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1、电工基础知识讲座,低压电器,常用低压继电保护电器,低压电器分类及产品型号一、常用低压继电保护电器的分类,1.1 低压电器的电磁机构及执行机构 电气控制系统中以电磁式电器的应用最为普遍。电磁式低压电器是一种用电磁现象实现电器功能的电器类型，此类电器在工作原理及结构组成上大体相同。根据其结构组成，电磁式低压电器的分类如下：,电磁机构 执行机构,交流直流,触头系统灭弧系统,1.电磁机构 电磁机构为电磁式电器的感测机构，它的作用是将电磁能量转换为带动触头动作的机械能量，从而实现触头状态的改变，完成电路通、断的控制。电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等几部分组成，其工作原理是：线圈通过工作电流产生足够的磁动
2、势，在磁路中形成磁通，使衔铁获得足够的电磁力用以克服反作用力与铁心吸合，由连接机构带动相应的触头动作。,2.触头系统 触头作为电器的执行机构，起着接通和分断电路的重要作用，必须具有良好的接触性能，故应考虑其材质和结构设计。对于电流容量较小的电器，如机床电气控制线路所应用的接触器、继电器等，常采用银质材料作触头，其优点是银的氧化膜电阻率与纯银相近，与其他材质（比如铜）相比，可以避免因长时间工作，触头表面氧化膜电阻率增加而造成触头接触电阻增大。,触头系统的结构如图1.1所示，可分为桥式和指式两种。其中桥式触头又分为点接触式和面接触式。,图1.1 触头系统的结构(a)点接触式；(b)面接触式；(c)
3、指式,3.灭弧系统（1）电弧产生的条件：当被分断电路的电流超过0.251 A，分断后加在触头间隙两端的电压超过1220 V（根据触头材质的不同取值）时，在触头间隙中会产生电弧。（2）电弧的实质：电弧是一种气体放电现象，即触头间气体在强电场作用下产生自由电子，正、负离子呈游离状态，使气体由绝缘状态转变为导电状态，并伴有高温、强光。,（3）熄弧的主要措施有机械性拉弧、窄缝灭弧和栅片灭弧三种。机械性拉弧：分断触点时，迅速增加电弧长度，使单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而熄弧,如图 1.2 所示。窄缝灭弧：依靠磁场的作用，将电弧驱入耐弧材料制成的窄缝中，以加快电弧的冷却,如图1.3所示。这种灭弧装
4、置多用于交流接触器。,栅片灭弧：分断触点时，产生的电弧在电动力的作用下被推入彼此绝缘的多组镀铜薄钢片（栅片）中，电弧被分割成多组串联的短弧。,图1.2 机械性拉弧,图1.3 窄缝灭弧装置,图1.4 栅片灭弧示意图,1.2开关电器 1.常用刀开关(1)胶盖开关。胶盖开关是一种带熔断器的开启式负荷开关，如图1.5所示。(2)铁壳开关。铁壳开关是带灭弧装置和熔断器的封闭式负荷开关，其图形符号及文字符号与胶盖开关相同。(3)刀开关的类别和型号含义。,图 1.5 HK系列瓷底胶盖刀开关(a)外形图；(b)、(c)刀开关图形及文字符号,刀开关的型号含义如下：,2.组合开关 组合开关又称转换开关，其操作较灵
5、巧，靠动触片的左右旋转来代替闸刀开关的推合与拉开。(1)组合开关的作用。(2)组合开关的结构组成。(3)组合开关的类型、图形和文字符号。,图1.6 HZ10-10/3 型组合开关结构(a)外形；(b)结构,图 1.7 组合开关的图形和文字符号(a)单极；(b)三极,3.低压断路器1)低压断路器的结构与原理 低压断路器主要由三部分组成:触头和灭弧系统,各种脱扣器（包括电磁脱扣器、欠压脱扣器、热脱扣器），操作机构和自由脱扣机构（包括锁链和搭钩）。低压断路器的按钮和触头接线柱分别引出壳外，其余各组成部分均在壳内。低压断路器的工作原理如图1.8所示。,图 1.8 低压断路器原理及符号(a)原理图；(b
6、)符号,2)低压断路器的常见故障与排除(1)产生触头不能闭合故障的原因有：欠压脱扣器11无电压或线圈损坏，则衔铁10不闭合，使搭钩被顶无法锁住锁链。反作用弹簧力过大，机构不能复位再行锁扣。,(2)产生自动脱扣器不能使开关分断故障的原因有：反作用弹簧1弹力不足。贮能弹簧9弹力不足。机械部件卡阻。,1.3 接触器接触器的作用与分类 接触器是一种可对交、直流主电路及大容量控制电路作频繁通、断控制的自动电磁式开关，它通过电磁力作用下的吸合和反力弹簧作用下的释放使触头闭合和分断，从而控制电路的通断。,2.接触器的结构与原理 接触器的结构如图1.9所示。其中，电磁机构包括线圈、铁心和衔铁。触头系统中的主触
