第1章 常用低压电器

第1章常用低压电器

在工矿企业的电气控制设备中，采用的基本上都是低压电器。因此，低压电器是电气控制中的基本组成元件，控制系统的优劣和低压电器的性能有直接的关系。作为电气工程技术人员，应该熟悉低压电器的结构、工作原理和使用方法。可编程控制器在电气控制系统中需要大量的低压控制电器才能组成一个完整的控制系统，因此熟悉低压电器的基本知识是学习可编程控制器的基础。

低压电器是指额定电压等级在交流1200V、直流1500V以下的电器。在我国工业控制电路中最常用的三相交流电压等级为380V，只有在特定行业环境下才用其他电压等级，如煤矿井下的电钻用127V、运输机用660V、采煤机用1140V等。

单相交流电压等级最常见的为220V，机床、热工仪表和矿井照明等采用127V电压等级，其他电压等级如6V、12V、24V、36V和42V等一般用于安全场所的照明、信号灯以及作为控制电压。

直流常用电压等级有110V、220V和440V，主要用于动力；6V、12V、24V和36V主要用于控制；在电子线路中还有5V、9V和15V等电压等级。

1.1 常用低压电器的分类

低压电器种类繁多，功能各样，构造各异，用途广泛，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法也很多。

1．按用途或控制对象分类

（1）配电电器：主要用于低压配电系统中。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。常用的配电电器有刀开关、转换开关、熔断器、断路器等。

（2）控制电器：主要用于电气传动系统中。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠。常用的控制电器有接触器、继电器、起动器、主令电器、电磁铁等。

2．按动作方式分类

（1）自动电器：依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器、继电器等。

（2）手动电器：用手动操作来进行切换的电器，如刀开关、转换开关、按钮等。

3．按触点类型分类

（1）有触点电器：利用触点的接通和分断来切换电路，如接触器、刀开关、按钮等。

（2）无触点电器：无可分离的触点。主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制，如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器、固态继电器等。

4．按工作原理分类

（1）电磁式电器：根据电磁感应原理动作的电器，如接触器、继电器、电磁铁等。

（2）非电量控制电器：依靠外力或非电量信号（如速度、压力、温度等）的变化而动作的电器，如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。

5．按低压电器型号分类

为了便于了解文字符号和各种低压电器的特点，采用我国《国产低压电器产品型号编制办法》（JB 2930—81.10）的分类方法（参见附录A），将低压电器分为13个大类。每个大类用一位汉语拼音字母作为该产品型号的首字母，第二位汉语拼音字母表示该类电器的各种形式。

（1）刀开关H，例如HS为双投式刀开关（刀型转换开关），HZ为组合开关。

（2）熔断器R，例如RC为瓷插式熔断器，RM为密封式熔断器。

（3）断路器D，例如DW为万能式断路器，DZ为塑壳式断路器。

（4）控制器K，例如KT为凸轮控制器，KG为鼓型控制器。

（5）接触器C，例如CJ为交流接触器，CZ为直流接触器。

（6）起动器Q，例如QJ为自耦变压器降压起动器，QX为星三角起动器。

（7）控制继电器J，例如JR为热继电器，JS为时间继电器。

（8）主令电器L，例如LA为按钮，LX为行程开关。

（9）电阻器Z，例如ZG为管型电阻器，ZT为铸铁电阻器。

（10）变阻器B，例如BP为频敏变阻器，BT为起动调速变阻器。

（11）调整器T，例如TD为单相调压器，TS为三相调压器。

（12）电磁铁M，例如MY为液压电磁铁，MZ为制动电磁铁。

（13）其他A，例如AD为信号灯，AL为电铃。

在选用低压电器时常根据型号来进行选用，所以本书按型号分类对上述低压电器的分类进行说明。

1.2 刀开关

刀开关是一种手动电器，常用的刀开关有HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR 型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关等。

