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常用低压电器介绍及基本电路连接一、电器的功能、分类和工作原理二、电气控制中常用电器三、主令电器四、动力线路中常用电器五、智能电器六、基本电路第一节电器的功能、分类和工作原理一、电器的功能电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量）和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气元件或设备。电器的控制作用就是手动或自动地接通、断开电路，“通”称为“开”，“断”也称为“关”。因此，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。1.1电器的功能、分类和工作原理二、电器的分类1．按工作电压等级分（1）高压电器用于交流电压1200V、直流1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。（2）低压电器用于交流50Hz（或60Hz）额定电压为1200V以下、直流额定电压为1500V及以下的电路中的电器，例如接触器、继电器等。2．按动作原理分（1）手动电器人手操作发出动作指令的电器，例如刀开关，按钮等。（2）自动电器产生电磁力而自动完成动作指令的电器，例如接触器、继电器、电磁阀等。3．按用途分（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。（2）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器等。（3）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、转换开关等。（4）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。（5）执行电器用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。三、电磁式电器的基本原理低压电器中大部分为电磁式电器，各类电磁式电器的工作原理基本相同，由检测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）两部分组成。（一）电磁机构1．电磁机构的结构形式电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图1-1和图1-2是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。在常用低压控制电器中大部分为电磁式电器一般由两个基本部分组成：感受部分－电磁机构执行部分－触头系统三、电磁式电器的工作原理电磁式电器结构示意图4—静铁心3—动铁心5—线圈2—动合(常开)触点1—动断(常闭)触点电磁机构触头系统1、电磁式电器的基本组成1-衔铁2-铁心3-吸引线圈图1-1直动式电磁机构1-衔铁2-铁心3-吸引线圈图1-2拍合式电磁机构吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。通入直流电的线圈称直流线圈，通入交流电的线圈称交流线圈。直流线圈通电，铁心不会发热，只有线圈发热，因此线圈与铁心接触以利散热。线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁心和衔铁由软钢或工程纯铁制成。对于交流线圈，除线圈发热外，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，在铁心与线圈之间留有散热间隙，而且把线圈做成有骨架的矮胖型。铁心用硅钢片叠成，以减少涡流。另外，根据线圈在电路中的联接方式可分为串联线圈（即电流线圈）和并联线圈（即电压线圈）。2．电磁机构的工作原理电磁铁工作时，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，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。因此作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力和反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头等产生。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表达。（1）吸力特性电磁机构的电磁吸力F与气隙δ的关系曲线称为吸力特性。电磁吸力可按下式求得式中，F为电磁吸力（N）；B为气隙磁感应强度（T）；S为磁极截面积（m2）。SBF27810当铁心截面积S为常数时，电磁吸力F与B2成正比，也可认为F与气隙磁通φ2成正比。励磁电流的种类对吸力特性有很大影响。对于具有电压线圈的交流电磁机构，设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，若电阻忽略不计，则NfEU44.4fNU44.4式中，U为线圈外加电压；E为线圈感应电动势；f为电压频率；φ为气隙磁通；N为电磁线圈的匝数。当电压频率f、电磁线圈的匝数N和线圈外加电压U为常数时，气隙磁通φ也为常数，则电磁吸力F也为常数，即F与气隙δ大小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，电磁吸力F随气隙δ的减少略有增加。交流电磁机构的吸力特性如图1-3所示。由于交流电磁机构的气隙磁通φ不变，IN随气隙磁阻(也即随气隙δ)的变化成正比变化，所以交流电磁线圈的电流I与气隙δ成正比变化。图1-3交流电磁机构的吸力特性图1-4直流电磁机构的吸力特性对于具有电压线圈的直流电磁机构，其吸力特性与交流电磁机构有所不同。因外加电压U和线圈电阻不变，则流过线圈的电流I为常数，与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律mmRRIN12221)1(mRF故其吸力特性为二次曲线形状，如图1-4所示。（2）反力特性电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图1-5中所示曲线3即为反力特性曲线。1-直流接触器吸力特性2-交流接触器吸力特性3-反力特性图1-5吸力特性和反力特性（3）反力特性与吸力特性的配合为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好，如图1-5所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。(a)结构图图1-6单相交流电磁铁铁心的短路环*1－衔铁2－铁心3－线圈4－短路环3．