1、一、低壓電器的基礎知識凡是對電能的生產、輸送、分配和使用起控制、調節、檢測、轉換及保護作用的電工器械均可稱為電器。用于交流1200V以下、直流1500V以下電路，起通斷、控制、保護與調節等作用的電器稱為低壓電器。1. 低壓電器的分類低壓電器的功能多、用途廣、品種規格繁多，為了系統地掌握，必須加以分類。1）按電器的動作性質分手動電器人操作發出動作指令的電器，例如刀開關、按鈕等。自動電器不需人工直接操作，按照電的或非電的信號自動完成接通、分斷電路任務的電器，例如接觸器、繼電器、電磁閥等。2）按用途分控制電器用于各種控制電路和控制系統的電器，例如接觸器、繼電器、電動機起動器等。配電電器用于電能的輸送

2、和分配的電器，例如刀開關、低壓斷路器等。主令電器用于自動控制系統中發送動作指令的電器，例如按鈕、轉換開關等。保護電器用于保護電路及用電設備的電器，例如熔斷器、熱繼電器等。執行電器用于完成某種動作或傳送功能的電器，例如電磁鐵、電磁離合器等。3）按工作原理分電磁式電器依據電磁感應原理來工作的電器。如交直流接觸器、各種電磁式繼電器等。非電量控制電器電器的工作是靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器。如刀開關、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器等。2. 電磁式電器電磁式電器類型很多，從結構上看大都由兩個基本部分組成，即：感測部分和執行部分。1）電磁機構電磁機構又稱為磁路系統，其主要作用是將電磁能轉換

3、為機械能并帶動觸頭動作從而接通或斷開電路。電磁機構的結構形式如圖1-1。電磁機構由動鐵芯（銜鐵）、靜鐵芯和電磁線圈三部分組成，其工作原理是，當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，銜鐵獲但足夠的電磁吸力，克服彈簧的反作用力與靜鐵芯吸合。圖1-1電磁機構的結構形式（a）、（d）螺管式（c）、（g）轉動式（b） 、（e）直動式還應指出，在交流電磁機構中，為避免因線圈中交流電流過零時，磁通過零，造成銜鐵抖動，需在交流電磁機構鐵心的端部開槽，嵌入一個銅短路環，以消除振動，確保銜鐵的可靠吸合。如圖1-2所示。圖1-2交流電磁鐵的短路環圖1-3觸頭的結構形式1-銜鐵2-鐵芯3-線圈4-短路環2）觸頭系統觸頭是

4、有觸點電器的執行部分，通過觸頭的閉合、斷開控制電路通、斷。觸頭的結構形式有橋式觸頭和指式觸頭兩種。如圖1-3所示。3）滅弧系統電弧：開關電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于10V,電流超過80mAM,觸頭間會產生藍色的光柱，即電弧。電弧的危害：延長了切斷故障的時間；電弧的高溫能將觸頭燒損；高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；形成飛弧造成電源短路事故。滅弧措施：有吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、利用介質滅弧、改善觸頭表面材1-4所示。料等方法。常采用滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。如圖圖1-4滅弧裝置（a）雙斷口滅弧（b）滅弧罩（c）滅弧柵二、接觸器接觸器是機床電氣控制系統中使用量大、涉及面廣的一

5、種低壓控制電器，用來頻繁地接通和分斷交直流主回路和大容量控制電路。主要控制對象是電動機，能實現遠距離控制，并具有欠（零）電壓保護。1 .結構和工作原理接觸器主要由電磁系統、觸頭系統和滅弧裝置組成，外形和結構簡圖如圖1-5所示。工作原理：接觸器根據電磁工作原理，當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯動的。當電磁線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原，即常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。接觸器的圖形符號、文字符號如圖1-5（b）所示。圖1-5接觸器結構、圖形、文字符號2 .交、直流接觸器的特點接觸器

6、按其主觸頭所控制主電路電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。1）交流接觸器交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分斷交流主電路。當交變磁通穿過鐵芯時，將產生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發熱。為減少鐵損，鐵芯用硅鋼片沖壓而成。為便于散熱，線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上。為防止交變磁通使銜鐵產生強烈振動和噪聲，交流接觸器鐵芯端面上都安裝一個銅制的短路環。交流接觸器的滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。2）直流接觸器直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路。直流接觸器鐵芯中不產生渦流和磁滯損耗，所以不發熱，鐵芯可用整塊鋼制成。為保證散熱良好，通常將線圈繞制成長而薄的圓筒狀。直流接觸器滅弧較難