HD 型单投刀开关、HS 型双投刀开关、HR 型熔断器式刀开关主要用于在成套配电装置中作为隔离开关，装有灭弧装置的刀开关也可以控制一定范围内的负荷线路。作为隔离开关的刀开关的容量比较大，其额定电流在100A ～1500A 之间，主要用于供配电线路的电源隔离作用。隔离开关没有灭弧装置，不能操作带负荷的线路，只能操作空载线路或电流很小的线路，如小型空载变压器、电压互感器等。操作时应注意，停电时应将线路的负荷电流用断路器、负荷开关等开关电器切断后再将隔离开关断开，送电时操作顺序相反。隔离开关断开时有明显的断开点，有利于检修人员的停电检修工作。隔离刀开关由于控制负荷能力很小，也没有保护线路的功能，所以通常不能单独使用，一般要和能切断负荷电流和故障电流的电器（如熔断器、断路器和负荷开关等电器）一起使用。

HZ 型组合开关、HK 型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的电源开关。 HY 型倒顺开关、HH 型铁壳开关装有灭弧装置，一般可用于电气设备的起动、停止控制。

1.2.1 HD 型单投刀开关

HD 型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极几种，其示意图及图形符号如图1-1所示。其中图1-1（a ）为直接手动操作，（b ）为手柄操作，（c ）～（h ）为刀开关的图形符号和文字符号。其中图1-1（c ）为一般图形符号，（d ）为手动符号，（e ）为三极单投刀开关符号；当刀开关用作隔离开关时，其图形符号上加有一横杠，如图1-1（f ）、图1-1（g ）、图1-1（h ）所示。

静触头

动触头

QS QS

QS

QS QS

QS

(a)(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

（a ）直接手动操作 （b ）手柄操作

QS QS

QS 传动杆

接线端

接线端

静触头

动触头QS

QS QS (b)(c)

(d)(e)(f)

(g)(h)

QS

QS

QS 操作杆传动杆

接线端

接线端

静触头动触头QS

QS QS (b)(c)(d)(e)(f)(g)(h) 触头

QS QS

QS

操作杆

传动杆

接线端

接线端

静触头

动触头QS QS

QS

(b)

(c)(d)

(e)

(f)(g)

(h)

（c ）一般图形符号 （d ）手动符号 （e ）三极单投刀开关符号

图1-1 HD 型单投刀开关示意图及图形符号

QS QS

QS

传动杆

接线端

接线端

静触头动触头QS

QS QS

b)

(c)(d)(e)(f)(g)(h)

QS QS

QS

作杆

传动杆

接线端

接线端

静触头

动触头QS QS QS

(b)

(c)(d)

(e)

(f)(g)(h)

动触头QS QS

QS

操作杆

传动杆接线端

接线端

静触头

动触头

QS QS

QS

(b)(c)(d)

(e)

(f)(g)(h)

（f ）一般隔离开关符号 （g ）手动隔离开关符号 （h ）三极单投刀隔离开关符号

图1-1 HD 型单投刀开关示意图及图形符号（续）

单投刀开关的型号含义如下：

极数：3极

额定电流： 200A

系列派生： B-底板改进

H D 13B-200/3

刀开关 单投式 设计代号

设计代号：11—中央手柄式，12—侧方正面杠杆操作机构式，13—中央正面杠杆操作机构式，14—侧面手柄式。

1.2.2 HS 型双投刀开关

HS 型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等，其示意图及图形符号如图1-2所示。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点，因此可以防止双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。

QS

图1-2 HS 型双投刀开关示意图及图形符号

1.2.3 HR 型熔断器式刀开关

HR 型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛，其工作示意图及图形符号如图 1-3所示。刀熔开关可以切断故障电流，但不能切断正常的工作电流，所以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作。

QS

图1-3 HR 型熔断器式刀开关示意图及图形符号

1.2.4 组合开关

组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，如机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器。

