一、刀开关

1.刀开关概述

刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器，主要用在低压成套配电装置中，作不频繁地手动接通和分断交直流电路或隔离开关用；也可以用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机等。

刀开关由手柄、触刀、静插座和底板组成。

刀开关按极数分可分为单极、双极和三极；按操作方式分可分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按刀开关转换方向分可分为单投和双投等。

刀开关型号的含义说明如图1-11 所示。

图1-11　刀开关型号的含义说明

其图形符号和文字符号如图1-12 所示。

图1-12　刀开关的图形符号和文字符号

（a）单极；（b）双极；（c）三极

2.刀开关的类型

（1）常用刀开关。目前常用的型号有HD（单投）和HS（双投）等系列。这两种系列的刀开关主要用于交流380 V、50 Hz 电力网路中，在照明、电热设备和小容量电动机等控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路并起短路和过载保护作用。

电源一进入首先接刀开关，之后再接熔断器、断路器、接触器等其他电器元件，当刀开关以下的电器元件或线路中出现故障时，可以用刀开关切断隔离电源，从而对设备和电器元件进行修理更换。

HS 系列刀开关主要用于转换电源，当一路电源不能供电时，由它来转换至另一路电源供电，当其处于中间位置时，可以起隔离作用。

（2）胶盖刀开关。胶盖刀开关又称为开启式负荷开关，适用于交流50 Hz，额定电压单相220 V、三相380 V，额定电流100 A 的电路，主要用于不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路的短路保护。其中三极开关适当降低容量后，可用于小型感应电动机手动不频繁操作的直接启动及分断。常用的有HK1 和HK2 系列，HK 系列刀开关的结构与外形如图1-13 所示。

图1-13　HK 系列刀开关结构与外形

（a）结构；（b）外形
1—瓷柄；2—动触头；3—出线座；4—瓷底座；5—静触头 6—进线座；7—胶盖紧固螺钉；8—胶盖

HK2 系列刀开关的技术数据见表1-2。

表1-2　HK2 系列刀开关的技术数据

（3）熔断器式刀开关。熔断器式刀开关又称为熔断器式隔离开关，是以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触头的一种隔离开关。其常用的型号有HR5、HR6 系列，主要用于额定电压为AC 660 V、发热电流为630 A 的具有高短路电流的配电电路和电动机电路，作为电源开关、隔离开关、应急开关并，用于保护电路，但一般不作为直接开、关单台电动机之用。

另外还有封闭式负荷开关，即铁壳开关，其适用于额定工作电压为380 V、额定工作电流为400 A、频率为50 Hz 的交流电路，用于手动不频繁地接通、分断有负载的电路，并有过载和短路保护作用。常用的型号为HH3、HH4 系列，其外形及图形符号如图1-14所示。

图1-14　HH3、HH4 系列封闭式负荷开关

（a）外形；（b）图形符号

3.刀开关的选用和安装

选用刀开关时首先根据刀开关的用途和安装位置选择合适的型号和操作方式，然后根据控制对象的类型和大小，计算出相应负载电流大小，选择相应级额定电流的刀开关。

刀开关的额定电压应等于或大于电路的额定电压，其额定电流一般应等于或大于所分断电路中各个负载电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以应选额定电流大一级的刀开关。若考虑电路中出现的短路电流，还应选择额定电流更大一级的刀开关。

安装刀开关时，合上开关时手柄在上方，不得倒装或平装。倒装时手柄有可能因自重下滑而引起误合闸，造成安全事故。接线时，将电源线接在熔丝上端，负载线接在熔丝下端，拉闸后刀开关与电源隔离，便于更换熔丝。

二、组合开关

组合开关又称为转换开关，它也是一种刀开关。不过它的刀片（动触头）是转动式的，比刀开关轻巧而且组合性强，能组成各种不同的线路。

它体积小，触头对数多，接线方式灵活，操作方便，常用于交流50 Hz、380 V 以下及直流220 V 以下的电气线路中，供手动不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载，以及启停和运转5 kW 以下小容量异步电动机。

