第2章常用低压电气设备及其控制电路

普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页第2章常用低压电气设备及其控制电路2.1低压电器的基本知识2.2开关电气设备2.3低压熔断器2.4控制电器2.5常见电动机控制电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2.1低压电器的基本知识定义：交流1200V以下与直流1500V以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备，以及利用电能来控制、保护和调节非电过程和非电装置的用电装备。低压电器：2.1.1低压电器分类1、按动作方式分：自动电器和非自动电器。2、按控制作用分：执行电器、控制电器、主令电器和保护电器。3、按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2.1.2低压电器结构型式低压电器从基本结构上看，大部分由触头系统、推动机构和灭弧装置组成。1．触头系统触头是电器的执行部分，用来接通和分断电路。（1）触头接触形式：如图2-1所示，点接触式：适用于小电流；面接触式：适用于大电流；线接触式（又称指形接触）：适用于通断次数多、大电流的场合。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-1触头的三种接触形式a）点接触b）面接触c）线接触2.1.2低压电器结构型式普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页（2）触头分类：如图2-2所示，静触头和动触头。动断（又称常闭）触头：电器触头在电器未通电或没有受到外力作用时所处的闭合位置动合（又称常开）触头：常态时相互分开的触头。2.1.2低压电器结构型式图2-2触头的分类1-推动机构2-复位弹簧3-连杆4-常闭触头5-常开触头6-静触头7-动触头普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2．推动机构电磁机构组成：吸引线圈、铁心和衔铁。按铁心型式分：单Ｅ型、单Ｕ型、螺管型、双Ｅ型等；按动作方式分：直动式、转动式等。按吸引线圈通电电流的性质：分为直流电磁铁和交流电磁铁。工作原理：吸引线圈通入电流后产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路产生电磁吸力，衔铁与铁心相吸。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页恒定电流通入吸引线圈，即在外加电压和线圈电阻Ｒ一定的条件下其电流值Ｉ也一定，与空气气隙的大小无关。作用在衔铁上的吸力Ｆ与空气气隙的大小有关：当电磁铁刚起动时，空气气隙最大，此时磁路中磁阻最大，磁感应强度较小，故吸力最小；当衔铁完全吸合后，空气气隙最小，此时磁路中磁阻最小，磁感应强度较大，吸力最大。直流电磁铁工作原理：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页原理：交流电磁铁吸引线圈通入的是交变电流，产生交变磁场，电磁吸力的大小时刻变化的。缺点：因吸力是脉动的，使得衔铁以两倍电源频率在振动，既会引起噪声，又会使电器结构松散，触头接触不良，容易被电弧火花熔焊与蚀损。改善措施：使得线圈在交流电变小和过零时仍有一定的电磁吸力以消除衔铁的振动。为此，在磁极的部分端面上嵌入一个铜环（又称短路环或分磁环），如图2-3所示。交流电磁铁普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-3短路环2.1.2低压电器结构型式普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页3、灭弧装置电弧定义：电器触头在闭合或断开的瞬间，都会在触头间隙中由电流产生弧状的火花。危害：炽热的电弧会烧坏触头，还会因电弧造成短路、火灾或其它事故，故应采取适当的措施熄灭电弧。灭弧方法和装置：1）电动力灭弧。图2-4为一双断口桥式触头。2）磁吹灭弧。如图2-5所示，3）灭弧栅灭弧。图2-6为灭弧栅示意图，4）灭弧罩灭弧。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-4双断口结构1-静触头2-动触头图2-5磁吹灭弧１－串联磁吹线圈2、3－静、动触头4－铁芯5－导磁钢片图2－6栅片灭弧示意图1－灭弧栅片2－弧角3－电弧2.1.2低压电器结构型式普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2.2开关电气设备2.2.1刀开关1．低压刀开关：简单的手动电器2．熔断器式刀开关：低压刀开关和低压熔断器组合开关3．低压负荷开关：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合分类普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页最大特点：刀形动触头组成：闸刀(动触头)、刀座(静触头)和底板按其操作方式分：单投和双投；按极数分：有单极、双极和三极；按灭弧结构分：带灭弧罩的和不带灭弧罩作用：不频繁地接通和切断交流和直流电路，装有灭弧室的可以切断负荷电流，其它的只作隔离开关使用。1、低压刀开关普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页HD－单投开关HS－双投开关11－手柄式12－侧方杠杆操作机构13－中央杠杆操作机构14侧面手柄式派生代号B（安装板尺寸较小）0－不带灭弧罩1－不带灭弧罩对于中央手柄式：8－板前接线式9－板后接线式无数子表示仅一种接线极数额定电流/A低压刀开关型号含义如下：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页熔断器式刀开关：具有刀开关与熔断器的双重功能。适用范围：交流频率50HZ、额定工作电压380V或直流440V、额定工作电流至1000A的电路中。作用：可以不频繁地接通和分断负荷电流，并提供线路及用电设备的过载与短路保护。HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下页所示：2、熔断器式刀开关普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页HR－熔断器式刀开关3－设计代号额定工作电流/A操作方式1－正面侧方杠杆传动结构式2－正面中央杠杆传动结构式3－侧面操作手柄式4－无面板正面侧方杠杆传动机构式极数HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页组成：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合而成，外装封闭的外壳。