1.1第1章 常用低压电器 1.1返回总目录返回总目录 第1章常用低压电器 1.2第1章 常用低压电器 1.2电器分为高压电器和低压电器。低压电器一般是指在交流50Hz、额定电 压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作 用的电器产品。由于在大多数用电行业及人们的日常生活中一般都使用低压 设备，采用低压供电。而低压供电的输送、分配和保护，以及设备的运行和 控制是靠低压电器来实现的，因此低压电器的应用十分广泛，直接影响低压 供电系统和控制系统的质量。本章主要介绍用于电力拖动及控制系统领域中 的常用低压电器。1.3第1章 常用低压电器 1.3 1.1 概 述 1.2 电磁式电器结构及工作原理 1.3 电磁式接触器 1.4 电磁式继电器 1.5 热继电器本章内容1.4第1章 常用低压电器 1.4 1.6 信号继电器 1.7 主令电器 1.8 熔断器 1.9 低压开关和低压断路器 1.10 常用电子电器本章内容1.5第1章 常用低压电器 1.51.1 概 述低压电器是构成控制系统最常用的器件，了解它的分类、作用和用途， 对设计、分析和维护控制系统都是十分必要的。1.6第1章 常用低压电器 1.61.1 概 述1.1.1 电器的分类电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原理也各有不 同。电器有多种分类方法：按工作电压的等级可分为高压电器和低压电器； 按动作原理可分为手动电器和自动电器；按工作原理可分为电磁式电器和非 电量控制电器；按用途可分为以下几类。1) 配电电器 配电电器主要用于供、配电系统中，进行电能输送和分配。这类电器有刀开 关、自动开关、隔离开关、转换开关以及熔断器等。对这类电器的主要技术 要求是分断能力强，限流效果好，动稳定及热稳定性能好。2) 控制电器 控制电器主要用于各种控制电路和控制系统。这类电器有接触器、继电器、 转换开关、电磁阀等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，操 作频率要高，电器和机械寿命要长。 1.7第1章 常用低压电器 1.73) 主令电器 主令电器主要用于发送控制指令。这类电器有按钮、主令开关、行程开关和万 能转换开关等。对这类电器的主要技术要求是操作频率要高，抗冲击，电器和 机械寿命要长。4) 保护电器 保护电器主要用于对电路和电气设备进行安全保护。这类低压电器有熔断器、 热继电器、安全继电器、电压继电器、电流继电器和避雷器等。对这类电器的 主要技术要求是有一定的通断能力，反应要灵敏，可靠性要高。5) 执行电器 执行电器主要用于执行某种动作和传动功能。这类低压电器有电磁铁、电磁离 合器等。随着电子技术和计算机技术的进步，近几年又出现了利用集成电路或电子 元件构成的电子式电器，利用单片机构成的智能化电器，以及可直接与现场总 线连接的具有通信功能的电器。1.1 概 述1.8第1章 常用低压电器 1.81.1.2 电器的作用电器是构成控制系统的最基本元件，它的性能将直接影响控制系统能 否正常工作。电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动 地改变系统的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、 指示、调节。它的工作过程是将一些电量信号或非电信号转变为非通即断 的开关信号或随信号变化的模拟量信号，实现对被控对象的控制。电器的 主要作用如下。(1) 控制作用。如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。(2) 保护作用。能根据设备的特点，对设备、环境以及人身安全实行 自动保护，如电动机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。(3) 测量作用。利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其他 非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、压力等。1.1 概 述1.9第1章 常用低压电器 1.9(4) 调节作用。低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的 要求，如电动机速度的调节、柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光 照度的自动调节等。