交流电磁机构上短路环的作用由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的变化，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。因此交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环。短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-6所示。当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2在相位上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1，由Φ1、Φ2产生的电磁吸力为F1、F2，作用在衔铁上的合成电磁吸力是F1+F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪声。图1-6单相交流电磁铁铁心的短路环(b)电磁吸力图（二）触头系统触头（触点）是电磁式电器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。触头按其结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图1-7所示。(a)桥形触头(b)指形触头图1-7触头结构形式图触头按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图1-8所示。(a)点接触(b)线接触(c)面接触图1-8触头接触形式图*（三）灭弧工作原理触点在通电状态下动、静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。1．常用的灭弧方法（1）迅速增大电弧长度电弧长度增加，使触点间隙增加，电场强度降低，同时又使散热面积增大，降低电弧温度，使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电荷容易熄灭。（2）冷却使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。1—动触点2—静触点3—电弧①双断口灭弧(电动力吹弧)双断口灭弧示意图2．常用的灭弧装置（1）电动力吹弧电动力吹弧如图1-9所示。双断点桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能，不用任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。1-静触头2-动触头图1-9电动力灭弧示意图1－磁吹线圈2－绝缘套3－铁心4－引弧角5－导磁夹板6－灭弧罩7－动触头8－静触头(2)磁吹灭弧在触点电路中串入吹弧线圈，如图1-10所示。图1-10磁吹灭弧示意图*两个磁场在电弧下方方向相同（叠加），弧柱上方方向相反（相减）金属栅片灭弧示意图1－金属栅片2－触头3－电弧（3）栅片灭弧灭弧栅是一组薄铜片，它们彼此间相互绝缘，如图1-11所示。1-灭弧栅片2-触点3-电弧图1-11栅片灭弧示意图＊第二节电气控制中常用电器一、低压隔离器低压隔离器是低压电器中结构比较简单、应用十分广泛的一类手动操作电器，品种主要有低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组合而成，故兼有两者的功能，即电源隔离和电路保护功能；可分断一定的负载电流。1．刀开关刀开关：由操纵手柄、触刀、触刀插座和绝缘底板等组成。图1-12为其结构简图。1.2开关电器1、刀开关1—上胶盖2—下胶盖3—触刀座4—触刀5—瓷柄6—胶盖紧固螺帽7—出线端子8—熔丝9—触刀铰链10—瓷底座11—进线端子2、开起式负荷开关（胶壳开关）一、刀开关开起式负荷开关示意图1-静插座2-操纵受柄3-触刀4-支座5-绝缘底板图1-12低压隔离开关结构简图刀开关HD/HS系列1.2开关电器3、封闭式负荷开关（铁壳开关）负荷开关外形图熔断器式刀开关结构示意图4、熔断器式刀开关一、刀开关刀开关的主要类型有：带灭弧装置的大容量刀开关，带熔断器的开启式负荷开关（胶盖开关）、带灭弧装置和熔断器的封闭式负荷开关（铁壳开关）等。刀开关的主要技术参数：额定电压额定电流分断能力选用刀开关时，刀的极数要与电源进线相数相等；刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压；刀开关的额定电流应大于负载的额定电流。刀开关的图形、文字符号如图1-13所示。QSQSQS(a)单极(b)双极(c)三极图1-13刀开关的图形、文字符号2．组合开关组合开关也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的，操作比较轻巧，它的动触头（刀片）和静触头装在封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头数量决定，动触头装在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。组合开关一般在电气设备中用于非频繁地接通和分断电路、接通电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星-三角降压启动等。转换开关的外形及结构转换开关又称组合开关，是一种手动控制电器。外形及结构如图所示。1.2开关电器1－触头座2－隔弧板3－静触头4－动触头5－方轴组合开关示意图二、组合开关组合开关的触头系统图1-14组合开关文字符号1.2开关电器低压断路器又叫自动空气开关或自动开关。特点当电路发生短路、过载、欠电压等故障时，能够自动切断电路，起到保护作用。结构主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成。原理主触点靠操作机构（手动或电动）来闭合。电磁脱扣器起短路保护和过流保护的作用。欠压脱扣器起欠压保护作用。热脱扣器起过载保护的作用。三、低压断路器1—弹簧9—弹簧2—主触点3—传动杆4—锁扣5—轴7—杠杆6—电磁脱扣器8—衔铁10—衔铁11—欠压脱扣器12—双金属片13—发热元件1.2开关电器三、低压断路器欠压脱扣器正常时，衔铁是吸住的；欠压时，衔铁释放往上而顶开锁扣。低压断路器结构示意图电磁脱扣器正常时，衔铁是释放的；短路时，衔铁往上吸而顶开锁扣。热脱扣器正常时，双金属片不弯曲；过载时，双金属片往上而顶开锁扣。1.2开关电器刀开关的图形符号低压断路器的图形符号组合开关的图形符号四、开关的图形符号目录二、熔断器1．熔断器的工作原理和保护特性熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供