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控制电器不仅可以用来控制电能的传输、分配、调节和变换，并还可用来对电能的应用过程进行实时监测、故障诊断和安全保护，从而实现电气控制系统的自动化和智能化。常用的机械式控制电器，其通断电流的触点直观可见并可及，因此通常称为有触点控制电器。本章着重介绍常用低压有触点控制电器的基本结构、工作原理、主要功用及其符号，以便正确选用和合理运用控制电器及相关器件组成所需的电气控制系统。1第1章常用有触点控制电器1.1概论是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。低压电器基本知识采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。低压电器：一、低压电器的分类（二）低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。（一）低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。如：刀开关、低压断路器、熔断器等；（三）低压主令电器：用于发送控制指令的电器。如：按钮、主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。（四）低压保护电器：用于对电路及用电设备进行保护的电器。如：熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。（五）低压执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。如：电磁铁、电磁离合器等。1.1.3控制电器的符号控制电器的图形符号和文字符号必须规范绘制与书写，即必须遵循国家标准的相关规定，采用现行新国标制定的符号。国家标准局参照IEC(国际电工委员会)颁布的有关标准，制定了电气设备相关国家标准，GB/T4728.1~.13-1985~2000《电气图用图形符号》和GB/T6988--1997《电、技术用文件的编制》以及GB/T7159-1987《电气技术中的文字符号制订通则》，并且规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形符号和文字符号必须符合最新的国家标准。451.2手动开关手动开关可以用来直接控制负载电路，或者用来发出主令(控制指令)信号，不仅应用广泛，而且结构简单。常用的手动开关有闸刀开关转换开关按钮开关凸轮控制器主令控制器61.2.1闸刀开关常用的闸刀开关有三极(或称三刀)的、两极(或称双刀)的和单极(或称单刀)的，有些闸刀开关还带有熔断器(即兼有短路保护作用)。闸刀开关一般用来通断控制电路的电源，直接用手操纵闸刀开关的手柄进行合闸和断闸操作。闸刀开关的基本结构如图1-1所示，其主要由动刀片、静刀片、手柄、动刀片支座和绝缘底板等组成。动刀片与手柄相连，操作手柄便可使动刀片闭合和分离静刀片，从而通断其所在电路。7图1-1闸刀开关的结构示意图1—手柄2—动刀片3—静刀片4—动刀片支座5—绝缘底板闸刀开关的安装方法及选用：安装闸刀开关时，其手柄向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起的误合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后，动刀片不带电。选用闸刀开关时，其额定电压和额定电流均应大于所控负载电路额定电压与额定电流。此外，闸刀开关的刀片数、通断能力等参数都应符合被控负载电路的要求闸刀开关的图形符号和文字符号如图1-2所示。8图1-2闸刀开关的图形符号和文字符号1.2.2转换开关转换开关亦称组合开关，也是一种刀开关，其刀片是转动式的，操作比较轻便，动片刀(亦称动触点或动触头)和静刀片(亦称静触点或静触头)封装在绝缘体内，并且动刀片同操作手柄转轴相连，随手柄转轴旋转来改变各对刀片(触点)的通断状态。转换开关基于扭簧储能作用，能快速通断动作，因此常用于不太频繁的通断控制电路中，并且还能降低容量，用于直接启停小容量的异步电动机。