低压电气元件简介（简明教程）

2010-10

本课程教学目标

本课程的主要内容是介绍电气控制线路中常用的低压电器基本电气控制元件；为从事电气行业打下基础。

设备不仅需要有驱动（动力）设备。而且还需要一套控制装置，即各类电器，用以实现各种工艺要求。

对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械称电器。

工作在交流电压 1200V ，或直流电压 1500V 及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品叫做低压电器。

常用低压电器

低压电器的分类

1. 按用途分类 (1) 控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如接 触器、继电器等。 (2) 主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。 (3) 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。 (4) 配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器等。 (5) 执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。

低压电器的分类

（ 1 ）电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。

（ 2 ）非电量控制器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。

2. 按工作原理分类：

低压电器的分类

3. 按操作方式分类：

（ 1 ）自动电器：时间继电器、速度继电器等（ 2 ）手动电器：按钮、刀开关、转换开关等

4. 按触点类型：

（ 1 ）有触点电器：继电器、接触器、行程开关等（ 2 ）无触点电器：固态继电器、接近开关等

低压电器的发展方向

目前正沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，大力发展电子化的新型控制电器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要。

主要 内容：

掌握低压电器的： 1 、结构组成 2 、工作原理 3 、型号规格（参数） 4 、图形文字符号 5 、选用原则

第一节． 控制电器

接触器是一种接通或切断电动机或其他负载主电路的自动切换电器。它是利用电磁力来使开关打开或断开的电器，适用于频繁操作、远距离控制强电电路，并具有低压释放的保护性能。接触器通常分为交流接触器和直流接触器。

一 接触器电气符号 KM

交流接触器

直流接触器

第一节． 控制电器 1. 其主要结构：电磁机构、触点系统、灭弧机构、回位弹簧力装置、支架与底座等。

一 接触器

1- 动触头 2- 静触头 3- 衔铁 4- 缓冲弹簧 5- 电磁线圈 6- 铁心 7- 垫毡 8- 触头弹簧 9- 灭弧罩 10- 触头压力簧片

2. 工作原理：当线圈得电后，衔铁被吸合，带动三对主触点闭合，接通电路，辅助触点也闭合或断开；当线圈失电后，衔铁被释放，三对主触点复位，电路断开，辅助触点也断开或闭合

线圈

铁芯 衔铁

主触头弹簧

辅助触头

M3~电机

动作过程

线圈通电

衔铁被吸合

触头闭合

电机接通电源

~380~~2. 接触器工作原理

3 接触器有关符号

图形符号、文字符号、产品型号

KMKMKM

线圈 主触点 常开触点 常闭触点主触点 常开触点 常闭触点

KM

接触器主触头－用于主电路（流过的电流大，需加灭弧装置）

接触器辅助触头－用于控制电路 （流过的电流小，无需加灭弧装置）

接触器线圈－连接于控制电路

辅 助 触 头

3 接触器有关符号

图形符号、文字符号、产品型号

CJ20 系列交流接触器：用于交流 50Hz ，额定电压至 660V( 个别等级至 1140V) ，电流至 630A 的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。

