任务6 常用电器控制开关使用方法学习
【活动场景】
在车辆段铁道车辆供电检修车间，或在学校有铁道客车供电装置的试验室进行，并按教学内容的要求准备常用电器控制开关、电工测量工具和仪表，并准备相应的测量材料。
【任务要求】
1.掌握铁道车辆供电系统的常用电器控制开关的基本工作原理和特点。
2.会使用铁道车辆电源技术上常用电器控制开关，并能进行基本技术参数测量和故障诊断。
【知识准备】
在铁道车辆空调客车和发电车电器系统中，不同种类的电器元件连接在一起构成了不同的控制回路。不同的控制回路，分别承担着不同对象的控制和调节。组成这些控制回路的常用元件有：组合开关、自动空气开关（断路器）、交流接触器、继电器、熔断器等，本次任务我们将对这些车辆上常用的电器控制开关进行学习，主要学习其原理、结构及使用方法。
1.组合开关
如图1-27和图1-28所示分别是在铁道车辆空调客车和发电车上使用的组合开关的实物图，这些组合开关常用来切断或导通电源，或让电气设备选择不同工况的进行工作，比如铁道车辆空调客车中的空调冷却风机的高、低速控制和发电机输出电压检测等。
图1-27 空调客车用组合开关
图1-28 发电车用组合开关
车辆电气装置中使用的组合开关的种类很多，有单极、双极、三极、四极和多极等几种。组合开关的常见故障有：接触不良、内部短路、内部断路、机械卡死等。
在单元式空调机组的控制电路中，常用到多极组合开关，如25型客车KLC40-1T1型空调机组中用于工况选择的组合开关SA1，有12条通路。手动与自动控制的组合开关SA3，有6条通路。
2.按钮和位置开关
（1）按钮
如图1-29和图1-30所示为车辆电气装置中常用的一般按钮和绝缘测试按钮，这些按钮主要是用来下达指令、接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电器设备。按下按钮时，上面一对静触点（称动断触点）则被断开，以切断某一条控制电路；下面一对原先断开的静触点（称动合触点）被动触点接通，从而接通另一条控制电路。松开按钮时，在复位弹簧的作用下，动触点恢复常位。按钮触点的额定电流一般为5A。
图1-29 一般按钮
图1-30 绝缘测试按钮
（2）位置开关（也称之为行程开关）
如图1-31所示是位置开关的外形图，在铁道车辆制造、检修生产过程中，常常需要控制生产机械的某些运动部件，运动部件在达到某一位置时进行电路的开关，能完成这种作用的开关称为位置开关。比如在铁道车辆小型柴油发电的独立供电系统中，当单车柴油机冷却风扇的传动皮带断裂时，皮带保护装置将触动位置开关，使柴油机停机，避免柴油机因冷却不良而发生损坏。空调发电车的上燃油箱的油位控制，也采用的是位置开关（俗称液位继电器或浮子开关）。位置开关的作用、结构与按钮开关相似。
图1-31 位置开关
3.自动开关
如图1-32和图1-33所示自动开关又称自动空气断路器。它可以在有载情况下通、切断工作电流，同时还可以对电路实施短路、过载、欠压、过流保护。如铁道车辆空调发电车供电主开关1QF、3QF、2QF1、2QF2，联络开关4QF，空调控制柜中的1Q、2Q、3Q、4Q等，都属于自动开关，电路图可参阅教材相关内容的电路图。所以自动开关在单车30kW供电系统和集中供电式空调客车上（包括动车组）被广泛运用。
图1-32 自动开关
图1-33 自动开关组
自动开关的结构形式很多，目前比较通用的有框架式和塑料外壳式。从极数上分有单极、双极、三极和四极等形式。按合闸操作的方式分有直接手动操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作等多种形式。
如图1-34所示是在铁道车辆空调发电车上常用的框架式自动开关。
图1-34 框架式自动开关