组合开关有单极、双极和三极之分，由若干个动触头及静触头分别装在数层绝缘件内组成，动触头随手柄旋转而变更其通断位置，常用的组合开关有HZ10 系列。组合开关型号含义说明如图1-15 所示。

图1-15　组合开关型号含义说明

常用的组合开关有HZ5、HZ10 和HZW（3LB、3ST1）等系列。其中HZW 系列主要用于三相异步电动机的启动、转向以及主电路和辅助电路的转换。HZ10 系列组合开关的外形和符号如图1-16 所示。

图1-16　HZ10 系列组合开关的外形和符号

（a）外形；（b）单极；（c）三极

三、熔断器

熔断器是在控制系统中主要用于短路和过载保护的电器，使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，其以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。

熔断器作为保护电器，具有结构简单、体积小、质量轻、使用和维护方便、价格低廉、可靠性高等优点。熔断器型号的含义说明如图1-17 所示。

图1-17　熔断器型号的含义说明

类型代号说明：C—插入式；M—无填料封闭管式；L—螺旋式；T—有填料封闭管式；S—快速式；Z—自复式

常用熔断器型号有RL1、RT0、RT15、RT16（NT）、RT18 等，在选用时可根据使用场合酌情选择，如图1-18 所示。

图1-18　常用熔断器

（a）RL1 系列螺旋式熔断器；（b）RT0 系列有填料封闭管式熔断器；（c）RT18 圆筒形帽熔断器；（d）RT16（NT）刀形触头熔断器

1.熔断器的结构与特性

熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管（或盖、座）等部分组成。其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件。熔体由不同金属材料（铅锡合金、锌、铜或银）制成丝状、带状、片状或笼状，串接于被保护电路中。当电路发生短路或过载故障时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时，熔体自行熔断，从而分断故障电路。熔管一般由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成半封闭式或封闭式的管状外壳，熔体装于其中。熔管的作用是便于安装熔体和有利于熔体熔断时熄灭电弧。

熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间较短；当电流较小时，熔体熔断所需用的时间较长，甚至不会熔断。这一特性称为熔断器的保护特性，可用时间-电流特性曲线来描述，如图1-19 所示。IN 为熔体额定电流，通常取2IN 为熔断器的熔断电流，其熔断时间为30～40 s。常用熔体的安秒特性见表1-3。

图1-19　熔断器的保护特性

表1-3　常用熔体的安秒特性

2.熔断器的主要参数

（1）额定电压。其是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的压力。

（2）额定电流。其是指熔断器长期工作时，电气设备升温不超过规定值时所能承受的电流。熔断器的额定电流有两种：一种是熔管的额定电流，另一种是熔体的额定电流。厂家为减少熔断器额定电流的规格，熔管额定电流等级较少，而熔体电流等级较多，在一种电流规格的熔管内有适宜几种电流规格的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔管的额定电流。

（3）极限分断能力。其是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）条件下，能可靠分断的最大短路电流。

3.熔断器的分类

熔断器的种类很多，按结构可分为瓷插式、螺旋式、封闭式等几种。

（1）瓷插式熔断器。瓷插式熔断器如图1-20 所示，常用于交流50 Hz，额定电压为380 V 及以下的电路末端，作为供配电系统导线及电气设备（如电动机、负荷开关）的短路保护，也可作为民用照明等电路的保护。

（2）螺旋式熔断器。螺旋式熔断器如图1-21 所示。熔体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，它常用于机床电气控制设备。螺旋式熔断器分断电流较大，适用于电气线路中作配电设备、电缆、导线过载和短路保护元件。

图1-20　瓷插式熔断器

1—动触头；2—熔体；3—瓷插件；4—静触头；5—瓷座

图1-21　螺旋式熔断器

（3）封闭式熔断器。封闭式熔断器可分为有填料封闭式熔断器和无填料封闭式熔断器两种。有填料封闭式熔断器如图1-22 所示，其使用的灭弧介质填料是石英砂，因为石英砂具有热稳定性好、熔点高、化学惰性、热导率高和价格低等优点。其用于电压等级在500 V 以下、电流等级在1 kA 以下的电路。