7、，一般采用滅弧能力較強的磁吹滅弧裝置。3 .接觸器型號及主要技術指標1）型號意義2）主要技術指標額定電壓交流接觸器：127、220、380、500V直流接觸器：110、220、440V額定電流交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V4 .接觸器的使用選擇原則選擇接觸器時應從其工作條件出發，主要考慮下列因素：控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載選用直流接觸器。接觸器的使用類別應與負

8、載性質相一致。主觸頭的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。主觸頭的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。還要注意的是接觸器主觸頭的額定工作電流是在規定條件下（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）能夠正常工作的電流值，當實際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。對于電動機負載可按下列經驗公式計算：KUn式中：IC為接觸器主觸點電流（A）;Pn為電動機額定功率（kW;UN為電動機的額定電壓（V）;K為經驗系數，一般取14.4。吸引線圈的額定電壓應與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85%及以上時才能可靠地吸合。主觸頭和輔助觸頭的數量應能滿足控制系統的需要。三、繼電器繼電器主要用于控制

9、和保護電路中作信號轉換用。它具有輸入電路（又稱感應元件）和輸出電路（又稱執行元件），當感應元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時繼電器動作，執行元件便接通和斷開控制回路。控制繼電器種類繁多，常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度、壓力、計數、頻率繼電器等。電壓、電流繼電器和中間繼電器屬于電磁式繼電器，其結構、工作原理與接觸器相似，由電磁系統、觸頭系統和釋放彈簧等組成。由于繼電器用于控制電路，流過觸頭的電流小，所以不需要滅弧裝置。1） 電磁式繼電器1）電流繼電器電流繼電器的線圈串接在被測量的電路中，以反映電路電流的變化。為了不影響電路工作情

10、況，電流繼電器線圈匝數少，導線粗，線圈阻抗小。電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。欠電流繼電器的吸引電流為線圈額定電流的30%65%,釋放電流為額定電流的10%20%,因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，輸出信號。過電流繼電器在電路正常工作時不動作，當電流超過某一整定值時才動作，整定范圍通常為1.14倍額定電流。在機床電氣控制系統中，電流繼電器主要根據主電路內的電流種類和額定電流來選擇。2） 電壓繼電器電壓繼電器的結構與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電器線圈為并聯的電壓線圈，所以匝數多、導線細、阻抗大。電壓繼電器按動作電壓值的不同，有過電壓繼

11、電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器之分。過電壓繼電器在電壓為額定電壓的110%115%以上時有保護動作；欠電壓繼電器在電壓為額定電壓的40%70%時有保護動作；零電壓繼電器當電壓降至額定電壓的5%25%時有保護動作。3） 中間繼電器中間繼電器實質上是電壓繼電器的一種，它的觸點數多（有六對或更多），觸點電流容量大，動作靈敏。其主要用途是當其它繼電器的觸點數或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數或觸點容量，從而起到中間轉換的作用。中間繼電器主要依據被控制電路的電壓等級、觸點的數量、種類及容量來選用。機床上常用的中間繼電器有交流中間繼電器和交直流兩用中間繼電器。電磁式繼電器的圖形符號一般

12、是相同的，如圖1-7所示。電流繼電器的文字符號為KI,線圈方格中用I>（或IV）表示過電流（或欠電流）繼電器。電壓繼電器的文字符號為KV,線圈方格中用UV（或U=0）表示欠電壓（或零電壓）繼電器。匚）kaKAKA曖圈管肝場點興司做點圖1-7電磁式繼電器的圖形、文字符號2 .時間繼電器時間繼電器是一種用來實現觸點延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與構造不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。機床控制線路中應用較多的是空氣阻尼式時間繼電器，目前晶體管式時間繼電器也獲得了愈來愈廣泛的應用。1）空氣阻尼式時間繼電器2）晶體管式時間繼電器晶體管式時間繼電器具有延時范圍廣、體積小

13、、精度高、調節方便及壽命長等優點，所以發展快，應用廣泛。法;加公用圖1-9晶體管式時間繼電器的外形選擇時間繼電器主要根據控制回路所需要的延時觸點的延時方式、瞬時觸點的數目以及使用條件來選擇。KTd)枇U號時間繼電器的圖形符號如圖1-10所示，文字符號為KT。圖1-10時間繼電器的圖形符號b）通電莢可鬟圖c）斷電延時至陶d）延時閉合常開岫1或延時斷開常閉觸點門延時斷開常開覦點g）延時閉合常閉觸點跑動常開點點i）需朝常閉前點3 .熱繼電器1）熱繼電器的結構及工作原理熱繼電器是利用電流的熱效應原理來保護設備，使之免受長期過載的危害，主要用于電動機的過載保護、斷相保護、三相電流不平衡運行的保護及其他電