组合开关由动触头、静触头、绝缘连杆转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动。

常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；组合开关有单极、双极和多极之分。

组合开关的结构示意图及图形符号如图1-4所示。

1.2.5 开启式负荷开关和封闭式负荷开关

开启式负荷开关和封闭式负荷开关是一种手动电器，常用于电气设备中作隔离电源用，有时也用于直接启动小容量的鼠笼型异步电动机。

合

合分

QS

(a)内部结构示意图静触头

动触头

绝缘连杆(c)图形符号(b)外形示意图

（a ）内部结构示意图 （b ）外形示意图 （c ）图形符号

图1-4 组合开关的结构示意图和图形符号

1．HK 型开启式负荷开关

HK 型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关，由于它结构简单、价格便宜、使用维修方便，故得到广泛应用。该开关主要用作电气照明电路和电热电路、小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用作分支电路的配电开关。

胶底瓷盖刀开关由熔丝、触刀、触点座和底座组成，如图1-5（a ）所示。此种刀开关装有熔丝，可起短路保护作用。

14

13

12

15

16 17 QL

FU

（a ）开启式负荷开关 （b ）封闭式负荷开关 （c ）图形文字符号

图1-5 负荷开关

1—上胶盖 2—下胶盖 3—插座4—触刀

12—触刀 13—插座 14—熔断器 5—操作手柄 6—固定螺母7—进线端

15—速断弹簧 16—转轴 8—熔丝9—触点座10—底座11—出线端 17—操作手柄

闸刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。

2．HH型封闭式负荷开关

HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关，主要由钢板外壳、触刀开关、操作机构、熔断器等组成，如图1-5（b）所示。刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。一般用于小型电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，用于不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制。

铁壳开关的操作结构有两个特点：一是采用储能合闸方式，即利用一根弹簧以执行合闸和分闸的功能，使开关的闭合和分断时的速度与操作速度无关。它既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置。二是设有联锁装置，以保证开关合闸后便不能打开箱盖，而在箱盖打开后，不能再合开关，起到安全保护作用。

HK型开启式负荷开关和HH型封闭式负荷开关都是由负荷开关和熔断器组成，其图形符号也是由手动负荷开关QL和熔断器FU组成，如图1-5（c）所示。

1.3 熔断器

熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。

1.3.1 熔断器的结构原理及分类

熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成，形状常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金属制成的熔体，因不易灭弧，多用于小电流电路；由铜、银等高熔点金属制成的熔体，易于灭弧，多用于大电流电路。

熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性，如图1-16所示。图中I N为熔断器额定电流，熔体允许长期通过额定电流而不熔断。

图1-6 熔断器的反时限保护特性

熔断器种类很多，按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。

1.3.2 熔断器的主要技术参数

熔断器的主要技术参数包括额定电压、熔体额定电流、熔断器额定电流、极限分断能力等。

（1）额定电压：指保证熔断器能长期正常工作的电压。

（2）熔体额定电流：指熔体长期通过而不会熔断的电流。

（3）熔断器额定电流：指保证熔断器能长期正常工作的电流。

（4）极限分断能力：指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流。在电路中出现的最大电流一般是指短路电流值，所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。

1.3.3 常用的熔断器

1．插入式熔断器

插入式熔断器如图1-7（a）所示。常用的产品有RC1A系列，主要用于低压分支电路的短路保护，因其分断能力较小，多用于照明电路和小型动力电路中。

2．螺旋式熔断器

螺旋式熔断器如图1-7（b）所示。熔芯内装有熔丝，并填充石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。常用产品有RL6、RL7和RLS2等系列，其中RL6和RL7多用于机床配电电路中；RLS2为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。

3．RMl0型密封管式熔断器

RMl0型密封管式熔断器为无填料管式熔断器，如图1-7（c）所示。主要用于供配电系统作为线路的短路保护及过载保护，它采用变截面片状熔体和密封纤维管。由于熔体较窄处的电阻小，在短路电流通过时产生的热量最大，先熔断，因而可产生多个熔断点使电弧分散，以利于灭弧。短路时其电弧燃烧密封纤维管产生高压气体，以便将电弧迅速熄灭。

