第1章 常用低压电器元器件

1.1 交流接触器

1.交流接触器的结构及工作原理

接触器由线圈N、铁芯G、衔铁E、反力弹簧F及导体A、B、C等部件组成。当开关K如图1-1所示闭合时，线圈N得电，铁芯G产生磁力，衔铁E受磁力的作用与铁芯吸合，导体B1经导体C2与导体B2连通（见图1-2（a）），导体A1、A2因导体C1下移而断开；当开关K断开时，线圈N失电，铁芯G的磁力消失，衔铁E在反力弹簧F的作用下，复位（弹回）到原位，导体B1、B2断开，A1、A2经导体C1连通（见图1-2（b））。

2.交流接触器的主触点与辅助触点

1）触点

在接触器动作过程中，随着接触器吸合或复位而接通或者断开的那些导体的接触点称为触点，如图1-2中的D1、D2。

2）主触点

接触器的主触点是给主回路供电的导体的接触部分，该导体和导体之间接触点的截面均设计的较大，可以流经较大的电流（一般交流接触器的主触点可流过9～630A），并且为了避免接触器动作时产生电弧造成触点彼此间短路，各主触点之间还设计有灭弧罩。

3）辅助触点

辅助触点的作用是用来起信号传递或者控制作用的，所以其电流通过能力比较小，一般只有2～5A，并且没有灭弧罩。

3.常开触点与常闭触点

1）常开触点（NO）

常开触点的特点是，在接触器的线圈失电状态下，触点是断开的。当线圈得电，常开触点闭合，如图1-1（b）中D2触点。

2）常闭触点（NC）

常闭触点的特点是，在接触器的线圈失电状态下，触点是通的。当线圈得电，常闭触点断开，如图1-1（b）中D1触点。

注:交流接触器的主触点必须是常开触点。

4.交流接触器的电气符号

交流接触器的电气符号图如图1-3所示。

5.交流接触器触点的数量

1）主触点

一般交流接触器的主触点为3个，以满足三相交流供电需要。

2）辅助触点

接触器辅助触点的数量不是固定的，不同规格的接触器，辅助触点也不尽相同，如CJ20-40型号的接触器，就有常开和常闭辅助触点各2对，而CJ20-400型号接触器的辅助触点为常开3对，常闭2对。

6.交流接触器的主要参数

1）电流参数

电流参数是指在规定的工作条件下，接触器的主触点的额定电流值（A）。

2）电压参数

电压参数是指在规定的工作条件下，接触器的主触点允许工作的最大电压值（V）。

3）线圈参数

（1）线圈电压参数。规定了接触器线圈的工作电压（V）。

（2）线圈功率因数。指明了接触器线圈的功率因数（cosϕ值）。

（3）线圈工作时的功耗。

7.交流接触器在电气电路中的作用

通过控制接触器的线圈得电与失电，使接触器的主触点闭合与断开，从而实现控制交流电动机或交流用电设备通电（工作）或断电。小型接触器图如图1-4所示。

1.2 热继电器

1.结构及工作原理

RJ10热继电器结构及原理图如图1-5所示。

热继电器由弹簧A、B、双金属片C、发热元件D、连动片E、温度补偿片F、凸盘G、常闭、常开触点H、I、再扣装置J、电流调节盘K、支架M等部件组成。其中，双金属片是由两种不同膨胀系数的金属制成，左侧为低膨胀系数的金属层，右侧为高膨胀系数的金属层，热继电器就是利用具有两层不同膨胀系数的双金属片在受热时发生弯曲而操作执行机构动作的。当发热元件（电阻丝）中的电流大到一定值并经过一定时间时，发热元件发出的热量使双金属片C向左弯曲，带动连动片E向左移动。同时温度补偿片F在连动片E的作用下，以O1点为中心顺时针转动，温度补偿片F的弯曲部分离开了凸盘G，凸盘G在弹簧B的作用下顺时针转动，常闭触点H打开，常开触点I闭合，动作完毕。当发热元件中的电流小于额定电流时，即发热元件发出的热量减少，双金属片恢复原位，温度补偿片F在弹簧A的作用下要恢复原位，但此时被凸盘G的凸起部分挡住，恢复不了原位，故动触点不能恢复原状，即故障消除后，热继电器不能自动复位，要复位必须通过复位按钮按下再扣装置J，使凸盘逆时针转动，凸盘凸起部分抬起，温度补偿片F在弹簧A的作用下恢复原位，同时触点也恢复原位，为下次工作做好准备。

