第1篇 基础知识

第1章 低压电器基础知识

论题1 低压电器概述

电能的应用越来越广泛。为了安全、可靠地使用电能，电路中必须装有各种起调节、分配、控制和保护作用的电气设备，这些电气设备统称为电器。电器可分为高压电器和低压电器两大类。我国的现行标准是将工作电压在交流1200V以下、直流1500V以下的电气线路中的电气设备称为低压电器。

1. 低压电器的分类

低压电器的种类繁多，按其结构、用途及所控制的对象的不同，分类方法也不同。以下介绍3种分类方法。

1）按用途和控制对象分 按用途和控制对象的不同，低压电器可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，限流效果好，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。

2）按操作方式分 按操作方式的不同，低压电器可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）做功来完成接通、分断、起动、反向或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：通过人力做功来完成接通、分断、起动、反向或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。

3）按工作原理分 按工作原理的不同，低压电器可分为电磁式电器和非电量控制电器。

（1）电磁式电器是依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。

（2）非电量控制电器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、速度继电器等。

另外，低压电器按工作条件还可分为一般工业电器、船用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等。对应于不同类型低压电器的防护型式，对其耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求是不同的。

2. 低压电器的基本结构

电磁式低压电器大都由两个主要部分组成，即感测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）。

1）电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而接通或分断电路。

电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁3个基本部分组成。常用的电磁机构可分为3 种形式，如图1-1所示。

图1-1 常见的电磁机构示意图

（1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图1-1（a）所示。这种形式广泛应用于直流电器中。

（2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心，如图1-1（b）所示。其铁心形状有“E”形和“U”形两种。此种结构多用于触点容量较大的交流电器中。

（3）衔铁沿直线运动的双“E”形直动式铁心，如图1-1（c）所示。此种结构多用于交流接触器、继电器中。

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。

直流电磁铁通入的是直流电，其铁心不发热，只有线圈发热，因此线圈与铁心接触有利于散热。线圈制成无骨架、高而薄的瘦高型，可以改善线圈自身的散热。铁心和衔铁由软钢和工程纯铁制成。

交流电磁铁通入的是交流电，铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗，这样会使线圈和铁心都发热，因此交流电磁铁的吸引线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离，并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁心和线圈的散热。铁心用硅钢片叠压而成，以减小涡流损耗。

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。因此，作用在衔铁上的力有两个，即电磁吸力与反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力则由复位弹簧和触头弹簧产生。铁心吸合时，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；而衔铁复位时，要求反力大于电磁吸力。直流电磁铁的电磁吸力表达式为

式中，F为电磁吸力（单位为N）；B为气隙磁感应强度（单位为T）；S为磁极截面积（单位为m2）。

由式（1-1）可知，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

由式（1-1）和式（1-2）可得：

由式（1-3）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，铁心吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁心释放。当电源电压变化一个周期时，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声，因而不能正常工作。

② 短路环的作用：为了消除交流电磁铁产生的振动和噪声，可在铁心的端面开一个小槽，在槽内嵌入铜制短路环，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°的两相磁通Φ1 和Φ2，使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，因此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，使铁心牢牢吸合，从而消除振动和噪声。

2）触头系统 触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。触头通常用铜材料制成。由于铜制触头表面易产生氧化膜，使触头的接触电阻增大，从而使触头的损耗也增大，因此有些小容量电器的触头采用银制材料来减小接触电阻。

触头主要有两种结构形式，即桥式触头和指形触头，如图1-4所示。

桥式触头（见图1-4（a）和（b））的两个触头串联于同一条电路中，电路的通/断由两个触头共同完成。桥式触头多为面接触，常用于大容量电器中。

指形触头（见图1-4（c））的接触区为一直线，触头接通或分断时将产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜，同时也可缓冲触头闭合时的撞击能量，改善触头的电气性能。

为了使触头接触得更加紧密，以减小接触电阻，并消除开始接触时产生的振动，可在触头上安装接触弹簧。

3. 灭弧系统

在大气中分断电路时，由于电场的存在，触头表面的大量电子溢出会产生电弧。电弧一经产生，就会产生大量热能。电弧的存在既烧蚀了触头的金属表面，降低了电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速把电弧熄灭。

为使电弧熄灭，可采用将电弧拉长、使弧柱冷却、把电弧分成若干短弧等方法。灭弧装置就是基于这些原理来设计的。

1）电动力灭弧 图1-5所示的是一种桥式结构双断口触头系统。当触头分断时，在断口处将产生电弧。电弧电流在两个电弧之间产生如图1-5所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用，使电弧向外运动并拉长，同时也使电弧温度降低，有助于熄灭电弧。

该灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧的，因而电弧电流越大，吹弧能力也越强。它广泛应用于直流接触器中。

2）磁吹灭弧 磁吹灭弧示意图如图1-6所示。在触头电路中串入一个磁吹线圈，该线圈产生的磁通经过导磁夹板引向触头周围。由图可见，在弧柱下方，两个磁通是相加的，而在弧柱上方是彼此相减的，因此在下强上弱的磁场作用下，电弧被拉长并吹入灭弧罩中。引弧角与静触头相连接，其作用是引导电弧向上运动，将热量传递给罩壁，使电弧冷却熄灭。

该灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧的，因而电弧电流越大，吹弧能力也越强。它广泛应用于直流接触器中。

3）金属栅片灭弧 图1-7所示为金属栅片灭弧装置示意图。灭弧栅是由多片镀铜薄钢片（称为栅片）组成的，它们安放在电器触头上方的灭弧栅内，彼此之间互相绝缘。当电器的触头分离时，所产生的电弧在吹磁电动力作用下被推向灭弧栅内。当电弧进入栅片后，被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极。每两片灭弧栅片之间都有150～250V 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。除此之外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧吸收冷却。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。

论题2 开关电器及其选用

1. 刀开关

刀开关是一种手动电器，在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电路与电源，故又称为隔离开关。

1）刀开关的结构和安装 刀开关是一种结构较为简单的手动电器，主要由闸刀（动触头）和刀座（静触头）及绝缘底板等组成，如图1-8所示。接通或切断电路是由人工操纵闸刀完成的。容量大的刀开关一般都装在配电盘的背面，通过连杆手柄操作。用刀开关切断电流时，由于电路中电感和空气电离的作用，刀片与刀座在分离时会产生电弧，特别是当切断较大电流时，电弧持续不易熄灭。因此，为安全起见，不允许用无隔弧、无灭弧装置的刀开关切断大电流。在继电器—接触器控制系统中，刀开关一般作为隔离电源用，而用接触器接通和断开负载。