4．RT型有填料密封管式熔断器

RT型有填料密封管式熔断器如图1-7（d）所示。熔断器中装有石英砂，用来冷却和熄灭电弧，熔体为网状，短路时可使电弧分散，由石英砂将电弧冷却熄灭，可将电弧在短路电流达到最大值之前迅速熄灭，以限制短路电流。此为限流式熔断器，常用于大容量电力

网或配电设备中。常用产品有RTl2、RTl4、RTl5和RS3等系列，RS2系列为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。 瓷盖

熔丝插头

导线

底座底座

熔芯接线端

接线端瓷帽上螺旋导体下螺旋导体熔断指示器

熔体铜帽插刀接线端绝缘筒插座熔芯导电帽

导电底座

FU

插座

插刀接线端插座网状熔体石英砂填料瓷套管(a) RC1型瓷插式熔断器

(e)熔断器图形符号(b) RL1型螺旋式熔断器(c) RM10型密封管式熔断器(d) RT0型有填料式熔断器

图1-7 熔断器类型及图形符号

1.4 断 路 器

低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。

断路器的种类繁多，按其用途和结构特点可分为DW 型框架式断路器、DZ 型塑料外壳式断路器、DS 型直流快速断路器和DWX 型、DWZ 型限流式断路器等。框架式断路器主要用作配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用作配电线路的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制开关。

下面以塑壳断路器为例简单介绍断路器的结构、工作原理、使用与选用方法。

1.4.1 断路器的结构和工作原理

断路器主要由3个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。

图1-8是断路器工作原理示意图及图形符号。断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。

过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现短路器的跳闸功能。

分励脱扣器

远控按钮

过电流脱扣器

失电压脱扣器

热脱扣器

QF

QF

断路器图形符号

图1-8 断路器工作原理示意图及图形符号

热脱扣器用于线路的过负荷保护，工作原理和热继电器相同。

失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，如图1-8所示，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁心向上使挂钩脱扣，实现短路器的跳闸功能。

分励脱扣器用于远方跳闸，当在远方按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。

不同断路器的保护是不同的，使用时应根据需要选用。在图形符号中也可以标注其保护方式，如图1-8所示，断路器图形符号中标注了失压、过负荷、过电流3种保护方式。

1.4.2 低压断路器的选择原则

低压断路器的选择应从以下几方面考虑：

（1）断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。如一般选用塑壳式；短路电流很大时选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求时选用框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路时应选用直流快速断路器等。

（2）断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。

（3）断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。

（4）欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

（5）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。

1.5 控 制 器

控制器是一种手动操作，直接控制主电路大电流（10A ～600A ）的开关电器。常用的控制器有KT 型凸轮控制器、KG 型鼓型控制器和KP 型平面控制器，各种控制器的作用和工作原理基本类似，下面以常用的凸轮控制器为例进行说明。

凸轮控制器是一种大型的手动控制器，主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动，也适用于有相同要求的其他电力拖动场合。

凸轮控制器主要由触头、转轴、凸轮、杠杆、手柄、灭弧罩及定位机构等组成。图1-9为凸轮控制器的结构原理示意图及图形符号。凸轮控制器中有多组触点，并由多个凸轮分别控制，以实现对一个较复杂电路中的多个触点进行同时控制。由于凸轮控制器中的触点多，每个触点在每个位置的接通情况各不相同，所以不能用普通的常开常闭触点来表示。图1-9（a ）所示为1极12位凸轮控制器示意图，图1-9（b ）所示图形符号表示这一个触点有12个位置，图中的小黑点表示该位置触点接通。由示意图可见，当手柄转到2、3、4和10号位时，由凸轮将触点接通。图1-9（c ）所示为5极12位凸轮控制器，它是由5个1极12位凸轮控制器组合而成。图1-9（d ）所示为4极5位凸轮控制器的图形符号，表示有4个触点，每个触点有5个位置，图中的小黑点表示触点在该位接通。例如，当手柄打到右侧1号位时，2、4触点接通。

由于凸轮控制器可直接控制电动机工作，所以其触头容量大并有灭弧装置。凸轮控制器的优点为控制线路简单、开关元件少、维修方便等，缺点为体积较大、操作笨重、不能实现远距离控制。目前使用的凸轮控制器有KT10、KTJl4、KTJl5及KTJl6等系列。