14、氣設備發熱狀態的控制。它的結構和原理圖如圖1-11所示。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點三部分組成。當電動機過載時，流過熱元件的電流增大，熱元件產生的熱量使雙金屬片向上彎曲，經過一定時間后，彎曲位移增大，推動板將常閉觸點斷開。常閉觸點是串接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。若要使熱繼電器復位，則按下復位按鈕即可。熱繼電器由于熱慣性，當電路短路時不能立即動作使電路立即斷開，因此不能作短路保護。同理，在電動機起動或短時過載時，熱繼電器也不會動作，這可避免電動機不必要的停車。每一種電流等級的熱元件，都有一定的電流調節范圍，一般應調節到與電動機額定電流

15、相等，以便更好地起到過載保護作用。外形(b)內部結構和原理樂意圖圖1-11熱繼電器的外形和結構、原理圖何(b)圖1-12 熱繼電器的圖形及文字符號熱繼電器的圖形及文字符號如圖1-12所示。2)熱繼電器的使用與選擇熱繼電器的選擇主要根據電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。4 .速度繼電器速度繼電器根據電磁感應原理制成的，用于轉速的檢測，如用來在三相交流異步電動機反接制動轉速過零時，自動斷開反相序電源。速度繼電器常用于銃床和鏈床的控制電路中。圖1-13為其外形、結構和符號圖。外形(b)結構付方圖1-13速度繼電器外形、結構和符號圖1-調節螺釘2-反力彈簧3-常閉觸點4-動觸

16、點5-常開觸點6-返回杠桿7-擺桿8-籠型繞組9-圓環10-轉軸11-轉子據圖知，速度繼電器主要由轉子、圓環(籠型空心繞組)和觸點三部分組成。轉子由一塊永久磁鐵制成，與電動機同軸相聯，用以接受轉動信號。當轉子(磁鐵)旋轉時，籠型繞組切割轉子磁場產生感應電動勢，形成環內電流，此電流與磁鐵磁場相作用，產生電磁轉矩，圓環在此力矩的作用下帶動擺錘，克服彈簧力而順轉子轉動的方向擺動，并撥動觸點改變其通斷狀態(在擺錘左右各設一組切換觸點，分別在速度繼電器正轉和反轉時發生作用)。速度繼電器的動作轉速一般不低于120r/min,復位轉速約在100r/min以下，工作時，允許的轉速高達10003600r/min

17、。速度繼電器的圖形符號如圖圖1-13(c)所示，文字符號為KS5 .固態繼電器固態繼電器(SolidStateRelay)簡稱SSR是70年代中后期發展起來的一種新型無觸點繼電器。由于可靠性高、開關速度快和工作頻率高、使用壽命長、便于小型化、輸入控制電流小以及與TTL、CMO籌集成電路有較好的兼容性等一系列優點，其應用領域正在不斷擴大。固態繼電器是具有兩個輸入端和兩個輸出端的一種四端器件，其輸入與輸出之間通常采用光電耦合器隔離，并稱其為全固態繼電器。圖1-14所示為用固態繼電器控制三相感應電動機線路圖。SSR圖1-14固態繼電器控制三相感應電動機四、熔斷器1 .結構與用途熔斷器的結構一般分成熔

18、體座和熔體等部分。熔斷器是串聯連接在被保護電路中的，當電路電流超過一定值時，熔體因發熱而熔斷，使電路被切斷，從而起到保護作用。熔體的熱量與通過熔體電流的平方及持續通電時間成正比，當電路短路時，電流很大，熔體急劇升溫，立即熔斷，當電路中電流值等于熔體額定電流時，熔體不會熔斷。所以熔斷器可用于短路保護。由于熔體在用電設備過載時所通過的過載電流能積累熱量，當用電設備連續過載一定時間后熔體積累的熱量也能使其熔斷，所以熔斷器也可作過載保護。常用的熔斷器外形如1-15所示。（a）瓷插式（b）螺旋式（c）無填料密封管式（d）有填料密封管式圖1-15熔斷器外形圖2 .類型3 .熔斷器的選擇對熔斷器的要求是：在

