第2章 低压电器与电动机控制线路的识读
2.1 低压电器
低压电器通常是指在交流电压1200V或直流电压1500V以下工作的电气器件。电动机控制线路中常见的低压电器有开关、熔断器和断路器、接触器和继电器等，进行电气线路安装时，在电源和负载（如电动机）之间用低压电器连接起来，可以实现接通、切断、保护等控制功能。
2.1.1 开关
开关是电气线路中使用最广泛的一种低压电器，它的作用是接通、切断电气线路或者用来发出控制命令。开关的种类很多，用来控制电气主电路通断的开关有开启式负荷开关、封闭式负荷开关、组合开关等，用来接通和断开控制电路的开关有按钮开关、行程开关、接近开关和万能转换开关等。
（1）开启式负荷开关
开启式负荷开关俗称闸刀开关，又称瓷底胶盖刀开关，它可分为两极闸刀开关和三极闸刀开关。
①外形与结构 开启式负荷开关的外形、结构与符号如图2-1所示。
图2-1 开启式负荷开关
开启式负荷开关除了能接通、断开电源外，由于内部接有熔丝，所以还能起过流保护作用。
开启式负荷开关需要垂直安装，进出线不能接反，以免触电，由于开启式负荷开关没有灭弧装置（闸刀接通或断开时产生的电火花称为电弧），所以不能用作大容量负载的通断控制。
开启式负荷开关一般用在照明、电热设备电路中，也可以用在非频繁启动、停止的小容量电动机（5kW以下）控制线路中。当用在电动机控制线路中时，其额定电流应大于所有负载电流之和的3倍。
②型号含义 开启式负荷开关的型号含义说明如下：
（2）封闭式负荷开关
封闭式负荷开关又称铁壳开关，封闭式负荷开关是在开启式负荷开关的基础进行改进而设计出来的。
①外形、结构和特点 封闭式负荷开关的外形、结构和符号如图2-2所示。
图2-2 封闭式负荷开关
封闭式负荷开关的主要优点如下。
a.在封闭式负荷开关内部有一个速断弹簧，在操作手柄打开或关闭开关外盖时，依靠弹簧的作用力，可以使开关内部的闸刀迅速断开或合上，这样能有效地减少电弧。
b.封闭式负荷开关内部具有联锁机构，当外盖打开时手柄无法合闸，当手柄合闸后，外盖无法打开，这样保证了操作的安全性。
封闭式负荷开关常用在农村和工矿的电力照明、电力排灌等配电设备中，封闭式负荷开关可用在15kW以下非频繁启动、停止的电动机控制线路中，其额定电流应大于电动机额定电流的1.5倍。
②型号含义 封闭式负荷开关的型号含义说明如下：
（3）组合开关
组合开关又称转换开关，它是一种由多层触点组成的开关。
①外形、结构与符号 组合开关的外形、结构与符号如图2-3所示。
图2-3 组合开关
图中的组合开关由三层动、静触点组成，当旋转手柄时，可以同时调节三组动触点与三组静触点之间的通断，为了有效地灭弧，在转轴上装有弹簧，在操作手柄时，依靠弹簧的作用可以迅速接通或断开触点。
组合开关常用于交流380V以下或直流220V以下的电气线路中，它不宜作频繁的转换操作，可用来控制5kW以下的小容量电动机。组合开关用于直接控制电动机启动、停止和正反转时，其额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。
②型号含义 组合开关的型号含义说明如下：
（4）倒顺开关
倒顺开关又称可逆转开关，属于较特殊的组合开关，专用来控制小容量三相异步电动机正转和反转。倒顺开关的外形与符号如图2-4所示。
图2-4 倒顺开关
倒顺开关有“倒”、“停”、“顺”三个位置，当开关处于“停”位置时，动触点与静触点均处于断开状态，如图2-4（b）所示，当开关由“停”旋转至“顺”位置时，动触点U、V、W分别与静触点L1、L2、L3接触，当开关由“停”旋转至“倒”位置时，动触点U、V、W分别与静触点L3、L2、L1接触。
（5）按钮开关
按钮开关用来在短时间内接通或断开小电流电路，主要用在电气线路的控制电路中。按钮开关允许流过的电流较小，一般不能超过5A。
①结构 按钮开关分为三种类型：常闭按钮开关、常开按钮开关和复合按钮开关。这三种按钮开关的内部结构示意图和电路符号如图2-5所示。
图2-5 三种按钮开关的结构与符号