自动空气开关在选择时的主要参数有：工作电压和工作电流等。
自动空气开关的常见故障有：触头烧损、机械失灵、保护电路及保护元件损坏等。
4.漏电自动保护开关
漏电自动保护开关是由普通自动开关加零序互感器和漏电脱扣器组成。除能起到一般自动开关的作用外，还能在线路、设备出现漏电或人身触电时，迅速自动断开电源，以确保人身和设备安全。如图1-35和图1-36所示分别为铁道空调客车中常用的漏电自动开关和检测车辆的车体是否漏电的检测器。
5.接触器
如图1-37所示是铁道车辆上常用的交流接触器，接触器是一种控制电器，主要用于频繁接通、分断的交、直流主电路。使用接触器可以对主电路进行远距离控制，在空调柴油发电车电器系统中，其主要控制对象为电动机、电加热器等。
图1-35 漏电自动开关
图1-36 漏电检测器
图1-37 交流接触器
接触器有交流接触器和直流接触器两类，主触点控制交流用电器的即为交流接触器，主触点控制直流用电器的即为直流接触器，其工作原理和基本结构大致相似。
交流接触器主要由三个部分组成：电磁系统、触点系统和灭弧装置。其中电磁系统接受控制信号，触点系统是执行部件。在接受控制信号后，通过触点的闭合和断开来接通或分断电路。灭弧装置的作用是：主触点在断开电路时，熄灭触点间的电弧。
触点系统分主触点和辅助触点两类；主触点为动合触点，用以通断主电路；辅助触点分动断和动合两种，用来通断控制电路。
交流接触器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、控制电压等。在选用时，要注意使用环境与参数相匹配。
交流接触器的常见故障有：控制线圈烧损、触点系统接触不良或烧损、铁芯松动引起的电磁噪声、机械卡死等。
6.继电器
继电器是一种传递信号的电器。它的输入量可以是电压、电流等电量，也可以是热、速度、压力等其他物理量。继电器的输出量则是触点的动作或输出电路参数的变化。由于继电器的触点主要对控制电路实施通、断控制，所以触点系统容量都比较小。因此，继电器结构紧凑，反应灵敏，动作准确、迅速。
继电器应用很广，按使用范围可分为三类：保护继电器、控制继电器、通信继电器。
按输入信号的不同，继电器又可分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、中间继电器、速度继电器、压力继电器、光敏继电器、液位继电器等。如图1-38～图1-41所示分别为一般用途继电器，时间继电器，转换、中间继电器和热继电器的实物结构图。
图1-38 一般用途继电器
图1-39 时间继电器
图1-40 转换、中间继电器
图1-41 热继电器
（1）电磁式电流、电压继电器
电磁式继电器的动作原理和接触器类似，依靠电磁铁的吸合和释放来实现对触点的控制，图1-42和图1-43所示为两种原理不相同的继电器，分别通过水银和金属片的发热完成继电工作。
图1-42 水银式过流继电器
图1-43 双金属片式过流继电器
①电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器两种。它们的吸引线圈为电流线圈，电流线圈匝数少、线径粗、阻抗小，均串联在主电路中。当主电路电流高于容许值时，触点才发生动作的称为过电流继电器。当主电路低于规定值时，触点发生动作的继电器，则称为欠电流继电器。
过电流继电器常用作频繁、重载启动的电动机的短路和过载保护。如单元式空调机组控制柜中的FA6、FA7，就是串联在两台压缩机主回路中，起过流保护作用的继电器。
②电压继电器同样也有过电压和欠电压两种。如图1-44所示为过、欠压继电器。过电压继电器是当电压超过规定电压上限时触点动作，故常用于交流电路中作过电压保护。欠电压继电器则相反，当电压低于规定电压下限时触点动作。其结构和电流继电器相似，不同之处是它的吸引线圈为电压线圈。电压线圈匝数多、导线细、阻抗大，和负载相并联。如单元式空调机组控制柜中的FOV（过压）、FLV（欠压）。
