電氣元件選型

電氣元件選型切割液生產(chǎn)部唐正楷低壓電器的分類所低壓電器是指工作在交流電壓1200V、直流電壓1500V以下的各種電器。生產(chǎn)機械上大多用低壓電器。低壓電器種類繁多，按其結構、用途及所控制對象的不同，可以有不同的分類方式。1．按用途和控制對象不同，可將低壓電器分為配電電器和控制電器。用于電能的輸送和分配的電器稱為低壓配電電器，這類電器包括刀開關、轉換開關、空氣斷路器和熔斷器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器稱為控制電器，這類電器包括接觸器、起動器和各種控制繼電器等。2．按操作方式不同，可將低壓電器分為自動電器和手動電器。通過電器本身參數(shù)變化或外來信號（如電、磁、光、熱等）自動完成接通、分斷、起動、反向和停止等動作的電器稱為自動電器。常用的自動電器有接觸器、繼電器等。通過人力直接操作來完成接通、分斷、起動、反向和停止等動作的電器稱為手動電器。常用的手動電器有刀開關、轉換開關和主令電器等。3．按工作原理可分為電磁式電器和非電量控制電器電磁式電器是依據(jù)電磁感應原理來工作的電器，如接觸器、各類電磁式繼電器等。非電量控制電器的工作是靠外力或某種非電量的變化而動作的電器，如行程開關、速度繼電器等。1.2低壓電器的作用控制作用保護作用測量作用調(diào)節(jié)作用指示作用轉換作用1.3低壓電器的基本結構電磁式低壓電器大都有兩個主要組成部分，即：感測部分──電磁機構和執(zhí)行部分──觸頭系統(tǒng)。1．電磁機構電磁機構的主要作用是將電磁能量轉換成機械能量，帶動觸頭動作，從而完成接通或分斷電路的功能。電磁機構由吸引線圈、鐵心和銜鐵3個基本部分組成。常用的電磁機構如圖所示，可分為3種形式。2.直流電磁鐵和交流電磁鐵按吸引線圈所通電流性質(zhì)的不同，電磁鐵可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。直流電磁鐵由于通入的是直流電，其鐵心不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，因此線圈與鐵心接觸以利散熱，線圈做成無骨架、高而薄的瘦高型，以改善線圈自身散熱。鐵心和銜鐵由軟鋼和工程純鐵制成。交流電磁鐵由于通入的是交流電，鐵心中存在磁滯損耗和渦流損耗，線圈和鐵心都發(fā)熱，所以交流電磁鐵的吸引線圈有骨架，使鐵心與線圈隔離并將線圈制成短而厚的矮胖形，以利于鐵心和線圈的散熱。鐵心用硅鋼片疊加而成，以減小渦流。當線圈中通以直流電時，氣隙磁感應強度不變，直流電磁鐵的電磁吸力為恒值。當線圈中通以交流電時，磁感應強度為交變量，交流電磁鐵的電磁吸力F在0（最小值）～Fm（最大值）之間變化，其吸力曲線如下圖所示。在一個周期內(nèi)，當電磁吸力的瞬時值大于反力時，銜鐵吸合；當電磁吸力的瞬時值小于反力時，銜鐵釋放。所以電源電壓每變化一個周期，電磁鐵吸合兩次、釋放兩次，使電磁機構產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲，因而不能正常工作。交流電磁鐵吸力變化情況如下圖所示：2.直流電磁鐵和交流電磁鐵為了消除交流電磁鐵產(chǎn)生的振動和噪聲，在鐵心的端面開一小槽，在槽內(nèi)嵌入銅制短路環(huán)，如下圖所示。3．觸頭系統(tǒng)觸頭是電器的執(zhí)行部分，起接通和分斷電路的作用。觸頭主要有兩種結構形式：橋式觸頭和指形觸頭，具體如下圖所示。4.滅弧裝置在大氣中分斷電路時，電場的存在使觸頭表面的大量電子溢出從而產(chǎn)生電弧。電弧一經(jīng)產(chǎn)生，就會產(chǎn)生大量熱能。電弧的存在既燒蝕觸頭金屬表面，降低電器的使用壽命，又延長了電路的分斷時間，所以必須迅速把電弧熄滅。

