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1、第1章 常用低压电器 u 掌握接触器、继电器、断路器、 按钮开、开关、主令电器等常规控 制电器的动作特点， 并能够正确选 择使用。 学习目标 ： 第1章 常用低压电器 教学内容： 1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 低压开关与低压断路器 1.6 主令电器 1.1 概述 u 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控 制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系 统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛 。 u 随着电子技术、自控技术和计算机应用的迅猛 发展，一些电器元件可能被电子线路所取代，但 是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展（表现 在提高元件的性能、生产新型的
2、元件，实现机、 电、仪一体化，扩展元件的应用范围等），且有 些电器元件有其特殊性，故是不可能完全被取代 的。 返回 u 电器是接通和断开电器或调节、控制和保护电 器及电气设备用的电工器具。 u 电器的功能多，用途广，品种规格繁多，为了 系统地掌握，必须加以分类。 1. 按工作电压等级分 （1）高压电器; （2）低压电器 2. 按动作原理分 （1）手动电器; （2）自动电器 3. 按用途分 （1）控制电器; （2）配电电器; （3）主令电器; （4）保护电器; （5）执行电器 1.1.1 电器的分类 返回 1.1.2 电力拖动自动控制系统中常用的低压控制电器 接触器：分交流接触器与直流接触器 继
3、电器：有电磁式继电器（如电压继电器、电流继 电器、中间继电器）；时间继电器（分直流电磁式 、空气阻尼式、半导体式等）；热继电器；干簧继 电器；速度继电器等 熔断器：分瓷插式、螺旋式、有填料封闭管式、无 填料密闭管式、快速熔断器、自复式等 低压断路器：分框架式、塑料外壳式、快速直流断 路器、限流式、漏电保护器等 位置开关：有直动式、滚动式、微动式等 按钮、刀开关等 返回 1.1.3 我国低压控制电器的发展概况 u 现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传 统的低压配电与控制系统及其装置，给传统低压 电器带来改革性变化。发展智能化可通信低压电 器势在必行。 其产品的特征是： 产品中装有微处理器；
4、产品带有通信接口，能与现场总线连接； 采用标准化结构，具有互换性，采用模数化结构 ； 保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故 障自诊断、进行双向通信等。 返回 1.2 接触器 u 接触器是电力拖动和自动控制系统中使 用量大且面广的一种低压控制电器，用来 频繁地接通和分断交直流主回路和大容量 控制电路。主要控制对象是电动机，能实 现远距离控制，并具有欠（零）电压保护 。 返回 1.2.1 结构和工作原理 u 接触器是利用电磁 吸力的原理工作的。 接触器主要由电磁系 统、触头系统和灭弧 装置组成，结构简图 如图1-1所示。 1. 电磁系统 u 其作用是将电磁能 转换成机械能，产生 电磁吸力带动
5、触头动 作。 图1-1 接触器结构简图 1主触头 2常闭辅助触头 3常开辅助触头 4动铁心 5电磁线圈 6静铁心7灭弧罩 8弹簧 1.2.1 结构和工作原理 u 作用在衔铁上的力有 两个：电磁吸力与反力 。电磁吸力由电磁机构 产生，反力则由释放弹 簧和触点弹簧所产生。 电磁系统的工作情况常 用吸力特性和反力特性 来表示。 u 为了保证使衔铁能牢 牢吸合，反作用力特性 必须与吸力特性配合好 ，如图1-3所示。 图1-3 吸力特性与反力特性的配合 1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性3 反力特性 1.2.1 结构和工作原理 2. 触头系统 u 触头是接触器的执行 元件，用来接通或断开 被控制
6、电路。触头按其 原始状态可分为常开触 头和常闭触头：原始状 态时（即线圈未通电） 断开，线圈通电后闭合 的触头叫常开触头；原 始状态闭合，线圈通电 后断开的触头叫常闭触 头（线圈断电后所有触 头复原）。 图1-4 触头结构形式图 a）桥形触头 b）指形触 头 1.2.1 结构和工作原理 3. 灭弧装置 u 常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却 电弧和将电弧分段。 u 常用的灭弧装置有: 电动力灭弧、 灭弧栅和磁吹灭弧。 u 对于电弧较弱的接触器，只采用灭 弧罩即可。交流接触器常用电动力灭 弧 和灭弧栅灭弧装置。直流接触器常 用磁吹灭弧装置。 图1-6 电动力灭弧原理 1静触头 2动触头 u 图1-
7、6所示的是一种桥式结构双断口触头，当触头打开时，在 断口处产生电弧，电弧电流在两电弧间产生图中以表示的磁场， 跟据左手定则，电弧电流要产生一个指向外侧的电动力作用，使 电弧向外运动并拉长，迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭。 1.2.1 结构和工作原理 4. 接触器的工作原理 u 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁 心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭 触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈 断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下 释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合 。 图1-9 接触器的图形、文字符号 a）线圈 b）主触头 c）常开辅助触头 d）常闭辅助触
8、头 1.2.2 交、直流接触器的特点 1. 交流接触器 u 交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分 断交流主电路。 u 通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题 。短路环的示意图如图1-10所示，其中S2为短路 环内截面积，S1为环外截面积。短路环起到磁通 分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变 磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么 它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两 部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸 力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在 任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。 1.2.2 交、直流接触器的特点 图1-10 交流接触器铁心的短路环 a）结构图
9、 b）电磁吸力图 1.2.2 交、直流接触器的特点 2. 直流接触器 u 直流接触器线圈通以直 流电流，主触头接通、切 断直流主电路。 u 对于250A以上的直流 接触器往往采用串联双绕 组线圈，如图1-11所示。 图1-11 直流接触器双绕组线圈接线图 在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短接，可 使起动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作 后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电 压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因 而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。 1.2.3 接触器的主要技术参数与选用 1. 接触器的型号及代表意义 1.2.3 接触器的主要技术参数与选用 2. 接触器
