第5章-常用低压电器教案

第5章常用低压电器（2学时）【教学目的要求】通过教学，使学生了解常用低压电器的相关知识，认识各种常用低压电器，了解继电接触器控制基本原理，并具有基本的分析和电气识图能力。【教学内容】常用控制电器，包括刀开关、按钮、熔断器，交流接触器、热继电器、中间继电器，低压断路器。【教学重点】熟悉常用的控制电器及选用，认识它们的国标文字及图形符号。【基本内容】5.1低压电器的分类凡额定电压低于1000V的控制和保护等电气设备，均称为低压电器。低压电器是控制系统中最常用的电器设备，按其用途可分为控制电器和保护电器。在工业企业中常用的控制电器有闸刀开关、组合开关、按钮、接触器、继电器等；保护电器如熔断器、自动空气开关、热继电器等。它们大都具有接通或断开电路的作用，也就是说，可把它们看成不同性质和用途的开关。按低压电器动作性质又可分为自动电器和手动电器两类。手动控制电器是由工作人员手动操作的，如闸刀开关、组合开关、按钮等；而自动控制电器则是按照指令、信号或某个物理量的变化而自动动作的，如各种继电器、接触器和行程开关等。本章介绍几种常用的低压电器。5.2手动控制电器1闸刀开关闸刀开关广泛用于500V以下的电路中接通和断开小电流电路，或作为隔离电源的明显断开点，以确保检修、操作人员的安全。刀开关的结构简单，主要部分由刀片（动触头）和刀座（静触头）组成。HK系列开启式负荷开关，又称胶盖瓷底刀开关，如图5-1a所示，按极数可分为二极和三极。这种开关结构简单，应用十分广泛。它可用在容量不大的低压电路中，作为不频繁的接通和切断电路之用，也可用来对小容量的电动机作不频繁的直接启动。图中b为刀开关在电路中的符号。图5-1刀闸开关第1页共10页刀开关常作为电源的引人开关，而不用它直接接通或断开较大的负载。也可用于低压配电盘和配电箱上，作为隔离开关使用。在连接刀开关时应该注意，电源线接在刀座上，而负载则接在刀片上。还有一种HH系列封闭式负荷开关，由动触刀，静触座、操作手柄、速断弹簧及熔断器等组合在一起，并装于封闭的铁壳之中，因此又称为铁壳开关。它具有机械联锁装置，合闸后打不开铁壳，打开铁壳后合不上闸，安全可靠，故得到广泛使用。其结构如图5-2所示。图5-2封闭式负荷开关2组合开关组合开关又叫转换开关，它是结构紧凑的手动的控制电器，有单极、双极和三极三种。组合开关的外形及结构如图5-3所示。图示为三极组合开关，共有三组静触头和三个动触头，三对静触头的每个触片的一端固定在绝缘垫板上，另一端伸出盒外，联在接线柱上。三个动触片套在装有手柄的绝缘转轴上，转动转轴就可以把三个触片（彼此相差一定角度）同时接通或断开。第2页共10页a)外形b)接通位置c)断开位置d)表示符号1—静触头2—动触头3—绝缘垫板4—绝缘方轴5—手柄图5-3组合开关组合开关结构紧凑，安装面积小，操作方便，广泛用于机床上，作为引入电源的开关。通常组合开关是不带负载操作的，但也能用来接通和分断小电流的电路，如小容量笼型异步电动机的直接起动及正反转控制，照明电源的接通与分断等。3按钮按钮是一种最简单的手动开关，它可用来接通和断开低电压小电流的控制电路，如接触器、继电器的吸引线圈电路等。按钮的外形和结构及表示符号如图5-4所示。a)外形图b)结构示意图c)表示符号1—按钮帽2—复位弹簧3—常闭触头4—常开触头5—动触头第3页共10页图5-4按钮外形及结构示意图图中1为按钮帽，3、4为静触头，5为动触头。它的动触头和静触头都是桥式双断点式的，上面一对组成常闭触头，而下面一对则为常开触头。当用手按下按钮帽1时，动触头下移，此时上面的常闭触头断开。下面的常开触头接通，所以常闭触头又叫动断触头，常开触头又叫动合触头。当手松开按钮帽时，由于复位弹簧2的作用，使动触头复位，同时常开和常闭触头也都恢复到原来的常态位置。按钮的种类很多，同时具有一对或几对常开与常闭触头的按钮，称为复合按钮。将一个按钮选用其常开触头用于起动电动机，另一个选用其常闭触头用于停止电动机，可组成“起动”和“停止”的双联按钮。同一个按钮中的常开、常闭触头不能同时作为起动和停止同一台电动机用。