plc第2章常用低压电器

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1、第2章 常用低压电器,2.1 常用低压电器的分类 2.2 刀开关 2.3 熔断器 2.4 低压断路器 2.5 接触器 2.6 继电器 2.7 主令电器,2.1 常用低压电器的分类,低压电器按所控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。低压配电电器主要用在配电系统中，对此类电器的要求是工作可靠，有足够的动稳定性与热稳定性。电器的动稳定性是指电器承受短路(冲击)电流的电动力作用而不致损坏的能力；电器的热稳定性是指电器承受规定时间内短路电流产生的热效应而不致损坏的能力。这类电器主要有刀开关、熔断器等。低压控制电器主要用于电力拖动自动控制系统和用电设备中，要求这类电器工作准确可靠，操作频率高，寿命长。

2、这类电器主要有接触器、控制继电器、主令开关、启动器、电磁铁等。,低压电器按动作性质可分为自动切换电器和非自动切换电器。自动切换电器是指它在完成接通、分断、启动、反向和停止等动作时是依靠本身参数或外来信号自动进行的，不由人直接操作；非自动切换电器又称手控电器，它主要是用人手直接操作进行切换的。,图2-1 常用低压电器分类,2.2 刀 开 关,2.2.1 常用刀开关 1. 开启式刀开关 开启式刀开关一般在额定电压为AC 380 V、DC 440 V，额定电流为1500 A以下的配电设备中作电源隔离之用。它带有各种杠杆操作机构及灭弧室的开关，可按其分断能力非频繁地切断负荷电路。图2-2所示为HD11

3、100/38板前接线开启式刀开关。,图2-2 HD11100/38板前接线开启式刀开关,图2-3 国产刀开关产品型号含义,2. 封闭式负荷开关 封闭式负荷开关俗称铁壳开关，适合于额定电压为AC 380 V、DC 440 V，额定电流为60 A以下的电路。此开关用于手动非频繁地接通与分断负荷电路及短路保护，在一定条件下也可起连续过负荷保护作用，一般用于控制小容量的交流异步电动机。该开关是由刀开关及熔断器组合而成的，能快速接通和分断负荷电路；采用正面或侧面手柄操作，并装有联锁装置，保证箱盖打开时开关不能闭合及开关闭合时箱盖不能打开。开关的外壳分为钢板拉伸式和折板式两种，上下均有进出线孔。AA型负荷

4、开关如图2-4所示。,图2-4 HH型负荷开关,3. 开启式负荷开关 开启式负荷开关俗称瓷底胶壳刀开关，是一种结构简单，应用广泛的手动电器，常用作交流额定电压为AC 380/220 V、额定电流为100 A的照明配电线路的电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。 胶壳刀开关由操作手柄、熔断丝、触刀、触刀座和底座等组成，如图2-5所示。胶壳的作用是防止操作时电弧飞出灼伤操作人员，并防止极间电弧造成电源短路。因此操作前一定要将胶壳安装好。熔断丝主要起短路和严重过电流保护作用。,图2-5 胶壳刀开关结构示意图,4. 熔断器式隔离器 熔断器式隔离器是一种新型电器，有多种结构型式，一般多由有填料熔断

5、器和刀开关组合而成，广泛应用于开关柜或与终端电器配套的电器装置中，作为线路或用电设备的电源隔离开关及严重过载和短路保护之用。在回路正常供电的情况下，接通和切断电源由刀开关来承担，当线路或用电设备过载或短路时，熔断器的熔体熔断，及时切断故障电流。HG1系列熔断器式隔离器结构如图2-6所示。 安装刀开关时，手柄要向上，不得倒装或平装。若倒装，手柄有可能会自动下滑而引起误合闸，造成人身伤害事故。接线时，应将电源进线端接在上端端子上，负载接在下端端子上。这样，拉开刀闸后，刀开关与电源隔离，便于检修。,图2-6 HG1系列熔断器式隔离器,2.2.2 隔离器和刀开关的选用原则 隔离器、刀开关的主要功能是隔

6、离电源。在满足隔离功能要求的前提下，选用隔离器和刀开关的主要原则是保证其额定绝缘电压和额定工作电压不低于线路的相应数据，额定工作电流不小于线路的计算电流。当要求有通断能力时，必须选用具备相应额定通断能力的隔离器。如需接通短路电流，则应选用具备相应短路接通能力的隔离开关。 选择隔离器、刀开关电路特性时，要根据线路要求决定电路数、触头种类和数量。有些产品是可以改装的，制造厂可在一定范围内按订货要求满足不同的需要。,熔断器组合电器的选用，需在上述隔离器、刀开关的选用要求之外再考虑熔断器的特点(参见熔断器的选用原则)。 目前常用的刀开关产品有两大类：一类是带杠杆操作机构的单投或双投刀开关。这种刀开关能

