1.1　低压电气元件识别与使用

电器是一种能根据外界信号和要求手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。

低压电气元件通常是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通、断、保护、控制或调节作用的各种电气元件。常用的低压电气元件主要有刀开关、按钮、熔断器、断路器、热继电器、接触器、继电器、行程开关等，学习识别与使用这些电气元件是掌握电气控制技术的基础。

1.1.1　刀开关

刀开关又称闸刀开关，刀极数目有单极、双极和三极三种，其图形符号如图1-1所示。主要用于手动接通和切断电路或隔离电源，用在不频繁接通和分断电路的场合。

图1-1所示为瓷底胶盖刀开关。图1-2所示为瓷底胶盖刀开关结构。此种刀开关由操作手柄、熔丝、触刀、触刀座和瓷底座等部分组成，带有短路保护功能。

刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，避免由于重力自动下落，引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，将负载线接在下端，这样断开后，刀开关的触刀与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。另外，操作刀开关时不能动作迟缓、犹豫不决，动作越慢，越容易出现电弧，影响开关使用寿命，容易出现危险。

刀开关的图形符号及文字符号如图1-3所示。

1.1.2　按钮

按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器，常用于控制电动机或机床控制电路的接通或断开。其外形如图1-4所示，按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，其结构如图1-5所示。触点采用桥式触点，触点额定电流在5A以下，分常开触点和常闭触点两种。在外力作用下，常闭触点先断开，然后常开触点再闭合；复位时，常开触点先断开，然后常闭触点再闭合。

按用途和结构的不同，按钮分为启动按钮、停止按钮和复合按钮等。按钮的图形和文字符号如图1-6所示。

按钮一般通过按钮帽螺钉固定在操作面板上，使用时注意螺钉一旦松动应及时拧紧，防止按钮被按入面板内，导致失控及内部短路。

1.1.3　熔断器

熔断器是一种简单而有效的保护电器，主要用于保护电源免受短路的损害。熔断器串联在被保护的电路中，在正常情况下相当于一根导线。熔断器一般分成熔体座和熔体两部分。其外形如图1-7所示。

常用的熔断器为螺旋式，它的结构如图1-8所示，熔断器的图形和文字符号如图1-9所示。

RL1系列螺旋式熔断器的额定电压为500V，额定电流为2A、4A、6A、…、200A等。熔丝额定电流、熔断电流与线径有关。

选择熔断器的容量时，应根据电路的工作情况而定。对于工作电流稳定的电路，如照明、电热等电路，熔体额定电流应等于或稍大于负载工作电流。在异步电动机直接启动电路中，启动电流可达到额定电流的4～7倍，此时熔体额定电流应是电动机额定电流的2.5～4倍。

熔断器发生熔断时，尤其是熔丝爆断时，切忌不加分析直接更换熔丝，或更换更大容量的熔丝，马上投入使用。熔丝的熔断主要是电路的故障导致的，应确认排除故障，才可通电继续工作。

1.1.4　低压断路器

低压断路器又称自动空气开关，在电气线路中起接通、分断和承载额定工作电流的作用，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠电压的情况下进行可靠的保护。它的功能相当于刀开关、过电流继电器、欠电压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。其外形如图1-10所示。

低压断路器的结构示意如图1-11所示。低压断路器主要由触点、灭弧系统、各种脱扣器和操作机构等组成。脱扣器又分电磁脱扣器、热脱扣器、复式脱扣器、欠压脱扣器和分励脱扣器5种。

图1-11所示断路器处于闭合状态，3个主触点通过传动杆与锁扣保持闭合，锁扣可绕轴5转动。断路器的自动分断是由电磁脱扣器6、欠压脱扣器11和双金属片12使锁扣4被杠杆7顶开而完成的。正常工作中，各脱扣器均不动作，而当电路发生短路时，由于电流过大使衔铁8推动杠杆7向上移动，造成锁扣4脱扣，传动杆在弹簧1的作用下向左移动，使断路器断开。同样，当发生欠压或过载故障时，分别由衔铁10或双金属片12推动杠杆7向上移动使锁扣被杠杆顶开，实现保护作用。低压断路器的图形符号及文字符号如图1-12所示。