注意

刀开关在切断电源时会产生电弧。在安装刀开关时应将手柄朝上，不得倒装或平装。安装的方向正确，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，就能使电弧迅速拉长而熄灭；反之，若二者方向相反，电弧将不易熄灭，严重时会使触头及刀片烧伤，甚至造成极间短路。另外，如果倒装，手柄可能因自动下落而引起误动作合闸，将可能造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后，闸刀与电源隔离，可防止意外事故的发生。

2）常用刀开关 常用刀开关有HD系列及HS 系列刀开关、HK 系列开启式负荷开关和HH系列封闭式负荷开关。

（1）HK 系列开启式负荷开关。HK 系列开启式负荷开关又称为胶盖瓷底刀开关，它不设专门的灭弧装置，仅利用胶盖的遮护来防止电弧灼伤人手，因此不宜带负载操作，适用于接通或断开有电压而无较大负载电流的电路。其结构简单、操作方便、价格便宜，在一般的照明电路和功率小于5．5kW的电动机控制电路中仍可采用。操作时，动作应迅速，使电弧较快熄灭，既能避免灼伤人手，也能减少电弧对动触头和静触头的灼伤。

HK 系列开启式负荷开关的技术参数见表1-1。

（2）HH 系列封闭式负荷开关。HH系列封闭式负荷开关因其外壳为铁制壳，故俗称铁壳开关。铁壳开关由安装在铁壳内的刀开关、速断弹簧、熔断器及操作手柄等组成，通常可用以控制28kW以下的电动机。铁壳开关和胶盖瓷底刀开关中都装有熔断器，因此都具有短路保护作用。铁壳开关的灭弧性能，操作及通/断负载的能力，以及安全防护性能都优于HK系列的胶盖瓷底刀开关，但其价格较贵。

HH系列铁壳开关的操作机构具有以下两个特点。

① 采用了弹簧储能分/合闸方式，其分/合闸的速度与手柄的操作速度无关，从而提高了开关通/断负载的能力。

② 设有联锁装置，保证开关在合闸状态下开关盖不能开启，开关盖开启时又不能合闸，充分发挥了外壳的防护作用，并保证了更换熔丝等操作的安全。

刀开关常用于不频繁接通和切断电源的场合。选用刀开关时应根据电源及负载的情况确定其极数、额定电压和额定电流。用刀开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额电流的3 倍，然后根据表1-1所示的技术参数，确定刀开关的具体型号。两极刀开关和三极刀开关本身均配有熔断器。

刀开关型号的含义和电气符号如图1-9所示。

2. 低压断路器

低压断路器（曾称为自动开关）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、过载、欠电压和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作或电动操作，也可以远方遥控操作。

1）低压断路器的结构和工作原理

（1）低压断路器的结构。低压断路器主要由触头系统、灭弧系统、操动机构和保护装置等组成，如图1-10所示。

①触头系统。触头（静触头和动触头）在断路器中用于实现电路接通或分断。触头的基本要求如下所述。

能安全可靠地接通和分断极限短路电流及以下的电路电流

能通过长期工作制的工作电流

在规定的电寿命次数内，接通和分断后不会严重磨损

常用断路器的触头形式有对接式触头、桥式触头和插入式触头。对接式和桥式触头多为面接触或线接触，在触头上都焊有银基合金镶块。大型断路器每相除主触头外，还有副触头和弧触头。

断路器触头的动作顺序是：断路器闭合时，弧触头先闭合，然后是副触头闭合，最后才是主触头闭合；断路器分断时却相反。主触头承载负荷电流，副触头的作用是保护主触头，弧触头用于承担切断电流时的电弧烧灼，即电弧只在弧触头上形成，从而保证了主触头不被电弧烧蚀，能长期稳定地工作。

② 灭弧系统。灭弧系统用于熄灭触头之间在断开电路时产生的电弧。灭弧系统包括两个部分：一是强力弹簧机构，可使断路器触头快速分开；二是在触头上方设置的灭弧室。

③ 操动机构。断路器操动机构包括传动机构和脱扣机构两大部分。

传动机构按断路器操作方式的不同可分为手动传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动；按闭合方式的不同可分为储能闭合和非储能闭合。

④ 保护装置。断路器的保护装置由各种脱扣器组成。

自由脱扣机构的功能是实现传动机构和触头系统之间的联系。

断路器的脱扣器形式有欠电压脱扣器、分励脱扣器、过电流脱扣器等。

欠电压脱扣器用于监视工作电压的波动。当电网电压降低至70%～ 35%额定电压或电网发生故障时，断路器可立即分断；当电源电压低于35%额定电压时，能防止断路器闭合。带延时动作的欠电压脱扣器，可防止因负荷陡升引起的电压波动造成的断路器不适当地分断，其延时时间可为1s、2s和5s

分励脱扣器用于远距离遥控或热继电器动作分断断路器

过电流脱扣器用于防止过载和负载侧短路

一般断路器还具有短路锁定功能，用于防止断路器因短路故障分断后，故障未排除前再次合闸。在短路条件下，断路器分断，锁定机构动作，使断路器机构保持在分断位置，锁定机构未复位前，断路器合闸机构不能动作，无法接通电路。

⑤ 其他。断路器除上述4 类装置外，还具有辅助触点，一般有常开触点和常闭触点。辅助触点供信号装置和智能式控制装置使用。另外，断路器还有框架（万能式断路器）、塑料底座和外壳（塑壳式断路器）。

（2）工作原理。如图1-10所示，断路器的主触头依靠操动机构手动或电动合闸，主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁定在合闸位置上。此时，短路脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件串联在主电路中，欠电压脱扣器的线圈并联在电路中。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器线圈中的电流急剧增加，衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触头在弹簧作用下分开，从而切断电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路发生失压故障时，电压线圈中的磁通下降，使电磁吸力下降或消失，衔铁在弹簧力作用下向上移动，推动自由脱扣机构动作。分励脱扣器用做远距离分断电路。

2）低压断路器的分类 低压断路器的分类方式很多，按使用类别分，有选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）；按结构形式分，有万能式（又称框架式）和塑壳式断路器；按灭弧介质分，有空气式和真空式（目前国产多为空气式）；按操作方式分，有手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作；按极数分，可分为单极式、二极式、三极式和四极式；按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。低压断路器容量范围很大，最小为4A，而最大可达5000A。

低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护电路中。

（1）万能式断路器（标准形式为DW）：又称为框架式断路器。其特点是具有一个钢制框架，所有部件都装于框架内，导电部分需加绝缘，部件大都设计成可拆装式的，便于安装和制造。由于其保护方案和操动方式较多，装设地点也很灵活，因此有“万能式”之称。