信号灯按钮的按钮帽中装有信号灯，按钮帽兼作信号灯的灯罩。5.2自动控制电器1行程开关行程开关又称限位开关，是一种自动开关。它能将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变，从而限制机械部件的运动或实现程序控制。（a）(b)图5-5行程开关行程开关的种类很多，但结构大致相同。图5-5为行程开关示意图，其中图a为外型图，图b为内部结构图。行程开关内有一个微动开关，它有一对常开和常闭触头。其工作原理和结构与按钮相似。行程开关一般安装在某一固定的基底上，在被它控制的生产机械的运动部件上装有撞块。在工作时，生产机械运动部件上的撞块碰动滚轮6及摇臂7，进而压下触杆1，使常闭触头3断开而常开触头4闭合，发出通断的信号从而断开或接通某些电路，以达到控制的目的。撞块离开后，靠弹簧2的作用使触头复位。5为接地螺丝。某些行程开关不能靠弹簧的作用自动复位，它就必须依靠两个方向的撞块来回撞击，使行程开关不断地工作。近年来，随着电子工业的迅速发展，电子式无触点行程开关（又叫接近开关）的应用已日益增多。2接触器接触器主要用来频繁接通和分断带有负载的主电路或大容量控制电路，是一种最常用的低压自动控制电器。第4页共10页a）CJ10-10b）CJ10-20c）结构示意图d）表示符号1—吸引线圆2—静铁心3—动铁心（衔铁）4—常开辅助触头5—常闭辅助触头6—常开主触头7—恢复弹簧图5-6CJ10型交流接触器接触器按所控制负载的不同，可分为交流接触器和直流接触器两种。图5-6所示为CJ10型交流接触器的外形和结构示意图。交流接触器是利用电磁吸力而工作的自动电器，一般由电磁铁和触头两部分组成，接触器的动触头固定在衔铁上，静触头则固定在壳体上。当吸引线圈未通电时，接触器所处的状态为常态，常态时互相分开的触头称为常开触头（又称动合触头）；而互相闭合的触头则称为常闭触头（又称动断触头）。当吸引线圈加上额定电压时，产生电磁吸力，将衔铁吸合，同时带动动触头与静触头接通。当吸引线圈断电或电压降低较多时，由于弹簧的作用，使衔铁释放，触头断开，即恢复原来的常态位置。因此，只要控制吸引线圈通电或断电就可以使它的触头接通或断开，从而使电路接通或断开。接触器的触头分主触头和辅助触头两种。主触头的接触面大，并有灭弧装置，所以能通过较大的电流，可以接在主电路中控制电动机的起停。辅助触头的额定电流较小，用来接通和分断小电流的控制电路，如控制接触器的吸引线圈电路等。辅助触头只可以接在控制电路中，即弱电流通过的电路，。20A以上的交流接触器，通常都装有灭弧罩，用以迅速熄灭主触头分断时所产生的电弧，保护主触头不被烧坏。接触器通常用来接通或断开电动机和其它负载电路。当选用接触器时，应注意它的额定电流、线圈电压和触头数量等。接触器的主触头额定电流有5、10、20、40、60，100、150安等多种；其线圈电压有380，220、127、36伏等多种，可根据电动机（或其它负载）的额第5页共10页定容量和控制电路电源来选用。交流接触器新产品常用型号有CJ10系列、CJ12系列等。3继电器继电器是一种传递信号的电器，用来接通和分断控制电路。继电器的输入信号可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、速度、光、油压等非电气量，而输出则都是触头动作。继电器的动作迅速，反应灵敏，是自动化基本元件之一。继电器的种类和形式很多，按其动作原理可分为电磁继电器、热力继电器、速度继电器及压力继电器等，按其反映参数的不同可分为电压、电流、时间、速度、温度等继电器。（1）中间继电器中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路的通断，也可以直接控制小容量电动机或其它电气执行元件。中间继电器的主要结构与接触器基本相同，只是电磁系统较小，触头数目多些。常用的中间继电器有JZ17系列和JZ8系列两种，后者为交直流两用。此外，还有JZX系列小型通用继电器，常用在自动装置中以接通或断开电路。