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1、第一章 常用低压电器,1.1 低压电器的基础知识,低压电器是指使用在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的的电路中，根据外界施加的信号和要求，通过手动或自动方式，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电器。 低压电器广泛应用在工业、农业、交通、国防以及人们日常生活中，低压供电的输送、分配和保护是依靠刀开关、自动开关以及熔断器等低压电器来实现的。而低压电力的使用则是将电能转换为其他能量，其过程中的控制、调节和保护都是依靠各类接触器和继电器等低压电器来完成的。无论是低压供电系统还是控制生产过程的电力拖动控制系统均是由用途不同的各类低压
2、电器所组成。,第一章 常用低压电器,1.1.1 低压电器的分类,1. 按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器 （1）用于低压电力网的配电电器 这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。对配电电器的主要技术要求是断流能力强、限流效果在系统发生故障时保护动作准确，工作可靠；有足够的热稳定性和动稳定性。 （2）用于电力拖动及自动控制系统的控制电器 这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。对控制电器的主要技术要求是操作频率高、寿命长，有相应的转换能力。,第一章 常用低压电器,2. 按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器 （1）自动电器 通过电磁（或压缩空气
3、）操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。 （2）手动电器 通过人力做功工直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。,1.1.1 低压电器的分类,第一章 常用低压电器,3. 按工作原理可分为非电量控制电器和电磁式电器 （1）非电量控制电器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。 （2）电磁式电器 根据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位
4、，在电气控制系统中应用最为普遍。 另外，低压电器按工作条件还可划分为一般工业电器、船用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等几类，对不同类型低压电器的防护型式、耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求不同。,1.1.1 低压电器的分类,第一章 常用低压电器,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,1.电磁机构 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图1-1是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式，图中（a）和（b）所示为直动式和拍合式电磁机构，图（c）所示为直动式电磁机构。,第一章 常用低压电器,吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电
5、磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。 根据线圈在电路中的联接方式可分为串联线圈(即电流线圈)和并联线圈(即电压线圈)。 串联(电流)线圈串接在线路中，流过的电流大，为减少对电路的影响，线圈的导线粗，匝数少，线圈的阻抗较小。 并联(电压)线圈并联在线路上，为减少分流作用，降低对原电路的影响，需要较大的阻抗，因此线圈的导线细且匝数多。,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,第一章 常用低压电器,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,1. 直流电磁铁和交流电磁铁 按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁铁由于通入的是直流电，其铁芯不发热，只有线圈发热，因此，线圈与
6、铁芯接触以利散热，线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁芯和衔铁由软钢和工程纯铁制成。 交流电磁铁由于通入的是交流电，铁芯中存在磁滞损耗和涡流损耗，这样线圈和铁芯都发热，所以交流电磁铁的吸引线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样做有利于铁芯和线圈的散热。铁芯用硅钢片叠加而成，以减小涡流损耗。潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求不同。,第一章 常用低压电器,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移。衔铁在复位弹簧的作用下复位，衔铁回到原位。 因此，作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力与反力。电
7、磁吸力由电磁机构产生，反力则由复位弹簧和触头弹簧所产生。铁芯吸合时要求电磁吸力大于反力，即衔铁位移的方向与电磁吸力方向相同；衔铁复位时要求反力大于电磁吸力。直流电磁铁的电磁吸力公式为 F = 4B2S105 (1-1) 式中：F 电磁吸力（N）； B 气隙磁感应强度（T）； S 磁极截面积（m2）。,第一章 常用低压电器,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,由上式知：当线圈中通以直流电时，B不变，F为恒值。当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，即 B = Bmsint (1-2) 由式（1-1）和式（1-2）可得： F 4B2S105 4S105Bm2sin2t 2 Bm2 S (1co
8、s2t )105 2 Bm2 S1052 Bm2 S105 cos2t (1-3),第一章 常用低压电器,1.1.2 电磁式低压电器的基本知识,由式（1-3）式可知：交流电磁铁的电磁吸力在0（最小值）Fm（最大值）之间变化，其吸力曲线如图1-2所示。在一个周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁芯吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁芯释放。所以电源电压变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪音，因而不能正常工作。 图1-2 交流电磁铁吸力变化情况,第一章 常用低压电器,2. 短路环的作用 为了消除交流电磁铁产生的振动和噪音，在铁芯的端面开一小槽，在槽内嵌入铜制短路