无填料封闭式熔断器如图l-23 所示，将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，其优点是更换熔体方便，使用比较安全，恢复供电也较快，适用于电压等级在500 V 以下、电流等级在600 A 以下的电力网或配电设备。

（4）半导体器件保护用熔断器。半导体器件保护用熔断器也称为快速熔断器，主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低，只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V 形深槽的变截面熔体。

目前常用的有NGT 型和RS0、RS3 系列快速熔断器，以及RS21、RS22 型螺旋式快速熔断器。NGT 型熔断器具有分断能力强、限流特性好、周期性负载特性稳定、低功率损耗等优点，能可靠地保护半导体器件晶闸管及其成套装置。

图1-22　有填料封闭式熔断器

1—熔断指示器；2—硅砂（石英砂）填料；3—熔丝；4—插刀；5—底座；6—熔体；7—熔管

图1-23　无填料封闭式熔断器

1—铜圈；2—熔断管；3—管帽；4—熔体；5—熔片

（5）自复式熔断器。自复式熔断器是一种限流元件，它本身不能分断电路，而是与低压断路器串联使用，以提高分断能力。当故障消除后，它又能迅速复原，重新投入使用。

自复式熔断器采用金属钠做熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。

自复式熔断器的工业产品有RZ1 系列等，它用于交流380 V 的电路，与断路器配合使用。自复式熔断器的额定电流有100 A、200 A、400 A、600 A 四个等级。

4.熔断器的选择

选择熔断器时主要要考虑熔断器的种类、额定电压、额定电流和熔体的额定电流等。

（1）熔断器类型的选择。熔断器的类型应根据线路的要求、使用场合及安装条件进行选择。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因此熔体的熔化系数可适当小些。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力，通常选用具有较高分断能力的熔断器。当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的熔断器。

（2）熔断器的额定电压的选择。熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作点的电压。

（3）熔断器的额定电流的选择。熔断器的额定电流根据被保护的电路（支路）及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。

（4）熔体的额定电流的选择。

①对于负载平稳无冲击的照明电路、电阻和电炉等，熔体额定电流应略大于或等于负荷电路中的工作电流，即

式中　IFU——熔体的额定电流；

　　　I——电路的工作电流。

②对于单台长期工作的电动机，熔体电流可按最大启动电流选取，也可按下式选取：

式中　IFU——熔体的额定电流；

　　　IN——电动机的额定电流。

如果电动机频繁启动，则式中系数可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。

③对于多台长期工作的电动机（供电干线）的熔断器，熔体的额定电流应满足下列关系：

式中　INmax——多台电动机中容量最大的一台电动机的额定电流；

　　　∑IN——其余电动机的额定电流之和。

当熔体的额定电流确定后，根据熔断器的额定电流大于或等于熔体的额定电流来确定熔断器的额定电流。

④降压启动的电动机选用熔体的额定电流应略大于或等于电动机的额定电流。

5.熔断器的使用与维护

（1）安装熔断器时除保证足够的电气距离外，还应保证足够的间距，以保证拆卸、更换熔体方便。

（2）安装熔断器前应检查熔断器的型号、额定电压、额定电流和额定分断能力等参数是否符合规定要求。

（3）安装熔断器时应注意熔断器与底座触刀接触应良好，以避免接触不良造成温升过高，引起熔断器误动作和周围电器元件损坏。

（4）插入式熔断器应垂直安装，螺旋式熔断器的电源线应接在瓷底座的下接线座上，负载线应接在螺纹壳的上接线座上，这样在更换熔管时，旋出螺帽后螺纹壳上不带电，保证了操作者的安全。