选用中间继电器时，主要考虑电压等级和触头（常开和常闭）数目。（2）时间继电器时间继电器通常用来在需要延时的控制电路中发送信号，其种类很多，有空气式、电磁式、电动式和电子式等。在交流电路中通常采用空气式时间继电器，其结构原理如图5-7所示。图5-7空气式时间继电器它是利用空气阻尼的作用而达到延时的目的。当吸引线圈1通电后就将衔铁2吸下，使衔铁与活塞杆3之间有一段距离。在释放弹簧4的作用下，活塞杆就向下移动，在伞形活塞5的表面固定有一层橡皮膜6。因此当活塞向下移动时，在膜上面造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下降。当空气由进气孔7进入时，活塞才逐渐下降。移动到最后位置时，杠杆8使微动开关9动作。延时时间即为自电磁铁吸引线圈通电时刻起至微动开关动作时为止的这段时间。通过调节螺钉10，来调节进气孔的大小以改变延时时间。当吸引线圈断电后，由于复位弹簧11的作用而迅速复位。空气由出气孔12被迅速排出。图2-7中所示的时间继电器有两个延时触头：一个是通电延时断开的常闭触头，一个是通电第6页共10页延时闭合的常开触头。此外，还有两个瞬时动作的触头，即通电后微动开关13瞬时动作。空气式时间继电器的延时范围大，有0.4~60秒和0.4~180秒两种，其结构简单，但准确度较差。5.3保护控制电器1自动空气开关自动空气开关，又称自动空气断路器，是低压电路中的一种重要保护电器。它可实现短路、过载和欠压等多种保护，也可用于不频繁地启动电动机及控制电路通断等。它的特点是：动作后不需更换元件，工作可靠，运用安全、操作方便，断流能力大（可达数千安以上）。熔断器俗称保险丝，是一种最常用的短路保护电器。图5-8所示为自动空气开关的动作原理图。1—主触头2—锁键3—搭钩4—轴5杠杆6—弹簧7—过电流脱扣器8—欠电压脱扣器9—衔铁10—衔铁11—弹簧12—热脱扣器的双金属片13—热元件图5-8自动空气开关结构示意图自动空气开关的三个主触头接在三相主电路中。在正常情况下，由锁键2和搭钩3组成的脱扣机构锁住，主触头1保持在接通状态。当电路发生短路、过载或欠压等不正常情况时，脱扣器将自动脱扣而切断电路，以实现保护作用。如图所示，一旦发生短路事故时，与主电路串联的过电流脱扣器7的线圈（图中仅画一相）就会产生很大的电磁吸力，把衔铁9吸合，推动杠杆5，从而顶开脱扣机构，使主触头分断。而当电网电压严重下降或全部消失时，欠压脱扣器8的线圈失电，衔铁10释放，也顶开脱扣机构使主触头分断。当过载时，由于热脱扣器的双金属片弯曲，同样将脱扣器顶开，使主触头分断。自动空气开关的结构形式很多，常用的有万能式（框架式）和装置式（塑料外壳式）两种。万能式空气开关能实现过流、欠压等多种保护，广泛用于工业企业、电站和变电所等。装置式空气开关结构紧凑、体积小，其导电部分全部封闭在绝缘的外壳中，故操作与使用都很安全，广泛用于一般电气设备的过流保护。第7页共10页2熔断器熔体（熔丝或熔片）是熔断器的主要部件，它通常是由电阻率较高的易熔合金制成，如铅锡合金丝和青铅合金丝等。熔断器串联在被保护的电路中，当正常运行时，电路中通过额定电流熔体不应熔断。但当电路发生短路故障时，便有很大的短路电流通过熔断器，使熔体发热后立即自动熔断，切断电源，从而达到保护线路和电气设备的目的。熔体熔断后可更换，所以熔断器可多次使用。常用的低压熔断器有以下几种：1．无填料封闭管式熔断器：主要有RM1、RM3、RM10型，其外形及结构如图5-9所示。2．有填料封闭管式熔断器：其熔管内填充石英砂，以加速灭弧。常用的为RTO型。3．插入式熔断器：是一种最常见的熔断器。它有制造成本低、结构简单、外形尺寸小及更换方便等优点，常用来作为照明、控制线路和中、小电动机的短路保护。常用的为RC1型，其结构如图5-10所示。1—导线2—绝缘底板3—装有熔1—瓷盒2—弹性铜片3—导线片绝缘套管4—弹性铜片4—铜片5—熔丝图5-9管式熔断器图5-10插入式熔断器图4．螺旋式熔断器：是一种有填料熔断器