任务一 低压电器的基础知识及测试

低压电器中的接触器是用来频繁接通和切断电动机或其他负载电路的一种自动切换电器，在电气控制线路中使用相当广泛。接触器他是电磁式低压电器的典型产品，了解其结构原理可以类推到其他电磁式低压电器结构原理。本任务要求对常用电磁式低压电器进行初步感性认识（如接触器、断路器、电磁式继电器等），并对交流接触器最低吸合电压进行测试。

夯实基础

一、低压电器的基本知识

1.低压电器定义及分类

凡是对电能的生产、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为电器。用于交流50Hz（或60Hz）、额定电压1200V以下，直流额定电压1500V以下的电路内起接通、断开、保护、控制或调节作用的电器称为低压电器。常用的低压电器有刀开关、转换开关、自动开关、熔断器、接触器、继电器和主令电器等。

低压电器可分为低压配电电器和低压控制电器两大类。

（1）低压配电电器

主要用于低压配电系统中。对这类电器的要求是系统发生故障时，动作准确、工作可靠，在规定的时间内通过允许的短路电流时，其电动力和热效应不会损坏电器，如刀开关、断路器等。

（2）低压控制电器

主要用于电气传动系统中。对这类电器的要求是有相应的转换能力，操作频率高，电寿命和机械寿命长，工作可靠，如接触器、继电器、主令电器等。

2.电磁式低压电器

电磁式低压电器在低压电器中占有十分重要的地位，在电气控制系统中应用最为普遍，如接触器、自动空气开关（断路器）、电磁式继电器等。它们的工作原理基本上相同，就结构而言主要由电磁机构和执行机构所组成。电磁机构按其电源种类可分为交流和直流两种，执行机构则可分为触点系统和灭弧装置两部分。

电磁机构由线圈、铁芯（静铁芯）和衔铁（动铁芯）等几部分组成。从常用铁芯的衔铁运动形式上看，其结构形式大致可分为拍合式和直动式两大类，如图1-1所示。图1-1（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，其铁芯材料由电工软铁制成，它广泛用于直流电器中；图1-1（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，铁芯形状有E形和U形两种，其铁芯材料由电工硅钢片叠成，多用于触点容量较大的交流电器中；图1-1（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯，它也是由硅钢片叠压而成，分为交、直流两大类。

电磁机构的工作原理：当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触点动作。在交流电流产生的交变磁场中，为避免因磁通过零点造成衔铁的抖动，需在交流电器铁芯的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零，使电磁吸力总是大于弹簧的反作用力，因而可以消除交流铁芯的抖动。

需要指出的是，对电磁式低压电器而言，电磁机构的作用是使触点实现自动化操作。但电磁机构实质上就是电磁铁的一种。

3.电器的触点系统

在工作过程中，可以分开与闭合的电接触称为可分合接触，又称为触点，触点是成对的，一为动触点，一为静触点。触点有时也包含主触点、副触点（辅助触点）。

触点的作用是接通或分断电路，因此要求触点要具有良好的接触性能，电流容量较小的电器（如接触器、继电器）常采用银质材料作触点，这是因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，可以避免表面氧化膜电阻率增加而造成接触不良。

触点的结构有桥式和指形两类。图1-2（a）所示是两个点接触的桥式触点，图1-2（b）是两个面接触的桥式触点。两个触点串于同一电路中，电路的接通与断开由两个触点共同完成。点接触形式适用于电流不大，且触点压力小的场合；面接触形式适用于较大电流的场合。图1-2（c）所示是为指形触点，其接触区为一直线，触点接通或分断时产生滚动摩擦，以去除氧化膜，减少接触电阻，适用于接通次数多、电流大的场合。

4.低压电器的主要技术参数

电器要可靠地接通和分断被控电路，而被控电路的工作电压或电流等级、通断频繁程度及负载性质各不相同，对电器也就提出了各种技术要求。如触点在分断状态时要有一定的耐压能力，防止漏电或介质击穿，因而电器有额定工作电压这一基本参数；触点闭合时，总有一定的接触电阻，负载电流在接触电阻产生的降压和热量不应过大，因此对电器触点规定了额定电流值。配电电器担负着接通和分断短路电流的任务，相应地规定了极限通、断能力；电器在分断电流时，出现的电弧要烧损触点甚至熔焊，因此电器都有一定的使用寿命。

（1）额定工作电压

额定工作电压是指在规定条件下，能保证电器正常工作的电压值，通常是指触点的额定电压值。有电磁机构的控制电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。

（2）额定工作电流

额定工作电流是指根据电器的具体使用条件确定的电流值。它和额定电压、电网频率、额定工作制、使用类别、触点寿命及防护等级等因素有关，同一开关电器可以对应不同使用条件以规定不同的工作电流值。CJX2系列小容量交流接触器的额定工作电流等技术数据见表1-1。

