種：

通電延時：接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發生變化。當輸入信號消失后，輸出瞬時復原。

斷電延時：接受輸入信號時，瞬時產生相應的輸出信號。當輸入信號消失后，延遲一定的時間，輸出才復原。1.3.3時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼作用而達到延時的目的。它由電磁機構、延時機構和觸頭組成。空氣阻尼式時間繼電器的電磁機構有交流、直流兩種。延時方式有通電延時型和斷電延時型（改變電磁機構位置，將電磁鐵翻轉1800安裝）。當動鐵心（銜鐵）位于靜鐵心和延時機構之間位置時為通電延時型；當靜鐵心位于動鐵心和延時機構之間位置時為斷電延時型。JS7-A系列時間繼電器如圖1-18所示。

1.3.3時間繼電器圖1-18JS7-A系列時間繼電器原理圖a）通電延時型b）斷電延時形1－線圈

2—鐵心

3—銜鐵

4—反力彈簧

5—推板

6—活塞桿

7—杠桿

8—塔形彈簧

9—弱彈簧10—像皮膜

11—空氣室壁

12—活塞

13—調節螺釘

14—進氣孔

15、16—微動開關1.3.3時間繼電器現以通電延時型為例說明其工作原理。當線圈1得電后銜鐵（動鐵心）3吸合，活塞桿6在塔形彈簧8作用下帶動活塞12及橡皮膜10向上移動，橡皮膜下方空氣室空氣變得稀薄形成負壓，活塞桿只能緩慢移動，其移動速度由進氣孔氣隙大小來決定。經一段延時后，活塞桿通過杠桿7壓動微動開關15，使其觸頭動作，起到通電延時作用。當線圈斷電時，銜鐵釋放，橡皮膜下方空氣室內的空氣通過活塞肩部所形成的單向閥迅速地排出，使活塞桿、杠桿、微動開關等迅速復位。由線圈得電到觸頭動作的一段時間即為時間繼電器的延時時間，其大小可以通過調節螺釘13調節進氣孔氣隙大小來改變。在線圈通電和斷電時，微動開關16在推板5的作用下都能瞬時動作，其觸頭即為時間繼電器的瞬動觸頭。1.3.3時間繼電器時間繼電器的圖形及文字符號：1.3.3時間繼電器電動機式時間繼電器它由同步電動機、減速齒輪機構、電磁離合系統及執行機構組成，電動式時間繼電器延時時間長，可達數十小時，延時精度高，但結構復雜，體積較大，常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。電子式時間繼電器

早期產品多是阻容式，近期開發的產品多為數字式，又稱計數式，其結構是由脈沖發生器、計數器、放大器及執行機構組成，具有延時時間長、調節方便、精度高的優點，有的還帶有數字顯示，應用很廣，可取代阻容式、空氣式、電動機式等時間繼電器。我國生產的產品有JSJ系列和JS14P系列等。1.3.3時間繼電器時間繼電器的選用選用時間繼電器時，首先應考慮滿足控制系統所提出的工藝要求和控制要求，并根據對延時方式的要求選用通電延時型或斷電延時型。對于延時要求不高和延時時間較短的，可選用價格相對較低的空氣阻尼式；當要求延時精度較高、延時時間較長時，可選用晶體管式或數字式；在電源電壓波動大的場合，采用空氣阻尼式比用晶體管式的好，而在溫度變化較大處，則不宜采用空氣阻尼式時間繼電器。總之，選用時除了考慮延時范圍、準確度等條件外，還要考慮控制系統對可靠性、經濟性、工藝安裝尺寸等要求。

1.3.4速度繼電器速度繼電器主要用于籠型異步電動機的反接制動控制，也稱反接制動繼電器。其結構原理如圖1-20所示。。速度繼電器的軸與電動機的軸相連接。轉子固定在軸上，定子與軸同心。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，繞組切割磁場產生感應電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產生轉矩，使定子向軸的轉動方向偏擺，通過定子柄撥動觸頭，使常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合。當電動機轉速下降到接近零時，轉矩減小，定子柄在彈簧力的作用下恢復原位，觸頭也復原。

1.3.4速度繼電器圖1-20速度繼電器結構原理圖1—轉子

2—電動機軸

3—定子

4—繞組5—定子柄6—靜觸頭7—動觸頭8—簧片

圖1-21速度繼電器的圖形、文字符號a）轉子b）常開觸頭c）常閉觸頭返回1.3.4速度繼電器返回速度繼電器的選用：速度繼電器額定工作轉速有300～1000r/min與1000～3000r/min兩種。動作轉速在120r/min左右，復位轉速在100r/min以下。速度繼電器有兩組觸頭（各有一對常開觸頭和一對常閉觸頭），可分別控制電動機正、反轉的反接制動。速度繼電器根據電動機的額定轉速進行選擇。使用時，速度繼電器的轉軸應與電動機同軸連接，安裝接線時，正反向的觸點不能接錯，否則不能起到反接制動時接通和分斷反向電源的作用。1.4熔斷器

熔斷器是一種簡單而有效的保護電器。在電路中主要起短路保護作用。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。熔斷器的圖形、文字符號如圖1-23所示。

