低压电器基础知识

电器基础理论知识

一、低压电器

低压电器主要指低压配电线路和电动机控制线路中广泛使用且比较典型的低压电器元器件，即熔断器，刀开关，转换开关，主令电器，接触器，继电器。

由于我们主要接触的低压电器是围绕空压机为主体的，所以本章着重介绍在空压机本体上使用的低压电器。例如，熔断器，接触器等，另外结合空压机的特点，介绍一些不属低压电器范围的，但在空压机电气控制装置中经常使用的元器件。

低压电器的用途，分类，结构特点 1．低压电器的用途

在额定电压交流1200V或直流1500V及以下，由供电系统和用电设备等组成的电路中，低压电器起保护，控制，调节，转换和通断作用。 2．低压电器的分类

配电电器：主要用于电力网系统。属于这一类的主要有刀开关，转换开关，低压断路器(自动开关)，熔断器和负荷开关等。对这类电器的主要技术要求是通断电流能力强，限流效果好，保护性能好，抗电动力和操作时过电压低。

控制电器：主要用于电力拖动及自动控制系统。属于这一类的主要有接触器，启动器和各种控制继电器，主今电器。对这类电器的主要技术标是有相应的转换能力，操作频率高，电寿命和机械寿命长。 3．低压电器的结构特

低压电器大都具有两个基本组成部分，即输入端的感测部分和输出端

的执行部分。感测部分接受外界输入的信号或能量，通过转换、放大和判断鉴别，作出有规律的反应，使执行部分动作，输山相应的指令，实现控制或驱动作功的目的。在自动切换电器中，感测部分大多由电磁机构组成；在手控电器中，感测部分通常为操作于柄等。

执行部分则是触点连同灭顶之灾弧系统，它根据指令，执行电路接通，切断等任务。对于自动开头类的低压电器，还具有中间(传递)部分，其任务是把感测和执行两部分联系起来，使它们协同—致，按一定的规律动作。

对于有触点的电磁式电器来说，感测部分大都是电磁机构，而执行部分则是触头。至于非电磁式的自动电器，感测部分则因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍然是触头。例如热继电器，共感测部分是有金属片，发热元件等组成的，它接受外界输入的过电流信号后，通过测量，比较，作出判断，再使执行部分触点动作，完成接通或分断控制回路的仟务，达到控制和保护的目的。

低压电器的正常工作条件 1．气候条件

2．周围空气温度上限不超过+40，下限一般不低于-5，24小时的平均值不超过+35。

3．安装地点的海拔不超过2000m

4．大气相对温度在周围空气温度为+40时不超过50％(在较低温度下可再高些)。 5．污染等级

6．污染是指能影响到电器的介电强度或表面电阻率的外部物质，如

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固体或气体(游离气体)的任何条件。

外壳的防护及其接地 1．电器外壳的防护等级

电器外壳的防护等级是根据使用环境条件来划分的，由表征字母IP和附加在其后面的两个表征数字组成。第一个数字表示防小固体异物进入壳内或触及壳内带电部分或运动部分的程度，分0至6共7级；第—：个数字表示防止液体进入壳内的程度，分0至8共9级。数字越大，要求越高。

2．电器的金属外壳应接地。

3．我国的低压供电系统大都是三相四线的，而且其中性点还经常接地。工作于中性点接地系统的电器，若具金属外壳没有接地，一旦其绝缘损坏，外壳就会带电，并且对地电压将长期存在而无法自行消除。严重时，此对地电压可能达到相电压。这样，当操作人员触及带电外壳时，便有电流流过人体，引起触电伤亡事故。

低压电器的主要技术参数 1．额定电压

在规定条件下，保证电器正常工作的工作电压值。 2．额定电流

在规定条件下，保证开关电器正常工作的电流值。 3．作频率与通电持续率

开关电器每小时内可能实现的最高操作循环次数为频率。通电持续率是电器工作于断续周期工作制时有载时间与工作周期之比，通常以百

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分数表示，符号为TD。 4．通断能力和短路通断能力

（1） 通断能力：在规定的使用条件和性能条件下，开关电器在规定

电压下接通和分断的预期电流值。

（2） 短路通断能力：开关电器在规定的条什下，包括其出线端短路

在内的接通和分断能力。

5．机械寿命和电寿命

机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能随的无载操作循环次数，称为机械寿命。在规定的正常工作条件下，机械开关电器地需修理或更换零件的负载操作循环次数称为电寿命。