(5) 指示作用。利用电器的控制、保护等功能，显示检测出的设备运行状 况与电气电路工作情况。(6) 转换作用。在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运 行。以实现功能切换，如被控装置操作的手动与自动的转换、供电系统的市电 与自备电源的切换等。当然，电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会 不断出现。常用低压电器的主要种类及用途见表l-1。1.1 概 述1.10第1章 常用低压电器 1.10表1-1 常用低压电器的主要种类及用途表序 号类 别主要品种主要用途 1断路器框架式断路器主要用于电路的过负载、短路、欠电压、漏电保护，也可用于不需要频繁 接通和断开的电路塑料外壳式断路器 快速直流断路器 限流式断路器 漏电保护式断路器 2接触器交流接触器主要用于远距离频繁控制负载，切断带负荷电路 直流接触器 3继电器电磁式继电器主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号 时间继电器 温度继电器 热继电器 速度继电器 干簧继电器 4熔断器瓷插式熔断器主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护 螺旋式熔断器 有填料封闭管式熔断器 无填料封闭管式熔断器 快速熔断器 自复式熔断器1.1 概 述1.11第1章 常用低压电器 1.11序 号类 别主要品种主要用途5主令电器控制按钮主要用于发布控制命令，改变控制系统的工作状态位置开关万能转换开关主令控制器 6刀开关胶盖闸刀开关主要用于不频繁地接通和分断电路封闭式负荷开关熔断器式刀开关7转换开关组合开关主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路切换换向开关8控制器凸轮控制器主要用于控制回路的切换平面控制器9起动器电磁起动器主要用于电动机的启动星/三角起动器自耦减压起动器 10电磁铁制动电磁铁主要用于起重、牵引、制动等场合起重电磁铁牵引电磁铁1.1 概 述1.12第1章 常用低压电器 1.12电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器。控制系统 中的接触器和继电器就是两种最常用的电磁式电器。虽然电磁式电器的类型 很多，但它的工作原理和构造基本相同。其结构大都是由两个主要部分组成 ，即感应部分(电磁机构)和执行部分(触头系统)。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.13第1章 常用低压电器 1.131.2.1 电磁机构原理1电磁机构电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，主要作用是通过电磁感应原理将电 能转换成机械能，带动触头动作，完成接通或分断电路的功能。根据衔铁相 对铁心的运动方式，电磁机构可分为直动式和拍合式两种，如图1.1及图1.2 所示。在图1.2中，拍合式又分为衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动两种。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.14第1章 常用低压电器 1.14图1.1 直动式电磁机构 图1.2 拍合式电磁机构 1衔铁；2铁心；3吸引线圈 1衔铁；2铁心；3吸引线圈直动式电磁机构多用于交流接触器、继电器中。衔铁沿棱角转动的拍 合式电磁机构广泛应用于直流电器中。衔铁沿轴转动的拍合式电磁机构的 铁心形状有E形和U形两种，多用于触头容量大的交流电器中。电磁式电器分为直流和交流两类，都是利用电磁铁的原理而制成。通 常，直流电磁铁的铁心是用整块钢材或工程纯铁制成，而交流电磁铁的铁 心则是用硅钢片叠铆而成。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.15第1章 常用低压电器 1.152吸引线圈吸引线圈的作用是将电能转换为磁能。按通入电流种类不同可分为直流型 线圈和交流型线圈。直流型线圈一般做成无骨架、高而薄的瘦高型，使线圈与 铁心直接接触，易于散热；交流型线圈由于铁心存在磁滞和涡流损耗，铁心会 发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离， 并将线圈制成短而厚的矮胖型。