1.2 刀 开 关
刀开关是一种手动电器，常用的刀开关有HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关等。
HD型单投刀开关、HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关主要用于在成套配电装置中作为隔离开关，装有灭弧装置的刀开关也可以控制一定范围内的负荷线路。作为隔离开关的刀开关的容量比较大，其额定电流在100A～1500A之间，主要用于供配电线路的电源隔离作用。隔离开关没有灭弧装置，不能操作带负荷的线路，只能操作空载线路或电流很小的线路，如小型空载变压器、电压互感器等。操作时应注意，停电时应将线路的负荷电流用断路器、负荷开关等开关电器切断后再将隔离开关断开，送电时操作顺序相反。隔离开关断开时有明显的断开点，有利于检修人员的停电检修工作。隔离刀开关由于控制负荷能力很小，也没有保护线路的功能，所以通常不能单独使用，一般要和能切断负荷电流和故障电流的电器（如熔断器、断路器和负荷开关等电器）一起使用。
HZ型组合开关、HK型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的电源开关。
HY型倒顺开关、HH型铁壳开关装有灭弧装置，一般可用于电气设备的起动、停止控制。
1.2.1 HD型单投刀开关
HD型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极几种，其示意图及图形符号如图1-1所示。其中图1-1（a）为直接手动操作，（b）为手柄操作，（c）～（h）为刀开关的图形符号和文字符号。其中图1-1（c）为一般图形符号，（d）为手动符号，（e）为三极单投刀开关符号；当刀开关用作隔离开关时，其图形符号上加有一横杠，如图1-1（f）、图1-1（g）、图1-1（h）所示。
1.2.2 HS型双投刀开关
HS型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等，其示意图及图形符号如图1-2所示。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点，因此可以防止双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。
1.2.3 HR型熔断器式刀开关
HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛，其工作示意图及图形符号如图 1-3所示。刀熔开关可以切断故障电流，但不能切断正常的工作电流，所以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作。
1.2.4 组合开关
组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，如机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器。
组合开关由动触头、静触头、绝缘连杆转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动。
常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；组合开关有单极、双极和多极之分。
1.2.5 开启式负荷开关和封闭式负荷开关
开启式负荷开关和封闭式负荷开关是一种手动电器，常用于电气设备中作隔离电源用，有时也用于直接启动小容量的鼠笼型异步电动机。
1．HK型开启式负荷开关
HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关，由于它结构简单、价格便宜、使用维修方便，故得到广泛应用。该开关主要用作电气照明电路和电热电路、小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用作分支电路的配电开关。
胶底瓷盖刀开关由熔丝、触刀、触点座和底座组成，如图1-5（a）所示。此种刀开关装有熔丝，可起短路保护作用。
闸刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。
2．HH型封闭式负荷开关
HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关，主要由钢板外壳、触刀开关、操作机构、熔断器等组成，如图1-5（b）所示。刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。一般用于小型电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，用于不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制。
铁壳开关的操作结构有两个特点：一是采用储能合闸方式，即利用一根弹簧以执行合闸和分闸的功能，使开关的闭合和分断时的速度与操作速度无关。它既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置。二是设有联锁装置，以保证开关合闸后便不能打开箱盖，而在箱盖打开后，不能再合开关，起到安全保护作用。
1.3 熔 断 器
熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。
1.3.1 熔断器的结构原理及分类
熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成，形状常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金属制成的熔体，因不易灭弧，多用于小电流电路；由铜、银等高熔点金属制成的熔体，易于灭弧，多用于大电流电路。
熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性，如图1-16所示。图中IN为熔断器额定电流，熔体允许长期通过额定电流而不熔断。
熔断器种类很多，按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。
1.3.2 熔断器的主要技术参数
熔断器的主要技术参数包括额定电压、熔体额定电流、熔断器额定电流、极限分断能力等。
（1）额定电压：指保证熔断器能长期正常工作的电压。
（2）熔体额定电流：指熔体长期通过而不会熔断的电流。
（3）熔断器额定电流：指保证熔断器能长期正常工作的电流。
（4）极限分断能力：指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流。在电路中出现的最大电流一般是指短路电流值，所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。
1.3.3 常用的熔断器
1．插入式熔断器
插入式熔断器如图1-7（a）所示。常用的产品有RC1A系列，主要用于低压分支电路的短路保护，因其分断能力较小，多用于照明电路和小型动力电路中。
2．螺旋式熔断器
螺旋式熔断器如图1-7（b）所示。熔芯内装有熔丝，并填充石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。常用产品有RL6、RL7和RLS2等系列，其中RL6和RL7多用于机床配电电路中；RLS2为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。
3．RMl0型密封管式熔断器
RMl0型密封管式熔断器为无填料管式熔断器，如图1-7（c）所示。主要用于供配电系统作为线路的短路保护及过载保护，它采用变截面片状熔体和密封纤维管。由于熔体较窄处的电阻小，在短路电流通过时产生的热量最大，先熔断，因而可产生多个熔断点使电弧分散，以利于灭弧。短路时其电弧燃烧密封纤维管产生高压气体，以便将电弧迅速熄灭。
4．RT型有填料密封管式熔断器
RT型有填料密封管式熔断器如图1-7（d）所示。熔断器中装有石英砂，用来冷却和熄灭电弧，熔体为网状，短路时可使电弧分散，由石英砂将电弧冷却熄灭，可将电弧在短路电流达到最大值之前迅速熄灭，以限制短路电流。此为限流式熔断器，常用于大容量电力网或配电设备中。常用产品有RTl2、RTl4、RTl5和RS3等系列，RS2系列为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。
1.4 断 路 器
低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。
断路器的种类繁多，按其用途和结构特点可分为DW型框架式断路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器和DWX型、DWZ型限流式断路器等。框架式断路器主要用作配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用作配电线路的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制开关。
下面以塑壳断路器为例简单介绍断路器的结构、工作原理、使用与选用方法。
1.4.1 断路器的结构和工作原理
断路器主要由3个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。
图1-8是断路器工作原理示意图及图形符号。断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生上述故障时，通过各自的脱扣器使自由脱扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。
过电流脱扣器用于线路的短路和过电流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现短路器的跳闸功能。
热脱扣器用于线路的过负荷保护，工作原理和热继电器相同。
失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，如图1-8所示，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁心向上使挂钩脱扣，实现短路器的跳闸功能。
分励脱扣器用于远方跳闸，当在远方按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。
不同断路器的保护是不同的，使用时应根据需要选用。在图形符号中也可以标注其保护方式，如图1-8所示，断路器图形符号中标注了失压、过负荷、过电流3种保护方式。
1.4.2 低压断路器的选择原则
低压断路器的选择应从以下几方面考虑：
（1）断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。如一般选用塑壳式；短路电流很大时选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求时选用框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路时应选用直流快速断路器等。
（2）断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。
（3）断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。
