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常用低压电器
一、实训理论基础
低压电器是组成成套电气设备的基础元件。在实际应用当中，所选用的低压电器直接决定控制系统的优劣。因此，作为从事电气工程技术的人员必须熟悉常用低压电器的用途、结构、基本工作原理、型号与规格，并能正确的选择、使用与维修。
低压电器通常是指工作在交流电压 1200V 及以下、直流电压 1500 V 及以下的电路中，根据外界的信号和使用要求，通过一个或多个元件的组合，能手动或自动分合的起通断、控制、保护或调节作用的电器设备，如按钮、继电器、接触器等。低压电器是电力拖动自动控制系统中的基本组成元件。
（一）熔断器
1 、熔断器的基本结构和工作原理
熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。简言之，熔断器是一种利用熔化作用而切断电路的保护电器。其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体，串联在被保护的电路中。在正常情况下，熔体相当于一根导线，当发生短路或过载时，电流很大，熔体因过热熔化而切断电路。
熔断器结构上主要由熔体和熔壳两部分组成，它们的外形结构和图形文字符号如下图所示，其中图 4.1 为 RC 型瓷插式熔断器，图 4.2 为 RL 型螺旋式熔断器，图 4.3 为熔断器的图形文字符号。
图 4.1 瓷插式熔断器
1- 瓷底座 2- 动触点 3- 熔体 4- 瓷插件 5- 静触点
图 4.2 螺旋式熔断器
1- 瓷底座 2- 熔体 3- 瓷帽 4- 熔断指示器
图 4.3 熔断器的图形文字符号
熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，流过熔体的电流小于或等于它的额定电流。由于熔体发热温度尚未达到熔体熔点，所以熔体不会熔断，电路仍保持接通。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护的目的。电流越大，熔断速度越快。
2 、熔断器的主要技术参数
在选配熔断器时，经常需要考虑以下几个参数：
① 、额定电压 熔断器的额定电压是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，它取决于线路的额定电压，其值一般等于或大于电器设备的额定电压。
② 、额定电流 熔断器的额定电流是指熔断器长期工作时，各部件温升不超过规定值时所能承受的电流。熔断器的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多。
③ 、熔体的额定电流 是指长期通过熔体而不熔断的最大电流值。
④ 、熔体的熔断电流 是指通过熔体并使其熔化的最小电流值。
⑤ 、极限分断能力 是指熔断器在规定的额定电压和功率因素的条件下，能分断的最大短路电流值，在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也是反映了熔断器分断短路电流的能力。
（二）低压开关
低压开关主要是指刀开关以及转换开关，常用作不频繁地接通或分断控制线路或直接控制小容量电动机。也可用来隔离电源，而起到保护作用。
1 、刀开关
刀开关是一种结构简单，应用十分广泛的手动电器。主要用在低压成套配电装置中，作为不频繁地手动接通和分断交直流电路或作隔离开关用。有时也可用来通断较小工作电流，作为照明设备和小型电动机作不频繁操作的电源开关用。当刀开关有灭弧罩，并用杠杆操作时，也可接通或分断额定电流。
刀开关的典型结构如图 4.4 所示，它由手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。刀开关接极数分为单极、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 4.4 刀开关典型结构
1- 静插座 2- 手柄 3- 触刀 4- 铰链 5- 绝缘底板
（ 1 ）、胶盖瓷底刀开关 ( 开启式负荷开关 ) 它属于最常见的刀开关，图 4.5 所示为二极
刀开关的结构示意图。图 4.6 所示为刀开关的图形和文字符号，在开关的一般符号中，上部竖线代电源进线端，下部竖线代表电源出线端，中部斜线代表闸刀，虚线表示机械联接。
图 4.5 二极刀开关的结构示意图
1- 出线端 2- 熔体 3- 带瓷手柄的闸刀 4- 静插座 5- 瓷底座 6- 胶盖
a) b) c)
图 4.6 刀开关的图形和文字符号
a) 单极 b) 双极 c) 三极
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。常用的刀开关有 HK1 、 HK2 系列胶盖瓷底刀开关，它们的额定电压为交流 380V 、额定电流有 15A 、 30A 和 60A 三种。