直流接触器 CZ18 系列 -2

3 接触器有关符号

图形符号、文字符号、产品型号

CZ18 系列直流接触器：主要供远距离接通与断开额定电压至 440V

额定发热电流至 1600A 的直流电力线路之用。并适宜于直流电动机的频繁起动，停止，换向及反接制动。

4 、接触器的主要技术参数

1 、主触头额定电压

2 、主触头额定电流

3 、辅助触头额定电流

4 、主触点和辅助触点数目

5 、吸引线圈额定电压

6 、接通和分断能力

7 、机械寿命、电气寿命

交流： 36 、 127 、 220 、 380 、 500 、 600 、 1140V

直流： 24 、 48 、 110 、 220 、 440V{交流： 6.3 、 10 、 16 、 25 、 40 、 60 、 100 、 630A

直流： 10 、 25 、 40 、 60 、 100 、 150 、 600A 等{

5 、接触器类别及对应典型用途

使用类别代号 典型用途举例AC-1 无感或微感负载、电阻炉

AC-2 绕线转子异步电动机的起动、分断

AC-3 笼型电动机的起动、运转中分断

AC-4 笼型电动机的起动、反接制动、点动

DC-1 无感或微感负载、电阻炉

DC-3 并励电动机的启动、反接制动、点动

DC-5 串励电动机的启动、反接制动、点动

6 、交、直流接触器区别

交流接触器用于远距离控制电压至 380V ，电流至 600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器。

常用的交流接触器产品，国内有 NC3 （ CJ46 ）、 CJ12 、 CJ10X 、 CJ20 、 CJX1 、 CJX2 等系列；引进国外技术生产的有 B 系列、 3TB 、 3TD 、 LC—D 等系列。

CJ20 系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助触点则为两动合两动断形式。此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转。

直流接触器与交流接触器的工作原理相同。结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。为方便加工，铁心由整块软钢制成。为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心直接接触，易于散热。

常用的直流接触器有： CZ0 、 CZ18 等系列。

继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。

二 继电器电气符号 KA

中间继电器电压继电器电流继电器 时间继电器速度继电器…...

继电器类型：

继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，接触器的主触头可以通过大电流，而继电器的 触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。

1 、 中间继电器

中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。

KAKA KA

线圈 常开触头 常闭触头

中间继电器 JZ7 系列 -1

适用于交流 50Hz 、或 60Hz 、额定电压至 380V 或直流额定电压至 220V 的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号扩大或将信号同时传送给有关控制元件。

中间继电器 JZ7 系列 -3

中间继电器 JZ14 系列 -1

JZ14 系列交直流中间继电器，适用于交流 50 赫兹电压 380 伏及以下；直流电压 220 伏及以下的控制电路中作为增加信号大小及数量之用。

2 、时间继电器

时间继电器是从得到输入信号 ( 线圈通电或断电 ) 起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。

按工作原理分

空气阻尼式电磁式电动式电子式等。

按延时方式分通电延时型

断电延时型

数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。

时间继电器的文字符号和图形符号

a) b) c) d)

e) f) g) h) i)

KT KT KT

KT KT KT KT KT

a) 一般线圈符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合的动断触点 e) 延时断开的动断触点 f) 延时断开的动合触点 g) 延时闭合的动断触点 h) 瞬时动合触点 i) 瞬时动断触点

空气式时间继电器的工作原理

常开触头延时闭合

常闭触头延时打开

线圈

衔铁 常闭触头

常开触头

线圈通电 衔铁吸合（向下） 连杆动作 触头动作

动作过程

通电延时线圈断电延时线圈

时间继电器触头类型

断 电 式

常闭断电后延时闭合

常开断电后延时断开

通 电 式

瞬时动作

延时动作

常闭触点

常开触点

常开通电后延时闭合

常闭通电后延时断开

时间继电器 JS7-A 系列 -2

调节定时时间

线圈

控制触点

时间继电器 JS7 系列 -3

时间继电器 JS11 系列 -1

JS11 系列数字式时间继电器     JS11 系列数字式时间继电器是 JS11 系列电动式时间继更新换代产品。它采用先进的数控技术，用集成电路和 LED 显示器件取供电动机和机械传动系统。 JS11 系列时间继电器相比。除兼有电动式长延时的优点外，交具有无机械磨损、工作稳定、可靠、精度高；计数清晰悦目、准确直观和结构新颖等优点，广泛用于自动程序控制系统，及各种生产工艺过程的自动控制系统，作为时间控制器件使用。