作用：有效地通断负荷电流，又能进行短路保护。特点：操作方便、安全经济，在可靠性要求不高、负荷不大的低压线路中应用广泛。分类：（1）封闭式负荷开关（2）开启式负荷开关3、低压负荷开关：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页结构：铁壳开关，此开关的闸刀和熔断器装在封闭的钢壳或铁壳内，可以防止电弧溅出；但外壳不密封，不能防水、防爆。组成：由刀形动触头、静触头座、熔断器、速断弹簧、操作手柄组成。速断弹簧的作用：使开关在分闸时刀形动触头很快地与静触头座分离，电弧被迅速拉长而熄灭。封闭式负荷开关常用的有HH3系列、HH4系列、HH12系列等。（1）封闭式负荷开关：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页HH12系列的代号含义如下：HR－封闭式负荷开关设计代号辅助代号D：经济型极数额定电流/A普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页适用范围：适用于交流50HZ、额定电压为220V（单相）和380V（三相）的小容量线路中，作为手动不频繁通断负载电路，并提供短路保护。组成:它由瓷质底座、静触头座、带手柄的闸刀形动触头、熔丝接头、胶盖组成。开启式负荷开关的型号有HK2系列、HK4系列、HK8系列等。（2）开启式负荷开关：普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页1、根据使用环境、功能要求选择适当的型号系列。2、刀开关的额定电压、额定电流要符合安装处的电压、通过负荷电流的要求。然后再按短路条件进行短路的动稳定、热稳定校验。4．低压刀开关的选择3、一般的普通负荷，可以按负荷的正常工作电流来选择；如果用刀开关来接通像电动机这样的负荷时，考虑到电动机的起动电流比其工作电流大，因此刀开关的额定电流要在电动机的正常工作电流基础上再乘上一个倍数。具体的倍数要根据电动机的型号规格来定。4、刀开关如果带有熔断器，其熔体电流的确定按低压熔断器的电流选择原则进行。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2.2.2低压空气断路器图2-11低压断路器的原理结构普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页（1）触头系统（2）灭弧系统：灭弧系统的作用是熄灭断路器分闸时产生的电弧。（3）操动机构：操动机构负责断路器触头系统的开合。（4）智能脱扣器：脱扣器用于监测断路器所在电路的各种故障及不正常状态或接受外部指令，通过执行元件使断路器动作。1、结构组成普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-12灭弧栅片的熄弧示意1、结构组成普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页2．自动跳闸原理①先合闸，将电路接通，②当线路上出现短路故障时其过电流脱扣器动作，使开关跳闸；③如出现过负荷时，加热元件过热使双金属片弯曲，也使开关脱扣跳闸；④当线路电压消失或严重下降时，失压脱扣器动作，开关跳闸；⑤开关在正常接通情况下，按下失压回路的脱扣按钮，失压脱扣器失电跳闸；⑥按下分励回路的脱扣按钮，分励脱扣器得电，使开关远控跳闸。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页3、低压断路器分类按用途可分为：配电用断路器、电机保护用断路器、直流保护用断路器、发电机励磁回路用的灭磁断路器、照明用断路器、漏电保护断路器等。按分断短路电流的能力可分为：经济型、标准型、高分断型、限流型、超高分断型等。配电用低压空气断路器按保护特性分为：A类和B类，A类是非选择型，B类是选择型。所谓选择型是指断路器具有由过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护构成的两段式或三段式保护。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页配电用低压空气断路器按结构形式分为：万能式和塑料外壳式。低压空气断路器的代号含义如下：D－自动空气断路器W－万能式Z－塑料外壳式设计代号脱扣器和附件代号极数额定电流/A3、低压断路器分类普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-13空气断路器的保护特性曲线普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页4．万能式空气断路器又称框架式自动空气开关，带多种脱扣器和辅助触头，操动方式多样，装设地点灵活。常用的型号：AE系列、DW12系列、DW15系列、DW16系列、DW17（ME）系列等。DW16系列万能式空气断路器的外形如图2-14，保护特性曲线见图2-15，主要技术参数见表2-5。适用范围：适用于50HZ、额定电流100～630A、额定工作电压380V的配电网络中，提供失压、过载、短路保护，以及TN接地系统中单相金属性接地故障保护。也可以用作电动机的保护之用。普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-14DW16系列万能式空气断路器的外形4．万能式空气断路器普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页图2-15DW16保护特性曲线4．万能式空气断路器普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页壳架等级电流/A额定电流I/A额定短路分断能力(有效值)/kA额定短路接通能力(有效值)/kA额定接地接通分断能力/kA飞弧距离/mm长延时电流整定值调节范围瞬时过电流脱扣器电流整定值额定接地动作电流I额定接地不动作电流I配电用保护电动机用电子式电磁式AC380VCOSφ=0.25AC380VCOSφ=0.5×IN×IN400100302.1×304.82500.64～13～65～10－－－1602002503154000.30.50.56303154006307.5表2-5DW16系列万能式空气断路器的技术参数4．万能式空气断路器普通高等教育“十一五”国家级规划教材安徽省级“十二五”规划教材下一页5、塑料外壳式断路器6、剩余电流断路器普通高等教育“十一五”国家级规