常用的滅弧方法：

電動力滅弧

磁吹滅弧

金屬柵片滅弧2.主令電器

主令電器是一種專門發(fā)布命令、直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路的電器。常用來控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的起動、停車、調(diào)速及制動等。2.1控制按鈕2.2行程開關2.3接近開關2.4萬能轉換開關2.1控制按鈕控制按鈕由按鈕帽1、復位彈簧2、橋式觸頭3、4、5和外殼等組成，通常做成復合式，即具有動合觸點和動斷觸點，其結構示意圖見下圖所示。2.1控制按鈕控制銨鈕的種類很多，指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊急操作；旋鈕式按鈕用于扭動旋鈕來進行操作。常見按鈕的外形如下圖所示：控制按鈕的型號含義和電氣符號如下圖所示。1型號含義2電氣符號2.1控制按鈕2.2行程開關

行程開關又稱位置開關或限位開關。它的作用與按鈕相同，只是其觸點的動作不是靠手動操作，而是利用生產(chǎn)機械某些運動部件上的擋鐵碰撞其滾輪使觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷電路的。行程開關的結構分為3個部分：操作機構、觸頭系統(tǒng)和外殼，行程開關的外形及結構如下圖所示。行程開關實物圖行程開關結構圖2.2行程開關行程開關的型號含義和電氣符號如下圖所示。型號含義電氣符號實物圖2.3接近開關接近式位置開關是一種非接觸式的位置開關，簡稱接近開關。它由感應頭、高頻振蕩器、放大器和外殼組成。當運動部件與接近開關的感應頭接近時，就使其輸出一個電信號。接近開關包括電感式和電容式兩種。電感式接近開關的感應頭是一個具有鐵氧體磁心的電感線圈，只能用于檢測金屬體。振蕩器在感應頭表面產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬塊接近感應頭時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩的能量，使振蕩減弱以至停振，因而存在振蕩和停振兩種信號，經(jīng)整形放大器轉換成二進制的開關信號，從而起到“開”、“關”的控制作用。2.3接近開關常用的電感式接近開關型號有LJ1、LJ2等系列，電容式接近開關型號有LXJ15、TC等系列產(chǎn)品。接近開關外形圖接近開關的電氣符號

2.4萬能轉換開關萬能轉換開關是一種多檔式，控制多回路的主令電器，一般可作為多種配電裝置的遠距離控制，也可作為電壓表、電流表的換相開關，還可作為小容量電動機的起動、制動、調(diào)速及正反向轉換的控制。其觸頭檔數(shù)多、換接線路多、用途廣泛，故有“萬能”之稱。轉換開關實物圖如下：2.4萬能轉換開關萬能轉換開關主要由操作機構、面板、手柄及數(shù)個觸點座等部件組成，并用螺栓組裝成為一個整體，如下圖所示。萬能轉換開關的圖形符號及文字符號如下圖所示。圖中水平方向的數(shù)字1~3表示觸點編號，垂直方向的數(shù)字及文字“左”、“0”、“右”表示手柄的操作位置（檔位），虛線表示手柄操作的聯(lián)動線。在不同的操作位置，各對觸點的通、斷狀態(tài)的表示方法為：在觸點的下方與虛線相交位置有黑色圓點表示在對應操作位置時觸點接通，沒涂黑色圓點表示在該操作位置不通。3接觸器3.1接觸器的結構及工作原理3.2接觸器的主要技術參數(shù)及型號接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流主電路和大容量的控制電路，可遠距離操作，配合繼電器可以實現(xiàn)定時操作，聯(lián)鎖控制及各種定量控制和失壓及欠壓保護。3.1接觸器的結構及工作原理如圖所示，交流接觸器主要由電磁機構（包括電磁線圈1、鐵心2和銜鐵3）、觸頭系統(tǒng)（主觸頭4和輔助觸頭5）、滅弧裝置（圖中未畫出）及其他部分組成。3.2接觸器的主要技術參數(shù)及型號1.接觸器的主要技術參數(shù)有：（1）額定電壓（2）額定電流（3）吸引線圈額定電壓（4）通斷能力（5）電氣壽命和機械壽命（6）額定操作頻率（次/h）各種接觸器的實物圖3.2接觸器的主要技術參數(shù)及型號2.接觸器的型號常見接觸器有CJ20系列、3TH和CJX1(3TB)、CJX2、CJ12和CJ10系列。接觸器的各種型號的用途如圖所示。引進產(chǎn)品中應用較多的有施耐德公司的LC1D/LP1D系列等，該系列產(chǎn)品采用模塊化生產(chǎn)，產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭、通電/斷電延時觸頭和機械閉鎖等模塊，也可以很方便地組合成可逆接觸器、星-三角啟動器。另外，常用的交流接觸器還有德國BBC公司的B系列，SIEMENS公司的3TB系列等。接觸器的型號含義及電氣符號如下所示。接觸器實物圖接觸器常見故障與排除(1)觸頭過熱。產(chǎn)生此故障的原因是：①觸頭壓力不足。②觸頭接觸不良。③電弧將觸頭表面燒壞。以上三種原因會使觸頭接觸電阻增加，使觸頭過熱。(2)觸頭磨損。接觸器磨損分為電氣磨損和機械磨損兩種。①電氣磨損屬于正常磨損，是因電弧高溫使觸頭金屬氣化蒸發(fā)而造成的。②機械磨損是由觸頭閉合時的撞擊和觸頭表面的相對滑動摩擦造成的。(3)觸頭不復位。產(chǎn)生這種故障的原因是：①觸頭熔焊(電弧的高溫將動、靜觸頭焊在一起而不能分斷的現(xiàn)象稱為熔焊)。②反作用彈簧彈力不夠。③機械運動部件被卡住。④鐵心端面有油污。⑤鐵心剩磁太大。(4)銜鐵振動噪聲。產(chǎn)生這種故障的原因是：①短路環(huán)損壞。②動、靜鐵心由于銜鐵歪斜或端面有污垢而造成接觸不良。③活動部件卡阻而使銜鐵不能完全吸合。