7、切断额定电流值以下的负载电流，主要用于低压配电装置中的开关板或动力箱等产品。另一类是中央手柄式的单投或双投刀开关。这种刀开关不能分断电流，只能作为隔离电源的隔离器，主要用于一般的控制屏。 常用的熔断器组合电器和负荷开关(也称铁壳开关或钢壳开关)的最大额定电流可达400 A，有二极和三极两种形式。这种开关的外壳上一般都装有门联锁机构，当门打开时开关不能合闸。,2.3 熔 断 器,电气设备的电流保护有两种主要形式：过载延时保护和短路瞬时保护。过载一般是指10倍额定电流以下的过电流，而短路则是指超过10倍额定电流以上的过电流。过载延时保护和短路瞬时保护有三点不同：一是电流的倍数不同；二是特性不同，过

8、载需反时限保护特性，而短路则需要瞬时保护特性；三是参数不同，过载要求熔化系数小，发热时间常数大，而短路则要求较大的限流系数，较小的发热时间常数，较高的分断力和较低的过电压。从工作原理看，过载动作的物理过程主要是熔化过程，而短路则主要是电弧的熄灭过程。,2.3.1 熔断器的结构及工作原理 熔断器结构上一般由熔断管(或座)、熔断体、填料及导电部件等部分组成(见图2-7)。其中，熔断管一般是由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成的封闭或半封闭式管状外壳。熔断体装于其内，并有利于熔断体熔断时熄灭电弧。熔断体是由金属材料制成的，可以是丝状、带状、片状或笼状。除丝状外，其他熔断体通常制成变截面结构，目的是改善熔断体

9、材料性能及控制不同故障情况下的熔化时间。,图2-7 密封管式熔断器 (a) 无填料密封管式熔断器； (b) 有填料密封管式熔断器,熔断体材料分为低熔点材料和高熔点材料两大类。目前常用的低熔点材料有锑铅合金、锡铅合金、锌等，高熔点材料有铜、银和铝等。铝比银的熔点低，而比铅、锌的熔点高。铝的电阻率比银、铜的大。铜的熔点最高为1083，而锡的熔点最低为232。对于高分断能力的熔断器通常用铜作主体材料，而用锡及其合金作辅助材料，以提高熔断器的性能。熔断体是熔断器的心脏部件，它应具备的基本性能是功耗小、限流能力强和分断能力高。填料也是熔断器中的关键材料，目前广泛应用的填料是石英砂。石英砂主要有两个作用，

10、作为灭弧介质和帮助熔体散热，从而有助于提高熔断器的限流能力和分断能力。,熔断体串接于被保护电路中，当电路发生短路或过电流时，通过熔断体的电流使其发热，当达到熔断体金属熔化温度时就会自行熔断。这期间伴随着燃弧和熄弧过程，随之切断故障电路，起到保护作用。因为当电路正常工作时，熔断体在额定电流下不应熔断，所以其最小熔化电流必须大于额定电流。最小熔化电流是指当通过熔断体的电流等于这个电流值时，熔断体能够达到其稳定温度并且熔断。,熔断器的主要特性为熔断器的安秒特性，即熔断器的熔断时间t与熔断电流I的关系曲线。因t1/I 2，所以熔断器的安秒特性如图2-8所示。图中，I为最小熔化电流或称临界电流，即通过熔

11、体的电流小于此电流时不会熔断， 所以选择的熔体额定电流IN应小于I。通常，IN/ I1.52，称为熔化系数，该系数反映熔断器在过载时的保护特性。若要使熔断器能保护小过载电流，则熔化系数应低些；为避免电动机启动时的短时过电流，熔体熔化系数应高些。,图2-8 熔断器的安秒特性,2.3.2 常用典型熔断器 1. 插入式熔断器 插入式熔断器又称瓷插式熔断器，如图2-9所示。这种熔断器一般用于民用交流50 Hz、额定电压至380 V、额定电流200 A以下的低压照明线路末端或分支电路中，用于短路保护及高倍过电流保护。熔断器所用熔体材料主要是软铅丝和铜丝，使用时应按产品目录选用合适的规格。,图2-9 插入