使用低压断路器来实现短路保护比熔断器优越，因为当三相电路短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成断相运行。对于低压断路器来说，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相电路同时切断。但其结构复杂、操作频率低、价格较高，因此适用于要求较高的场合，如电源总配电盘。

1.1.5　热继电器

电动机在运行过程中若长期负荷过大、频繁启动或者缺相运行等，都可能使电动机定子绕组的电流超过额定值，这种现象叫作过载。过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。因此，电动机在长期运行中，需要对其过载提供保护装置。热继电器是利用电流的热效应原理实现电动机的过载保护，图1-13为一种常用的热继电器外形图。

热继电器主要由热元件、双金属片和触点3部分组成。图1-14是热继电器的结构示意图。三个发热元件放在三个双金属片的周围，双金属片是由两层膨胀系数相差较大的金属碾压而成的。左边一层膨胀系数小，右边一层膨胀系数大。工作时，发热元件串联在电动机定子绕组中，电动机正常工作时，发热元件产生的热量虽然能使双金属片弯曲，但还不能使继电器动作。当电动机过载时，流过发热元件的电流增大，经过一定时间后，双金属片向左弯曲推动导板使继电器常闭动触点9断开，切断电动机的控制线路，负载停止工作。

由于双金属片有热惯性，因而热继电器不能做短路保护。当出现短路事故时，要求电路立即断开，而热继电器却不能马上动作。但是，热继电器的热惯性也有一定好处。例如，电动机启动或者短时过载，热继电器不会立即动作，这样就避免了电动机不必要的停车。热继电器复位时，按下复位按钮3即可。热继电器的图形符号及文字符号如图1-15所示。

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。

1.1.6　接触器

接触器是一种自动的电磁式开关。它通过电磁力作用下的吸合和反向弹簧力作用下的释放使触头闭合和分断，导致电路的接通和断开。接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一。接触器分为直流和交流两大类，结构大致相同，这里只简单介绍交流接触器。图1-16所示为几款接触器的外形。

图1-17所示为交流接触器的结构示意，它分别由电磁铁、触头、灭弧状置和其他部件组成。电磁铁包括铁芯、线圈和衔铁等，其中铁芯与线圈固定不动，衔铁可以移动。触头由动触头和静触头组成，动触头和电磁系统的衔铁通过绝缘支架固定在一起。

接触器的触头有主触头和辅助触头两种。通常主触头有三对，它的接触面积较大，有灭弧装置，能通过较大的电流。主触头在电路中控制用电器的启动与停止。接触器的常态是线圈没有通电时触头的工作状态。此时，处于断开的触头称为常开触头，处于闭合的触头称常闭触头。常态时，主触头是常开的，辅助触头有常开与常闭两种形式。

交流接触器工作时，一般当施加在线圈上的交流电压大于线圈额定电压值的85%时，铁芯中产生的磁通对衔铁产生的电磁吸力使衔铁带动触点向下移动。触点的动作使常闭触点先断开，常开触点后闭合。当线圈中的电压值为零时，铁芯的吸力消失，衔铁在复位弹簧的拉动下向上移动，触点复位，使常开触点先断开，常闭触点后闭合。另外，当线圈中的电压值降到某一数值时，铁芯的吸力小于复位弹簧的拉力，此时，也同样使触点复位。这个功能就是接触器的欠压保护功能。

交、直流接触器的图形符号及文字符号如图1-18所示。

接触器的电气寿命用其在不同使用条件下无需修理或更换零件的负载操作次数来表示。接触器的机械寿命用其在需要正常维修或更换机械零件前，包括更换触点所能承受的无载操作循环次数来表示。

1.1.7　电磁式继电器

继电器是根据某种输入信号的变化接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。

在低压控制系统中采用的继电器大部分是电磁式继电器，电磁式继电器的结构及工作原理与接触器基本相同。主要区别在于：继电器是用于切换小电流电路的控制电路和保护电路，而接触器是用来控制大电流电路；继电器没有灭弧装置，也无主触点和辅助触点之分等。图1-19为几种常用电磁式继电器的外形图。