2.电流额定值的设定与调节

电流调节盘K是用以调节热继电器的动作电流的，当电流调节盘逆时针转动时，电流调节盘上移，支架E在弹簧B的作用下以O2为支点向左移，则温度补偿片F，在弹簧A的作用下也向左移动。这样，温度补偿片F和连动片E凸起部分的距离加大。此时只有在流过发热元件的电流更大时，即双金属片向左弯曲的更大时，连动片才能带动温度补偿片动作，使触点动作。反之，当电流调节盘顺时针转动时，热继电器的动作电流就要减小。

3.温度补偿片的温度补偿作用

温度补偿片的另一个重要作用是作温度补偿。即周围环境温度变化时，双金属片也会随着环境温度升高而弯曲，同时温度补偿片也弯曲，从而抵消了周围环境温度升高造成的双金属片受环境温度升高影响而弯曲，使动作电流减小的影响（见图1-6）。

4.热继电器的主节点与辅助触点

1）主节点

和接触器的主触点一样，热继电器的主节点是流经主电路电流的触点。

2）辅助触点

用于进行控制和信号指示的触点。

5.热继电器的电气符号

图1-7（a）中A为热继电器的常闭（辅助）触点（NC），B为热继电器的常开（辅助）触点（NO），C是两个触点的公共点。

6.热继电器触点的数量

1）主节点（热驱动器件）

一般RJ16系列热继电器主节点的数量为3个。

2）辅助触点

RJ16系列热继电器的辅助触点，一般常开触点一个，常闭触点一个，并且它们公用一个公共点C点（见图1-7（a））。

7.热继电器的主要参数

1）电流参数

指明在规定的工作条件下，热继电器的允许工作电流可调范围（A）。

2）额定绝缘电压

表明在规定的工作条件下，热继电器主节点工作时允许的最高工作电压（V）。

8.热继电器在电气电路中的作用

热继电器主要是对电路中的用电设备或电机进行长期过载保护（见图1-8）。所谓过载是指用电设备或电机的电流大于其额定电流。造成过载的原因有电机负载过大、三相电机缺相、欠压运行等。当长时间过载时电机发热，从而引起热继电器动作，切断接触器控制电路，保护电机。

1.3 熔断器

1.熔断器的结构与工作原理

熔断器主要由熔体和安装熔体的外壳组成。熔体通常采用银、铜、铅、铅锡合金、锌等材料制成。由于这些材料具有熔点低的特点，所以当电流通过时所产生的热量达到一定值时，可将其熔化。

一般在制作熔体时，根据熔体所规定的允许通过的电流额定值，将其做成一定直径或截面丝状结构或片状结构。在使用时，熔断器被串联在电路中。当电路正常工作时，流经熔断器的电流所产生的发热温度低于熔体的熔化温度，熔体长期工作不会熔断；当电流大于熔体所规定的电流值时，熔体温度急剧上升并超出其熔点而被熔断，从而断开电路起到保护作用。如果流过熔断器的电流，超出其额定值越大，熔体熔断的速度就会越快。

2.熔断器的反时限特性

熔断器的反时限特性也称为安-秒特性，是熔断器的保护特性，主要指熔断器的电流值与熔断时间的关系，特性曲线如图1-9（a）所示。从图中的曲线可知，当流过熔体的电流值小于其额定值IN时，熔断器熔体的熔断时间在纵坐标上是无穷的，不会熔断；当流过熔体的电流值I1大于IN时，其熔断的时间为t1（见图1-9（b））；如果熔断器的工作电流值比I1还大，为I2时，由图1-9（b）可知，此时熔断器熔体被熔断所用的时间为t2，就比I1电流所用的时间t1还要小，即流过熔断器熔体的电流，超出其额定值越大，熔断器熔体被熔断的时间就越快。

3.熔断器的电器符号

熔断器的电气符号如图1-10所示。

4.熔断器的主要参数

1）额定电流

额定电流指允许熔断器长期工作而不会被熔断的电流值。如果熔断器的工作电流超出其额定值，由于温升增加，熔断器会被熔断；电流超出其额定值越大，温升越高，被熔断的也就越快。