转换开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等，其定义与闸刀开关对应的技术参数相同。9图1-3转换开关结构及其符号手动开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、通断能力等。1、额定电压是指在规定条件下，保障其安全可靠正常工作所能承受的最大电压值。当前国内生产的闸刀开关，其额定电压一般为工频交流500V以下，直流440V以下。2、额定电流是指在规定条件下，保障其安全可靠正常工作所能承受的最大电流值。3、通断能力是指在规定条件下(并且在额定电压下)通断的电流值。表1-7列出了HK1系列胶盖式闸刀开关的技术参数。101.2.3按钮开关按钮开关简称按钮，通常用来通断小电流控制电路，发出主令控制信号。按钮的结构原理如图1-4所示，由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、外壳等组成。按钮的图形符号及文字符号如图1-5所示。辅助功能：带指示灯，带钥匙带自锁各种防护11图1-4按钮开关结构原理示意图1,2—常闭静触点3,4—常开静触点5—桥式动触点6—复位弹簧7—按钮帽图1-5按钮的图形符号及文字符号121.2.4凸轮控制器由图1-6所示凸轮控制器结构原理示意图可见，凸轮是其中的重要组成部件，此控制电器由此而得名。当手柄转动时，方轴带动凸轮一起转动到某一位置时，凸轮顶动滚子克服弹簧张力，使动触点顺时针转动而离开静触点，即这对触点从闭合状态变为断开状态，分断所控电路。在方轴上叠装不同开关的凸轮，可使多对触点按照指定顺序通断。凸轮控制器主要用在起重电控设备等电力拖动装置中，控制电动机的启动、正反转、调速和制动。13图1-6凸轮控制器结构原理示意图1—静触点2—动触点3—触点弹簧4—弹簧5—滚子6—方轴7—凸轮图1-7示出了凸轮控制器的图形符号和文字符号，由于其触点通断状态同手柄位置相关，因此符号图中以虚线表示手柄位置，用黑点表示触点接通，如当手梢处于图中左位时，触点5-6和触点7-8均为接通状态。因此，有时亦用通断表格表示凸轮控制器手柄位置同触点通断的关系，如表1-12所示，其中“×”表示触点接通。14图1-7凸轮控制器的符号1.2.5主令控制器主令控制器是一种可用来频繁切换复杂多路控制电路的控制电器，通常用于调速性能要求较高的场合或需多重联锁的控制场合，并且它一般不直接用于控制负载电路(因其触点容量较小)。主令控制器的结构原理示意图如图1-8所示，主要由凸轮、转轴、定位机构、触点系统等组成。手柄通过转轴带动固定在轴上的凸轮，使触点通断。当凸轮凸起部位压住滚子时，杠杆克服弹簧张力绕轴转动，使装在杠杆末端触点断开所控电路;而当凸轮凸起部位离开滚子时，复位弹簧使触点接通所控电路。其触点一般用银及合金制成桥形，当安装一些不同形状(或按不同角度安装)的凸轮时，便可使触点系统依序动作，并且操作轻便灵活。15图1-8主令控制器结构原理示意图1—凸轮2—滚子3—杠杆4—弹簧5—动触点6—静触点7—转轴8—轴主令控制器依其结构可分为调整式和非调整式两种类型。前者凸轮片上有孔和槽，并且凸轮片位置可按指定触点通断表进行调整；后者凸轮片位置不能调整，只能按触点通断表适当进行排列组合。主令控制器亦可分为有触点式和无触点式两种类型，前者即为上述主令控制器，而后者称无级主令控制器，其内部含有一自整角机，此自整角机转子由于手柄带动，利用定转子间的空间角差输出主令信号。因主令控制器的机理同凸轮控制器类似(只是触点电流较小)，故两者符号类同。常用的国产有触点主令控制器型号有LK5,LK6,LK14,LK15,LK16,LS1系列，无触点主令控制器有WLK系列等。表1-13列小了LK14系列主令控制器的技术参数。161.3机械式行程开关行程开关是一种依据运动器件的行程位置来发信号的控制电器，因此行程开关亦称限位开关或位置开关。机械式行程开关亦称有触点行程开关，其种类繁多：依运动形式可分为直线式和旋转式；依动作速度可分为瞬动式和蠕动(慢动)式；依复位方式可分为自动式和被动式(非自动复位)；依操作转轮可分为单轮式和双轮式；依外壳形态可分为开启式和防护式等。