2 、组合开关
组合开关又称转换开关，也是一种刀开关，其特点是利用动触头的左右旋转来代替闸刀的推合和拉开，结构紧凑、操作方便，被广泛地用作电源隔离开关以及接通和分断小电流电路。例如直接起动冷却泵电动机，控制机床照明等。
组合开关有单极、双极、三极之分，由若干个动触点及静触点分别装在数层绝缘件内组成。动触点随手柄旋转而改变其通断位置。顶盖部分是由滑板、凸轮、扭簧及手柄等零件构成操作机构。由于该机构使用了弹簧储能机构，从而它能快速接通或分断，提高了产品的通断能力。
常用的组合开关有 HZ5 、 HZ10 和 H ZW （ 3LB 、 3ST1 ）系列。图 4.7 为 HZ10-25/3 型三极转换开关的外形结构图及触头的接通、分断位置图。
图 4.7 HZ10-25/3 型三极转换开关
a) 外形 b) 接通位置 c) 分断位置
1- 电源 2- 负载 3- 动触头 4- 静触头 5- 绝缘垫板
转换开关不能用来分断电动机的故障电流，在控制电动机正反转时，必须在电动机完全停止转动后，方能反向起动。
3 、低压断路器
低压断路器俗称自动空气开关，简称自动开关，是低压配电网中的主要电器开关之一。它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。当电路发生短路、严重过载以及失压等故障时，能自动切断故障电路，有效的保护串接在后的电气设备。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用，又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的开关电器。低压断路器和接触器不同的是允许切断短路电流，但允许操作次数较低。
① 、工作原理
低压断路器主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成，主触点由耐弧合金制成。采用灭弧栅片灭弧，操作机构较复杂，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣，触点通断瞬时动作与手柄操作速度无关。
低压断路器的工作原理如图 4.8 所示。断路器的主触点 1 是靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自动脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开，于是主触点在弹簧的作用下迅速分断。当过电流时衔铁 11 吸合，欠电压时衔铁 7 释放，过载时双金属片 10 弯曲，三者都通过杠杆 5 使搭钩 3 脱开，由主触点 1 切断电路，从而达到保护电路的目的。
图 4.8 低压断路器工作原理
1- 触点 2- 锁键 3- 搭钩 4- 转轴 5- 杠杆 6- 弹簧 7- 衔铁 8- 欠电压脱扣器
9- 加热电阻丝 10- 热脱扣器双金属片 11- 衔铁 12- 过电流脱扣器 13- 弹簧
② 、低压断路器的主要技术参数
额定电压：额定电压在数值上取决于电网的额定电压等级。同一断路器可以规定在几种额定电压下使用，但相应的通断能力并不相同。
额定电流：断路器的额定电流就是过电流脱扣器的额定电流，一般是指断路器的额定持续电流。
通断能力：在规定的条件下，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。
分断时间：指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。
( 三 ) 主令电器
主令电器是电气自动控制系统中用于发送或转换控制指令的电器，是一种用于辅助电路的控制电器。主令电器的种类很多，常用的主令电器有控制按钮、位置开关、主令控制器、万能转换开关等。
1 、控制按钮
控制按钮简称按钮，俗称电钮。在低压控制电路中，是用来发出控制指令和信号的电器开关，是一种手动且一般可以自动复位的主令电器。用于手动发出控制信号，操纵接触器、继电器或电气联锁电路，以实现对生产机械各种运动的控制。
控制按钮的结构如图 4.9 所示。它由按帽 1 、复位弹簧 2 、动触点 3 、动断静触点 4 、动合静触点 5 和外壳组成，通常制成具有动合触点和动断触点的复式结构。指示灯或按钮内可装入信号灯。
图 4.9 控制按钮的结构
1- 按帽 2- 复位弹簧 3- 动触点 4- 动断静触点 5- 动合静触点
按照控制按钮的用途和触点配置情况，可把控制按钮分为动合的起动按钮、动断的停止按钮和复合按钮三种。对于复合按钮它有两对触头：一对动断触头、一对动合触头，其触头的动作规律是：先断后合。如果只使用其中的一对触头，便成为动合的起动按钮或动断的停止按钮。