表1-1 CJX2系列小容量交流接触器技术数据

（3）寿命

控制电器寿命的包括机械寿命和电寿命。机械寿命是电器在无电流情况下能操作的次数；电寿命是指按所定使用条件不需要修理或更换零件的负载操作次数。

二、接触器

接触器是用来频繁接通和切断电动机或其他负载电路的一种自动切换电器。它由触点系统、电磁机构、弹簧、灭弧装置和支架底座等组成。通常分为交流接触器和直流接触器两类。

1.交流接触器

交流接触器是用于远距离控制电压至380V、电流至600A的交流电路，以及频繁启动和控制交流电动机的控制电器。它主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置等部分组成，如图1-3所示。

（1）电磁机构

电磁机构由铁芯、线圈、衔铁等组成，其作用是产生电磁力，通过传动机构来通断主、辅触点。当操作线圈断电或电压显著下降时，衔铁在重力和弹簧力作用下跳闸，主触点切断主电路；当其线圈通电时动作，衔铁吸合，主触点及常开辅助触点闭合。交流接触器的电磁铁常采用单U形转动式、双E形直动式和双U形直动式等。

（2）触点系统

触点系统是接触器的执行元件，起分断和闭合电路的作用，有双断点桥式触点和单断点指形触点两类。其优缺点在前面已作分析。从提高接触器的机械寿命和电寿命出发，采用双断点触点比单断点触点有利，对交流接触器更是如此。目前交流接触器的触点形式趋向于双断点触点，但在额定电流大的接触器中，常采用单断点触点。

（3）灭弧装置

触点在分断电流的瞬间，在触点间的气隙中就会产生电弧，电弧的温度很高，能将触点烧损，并可能造成其他事故，因此应采用适当措施迅速熄灭电弧。

熄灭电弧的主要措施有：

① 迅速增加电弧长度（拉长电弧），使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而使电弧熄灭。

② 使电弧与流体介质或固体介质相接触，加强冷却和去游离作用，使电弧加快熄灭。

电弧有直流电弧和交流电弧两类，交流电流有自然过零点，故其电弧较容易熄灭。常用的灭弧方法有以下几种：

① 速拉灭弧法：通过机械装置将电弧迅速拉长，从而加快电弧的熄灭。这种灭弧方法是开关电器中普遍采用的最基本的一种灭弧方法。

② 冷却灭弧法：降低电弧的温度，可使电弧中的热游离减弱，正负离子的复合增加，有助于电弧迅速熄灭。

③ 磁吹灭弧法：利用永久磁铁或电磁铁产生的磁场对电流的作用力来拉长电弧；或者利用气流使电弧拉长和冷却至被熄灭。

④ 窄缝灭弧法 这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一条纵缝，缝的下部宽些上部窄些。当触点断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将电弧弧柱直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，加强冷却和去游离作用，使电弧熄灭加快。

⑤ 金属栅片灭弧法 利用栅片对电弧的吸引作用及磁吹线圈的作用将电弧引入栅片中，栅片将电弧分割成许多串联的短弧。这样每两片灭弧栅片可以看作一对电极，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强。而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压，同时吸收电弧热量，使电弧迅速冷却，所以电弧进入灭弧栅片后就很快地熄灭，如图1-4所示。

灭弧装置因电流等级而异。有绝缘材料灭弧罩、多纵缝灭弧室、栅片灭弧室、串联磁吹和真空灭弧室等。

交流接触器常用的型号有CJ10、CJ12系列，其新产品有CJ20系列，引进生产的交流接触器有德国西门子的3TB系列、法国TE公司的LC1、LC2系列、德国BBC的B系列等，这些引进产品大多采用积木式结构，可以根据需要加装附件。

CJ20系列交流接触器的主要技术参数见表1-2。

表1-2 CJ20系列交流接触器的主要技术参数

交流接触器工作原理：当线圈通电后，线圈流过电流产生磁场，使静铁芯产生足够的吸力，克服反作用弹簧与动触点压力弹簧片的反作用力，将动铁芯吸合，同时带动传动杠杆使动、静触点的状态发生改变，其中3对常开主触点闭合。主触点两侧的2对常闭的辅助触点断开，2对常开的辅助触点闭合。当电磁线圈断电后，由于铁芯电磁吸力消失，动铁芯在反作用弹簧力的作用下释放，各触点也随之恢复原始状态。交流接触器的线圈电压在85%～110%额定电压时，能保证可靠工作。电压过高，磁路趋于饱和，线圈电流将显著增大；电压过低，电磁吸力不足，动铁芯吸合不上，线圈电流往往达到额定电流的十几倍。因此，电压过高或过低都会造成线圈过热而烧毁。