万能式断路器容量较大，可装设多种脱扣器，辅助触点的数量也较多，不同的脱扣器组合可形成不同的保护特性，故可作为选择性、非选择性或具有反时限动作特性的电动机保护。它通过辅助触点可实现远方遥控和智能化控制。其额定电流为630～5000 A，一般用于400 V 变压器侧出线总开关、母线联络开关，或者大容量馈线开关和大型电动机控制开关。

我国自行开发的万能式断路器系列有DW15、DW16、CW系列；引进技术的产品有德国AEG公司的 ME系列（DW17），日本寺崎公司的 AH 系列（DW914），日本三菱公司的 AE 系列（DW19），西门子公司的3WE系列等，以及目前国内各生产厂以各自产品命名的高新技术开关。

（2）塑料外壳式断路器（标准形式为DZ）：简称塑壳式低压断路器，原称装置式自动空气断路器，其主要特征是所有部件都安装在一个塑料外壳中，没有裸露的带电部分，提高了使用的安全性。新型的塑壳断路器也可制成选择型。小容量的断路器（50A 以下）采用非储能式闭合，手动操作；大容量的断路器的操作机构采用储能式闭合，可以手动操作，也可由电动机操作。电动机操作可实现远方遥控操作。其额定电流一般为6～630A，有单极式、二极式、三极式和四极式。目前已有额定电流为800～3000A 的大型塑壳式断路器。塑壳式断路器一般用于配电馈线控制和保护，小型配电变压器的低压侧出线总开关，动力配电终端控制和保护，以及住宅配电终端控制和保护，也可用于各种生产机械的电源开关。

我国自行开发的塑壳式断路器系列有 DZ5 系列、DZ15 系列、DZ20 系列、DZ25 系列；引进技术生产的有日本寺崎公司的 TO、TG 和 TH—5 系列，西门子公司的3VE 系列，日本三菱公司的 M 系列，ABB 公司的 M611（DZ611）和 SO60 系列，施耐德公司的 C45N （DZ47）系列等，以及生产厂以各自产品命名的高新技术塑壳式断路器。

其派生产品有DZX系列限流断路器，带剩余电流保护功能（漏电保护功能）的剩余电流动作保护断路器及缺相保护断路器等。

（3）漏电保护断路器：分为电磁式电流动作型、电压动作型和晶体管电流动作型等。电磁式电流动作型剩余电流保护断路器是常用的漏电保护断路器，其原理如图1-11所示。其结构是在一般的塑料外壳式断路器中增加了一个能检测剩余电流的感应元件和剩余电流脱扣器。在正常运行时，各相电流的相量和为零，检测电流互感器二次侧无输出。当出现漏电或人身触电时，在检测电流互感器二次线圈上会感应出剩余电流。剩余电流脱扣器受此电流激励，使断路器脱扣而断开电路。

电磁式剩余电流保护断路器是直接动作型的，动作较可靠，但体积较大，制造工艺要求也高。晶体管或集成电路式剩余电流保护断路器是间接动作型的，因而可使检测电流互感器的体积大大缩小，从而也缩小了断路器的体积。随着电子技术的发展，现在越来越多地采用了集成电路剩余电流保护断路器。

3）低压断路器的主要技术参数 我国低压电器标准规定低压断路器应有下列特性参数。

（1）形式：断路器形式包括相数、极数、额定频率、灭弧介质、闭合方式和分断方式。

（2）主电路额定值：有额定工作电压、额定电流、额定短路接通能力、额定短路分断能力等。

万能式断路器的额定电流还分为主电路的额定电流和框架等级的额定电流。

（3）额定工作制：断路器的额定工作制可分为8小时工作制和长期工作制两种。

（4）辅助电路参数：断路器辅助电路参数主要为辅助接头特性参数。万能式断路器一般具有常开接头、常闭接头各3对，供信号装置及控制回路使用；塑壳式断路器一般不具备辅助接头。

（5）其他：断路器特性参数除上述各项外，还包括脱扣器形式、特性及使用类别等。DZ20系列塑料外壳式断路器的主要技术参数见表1-2。

4）低压断路器的选择 额定电流在600A以下，且短路电流不大时，可选用塑料外壳式断路器；额定电流较大，短路电流也较大时，应选用万能式断路器。一般的选用原则如下所述。

（1）断路器额定电压不小于电源和负载的额定电压；

（2）断路器额定电流不小于负载工作电流；

（3）断路器极限通/断能力不小于电路最大短路电流；

（4）热脱扣器的整定电流应与所控制的电动机的额定电流或负载额定电流一致；

（5）断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压；

（6）线路末端单相对地电流不小于断路器瞬时或短路时脱扣器整定电流的1．25倍。断路器的型号含义和电气符号如图1-12所示。

5）智能化低压断路器 将微处理机和计算机技术引入低压电器，一方面使低压电器具有了智能化功能；另一方面使低压开关电器通过中央控制系统，进入了计算机网络系统。

将微处理器引入低压断路器，使断路器的保护功能大大增强，它的3段保护特性中的短延时可设置成I-t特性，以便与后一级保护更好地匹配，并可实现接地故障保护。

带微处理器的智能化脱扣器的保护特性可方便地进行调节，还可设置预警特性。智能化断路器可反映负载电流的有效值，消除输入信号中的高次谐波，避免高次谐波造成的误动作。

采用微处理器还能提高断路器的自身诊断和监视功能，可监视检测电压、电流和保护特性，并用液晶显示。当断路器内部温升超过允许值，或触头磨损量超过限定值时能发出警报。

智能化断路器能保护各种起动条件的电动机，并具有很高的动作准确性，整定调节范围宽，可以保护电动机不受过载、断相、三相不平衡、接地等故障的影响。

智能化断路器通过与控制计算机组成网络来自动记录断路器运行情况，并可实现遥测、遥控和遥信功能。

智能化断路器是传统低压断路器改造、提高、发展的方向。近年来，我国的断路器生产厂也已开发生产了各种类型的智能化控制的低压断路器，相信今后智能化断路器在我国一定会有更大的发展。

3. 组合开关

组合开关主要用做电源引入，分为单极、双极、三极和四极4 种，额定电流有10A、25A、60A、100A等几个等级。

1）结构 常用的有3组触头，其中3对静触头分别装在3层绝缘垫板上，并附有接线柱伸出盒外，以便与电源、用电设备连接。

3个动触头是由两个磷铜片或硬紫铜片和灭弧性能良好的绝缘垫板铆合而成的，它套在附有手柄的绝缘杆上，当手柄每次转动一定角度时，带动3个动触头分别使3对静触头接通或断开，实现对用电设备的控制，其具体结构如图1-13所示。