图2-5（a）所示为常闭按钮开关。在未按下按钮时，依靠复位弹簧的作用力使内部的金属动触点将常闭静触点a、b接通；当按下按钮时，动触点与常闭静触点脱离，a、b断开；当松开按钮后，触点自动复位（闭合状态）。
图2-5（b）所示为常开按钮开关。在未按下按钮时，金属动触点与常开静触点c、d断开；当按下按钮时，动触点与常开静触点接通；当松开按钮后，触点自动复位（断开状态）。
图2-5（c）所示为复合按钮开关。在未按下按钮时，金属动触点与常闭静触点a、b接通，而与常开静触点断开；当按下按钮时，动触点与常闭静触点断开，而与常开静触点接通；当松开按钮后，触点自动复位（常开断开，常闭闭合）。
有些按钮开关内部有多对常开、常闭触点，它可以在接通多个电路的同时切断多个电路。
②外形 常见的按钮开关实物外形如图2-6所示。
图2-6 常见的按钮开关实物外形
③型号含义 按钮开关的型号含义说明如下：
（6）行程开关
行程开关是一种利用机械运动部件的碰压使触点接通或断开的开关。
①外形、符号与结构 行程开关的外形与符号如图2-7所示。
图2-7 行程开关的外形与符号
行程开关的种类很多，根据结构可分为直动式（或称按钮式）、旋转式、微动式和组合式等。图2-8是直动式行程开关的结构示意图。从图中可以看出，行程开关的结构与按钮开关基本相同，但将按钮改成推杆。在使用时将行程开关安装在机械部件运动路径上，当机械部件运动到行程开关位置时，会撞击推杆而让动断触点断开、动合触点接触。
图2-8 直动式行程开关的结构示意图
②型号含义 行程开关的型号含义说明如下：
（7）接近开关
接近开关又称无触点位置开关，当运动的物体靠近接近开关时，能感知物体的存在而发出控制信号。接近开关可以用在运动机械设备中进行行程控制和限位保护，还可以用作高速计数、测速、检测物体大小等。
①外形与符号 接近开关的外形和符号如图2-9所示。
图2-9 接近开关
②种类与工作原理 接近开关种类很多，常见的有高频振荡型、电容型、光电型、霍尔型、电磁感应型和超声波型等，其中高频振荡型接近开关最为常见。高频振荡型接近开关的组成如图2-10所示。
图2-10 高频振荡型接近开关的组成
当金属检测体接近感应头时，作为振荡器一部分的感应头损耗增大，迫使振荡器停止工作，后面的开关电路因振荡器停振而产生一个控制信号送给输出电路，让输出电路输出控制电压，若该电压送给继电器，就会让继电器产生吸合动作来接通或断开电路。
③型号含义 接近开关的型号含义说明如下：
（8）万能转换开关
万能转换开关由多层触点中间叠装绝缘层而构成，它主要用来转换控制线路，也可用作小容量电动机的启动、换向和变速等。
①外形与结构 万能转换开关的外形、符号和触点分合表如图2-11所示。
图2-11 万能转换开关
图2-11中的万能转换开关有6路触点，它们的通断受手柄的控制，手柄有Ⅰ、0、Ⅱ三个挡位，手柄处于不同挡位时，6路触点通断情况不同，从图2-11（b）所示的万能转换开关符号可以看出不同挡位触点的通断情况。
在万能转换开关符号中，“
”表示一路触点，竖虚线表示手柄位置，触点下方虚线上的“·”表示手柄处于虚线所示的挡位时该路触点接通。例如手柄处于“0”挡位时，6路触点在该挡位虚线上都标有“·”，表示在“0”挡位时6路触点都是接通的；手柄处于“Ⅰ”挡时，1、3路触点相通；手柄处于“Ⅱ”挡时，2、4、5、6路触点是接通的。万能转换开关触点在不同挡位的通断情况也可以用图2-11（c）所示的触点分合表说明，“×”表示接通。
②型号含义 万能转换开关的型号含义说明如下：
2.1.2 熔断器和断路器
（1）熔断器
熔断器是一种在电路、用电设备发生短路和过载时进行保护的电器。熔断器一般串接在电路中，当电路正常工作时，熔断器就相当于一根导线，当电路出现短路或过载时，流过熔断器的电流很大，熔断器就会开路，从而保护电路和用电设备。
①型号含义 熔断器的型号含义说明如下：
②种类及特点 熔断器种类很多，常见的有RC插入式熔断器、RL螺旋式熔断器、RM无填料封闭式熔断器、RS有填料快速熔断器、RT有填料封闭管式熔断器和RZ自复式熔断器等。常见熔断器种类与说明见表2-1。
表2-1 常见熔断器的种类与说明
（2）断路器