（5）更换熔体或熔管时，必须切断电源，尤其不容许带负荷操作，以免发生电弧灼伤。

（6）使用熔断器时应经常清除熔断器表面积有的尘埃，在定期检修设备时，如发现熔断器有损坏，应及时更换。

四、低压断路器

低压断路器又称为自动空气开关或自动空气断路器，主要用于低压动力线路。它是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，应用极为广泛。

低压断路器可用来分配电能、不频繁地启动异步电动机、对电动机及电源线路进行保护。当线路发生严重过载、短路或欠电压等故障时它能自动切断电源，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合。

低压断路器的外形、图形符号和文字符号如图1-24 所示。

图1-24　低压断路器的外形、图形符号和文字符号

（a）DZ20 系列低压断路器；（b）DZ47 系列低压断路器；（c）图形符号和文字符号

低压断路器型号的含义说明如图1-25 所示。

图1-25　低压断路器型号的含义说明

类型代号说明：W—万能式；WX—万能式限流型；Z—塑料外壳式；ZL—漏电断路器；ZX—塑料外壳式限流型

1.低压断路器的工作原理

图1-26 所示是低压断路器的工作原理示意，图中触头有3 对，串联在被保护的三相主电路中，它是靠操作机构手动或自动合闸的，并由自动脱扣器机构锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自动脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开，于是触头在弹簧的作用下迅速分断。

过流脱扣器6 的线圈和主电路串联，电路正常工作时，产生的电磁吸力不能将衔铁8吸合，只有当电路发生短路或产生很大的过电流时，其电磁吸力才能将衔铁8 吸合，撞击杠杆7，顶开搭钩4，使触头2 断开，从而将电路分断。(www.daowen.com)

欠压脱扣器11 的线圈并联在主电路上，电路电压正常时，欠压脱扣器11 产生的电磁吸力能够克服弹簧9 的拉力而将衔铁10 吸合，当电路电压降到一定值以下时，电磁吸力小于弹簧9 的拉力，衔铁10 被弹簧9 拉开，衔铁撞击杠杆7 使搭钩顶开，主触头2 断开分断电路。

当电路发生过载时，过载电流通过热脱扣器的发热元件使双金属片12 受热弯曲，于是杠杆7 顶开搭钩4，使触头2 断开，起到过载保护的作用。脱扣器可以重复使用，不需要更换。

图1-26　低压断路器的工作原理示意

1，9—弹簧；2—触头；3—锁键；4—搭钩；5—轴；6—过流脱扣器；7—杠杆；8，10—衔铁；11—欠压脱扣器；12—双金属片；13—电阻丝

2.低压断路器的技术参数

（1）额定电压。额定电压分额定工作电压、额定绝缘电压和额定脉冲电压。额定工作电压是指与通断能力以及使用类别相关的电压值。额定绝缘电压是断路器的最大额定工作电压。额定脉冲电压是指工作时所能承受的系统中所发生的开关动作过电压值。

（2）额定电流。额定电流就是持续电流，也就是脱扣器能长期通过的电流，对带有可调式脱扣器的断路器为可长期通过的最大工作电流。

（3）通断能力。其以开关电器在规定的条件下（电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数）能在给定的电压下接通和分断的最大电流值来衡量，也称为额定短路通断能力。

3.低压断路器的类型

（1）万能式低压断路器（开启式低压断路器）。其主要用于40～100 kW 电动机回路的不频繁全压启动，并起短路、过载、失压保护作用，容量较大，具有较高的短路分断能力和较高的动稳定性。其主要型号有DW10 和DW15 两个系列。

（2）装置式低压断路器（塑料外壳式低压断路器）。其一般用作配电线路的保护开关以及电动机和照明线路的控制开关等，内装触头系统、灭弧室及脱钩器等，有手动和电动合闸两种方式，主要型号有DZ5、DZ10 和DZ20 等系列。

（3）快速断路器。它具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02 s以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护，主要型号有DS 系列。

（4）限流断路器。它利用短路电流产生的巨大吸力，使触头迅速断开，能在交流短路电流尚未达到峰值之前就把故障电路切断，用于短路电流相当大（高达70 kA）的电路，主要型号有DWX15 和DZX10 两个系列。