2）特点 HZ10—10/3 型组合开关具有寿命长、使用方便、可靠、结构简单等优点，但其转换次数每小时不许超过15 ～20 次。

3）选用 HZ10—10/3型组合开关常用于交流380V及以下、直流220V及以下的电源引入，5kW以下电动机的直接起动、正/反转控制及机床照明控制电路中。在控制电动机正/反转时，一定要使电动机必须先经过完全停止的位置后才能再接通反向旋转电路。

组合开关是根据电源种类、电压等级、所需触头数、电动机的容量进行选用的。其中组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5 倍。组合开关的符号如图1-14所示。

论题3 接触器及其选用

接触器是一种应用广泛的开关电器。它主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路。它可远距离操作，配合继电器实现定时操作，联锁控制及各种定量控制，以及失压保护，被广泛应用于自动控制电路中。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热器、照明、电焊机和电容器组等。

接触器按流过接触器主触头的电流的性质分为直流接触器和交流接触器。

1. 接触器的分类和结构

接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧系统（图中未画出）及其他部分组成，如图1-15所示。

1）电磁系统 电磁系统包括电磁线圈、铁心和衔铁，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。

2）触头系统 触头是接触器的执行部分，它包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流；而辅助触点在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。

3）灭弧系统 灭弧装置用于保证在触点断开电路时产生的电弧能可靠地熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封闭式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。

4）其他部分 其他部分包括绝缘外壳、弹簧、短路环传动机构等。

2. 接触器的工作原理及其选用

1）工作原理 如图1-15所示，当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作；常闭触点断开，常开触点闭合，二者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在自重和释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。接触器的触点数目应能满足控制线路的要求。

2）直流接触器 直流接触器的结构与工作原理基本上与交流接触器相同，即由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置组成。所不同的是，除触头电流和线圈电压为直流外，其触头大都采用滚动接触的指形触头，辅助触头则采用点接触的桥形触头。铁心由整块钢或铸铁制成，线圈则制成长而薄的圆筒形。为保证衔铁可靠地释放，常在铁心与衔铁之间垫有非磁性垫片。

由于直流电弧不像交流电弧那样有自然过零点，更难熄灭，因此直流接触器常采用磁吹式灭弧装置。

3）接触器的主要技术参数和选择

（1）主要技术参数。

额定电压：接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压，交流有127V、220V、380V、500V，直流有110V、220V、440V

额定电流：接触器铭牌上的额定电流是指主触头的额定电流，有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A

吸引线圈额定电压：交流有36V、110V、127V、220V、380V，直流有24V、48V、220V、440V

电气寿命和机械寿命：接触器的电气寿命是在规定使用类别的正常操作条件下，不需修理或更换零件的负载操作次数，其数值应小于机械寿命的1/20。

额定操作频率：额定操作频率（次/h）即允许的每小时接通的最多次数。交流接触器最高为600次/h，直流接触器可高达1200次/h

常见接触器有CJ10系列、CJ20系列、3TH和 CJX1（3TB）系列。其中，3TH和CJX1 （3TB）系列是从德国西门子公司引进制造的新型接触器。3TH系列接触器适用于交流50Hz或60Hz，交流电压至660V及直流电压至600V的控制电路，用于控制各种电磁线圈，以使信号得到放大或将信号传送给有关控制元件。CJX1（3TB）系列接触器适用于交流50Hz或60Hz，额定电压为600V的控制电路，用做远距离接通及分断电路，并适用于频繁地起动或控制交流电动机。

（2）接触器的选择。

接触器类型选择：接触器的类型应根据负载电流的类型和负载的轻重来选择，即是交流负载还是直流负载，是轻负载、一般负载还是重负载

主触头额定电流的选择：接触器的额定电流应不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载，可根据下列经验公式计算

INC≥PNM/（1 ～1．4）UNM

式中，INC为接触器主触头电流（单位为A）；PNM为电动机的额定功率（单位为 W）；UNM为电动机的额定电压（单位为V）。

若接触器控制的电动机起动、制动或正/反转频繁，一般要将接触器主触头的额定电流降一级使用。

额定电压的选择：接触器主触头的额定电压应不小于负载回路的电压

吸引线圈额定电压的选择：线圈额定电压不一定等于主触头的额定电压，当线路简单，使用电器少时，可直接选用380V或220V的电压；若线路复杂，使用电器超过5个，可用24V、48V或110V电压（1964 年国标规定为36V、110V或127V）。吸引线圈允许在额定电压的80%～105%范围内使用

接触器的触头数量、种类选择：其触头数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。各种类型的接触器触点数目不同。交流接触器的主触点有3 对（常开触点），辅助触点一般有4对（两对常开、两对常闭），最多可达到6对（3对常开、3对常闭）。直流接触器的主触点一般有两对（常开触点），辅助触点有4对（两对常开、两对常闭）

4）真空交流接触器 真空接触器以真空为灭弧介质，其主触点密封在特制的真空灭弧管内。当操作线圈通电时，衔铁吸合，在触点弹簧和真空管自闭力的作用下使触点闭合；操作线圈断电时，反力弹簧克服真空管自闭力使衔铁释放，触点断开。接触器分断电流时，触点间隙中会形成由金属蒸气和其他带电粒子组成的真空电弧，因真空介质具有很高的绝缘强度，且介质恢复速度很快，所以真空中的燃弧时间一般小于10ms。

真空接触器与真空断路器具有以下共同的特点。

分断能力强：分断电流可达额定电流的10 ～20 倍

寿命长：电寿命达数十万次，机械寿命可达百万次

体积小，质量轻，无飞弧距离，安全可靠

维修简便，主触点无须维修，运行噪声小，运行不受恶劣环境影响

可频繁操作

接触器的型号含义及电气符号如图1-16所示。

论题4 继电器及其选用

继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量）的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。

继电器实质上是一种传递信号的电器，它根据特定形式的输入信号而动作，从而达到控制的目的。继电器一般不用于直接控制主电路，而是通过接触器或其他电器来对主电路进行控制，因此同接触器相比较，继电器的触头通常接在控制电路中，触头断流容量较小，一般不需要灭弧装置，但对继电器动作的准确性则要求较高。

继电器一般由3个基本部分组成，即检测机构、中间机构和执行机构。

检测机构的作用是接受外界输入信号并将信号传递给中间机构；中间机构对信号的变化进行判断、物理量转换、放大等；当输入信号变化到一定值时，执行机构（一般是触头）动作，从而使其所控制的电路状态发生变化，接通或断开某部分电路，达到控制或保护的目的。

