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电机与电气控制技术与实践1项目一常用低压电器的认识与拆装任务一低压电器的基础知识学习目标了解常用低压电器元件的功能、分类和工作原理；学会选择使用低压电器；会进行低压电器元件的检测、接线和简单操作。任务分析了解低压电器的分类和型号表示方法。掌握选择低压电器的一些注意事项。熟悉低压电器的内部结构和工作原理。知识链接电器对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用，是所有电工器械的简称。我国现行标准将工作在交流50Hz、额定电压1200V及以下和直流额定电压1500V及以下电路中的电器称为低压电器。低压电器种类繁多，它作为基本元器件已广泛用于发电厂、变电所、工矿企业、交通运输和国防工业等电力输配电系统和电力拖动控制系统中。随着科学技术的不断发展，低压电器将会沿着体积小、质量轻、安全可靠、使用方便及性价比高的方向发展。一、低压电器的基本知识1.低压电器的分类低压电器的品种、规格很多，作用、构造及工作原理各不相同，因而有多种分类方法。1）按用途分2）按动作方式分3）按有无触点分4）按工作原理分2.低压电器的型号表示法国产常用低压电器的型号组成形式如下：3.低压电器的主要技术数据为保证电器设备安全可靠工作，国家对低压电器的设计、制造制定了严格的标准，合格的电器产品必须具有国家标准规定的技术要求。我们在使用电器元件时，必须按照产品说明书中规定的技术条件选用，低压电器的技术指标主要有以下几项。1）额定电流（1）额定工作电流。（2）额定发热电流。（3）额定封闭发热电流。电机与电气控制技术与实践2（4）额定持续电流。2）额定电压（1）额定工作电压。（2）额定绝缘电压。（3）额定脉冲耐受电压。3）绝缘强度4）耐潮湿性能5）极限允许温升6）操作频率及通电持续率7）机械寿命和电气寿命4.选择低压电器的注意事项二、电磁机构及触头系统低压电器一般都有两个基本部分，即感受部分和执行部分。感受部分感受外界信号，并做出反应。自控电器的感受部分大多由电磁机构组成；手动电器的感受部分通常为电器的操作手柄。执行部分根据控制指令，执行接通或断开电路的任务。下面简单介绍电磁式低压电器的电磁机械和触头系统。1.电磁机构电磁机械一般由线圈、铁芯及衔铁等几部分组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类，如图1-1所示。图1-1（a）为衔铁沿轴棱角转动的拍合式铁芯，铁芯材料为电工软铁，主要用于直流电器中。图1-1（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，主要用于触头容量大的交流电器中。图1-1（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯，多用于中、小容量的交流电器中。图1-1常用的电磁机构1）铁芯交流电磁机械和直流电磁机构的铁芯有所不同，直流电磁机械的铁芯为整体结构，以增加磁导率和增强散热；交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少铁芯中产生的涡流。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时电磁吸力不足使衔铁振动。2）线圈线圈是电磁机构的心脏，按接入线圈电源种类的不同，可分为直流线圈和交流线圈。根据励磁的需要，线圈可分串联和并联两种，前者称为电流线圈，后者称为电压线圈。从结构上看，线圈可分为有骨架和无骨架两种。交流电磁机械多为有骨架结构，主要用来散发铁芯中的磁滞和涡流损耗产生的热量，直流电磁机构的线圈多为无骨架的。（1）电流线圈。通常串接在主电路中，如图1-2所示。电流线圈常采用扁铜条带或粗铜线绕制，匝数少，电阻小。衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小，衔铁动作不改变线圈中的电流大小。电机与电气控制技术与实践3图1-2电流线圈（2）电压线圈。通常并联在电路中，如图1-3所示。电压线圈常采用细铜线绕制，匝数多，阻抗大，电流小，常用绝缘较好的电线绕制。图1-3电压线圈（3）交流电磁铁的线圈。线圈形状做成矮胖型。（4）直流电磁机构的线圈。线圈形状做成瘦长型。