时间继电器 JSB-10 系列 -2

3 速度继电器 电器符号 KS

速度继电器是测量转速的元件。它能反映转动的方向以及是否停转、因此广泛用于异步电动机的反接制动中。其结构和工作原理与笼型电动机类似，主要有转子、定子和触点三部分。其中转子是圆柱形永磁铁，与被控旋转机构的轴连接，同步旋转。定子是笼形空心圆环，内装有笼形绕组、它套在转子上，可以转动一定的角度。当转子转动时，在绕组内感应出电动势和电流，此电流和磁场作用产生扭矩使定子柄向旋转方向转动、拨动簧片使触点闭合或断开。当转子转速接近零 (约 100r/min) ，扭矩不足于克服定子柄重力．触点系统恢复原态。 JYl 速度继电器结构原理图

图 2-2 JYl 速度继电器结构原理图 (1. 转子 2 轴 3. 定子 4. 绕组 5. 定子柄 6. 静触点 7. 动触点 8. 簧片 )

第二节 保护电器

1 1 热继电器热继电器2 2 电流继电器电流继电器

4 4 熔断器熔断器

3 3 电压继电器电压继电器

5 5 断路器断路器

1 、热继电器电器符号 FR

外形结构

(a) (a) 外形外形 (b) (b) 结结构构

导板触点 热元件

手动复位按钮

触点接线柱

主电路接线柱电流调节凸轮

1 热继电器 作用及分类

热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。

按相数分为两相热继电器

三相热继电器 不带断相保护带断相保护

热继电器工作原理

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。

发热元件

功能：过载保护

结构： I

常闭触头

双金属片

工作原理：

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。

扣板

热继电器主要参数及常用型号

主要参数

1. 热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流2. 相数3. 热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。4. 整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。按电动机额定电流整定。5. 调节范围：是指手动调节整定电流的范围。

常用的热继电器有 JR0 、 JR14 、 JR15 、 JR16 、JR20 等系列。热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。

热继电器的符号

发热元件 串联在主电路中

串联在控制电路中常闭触头

FR

FR

热继电器 CDR2 系列 -1

                               

CDR2 系列热继电器一、适用范围 CDR2 系列热继电器主要适用于交流 50Hz(60Hz) ，额定绝缘电压至 660V ，额定电流至 5 00A 的电力线路中，用作三相感应电动机的过载与断相保护。一般与 CDC1(B) 系列交流接触器配合组成电磁起动器。二、结构特征 CDR2-16 、 25 热继电器为磨擦脱扣式动作机构，带断相运转保护；CDR2-45 、 85 为拉簧式脱扣动作机构 ( 跳跃机构 ) ，带断相保护；CD R2-105 、 170 为背包跳跃机构， CDR2-250 、 370 为回路带互感器的跳跃进式机构，均带断相保护。

                                                                                                                                                      

热继电器 JRS1(LR1-D) 系列 -1

                                                                        

JRS1 系列热继电器适用于交流 50Hz 、主电路额定电压至 660V 、额定电流 0.1 至 80A 的电路中，供交流电动机的过载及断相保护用。它具有差动机构和温度补偿动能，可与 CJX2 系列交流接触器插接安装。 本产品为引进法国 TE 公司技术制造的产品。

热继电器 JR36 系列 -1

JR36 系列热过载继电器 JR36 系列热过载继电器主要适用于交流 50Hz ，额定绝缘电压至 690V以下，电流至 160A 的电力系统中作为三相交流电动机的过载保护、断相保护。

JR36 系列热过载继电器还可以与 CJ10 的替代产品 CJT1 组成磁力起动器。

JR36 继电器是在 JR16B 上改进设计的，其安装方式和安装尺寸与 JR16B完全一样，是 JR16B 有替代产品。

2 、电流继电器 根据输入电流大小而动作的继电器。

按用途分为过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路

欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路

I ＞KI I ＜ KI

a) 过电流继电器线圈 b) 欠电流继电器线圈 c) 动合触点 d) 动断触点

使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。

                                                                                                        