19、電氣設備正常運行時，熔斷器不應熔斷；在出現短路時，應立即熔斷；在電流發生正常變動（如電動機起動過程）時，熔斷器不應熔斷；在用電設備持續過載時，應延時熔斷。對熔斷器的選用主要包括類型選擇和熔體額定電流的確定。選擇熔斷器的類型時，主要依據負載的保護特性和短路電流的大小。例如，用于保護照明和電動機的熔斷器，一般是考慮它們的過載保護，這時，希望熔斷器的熔化系數適當小些。所以容量較小的照明線路和電動機宜采用熔體為鉛鋅合金的RC1A系列熔斷器，而大容量的照明線路和電動機，除過載保護外，還應考慮短路時分斷短路電流的能力。若短路電流較小時，可采用熔體為錫質的RCIA系列或熔體為鋅質的RM10系列熔斷器。用于車

20、間低壓供電線路的保護熔斷器，一般是考慮短路時的分斷能力。當短路電流較大時，宜采用具有高分斷能力的RL1系列熔斷器。當短路電流相當大時，宜采用有限流作用的RT0系列熔斷器。熔斷器的額定電壓要大于或等于電路的額定電壓熔斷器的額定電流要依據負載情況而選擇。電阻性負載或照明電路，這類負載起動過程很短，運行電流較平穩，一般按負載額定電流的11.1倍選用熔體的額定電流，進而選定熔斷器的額定電流。電動機等感性負載，這類負載的起動電流為額定電流的47倍，一般選擇熔體的額定電流為電動機額定電流的1.52.5倍。這樣一般來說，熔斷器難以起到過載保護作用，而只能用作短路保護，過載保護應用熱繼電器才行。對于多臺電動機

21、，要求多臺 I FU> ( 1.5 2.5 ) I NMa+Zj I N式中 I FU熔體額定電流（A）, I NMAX最大臺電動機的額定電流（A為防止發生越級熔斷，上、下級（供電干、支線）熔斷器間應有良好的協調配合，為此，應使上一級（供電干線）熔斷器的熔體額定電流比下一級（供電支線）大12個級差。五、低壓開關和低壓斷路器1.閘刀開關1）閘刀開關的作用閘刀開關是一種手動配電電器。主要用來隔離電源或手動接通與斷開交直流電路，也可用于不頻繁的接通與分斷額定電流以下的負載，如小型電動機、電爐等。2）外型與結構圖1-16是它的外形與結構圖，它主要有：與操作瓷柄相連的動觸刀、靜觸頭刀座、熔絲、進線

22、及出線接線座，這些導電部分都固定在瓷底板上，且用膠蓋蓋著。所以當閘刀合上時，操作人員不會觸及帶電部分。膠蓋還具有下列保護作用：將各極隔開，防止因極間飛弧導致電源短路；防止電弧飛出蓋外，灼傷操作人員；防止金屬零件掉落在閘刀上形成極間短路。熔絲的裝設，又提供了短路保護功能。圖1-16閘刀開關外形與結構圖3）閘刀開關技術參數與選擇閘刀開關種類很多，有兩極的（額定電壓250V）和三極的（額定電壓380V）,額定電流由10A至100A不等，其中60A及以下的才用來控制電動機。常用的閘刀開關型號有HK1、HK2系列。正常情況下，閘刀開關一般能接通和分斷其額定電流，因此，對于普通負載可根據負載的額定電流來選

23、擇閘刀開關的額定電流。對于用閘刀開關控制電機時，考慮其起動電流可達（47）倍的額定電流，選擇閘刀開關的額定電流，宜選電動機額定電流的3倍左4）使用閘刀開關時的注意事項將它垂直的安裝在控制屏或開關扳上，不可隨意擱置；進線座應在上方，接線時不能把它與出線座搞反，否則在更換熔絲時將會發生觸電事故；更換熔絲必須先拉開閘刀，并換上與原用熔絲規格相同的新熔絲，同時還要防止新熔絲受到機械損傷；若膠蓋和瓷底座損壞或膠蓋失落，閘刀開關就不可再使用，以防止安全事故。2 .鐵殼開關1-刀式觸頭2-夾座3-熔斷器4-速斷彈簧5-轉軸6-手柄圖1-17鐵殼開關外型與結構圖鐵殼開關也稱封閉式負荷開關圖1-17是它的外形與

24、結構圖。它有安裝在鑄鐵或鋼板制成的外殼內的刀式觸頭和滅弧系統、熔斷器以及操作機構等組成。與閘刀開關相比它有以下特點：1）觸頭設有滅弧室（罩）、電弧不會噴出，可不必顧慮會發生相間短路事故；2）熔斷絲的分斷能力高，一般為5KA,高者可達50KA以上；3）操作機構為儲能合閘式的，且有機械聯鎖裝置。前者可使開關的合閘和分閘速度與操作速度無關，從而改善開關的動作性能和滅弧性能；后者則保證了在合閘狀態下打不開箱蓋及箱蓋未關妥前合不上閘，提高了安全性；4）有堅固的封閉外殼，可保護操作人員免受電弧灼傷。鐵殼開關有HH3、HH3、HH10、HH11等系列，其額定電流由10A到400A可供選擇，其中60A及以下的