(d)4极5位凸轮控制器图形符号

011SA 1234123456

789101112

23456

7891011

12

1

(a)1极12位凸轮控制器示意图

(c)5极12位凸轮控制器凸轮触点

弹簧

手柄手柄(b)1极12位凸轮控制器图形符号

图1-9 凸轮控制器的结构原理示意图及图形符号

1.6 接 触 器

接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。它具有低电压释放保护功能，在电力拖动自动控制线路中被广泛应用。

接触器有交流接触器和直流接触器两大类型。下面介绍交流接触器。 图1-10所示为交流接触器的结构示意图及图形符号。

12345

6

主触点辅助触点

铁心线圈

反力弹簧绝缘连杆

(a)接触器示意图KM

KM

KM

主触点

辅助触点

线圈A1A2

313243

44

12345

6

131421223132434413142122A1

A2KM

主触点辅助触点线圈

12

345

6

13

142122

313243

44

A1

A2(b)接触器图形符号

图1-10 交流接触器的结构示意图及图形符号

1．交流接触器的组成部分

（1）电磁机构：电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。

（2）触头系统：交流接触器的触头系统包括主触头和辅助触头。主触头用于通断主 电路，有3对或4对常开触头；辅助触头用于控制电路，起电气联锁或控制作用，通常有两对常开两对常闭触头。

（3）灭弧装置：容量在10A 以上的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用双断口桥形触头以利于灭弧；对于大容量的接触器，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。

（4）其他部件：包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳等。 接触器上标有端子标号，线圈为A1、A2，主触头1、3、5接电源侧，2、4、6接负荷侧。辅助触头用两位数表示，前一位为辅助触头顺序号，后一位的3、4表示常开触头，1、

2表示常闭触头。

接触器的控制原理很简单，当线圈接通额定电压时，产生电磁力，克服弹簧反力，吸引动铁心向下运动，动铁心带动绝缘连杆和动触头向下运动使常开触头闭合，常闭触头断开。当线圈失电或电压低于释放电压时，电磁力小于弹簧反力，常开触头断开，常闭触头闭合。

2．接触器的主要技术参数和类型

（1）额定电压：接触器的额定电压是指主触头的额定电压。交流有220V、380V和660V，在特殊场合应用的额定电压高达1140V，直流主要有110V、220V和440V。

（2）额定电流：接触器的额定电流是指主触头的额定工作电流。它是在一定的条件（额定电压、使用类别和操作频率等）下规定的，目前常用的电流等级为10A～800A。

（3）吸引线圈的额定电压：交流有36V、127V、220V和380V，直流有24V、48V、220V和440V。

（4）机械寿命和电气寿命：接触器是频繁操作电器，应有较高的机械和电气寿命，该指标是产品质量的重要指标之一。

（5）额定操作频率：接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，一般为300次/h、600次/h和1200次/h。

（6）动作值：动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。规定接触器的吸合电压大于线圈额定电压的85%时应可靠吸合，释放电压不高于线圈额定电压的70%。

常用的交流接触器有CJl0、CJl2、CJ10X、CJ20、CJXl、CJX2、3TB和3TD等系列。

3．接触器的选择

（1）根据负载性质选择接触器的类型。

（2）额定电压应大于或等于主电路工作电压。

（3）额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。

（4）吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。

1.7 起动器

起动器用于三相异步电动机的起动和停止控制，它是一种成套的低压控制装置。

常用的起动器有QC型电磁起动器，用于远距离直接控制三相笼型异步电动机的起动、停止及正反转控制，主要由接触器和热继电器组成；QJ型减压起动器采用自耦变压器降压，用于控制三相笼型异步电动机的不频繁减压起动控制；QX型起动器为星形-三角形降压起动器。各种起动器控制电路根据型号和电动机的容量大小而不同，其控制原理在第2章中讲解。