2）额定电压

额定电压指允许熔断器工作的工作电压值。超出其额定电压，熔断器会被损坏。

5.常用熔断器的分类

常用熔断器的种类主要有以下几种:①瓷插式；②螺旋式；③无填料式；④有填料式；⑤快速熔断式。

磁插式和螺旋式主要是结构形式的不同。

6.熔断器在电路中的作用

多用于供电电路或电气设备的过载保护和短路保护。

1.4 刀开关、低压断路器

1.刀开关的结构及工作原理

刀开关主要由绝缘底座、静触插座、触刀、铰链支座和操纵手柄构成，如图1-11所示。在电路上，上接线柱和静触插座是连通的，触刀和下接线柱是连通的。当触刀插入静触插座，上下接线柱连通；当触刀与静触插座分开，上下接线柱断开。刀开关是依靠手动实现触刀插入静触插座或脱离静触插座的，从而实现电路的接通或断开，如图1-12所示。

刀开关按电路的要求分单极、双极和三极等几种。为了电路的安全和方便实用，有些刀开关上还设计有熔断器或熔断体，构成既有通、断电路又有保护作用的熔断式刀开关。

2.低压断路器的结构及工作原理

低压断路器由触点系统、脱扣机构、灭弧装置和操作机构构成，如图1-13所示。触点起到电路的通断作用。脱口机构有多种形式，如过流脱扣器、热过载脱扣器、欠压脱扣器、分励脱扣器等。和接触器灭弧装置的作用类似，低压断路器的灭弧装置也是为防止触点接通或断开时，所产生的电弧造成触点间短路所设计的。操作机构分手柄操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作几种。

当通过断路器的电流超出其规定的电流值时，过流脱扣器绕组的电流增大，衔铁I吸合；过载时，热过载脱扣器的双金属片J进一步受热膨胀后，弯曲加大；当电压欠压时，可使欠压脱扣器动作，其衔铁G因电压降低，吸力不够，在反力弹簧N的作用下而释放。上述情况不论哪种情况发生，都将带动连杆F向上移动，使搭扣与锁钩脱开，从而使断路器的触点在反力弹簧L的作用下断开，切断故障电路，起到保护的目的。因此，断路器在功能上相当于刀开关、热继电器、过电流继电器和欠压继电器的组合，能有效地对负载电路进行短路、过载及欠电压保护，也可用于不频繁的接通、分断电路。

分励脱扣器的设计，主要是为了实现断路器的远距离操作和控制。正常工作时，该脱扣器的线圈是断电的，当按下相应的按钮时，脱扣器线圈得电，衔铁吸合，带动杠杆移动，使搭扣脱开，主触点断开。

另外，目前市场上还设计有微型断路器，以满足小电流用户的使用需要。微型断路器在极数上分单极、双极、三极和四极等；在使用场合上分照明、动力两种；在漏电保护上分普通型和漏电保护型。

3.刀开关、低压断路器的电气符号

刀开关、低压断路器的电气符号如图1-14所示。

刀开关和低压断路器有单极、双极、三极和四极等多种规格，上述图中只给出了三极的符号图，各极数的电气符号的区别仅仅是极数的不同。

4.刀开关、低压断路器的主要参数

（1）电流参数:该参数表示在规定的环境条件下允许其工作的最大电流值。

（2）电压参数:该参数表示在规定的环境条件下其工作的额定电压值。

（3）断路器的瞬时过电流参数。

5.刀开关、低压断路器在电气电路中的作用

刀开关、低压断路器（见图1-15）常用作设备或线路的供电电源开关。

1.5（中间）继电器

1.（中间）继电器的结构及工作原理

（中间）继电器的工作原理、结构和接触器基本相同（见图1-1）。即利用线圈通电后，与铁芯共同产生电磁吸力，使衔铁吸合，从而导致随衔铁移动的触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）；线圈失电，铁芯失磁，衔铁在反力弹簧的作用下，复位到原位（常开触点断开，常闭触点闭合）。与接触器所不同的是，（中间）继电器没有接触器的主触点和相应的灭弧罩，只有触点（概念同接触器的辅助触点），并且触点的电流一般在零点几安到10A不等，因而（中间）继电器只能进行控制和信号传递。

2.（中间）继电器的电气符号

（中间）继电器的电气符号图如图1-16所示。

3.（中间）继电器触点的类型

（中间）继电器的触点有两种类型。一种是常开触点（NO）和常闭触点（NC）都是独立的，两触点之间彼此无联系，如图1-16（b）、（c）所示；另一种是一个常开触点（NO）和一个常闭触点（NC）公用一个公共点，如图1-16（d）所示。