电器的电寿命一般总是小于其机械寿命，对于有触点的电器，其电寿命实际上就是触点的寿命。触点在通断过程中一般都有电弧产生，分断故障电流时的电弧尤为强烈。因此，触点在工作中除机械磨损外，尚有比机械磨损更为严重的电磨损。这样，电器的电寿命就必然小于其机械寿命了。

电磁机构原理

电磁机构是各种自动化电磁式电器的感测部件，由线圈，铁心(静)和衔铁(动铁心)组成。当线圈通入电流(励磁电流)之后，铁心和衔铁的端面上出现了不同极性的磁极，彼此相吸，使衔铁向铁心运动，从而带动某一机构产生直线或—定角度的回转运动，去执行一定的任务。按励磁电流分有：直流电磁铁和交流电磁铁。

电触头及灭弧工作原理

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触头是一切有触点电器的关键部件，—般电器就是通过触头的动作来接通或断开电路的。因此，触头工作的好坏会直接影响到整个电器工作性能的优劣。

触头的工作情况分三种：

1．闭合状态，动触头和静触头完全接触，并有工作电流通过，这时要注意的是触头的接触和触头的温升之间的协调；

2．分断过程，动触头与静触头在通电状态—卜脱离接触，当它们开始分离，并在两者之间出现间隙中会产生电火花或电弧，这即有碍于电路的及时分断，又会使触头烧损，因此这时的主要总是是触头的电磨损；

3．接通过程，动触头和表触头将由完全脱离的状态变为互相接触，

并最终达到紧密接触。然而，由于触头本身在接触时产生的机械碰撞，铁心与衔铁接触时产生的机械碰撞经及接通电源产生的电动斥力的影响，动触头和静触头可能一接触就被弹开，以致在弹开后间隙内产生电火花或短电弧，并使触头发生熔焊或严重烧损。

火花回路和灭弧装置

1．灭火花回路一般用于继电器。继电器的控制对象主要是接触器和各种控制电器的电磁线圈，以及某些信号回路，因此其触头的长期工作电流一般都很小，不会超过5A。但为了使用权继电器的灵敏度高和结构小巧，其触头压力不得不取得尽可能的小，加之操作比较频繁，而负载人多为电感性的，断开条件仍很繁重。因此，有时也要设置灭火花回路，以保证继电器的正常工作。

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2．灭火花回路就是给控制对象的电磁线圈或者继电器的触头并联一放电的回路。由于交流电路断开时的电弧多在电流自然过零时熄灭，电磁线圈中贮存的电磁能量媾几乎为零，因此交流继电器不彩灭火花回路。

3．对于继电器以外的各种低压电器，由于其触头的额定电流较人，因此除一些小容量的低压电器以外，一般都要设置火弧装置。根据对电弧特性所作的分析可知，将电弧拉长，使弧柱冷却，把电弧分为若干段，都有助于熄灭电弧。各类灭弧装置多根据这些原理设计出来的。

低压熔断器

1．低压熔断器的用途：低压熔断器广—泛应用于低压配电系统和

控制系统中，主要用作短路保护，同时也是单台电气设备的重要保护元件之一。熔断器串于被子保护电路中，当通过它的电流超过规定值(在电路发生短路或严重过载)一定时以其自身产生的热量使熔体自动熔断，从而切断电路，起到保护作用。 2．熔断器结构简单，体积小，重量轻，价格低，并具有高分断能力

和良好限流性能，与其它低压电器配合使用，有很好的技人经济效果。

低压断路器

用途：低压断路器(曾称自动开关)相当于刀开关，熔断器，热继电器

和欠电压继电器的组合，是—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路。

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低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负载电流，电动机工作电流和过载电流，而且可能接通和分断短路电流的开关电器。它在电路中主要起短路和过载保护作用，还具有欠压保护和远距离分断电源等功能，也可直接操作不频繁启动电动机和电路转换等。