电流继电器特点：1 、线圈与主电路串联，线圈线径粗，电流大。2 、线圈通电，正常状态下，常开、常闭触点不动作。3 、过电流继电器，当主电路电流过大，其触点动作。4 、欠电流继电器，当主电路电流过小，其触点动作。

电流继电器 GL-10/20 系列 -1

GL － 10 、 20 系列反时限过流继电器 GL-10 、 20 系列反时限过流继电器 ( 以下简称继电器 ) ，应用于电机、变压器等主要设备以及输配电系统的继电器保护回路中，当主设备或输配电系统出现过负荷及短路故障时，该继电器能按预定的时限可靠动作发出信号，切除故障部分，保证主设备及输配电系统安全运行。

电流继电器 JL4 系列 -1

本继电器主要用于磁力控制器或保护开关板上，作为交、直流电动机运载和短路保之用。不适于在下列条件下工作：有腐败蚀性气体及充导电尘埃或水蒸气的地方 , 有剧烈震动或强力颠簸几与垂直倾斜度超过 5℃的地方。

电流继电器 JL18 系列 -3

接主电路 接制电路

电流继电器 JL15 系列 -2

3 、电压继电器

根据输入电压大小而动作的继电器。 使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其

线圈匝数多而线径细。电压继电器分

过电压继电器 起过电压保护作用欠电压继电器 起欠电压保护作用零电压继电器 起零电压保护作用

U＞KV U＜ KV

a) 过电压继电器线圈 b) 欠电压继电器线圈 c) 动合触点 d) 动断触点

4 、低压断路器 ( 自动开关 ) 电器符号QF

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。

作用：可实现短路、过载、失压保护。

结构： 过流脱扣器

欠压脱扣器

工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电 源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。

(1) 、低压断路器的作用及分类

作用：用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。分类：

按结构分为框架式（万能式）

塑料外壳式（装置式）

(2) 、低压断路器的工作原理

锁钩

主触点手动闭合

过流 脱扣器

欠压 脱扣器

衔铁

连杆装置

释放弹簧

过载脱扣器

触点系统和灭弧装置：用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。 脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，经脱扣机构动作，使触点分断。 ①欠压脱扣器 ②过电流脱扣器 ③过载脱扣器

脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。

(3) 、低压断路器的结构

(4) 、低压断路器的图形符号和文字符号

QF

(5) 、低压断路器的主要技术参数

额定电压额定电流极数脱扣器型整定电流范围分断能力动作时间等

断路器 DW17 系列 -1

                DW17 系列万能式断路器一、适用范围 　　 DW17 系列万能式断路器 ( 以下简称断路器 ) 适用于交流 50Hz 、电压 400V 、 690V ；电流至 4000A 的配电网络中，用来分配电能和用作配电线路及电源免受过载、欠电压、短路等保护之用。同时在正常条件下可作为线路的不频繁转换之用。1250A 以下的断路器在交流 50Hz 、电压 400V网络中可用来作电动机的过载、短路保护，同时在上述条件下也可作为电动机的不频繁起动之用

断路器 DZ20 系列 -1

                      

DZ20 系列塑壳式断路器额定绝缘电压为 660V, 交流 50Hz 或 60Hz ，额定工作电压 380V 及以下，额定电流至 1250A ，一般作为配电用，额定电流 225A 及以下和 4 00Y型的断路器亦可作为保护电动机用。在正常情况下，断路器可分别作为线路不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。

熔断器是一种在短路或严重过载时利用熔化作用而切断电路的保护电器，它主要由熔体和熔断管组成。其中熔体既是敏感元件又是执行元件。由易溶金属制成，熔断管用瓷、玻璃或硬制纤维制成。

熔断器种类：常见有 :插入式、螺旋式、封闭管式和自复式。

5 熔断器 (FU)