7、头为常开触点，用于控制主电路的通断;辅助触头包括常开、常闭两种，用于控制电路，起电气联锁作用。其他部件还包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构和外壳等。,图 1.9 CJ20系列交流接触器结构示意,3.接触器的类型、主要技术参数及符号表示 目前,我国常用的交流接触器主要有CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列。引进产品中应用较多的有施耐德公司的LC1D/LP1D系列等，该系列产品采用模块化生产，产品本体上可以附加辅助触头、通电/断电延时触头和机械闭锁等模块，也可以很方便地组合成可逆接触器、星-三角启动器。另外，常用的交流接触器还有德国BBC公司的B系列，SIEMENS
8、公司的3TB系列等。,常用的交流接触器,新产品结构紧凑，技术性能显著提高，多采用积木式结构，通过螺钉和快速卡装在标准导轨上的方式加以安装。交、直流接触器的主要技术参数有额定电压、额定电流、吸引线圈的额定电压等。接触器的图形及文字符号如图1.10所示。,图 1.10 接触器的图形符号(a)线圈；(b)常开触点；(c)常闭触点,4.接触器常见故障与排除(1)触头过热。产生此故障的原因是：触头压力不足。触头接触不良。电弧将触头表面烧坏。以上三种原因会使触头接触电阻增加，使触头过热。,(2)触头磨损。接触器磨损分为电气磨损和机械磨损两种。电气磨损属于正常磨损，是因电弧高温使触头金属气化蒸发而造成的。机
9、械磨损是由触头闭合时的撞击和触头表面的相对滑动摩擦造成的。,(3)触头不复位。产生这种 故障的原因是：触头熔焊(电弧的高温将动、静触头焊在一起而不能分断的现象称为熔焊)。反作用弹簧弹力不够。机械运动部件被卡住。铁心端面有油污。铁心剩磁太大。,(4)衔铁振动噪声。产生这种故障的原因是：短路环损坏。动、静铁心由于衔铁歪斜或端面有污垢而造成接触不良。活动部件卡阻而使衔铁不能完全吸合。,(5)线圈过热或烧毁。产生这种故障的原因是：线圈匝间短路。动、静铁心端面变形或有污垢，闭合后有间隙。操作过于频繁。外加电压高于线圈额定电压，电流过大，产生热效应，严重时会烧毁线圈。,1.4 继电器 1.继电器的结构、作
10、用 1)继电器的结构 继电器的结构和工作原理与接触器相似，也是由电磁机构和触点系统组成的，但继电器没有主触点，其触点不能用来接通和分断负载电路，而均接于控制电路，且电流一般小于，故不必设灭弧装置。,2)继电器的作用 继电器主要用于进行电路的逻辑控制，它根据输入量（如电压或电流），利用电磁原理，通过电磁机构使衔铁产生吸合动作，从而带动触点动作，实现触点状态的改变，使电路完成接通或分断控制。,2.常用继电器 继电器应用广泛，种类繁多，下面仅介绍常用的几种。1)热继电器(1)热继电器的作用。在电力拖动控制系统中，热继电器是对电动机在长时间连续运行过程中过载及断相起保护作用的电器。,(2)热继电器的结
11、构组成。热继电器由双金属片、热元件、动作机构、触头系统、整定调整装置和手动复位装置组成，如图 1.11 所示。(3)热继电器的工作原理。如图 1.12 所示，电动机工作运行时，电动机绕组电流流过与之串接的热元件。,图1.11 热继电器结构图,图 1.12 热继电器工作原理示意图,(4)热继电器的型号、图形及文字符号。目前我国生产并广泛使用的热继电器主要有JR16、JR20 系列；引进产品有施耐德公司的LR2D系列，其特点是具有过载与缺相保护、测试按钮、停止按钮，还具有脱扣状态显示功能以及在湿热的环境中使用的强适应性。,以JR20 系列为例，其型号含义如下：,图 1.13 热继电器的图形及文字符