（5）智能化断路器。目前国产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。前者主要用作智能化自动配电系统中的主断路器，后者主要用于配电网，进行电能分配和电路及电源设备的控制和保护。智能化断路器的控制核心采用了微处理器或单片机技术，它不仅具有普通断路器的各种保护功能，还具有实时显示电路中的电气参数（电流、电压、功率、功率因数等），对电路进行在线监视、自动调节、测量、试验、自诊断和通信等功能。它能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，保护电路动作时能够存储故障参数以便查询。

4.低压断路器的选用

选择低压断路器时应注意以下几方面：

（1）低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。

（2）低压断路器的极限分断能力应大于或等于线路的最大短路电流。

（3）欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。

（4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。

（5）应根据线路的额定电流及保护的要求选用低压断路器。

使用低压断路器应注意以下几方面：

（1）低压断路器应垂直安装，固定后应安装平整，不应有附加机械应力。

（2）电源进线应接在低压断路器的上母线上，而接往负载的出线则应接在下母线上。

（3）为防止发生飞弧，安装时应考虑低压断路器的飞弧距离，并注意在灭弧室上方接近飞弧距离处不跨接母线。如果是塑料外壳式产品，进线端的裸母线宜包上200 mm 长的绝缘物，有时还要求在进线端的各相间装隔弧板。设有接地螺钉的产品均应可靠接地。

5.低压断路器的维护

（1）使用前应将脱扣器电磁铁工作面的防锈油脂抹去，以免影响电磁机构的动作值。

（2）在使用一定次数后（一般为1/4 机械寿命），转动部分应加润滑油（小容量的塑料外壳式低压断路器不需要）。

（3）定期清除低压断路器上的灰尘，以保持绝缘良好。

（4）灭弧室在分断短路电流或较长时间使用后，应清除其内壁和栅片上的金属颗粒和黑烟。

（5）低压断路器的触头使用一定次数后，如果表面有毛刺和颗粒等应及时清理修整，以保证接触良好。

（6）定期检查各脱扣器的整定值。

五、热继电器

热继电器是一种具有反时限（延时）过载保护特性的过电流继电器，广泛用于电动机及其他电气设备的过载保护。

电动机在运行过程中，长期过载、频繁启动、欠电压运行或者断相运行等都可能引起电动机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧坏电动机。因此，常采用热继电器对电动机进行过载保护以及断相保护。

1.热继电器的分类与型号

热继电器有多种形式，其中双金属片式应用最多，按极数可分为单极、两极和三极热继电器3 种，其中三极热继电器又包括带断相保护装置和不带断相保护装置两种。按复位方式分，有自动复位式和手动复位式。JRS1 系列和JR20 系列热继电器的型号及含义说明如图1-27 所示。

图1-27　JRS1 系列和JR20 系列热继电器的型号及含义

在电气原理图中，热继电器的发热元件和触头的图形符号和文字符号如图1-28 所示。

图1-28　热继电器的图形符号和文字符号

（a）发热元件；（b）常闭触头；（c）常开触头

我国常用的热继电器主要有JR20、JRS1 和JR16 等系列。引进产品有T 系列（德国BBC公司）、3UA 系列（德国西门子）、LR1-D 系列（法国TE 公司）。JRS1 和JR20 系列具有断电保护、温度补偿、整定电流可调、能手动脱扣及手动断开动断触头等功能。三相交流电动机的过载保护均采用三相式热继电器，尤其是JR16 和JR20 系列三相式热继电器得到广泛应用。

常用的JR16 系列热继电器的技术参数见表1-4。

2.热继电器的结构与工作原理

热继电器主要由加热元件、动作机构和复位机构三大部分组成。动作系统常设有温度补偿装置，保证在一定的温度范围内热继电器的动作特性基本不变。

表1-4　常用的JR16 系列热继电器的技术参数

续表

热继电器的加热元件是双金属片，双金属片是将两种线膨胀系数不同的金属片以机械辗压方式使之形成一体。线膨胀系数大的称为主动片，线膨胀系数小的称为被动片。双金属片受热后产生线膨胀，由于两层金属的线膨胀系数不同，且两层金属又紧紧地黏合在一起，因此双金属片向被动片一侧弯曲，如图1-29 所示。由双金属片弯曲产生的机械力带动触头动作。