结构：低压断路器的形式种类虽然很多，但具基本结构和丁作原理

基本相同，主要由三个基本部分组成，即触头和灭弧系统；各种脱扣器，包括过电流脱扣器，失压(欠压)脱扣器，热脱扣器和分励脱扣器：操作机构和自由脱扣机构。

1．触头系统是低压断路器的执行元什，用以接通或分断电路，

由于需要接通和分断非常大的电流，所以运行时它必须满足以下三个基本要求。

1.1 能安全可靠的接通和分断极限短路电流及其以下数值的电

路电流；

1.2 按标准电寿命，在规定次数中接通和分断电路后不致严重磨

损。

1.3 长期工作制的载流能力；

2．灭弧系统的主要作用是以熄灭触头在切断电路时所产生的电

弧。由于开关的结构，型号，电压等级，额定电流等技术参数不一样，所以采用的灭弧方式也不一样。一般的低压电器的灭弧系统经常采用铁板制成的栅片和窄片相结合的复式结构，增强了灭弧能力，有效的限制了灭弧的距离，从而提高厂它的断流容量。

3．脱扣器是断路器的感测元件，接收操作人员或继叫保护装置

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发出的信号后，通过传动机构使断路器跳闸切断电路。

3.1 动作机构：断路器的接通与分断动作，必须依靠自由脱扣机构和操作机构实现。

3.2 操作机构：断路器有两种操作方式，手动操作和电动操作。

手动操作有正面直接手柄操作和正面杠杆传动操作等方式；电动操作有电磁换操作和电动机操作等方式。

3.3 自由脱扣机构：其作用是实现操作机构与触头系统之间的联

系。自由脱扣机构扣上时，操作机构才能带动动触头一起运动。当任何一种脱扣器(如过流，失压等)动作到应脱扣状态时，均能使操作机构与触头之间推动联系，此时再搬动操作手柄，合闸力传小到触头，开关不能合闸，从而避免电路故障合闸时的危险。

接触器

接触器是利用电磁吸力及弹簧反作用的配合动作，从而使触点闭合与断开的一种电磁开关。是一种适用于频繁地接通和断开交直流卞电路及大容量控制电路的电器。具有低电压释放保护功能，控制容量大，能远距离控制等优点，在自动控制系统中应用非常广泛，们也存在噪声人，寿命短等缺点。其主要控制对象是电动机。

接触器能接通和断开负荷电流，但不能切断短路电流，因此市与熔断器，热继电器等配合使用。电磁式交流接触器主要由触头系统，电磁系统和灭弧装置等部分组成。

1．触头系统：接触器的触头用来接通和断开电路，按其接触情况可

以分为点接触式，线接触式和面接触式三种。交流接触器一般采

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用双断点桥式触点，它们中两个触点串于同一电路中，同时接通(或称闭合)或断开 (或称分断)。

2．电磁系统：用来操纵触头的闭合利分断。它由静铁心，线圈和衔

铁运动方式的不同，交流接触器的电磁系统有两种基本类型，即衔铁绕轴转动的拍合式电磁系统和衔铁作直线运动的直线式电磁系统。

3.灭弧装置：交流接触器在分断较大电流电路时，在动、静触头之

间将产生较强的电弧，它不仅会烧伤触头，延长电路分断时间，严重时还会造成相间短路。闪此在容量较人的接触器中，均加装了一定的灭弧装置用以熄灭电弧。交流接触器中常用的灭弧方法有以下几种：

(1) 电动灭弧，利用触头断开白条时，本身的电动力把电弧拉长，以扩大电弧散热面积，使电弧在拉长过程中，大量而迅速熄灭。 (2) 双断口灭弧，这种灭弧方式适用于桥式触头。它将电弧自然分成两段，在各段上利用电动力加快散热速度而灭弧。