断路器又称作自动空气开关，它能对电路进行不频繁的通断控制，又能在电路出现过载、短路和欠压（电压过低）时自动跳闸（即自动切断电路），因此它既是一个开关电器，又是一个保护电器。
①结构与工作原理 断路器的典型结构如图2-12所示。该断路器是一个三相断路器，内部主要由主触点、反力弹簧、搭钩、杠杆、电磁脱扣器、热脱扣器和欠电压脱扣器等组成。该断路器可以实现过电流、过热和欠电压保护功能。
图2-12 断路器的典型结构
a.过电流保护。三相交流电源经断路器的三个主触点和三条线路为负载提供三相交流电，其中一条线路中串接了电磁脱扣器线圈和发热元件。当负载有严重短路时，流过线路的电流很大，流过电磁脱扣器线圈的电流也很大，线圈产生很强的磁场并通过铁芯吸引衔铁，衔铁动作，带动杠杆上移，两个搭钩脱离，依靠反力弹簧的作用，三个主触点的动、静触点断开，从而切断电源以保护短路的负载。
b.过热保护。如果负载没有短路，但若长时间超负荷运行，负载比较容易损坏。虽然在这种情况下电流也较正常时大，但还不足以使电磁脱扣器动作，断路器的热保护装置可以解决这个问题。若负载长时间超负荷运行，则流过发热元件的电流长时间偏大，发热元件温度升高，它加热附近的双金属片（热脱扣器），其中上面的金属片热膨胀小，双金属片受热后向上弯曲，推动杠杆上移，使两个搭钩脱离，三个主触点的动、静触点断开，从而切断电源。
c.欠电压保护。如果电源电压过低，则断路器也能切断电源与负载的连接，进行保护。断路器的欠电压脱扣器线圈与两条电源线连接，当三相交流电源的电压很低时，两条电源线之间的电压也很低，流过欠电压脱扣器线圈的电流小，线圈产生的磁场弱，不足以吸引住衔铁，在拉力弹簧的拉力作用下，衔铁上移，并推动杠杆上移，两个搭钩脱离，三个主触点的动、静触点断开，从而断开电源与负载的连接。
②种类 断路器种类很多，根据结构形式来分，断路器主要有塑料外壳式和框架式。
a.塑料外壳式断路器。塑料外壳式断路器又称装置式断路器，它采用封闭式结构，除按钮或手柄外，其余的部件均安装在塑料外壳内。塑料外壳式断路器外形如图2-13所示，从左至右依次为单相、两相和三相断路器，它上面标有额定电压、额定电流和工作频率等内容。这种断路器的电流容量较小，分断能力低，但分断速度快。它主要用在照明配电和电动机控制电路中，起保护作用。
图2-13 塑料外壳式断路器
常见的塑料外壳式断路器型号有DZ5系列和DZ10系列，其中DZ5系列为小电流断路器，额定电流范围一般在10～50A；DZ10系列为大电流断路器，额定电流等级有100A、250A、600A三种。
b.框架式断路器。框架式断路器又称万能式熔断器，它一般都有一个钢制的框架，所有的部件都安装在这个框架内。框架式断路器外形如图2-14所示，这种断路器电流容量大，分断能力高，热稳定性好。它主要用在380V的低压配电系统中作过流、欠压和过热保护。
图2-14 框架式（万能式）断路器
常见的框架式断路器有DW10系列和DW15系列，其额定电流等级有200A、400A、600A、1000A、1500A、2500A和4000A七挡。
此外，还有一种限流式断路器，当电路出现短路故障时，能在短路电流还未达到预期的电流峰值前，迅速将电路断开。这种断路器由于具有分断速度快的特点，所以常用在分断能力要求高的场合，常见的限流式断路器有DWX系列和DZX系列等。
③型号含义 断路器的型号含义说明如下：
2.1.3 接触器
接触器是一种利用电磁、气动或液压操作原理来控制内部触点频繁通断，从而实现频繁接通和切断交、直流电路的目的。
接触器种类很多，按通过的电流不同，接触器可分为交流接触器和直流接触器；按操作方式不同，接触器可分为电磁式接触器、气动式接触器和液压式接触器。其中电磁式接触器最为常用。
（1）交流接触器
①外形与符号 交流接触器外形与符号如图2-15所示。
图2-15 交流接触器
②结构与工作原理 交流接触器典型的结构与符号如图2-16所示。
图2-16 交流接触器的典型结构与符号
图2-16中的接触器有主触点、常闭辅助触点和常开辅助触点三个触点，这三个触点通过连杆与衔铁连接。在没有给绕组通电时，主触点和常开辅助触点处于断开状态，常闭辅助触点处于闭合状态。如果给绕组通交流电，绕组立即产生磁场，磁场通过铁芯吸引衔铁，而衔铁则通过连杆带动三个触点的动触点动作，与各自的静触点接触或断开。从图中可以看出，该交流接触器有四对接线端——三对内接触点，一对内接控制线圈。