熔断器 RL1 系列 -3

熔断器 RT0 系列 -1

RT0 系列有填料封闭管式熔断器适用于交流 50Hz ，额定电压交流 380V ，额定电流至 1000A 的配电线路中，作过载和短路保护。 额定分断能力：至 50kA

熔断器 RT16(NT) 系列 -4

熔断器 RT18(HG30) 系列 -2

固态继电器 JGF-F 系列 -1

第三节 开关及主令电器

1 1 刀开关刀开关2 2 组合开关组合开关3 3 按钮开关按钮开关4 4 行程开关行程开关5 5 感应开关感应开关

1. 刀闸开关

控制对象： 380V ， 5.5kW 以下小电机

考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：

（ 3~5)* 异步电机额定电流电路符号

QS

2. 组合开关

① 功能：常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。

组合开关

② 类型：组合开关有单极、双极和多极之分。③ 结构：它由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片分别和静触片保持接通和分断。为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。 组合开关外形图

④ 图形符号和文字符号

QQ

（ a ）单极 （ b ）三极

组合开关的主要参数有

额定电压额定电流 有 10A 、 25A 、 60A等极数

组合开关 HZ10 系列 -3

3. 按钮开关常开 ( 动合 ) 按钮

电路符号

SB

常闭 ( 动断 ) 按钮

电路符号

SB

复合按钮

电路符号SB

按钮的外形图和结构

常用于接通和断开控制电路。

(b) 结构(a) 外形图

常闭触点

常开触点常开触点

SBSBSB

动合（常开）触头 动断（常闭）触头 复合触头

按钮的选择： 应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。

SBSB

按钮图形符号和文字符号

数控机床上的按钮站

一般用：红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。

按钮 LA2 系列

                      

LA2 系列按钮供交流 50Hz ，电压至 380V 及直流电压至 220V的电路中作远距离手动控制电磁起动器、接触器、继电器线圈及其它电气信号电器之用。

                            

按钮 LA19 系列 -1 LA19 系列按钮适用于交流 50Hz 电压至 380V 及直流电压至 220V 的磁力起动器、接触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用。

按钮 LAY9 系列 -1

适用于交流 50( 或 60)Hz 、电压至 660V ，直流电压于 440V 电路中作控制、信号、连锁等用途。

综合日本和泉公司、德国西门子公司等产品的优点而设计制作，符合 IEC337标准。本产品美观新颖，结构合理，性能可靠，具有国际先进水平的优质产品。

4. 行程开关

作用：用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。 结构：行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成。 分类：

按结构分为直杆式

旋转式单轮旋转式双轮旋转式

用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。

结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。

常开（动合）触头

电路符号

SQ

常闭（动断）触头

电路符号

SQ

(b)(b) 示意图示意图

未撞击未撞击 撞击撞击

(a)(a) 外形图外形图

行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。

符号

常开（动合）触点

常闭（动断）触点

SQ SQ

复合触点

SQ

5 、感应开关（ 1 ）接近开关 接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。1 、作用：可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。2 、特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。

3 、分类： 按工作原理分为高频振荡型电容型永久磁铁型霍尔效应型

① 、高频振荡型接近开关感应头

高频振荡器 整形放大器 信号输出

金属体

振荡线圈

交变磁场

无金属体接近 金属体接近

振荡器振荡后，在感应头的感应面上产生交变磁场，当金属物体进入高频振荡器的线圈磁场（感应头）时，金属体内部产生涡流损耗，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停振。振荡与停振两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的开关信号，从而达到检测有无金属物的目的。

常用接近开关：主要系列产品有 LJ2 、 LJ6 、LXJ18 和 35G 等系列。

接近开关的文字符号及图形符号

a) 动合触点

SQ

b) 动断触点

SQ

② 、型号

电器符号标注刀闸

断路器

熔断器

按钮

接触器

热继电器

行程开关

时间继电器

中间继电器

QS

QF

FU

SB

KM

FR

SQ

KT

KA