继电器种类很多，按输入信号可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、热继电器等；按用途可分为控制继电器和保护继电器；按输出形式可分为有触点继电器和无触点继电器。

继电器的型号含义和电气符号如图1-17所示。

1. 中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，只是它的触点对数较多，容量较大，动作灵敏，主要起扩展控制范围或传递信号的中间转换作用。

2. 时间继电器

在自动控制系统中，有时需要继电器得到信号后不立即动作，而是要延迟一段时间后再动作，并输出控制信号，以达到按时间顺序进行控制的目的。时间继电器就可以满足这种要求。时间继电器按工作原理可分为电磁式、空气阻尼式（气囊式）、晶体管式、电动机式等；按延时方式可分为通电延时型、断电延时型和通/断电延时型等。

1）空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器利用空气通过小孔时产生阻尼的原理获得延时。它由电磁系统、延时机构和触头系统组成，其动作原理如图1-18所示。其电磁机构为双E直动式，触头系统为微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器既有通电延时型，也有断电延时型。只要改变电磁机构的安装方向，便可实现不同的延时方式。当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时型（如图1-18（a）所示）；当铁心位于衔铁和延时机构之间时为断电延时型（如图1-18（b）所示）。

图1-18（a）所示为通电延时型时间继电器。当线圈1通电后，铁心2将衔铁3吸合，活塞杆6在塔形弹簧的作用下，带动活塞12及橡皮膜10向上移动，由于橡皮膜下方气室空气稀薄，形成负压，因此活塞杆6不能上移。当空气由进气孔14进入时，活塞杆6才逐渐上移。移到最上端时，杠杆7才使微动开关动作。其延时时间即为自电磁铁吸引线圈通电时刻起到微动开关动作时刻止的这段时间。通过调节螺钉13（调节进气口的大小），就可以调节延时时间。当线圈1断电时，衔铁3在恢复弹簧4的作用下将活塞12推向最下端。因活塞被往下推时，橡皮膜下方气孔内的空气都通过橡皮膜10、弹簧9 和活塞12 肩部所形成的单向阀，经上气室缝隙而被顺利排掉，因此延时与不延时的微动开关15与16都迅速复位。

空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、寿命长、价格低廉。缺点是准确度低、延时误差大，在延时精度要求高的场合不宜采用。

2）晶体管式时间继电器 晶体管式时间继电器常用的有阻容式时间继电器，它利用RC电路中电容电压不能跃变，只能按指数规律逐渐变化的原理获得延时。因此，只要改变充电回路的时间常数即可改变延时时间。因为调节电容比调节电阻困难，所以多用调节电阻的方式来改变延时时间，其原理图如图1-19所示。

晶体管式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小及寿命长等优点，但抗干扰性能差。

3）时间继电器的电气符号 时间继电器的图形符号及文字符号如图1-20所示。

对于通电延时时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点要延时一段时间才闭合，延时动断触点要延时一段时间才断开；当线圈失电时，其延时常开触点迅速断开，延时常闭触点迅速闭合。

对于断电延时时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点迅速闭合，延时动断触点迅速断开；当线圈失电时，其延时常开触点要延时一段时间再断开，延时常闭触点要延时一段时间再闭合。

3. 其他形式继电器

1）速度继电器 速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器。它主要用做笼型异步电动机的反接制动控制中，故称为反接制动继电器。

图1-21所示为速度继电器的原理示意图。它主要由转子、定子和触头3部分组成。

转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型的绕组。速度继电器与电动机同轴相连，当电动机旋转时，速度继电器的转子随之转动，在空间产生旋转磁场，切割定子绕组，在定子绕组中感应出电流。此电流又在旋转的转子磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动方向而旋转，和定子装在一起的摆锤推动动触头动作，使常开触点闭合，常闭触点断开。当电动机速度低于某一值时，动作产生的转矩减小，动触头复位。

常用的速度继电器有YJ1和JFZ0—2型。速度继电器的电气符号如图1-22所示。

2）固态继电器 固态继电器（Solid State Releys，SSR），是一种新型无触点继电器。固态继电器（SSR）与机电继电器相比，是一种没有机械运动、不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，它利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管、功率场效应管、单向晶闸管和双向晶闸管等器件的开关特性，来达到无触点、无火花地接通和断开被控电路。

（1）固态继电器的组成。固态继电器由3 部分组成，即输入电路、隔离（耦合）电路和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路、交流输入电路和交/直流输入电路3种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正/负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入电路与输出电路的隔离和耦合方式有光耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路、交流输出电路和交/直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个晶闸管或一个双向晶闸管，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

（2）固态继电器的工作原理。交流固态继电器SSR是一种无触点通/断电子开关，为4端有源器件。其中的两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采用光隔离，作为I/O之间的电气隔离（浮空）。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态（无信号时呈阻断状态），从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点，可实现与常用的机械式电磁继电器一样的功能。

SSR固态继电器按触发形式可分为零压型（Z）和调相型（P）两种。在输入端施加合适的控制信号Uin时，P型SSR立即导通。当Uin撤销后，负载电流低于双向晶闸管的维持电流（交流换相）时，SSR关断。Z型SSR内部包括过零检测电路，在施加输入信号Uin时，只有当负载电源电压达到过零区时，SSR才能导通，并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型，但由于其负载工作电流近似于正弦波，高次谐波干扰小，因此应用广泛。

由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，因此与电磁继电器相比具有工作可靠、寿命长，对外界干扰小，能与逻辑电路兼容，抗干扰能力强，开关速度快和使用方便等一系列优点，因而具有很宽的应用领域，有逐步取代传统电磁继电器之势，并可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的计算机等领域。

（3）固态继电器的应用。固态继电器可直接用于三相电动机的控制，如图1-23所示。最简单的方法是采用两只SSR作电动机通/断控制，用4 只SSR 作电动机换相控制，第3相不控制。用做电动机换相时应注意，由于电动机的运动惯性，必须在电动机停稳后才能换相，以避免产生类似电动机堵转情况，而引起较大的冲击电压和电流。在控制电路设计上，要注意任何时刻都不应产生换相SSR 同时导通的情况。上、下电路时序，应采用先加后断控制电路电源，后加先断电动机电源的时序。换相SSR之间不能简单地采用反相器连接方式，以避免一相SSR未关断，而另一相SSR又导通所引起的相间短路事故。此外，电动机控制中的熔断器、缺相和温度继电器，也是保证系统正常工作的保护装置。