3）工作原理当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使衔铁与铁芯闭合，由连接机械带动相应的触头动作。4）短路环的作用交流电磁机械一般都有短路环，其作用是将磁通分相，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。2.触头系统触头亦称触点，是电磁式电器的执行部分，用来接通或断开电路的作用。因此，要求触头导电导热性能好，通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触头表面电镀锡、银或镍。对于一些特殊用途的电器如微型继电器和小容量的电器，触头采用银质材料制成。触头闭合且有工作电流通过时的状态称为电接触状态，电接触状态时触头之间的电阻称为接触电阻，其大小直接影响电路工作情况。若接触电阻较大，电流流过触头时造成较大的电压降，这对弱电控制系统影响较严重。同时电流流过触头时电阻损耗大，将使触头发热导致温度升高，严重时可使触头熔焊，这样既影响工作的可靠性，又降低了触头的寿命。触头接触电阻大小主要与触头的接触形式、接触压力、触头材料及触头表面状况等有关。1）按其接触形式分2）按控制的电路分3）按原始状态分3.电弧的产生与熄灭1）电弧的产生2）电弧的分类电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。3）电弧产生的原因（1）强电场放射。（2）撞击电离。（3）热电子发射。（4）高温游离。电机与电气控制技术与实践44）灭弧的基本方法（1）快速拉长电弧，以降低电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧，从而熄灭电弧。（2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度，使离子运动速度减慢，离子复合速度加快，从而使电弧熄灭。（3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧，加快离子复合速度，使电弧熄灭。（4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降。交流电弧主要是电流过零点后如何防止重燃的问题，这使交流电弧比较容易熄灭；而直流电流没有过零的特性，产生的电弧相对不容易熄灭，因此一般还需附加其他灭弧措施。5）常用的灭弧装置（1）桥式结构双断口触头灭弧。（2）磁吹灭弧装置。（3）栅片灭弧装置。（4）灭弧罩灭弧装置。任务二低压开关学习目标正确认识低压开关（刀开关、低压断路器和漏电保护开关）；了解各种低压开关的功能、基本结构和工作原理；学会选择使用各种低压开关；会进行各种低压开关的检测、接线和故障维修等简单操作。任务分析了解各种低压开关在实际生产中的应用。熟悉各种低压开关的功能、基本结构和工作原理。会安装和检修各种低压开关。知识链接一、刀开关刀开关也称闸刀开关，它的种类很多，是结构最简单且应用最广泛的一种低压电器。它由操作手柄、触刀、静插座和绝缘地板组成。为保证刀开关合闸时触刀与插座良好接触，触刀与插座之间应有一定的接触应力。刀开关按极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方向可分为单掷和双掷；按灭弧情况可分为有灭弧罩和无灭弧罩等。常用的刀开关有胶盖刀开关和铁壳开关。1.胶盖刀开关1）刀开关的结构和用途胶盖刀开关又称开启式负荷开关，由瓷底座、静触头、触刀、瓷柄和胶盖等构成。其结构简单，价格低廉，常用作照明电路的电源开关，也可用来控制5.5kW以下异步电动机的起动与停止。因其无专门的灭弧装置，故不宜频繁分、合电路。图1-5所示为HK系列负荷开关的结构，图1-6所示为其图形符号。图1-5HK系列刀开关结构图电机与电气控制技术与实践5图1-6刀开关图形、文字符号刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，避免由于重力自动下落，引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样断开后，刀开关的触刀与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。2）刀开关的类型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。