12、式熔断器,2. 螺旋式熔断器 螺旋式熔断器(如图2-10所示)广泛应用于工矿企业低压配电设备、机械设备的电气控制系统中，用于短路和过电流保护。螺旋式熔断器由瓷座、熔体、瓷帽等组成。熔体是一个瓷管，内装有石英砂和熔丝，熔丝的两端焊在熔体两端的导电金属端盖上，其上端盖中有一个染有红漆的熔断指示器。当熔体熔断时，熔断指示器弹出、脱落，透过瓷帽上的玻璃孔可以看见。熔断器熔断后，只要更换熔体即可。,图2-10 螺旋式熔断器,3. 半导体器件保护熔断器 半导体器件保护熔断器是一种快速熔断器。通常，半导体器件的过电流能力极低，它们在过电流时只能在极短时间(数毫秒至数十毫秒)内承受过电流。如果其工作于过电流或

13、短路条件下，则PN结的温度急剧上升，硅元件将迅速被烧坏。一般熔断器的熔断时间是以秒计的，所以不能用来保护半导体器件，为此，必须采用能迅速动作的快速熔断器。半导体器件保护熔断器采用以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。 目前，常用的快速熔断器有RS、NGT和CS系列等。RS0系列快速熔断器用于大容量硅整流元件的过电流和短路保护，而RS3系列快速熔断器用于晶闸管的过电流和短路保护。此外，还有RLS1和RLS2系列的螺旋式快速熔断器，其熔体为银丝，它们适用于小容量的硅整流元件和晶闸管的短路或过电流保护。,2.3.3 熔断器的选用原则 作一般用途的熔断器的选用： (1) 用于保护负载电流比较平稳的照明或

14、电热设备，以及一般控制电路的熔断器，其熔断体额定电流IN一般按线路计算电流确定。,(2) 用于保护电动机的熔断器，应将电动机的启动电流倍数作为考虑因素，一般选熔断体额定电流IFN为电动机额定电流IMN的1.52.5倍。对于不经常启动或启动时间不长的电动机，选较小倍数；对于频繁启动的电动机，选较大倍数。 对于给多台电动机供电的主干线母线处的熔断器的熔断体额定电流，可按下式计算：,IFN (2.02.5)IMNmax+,式中： IFN熔断器的额定电流； IMN电动机的额定电流； IMNmax多台电动机中容量最大的一台电动机的额定电流； 其余电动机额定电流之和。 为防止发生越级熔断，上、下级(即供电

15、干、支线)熔断器间应有良好的协调配合，宜进行较详细的整定计算和校验。,2.4 低压断路器,2.4.1 低压断路器的结构和工作原理,图2-11 低压断路器的结构示意图,低压断路器由以下三个基本部分组成： (1) 触头和灭弧系统。这一部分是执行电路通断的主要部件。 (2) 具有不同保护功能的脱扣器。由具有不同保护功能的各种脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。 (3) 自由脱扣器和操作机构。这一部分是联系以上两部分的中间传递部件。,除此以外，尚有实现远距离控制使之断开的分励脱扣器，其电路如图2-12所示。 在低压断路器正常工作时，分励脱扣器线圈不通电，衔铁处于打开位置。当需要实现远距离操作时，可按

16、下停止按钮，或在保护继电器动作时，使分励脱扣线圈通电，其衔铁动作，使低压断路器断开。电路中串联的低压断路器常开辅助触点，是供分励脱扣线圈断电时用的。低压断路器还可附装辅助触点，用于欠压脱扣器及分励脱扣器电路和信号灯电路。,图2-12 分励脱扣电路,2.4.2 典型低压断路器简介 1. 万能框架式断路器 万能框架式断路器一般有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架底座内，具有多段式保护特性，主要用于配电网络的总开关和保护。万能框架式断路器容量较大，可装设较多的脱扣器，辅助触头的数量也较多。不同的脱扣器组合可产生不同的保护特性，有选择型或非选择型配电用断路器及具有反时限动作特性的电动机保护用断路器。容量较小(如600 A以下)的万能框架式断路器多用电磁机构传动；容量较大(如1000 A以上)的万能框架式断路器则多用电动机机构传动(无论采用何种传动机构，都装有手柄，以备检修或传动机构发生故障时使用)。极限通断能力较高的万能框架式断路器还采用储能操作机构，以提高通断速度。,2. 塑料外壳式断路器 塑料外壳式断路器的主要特征是有一个采用