(5)線圈過熱或燒毀。產(chǎn)生這種故障的原因是：①線圈匝間短路。②動、靜鐵心端面變形或有污垢，閉合后有間隙。③操作過于頻繁。④外加電壓高于線圈額定電壓，電流過大，產(chǎn)生熱效應，嚴重時會燒毀線圈。4.繼電器

繼電器是根據(jù)一定的信號（如電流、電壓、時間和速度等物理量）的變化來接通或分斷小電流電路和電器的自動控制電器。4.1

電磁式繼電器的結構及工作原理4.2

電流繼電器

4.3

電壓繼電器

4.4

時間繼電器

4.5熱繼電器

4.6速度繼電器

4.1電磁式繼電器的結構及工作原理1.結構及工作原理繼電器一般由3個基本部分組成：檢測機構、中間機構和執(zhí)行機構。低壓控制系統(tǒng)中的控制繼電器大部分為電磁式結構。下圖為電磁式繼電器的典型結構示意圖。電磁式繼電器由電磁機構和觸頭系統(tǒng)兩個主要部分組成。電磁機構由線圈1、鐵心2、銜鐵7組成。觸頭系統(tǒng)由于其觸點都接在控制電路中，且電流小，故不裝設滅弧裝置。它的觸點一般為橋式觸點，有動合和動斷兩種形式。另外，為了實現(xiàn)繼電器動作參數(shù)的改變，繼電器一般還具有改變彈簧松緊和改變銜鐵打開后氣隙大小的裝置，即反作用調(diào)節(jié)螺釘6。當通過電流線圈1的電流超過某一定值，電磁吸力大于反作用彈簧力，銜鐵7吸合并帶動絕緣支架動作，使動斷觸點9斷開，動合觸點10閉合。通過調(diào)節(jié)螺釘6來調(diào)節(jié)反作用力的大小，即調(diào)節(jié)繼電器的動作參數(shù)值。2.繼電特性繼電器的主要特性是輸入－輸出特性，又稱繼電特性，繼電特性曲線如下圖所示。當繼電器輸入量X由零增至Xｏ以前，繼電器輸出量Y為零。當輸入量X增加到Xｏ時，繼電器吸合，輸出量為Yｌ；若X繼續(xù)增大，Y保持不變。當X減小到Xr時，繼電器釋放，輸出量由Yｌ變?yōu)榱?，若X繼續(xù)減小，Y值均為零。4.1電磁式繼電器的結構及工作原理4.2電流繼電器電流繼電器主要用于過載及短路保護。

