低压电器概述

吉林师范大学信息技术学院王立忠制作电器是所有电工器械的简称。凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电现象的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备均称为电器。电器在输配电系统、电力拖动和自动控制系统中，均起着极其重要的作用。它广泛应用于电能的生产；电力的输送与分配；电气网络和电气设各的控制、保护；电路参数的检测和调节；非电现象的转换等方面。随着科学技术的飞速发展，工业、企业自动化程度的不断提高，电器的使用范围日益扩大，品种规格也不断增加，某些产品正在更新换代。同时，电子技术也开始在电器中得到应用。第一章常用低压电器第一节电器的基本知识一、电器的分类电器的用途广泛、职能多样，因而品种规格繁多，构造及工作原理各异。有各种的分类方法。(一)、按工作电压高低分1、高压电器——额定电压3kV及以上的电器。2、低压电器——交、直流电压1200V及以下的电器。低压电器按它在电气线路中的地位和作用可分为低压配电电器和低压控制电器两大类。低压配电电器主要有刀开关、转换开关、熔断器和自动齐关等。低压控制电器主要有接触器、继电器、主令电器和电磁铁等。电器的分类(二)、按动作方式分1、自动切换电器——依靠本身参数的变化或外来信号的作用；自动完成接通或分断等动作。2、非自动切换电器——主要是用手直接操作来进行切换。(三)、按执行功能分1、有触点电器——有可分离的动触点和静触点，利用触点的接触和分离来实现电路的通断。2、无触点电器——没有触点，主要利用晶闸管的开关效应，即导通或截止来实现电路的通断。使用中有触点电器占多数，随着电子技术的发展，无触点电器也日趋广泛。二、低压电器产品标准低压电器产品标准内容通常包括产品的用途、适用范围、环境条件、技术性能要求、试验项目和方法、包装运输的要求等，它是制造厂和用户制造和验收的依据。低压电器标准按内容性质可分为基础标准、专业标准和产品标准三大类。按批准标准的级别则分国家标准(GB)、部标准(JB)和局批企业标准(JB／DQ)三级。三、常用术语(一)、闭合时间开关电器从闭合操作开始瞬间起到所有极的触头都接触瞬间为止的时间间隔。(二)、断开时间开关电器从断开操作开始瞬间起到所有极的触头都分开瞬间为止的时间间隔。(三)、通断时间从电流开始在开关电器一个极流过瞬间起到所有极的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。(四)、分断能力电器在规定的条件下，能在给定的电压下分断的预期分断电流值。(五)、接通能力开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通的预期接通电流值(六)、通断能力开关电器在规定的条件下，能在给定电压下接通和分断的预期电流值。(七)、操作频率开关电器在每小时内可能实现的最高操作循环次数(八)、通电持续率电器的有载时间和工作周期之比常用以百分数表示。(九)、机械寿命机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承受的负载操作循环次数。(十)、电气寿命在规定的正常工作条件下，机械开关电器不需要修理或更换零件的负载操作循环次数。第二节低压开关低压开关主要用作隔离、转换以及接通和分断电路用。多数作为机床电路的电源开关、局部照明电路的控制，有时也可用来直接控制小容量电动机的启动、停止和正反转控制。低压开关一般为非自动切换电器，常用的主要类型有刀开关、转换开关和自动空气开关等。一、刀开关普通刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的低压电器。刀开关的典型结构如图所示。它由操作手柄、动触刀、静夹座、进线座、出线座和绝缘底板组成。推动手柄使动触刀插入静夹座中，电路就会被接通。刀开关的种类很多，介绍两种带有熔断器的常用刀开关。(一)、瓷底胶盖闸刀开关(以下简称闸刀开关)瓷底胶盖闸刀开关又称开启式负荷开关。图为HK系列闸刀开关结构图。它由刀开关和熔断器组合而成，均装在瓷底板上。