论题5 主令电器及其选用

主令电器主要用于闭合或断开控制电路，以发出命令或信号，达到对电力拖动系统的控制或实现程序控制。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关等。

1. 按钮

控制按钮是一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通/断，而在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。

控制按钮由钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常开触点和常闭触点，其结构示意图如图1-24所示。

指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。

常见按钮有LA系列和LAY1系列。LA系列按钮的额定电压为交流500V、直流440V，额定电流为5A；LAY1系列按钮的额定电压为交流380V、直流220V，额定电流为5A。帽有红、绿、黄、白等颜色，一般红色用做停止按钮，绿色用做起动按钮。按钮的选择主要根据所需要的触点数、使用场合及颜色来决定。钮帽颜色的含义见表1-3。

控制按钮的型号含义和电气符号如图1-25所示。

2. 行程开关

行程开关又称为位置开关或限位开关。它的作用与按钮相同，只是其触点的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路。

行程开关的结构分为3个部分，即操动机构、触头系统和外壳。行程开关的外形图如图1-26所示。行程开关分为单滚轮、双滚轮及径向传动杆等形式。其中，单滚轮和径向传动杆行程开关可自动复位，双滚轮为碰撞复位。

常见的行程开关有LX19系列、LX22系列、JLXK1系列和JLXW5系列。其额定电压为交流500V、380V，直流440V、220V，额定电流为20A、5A和3A。

在选用行程开关时，主要根据机械位置对开关形式的要求，控制线路对触头数量和触头性质的要求，闭合类型（限位保护或行程控制）和可靠性，以及电压、电流等级确定其型号。

行程开关的型号含义和电气符号如图1-27所示。

3. 万能转换开关

万能转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器，一般可作为多种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的换相开关，还可作为小容量电动机的起动、制动、调速及正/反向转换的控制。由于其触头挡数多，换接线路多，用途广泛，故有“万能”之称。

万能转换开关主要由操动机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，用螺栓组装成整体。触点座可有1 ～10 层，每层均可装3 对触点，并由其中的凸轮进行控制。由于每层的凸轮可做成不同的形状，因此当手柄转到不同位置时，通过凸轮的作用，可使各对触点按需要的规律接通和分断。

常见的万能转换开关的型号为LW5系列和LW6系列。选用万能开关时，可从以下几方面入手：若用于控制电动机，则应预先知道电动机的内部接线方式，根据内部接线方式、接线指示牌及所需要的转换开关断/合次序表，画出电动机的接线图，只要电动机的接线图与转换开关的实际接法相符即可；其次，需要考虑额定电流是否满足要求。若用于控制其他电路，则只需考虑额定电流、额定电压和触头对数。

万能转换开关的原理图和电气符号如图1-28所示。

论题6 保护电器及其选用

1. 熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的短路保护电器。它串联在电路中，当电路或用电设备发生短路时，熔体能自身熔断，切断电路，阻止事故蔓延，因而能实现短路保护。无论是在强电系统还是弱电系统中，熔断器都得到了广泛的应用。

1）熔断器的结构和工作原理 熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）组成。熔体是熔断器的主要部分，其材料一般由熔点较低、电阻率较高的金属材料铝-锑合金丝、铅-锡合金丝或铜丝制成。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

熔断器的熔体与被保护的电路串联。当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断；当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，一旦电流产生的热量达到熔体的熔点，熔体熔断，切断电路，从而达到保护电路的目的。

电流流过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性（或安秒特性），如图1-29所示。熔断器的保护特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这样就能满足短路保护的要求。由于熔断器对过载反应不灵敏，因此不宜用于过载保护，而主要用于短路保护。表1-4列出了某熔体的保护特性数值关系。

2）熔断器的分类 熔断器的类型很多，按结构形式可分为插入式熔断器、螺旋式熔断器、封闭管式熔断器、快速熔断器和自复式熔断器等。

（1）插入式熔断器：常用的插入式熔断器有 RC1A 系列，其结构如图1-30所示。它由瓷盖、瓷座、触头和熔丝4 部分组成。由于其结构简单、价格便宜、更换熔体方便，因此广泛应用于380V及以下的配电线路末端，作为动力、照明负荷的短路保护。

（2）螺旋式熔断器：常用的螺旋式熔断器是 RL1 系列，其外形与结构如图1-31所示。它由瓷座、瓷帽和熔断管组成。熔断管上有一个标有颜色的熔断指示器，当熔体熔断时，熔断指示器会自动脱落，显示熔丝已熔断。

在装接使用时，电源线应接在下接线座，负载线应接在上接线座，这样在更换熔断管（旋出瓷帽）时，金属螺纹壳的上接线座便不会带电，保证了维修者的安全。它多应用于机床配线中，作为短路保护。

（3）封闭管式熔断器：主要用于负载电流较大的电力网络或配电系统中，其熔体采用封闭式结构。它有两个作用：一是可防止电弧的飞出和熔化金属的滴出；二是在熔断过程中，封闭管内将产生大量的气体，使管内压力升高，从而使电弧因受到剧烈压缩而很快熄灭。封闭式熔断器有无填料式和有填料式两种，常用的型号有RM10系列和RT0系列。

（4）快速熔断器：快速熔断器是在RL1系列螺旋式熔断器的基础上，为保护晶闸管半导体元件而设计的，其结构与RL1 完全相同。常用的型号有RLS系列、RS0 系列等。RLS系列主要用于小容量晶闸管元件及其成套装置的短路保护；RS0系列主要用于大容量晶闸管元件的短路保护。

（5）自复式熔断器：RZ1型自复式熔断器是一种新型熔断器，其结构熔体如图1-32所示，它采用金属钠作熔体。在常温下，钠的电阻很小，允许通过正常的工作电流。当电路发生短路时，短路电流产生的高温使钠迅速气化，气态钠电阻变得很高，从而限制了短路电流。当故障消除时，温度下降，气态钠又变为固态钠，恢复其良好的导电性。自复式熔断器的优点是动作快，能重复使用，无须备用熔体。缺点是它不能真正分断电路，只能利用高阻闭塞电路，故常与自动开关串联使用，以提高组合分断性能。

3）熔断器的选择 在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的类型，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。

（1）熔断器类型的选择：选择熔断器的类型时，主要根据线路要求、使用场合、安装条件、负载要求的保护特性和短路电流的大小等来进行。电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用瓷插入式熔断器；保护晶闸管元件则应选择快速熔断器。