電流繼電器的線圈串聯(lián)接入主電路，其線圈匝數(shù)少、導線粗、阻抗小，用來感測主電路的電流，觸點接于控制電路，為執(zhí)行元件。

電流繼電器反映的是電流信號，常用的電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。

欠電流繼電器用于欠電流保護，在電路正常工作時，欠電流繼電器的銜鐵是吸合的，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。只有當電流降低到某一整定值時，銜鐵釋放，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路。

過電流繼電器在電路正常工作時不動作，整定范圍通常為額定電流的1.1～3.5倍。當被保護線路的電流高于額定值，并達到過電流繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，從而控制接觸器及時分斷電路，對電路起過流保護作用。過電流繼電器實物圖欠電流繼電器實物圖4.2電流繼電器4.3電壓繼電器電壓繼電器反映的是電壓信號。它的線圈并聯(lián)在被測電路的兩端，所以匝數(shù)多、導線細、阻抗大。電壓繼電器用于電力拖動系統(tǒng)的電壓保護和控制。其線圈并聯(lián)接入主電路，感測主電路的電壓；觸點接于控制電路，為執(zhí)行元件。按吸合電壓的大小，電壓繼電器可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。過電壓繼電器用于線路的過電壓保護，，當被保護的電路電壓正常時銜鐵不動作，當被保護電路的電壓高于額定值，達到過電壓繼電器的整定值時，銜鐵吸合，觸點機構動作，控制電路失電，控制接觸器及時分斷被保護電路。欠電壓繼電器用于電路的欠電壓保護，其釋放整定值為電路額定電壓的0.1～0.6倍。當被保護電路電壓正常時銜鐵可靠吸合，當被保護電路電壓降至欠電壓繼電器的釋放整定值時銜鐵釋放，觸點機構復位，控制接觸器及時分斷被保護電路。中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器。它的特點是觸點數(shù)目較多，電流容量可增大，起到中間放大(觸點數(shù)目和電流容量)的作用。4.3電壓繼電器中間繼電器實物圖型號含義電氣符號4.4時間繼電器在自動控制系統(tǒng)中，有時需要繼電器得到信號后不立即動作，而是要順延一段時間后再動作并輸出控制信號，以達到按時間順序進行控制的目的。時間繼電器就能實現(xiàn)這種功能。

時間繼電器按工作原理分可分為：電磁式、空氣阻尼式（氣囊式）、晶體管式、單片機控制式等。其外形如圖所示。4.4時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的。其外形如圖所示?？諝庾枘釙r間繼電器由電磁機構、延時機構、觸頭系統(tǒng)三部分組成。延時方式有通電延時和斷電延時兩種。斷電延時型結構及工作原理見圖：當線圈通電后，使上方微動開關觸頭迅速轉換。微動開關的延時常開觸點馬上閉合，常閉觸點馬上斷開。當線圈斷電時，在空氣室內(nèi)與橡皮膜相連的活塞桿在彈簧作用下向上移動，由于橡皮膜下方的空氣稀薄形成負壓，起到空氣阻尼的作用，因此活塞桿只能緩慢向上移動，可通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整。經(jīng)過一段延時后，使其常開觸點延時斷開，常閉觸點延時閉合。4.4時間繼電器空氣阻尼式斷電延時型時間繼電器的工作過程演示：4.4時間繼電器按延時方式可分為通電延時型時間繼電器和斷電延時型時間繼電器。對于通電延時型時間繼電器，當線圈得電時，其延時動合觸點要延時一段時間才閉合，延時動斷觸點要延時一段時間才斷開。當線圈失電時，其延時動合觸點迅速斷開，延時動斷觸點迅速閉合。對于斷電延時型時間繼電器，當線圈得電時，其延時動合觸點迅速閉合，延時動斷觸點迅速斷開。當線圈失電時，其延時動合觸點要延時一段時間再斷開，延時動斷觸點要延時一段時間再閉合。時間繼電器的圖形符號及文字符號實物圖4.5熱繼電器熱繼電器主要用于過載、缺相及三相電流不平衡的保護。熱繼電器的形式有多種，其中以雙金屬片式應用最多。雙金屬片式熱繼電器主要由發(fā)熱元件1、主雙金屬片2和觸點4三部分組成，如右圖所示。主雙金屬片2是熱繼電器的感測元件，由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片輾壓而成。當串聯(lián)在電動機定子繞組中的熱元件有電流流過時，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片伸長，由于膨脹系數(shù)不同，致使雙金屬片發(fā)生彎曲。電動機正常運行時，雙金屬片的彎曲程度不足以使熱繼電器動作。但是當電動機過載時，流過熱元件的電流增大，加上時間效應，就會加大雙金屬片的彎曲程度，最終使雙金屬片推動導板3使熱繼電器的觸點4動作，切斷電動機的控制電路。4.5熱繼電器JR0、JRl、JR2和JRl5系列的熱繼電器均為兩相結構，是雙熱元件的熱繼電器，可以用作三相異步電動機的均衡過載保護和定子繞組為Y聯(lián)結的三相異步電動機的斷相保護，但不能用作定子繞組為△聯(lián)結的三相異步電動機的斷相保護。熱繼電器的外形及結構見下圖所示：4.5熱繼電器JRl6和JR20系列熱繼電器均為帶斷相保護的熱繼電器，具有差動式斷相保護機構。選擇時主要根據(jù)電動機定子繞組的聯(lián)結方式來確定熱繼電器的型號，在三相異步電動機電路中，對Y聯(lián)結的電動機可選用兩相或三相結構的熱繼電器，一般采用兩相結構，即在兩相主電路中串接熱元件。但對于定子繞組為△聯(lián)結的電動機必須采用帶斷相保護的熱繼電器。