4.（中间）继电器触点的数量

（中间）继电器触点的数量是由继电器的大小决定的，一般触点电流在0.2～1A的小型继电器的触点，多数只有一个常开触点；触点电流为2A、5A或10A的继电器的触点，有2常开2常闭的，也有3常开3常闭的，还有4常开4常闭的。

5.（中间）继电器的电气参数

1）触点电流参数

表明继电器触点的额定工作电流。

2）触点数量参数

表明继电器常开、常闭触点数量。

3）线圈参数

（1）线圈电压参数。表明继电器线圈的工作电压。

（2）线圈工作时的功耗。

6.（中间）继电器在电气电路中的作用

（中间）继电器在电气电路中，主要是起控制信号的传递作用。小型继电器式样图如图1-17所示。

1.6 时间继电器

1.时间继电器的结构及工作原理

时间继电器在继电器的概念上，和（中间）继电器类似，即起到传递控制信号的作用。它也有线圈和触点，但是和（中间）继电器的区别是，时间继电器中设计有延时电路（或延时器件）。当时间继电器的线圈通电或断电后，那些和延时电路（或延时器件）相关的触点，不是随线圈得电马上动作，而是在延时电路（或延时器件）的延时时间到了以后动作。因此，时间继电器的主要功能是进行时间延时控制。

2.时间继电器的电气符号

时间继电器的电气符号图如图1-18所示。

3.时间继电器线圈和触点的类型

（1）通电延时线圈（见图1-18（a））。线圈通电后，开始进行延时的时间继电器。

（2）断电延时线圈（见图1-18（b））。线圈断电后，开始进行延时的时间继电器。

（3）延时闭合的常开触点（见图1-18（c））。线圈得电，开始定时，时间到，触点动作（闭合）；线圈失电，触点复位（断开）。

（4）延时断开的常闭触点（见图1-18（d））。线圈得电，开始定时，时间到，触点动作（断开）；线圈失电，触点复位（闭合）。

（5）延时断开的常开触点（见图1-18（e））。线圈得电，触点闭合；线圈失电，进行定时，时间到，复位（断开）。

（6）延时闭合的常闭触点（见图1-18（f））。线圈得电，触点断开；线圈失电，进行定时，时间到，触点复位（闭合）。

（7）普通（瞬动型）常开、常闭触点（见图1-18（g）、（h））。线圈得电，触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开），线圈失电，触点复位。

图1-19所示的是电子式时间继电器外形图。

4.时间继电器的电气参数

1）触点电流参数

表明继电器触点的额定工作电流。

2）触点数量参数

表明继电器常开、常闭触点数量。

3）线圈参数

（1）线圈电压参数。表明继电器线圈工作电压。

（2）线圈工作时的功耗。

1.7 指示灯

1.指示灯的电气符号

指示灯电气符号图如图1-20所示。

2.指示灯的技术参数

1）电压参数

用于说明指示灯的工作电压，如24V DC、220V AC、380V AC。

2）孔径参数

用于说明指示灯的安装孔径，如ϕ22.5、ϕ25。

3）颜色参数

用于说明指示灯亮时的发光颜色，如R（红）、G（绿）、Y（黄）、W（白）。在实际应用中，设备的不同状态下，所选用的指示灯的颜色是不同的，例如红色通常用来表示设备正在运行，绿色表示设备停车、黄色表示异常报警等。

3.指示灯在电气电路中的作用

指示灯在电气电路中主要是用于表示设备的工作状态，如电机的运行、停车、故障等。XD37和LAY37型指示灯如图1-21所示。

1.8 控制按钮开关

1.控制按钮开关的结构及工作原理

1）自复位型按钮

其特点是，按下按钮，触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）；松开按钮，在反力弹簧的作用下，触点复位（见图1-22（a））。

2）二位状态按钮

其特点是，按下按钮，触点动作；松开按钮，由于锁紧装置的锁固作用（见图1-22（b）），触点被锁住不能复位，并保持动作状态。再次按下按钮，锁紧装置解开，反力弹簧使触点复位。二位状态按钮也叫做记忆按钮或自锁按钮。