12、号(a)热元件；(b)常闭触点,(5)热继电器的主要参数及选用。热继电器的整定电流：指热元件在正常持续工作中不引起热继电器动作的最大电流值。热继电器额定电流：指热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。热元件的额定电流：指热元件的最大整定电流值。,2)时间继电器 时间继电器是一种按时间原则进行控制的继电器。它利用电磁原理，配合机械动作机构能实现在得到信号输入（线圈通电或断电）后的预定时间内的信号的延时输出（触点的闭合或断开）。时间继电器种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。下面以空气阻尼式时间继电器为例进行讲述。,(1)通电延时型：线圈通电，延时一定时间后延时触点才闭合或
13、断开；线圈断电，触点瞬时复位。(2)断电延时型：线圈通电，延时触点瞬时闭合或断开；线圈断电，延时一定时间后延时触点才复位。JS7-A系列时间继电器由电磁机构、工作触头、气室三部分组成，其工作原理如图 1.14 所示。,图 1.14 JS7-A系列时间继电器工作原理(a)通电延时型；(b)断电延时型,图 1.14(a)中的微动开关 16 为时间继电器瞬动触头，线圈 1 通电或断电时，该触头在推板 5 的作用下均能瞬时动作。断电延时型时间继电器的原理与结构均与通电延时型时间继电器相同，只是电磁机构翻转 180 安装。,现以我国生产的新产品 JS23 系列为例说明时间继电器的型号意义：,图 1.15
14、 时间继电器的图形符号(a)线圈一般符号；(b)通电延时线圈；(c)断电延时线圈；(d)延时闭合常开触点；(e)延时断开常闭触点；(f)延时断开常开触点；(g)延时闭合常闭触点；(h)瞬时常开触点；(i)瞬时常闭触点,3)电流、电压继电器 根据输入线圈电流（或电压）大小而动作的继电器称为电流（或电压）继电器。(1)电流继电器。电流继电器线圈与被测电路串联，以反应电路电流的变化。电流继电器可分为以下两种。过电流继电器：当电路过流或发生短路时立即切断电路。欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路。,(2)电压继电器。电压继电器也可分为以下两种。过电压继电器：整定范围为 105120UN。欠电压继
15、电器：吸合电压调整范围为 3050 UN。,下面以JL18系列电流继电器为例，说明电流、电压继电器的型号意义：,4)中间继电器 中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号，当其他继电器的触头对数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩充它们，起到中间转换的作用。,5)速度继电器 速度继电器根据电磁感应原理制成，主要作用是在三相交流异步电动机反接制动控制电路中作转速过零的判断元件。图 1.16 所示为速度继电器的结构原理图，由图可知，速度继电器主要由以下三部分组成：(1)转子：为圆柱形永久磁铁。(2)定子：为笼型空心绕组。(3)触点：包括动断、动合触点。,图 1.16 速度继电器结构原理,图
16、 1.17 速度继电器的图形及文字符号(a)转子；(b)常开触点；(c)常闭触点,5.2.6 主令电器1.控制按钮 控制按钮简称按钮，是最常用的主令电器。按钮为手动控制，可作远距离电气控制使用。按钮的结构示意如图 1.18 所示，其图形及文字符号如图 1.19 所示。,图 1.18 按钮结构示意,图 1.19 按钮的图形和文字符号(a)常开触点；(b)常闭触点；(c)复式触点,按钮可根据实际工作需要组成多种结构形式，如LA18 系列按钮采用积木式结构，触头数量按需要拼装，最多可至六对常开触点和六对常闭触点。工作中为便于识别不同作用的按钮，避免误操作，国标GB 5226-85 对其颜色规定如下：
17、,(1)停止和急停按钮：红色。按红色按钮时，必须使设备断电、停车。(2)启动按钮：绿色。(3)点动按钮：黑色。(4)启动与停止交替按钮：必须是黑色、白色或灰色，不得使用红色和绿色。(5)复位按钮：必须是蓝色；当其兼有停止作用时，必须是红色。,2.行程开关 行程开关又称限位开关，用于机械设备运动部件的位置检测，是利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令，以控制其运动方向或行程的主令电器。行程开关从结构上可分为操作机构、触头系统和外壳三部分。图 1.20 为行程开关的外形及结构图，图中的单轮和径向传动杆式行程开关可自动复位，而双轮行程开关则不能自动复位。行程开关结构如图（b）所示，当移动物体碰