图1-29　双金属片受热前、后状态

（a）受热前；（b）受热后

双金属片的受热方式如图1-30 所示，有直接式、间接式、复合式和电流互感器式4 种。电流互感器式的发热元件不直接串接在电动机电路中，而是接在电流互感器的二次侧，这种方式多用于电动机电流比较大的场合，以减少通过发热元件的电流。

图1-30　双金属片的受热方式

（a）直接式；（b）间接式；（c）复合式；（d）电流互感器式

典型的热继电器结构如图1-31 所示。在图中，主双金属片2 与发热元件3 串接在接触器负载（电动机电源端）的主回路中，当电动机过载时，主双金属片受热弯曲推动导板4，并通过补偿双金属片5 与推杆将触头9 和6（即串接在接触器线圈回路中的热继电器常闭触头）分开，以切断电路保护电动机。调节旋钮11 是一个偏心轮，改变它的半径即可改变补偿双金属片5 与导板4 的接触距离，从而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位螺钉8 改变常开静触头7 的位置，使热继电器能动作在自动复位或手动复位两种状态。调成手动复位时，在排除故障后要按下复位按钮10 才能使动触头9 恢复与静触头6相接触的位置。

图1-31　典型的热继电器结构

1—双金属片固定支点；2—双金属片；3—发热元件；4—导板；5—补偿双金属片；6—静触头；7—常开静触头；8—复位螺钉；9—动触头；10—复位按钮；11—调节旋钮；12—支撑；13—压簧；14—推杆

热继电器的常闭触头常串入控制回路，常开触头可接入信号回路。

3.热继电器的主要技术参数

（1）额定电流。热继电器的额定电流是指可装入的热元件的最大额定电流值。每种额定电流的热继电器可装入几种不同整定电流的热元件。为了便于用户选择，某些型号中的不同整定电流的热元件是用不同编号表示的。

（2）整定电流。热继电器的整定电流是指热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的电流值。手动调节整定电流的范围，称为刻度电流调节范围，可用来使热继电器更好地实现过载保护。

此外还有额定电压、相数、热元件编号等参数。

4.带断相保护的热继电器

热继电器按相数分为单相式、两相式和三相式3 种类型，每种类型按发热元件的额定电流又有不同的规格和型号。三相式热继电器常用于三相交流电动机的过载保护，可按其职能分为不带断相保护和带断相保护两种类型。当三相电动机的一相接线松开或一相熔丝熔断时，会造成电动机的缺相运行，这是三相异步电动机烧坏的主要原因之一。断相后，若外加负载不变，绕组中的电流就会增大，使电动机烧毁。如果需要缺相保护可选用带断相保护的热继电器。

用于保护电动机的热继电器的动作电流通常是按电动机的额定电流（线电流）进行整定的。如果热继电器所保护的电动机是接法，热继电器的整定电流与电动机绕组电流（相电流）相同，当线路发生一相断电时，另外两相电流便增大很多，由于线电流等于相电流，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例相同，因此普通的两相或三相热继电器可以起到保护作用。

但是，如果电动机是△接法，当发生断相时，由于电动机的相电流与线电流不等，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例不相同，而热元件又串联在电动机的电源进线中，按电动机的额定电流即线电流来整定，整定值较大。当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障电流将超过额定相电流，这便有过热烧毁的危险，所以对△接法必须采用带断相保护的热继电器。