熱繼電器的型號含義及圖形符號如下圖所示。熱繼電器的選用1）熱繼電器有三種安裝方式，應按實際安裝情況選擇其安裝型式。2）原則上熱繼電器的額定電流應按電動機的額定電流選擇。3）在不頻繁起動的場合，要保證熱繼電器在電動機起動過程中不產(chǎn)生誤動作。4）對于三角形接法電動機，應選用帶斷相保護裝置的熱繼電器5）當電動機工作于重復短時工作制時，要注意確定熱繼電器的允許操作頻率。熱繼電器實物圖熱繼電器實物圖4.6速度繼電器速度繼電器是利用轉軸的轉速來切換電路的自動電器，它主要用作鼠籠式異步電動機的反接制動控制中，故也稱為反接制動繼電器。速度繼電器主要由定子、轉子和觸點三部分組成。如下圖所示為速度繼電器的結構原理示意圖及工作過程演示。4.6速度繼電器速度繼電器的軸與電動機的軸相連接，轉子2固定在軸上，定子3與軸同心。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，繞組切割磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產(chǎn)生轉矩，使定子向軸的轉動方向偏擺，通過擺錘5撥動觸點6，使常閉觸點斷開、常開觸點閉合。當電動機轉速下降到接近零時，轉矩減小，擺錘在彈簧力的作用下恢復原位，觸點也復位。速度繼電器根據(jù)電動機的額定轉速進行選擇。速度繼電器的圖形符號和文字符號如圖所示。5其他電器5.1刀開關5.2熔斷器5.3斷路器5.1刀開關刀開關是一種手動電器，在低壓電路中用于不頻繁地接通和分斷電路，或用于隔離電源，故又稱“隔離開關”。1.刀開關的結構和安裝

刀開關是一種結構較為簡單的手動電器，主要由手柄、觸刀、靜插座和絕緣底板等組成，如下圖所示。刀開關在切斷電源時會產(chǎn)生電弧，因此在安裝刀開關時手柄必須朝上，不得倒裝或平裝。

接線時應將電源線接在上端，負載接在下端，這樣拉閘后刀片與電源隔離，可防止意外發(fā)生。2.常用刀開關

常用刀開關有HD系列及HS系列板用刀開關、HK系列開啟式負荷開關和HH系列封閉式負荷開關。

（１）HD系列及HS系列刀開關

（2）HK系列開啟式負荷開關

（3）HH系列封閉式負荷開關

刀開關的外形如圖所示。5.1刀開關5.1刀開關3.刀開關的型號含義和電氣符號5.2熔斷器熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉、控制有效的短路保護電器。1.熔斷器的結構和工作原理

熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）組成。

熔斷器的熔體與被保護的電路串聯(lián)，當電路正常工作時，熔體允許通