圖1-23

熔斷器的圖形、文字符號

返回1.4.1熔斷器的工作原理

1.安秒特性

熔斷器的熔體串聯在被保護電路中。當電路正常工作時，熔體允許通過一定大小的電流而長期不熔斷；當電路嚴重過載時，熔體能在較短時間內熔斷；而當電路發生短路故障時，熔體能在瞬間熔斷。熔斷器的特性可用通過熔體的電流和熔斷時間的關系曲線來描述，如圖1-22。圖1-22熔斷器的安-秒特性2.極限分斷能力

通常是指在額定電壓及一定的功率因數（或時間常數）下切斷短路電流的極限能力，常用極限斷開電流值（周期分量的有效值）來表示。熔斷器的極限分斷能力必須大于線路中可能出現的最大短路電流。極限分斷能力與滅弧能力有關，與額定電流無關。1.4.2熔斷器的選用

熔斷器用于不同性質的負載，其熔體額定電流的選用方法也不同。

1.熔斷器類型選擇

其類型應根據線路的要求、使用場合和安裝條件選擇。

2.熔斷器額定電壓的選擇

其額定電壓應大于或等于線路的工作電壓。

3.熔斷器額定電流的選擇

其定額電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流。

1.4.2熔斷器的選用4.熔體額定電流的選擇

對于電爐、照明等電阻性負載的短路保護，熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流。在配電系統中，遠離電源端的前級熔斷器應先熔斷。所以一般后一級熔體的額定電流比前一級熔體的額定電流至少大一個等級，以防止熔斷器越級熔斷而擴大停電范圍。：保護單臺電動機時，考慮到電動機受起動電流的沖擊，可按下式選擇：

輕載起動或起動時間短時，系數可取近1.5，帶重載起動或起動時間較長時，系數可取2.5。1.4.2熔斷器的選用保護多臺電動機，可按下式選擇：

—容量最大的一臺電動機的額定電流

—其余電動機額定電流之和

熔斷器一般做成標準熔體。更換熔片或熔絲時應切斷電源，并換上相同額定電流的熔體，不得隨意加大、加粗熔體或用粗銅線代替。返回1.5低壓開關和低壓斷路器

1.5.1低壓斷路器

低壓斷路器曾稱自動空氣開關或自動開關。它相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關作用又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護、動作值可調、分斷能力高的電器。

低壓斷路器與接觸器不同的是：接觸器允許頻繁地接通和分斷電路，但不能分斷短路電流；而低壓斷路器不僅可分斷額定電流、一般故障電流，還能分斷短路電流，但單位時間內允許的操作次數較低。

返回1.5.1低壓斷路器

低壓斷路器由操作機構、觸頭、保護裝置（各種脫扣器）、滅弧系統等組成。工作原理圖如圖1-24所示。低壓斷路器的主觸頭是靠手動操作或電動合閘的。主觸頭閉合后，自由脫扣機構將主觸頭鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電路發生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器3的銜鐵吸合，使自由脫扣機構2動作，主觸頭斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器5的熱元件發熱使雙金屬片向上彎曲，推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器6的銜鐵釋放，也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器4則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要遠距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構2動作，使主觸頭斷開。

1.5.1低壓斷路器圖1-24底壓斷路器工作原理圖1—主觸頭

2—自由脫扣機構

3—過電流脫扣器4—分勵脫扣器

5—熱脫扣器

6—欠電壓脫扣器

7—起動按紐

圖1-25

低壓斷路器的圖形、文符號

1.5.3低壓隔離器

低壓隔離器也稱刀開關。低壓隔離器是低壓電器中結構比較簡單、應用十分廣泛的一類手動操作電器，品種主要有低壓刀開關、熔斷器式刀開關和組合開關三種。

隔離器主要是在電源切除后，將線路與電源明顯地隔開，以保障檢修人員的安全。熔斷器式刀開關由刀開關和熔斷器組合而成，故兼有兩者的功能，即電源隔離和電路保護功能，可分斷一定的負載電流。

1.5.3低壓隔離器1.膠殼刀開關

圖1-28膠殼刀開關的結構圖1—上膠蓋

2—下膠蓋

3—插座

4—觸刀

5—瓷柄6—膠蓋緊固螺母

7—出線座

8—熔絲

9—觸刀座10—瓷底板11—進線座圖1-29

膠殼刀開關的圖形、文字符號

1.5.3低壓隔離器2.鐵殼開關

操作機構具有兩個特點：一是采用儲能合閘方式，在手柄轉軸與底座間裝有速斷彈簧，以執行合閘或分閘，在速斷彈簧的作用下，動觸刀與靜觸刀分離，使電弧迅速拉長而熄滅；二是具有機械聯鎖，當鐵蓋打開時，刀開關被卡住，不能操作合閘。鐵蓋合上，操作手柄使開關合閘后，鐵蓋不能打開。圖1-30鐵殼開關的結構圖1—觸刀

2—夾座

3—熔斷器

4—速斷彈簧5—轉軸6—手柄

1.5.3低壓隔離器3.組合開關

組合開關由動觸頭、靜觸頭、方形轉軸、手柄、定位機構和外殼組成。它的動觸頭分別疊裝于數層絕緣座內，其結構和圖形、文字符號如圖1-31所示。當轉動手柄時，每層的動觸片隨方形轉軸一起轉動，并使靜觸頭插入相應的動觸片中，接通電路。圖1-31

組合開關的結構和圖形、文字符號返回1.6主令電器

主令電器是在自動控制系統中