机械式行程开关的基本动作机理是依靠运动物体撞击其操动头而使触点系统通断动作，实现对所在电路的控制。171.3.1直线型行程开关直线型行程开关的结构原理示意图如图1-9所示，当顶杆被压下，弹簧受压到一定位置时，其压力改变方向，由下向上，因此动触点上跳，离开下面的静触点，闭合上面的静触点，完成了常闭触点断开和常开触点闭合的快速切换，即将击压顶杆的机械信号迅速变换为电信号，实现对其所在电路的控制。当击压顶杆的机械运动部件离开了顶杆时，在复位弹簧作用下，顶杆上移复位，从而带动触点系统复原。18直线型行程开关具有结构简单，造价较低的优点，而由于触点的通断速度取决于撞击部件移动速度，因此要求击件移动速度不能太馒，否则触点不能瞬时通断电路，所产生电弧停留在触点时间过长，容易烧毁触点。这种行程开关常用的型号有LXI和JLXKI等系列，表1-14列出了JLXKI系列行程开关的技术参数:191.3.2旋转型行程开关图1-10所示旋转型行程开关利用盘形弹簧机构使触点快速动作，克服了上述直线型行程开关的缺点，对相应机械撞击部件运行速度较慢的场合亦能适用，其动作原理如下。当滚轮受到向左外力作用时，转臂向左下方转动，推杆向右转动，压缩弹簧受压，其下面当滚轮受到向左外力作用时，转臂向左下方转动，推杆向右转动，压缩弹簧受压，其下面的滚球亦同时迅速沿操纵件右滚，滚球滚动亦使压缩弹簧受压，当滚球过操纵件中点时，压缩弹簧使操纵件快速移动，从而使动触点同其有边静触点迅速分开，并同其左边静触点迅速闭合，于是减轻了电弧对触点的烧蚀。（滚球在中间位置是不稳定的）这种行程开关有单轮和双轮两种类型，其外形如图1-11所示，前者可自动复位，后者不可自动复位但运行可靠。常用的旋转型行程开关型号有LX2和JLXK2等系列。20图1-10旋转型行程开关结构理示意图1—滚轮2—转臂3—转轮4—推杆5—滚球6—操纵件7,8—摆杆9—静触点10—动触点11—压缩弹簧12—弹簧图1-11单轮和双轮行程开关211.3.3微动型行程开关图1-12是具有片状弹簧瞬动机构的微动型行程开关，其体积较小，动作灵敏，常用于行程控制要求比较精确的场合，由于此开关动作所需的外加撞击力很小，故称为微动型行程开关。这种行程开关是基于簧片变形能产生位移而使触点瞬时动作的。当推杆受压时，弓形簧片变形，并储存于此能产生位移，从而断开常闭触点，接通常开触点。同理，复位亦是簧片和动触点瞬时跳动，只是方向相反。采用这种瞬动机构不仅动作轻便快速、准确，而且减轻了电弧对触点的烧蚀。微动型行程开关常用的型号有LXW-11和LX31等系列。常用的机械式行程开关除上述这些典型国产品种外，近年来也引进了许多国外品种，如德国西门子(SIEMENS)公司的3SE3系列行程开关，不仅性能优良，而且造型多样，规格齐全，使用方便。22二、低压断路器低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。也用于不频繁起动的电动机的操作。（一）低压断路器的结构和工作原理图1-33低压断路器工作原理1-分闸弹簧2-主触头3-传动杆4-锁扣5-轴6-过电流脱扣器7-热脱扣器8-欠压失压脱扣器9-分励脱扣器（可以远程操作）1．主触头及灭弧装置2．脱扣器(保护机构)3．自由脱扣机构和操作机构主触点：银钨合金灭弧（二）、低压断路器的主要技术数据和保护特性1．低压断路器的主要技术数据1）额定电压2）断路器额定电流3）断路器壳架等级额定电流4）断路器的通断能力5）保护特性（三）低压断路器典型产品塑壳式低压断路器：所有元件安装在塑料壳内，结构紧凑简单，防护性能好；万能式断路器：所有元件安装在钢制的框架内，容量较大，脱扣器多，辅助触点多，可维修性好；根据用途分为配电用断路器、电动机保护用和其它负载用断路器，用作配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源开展开关及保护。常用的塑壳低压断路器有：DZ15、DZ20、H、T、3VE、S等系列。后四种是引进国外技术生产的产品。1.灭弧罩5.合闸电磁铁2.导电系统6.控制系统3.断路器本体7.操作手柄4.抽屉座1.灭弧罩2.导电