1.8 控制继电器

控制继电器用于电路的逻辑控制，继电器具有逻辑记忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路，继电器用于将某种电量（如电压、电流）或非电量（如温度、压力、转速、时间等）的变化量转换为开关量，以实现对电路的自动控制功能。

继电器的种类很多，按输入量可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器等；按用途可分为控制继电器、保护继电器等；按输入量变化形式可分为有无继电器和量度继电器。

有无继电器是根据输入量的有或无来动作的，无输入量时继电器不动作，有输入量时继电器动作，如中间继电器、通用继电器、时间继电器等。

量度继电器是根据输入量的变化来动作的，工作时其输入量是一直存在的，只有当输入量达到一定值时继电器才动作，如电流继电器、电压继电器、热继电器、速度继电器、压力继电器、液位继电器等。

1.8.1 电磁式继电器

在控制电路中用的继电器大多数是电磁式继电器。电磁式继电器具有结构简单、价格低廉、使用维护方便、触点容量小（一般在5A 以下）、触点数量多且无主、辅之分、无灭弧装置、体积小、动作迅速、准确、控制灵敏、可靠等特点，广泛地应用于低压控制系统中。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。

电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器也有直流和交流两种。图1-11为直流电磁式继电器结构示意图，在线圈两端加上电压或通入电流，产生电磁力，当电磁力大于弹簧反力时，吸动衔铁使常开常闭接点动作；当线圈的电压或电流下降或消失时衔铁释放，接点复位。

常开接点常闭接点

反力弹簧调节螺母调节螺丝

线圈

衔铁铁轭

非磁性垫片X1X2X Y 输入量输出量

10(a) 直流电磁式继电器结构示意图(b) 继电器输入–输出特性

图1-11 直流电磁式继电器结构示意图

1．电磁式继电器的整定

继电器的吸动值和释放值可以根据保护要求在一定范围内调整，现以图1-11所示的直流电磁式继电器为例予以说明。

（1）转动调节螺母，调整反力弹簧的松紧程度可以调整动作电流（电压）。弹簧反力越大动作电流（电压）就越大，反之就越小。

（2）改变非磁性垫片的厚度。非磁性垫片越厚，衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻就越大，释放电流（电压）也就越大，反之越小，而吸引值不变。

（3）调节螺丝，可以改变初始气隙的大小。在反作用弹簧力和非磁性垫片厚度一定时，初始气隙越大，吸引电流（电压）就越大，反之就越小，而释放值不变。

2．电磁式继电器的特性

继电器的主要特性是输入-输出特性，又称为继电特性，如图1-11（b）所示。

当继电器输入量X由0增加至X2之前，输出量Y为0。当输入量增加到X2时，继电器吸合，输出量Ｙ为1，表示继电器线圈得电，常开接点闭合，常闭接点断开。当输入量继续增大时，继电器动作状态不变。

当输出量Ｙ为1的状态下，输入量X减小，当小于X2时Ｙ值仍不变，当X再继续减小至小于X1时，继电器释放，输出量Y变为0，X再减小，Y值仍为0。

在继电特性曲线中，X2称为继电器吸合值，X1称为继电器释放值。k＝X1/X2，称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。

返回系数k值可以调节，不同场合对k值的要求不同。例如一般控制继电器要求k值低些，在0.1～0.4之间，这样继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作。保护继电器要求k值高些，一般在0.85～0.9之间。k值是反映吸力特性与反力特性配合紧密程度的一个参数，一般k值越大，继电器灵敏度越高，k值越小，灵敏度越低。

1.8.2 中间继电器

中间继电器是最常用的继电器之一，它的结构和接触器基本相同，如图1-12（a）所示，其图形符号如图1-12（b）所示。

中间继电器在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展接点的容量和数量。另外，在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时间，防止电路误动作的作用。中间继电器实质上是一种电压继电器，它是根据输入电压的有或无而动作的，一般触点对数多，触点容量额定电流为5A～10A左右。中间继电器体积小，动作灵敏度高，一般不用于直接控制电路的负荷，但当电路的负荷电流在5A～10A以下时，也可代替接触器起控制负荷的作用。中间继电器的工作原理和接触器一样，触点较多，一般为四常开和四常闭触点。