另外，根据线圈在电路中的连接形式，可分为 串联线圈和并联线圈。串联线圈主要用于电流检测类电磁式电器中，大多数电 磁式电器线圈都按照并联接入方式设计。为减少对电路电压分配的影响，串联 线圈采用粗导线制造，匝数少，线圈的阻抗较小。并联线圈为减少电路的分流 作用，需要较大的阻抗，一般线圈的导线细，匝数多。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.16第1章 常用低压电器 1.161.2.2 电磁吸力及其特性电磁吸力由电磁机构(如图1.3所示)产生。当电磁线圈断电时使触点恢 复常态的力称为反力。电磁电器中反力由复位弹簧和触头产生，衔铁吸合时 要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力(此时是剩磁产 生的电磁吸力)。电磁式电器是根据电磁铁的基本原理设计的，电磁吸力是决定其能否可 靠工作的一个重要参数。电磁吸力FB2S(B为气隙磁感应强度)，可由式(1- 1)表示。 (1-1) 式中：I线圈中通过的电流(A)；N线圈的匝数(匝)；S气隙截面积(m2)；气隙宽度(m)；F电磁吸力(N)；真空磁导率， 10-7H/m。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.17第1章 常用低压电器 1.171直流电磁机构的电磁吸力特性从式(1-1)可以看出，对于固定线圈通以恒定直流电流时，其电磁力F仅 与 成反比。吸力特性曲线如图1.4所示。由此看出，衔铁闭合前后吸力很 大，气隙越小，吸力越大。但衔铁吸合前后吸引线圈励磁电流不便，故直流 电磁机构适用于运动频繁的场合，且衔铁吸合后电磁吸力大，工作可靠。但 是对于依靠弹簧复位的电磁铁来说，在线圈断电时，由于剩磁产生吸力，使 复位比较困难，会造成一些保护用继电器的性能不能满足要求。在吸力较小 的直流电压型电器中，衔铁上一般都装有一片0.lmm厚非磁性磷钢片，增加在 吸合时的空气间隙，使衔铁易于复位。在吸力较大的直流电压型电器中，如 直流接触器，铁心的端面上加有极靴，减小在闭合状态下的吸力，使衔铁复 位自如。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.18第1章 常用低压电器 1.181.2 电磁式电器结构及工作原理图1.3 电磁机构 图1.4 电磁吸力特性 1直流电磁机构 2交流电磁机构 3反力特性1.19第1章 常用低压电器 1.192交流电磁机构的电磁吸力特性与直流电磁机构相比，交流电磁机构的吸力特性有较大的不同。交流电磁机构多与电路并联使用，当外加电压U及频率f为常数时，忽略线圈电阻压降。UE4.44 (1-2)式中：U 线圈电压(V)；E 线圈感应电动势(V)；f 线圈电压的频率(Hz)；N 线圈匝数；气隙磁通(Wb)。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.20第1章 常用低压电器 1.20当外加电压U、频率f和线圈匝数N为常数时，则气隙磁通 也为常数，由式 (1-1)可知电磁吸力FB2S也为常数，即交流电磁机构的吸力特性为一条与气隙 长度无关的直线。实际上，考虑衔铁吸合前后漏磁的变化时，F随的减小而略 有增加。对于并联电磁机构，由磁路欧姆定律NI Rm可知(Rm 为气隙磁阻，随 的变化成正比变化)，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，吸合电流随的变化 成正比变化，为衔铁吸合后的额定电流的很多倍，U形电磁机构可达56倍，E形 电磁机构可达1015倍。若衔铁卡住不能吸合，或衔铁频繁动作，交流励磁线圈 很可能因电流过大而烧毁。所以，在可靠性要求较高或要求频繁动作的控制系统 中，一般采用直流电磁机构而不采用交流电磁机构。 1.2 电磁式电器结构及工作原理1.21第1章 常用低压电器 1.21电磁机构的复位是依靠弹簧的弹力实现的，因此在吸合过程中，电磁吸力 必须克服弹簧的弹力Fr。电磁吸力F与弹力Fr相比应大一些，但不宜相差太大。 对于交流电磁机构，由于电流是交变的，吸力也是脉动的，电流为0时，吸力也 为0。所以50Hz的电源加在线圈上时，吸力为100Hz的脉动吸力。当脉动的吸力F 小于弹力Fr时，衔铁将在弹簧的作用下移动，而当吸力F大于弹力Fr时，衔铁将 克服弹簧力而吸合。如此周