电磁式继电器的典型结构如图1-20所示，它由电磁机构和触点系统组成。按吸引线圈电流的类型，可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器。按其在电路中的连接方式，可分为电流继电器、电压继电器和中间继电器等。

① 电流继电器。电流继电器的线圈与被测电路串联，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。电流继电器除用于电流型保护的场合外，还经常用于按电流原则控制的场合。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。

② 电压继电器。电压继电器反映的是电压信号。使用时，电压继电器的线圈并联在被测电路中，线圈的匝数多、导线细、阻抗大。继电器根据所接线路电压值的变化，处于吸合或释放状态。根据动作电压值不同，电压继电器可分为欠电压继电器和过电压继电器两种。

③ 中间继电器。中间继电器实质上是电压继电器，只是触点对数多，触点容量较大，其额定电流为5～10A。当其他继电器的触点对数或触点容量不够时，可以借助中间继电器来扩展它们的触点数或触点容量，起到信号中继作用。

中间继电器体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。

电磁式继电器的图形符号及文字符号如图1-21所示，电流继电器的文字符号为KI，电压继电器的文字符号为KV，中间继电器的文字符号为KA。

1.1.8　时间继电器

时间继电器是利用某种原理实现触点延时动作的自动电器，经常用于以时间控制原则进行控制的场合。其种类主要有空气阻尼式、电磁阻尼式、电子式和电动式。

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，其结构由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。电磁机构为双正直动式，触点系统用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。图1-22为JS7系列空气阻尼式时间继电器外形图。

空气阻尼式时间继电器的电磁机构可以是直流的，也可以是交流的；既有通电延时型，也有断电延时型。只要改变电磁机构的安装方向，便可实现不同的延时方式：当衔铁位于铁芯和延时机构之间时为通电延时，线圈通电后需要延迟一定的时间，其触点才会动作。当线圈断电后，触点马上动作，其结构如图1-23（a）所示。当铁芯位于衔铁和延时机构之间时为断电延时，线圈通电后，其触点马上动作。当线圈断电后需要延迟一定的时间，触点才发生动作，其结构如图1-23（b）所示。

时间继电器的图形符号及文字符号如图1-24所示。

选用时间继电器除考虑延时方式外，还要根据使用场合、工作环境选择时间继电器的类型。如电源电压波动大的场合可选空气阻尼式或电动式时间继电器，电源频率不稳定的场合不宜选用电动式时间继电器，环境温度变化大的场合不宜选用空气阻尼式和电子式时间继电器。

1.1.9　速度继电器

速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。它可以按照被控电动机转速的大小使控制电路接通或断开。速度继电器通常与接触器配合，实现对电动机的反接制动。图1-25为速度继电器的结构示意图。

速度继电器的转轴和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，其定子绕组便切割磁感线，产生感应电流，此电流与转子磁场作用产生转矩。电动机转速越快，转矩越大。电动机转速大于某一值时，速度继电器定子转到一定角度使摆杆推动常闭触点动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧的作用下复位。

速度继电器有两组触点（每组各有一对常开触点和常闭触点），可分别控制电动机正、反转的反接制动。速度继电器的图形符号及文字符号如图1-26所示。

速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。使用时，速度继电器的转轴应与电动机同轴连接；安装接线时，正反向的触点不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。

1.1.10　行程开关

行程开关是一种利用生产机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、行程大小和位置保护等。当行程开关用于位置保护时，又称限位开关，其工作原理类似于按钮。

行程开关的种类很多，常用的行程开关有按钮式、单轮旋转式、双轮旋转式行程开关，它们的外形如图1-27所示。

各种系列的行程开关的基本结构大体相同，都是由操作头、触点系统和外壳组成的，其结构如图1-28所示。当压下顶杆到一定距离时，会带动触头动作，使常闭触点断开、常开触点闭合。反之，当外力除去后，顶杆在弹簧作用下复位，带动常闭触点闭合、常开触点断开。

行程开关的图形符号及文字符号如图1-29所示。

行程开关在选用时，应根据不同的使用场合，满足额定电压、额定电流、复位方式和触点数量等方面的要求。