10、选用原则 1. 额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压， 应等于负载的额定电压。 2. 额定电流 接触器的额定电流是指主触头的额定电流， 应等于或稍大于负载的额定电流。 3. 电磁线圈的额定电压 电磁线圈的额定电压等于控制回 路的电源电压。 4. 触头数目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求 。 5. 额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次 数。 返回 1.3 继电器 u 继电器主要用于控制与保护电路或作信号转换 用。当输入量变化到某一定值时，继电器动作， 其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。 u 继电器的种类很多，常用的分类方法有： 按用途分：有控制继电器和保护继
11、电器。 按动原理作分：有电磁式继电器、感应式继电器 、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。 按输入信号的不同来分：有电压继电器、中间继 电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等 。 返回 1.3.1 电磁式继电器 1. 电磁式继电器的结构与工作原理 u 常用的电磁式继 电器有电压继电器、 中间继电器和电流继 电器。 图1-12 电磁式继电器原理图 1铁心 2旋转棱角 3释放弹簧 4调节螺母 5衔铁 6动触头 7静触头 8非磁性垫片 9线圈 图1-13 电磁式继电器图形、文字符号 1.3.1 电磁式继电器 2. 电磁式继电器的特性 u 当继电器输入量由零增至 以前，继电器输出量为零。 当输入
12、量增加到时，继电器 吸合，输出量为，若再增大 ，值保持不变。当减小到时 ，继电器释放，输出量由降 到零，再减小，值均为零。 u 在图1-14中，X2称为继电 器吸合值，欲使继电器吸合 ，输入量必须等于或大于X2 ；X1称为继电器释放值，欲 使继 图1-14 继电特性曲线 电器释放，输入量必须等于或小于X1。 u 称为继电器的返回系数，它是继电器重要参数之一 。 1.3.2 热继电器 u 热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量 ，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一 种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、 断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发 热状态的控制。热继电器还常和交流接触
13、器配合 组成电磁起动器，广泛用于三相异步电动机的长 期过载保护。 u 在图1-15中发热元件1通电发热后，主双金属片 2受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发 生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度 也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生 跃变，即触点发生动作从而切断主电路。 1.3.2 热继电器 图1-15 热继电器原理图 1热元件 2双金属片 3导板 4触头 图1-17 热继电器图形、文字符号 a）发热元件 b）常闭触点 1.3.3 时间继电器 u 从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始， 经过一定的延时后才输出信号（触头的闭合或断 开）的继电器，称为时间继电器。 u 时间继电
14、器的延时方式有两种： 通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间 ，输出信号才发生变化。当输入信号消失后， 输出瞬时复原。 断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应 的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的 时间，输出才复原。 1.3.3 时间继电器 空气阻尼式时间继电器 u 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而 达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触 头组成。 u 空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直 流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型（ 改变电磁机构位置，将电磁铁翻转1800安装）。 当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间位 置时为通电延时型；当静铁心位于动铁心和延时 机构之
15、间位置时为断电延时型。JS7-A系列时间继 电器如图1-18所示。 1.3.3 时间继电器 图1-18 JS7-A系列时间继电器原理图 a）通电延时型 b）断电延时形 1线圈 2铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推板 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧 10像皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15、16微动开关 1.3.3 时间继电器 u 现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1得电后 衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动 活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得 稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气 孔气隙大小来决定。经一段延
16、时后，活塞杆通过杠杆7压 动微动开关15，使其触头动作，起到通电延时作用。 u 当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气 通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠 杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段 时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺 钉13调节进气孔气隙大小来改变。 u 在线圈通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都 能瞬时动作，其触头即为时间继电器的瞬动触头。 1.3.3 时间继电器 时间继电器的图形及文字符号： 1.3.3 时间继电器 电动机式时间继电器 u 它由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行 机构组成，电动式时间继电器延时时间长，可达数十小时 ，延时精度高，但结构复杂，体积较大，常用的有JS10、 JS11系列和7PR系列。 电子式时间继电器 u 早期产品多是阻容式，近期开发的产品多为数字式，又 称计