（2）熔断器额定电压的选择：熔断器的额定电压应不小于线路的工作电压。

（3）熔断器熔体额定电流的选择：

对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流IfN应略大于或等于负载电流I，即

保护一台电动机时，考虑起动电流的影响，可按下式选择熔体的额定电流：

式中，IN为电动机额定电流（单位是A）。

保护多台电动机时，可按下式计算熔体的额定电流：

式中，INmax为容量最大的一台电动机的额定电流；∑IN 为其余电动机的额定电流之和。

（4）熔断器额定电流的选择：必须不小于所装熔体的额定电流。

熔断器的型号含义和电气符号如图1-33所示。

2. 热继电器

热继电器是利用电流热效应原理工作的电器，主要用于三相异步电动机的过载、缺相及三相电流不平衡的保护。

1）热继电器的结构和工作原理 热继电器的形式有多种，其中以双金属片式为最多。双金属片式热继电器主要由热元件、双金属片和触头3部分组成，其工作原理示意图如图1-34所示。双金属片是热继电器的感测元件，由两种膨胀系数不同的金属片碾压而成。当串联在电动机定子绕组中的热元件有电流流过时，热元件产生的热量使双金属片伸长，由于膨胀系数不同，致使双金属片发生弯曲。电动机正常运行时，双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作。当电动机过载时，流过热元件的电流增大，再加上时间效应，从而使双金属片的弯曲程度加大，最终使双金属片推动导板而使热继电器的触头动作，切断电动机的控制电路。

热继电器由于存在热惯性，当电路短路时不能立即动作而使电路断开，因此不能用做短路保护。同理，在电动机起动或短时过载时，热继电器也不会马上动作，从而可避免电动机不必要的停车。

2）热继电器的分类及常见规格 热继电器按热元件数分为两相和三相结构。三相结构中又分为两种，即带断相保护装置型和不带断相保护装置型。

（1）JR16和JR16D：后者是带断相保护型，目前使用较多。其额定电流主要有3个规格，即20A、60A和150A，热元件电流值为0.25～160A。特点是带断相保护和温度补偿，可手动或自动复位，但没有动作灵活性检查装置及动作后指示装置，目前已属淘汰产品。

（2）JR20 型：额定电流有8 种，范围为6.3 ～630A，热元件电流值为0.1 ～630A。它与JR16的不同之处是带有动作灵活性检查装置和动作指示装置。但这种型号的热继电器质量不太稳定。

（3）T系列：它是从德国引进的，可与B系列交流接触器配套成 MSB 系列电磁起动器，规格品种较多。

（4）3UA系列：这是SIEMENS公司产品，目前国内可由苏州西门子电器有限公司生产。3UA59 系列是63A以下产品，使用较为广泛。

热继电器的型号含义和图形符号如图1-35所示。

3）热继电器的选择 选用热继电器时，必须了解被保护对象的工作环境、起动情况、负载性质、工作制及电动机允许的过载能力。选择原则是热继电器的保护特性位于电动机过载特性之下，并尽可能接近。

（1）热继电器的类型选择：若用热继电器作为电动机缺相保护，应考虑电动机的接法。对于接法的电动机，当某相断线时，其余未断相绕组的电流与流过热继电器电流的增加比例相同。一般的三相式热继电器，只要整定电流调节合理，是可以对接法的电动机实现断相保护的；对于△接法的电动机，某相断线时，流过未断相绕组的电流与流过热继电器的电流增加比例则不同，也就是说，流过热继电器的电流不能反映断相后绕组的过载电流。因此，一般的热继电器，即使是三相式也不能为△接法的三相异步电动机的断相运行提供充分保护。此时，应选用三相带断相保护的热继电器。带断相保护的热继电器的型号后面有 D、T或3UA字样。

（2）热元件的额定电流选择：应按照被保护电动机额定电流的1.1～1.15 倍选取热元件的额定电流。

（3）热元件的整定电流选择：一般将热继电器的整定电流调整为等于电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件的整定值调整到电动机额定电流的0.6～0.8 倍；对起动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流应调整到电动机额定电流的1.1 ～1.15 倍。

3. 其他保护电器

1）电流继电器 电流继电器是通过电路中电流的变化而起保护作用的保护电器。在使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小，不会影响电路的正常工作。常用的有欠电流继电器和过电流继电器两种。

欠电流继电器在正常工作时衔铁是吸合的，当通过其的电流降到某一值时（一般为额定电流的20 %～30 %），衔铁释放，带动触点动作并输出信号，起到了欠电流保护的作用。

过电流继电器在正常工作时不动作，当通过的电流超过某一整定电流值时继电器吸合，带动触点动作并输出信号，起到了过电流保护的作用。

在机床电气控制电路中，JL14、JL15、JL9、JL10 等型号的电流继电器用的较多。

电流继电器的图形符号和文字符号如图1-36所示。

2）电压继电器 电压继电器是通过电路中电压的变化而起保护作用的保护电器。在使用时，电压继电器的线圈和被保护的设备并联，其线圈匝数多而线径细。常用的有欠电压继电器、过电压继电器和零电压继电器。

（1）过电压继电器在电路电压为其额定电压的105%～ 120%以上吸合动作，起到了过电压保护的作用。

（2）欠电压继电器正常时吸合，当电路电压减小到其额定值的30%～ 50%时释放，起到了欠电压保护的作用。

（3）零电压继电器在电路电压降到其额定值的25%时释放，起到了零电压保护的作用。

在机床电气控制电路中，JT3、JT4 型号的电压继电器用的较多。

电压继电器的图形符号和文字符号如图1-37所示。

论题7 电气控制电路图的认知

各种机床或机械设备都有不同的电气控制电路，要准确而迅速地排除机床或机械设备的电气控制电路的故障，必须熟悉它们的工作原理。

众所周知，机床电气控制电路主要由各种电气元件（如开关、按钮、接触器等）和电动机等用电设备，按某种要求用导线连接而成的。为了表达电气控制系统的组成和功能、电气设备的工作原理，以及设计、装修和维护的使用信息，需要用统一的工程语言，即用工程图的形式来表达，这种工程图就是电气工程图（简称电气图）。为使电气图更加简明、更具有通用性，电气图必须使用国家规定的统一的图形符号和文字符号，并按国家电气制图标准来绘制。

1. 电路图中的代表符号和接线端子

电路图中的代表符号分为图形符号和文字符号两种。

1）图形符号 为了在电路图中描述和区分这些电气元件和电气设备的名称、功能、特征、相互关系及电气连接情况等，要逐一画出它们的实物图是不可能的，一般都是用一些简单的图形符号来表示的。