9、环，如图1-3所示。加上短路环后，磁通被分成大小相近、相位相差约90电角度的两相磁通1和2，因此两相磁通不会同时为零。由于电磁吸力与磁通的平方成正比，所以由两相磁通产生的合成电磁吸力较为平坦，在电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，使铁芯牢牢吸合，这样就消除了振动和噪音。,图1-3 交流电磁铁的短路环 1-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环,第一章 常用低压电器,1.1.2.2 触头系统,触头是电磁式电器的执行部分，电器就是通过触头的动作来分合被控制的电路。 触头在闭合状态下动、静触点完全接触，并有工作电流通过时，称为电接触。 电接触的情况将影响触头的工作可靠性和使用寿命。 影响电接触工作情况
10、的主要因素是触头的接触电阻，接触电阻大时，易使触头发热而温度升高，从而易使触头产生熔焊现象，这样既影响工作可靠性又降低了触头的寿命。触头的接触电阻不仅与触头的接触形式有关，而且还与接触压力、触头材料及表面状况有关。,第一章 常用低压电器,触头主要有两种结构型式：桥式触头和指形触头。如图1-4所示。,触点的接触形式有点接触、线接触和面接触三种，如图1-5所示。,图1-4 触头的结构形式,图1-5触点的接触形式 (a)点接触；(b)线接触；(c)面接触,第一章 常用低压电器,当动、静触点闭合后，不可能是全部紧密地接触，从微观来看，只是在一些突出的凸起点存在着有效接触，从而造成了从一个导体到另外一个
11、导体的过渡区域。在过渡区域里，电流只通过一些相接触的凸起点，因而使这个区域的电流密度大大增加。另外，由于只是一些凸起点相接触，使有效导电面积减少，因此该区域的电阻远远大于金属导体的电阻。这种由于动、静触点闭合时在过渡区域所形成的电阻，称为接触电阻。由于接触电阻的存在，不仅会造成一定的电压损失，还会使铜耗增加，造成触点温升超过允许值。这样，触点在较高的温度下很容易产生熔焊现象而使触点工作不可靠，因此，在实际中，应采取相应措施来减少接触电阻，限制触头的温升。,第一章 常用低压电器,触点在通电状态下动、静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢出而产生电弧。 电弧的存在既烧损触点金
12、属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以须采取一定的措施使电弧迅速熄灭。 常用的灭弧方法有增大电弧长度、冷却弧柱、把电弧分成若干短弧等。灭弧装置就是根据这些原理设计的。,第一章 常用低压电器,1.1.2.3 电弧与灭弧方法,1.电动力吹弧 电动力吹弧如图1-6所示。桥式触点在分断时本身就具有电动力吹弧功能，不用任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。,第一章 常用低压电器,2. 磁吹灭弧 在触点电路中串入吹弧线圈，如图1-7所示。该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触点周围，其方向由右手定则确定(为图中所示)。触点间的电弧所产生的磁场，其方向为所示。,第一
13、章 常用低压电器,3. 栅片灭弧 灭弧栅是一组薄铜片，它们彼此间相互绝缘，如图1-8所示。当电弧进入栅片被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极。每两片灭弧片之间都有150250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。基于上述原因，电弧进入栅片后就会很快熄灭。由于栅片灭弧装置的灭弧效果在交流时要比直流时强得多，因此在交流电器中常采用栅片灭弧。,图1-8 栅片灭弧示意图 1-灭弧栅片；2-触点；3-电弧,第一章 常用低压电器,1.2 刀开关-1.2.1 刀开关的结构,刀开关的典型结构如图1-9所示，它
14、由手柄、触刀、静插座和底板组成。 刀开关按极数分为单极、双极和三极；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按刀开关转换方向分为单投和双投等。,图1-9 刀开关典型结构 1-静插座 2-手柄 3-触刀 4-铰链支座 5-绝缘底板,第一章 常用低压电器,1.2 刀开关-1.2.2 常用的刀开关,目前常用的刀开关型号有HD(单投)和HS(双投)等系列。其中HD系列刀开关按现行新标准应该称HD系列刀形隔离器，而HS系列为双投刀形转换开关。在HD系列中，HD11、HD12、HDl3、HDl4为老型号，HDl7系列为新型号，产品结构基本相同，功能相同。,第一章 常用低压电器,1.2
15、 刀开关-1.2.3 胶盖刀开关,胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流50Hz，额定电压单相220V、三相380V，额定电流至100A的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路的短路保护之用。其中三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作的直接起动及分断用。常用的有HKl和HK2系列。 胶盖刀开关的型号及其含义如下：,第一章 常用低压电器,1.2 刀开关- 1.2.4 熔断器式刀开关,熔断器式刀开关即熔断器式隔离开关，是以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔离开关。常用的型号有HR3、HR5、HR6系列，主要用于额定电压AC 660 V(4562 Hz)，
16、额定发热电流至630A的具有高短路电流的配电电路和电动机电路中，作为电源开关、隔离开关、应急开关，并作为电路保护用，但一般不作为直接开关单台电动机之用。HR5、HR6熔断器式隔离开关中的熔断器为NT型低压高分断型熔断器。NT型熔断器系引进德国AEG公司制造技术生产的产品。 HR5、HR6系列若配用有熔断撞击器的熔断体，当某极熔断体熔断，撞击器弹出使辅助开关发出信号，以实现断相保护。,第一章 常用低压电器,1.2 刀开关- 1.2.5 刀开关的选用及图形、文字符号,刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电流应等于(在开启和通风良好的场合)或稍大于(在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般选1.15倍)电路工作电流。在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、旋转式操作机构等。当用刀开关控制电动机时