18、撞推杆或滚轮时，通过内部传动机构使微动开关触头动作，即常开、常闭触点状态发生改变，从而实现对电路的控制作用。,图 1.20 行程开关及结构示意(a)外形；(b)结构,图 1.21 行程开关的图形和文字符号(a)常开触点；(b)常闭触点,3.万能转换开关 万能转换开关主要用于低压断路操作机构的分合闸控制,各种控制线路的转换,电气测量仪器的转换，也可用于小容量异步电动机的启动、调速和换向控制，还可用于配电装置线路的转换及遥控等。,图 1.22 万能转换开关单层结构示意,图 1.23 万能转换开关的图形符号,4.主令控制器 主令控制器是用来按顺序频繁切换多个控制电路的主令电器，主要用于轧钢及其他生产
19、机械的电力拖动控制系统，也可在起重机电力拖动系统中对电动机的启动、制动和调速等进行远距离控制。主令控制器的结构示意如图 1.24 所示，主要由转轴、凸轮块、动静触头、定位机构及手柄等组成。其触点为双断点的桥式结构，通常为银质材料，操作轻便，允许每小时接电次数较多。,图 1.24 主令控制器结构示意图,熔断器 1.熔断器的结构与原理 熔断器主要由熔体和熔座两部分组成。熔体由低熔点的金属材料（铅、锡、锌、银、铜及合金）制成丝状或片状，俗称保险丝。工作中，熔体串接于被保护电路，既是感测元件，又是执行元件；当电路发生短路或严重过载故障时，通过熔体的电流势必超过一定的额定值，使熔体发热，当达到熔点温度时
20、，熔体某处自行熔断，从而分断故障电路，,起到保护作用。熔座（或熔管）是由陶瓷、硬质纤维制成的管状外壳。熔座的作用主要是为了便于熔体的安装并作为熔体的外壳，在熔体熔断时兼有灭弧的作用。,2.熔断器的类型(1)瓷插式熔断器：多用于低压分支电路的短路保护，常见型号为RC1A系列，其外形结构及符号如图 1.25 所示。(2)螺旋式熔断器：多用于机床电气控制线路的短路保护，其结构如图 1.26 所示。此类熔断器在瓷帽上有明显的分断指示器，便于发现分断情况；换熔体简单方便，不需任何工具。目前常用螺旋式熔断器新产品有RL6、RL7 系列。,图 1.25 RC1A系列瓷插式熔断器,图 1.26 RL1 系列螺
21、旋式熔断器(a)外形结构；(b)符号(a)外形；(b)结构,(3)封闭管式熔断器：此类熔断器可分为以下三种。无填料：多用于低压电网、成套配电设备的保护，型号有RM7、RM10 系列等。有填料：熔管内装有SiO2（石英砂），用于具有较大短路电流的电力输配电系统，常见型号为RT0 系列。快速：主要用于硅整流管及其成套设备的保护，其特点是熔断时间短，动作快;常用型号有RLS、RSO 系列等。,(4)自复式熔断器：特点是能重复使用，不必更换熔体;其熔体采用金属钠，利用它常温时电阻很小，高温气化时电阻值骤升，故障消除后温度下降，气态钠回归固态钠，良好导电性恢复的特性制作而成。,3.熔断器的选择(1)类型
22、选择：由电气控制系统线路要求、使用场合和安装条件的整体设计而定。(2)额定电压选择：熔断器额定电压应不小于线路的工作电压。(3)额定电流选择：熔断器额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。(4)熔体额定电流选择：具体选择方法可遵循以下四条原则。,保护一台电动机时，应对电动机启动冲击电流予以考虑，故熔体额定电流的要求为:,式中IfN为熔体额定电流;IN为电动机的额定电流。,保护多台电动机时，熔体应在出现尖峰电流时不致熔断，通常将容量最大电动机启动，其他电动机正常工作时出现的电流视为尖峰电流，故,电路上、下两级均设短路保护时，两级熔体额定电流的比值不小于 1.61，以使两级保护达到良好配合。照明