(3) 纵缝灭弧：这种灭弧方法足借助于灭弧来完成灭弧任务。火弧罩制成纵缝，且卜宽上窄。触头伸入灭弧罩下部宽缝中。触头分断时产生的电弧随热气流上升，在窄缝隙中传给室壁降温而熄弧。 (4) 栅片熄弧：栅片灭弧也要借助灭弧罩完成。这种灭弧罩用陶十或石棉水泥制成。灭弧早晨内装有镀铜薄片组成的灭弧栅，第个灭弧栅之间互相绝缘，触头分断电路时产生电弧，电弧又产生磁场。灭弧栅片系导磁材料，它将使电弧上部的磁通通过灭弧珊片形成闭全回路。由于电弧的磁通上部稀疏，下部稠密，这种上疏下密的磁场分布将对电弧产生由下到上的电磁力，将电弧推入灭弧栅

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片中去，被子灭弧栅片分割成几段短电弧，这不仅使栅片之间的电弧电压低于燃弧电压 ，而 且通过栅片吸收电弧热量，使电弧很快熄灭。

4．接触器的主要技术参数：有额定电压，额定电流等。

控制继电器和保护继电器

继电器的种类很多，按照它在电力拖动自动控制系统中的作用可分为控制继电器和保护继电器。继电器是一种自动电器，根据一定的信号，如电流，电压，时间，温度和速度等，来接通或断米小电流电路和电器的控制元件。广泛用于电动机或线路的保护以及生产过程门动化的控制。它具有输入回路和输出回路，输入量通常是电压，电流等电量，也可以是温度，压力，光，声或其它非电量。而输出输出为触点的动作或者电参数的变化。当输入量变化到一定值时继电器即动作，接通或断开控制回路。

继电器一般不是用来直接控制主电路的，而是通过其它电器来对主电路进行控制，因此，同接触器相比较，继电器的触点断流容量很小，一般小需灭弧装置，结构简单，体积小，重量轻：但对继电器动作的准确性则要求较高。 继电器按输入信号分：

1．电压继电器：它在控制电路中的电压达到整定值时动作，以接通或分断被子控电路。

2．电流继电器：它在控制电路中的电流达到整定值时动作，以接通或分断被子控电路。

3．中间继电器；它本质上仍属电压继电器，但加在某一电器与被控

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电路之间，以扩大前一电器的控制触点数量和容量。

4．时间继电器；它在得到动作信号以后，通过电磁机构，机械机构或电子线路，使触点在经过一定时间后方才动作，以实现控制系统的时序控制。

5．热继电器；它本质上仍属电流继电器，通常是利用双金属片受热弯曲的特性，在电流超过整定值时，由双金属片推动机械机构动作，以实现过载保护。

6．温度继电器：它在温度达到整定值时动作，以实现过热(或过载)保护及温度控制。

对控制继电器的要求一般有： 1．上作可靠，准确，使用方便； 2．灵敏度高，调整范围大； 3．有较高的允许操作频率和寿命； 4．有适当数量的触点和较大的触点柞量； 5．结构简单，体积小，重量小，价格低廉；

主令电器，控制器

主令电器是用在自动控制系统中发出指令的电器，用它米控制系统中发出指令的电器，用它来控制接触器，继电器或其它电器线圈，使电路接通和断开来实现对电力系统和生产机械的自动控制。因此在低压电器产品中，把指定称为主令电器。

常用的主令电器有按钮开关，万能转换开关，主令控制器，位置开关(包括微动开关，接近开关，限位开关)以及信号灯等。

1．按钮开关：

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用途，按钮开关是一种以短时接通或断开小电流电路和电器，

它不直接去控制主电路的通断，而在控制电路中发出指令去控制接触器，继电器，电磁启动器等电器，再由它们去控制主电路。按钮的触点，允许通过的电流很小，一般不超过5A。

按钮主要用于电磁启动器，接触器，继电器及其他电气控制线路中，作远距离控制之用，并可实现按钮之间的电气联锁。驱动方式有旋转式，推压式，杠杆式和带锁式。接触部什也有平头，磨菇头以及带操纵杆式等多种形式。 2．位置开关：

（1） 行程开关又叫限位开关。其作用与按钮相同，只是共触点的

动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件的挡铁碰撞共滚轮使触点动作来实现接通或分断某些电路，使之达到—定的控制要求。行程开关是一种以机械行程直接驱动为输入信号怕位置开关，用于将机械信号转变为电信号，以测量和控制机械系统的动作和进行程序控制。