接触器除了电磁机构、触点系统、灭弧装置外，还有一些辅助零件和部件，如传动结构、外壳、接线端子等。

2.直流接触器

直流接触器用于控制直流供电负载和各种直流电动机，额定电压直流400V及以下，额定电流40～600A，分为6个电流等级。直流接触器其结构主要由电磁机构、触点与灭弧系统组成。电磁系统的电磁铁采用拍合式电磁铁，电磁线圈为电压线圈，用细漆包线绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器的主触点一般为单极或双极，有常开触点也有常闭触点，其触点下方均装有串联的磁吹灭弧线圈。在使用时要注意，磁吹线圈在轻载时不能保证可靠的灭弧，只有在电流大于额定电流的20%时磁吹线圈才起作用。

3.接触器的主要参数

（1）额定电压

指主触点的额定工作电压，交流有220V、380V、500V等。直流有110V、220V、440V等。此外，还规定辅助触点和线圈的额定电压。

（2）额定电流

指主触点的额定工作电流，它在一定条件下（额定电压、使用类别、额定工作制、操作频率等）规定的，保证电器正常工作的电流值，若改变使用条件，额定电流也要随之改变。目前生产的接触器有5A、10A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A。

（3）动作值

指接触器的吸合电压和释放电压。按照规定，作为一般用途的电磁式接触器，在一定温度下，加在线圈上的电压为额定值的85%～110%之间的任何电压下可靠地吸合；反之，如果工作中电压过低或失压，衔铁应能可靠地释放。

（4）接通与分断能力

指接触器的主触点在规定条件下，能可靠地接通或分断的电流值。在此电流下接通或分断时，不应发生触点熔焊、飞弧和过分磨损。

（5）电器寿命和电寿命

接触器是频繁操作电器，应具有较高的机械寿命和电寿命。目前接触器的机械寿命为100万次，小容量接触器的机械寿命可达300万次。

（6）操作频率

指每小时允许的操作次数。目前一般为150～1200次/h。

（7）工作制

接触器的工作制有长期工作制、间断工作制、短时工作制、反复工作制。

4.接触器的选择

① 接触器的类型：根据接触器所控制的负载性质来选择接触器的类型。

② 接触器的额定电压：应等于或大于主电路的额定电压。

③ 接触器线圈的额定电压及频率：应与所控制的电路电压、频率相一致。

④ 接触器的额定电流：应大于或等于负载的工作电流。

⑤ 接触器的触点数量、种类：其触点数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。

5.接触器常见故障分析

（1）吸不上或吸力不足

造成故障的主要原因有：电源电压过低和波动大；电源容量不足、断线、接触不良；接触器线圈断线，可动部分被卡住等；触点弹簧压力与超程过大；动、静铁芯间距太大。

（2）不释放或释放缓慢

有以下原因：触点弹簧压力过小；触点熔焊；可动部分被卡住；铁芯极面被油污；反力弹簧损失；铁芯截面之间的气隙消失。

（3）线圈过热或烧损

线圈中流过的电流过大时，就会使线圈过热甚至烧毁。发生线圈电流过大的原因有以下几个方面：电源电压过高或过低；操作频率过高；线圈已损坏；衔铁与铁芯闭合有间隙等。

（4）噪声较大

产生的噪声过大的主要原因有：电源电压过低；触点弹簧压力过大；铁芯截面生锈或粘有油污、灰尘；分磁环断裂；铁芯截面磨损过度而不平。

（5）触点熔焊

造成触点熔焊的主要原因有：操作频率过高或过负荷使用；负荷侧短路；触点弹簧压力过小；触点表面有突起的金属颗粒或异物；操作回路电压过低或机械卡住触点停顿在刚接触的位置上。

（6）触点过热和灼伤

造成触点发热的主要原因有：触点弹簧压力过小；触点表面接触不良；操作频率过高或工作电流过大。

（7）触点磨损

触点磨损有两种：一种是电气磨损，由触点间电弧或电火花的高温使触点金属气化或蒸发所造成；另一种是机械磨损，由于触点闭合时的撞击，触点表面的相对滑动摩擦等造成。

三、安全用电

1.触电的原因和危害

电流流过人体就会导致触电。一般地，对于50Hz的工频交流电而言，当流过人体电流大于0.05A时，就可能导致触电死亡，这与电流流过人体的途径、部位有关。通过人体电流的大小决定于人体电阻以及所触及的电压高低。人体的电阻不是固定的，是可以改变的，一般从600～100000Ω。使人体电阻变化的因素很多，如健康状况、神经系统、心理状态、衣服、鞋子、皮肤的干燥程度等。但是由于最小电阻在600Ω左右，那么如果接触到的电压为60V时，通过人体的电流就可能达到0.1A。这就说明只要碰到60V电压的线路上，就可能发生触电死亡事故。所以，一般规定36V以下为安全电压。