③型号含义 交流接触器型号含义说明如下：
（2）直流接触器
直流接触器主要用于远距离切断和接通直流电力线路，频繁控制直流电动机启动、停止、正反转等。直流接触器的结构与工作原理和交流接触器基本相同，不同主要在于直流接触器流入内部线圈的电流为直流，而交流接触器线圈流入的为交流。
①实物外形 图2-17是几种常见的直流接触器。
图2-17 几种常见的直流接触器
②型号与参数 直流接触器型号含义说明如下：
2.1.4 继电器
继电器是一种根据电压、电流、温度、速度或时间等物理量变化来接通或切断电路的电器。继电器的主要功能是保护和控制。常见的继电器有热继电器、电磁式继电器、时间继电器、温度继电器和速度继电器等。
（1）热继电器
热继电器利用电流通过发热元件时产生热量而使内部触点产生动作。热继电器主要用于电气设备发热保护，如电动机过载保护。
①外形与符号 热继电器的外形与符号如图2-18所示。
图2-18 热继电器
②结构与工作原理 热继电器的结构示意图如图2-19所示。
图2-19 热继电器的典型结构
图2-19中的热继电器由电热丝、双金属片、导板、推杆、动触点、静触点、弹簧、螺钉、复位按钮和整定旋钮等组成。
该热继电器有4组接线端，其中1组接线端内接触点，外接控制电路，另外3组串接在三相交流电源和三相交流负载之间，这3组接线端内接电热丝，电热丝绕在双金属片上，当负载过载时，流过电热丝的电流大，电热丝发热使双金属片向右弯曲，推动导板往右移动，导板推动推杆转动而使动触点运动，让动触点与静触点断开，从而向控制电路发出信号，让控制电路切断交流电源对负载的供电（一般通过控制接触器动作来切断电源）。
在切断交流电源后，电热丝温度下降，双金属片恢复到原状时，动触点和静触点会重新接触，这称为自动复位，出厂时热继电器一般被调至自动复位状态。如需手动复位，可将螺钉往外旋出数圈，然后按下复位按钮即可实现手动使动触点和静触点接触（手动复位）。
整定旋钮的功能是通过调节推杆的位置来调节继电器动作的电流，例如旋钮往内旋时，推杆位置下移，导板需要移动较长的距离才能使推杆运动，而流过电热丝电流大，双金属片弯曲程度更大，就可以达到这个要求。一般地，当流过热继电器的电流达到其整定电流的1.2倍时，继电器就会动作。
③型号含义 热继电器型号含义说明如下：
（2）电流继电器
电流继电器是利用线圈通过电流产生磁场，来吸合衔铁而使触点断开或接通的。电流继电器在电路中可以用作过流和欠流保护。
①外形与结构 电流继电器的外形与结构如图2-20所示。从图2-20（b）可以看出，继电器主要由线圈、铁芯、衔铁、弹簧、动断触点、动合触点和一些接线端等组成。
图2-20 电流继电器
当线圈接线端1、2脚未通电时，依靠弹簧的拉力将动触点与常闭触点接触，4、5脚接通。当线圈接线端1、2脚通电时，有电流流过线圈，线圈产生磁场吸合衔铁，衔铁移动，使动触点与常开触点接触，3、4脚接通。
电流继电器在使用时，应与电路串联，以监测电路电流的变化。电流继电器线圈的匝数少、导线粗、阻抗小。
②种类 电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器，分别在电流过大和电流过小时产生动作。过电流继电器和欠电流继电器的符号如图2-21所示。
图2-21 电流继电器的符号
③型号含义 电流继电器型号很多，较常见的有JL14系列、JL15系列和JL18系列。以JL14系列为例，其型号含义说明如下：
（3）电压继电器
电压继电器的结构与电流继电器基本相同，但电压继电器的线圈匝数多、线径细、阻抗大。电压继电器在使用时应与电路并联，以监测电路电压的变化。
①外形 常见的电压继电器外形如图2-22所示。
图2-22 常见的电压继电器外形
②种类 电压继电器分为过电压继电器和欠电压继电器，分别在电压过高和电压过低时动作。过电压继电器和欠电压继电器的符号如图2-23所示。
图2-23 电压继电器符号