23、电路、电炉等阻性负载因没有冲击电流，可取,式中，Ie为电路工作电流。,新型器件 1.微型继电器 与普通继电器相比，微型继电器具有体积小，重量轻，容量大，可靠性高，功耗低，寿命长等优点，因此被广泛应用于电子设备、自动化仪表、计算机、电子回路的输入/输出接口和可编程序控制器等方面。,2.极化继电器 极化继电器和通用继电器不同，其磁路中由永久磁铁组成极化磁路，因此继电器的动作与输入信号的极性有关，其工作原理如图 1.27 所示。,图 1.27 极化继电器原理图,线圈断电后，极化磁通和复原弹簧对衔铁共同作用的结果可使衔铁处在下面三个不同的位置。(1)中间位置:为三位置极化继电器磁路,当线圈中无电流时，
24、衔铁处于中间位置；当通以不同方向的电流时，衔铁分别吸向左边或右边，动、触点分别与左、右静触头接触。(2)偏倚位置：为偏倚式极化继电器磁路，只有通以一定方向的线圈电流，继电器才能动作，当线圈断电后，衔铁又回到原来的位置。,(3)任意极面上：为双稳态极化继电器磁路，线圈通电并动作后，当线圈断电时，衔铁继续保持在通电动作位置上；当通以相反方向电流时，衔铁吸向另一方；当再次断电时，衔铁继续保持在该位置上。,3.磁保持继电器 磁保持继电器的动作原理与双稳态极化继电器极为相似，因此又称为双稳态闭锁继电器、脉冲继电器。磁保持继电器有以下特点：(1)使继电器动作的输入信号有极性要求，即该继电器有鉴别输入信号极
25、性的能力。(2)继电器线圈断电后，继电器仍能保持通电工作时的状态，即该继电器有记忆功能。,(3)只要有一个很短的输入脉冲，继电器就能动作，这以后可以不再消耗功率，因此磁保持继电器特别省电,适用于电源困难的场合。(4)磁钢吸持力比较大，而且一般采用平衡力结构，因此磁保持继电器能承受较强的震动和冲击。(5)由于磁路有两个工作气隙，在两种磁通的共同作用下，一边的磁通相叠加，一边相减，因而衔铁动作较快，衔铁的行程也可以做得较大，适宜做成大负荷继电器。,4.舌簧式继电器 图 1.28 所示为一种典型的舌簧式继电器的外形图，它以套在线圈上的舌簧管为主体结构。舌簧管用玻璃管密封，舌簧片由磁性材料制成，由冷加
26、工变形及热处理控制，使它具有合适的弹性和较好的磁性。接触部分用铁镍合金制成的半硬磁舌簧片可制成剩磁性舌簧继电器，由于半硬磁舌簧片的辅助作用，其灵敏度和动作速度均优于普通舌簧继电器。,图 1.28 舌簧式继电器外形图,5.固态继电器 固态继电器是一种具有类似电磁式继电器功能，输入回路与输出回路隔离，无机械运动机构的继电器，由于是无触点结构，因此称为固态继电器。由半导体器件或电子电路功能块与电磁式继电器组成的继电器称为混合式固态继电器。固态继电器与电磁式继电器相比有明显的优点。,（1）固态继电器的优点：无运动零件，因此动作速度快，接触可靠，抗震动、冲击性能好，无动作噪声。无燃弧触点，对其他电路干扰
27、小，没有因火花而引起爆炸的危险。输入功率小，灵敏度高。容易做成多功能继电器。使用寿命长。,（2）固态继电器的分类:按负载性质分为直流和交流两种。按输入与输出的隔离形式分为光电隔离(包括光电耦合和光控可控硅等)、变压器隔离和干簧继电器隔离等。按封装结构分为塑封型、金属壳全密封型、环氧树脂灌封型和无定型封装型固态继电器等。,6.时间继电器 1）晶体管时间继电器 在自动控制系统中，常需要一种延迟一定时间后再动作的时间继电器。目前，随着电子技术的发展，晶体管时间继电器得到广泛的应用。这种继电器种类很多，最基本的有延时吸合和延时释放两种，它们大多是利用电容充放电原理来达到延时目的的。,2）数字式时间继电
28、器 图 1.29 所示为数字式时间继电器原理方框图，其工作原理如下：接通电源后，经过时基电路分频将数字信号送到计数电路进行计数，当计数达到时限选择电路所整定的数字时，通过驱动电路使继电器K得电，带动其常开触头和常闭触头动作，闭合或分断控制电路，同时向显时器发出显时信号，完成一次延时控制。,图 1.29 数字式时间继电器工作原理框图,7.表面贴装继电器简介 电子技术的飞速发展对印刷电路板的安装密度提出了新的要求。安装间隔为 12.5 mm甚至更小的插板式安装将为大多数整机所采用。由于表面贴装技术不需要对电路板打孔，因而表面贴装元件得到了长足的发展。,8.温度继电器 温度继电器主要用于对电动机、变压器和一般电气设备的过载、堵转、非正常运行引起的过热进行保护。使用时，将温度继电器埋入电机绕组或介质中，当绕组或介质温度超过允许温度时，继电器就快速动作切断电路，使电器不会损坏；当温度下降到复位温度时，继电器又能自动复位。,