2.触电的种类和形式

（1）触电的种类

触电事故是因电流流过人体所造成的。人体被电流伤害的情况，按其性质的不同可分为电伤和电击两类。

① 电伤是指电流通过人体外部表皮造成局部伤害。例如，电弧的灼伤，与带电体接触后皮肤的红肿，金属在大电流下熔化、飞溅而使皮肤遭受伤害等。

② 电击是指电流流过人体内部器官，对人体心脏及神经系统造成破坏直至死亡。它是最危险的触电事故。因触电而造成死亡事故，多数是由电击所致。但在触电事故中，电击和电伤常会同时发生。

电击伤人的程度，要根据流过人体电流的大小、通电时间的长短、电流的途径和频率以及触电者本身的情况而决定。

（2）触电的形式

人体触及带电体有三种不同情况，分别为单线和两线触电及跨步电压触电。

① 单线触电：人站在地上或其他接地体上，而人的某一部位触及带电体，称为单线触电。在我国低压三相四线制中性点接地系统中，单线触电的电压为220V。

② 两线触电：人体两处同时触及三相380/220V系统的两相带电体，加于人体的电压达380V。

③ 跨步电压触电：带电体着地时，电流流过周围土壤，产生电压降，人接近着地点时，两脚之间形成跨步电压，其大小决定于离着地点的远近及两脚正对着地点的跨步距离，跨步电压在一定程度上也会引起触电事故。

3.安全措施

为防止人体偶然触电，在一切电气设备中都应该加有保护装置，工作人员要严格遵守安全规则，此外还应该注意带好一切保护用具。电气设备的安全保护装置主要有接地和接零两种。

（1）保护接地

把电动机、变压器等电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与埋在地中的接地装置可靠地连接起来，称为保护接地。

将电气设备不带电金属部分接地的目的，是防止工作人员发生间接触电事故。

（2）保护接零

把电气设备的金属外壳接到电线路系统的中性点上称为保护接零（或称保护接中线）。接中线（即接零）时，应满足以下要求：

① 在同一电网中，不得把一部分电气设备接零，而另一部分电气设备接地。这是因为如果某一接地保护设备的绝缘损坏，并与外壳相连时，会使中性线上出现对地电压，于是所有接零的设备上都会出现危险电压。

② 中线上不得装有熔断器和断路设备，仅允许采用在切断中线时，必须同时切断相线的开关。

③ 接零的干线（中线）不得小于相线截面的1/2，支线应不小于相线截面的1/3。电气设备接中线应以并联方式连接。

④ 在变电室线路的起点和架空线路的分支处及支线的末端应将零线重复接地，重复接地的接地电阻不大于10Ω。

（3）注意事项

① 无论何时何地，不能用手来判断接线端或裸导体是否带电。

② 换接熔丝时，首先要切断电源，切勿带电操作。

③ 常用的电气设备的金属外壳必须接有专用的接零导线。

④ 处理好导线的带电接头的绝缘。

⑤ 操作电气开关、按钮等，手应保持干燥。

⑥ 若遇有人触电时，应立即切断电源。不可用手直接拉触电者使之脱离电源。

任务实施

一、实操器材

任务实施所需设备和元器件见表1-3。

表1-3 任务实施所需设备和元器件明细

二、实操过程

复杂的电器控制线路大多数都是由许多低压电器组成的。在设计和安装控制线路时，必须熟悉低压电器的外形结构及型号意义，并掌握其简单检查与测试方法。例如，交流接触器的测试电路如图1-5所示。

1.认识常用低压电器

根据低压电器的实物，写出各电器的名称。例如，HK2、HR5、DZ15、LA18、CJ10-20、RT0等系列的低压电器。

2.测试交流接触器的释放电压

① 按照图1-5接线。

② 闭合刀开关QS1，调节调压器为380V；闭合QS2，交流接触器吸合。

③ 转动调压器手柄，使电压均匀下降，同时注意接触器的变化，并在表1-4中记录数据。

表1-4 交流接触器测试记录

3.对交流接触器的最低吸合电压进行测试

从释放电压开始，每次将电压上调10V，然后闭合刀开关，观察接触器是否闭合。如此重复，直到交流接触器能可靠地闭合工作为止，记录数据填入表1-4。

三、实操注意事项

① 接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。

② 操作时要胆大、心细、谨慎，不允许用手触及电器元件的导电部分以免触电及意外损伤。

③ 通电观察接触器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位。