常用的产品有：HD11～HD14和HS11～HS13系列刀开关，HK1、HK2系列胶盖开关，HH3、HH4系列铁壳开关。刀开关按刀数的不同分有单极、双极、三极等几种。刀开关的型号标志组成及其含义如下：HD单掷刀开关设计序号/额定电流极数HS双掷刀开关设计序号/额定电流极数HK2开启式负荷开关设计序号额定电流(A)HH10封闭式负荷开关设计序号额定电流(A)/极数3）刀开关的主要技术参数刀开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳定电流等。（1)通断能力是指在规定条件下，能在额定电压下接通和分断的电流值。（2)动稳定电流是指电路发生短路故障时，刀开关并不因短路电流产生的电动力作用而发生变形、损坏或触刀自动弹出之类的现象，这一短路电流(峰值)即称为刀开关的动稳定电流。（3)热稳定电流是指电路发生短路故障时，刀开关在一定时间内(通常为1s)通过某一短路电流，并不会因温度急剧升高而发生熔焊现象，这一最大短路电流称为刀开关的热稳定电流。表1-1列出了HK1系列胶盖开关的技术参数。近年来中国研制的新产品有HD18、HD17、HSl7等系列刀形隔离开关，HG1系列熔断器式隔离开关等。表1-1HK1系列胶盖开关的技术参数额定电流值/A极数额定电压值/V可控制电动机最大容量值/kW触刀极限分断能力(cosφ=0.6)/A熔丝极限分断能力/A配用熔丝规格熔丝成分/%熔丝直径/mm220V380V铅锡锑152220——3050098111.45~1.59302220——6010002.30~2.52602220——90150098113.36~4.001523801.52.2305001.45~1.593023803.04.06010002.30~2.526023804.45.59015003.36~4.004）刀开关的选用安装和使用胶盖刀开关时应注意下列事项：（1）电源进线应接在静触头一边的进线端（进线座应在上方），用电设备应接在动触头一边的出线端。这样，当开关断开时，闸刀和熔体均不带电，以保证更换熔体时的安全。（2）安装时，刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装和平装，以防止闸刀松动落下时误合闸。（3）排除熔丝熔断故障后，应特别注意观察绝缘瓷底和胶盖内壁表面是否附有一层金属粉粒，这些电机与电气控制技术与实践6金属粉粒会造成绝缘部分的绝缘性能下降，致使在重新合闸送电的瞬间，可能造成开关本体相间短路。因此，应将内壁的金属粉粒清除后，再更换熔丝。（4）负荷较大时，为防止出现闸刀本体相间短路，可与熔断器配合使用。将熔断器装在闸刀负荷一侧，闸刀本体不再装熔丝，在应装熔丝的接点上装与线路导线截面相同的铜线。此时，开启式负荷开关只做开关使用，短路保护由熔断器完成。5）刀开关常见故障的处理方法刀开关的常见故障及其处理方法见表1-2。表1-2刀开关的常见故障及其处理方法故障现象产生原因修理方法合闸后一相或两相没电1.插座弹性消失或开口过大2.熔丝熔断或接触不良3.插座、触刀氧化或有污垢4.电源进线或出线头氧化1.更换插座2.更换熔丝3.清洁插座或触刀4.检查进出线头触刀和插座过热或烧坏1.开关容量太小2.分、合闸时动作太慢造成电弧过大，烧坏触点3.夹座表面烧毛4.触刀与插座压力不足5.负载过大1.更换较大容量的开关2.改进操作方法3.用细锉刀修整4.调整插座压力5.减轻负载或调换较大容量的开关封闭式负荷开关的操作手柄带电1.外壳接地线接触不良2.电源线绝缘损坏碰壳1.检查接地线2.更换导线2.铁壳开关铁壳开关又称为封闭式负荷开关、负载开关。其早期产品都的一个铸铁的外壳，如今这种外壳已被结构轻巧、强度更高的薄钢板冲压外壳所取代。铁壳开关一般用在电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，作为非频繁接通和分断电路使用，其中容量较小者，还可用做异步电动非频繁全电压起动的控制开关。铁壳开关由触刀、熔断器、操作机构和铁外壳构成。图1-7所示为HH系列封闭式负荷开关的结构图。从图1-7中可以看到，三把触刀固定于一根绝缘的轴上，由手柄操作。为保证安全，铁壳与操作机构装有机械联锁，即盖子打开时开关不能闭合，开关闭合时盖子不能打开。操作机构中，在手柄转轴与底座之间装有速断弹簧，能使开关快速接通与断开，而开关的通