③中间继电器用来传递信号，扩大接通控制电路的数目。如图1-45所示是小型通用的继电器，也可用做中间继电器；中间继电器能把一个输入信号（一般为电压线圈的通电或断电）变为多个输入信号。它的结构、动作原理和接触相似。触点的额定电流一般为5A以下。单元式空调机组控制柜中的KA3、KA4、KA7均属中间继电器。
图1-44 过、欠压继电器
图1-45 小型通用继电器
④如图1-46所示是常用的时间继电器。时间继电器的种类也很多，一般有通电延时动作和断电延时动作之分。如空调控制柜中的KT1、KT2、KT3，发电车的冷却风机低速转高速等，都用的是时间继电器控制的。
图1-46 电子式延时继电器
⑤热继电器是利用电流的热效应而使触头动作的电器。热继电器由热驱动元件（俗称双金属片）、常闭触头、传动机构、复位按钮、调整电流装置等组成。常用于电动机的过电流保护。
7.熔断器
熔断器是一种保护电器，当通过熔断器的电流超过规定值时，它以本身所产生的热量，使熔断器内的熔体在一定时间后自行熔化，从而分断电路，起到保护用电设备的作用。如图1-47所示是铁道车辆上常用的熔断器的实物图。
（1）熔断器的分类及特点
熔断器按结构分有半封闭式和封闭式两类。封闭式中又分有填料和无填料两种，按外形分有管式、螺旋式和插入式。
插入式熔断器：结构简单，价格便宜，分断能力较低，多用于照明电路中。
无填料封闭管式熔断器：熔体更换方便，但分断能力不太高。
螺旋式熔断器：分断能力高，带熔断指示。
管式熔断器：分断能力高。
（2）熔断器的选择
熔体的选择如下所示。
熔断器的选择原则：熔断器的额定电压必须大于或等于线路的工作电压；熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。
①照明负载或一般非动力负载的支路中熔体的额定电流=1～1.1倍支路上所有工作电流之和/或被保护设备的额定电流。
②保护1台电动机的熔体为了防止电动机启动时电流较大而烧断熔体，不能按电动机的额定电流来选熔体：熔体额定电流等于1.5～2.0倍电动机额定电流；如果电动机启动频繁，则熔体额定电流等于1.5～2.5倍电动机额定电流。
③多台电动机合用的总熔体：
考虑到电动机一般不会同时启动，故熔体的额定电流可粗略地按下式计算：熔体的额定电流=1.5～2.5倍最大一台电动机的额定电流+其余各台电动机的额定电流。
图1-47 熔断器
8.液位显示仪
如图1-48～图1-50所示是铁道车辆空调发电车中常用的YWY-2型液位显示仪，通过这些装置能远距离精确地显示柴油发电车中柴油、水、机油等液体液位的一种装置，在发电车上用于膨胀水箱、上油箱和下油箱液位的显示及控制液体的量。它的结构及工作原理是：显示仪由机械结构的传感器和光电系统的显示器两部分组成。传感器安装在储液容器的法兰盘上，传感器的浮子球跟随储液容器内液位的升降而浮动，并将液面高度直接反映到传感器的指针度盘表上。同时带动凸轮机构，将信号输入到由光电系统组成的显示器上，该显示器可以安装在任意距离，或多处监测位置，均可同步显示液位的变化。铁路客车的上水箱液位和发电车的上、下油箱的液位显示都采用该液位显示仪。
图1-48 上燃油箱液位显示仪
图1-49 液位显示仪
图1-50 油箱液位显示仪
【任务实施】
1.在指导教师的组织下分组讨论铁道车辆供电系统的常用电器控制开关的基本工作原理和特点，并对实物进行分类和拆装认知。
2.指导教师准备若干铁道车辆常用的电源控制开关的实物，让学员互相以提问的形式进行讨论，进一步熟知其原理和结构，并能进行基本技术参数测量和故障诊断。