电气控制基础知识

第三章电气控制基础知识

第一节电气控制

一、常用低压电器

低压电器被广泛地应用于工业电气和建筑电气控制系统中，它是实现继电——接触器控制的主要电器元件。

1.常用低压电器的分类

常用低压电器是按照电器的工作电压等级进行划分的。通常将工作电压直流1200V，交流1000V以下的电器元件称为低压电器。

电器是用来完成对被控对象实施控制、调节、检测和保护等作用的电气设备（器件）的总称。主要应用于电能的产生、输送、分配和电气控制。

低压电器的分类由低压配电电器和低压控制电器两类组成。低压配电电器包括断路器、漏电保护器、熔断器、刀开关、转换开关等。低压控制电器包括接触器、继电器、起动器、控制器、主令电器、电阻器、变阻器、电磁铁等。

在我国低压电器目前有国家产品、合资产品、进口产品。相比之下进口和合资的产品价格偏高，在设计和使用的过程中，不一定非要追求品牌，现在国产品牌大多都经过了ISO9002的质量认证，在质量上也很过关。具有很高的性能价格比。

(1)低压配电电器的分类

低压配电电器的分类包括断路器、漏电保护器、熔断器、刀开关、转换开关等，主要用来实现电能的分配和电气保护（短路、过载、欠压、防漏电等）。

(2)低压控制电器的分类

低压控制电器的分类包括接触器、继电器、起动器、控制器、主令电器、电阻器、变阻器、电磁铁等，主要用来实现电路的接通和断开（实现被控对象的运行和停止）。

2.低压断路器

低压断路器是用于线路和设备保护的电气产品，它具有短路、过载、欠压等保护功能。按种类划分低压断路器有保护配电线路、保护电动机、保护照明负载和漏电保护四种用途，按结构划分有框架式和装置式。

(1)低压断路器的组成

低压断路器主要由触头系统、灭弧装置、操作机构以及各种脱扣机构组成。

1)触头系统和灭弧装置。触头系统是低压断路器的执行机构，主触头用于实现主电路的接通和断开，其配套的辅助触头用于控制电路中的联锁控制。灭弧装置用于主触头的熄弧。

2)操作机构和自由脱扣机构。操作机构和自由脱扣机构是低压断路器的机械传动部分，主要实现低压断路器主触头和辅助触头的接通和断开，其操作形式有手柄操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作。低压断路器的自动脱扣由短路、过载、欠压等三种保护装置实现，当电路传来故障信号时，相应的脱扣装置动作，最终

顶主杠杆上移，主杠杆驱动自由脱扣机构而使其挂勾

摘除，主触头靠反力弹簧的作用实现分断，电路得到

了保护。

3)电磁脱扣器。电磁脱扣器是由开口铁心和励磁

线圈组成（如图3-1所示），主触头闭合后，工作电流

流过主触头和电磁脱扣器的励磁线圈，当电路正常工

作时（工作电流不大于电磁脱扣器整定的电流值），电

磁脱扣器的衔铁不吸合，电路发生短路故障时，电路

中的短路电流会剧增（一般是工作电流的5～7、10～

14倍），电磁脱扣器的衔铁吸合并推动主杠杆上移，图3-1 低压断路器动作原理图

主杠杆驱动自由脱扣机构使低压断路器分断。短路时，1—弹簧 2—主触头

其动作是靠电磁力的影响，所以动作时间很快。3、4、5—自由脱扣机构

分断时间应在0.02s以内完成。6、8—电磁脱扣器 7—主杠杆

4) 过载脱扣器。9、10、11—欠压脱扣器

过载脱扣器由发热元件和双金属片组成。主触12、13—过载脱扣器

头闭合后，工作电流流过加热元件，当电路正常工作时（工作电流不大于过载整定的电流值），双金属片虽发生变形。但不足以推动主杠杆。电路发生过载故障时，发热元件产生的热量增加致使双金属片发生较大的变形并推动主杠杆上移，主杠杆驱动自由脱扣机构使低压断路器分断。过载时，发热元件和双金属片的动作受惯性的影响而不能瞬间动作，其动作时间和当前电流值成反时限特性。

5)欠压脱扣器。欠压脱扣器是由开口铁心和励磁线圈组成。当有外电压时（电压应来自于主触头的上口），欠压脱扣器的励磁线圈有电流流过，衔铁吸合且不影响低压断路器的正常分断，外电压失压或电压偏低时，衔铁释放并推动主杠杆上移，主杠杆驱动自由脱扣机构使低压断路器分断，此时低压断路器不能接通。

(2)低压断路器的型号种类

低压断路器的结构和型号种类很多，目前我国常用的有DW和DZ系列。DW型也叫万能式空气开关，DZ型叫塑料外壳式空气开关，其产品代号含义如下：

应注意的是，不同型号的低压断路器分别具有不同的保护机构和参数的整定方法，使用时应根据电路的保护要求选择其型号并进行参数的整定。

(3)万能式低压断路器

DW16系列万能式低压断路器是适用于交流50Hz、额定电流100A至4000A、额定工作电压400V或690V的配电网中。可实现电能的分配，保护线路和电源设备的过载、欠电压、短路。额定电流160A至690A的断路器也可作为变压器中性点直接接地的TN电网中单相金属性对地短路保护之用。还可在交流50HZ、380V网络中用作电动机的不频繁起动及过载、欠电压和短路保护之用。DW16型万能式低压断路器结构如图3-2、3-3所示。

图3-2 DW16系列万能式低压断路器结构

图3-3 DW16系列万能式低压断路器保护特性曲线

图3-3（左图）是热—电磁式过电流脱扣器的保护特性曲线，它采用长延时电流整定调

节范围（0.64~1的In），保护特性为反时限特性，即瞬时动作电流越大，动作时间越短。一般瞬时电流达到整定电流的1.2倍时,动作时间应不大于20分钟, 瞬时电流达到整定电流的1.5倍时,动作时间应不大于2分钟。它只能用来保护电动机的过载。

图3-3（右图）是保护电动机用过电流的保护特性曲线，它采用的是瞬时过电流整定调节范围（10的In），当瞬时电流达到电磁脱扣器整定电流的10倍时，动作时间应不大于0.02秒。一般用来作电动机的短路保护。

DW16断路器的操作有手动、杠杆传动和电动方式。电磁式瞬间过电流脱扣器实现短路保护，过载长延时脱扣器由电流互感器和双金属片组合后实现过载保护，断路器的主触头选用特殊的合金材料，灭弧罩采用耐弧塑料和栅片灭弧方式，提高了断路器的短路分断能力和抗熔焊性能。DW16断路器的技术参数见表3-1。

表3-1 DW16系列万能空气断路器的技术参数

表3-2 C32系列塑料外壳式低压断路器的技术参数

(4)塑料外壳式低压断路器

C32型系列断路器是适用于交流50HZ，额定电流从1A至63A，额定工作电压380(400)V 及以下的电路中。在民用低压配电中有很大的用量，另外，也可以作为电动机的不频繁起动。