1、结构：刀开关装在上部，由进线座和静夹座组成；熔断器装在下部，由出线座、熔丝和动触刀组成；动触刀上端装有瓷质手柄便于操作；上下两部分用两个胶盖紧固螺丝固定，将开关零件罩住防止电弧或触及带电体伤人，胶盖上开有与动触刀数(极数)相同的槽，便于动触刀上下运动与静夹座分合操作。1一瓷质手柄2一进线座3一静夹座4一出线座5一上胶盖6一下胶盖7一胶盖固定螺母8一熔丝9一瓷底座2、特点：HK系列闸刀开关不设专门的灭弧装置，仅向用胶盖的遮护以防电弧灼伤人手，因此不宜带负载操作，若带一般性负载操作时，应动作迅速，使电弧较快的熄灭，一方面不易灼伤人手，同时也减少电弧对动触刀和静夹座的灼损。由于这种开关易被电弧灼损，引起接触不良等故障，因此不宜分断有负载的电路，适于接通或断开有电压而无负载电流的电路。但因其结构简单、操作方便、价格便宜，在一般的照明电路和功率小于5．5kW瓦电动机的控制电路中仍可采用。用于照明电路时可选用额定电压220V或250V，额定电流等于或大于电路最大工作电流的两极开关；用于电动机的直接启动时，可选用额定电压380V或500V，额定电流等于或大于电动机额定电流3倍的三极开关。3、安装：对闸刀开关的安装也应加注意，一般说必须垂直安装在控制屏或开关板上，不能倒装，接通状态手柄应该朝上，否则在分断状态闸刀开关有松动落下造成误接通的可能。接线时进线和出线不能接反，否则在更换熔丝时会发生触电事故。4、电气原理图中的符号：闸刀开关在电气原理图中的符号如图所示。二、铁壳开关铁壳开关又称封闭式负荷开关。它是在闸刀开关基础上改进设计的一种开关。其灭弧性能、操作性能、通断能力、安全防护性能等都优于闸刀开关。因外壳多为铸铁或用薄钢板冲压而成，故称为铁壳开关。常用的铁壳开关有HH3、HH4系列，其中HH4系列为全国统一设计产品，可取代同容量的其他系列老产品。外形及结构如图所示。1、组成：铁壳开关主要由触头系统(包括动触刀和得灭厘)、操作机构(包括手柄、转轴、速断弹簧)、熔断器、灭弧装置及外壳构成。2、特点：HH系列铁壳开关的触头和灭弧有两种形式：一种是双断点经形转动式触头，其动触刀为U形双刀片固定在方形绝缘转轴上，静夹座固定在瓷质E形灭弧室上，两断口问还隔有瓷板；另—种是单断点楔形触头，其结构与一般闸刀开关相仿，灭弧室是由钢纸板夹上去离子栅片构成的。铁壳开关配用的熔断器，额定电流为60A及以下者，配用瓷插式熔断器；额定电流为100A及以上者配用无填料封闭管式熔断器。3、操作机构：铁壳开关的操作机构具有以下两个特点：一是采用贮能分合闸方式，这种贮能操作机构是一根一端装在外壳上，另一端扣操作机手柄上的弹簧。当转动操作机手柄使其合闸和分闸时，开始阶段闸刀不动，弹簧拉伸储能，当转到一定角度时，弹簧使触刀插入或离开静夹座，动合速度与手柄操作速度无关。这样以来，大大地提高了开关的合闸和分闸速度，缩短了开关的通断时间，因而也提高了开关的通断能力和降低了触头系统的电气磨损，延长了开关的使用寿命。第二是设有联锁装置，保证开关在合闸状态开关益不能开启，而当开关盖开启时又不能合闸。联锁装置的采用，既有助于充分发挥外壳的防护作用，又保证了更换熔丝等操作的安全。铁壳开关可分为一般用途负荷开关和高分断能力负荷开关两种。额定电流为60A及以下者为一般用途的负荷开关，且有一定的分断能力，可接通、分断4倍额定电流10次，接通分断额定电流不少于5000次。4、铁壳开关使用注意事项（1）、铁壳开关不允许随意放在地面上使用。（2）、操作时要在铁壳开关的手柄侧，不要面对开关，以免意外故障电流使开关爆炸铁壳飞出伤人。（3）、开关外壳应可靠接地，防止意外漏电造成触电事故。三、转换开关转换开关又称组合开关，它实质上也是一种特殊刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直于安装面的平面内向上或向下转动，而转换开关的操作手柄则是在平行于其安装面的平面内向左或向右转动而已。它具有多触头、多位置、体积小、性能可靠、操作方便、安装灵活等特点。多用在机床电气控制线路中作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5kW及以下的小容量异步电动机的正反转和星三角启动。转换开关按操作机构可分为无限位型和有限位型两种，其结构略有不同。(一)、无限位型转换开关无限位型转换开关手柄可以在360度。