常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。

触点

铁心

线圈

反力弹簧

绝缘连杆(a)中间继电器示意图

触点

线圈KA

KA

A1A2

(b)中间继电器图形符号

图1-12 中间继电器的结构示意图及图形符号

1.8.3 电流继电器和电压继电器

1．电流继电器

电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器可分为欠电流继电器和过电流继电器。

欠电流继电器用于欠电流保护或控制，如直流电动机励磁绕组的弱磁保护、电磁吸盘中的欠电流保护、绕线式异步电动机起动时电阻的切换控制等。欠电流继电器的动作电流整定范围为线圈额定电流的30%～65%。需要注意的是欠电流继电器在电路正常工作时，电流正常不欠电流时，欠电流继电器处于吸合动作状态，常开接点处于闭合状态，常闭接点处于断开状态；当电路出现不正常现象或故障现象导致电流下降或消失时，继电器中流过的电流小于释放电流而动作，所以欠电流继电器的动作电流为释放电流而不是吸合电流。

过电流继电器用于过电流保护或控制，如起重机电路中的过电流保护。过电流继电器在电路正常工作时流过正常工作电流，正常工作电流小于继电器所整定的动作电流，继电器不动作，当电流超过动作电流整定值时才动作。过电流继电器动作时其常开接点闭合，常闭接点断开。过电流继电器整定范围为（110%～400%）额定电流，其中交流过电流继电器为（110%～400%）I N，直流过电流继电器为（70%～300%）I N。

常用的电流继电器的型号有JL12、JL15等。

电流继电器作为保护电器时，其图形符号如图1-13所示。

Ｉ＜

Ｉ＞(a)欠电流继电器(b)过电流继电器ＦＡＦＡ

图1-13 电流继电器的图形符号

2．电压继电器

电压继电器的输入量是电路的电压大小，其根据输入电压大小而动作。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和过电压继电器两种。过电压继电器动作电压范围为（105%～120%）U N ；欠电压继电器吸合电压动作范围为（20%～50%）U N ，释放电压调整范围为（7%～20%）U N ；零电压继电器当电压降低至（5%～25%）U N 时动作，它们分别起过压、欠压、零压保护。电压继电器工作时并联在电路中，因此线圈匝数多、导线细、阻抗大，反映电路中电压的变化，用于电路的电压保护。

电压继电器常用在电力系统继电保护中，在低压控制电路中使用较少。

电压继电器作为保护电器时，其图形符号如图1-14所示。

(b)过电压继电器ＦＶ

Ｕ＜

Ｕ＞(a)欠电压继电器ＦＶ

图1-14 电压继电器的图形符号

1.8.4 时间继电器

时间继电器在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。下面以JS7型空气阻尼式时间继电器为例说明其工作原理。

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，它由电磁机构、延时机构和触头系统3部分组成。电磁机构为直动式双E 型铁心，触头系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。

空气阻尼式时间继电器可以做成通电延时型，也可改成断电延时型，电磁机构可以是直流的，也可以是交流的，如图1-15所示。

现以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理。

图1-15（a ）中通电延时型时间继电器为线圈不得电时的情况，当线圈通电后，动铁心吸合，带动Ｌ型传动杆向右运动，使瞬动接点受压，其接点瞬时动作。活塞杆在塔形弹簧的作用下，带动橡皮膜向右移动，弱弹簧将橡皮膜压在活塞上，橡皮膜左方的空气不能进

入气室，形成负压，只能通过进气孔进气，因此活塞杆只能缓慢地向右移动，其移动的速度和进气孔的大小有关（通过延时调节螺丝调节进气孔的大小可改变延时时间）。经过一定的延时后，活塞杆移动到右端，通过杠杆压动微动开关（通电延时接点），使其常闭触头断开，常开触头闭合，起到通电延时作用。