控制按钮的结构形式也有很多种，适用于不同的场合。装有突出的蘑菇型钮帽的一般属于紧急式，以便于紧急操作，旋钮式用于旋转操作等。另外，为了标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将钮帽做成不同的颜色以示区别。在实际应用当中，一般以红色表示停止按钮绿色表示起动按钮，见表 4.1 。
表 4.1 按钮颜色及含义
颜色 含 义 典 型 应 用
红色 危险情况下的操作 紧急停止
停止或分断 全部停机。停止一台或多台电动机，停止一台机器某一部分，使电器元件失电，有停止功能的复位按钮
黄色 应急、干预 应急操作，抑制不正常情况或中断不理想的工作周期
绿色 起动或接通 起动，起动一台或多台电动机，起动一台机器的一部分
蓝色 上述几种颜色即红、黄、绿色未包括的任一种功能
黑色
灰色
白色 无专门指定功能 可用于“停止”和“分断”以外的任何情况
2 、位置开关
位置开关根据输入信号是否与其直接接触，可以分为行程开关和接近开关两大类，在这里只扼要介绍行程开关。
行程开关又称限位开关，是依据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器，广泛用于各类机床和起重机械中用以控制这些机械的行程。其基本结构可以分为三个主要部分：摆杆（操作机构）、触头系统和外壳。其中摆杆形式主要有直动式、杠杆式和万向式三种。触头类型有一动合一动断、一动合二动断、二动合一动断，二动合二动断等形式，动作方式可分为瞬动、蠕动、交叉从动式三种。
常用的行程开关有 LX19 、 LX32 、 LX33 和微动开关 LW11 、 LXK3 等系列。
行程开关在选用时，主要根据机械位置对开关型式的要求和控制线路对触点的数量要求以及电流、电压等级来确定其型号。
（四）接触器
当电动机功率稍大或起动频繁时 , 使用手动开关控制既不安全，又不方便，更无法实现远距离操作和自动控制，此时就要用自动电器来代替普通的手动开关。接触器是一种适用于低压配电系统中实现远距离控制、频繁操作交、直流主回路及大容量控制电路的自动控制开关电器。主要用于控制电动机、电热设备、电焊机和电容器组等设备，它是电力拖动自动控制系统中使用最广泛的电器元件之一。接触器具有强大的执行机构、大容量的主触头及迅速熄灭电弧的能力。当系统发生故障时，能根据故障检测元件所给出的动作信号，迅速、可靠地切断电源，并有低压释放功能。
1 、交流接触器的结构及工作原理
接触器由磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构及基座等几部分组成。接触器的基本工作原理是利用电磁原理，通过控制电路的控制和可动衔铁的运动来带动触头控制主电路通断的。
① 磁系统
磁系统由线圈、衔铁和铁心等组成。它能产生电磁吸力，驱使触头动作。在铁心头部平面上装有短路环，其目的是消除交流电磁铁在吸合时可能产生的衔铁振动和噪音。
②、 触头系统
接触器的触头分为两类：主触头和辅助触头。主触头用于接通和分断主电路，通常为三对动合触头；辅助触头用于控制电路，起电气联锁作用，一般有动合、动断触头各两对。对于中小容量的接触器，主触头、辅助触头一般采用直动式双断点桥式结构设计，大容量的主触头采用转动式单断点指型触头。
③ 、灭弧系统
额定电流 20A 以上的接触器，通常都设有陶瓷灭弧罩，其作用是能迅速切断触头在分断时所产生的电弧，以避免发生触头烧毛或熔焊。
④ 、其它部分
包括反力弹簧、触头压力弹片、缓冲弹簧、底座和接线柱等。
交流接触器的工作原理：当线圈通电后，线圈中电流产生大磁场使铁心产生电磁吸力，
将衔铁吸合。衔铁带动触头动作，使动断触头断开、动合触头闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反力弹簧的作用下释放，各触头随之复位。
2 、接触器的主要技术参数
① 、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。交流电压的等级有 127V 、 220V 、 380V 和 500V 。
② 、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。交流电流的等级有 10A 、 20A 、 40A 、 60A 、 100A 、 150A 、 250A 、 400A 和 600A 。
③ 、吸引线圈的额定电压
交流电压的等级有 36V ， 110V ， 220V ， 380V 。
3 、接触器常见故障分析
① 、触头过热
造成触头发热的主要原因有触头接触压力不足、触头接触电阻大、触头表面被电弧灼伤烧毛、触点容量不够等。
② 、触头磨损
由于触头间电弧或电火花的高温造成触头的电气磨损；由于触头闭合时的撞击、触头表面的相对滑动摩擦造成的机械磨损。
③ 、线圈断电后衔铁不释放
主要原因有反作用弹簧力不足、活动部分机械上被卡住、铁心剩磁太大、触点熔焊在一起等。
④ 、衔铁振动噪声
铁心卡住不能完全吸合、短路环断裂、电源电压太低、动静铁心的端面接触不良或有油垢等。