③型号含义 电压继电器型号很多，其中JT4系列较为常用，它常用在交流50Hz、380V及以下控制电路中，用作零电压、过电压和过电流保护。电压继电器型号含义说明如下：
（4）中间继电器
中间继电器是用来增加控制电路中信号的数量或将信号放大的继电器。中间继电器实际上也是电压继电器，但它的触点数量很多，其输入信号是线圈的通电和断电，输出信号是多路触点的动作。
①外形与符号 中间继电器外形和符号如图2-24所示。
图2-24 中间继电器
②型号与参数 中间继电器的型号含义说明如下：
（5）时间继电器
时间继电器是一种延时控制继电器，它在得到动作信号后并不是马上让触点动作，而是延迟一段时间才让触点动作。时间继电器主要用在各种自动控制系统和电动机的启动控制中。
①外形 图2-25是一些常见的时间继电器。
图2-25 一些常见的时间继电器
②符号 时间继电器的符号如图2-26所示。由于时间继电器由线圈和触点两部分组成，因此时间继电器的符号也应含有线圈和触点，不同类型的线圈与触点组合，就可以构成不同工作方式的时间继电器。
图2-26 时间继电器的符号
③种类及特点 时间继电器种类很多，主要有空气阻尼式、电磁式、电动式和晶体管式。这些时间继电器有各自的特点，具体说明如下。
a.空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是根据空气压缩产生的阻力来进行延时的，其结构简单，价格便宜，延时范围大（约0.4～180s），但延时精确度低。
b.电磁式时间继电器延时时间短（约0.3～1.6s），但它结构比较简单，通常用在断电延时场合和直流电路中。
c.电动式时间继电器原理与钟表类似，它是由内部电动机带动减速齿轮转动而获得延时的。这种继电器延时精度高，延时范围宽（约0.4～72h），但结构比较复杂，价格很贵。
d.晶体管式时间继电器又称电子式时间继电器，它是利用延时电路来进行延时的。这种继电器精度高、体积小。
④型号 时间继电器种类较多，不同种类型号命名差距较大，这里仅介绍较常见的空气阻尼式时间继电器和晶体管式时间继电器的型号含义。
JS7系列空气阻尼式时间继电器型号含义说明如下：
JS20系列晶体管式时间继电器型号含义说明如下：
（6）速度继电器
速度继电器是一种当转速达到规定值时而产生动作的继电器。速度继电器在使用时需要与电动机的转轴连接在一起。
①外形与符号 速度继电器的外形与符号如图2-27所示。
图2-27 速度继电器
②结构与工作原理 速度继电器的结构如图2-28所示。
图2-28 速度继电器的结构
速度继电器主要由转子、定子、摆锤和触点组成。转子由永久磁铁制成，定子内圆表面嵌有线圈（定子绕组）。在使用时，将速度继电器转轴与电动机的转轴连接在一起，电动机运转时带动继电器的磁铁转子旋转，继电器的定子绕组上会感应出电动势，从而产生感应电流。此电流产生的磁场与磁铁的磁场相互作用，使定子转动一个角度，定子转向与转度分别由磁铁转子的转向与转速决定。当转子转速达到一定值时，定子会偏转到一定角度，与定子联动的摆锤也偏转到一定的角度，会碰压动触点使常闭触点断开、常开触点闭合。当电动机速度很慢或为零时，摆锤偏转角很小或为零，动触点自动复位，常闭触点闭合、常开触点断开。
③型号含义 JFZ0系列速度继电器较为常用，其型号含义说明如下：
（7）压力继电器
压力继电器能根据压力的大小来决定触点的接通和断开。压力继电器常用于机械设备的液压或气压控制系统中，对设备提供保护或控制。
①外形与符号 压力继电器的外形与符号如图2-29所示。
图2-29 压力继电器
②结构与工作原理 压力继电器的结构如图2-30所示。
图2-30 压力继电器的结构
从图中可以看出。压力继电器主要由缓冲器、橡皮膜、顶杆、压力弹簧、调节螺母和微动开关组成。在使用时，压力继电器装在油路（或气路、水路）的分支管路中，当管路中的油压超过规定值时，压力油通过缓冲器、橡皮膜推动顶杆，顶杆克服弹簧的压力碰压微动开关，使微动开关的常闭触点断开、常开触点闭合。当油路压力减小到一定值时，依靠压力弹簧的作用，顶杆复位，微动开关的常闭触点接通、常开触点断开。调节螺母可以调节压力继电器的动作压力。