（2） 微动开关：微动开关以其操作力小和操作行程短为特点，用

于机械，纺织，轻工，电子仪器等各种机械设备和家用电器中，作行程，位置和状态控制，信号转换，限位保扩和联锁之用。微动开关是具有瞬时动作和微小的行程，可直接由某一定的力经过一定的行程使触点速动，从而实现电路转换的灵敏开关。

3．万能转换开关：

万能转换开关，在主令电器中作为电气控制线路的转换和

配电设备的远趴离控制，电气测量仪表的转换测量以及伺服

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电机，微电机的控制之用，例如，用于高压断路器操作机械的合闸控制，各种控制线路的转换，电流表和电压表的换相测量控制，配电装置线路的转换和遥控，也可用于小容量电动机的启运，换相，制动和调速控制。它的触头数量多，是层积式的，可以根据需要而增减，可以任意排列组合各种开闭状态。它用于各种复杂线路控制能转换多种和多数量的线路，用途广泛，因此被子称为万能转换开关。

4．接近开关

接近开关是非触式的检测装置，当运动着的物体接近到一定距离范围之内，它就能发山信号以控制运动物体的位置(或计数)，进而控制继电器，逻辑电路或实现某种检测。

5．信号灯

信号灯是作为信号指示，电源接指示，程序指示用的电器元件，也是主令电器的一种。广泛应用于交流50HZ，电压至380V或直流220V控制屏，开关柜等电气设备中作指挥信号，预告信号及指示信号用。信号灯的品种规格非常多，外形有方形，贺形，体积大小差别也很大，色彩越来越鲜明醒日。

按其结构型式分有直接式，变压器降压式，电阻降压式，辉光式等。

二、变压器

变压器是一种静止的电器，他利用电磁感应作用将一种电压，电流的电能转换成同频率的另一种电压，电流的电能。十要部件是一个铁芯和套在铁心上的两个线圈这两个线圈具有不同的匝数，且互相绝缘。

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三、交流电机及拖动

交流电机卞要分为同步电机和感应电机两大类，它们的工作原理和运行性能都有很大差别。同步电机的转速与电源频率之间有着严格的关系，感应电机的转速虽然也与电源频率有关，但不像同步电机那样严格。同步电机主要用作发电机，目前交流发电机几乎都是采用同步电机，感应电机则主要用作电动机，大部分生产机械用感应电动机作为原动机。据统计，感应电机的用电量约为总用电量的2/3左右。固定式空压机一般都采用感应电机。 电机结构

电动机由定子和转子两大部分组成，定转子之间为气隙，一般为0.25-2.0mm。

三相感应电动机的铭牌数据

★铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等。

型号举例：Y132S-4，Y--异步电动机；132--机座中心高度132mm；

S--短铁心；4--极数。

额定值：正常运行时的主要数据指标。 ★额定值

额定电压：UN（V），额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； 额定电流：IN (A)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流； 额定功率：PN (KW)，额定运行时，电动机的输出功率； 额定转速：nN(r／min），额定运行时，电动机的转子转速； 额定频率：fN (Hz)，规定的电源频率(50Hz)； 额定效率：ηN ，额定功率因数：cosφN等。

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★额定电压，额定电流，额定功率的关系 ? ★防护等级IP

防护等级是一个广义的概念，它的确定给设计确定了目标和标准。需要注意的有，一是针对性， 二是整体与局部的协调。防护等级的设计要针对防护等级的具体试验要求而定。例如，第一位数字的试验，要求试棒从被试物垂直方向插入。而第二位数则和水淋的方向与角度有关(除非是浸水试验)。

第一位特征数 第二位特征数 对触电与外界硬物的侵入的对水的有害进入的防护 防护 2 3 4 5 1 1P21 2 3 4 1P5 iP53 4 1P66 例如

防护等级 IP31 2．5mm的下具接近危险部什。防

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5 1P55 1P31 1P32 1P42 iP43 4 1P65 含 义 第1位数字 防上人手持直径等于或大于第2位数字 防止由于在外壳垂直方向滴水对设备

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