2.按钮开关的电气符号

按钮电气符号图如图1-23所示。

3.按钮开关在电气电路中的作用

主要用于人工对设备或电机的启动、停车、设备故障复位等控制。LAY37型按钮开关如图1-24所示。

1.9 万能转换开关

1.万能转换开关结构及工作原理

万能转换开关（简称万转开关）是一种凸轮旋转拨盘式转换开关，其工作原理如图1-25（a）所示，当凸轮旋转拨盘B由中间位置向左转动45°时，凸轮挤压碰珠D1，使触点A1闭合；当凸轮旋转拨盘B由中间位置向右转动45°时，凸轮挤压碰珠D2，使触点A2闭合。当凸轮离开碰珠D1或D2时，反力弹簧使碰珠下移，使触点复位。图1-25（b）是多位凸轮的情况，即随着凸轮旋转位置的变化，碰珠可使触点根据凸轮的变化，进行多点通、断动作。另外，在同一个凸轮轴上，可以安装多个凸轮，实现多组触点的控制动作（见图1-25（c））。

2.万能转换开关的电气符号及动作关系表

万能转换开关电气符号图和动作关系表如图1-26所示。

根据上面的动作关系表和符号图，当转换开关向左旋转45°时，只有一对触点是接通的，即触点①、②是接通的，其他三对触点是断开的，即触点③、④、触点⑤、⑥和触点⑦、⑧是断开的；当转换开关向右旋转45°时，有两对触点接通，即触点③、④和触点⑦、⑧是接通的，而触点①、②和触点⑤、⑥是断开的；当转换开关旋转到中间位置0°时，只有触点⑤、⑥接通，其他是断开的。

需要说明的是，万能转换开关的动作关系不是固定不变的，是多种多样的，使用时可根据控制关系进行选择。例如，将上面表格中的动作关系改为，左旋45°时，触点①、②和触点⑤、⑥接通，触点③、④和触点⑦、⑧断开；右旋45°时，触点①、②和触点⑤、⑥断开，触点③、④和触点⑦、⑧接通；中间位置0°时，所有的触点全断开。另外，万转开关的旋转角度也有多种，比如四个位置型的，其旋转角度有0°、45°、90°、270°，五个位置型的等。第三点是，万转开关分单级、双极、三极、四极等，有时还有五极、六极甚至更多极，一般单极的有两对触点，即触点①、②和触点③、④，两极就有四对触点，即触点①、②、触点③、④、触点⑤、⑥和触点⑦、⑧。三极、四极等依次类推。

3.万能转换开关的技术参数

（1）极数。万转开关的每一极设计有固定的几对触点，使用时可根据设计及电路对触点数量的需要选择极数。

（2）挡位。表示开关可以旋转几个位置。

（3）动作关系表。表示旋转开关在各挡位的触点闭合情况。

（4）触点工作电压。表示触点的允许工作电压。

（5）触点电流。表示触点允许通过的最大电流。

（6）触点动作关系参数。该参数表示了各对触点与开关位置之间的闭合情况。具体可参阅相关说明书。

图1-27所示的是LW6-2/□□ 型2极万能转换开关，该开关的特点是，有0、1、2（即中、右、左）三个挡位，两极中的每一极有6对触点，第一极的触点号为①、②；③、④；⑤、⑥；第二极的触点号为⑦、⑧；⑨、⑩；⑪、⑫。

4.万能转换开关在控制电路中的作用

可实现多挡位、多电路的电路换接或小容量异步电机、伺服电机、微动电机的不频繁直接启动控制等。

5.其他转换开关

在实际使用中，还有许多种转换开关，如主令开关、旋钮开关等，其作用和万能转换开关大致相同，只是在形式结构上有区别，读者可以参阅相关资料和书籍。

习题1

1-1 如果把电气主电路中的热继电器主节点，由三个改成图1-28（a）中的两个，是否可以？为什么？如果再改成图1-28（b）中的一个热继电器主节点，能否起到对电机运行电流的有效检测？其原因是什么？

1-2 现在有一个型号为DZ47-604PD40的微型断路器，如图1-28（c）所示，有4个主触点，没有辅助触点。现计划把它用在一个三相交流电动机的主电路当中给电机供电，由于断路器只需3个主触点就可满足电机的动力供电，可否将另外一个主触点作为断路器的常开辅助触点使用？为什么？

1-3 接触器的线圈得电后，其触点动作，主触点给电机供电。如果需要电机停车，已经将接触器的线圈失电，但是触点没有复位，其原因是什么？

1-4 时间继电器的瞬时型常开、常闭触点和（中间）继电器的常开、常闭触点的作用一样吗？为什么？

1-5 图1-29中的电路中的按钮SB，有一个常开触点和一个常闭触点，当按钮按下时，电灯H1和H2将是什么状态？