用于电路图中表示一个设备（如电动机）、元器件（如开关）或一个概念（如接地）的图形、标志或字符的符号称为图形符号。

2）文字符号 为了更明确地区分不同的设备、元器件，特别是区分同类设备或元器件中不同功能的设备或元器件，还必须在图形符号旁标注相应的文字符号。

文字符号通常由基本符号、辅助符号和数字组成。

（1）基本文字符号：基本文字符号分为单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类，如“K”表示接触器、继电器等这一大类电器；双字母符号由一个表示大类的单字母后跟着另一个表示该器件某些特性的字母组成，如“KM”表示接触器，“KT”表示时间继电器等。

（2）辅助文字符号：辅助文字符号是用于进一步表示电气设备、装置、元器件及线路的功能、状态和特性的。通常用英文的缩写或前一两个字母来表示，如“DC”表示直流，“ON”表示闭合等。

电路图中常用电器的图形符号和基本文字符号及辅助符号见附录A。

（3）文字符号的组合：文字符号的组合形式一般是由基本符号（或辅助符号）加数字符号组成，如“KA1”表示第1个中间继电器，“FR2”表示第2个热继电器。

（4）特殊用途文字符号：电路图中一些特殊用途的接线端子、导线等，通常采用一些专用文字符号来表示，如“L1、L2、L3、N”表示三相交流电源的第1相、第2相、第3相及中性线；“PE”表示保护接地等。

常用的一些特殊文字符号可查阅相关标准。

3）接线端子标志 电路图中各电器的接线端子用字母和数字符号标志。国家规定：三相电动机绕组的首端用 U1、V1、W1标志，其尾端用 U2、V2、W2标志，其中间抽头用U3、V3、W3标志等。

控制电路各线号采用数字编号，标注方法按“等电位”原则进行，其顺序一般为从左到右、从上到下，凡是被线圈、触头、电阻、电容等元件所隔离的接线端子，都应标以不同的线号。

2. 电路图的定义及种类

常用于机床设备的电气工程图有以下3种。

1）电路图 电路图是用图形符号和文字符号按工作顺序详细表示电路、设备控制系统的基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。电路图主要表示电气控制系统的工作原理，所以又称为电气原理图（新的国家标准称为电路图）。其用途有：帮助详细理解电路、设备或成套装置及其组成部分的工作原理；为测试和寻找故障提供信息；作为编制接线图的依据。因此，无论在设计部门还是生产现场，电路图都得到广泛的应用。

2）电器位置图 电器位置图是表示各项目（如元器件、组件、成套设备等）在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置的图。各项目的安装位置是由机械结构和工作要求决定的，如电动机要与被拖动的机械部件在一起；行程开关应放在要取得信号的地方；操作元件放在便于操作的地方；一般电气元件应放在控制柜内等。另外，图中各项目的文字符号必须与有关电路图中的符号相同。

3）电器接线图 电器接线图是实际接线的依据和准则，也是检查电路和维修不可或缺的技术文件。根据表达对象和用途的不同，接线图有单元接线图、互连接线图和端子接线图等。图中一般表示的内容有项目的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线截面积、屏蔽或导线胶合等。

绘制接线图时应把各电气元件的各个部分（如触头与线圈）画在一起；文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电路图一致。

接线图上所有表示的电气连接，一般并不表示其实际的走线，在实际配线时，由操作者根据经验选择最佳途径。

3. 绘制电路图的基本规则

下面结合图1-38说明绘制电路图的基本规则。

（1）电路图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路就是从电源到电动机定子绕组的大电流通过的路径，用粗实线表示，画在图的左边（或上边）；辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等（也有主、控等电路的分法），它由接触器的线圈和辅助触头、按钮、照明灯等电气元件组成，用细实线表示，画在图的右边（或下边）。

（2）电路图中，各电气元件都采用国家规定的统一标准的图形符号来画，文字符号也必须符合国家标准。属于同一电器的线圈和触头，都要用同一文字符号表示。当使用多个相同类型的电器时，可在文字符号后加注阿拉伯数字序号来区分。

（3）电路图中，各电气元件的导电部件如线圈和触头的位置，应根据便于阅读和分析的原则来安排，绘在它们完成作用的地方。同一电器元件的各个部件可以不画在同一部分电路中，此时应用文字符号来统一识别。

（4）电路图中，所有电器的触头符号都应按没有通电或没有外力作用时的分断或闭合状态画出，如接触器的触头按其线圈未通电时的状态来画；按钮的触头按其不受外力作用时的状态来画；控制器按手柄处于零位时的状态来画等。

（5）图面区域的划分（见图1-38）。图中下方的自然数列是图区横向编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读分析而划分的区域。图中上方对应下方区域的文字，表明下方对应区域中的元件或电路的功能，以利于理解全电路的工作原理。

（6）在电路图中的接触器或继电器线圈的下方，给出了每个电器所有触头的位置符号图。图中的符号“×”表示未使用的触头；对于接触器的触头位置符号图有3个区域，左栏为主触头所在图区号，中栏为辅助常开触头所在图区号，右栏为辅助常闭触头所在图区号。而对于继电器的触头位置符号图只有两个区域，左栏为常开触头所在图区号，右栏为常闭触头所在图区号。

小结

本章主要介绍了接触器、继电器、低压断路器、刀开关、保护及主令电器等常用低压电器的基本结构、工作原理及其主要参数、型号与图形符号。电气元件的技术参数是选用的主要依据，需要时可查阅产品样本和电工手册。

思考题

（1）拆装常用低压电器，了解其结构和各部件的作用。

（2）灭弧的基本原理是什么？低压电器常用的灭弧方法有哪几种？

（3）熔断器有哪些用途？一般应如何选用？在电路中应如何连接？

（4）刀开关、万能转换开关的作用是什么？它们分别如何选择？

（5）交流接触器主要由哪些部分组成？在运行中，交流接触器有时会产生很大的噪声，试分析产生该故障的原因。

（6）交流电磁线圈误接入直流电源，或者直流电磁线圈误接入交流电源，会出现什么情况？为什么？

（7）交流接触器的主触头、辅助触头和线圈各接在什么电路中？应如何连接？

（8）什么是继电器？它与接触器的主要区别是什么？在什么情况下，可用中间继电器代替接触器起动电动机？

（9）空气阻尼式时间继电器是利用什么原理达到延时目的的？如何调整延时时间的长短？

（10）热继电器有何作用？如何选用热继电器？在实际使用中应注意哪些问题？

（11）两相热继电器和三相热继电器能互相代替使用吗？为什么？

（12）低压断路器具有哪些脱扣装置？试分别叙述其功能。

（13）什么是速度继电器？其作用是什么？速度继电器内部的转子有什么特点？若其触头过早动作，应如何调整？