(a)通电延时继电器示意图

(c)断电延时继电器示意图 通电延时接点

断电延时接点

或或或

或KT KT KT

KT

KT

KT KT

KT

KT

KT

KT

KT

KT KT KT

通电延时接点

瞬动接点

线圈

(b)通电延时继电器图形符号

(d)断电延时继电器图形符号

断电延时接点

瞬动接点

线圈

图1-15 空气阻尼式时间继电器示意图及图形符号

当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向左端，这时气室内中的空气通过橡皮膜和活塞杆之间的缝隙排掉，瞬动接点和延时接点迅速复位，无延时。

如果将通电延时型时间继电器的电磁机构反向安装，就可以改为断电延时型时间继电器，如图1-15（c ）中断电延时型时间继电器所示。线圈不得电时，塔形弹簧将橡皮膜和活塞杆推向右侧，杠杆将延时接点压下（注意，原来通电延时的常开接点现在变成了断电延时的常闭接点了，原来通电延时的常闭接点现在变成了断电延时的常开接点），当线圈通电时，动铁心带动L 型传动杆向左运动，使瞬动接点瞬时动作，同时推动活塞杆向左运动，如前所述，活塞杆向左运动不延时，延时接点瞬时动作。线圈失电时动铁心在反力弹簧的作用下返回，瞬动接点瞬时动作，延时接点延时动作。

时间继电器线圈和延时接点的图形符号都有两种画法，线圈中的延时符号可以不画，

接点中的延时符号可以画在左边也可以画在右边，但是圆弧的方向不能改变，如图1-15（b ）和（d ）所示。

空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉，且不受电源电压及频率波动的影响，其缺点是延时误差大、无调节刻度指示，一般适用延时精度要求不高的场合。常用的产品有JS7-A 、JS23等系列，其中JS7-A 系列的主要技术参数为延时范围，分0.4s ～60s 和0.4s ～180s 两种，操作频率为600次/h ，触头容量为5A ，延时误差为±15%。在使用空气阻尼式时间继电器时，应保持延时机构的清洁，防止因进气孔堵塞而失去延时作用。

时间继电器在选用时应根据控制要求选择其延时方式，根据延时范围和精度选择继电器的类型。

1.8.5 热继电器

热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。

三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。常用的电动机保护装置种类很多，使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。

1．热继电器的工作原理

图1-16（a ）所示是双金属片式热继电器的结构示意图，图1-16（b ）所示是其图形符号。由图可见，热继电器主要由双金属片、热元件、复位按钮、传动杆、拉簧、调节旋钮、复位螺丝、触点和接线端子等组成。

FR FR FR

FR FR

双金属片热元件

传动杆 触点复位按钮

复位螺丝

手动/自动

调节旋钮(b)热继电器图形符号(a)热继电器结构示意图热元件触点

图1-16 热继电器结构示意图及图形符号

双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的（如铁镍铬合金、铜合金或高铝合金等）称为主动层，膨胀系数小的（如铁镍类合金）称为被动层。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触头动作。

热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种。热元件串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流（大容量的热继电器装有速饱和互感器，热元件串接在其二次回路中）。当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过整定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。

热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。调节旋钮为一个偏心轮，旋转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。

热继电器复位方式有自动复位和手动复位两种，将复位螺丝旋入，使常开的静触点向动触点靠近，这样动触点在闭合时处于不稳定状态，在双金属片冷却后动触点也返回，为自动复位方式。如将复位螺丝旋出，触点不能自动复位，为手动复位置方式。在手动复位置方式下，需在双金属片恢复状时按下复位按钮才能使触点复位。

2．热继电器的选择原则

热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择：

（1）热继电器结构型式的选择：星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。

（2）热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的1.05～1.1倍。

（3）对于重复短时工作的电动机（如起重机电动机），由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。

1.8.6 速度继电器

速度继电器又称为反接制动继电器，主要用于三相鼠笼型异步电动机的反接制动控制。图1-17为速度继电器的原理示意图及图形符号，它主要由转子、定子和触头3部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个鼠笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有鼠笼型绕组。其转子的轴与被控电动机的轴相连接，当电动机转动时，转子（圆柱形永久磁铁）

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