范围内旋转，无固定方向、无定位限制。常用的是全国统一设计产品HZ10系列，其外形与结构如图所示。它是由多节触片分层组合而成，故又称组合开关。由图中可以看出，开关的动触片和静触片分别装在数层成型的胶木绝缘垫板内，绝缘垫板可以一层一层的堆叠起来，最少的一层，最多的可达六层。通过选择不同类型的动触片，按照不同方式配置动触片和静触片，然后叠起来，可得到30余种接线方案，使用十分方便。动触片由两片磷铜片或硬紫铜片与具有良好消弧性能的绝缘钢纸板铆合而成，它们一起套在附有手柄的方形绝缘转轴上，两个静触片则分置于胶木绝缘垫板边沿上的两个凹槽内。当方轴转动时，便带动动触片与静触片接触或分离，达到接通或分断电路的目的。在转换开关的上部有导板、滑板、凸轮、拉簧及手柄等零件构成的操作机构，该机构由于采用了扭簧贮能，可使开关快速闭合或分断，能获得快速动作，从而提高开关的通断能力，使动静触片的分合速度与手柄旋转速度无关。转换开关在电气原理图中的符号如图所示。(二)、有限位型转换开关有限位型转换开关也叫可逆转换开关或倒顺开关，它只能在90度。范围内旋转，有定位限制，类似双掷开关那样，即所谓两位置转换类型，常用的为Hz3系列。转换开关是根据电源种类、电压等级、所需触头数、接线方式进行选用。应用转换开关控制步电动机的启动、停止时，每小时的接通次数不超过15—20次，开关的额定电流也应选得略一些，一般取电动机额定电流的1．5—2．5倍。用于电动机的正、反转控制时，应当在电动机全停止转动后，方可允许反向启动，否则会烧坏开关触头或造成弧光短路事故。自动空气开关自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集牢制和多种保护功能于一身，除能完成接通和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载卑失压等进行保护，同时也可用于不频繁地启动电动机。自动空气开关具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单；动作值可调、分断能力较高兼顾多种保护功能、动作后不需要更换元件等优点。因此，获得广泛的应用。结构：1、2为自动空气开关的三副主触头(1为动触头、2为静触头)，它们串联在被控制中三相七路中。当按下接通按钮14时，外力使锁扣3克服反力弹簧16的斥力，将固定在锁扣上由的动触头1与静触头2闭合，并由锁扣锁住搭钩4，使开关处于接通状态。当开关接通电源后，电磁脱扣器、热脱扣器及欠电压脱扣器若无异常反应，开关运行正常。当去路发生短路或严重过电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定值，电磁脱扣器6产生足够大的拉力，将衔铁8吸合并撞击杠杆7，使搭钩4绕转轴座5向上转动与锁扣3脱开，锁扣在反力弹簧16的作用下，将三副主触头分断，切断电源。•当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件13产生定的热量，促使双金属片12受热向上弯曲，推动杠杆7使搭钩与锁扣脱开将主触头分件。•欠电压脱扣器11的工作过程与电磁脱扣器恰恰相反。当线路电压正常时，电压脱扣器1•产生足够的吸力，克服拉力弹簧9的作用将衔铁10吸合，衔铁与杠杆脱离，锁扣与搭钩才得以锁住，主触头方能闭合。当线路上电压全部消失或电压下降到某一数值时，欠压脱扣器吸力消失或减小，衔铁被拉力弹簧1、2为自动空气开关的三副主触头(1为动触头、2为静触头)，它们串联在被控制中三相七路中。当按下接通按钮14时，外力使锁扣3克服反力弹簧16的斥力，将固定•在锁扣上由的动触头1与静触头2闭合，并由锁扣锁住搭钩4，使开关处于接通状态。当开关接通电源后，电磁脱扣器、热脱扣器及欠电压脱扣器若无异常反应，开关运行正常。•当去路发生短路或严重过电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定值，电磁脱扣器6产生足够•大的拉力，将衔铁8吸合并撞击杠杆7，使搭钩4绕转轴座5向上转动与锁扣3脱开，锁扣在反力弹簧16的作用下，将三副主触头分断，切断电源。拉开并撞击杠杆，主电路电源被分断。