（4）欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。
（5）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。
1.5 控 制 器
控制器是一种手动操作，直接控制主电路大电流（10A～600A）的开关电器。常用的控制器有KT型凸轮控制器、KG型鼓型控制器和KP型平面控制器，各种控制器的作用和工作原理基本类似，下面以常用的凸轮控制器为例进行说明。
凸轮控制器是一种大型的手动控制器，主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动，也适用于有相同要求的其他电力拖动场合。
凸轮控制器主要由触头、转轴、凸轮、杠杆、手柄、灭弧罩及定位机构等组成。图1-9为凸轮控制器的结构原理示意图及图形符号。凸轮控制器中有多组触点，并由多个凸轮分别控制，以实现对一个较复杂电路中的多个触点进行同时控制。由于凸轮控制器中的触点多，每个触点在每个位置的接通情况各不相同，所以不能用普通的常开常闭触点来表示。图1-9（a）所示为1极12位凸轮控制器示意图，图1-9（b）所示图形符号表示这一个触点有12个位置，图中的小黑点表示该位置触点接通。由示意图可见，当手柄转到2、3、4和10号位时，由凸轮将触点接通。图1-9（c）所示为5极12位凸轮控制器，它是由5个1极12位凸轮控制器组合而成。图1-9（d）所示为4极5位凸轮控制器的图形符号，表示有4个触点，每个触点有5个位置，图中的小黑点表示触点在该位接通。例如，当手柄打到右侧1号位时，2、4触点接通。
由于凸轮控制器可直接控制电动机工作，所以其触头容量大并有灭弧装置。凸轮控制器的优点为控制线路简单、开关元件少、维修方便等，缺点为体积较大、操作笨重、不能实现远距离控制。目前使用的凸轮控制器有KT10、KTJl4、KTJl5及KTJl6等系列。
1.6 接 触 器
接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。它具有低电压释放保护功能，在电力拖动自动控制线路中被广泛应用。
接触器有交流接触器和直流接触器两大类型。下面介绍交流接触器。
1．交流接触器的组成部分
（1）电磁机构：电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。
（2）触头系统：交流接触器的触头系统包括主触头和辅助触头。主触头用于通断主 电路，有3对或4对常开触头；辅助触头用于控制电路，起电气联锁或控制作用，通常有两对常开两对常闭触头。
（3）灭弧装置：容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用双断口桥形触头以利于灭弧；对于大容量的接触器，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。
（4）其他部件：包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳等。
接触器上标有端子标号，线圈为A1、A2，主触头1、3、5接电源侧，2、4、6接负荷侧。辅助触头用两位数表示，前一位为辅助触头顺序号，后一位的3、4表示常开触头，1、2表示常闭触头。
接触器的控制原理很简单，当线圈接通额定电压时，产生电磁力，克服弹簧反力，吸引动铁心向下运动，动铁心带动绝缘连杆和动触头向下运动使常开触头闭合，常闭触头断开。当线圈失电或电压低于释放电压时，电磁力小于弹簧反力，常开触头断开，常闭触头闭合。
2．接触器的主要技术参数和类型
（1）额定电压：接触器的额定电压是指主触头的额定电压。交流有220V、380V和660V，在特殊场合应用的额定电压高达1140V，直流主要有110V、220V和440V。
（2）额定电流：接触器的额定电流是指主触头的额定工作电流。它是在一定的条件 （额定电压、使用类别和操作频率等）下规定的，目前常用的电流等级为10A～800A。
（3）吸引线圈的额定电压：交流有36V、127V、220V和380V，直流有24V、48V、220V和440V。
（4）机械寿命和电气寿命：接触器是频繁操作电器，应有较高的机械和电气寿命，该指标是产品质量的重要指标之一。
（5）额定操作频率：接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，一般为300次/h、600次/h和1200次/h。
（6）动作值：动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。规定接触器的吸合电压大于线圈额定电压的85%时应可靠吸合，释放电压不高于线圈额定电压的70%。
常用的交流接触器有CJl0、CJl2、CJ10X、CJ20、CJXl、CJX2、3TB和3TD等系列。
3．接触器的选择
（1）根据负载性质选择接触器的类型。
（2）额定电压应大于或等于主电路工作电压。
（3）额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。
（4）吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。
1.7 起 动 器
起动器用于三相异步电动机的起动和停止控制，它是一种成套的低压控制装置。
常用的起动器有QC型电磁起动器，用于远距离直接控制三相笼型异步电动机的起动、停止及正反转控制，主要由接触器和热继电器组成；QJ型减压起动器采用自耦变压器降压，用于控制三相笼型异步电动机的不频繁减压起动控制；QX型起动器为星形-三角形降压起动器。各种起动器控制电路根据型号和电动机的容量大小而不同，其控制原理在第2章中讲解。
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