25、可用于異步電動機的全壓起動控制開關。用鐵殼開關控制電加熱和照明電路時，可按電路的額定電流選擇。用于控制異步電動機時，由于開關的通斷能力為4Ie,而電動機全壓起動電流卻在（47）額定電流以上，故開關的額定電流應為電動機額定電流的1.5倍以上。3 .低壓斷路器4 ）低壓斷路器的用途低壓斷路器又稱自動空氣開關。分為框架式DW系列（又稱萬能式）和塑殼式DZ系列（又稱裝置式）兩大類。主要在電路正常工作條件下作為線路的不頻繁接通和分斷用，并在電路發生過載、短路及失壓時能自動分斷電路。2）DZ系列斷路器的結構和工作原理斷路器由觸頭系統、滅弧室、傳動機構和脫扣機構幾部分組成。如圖1-18所示。圖1-18DZ系

26、列斷路器結構圖1-主觸頭2-自由脫扣器3-過電流脫扣器4-分勵脫扣器5-熱脫扣器6-失壓脫扣器7-按鈕在正常情況下，斷路器的主觸點是通過操作機構手動或電動合閘的。若要正常切斷電路，應操作分勵脫扣器4。自動開關的自動分斷，是由過電流脫扣器3、熱脫扣器5和欠壓脫扣器6完成的。當電路發生短路或過流故障時，過流脫扣器3銜鐵被吸合，使自由脫扣機構的鉤子脫開，自動開關觸頭分離，及時有效地切除高達數十倍額定電流的故障電流。當線路發生過載時，過載電流通過熱脫扣器使觸點斷開，從而起到過載保護作用。若電網電壓過低或為零時，失壓脫扣器6的銜鐵被釋放，自由脫扣機構動作，使斷路器觸頭分離，從而在過流與零壓欠壓時保證了電

27、路及電路中設備的安全。根據不同的用途，自動開關可配備不同的脫扣器。3）漏電斷路器作用：主要用于當發生人身觸電或漏電時，能迅速切斷電源，保障人身安全，防止觸電事故。有的漏電保護器還兼有過載、短路保護，用于不頻繁起、停電動機。工作原理：當正常工作時，不論三相負載是否平衡，通過零序電流互感器主電路的三相電流相量之和等于零，故其二次繞組中無感應電動勢產生，漏電保護器工作于閉合狀態。如果發生漏電或觸電事故，三相電流之和便不再等于零，而等于某一電流值Is。Is會通過人體、大地、變壓器中性點形成回路，這樣零序電流互感器二次側產生與Is對應的感應電動勢，加到脫扣器上，當Is達到一定值時，脫扣器動作，推動主開關

28、的鎖扣，分斷主電路。I圖1-19漏電斷路器六、主令電器常用的主令電器有控制按鈕、自動控制系統中用于發送控制指令的電器稱為主令電器。行程開關、接近開關、萬能開關等幾種。1 .控制按鈕控制按鈕通常用作短時接通或斷開小電流控制電路的開關。控制按鈕是由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成。通常制成具有常開觸點和常閉觸點的復合式結構，其結構示意圖如圖1-20所示。指示燈式按鈕內可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊急操作。旋鈕式按鈕是用手扭動旋鈕來進行操作的。按鈕帽有多種顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。按鈕主要根據所許的觸點數、使用場合及顏色來進行選擇。1-21。按鈕開關的圖形符號及文字符號如圖圖1-21圖形符號及文字符號按鈕帽2-復位彈簧3-常閉觸頭4-動觸頭5-常開觸頭圖1-20結構示意圖2 -（a）常開觸頭功常閉觸頭復式觸頭3 .轉換開關（組合開關）和萬能轉換開關1）組合開關轉換開關又稱組合開關，圖1-22是HZ10系列組合開關外形與結構圖。轉換開關實質上是一種特殊刀開關，是操作手柄在與安裝面平行的平面內左右轉動的刀開關。只不過一般刀開關的操作手柄是在垂直安裝面的平面內向上或向下轉動，而組合開關的操作手柄則是平行于安裝面的平面內向左或向右轉動而已。多用在機床電氣控制線路中，作為電源的引入開關，也可以用作不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負載