⑤ 、线圈过热或烧毁
动静铁心不能完全吸合、线圈匝间短路、操作频繁、外加电压高于线圈额定电压。
⑥ 、不能吸合或吸合但不能保持
一般是由于触头接触电阻太大所致。
⑦ 、灭弧困难
此故障多发生在灭弧系统，主要原因有灭弧罩受潮、破碎，灭弧线圈匝间短路，灭弧栅片脱落或损坏等。
（五）继电器
继电器是一种根据特定形式的输入信号，使触点动作、接通或断开控制电路，以实现自动控制和保护电力拖动装置的自动控制电器。它与接触器不同，主要用于反应控制信号，其触点通常接在控制电路中。继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。感测机构把感测到的电量或非电量信号传递给中间机构，将它与预定值（整定值）进行比较，当达到整定值时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开电路。
1 、电磁式继电器
常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。电磁式继电器由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成。
电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流的变化。为了不影响电路的正常工作，电流继电器线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电压继电器是根据线圈两端电压大小而接通或断开电路的继电器，它的线圈与负载并联以反应负载电压，故这种继电器的线圈匝数多、导线细、线圈阻抗大。
中间继电器实质上是属于电压继电器，但它的触头对数多、容量较大，是用来转换控制信号的中间元件。其输入是线圈的通电或断电信号，输出信号为触点的动作。中间继电器的主要用途为：当其它继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数或触头容量。
2 、时间继电器
在电力拖动控制系统中，不仅需要动作迅速的继电器，而且需要当吸引线圈通电或断电以后其触点经过一定延时再动作的继电器，这种继电器称为时间继电器。时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触头延时接通或断开的自动控制电器，主要作为辅助电器元件用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时。在保护装置中用以实现各级保护的选择性配合等。常用的时间继电器有阻尼式、电动式、双金属片式、电子式、可编程式和数字式等。延时方式有通电延时型和断电延时型两种。
3 、热继电器
热继电器是一种具有反时限（延时）过载保护特性的过电流继电器，在电路中用作电动
机的过载保护，也可用于其它电气设备的过载保护。电动机在运行过程中，如果长期过载、频繁起动、欠电压运行或断相运行都可能使电动机的电流超过它的额定值。倘若电动机过载的时间过长，其绕组温升超过了允许值，则将加剧绕组绝缘老化，缩短电动机的寿命，严重时甚至会将电动机绕组烧毁。因此，常用热继电器作为电动机的过载保护以及断相保护。
二、实训要求
1 、熟悉常用低压电器的类型与结构；
2 、掌握常用低压电器的适用场合；
3 、掌握常用低压电器的选用方法；
4 、能够排除常用低压电器的常见故障。
三、实训过程及记录
1 、正确填写下表
名称 常用类型 适用场合 选用方法
熔断器
主令电器
低压开关
交流接触器
继电器
2 、按拆卸 → 检修 →装配→校验的步骤对交流接触器进行拆装及修理，并对此过程进行详细记录。
四、实训考核及成绩评定标准
实训项目 实训要求 配分 评分标准 扣分 得分
电器知识测试 能通过外形识别电器，并能说出其选用方法，而且能根据故障现象分析原因，并回排除 40 ① 识别不出扣 10 分
② 不知用途用法扣 10 分
③ 不会分析和排除故障各扣 10 分
交流接触器拆装和检修 ①拆装方法正确，无零件损坏、丢失和漏装
②通电校验应符合质量要求 40 ①不会拆装或方法不正确扣 20 分
②检修后不能进行通电校验扣 20 分
③通电时有震动或噪声扣 10 分
安全文明生产 ① 必须穿戴劳动防护用品
② 工具仪表摆放规范整齐，仪表完好无损
③ 保持工位文明整洁 20 ①违反安全操作者扣 10 分，发生事故者取消实训资格
② 工具仪表乱丢乱放扣 5 分，损坏仪表扣 10 分
③实训结束场地不清、卫生差扣 5 分
合计
五、实训报告要求
1 、列出整个实训过程的工艺流程；
2 、故障原因分析和处理方法；
3 、认真写出实训体会。 |
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发表于 2011-5-18 23:05:09
发表于 2012-10-24 15:28:39