带断相保护的热继电器如图1-32 所示，虚线表示动作位置。其中，图1-32（a）所示为通电前机构各部件的位置。当电流为额定值时，3 个发热元件均正常发热，端部同时向左弯曲，推动上、下导板同时左移，但不到动作线热继电器不会动作，如图1-32（b）所示。当三相电流过载达到整定值时，双金属片弯曲较大，把导板和杠杆推到动作位置，继电器动作，使动断触头断开，如图1-32（c）所示。当一相（设U 相）断路时，U 相热元件值逐渐冷却降温，其端部向右移动，推动上导板向右移动，同时V 和W 相电流较大，推动下导板向左移动，使杠杆扭转，继电器动作，起到断相保护的作用，如图1-32（d）所示。

图1-32　带断相保护的热继电器

（a）通电前；（b）三相正常通电；（c）三相均过载；（d）U 相断线
1—上导板；2—下导板；3—双金属片；4—动断触头；5—杠杆

5.热继电器的选用

通常选用热继电器时从电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合考虑。

（1）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。一般选取热继电器的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的60%～80%。

（2）在不频繁启动电动机的场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流的6 倍以及启动时间不超过6 s 时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取热继电器。

（3）对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机以及虽然长期工作但过载的可能性很小的电动机，可以不设过载保护。

（4）在三相异步电动机电路中，定子绕组为连接的电动机应选用两相或三相结构的热继电器，定子绕组为△连接的电动机必须采用带断相保护的热继电器。

6.热继电器的维护

热继电器在使用过程中应定期通电校验。在设备发生事故而引起巨大短路电流后，应检查热元件和双金属片有无显著变形。若已变形，则需通电试验。双金属片变形或其他原因致使动作不准确时，只能调整其可调部件，绝不容许弯折双金属片。

热继电器在使用中需定期用布擦净尘埃和污垢，双金属片要保持原有光泽，如果上面有锈迹，可用布蘸汽油轻轻擦除，但不得用砂纸磨光。

六、接触器

接触器是一种能频繁地接通和断开远距离用电设备主回路及其他大容量用电回路的自动控制电器。在大多数情况下，其主要控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热设备、电焊机、电炉变压器等。接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的电器元件之一。

接触器按操作方式分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分为空气电磁接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头通过电流的种类可以分为交流接触器和直流接触器两大类。

1.接触器的结构

交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等部分组成。图1-33所示为CJ-20 系列交流接触器的外形和结构原理示意，接触器的图形和文字符号如图1-34所示。

（1）电磁机构。电磁机构主要由线圈、铁芯（静铁芯）和衔铁（动铁芯）3 部分组成，其作用是利用电磁线圈的通电或断电，使衔铁和铁芯吸合或释放，带动动触头与静触头闭合或分断，从而接通或断开电路。

（2）触头系统。触头系统包括主触头和辅助触头，主触头用来控制电流较大的主电路，一般由3 对接触面较大的常开触头组成。辅助触头用来控制电流较小的控制电路，一般由两对常开触头和两对常闭触头组成。工作时常开和常闭触头是联动的，两种触头在改变工作状态时存在时间差，当线圈通电时，常闭触头先断开，常开触头随后闭合，而线圈断电时，常开触头先恢复断开，随后常闭触头恢复闭合。

图1-33　CJ-20 系列交流接触器外形和结构原理示意

（a）外形；（b）结构原理示意

图1-34　接触器的图形和文字符号

（a）线圈；（b）主常开触头；（c）辅助常开、常闭触头

（3）灭弧装置。容量在10 A 以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触头灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用窄缝灭弧及栅片灭弧。

（4）其他辅助部件。其包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构、支架及外壳等。

直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同，结构上也是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等部分组成，但在电磁机构方面有所不同，其铁芯采用整块铸铁或铸钢制成，不需要安装短路环。

由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹灭弧装置灭弧。

2.接触器的工作原理

当线圈得电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力，衔铁在电磁吸力的作用下吸向铁芯，同时带动动触头移动，使常闭触头打开，常开触头闭合。当线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使衔铁释放，触头机构复位，断开电路或解除互锁。

3.接触器的主要技术参数

（1）额定电压。接触器的额定电压是指主触头的额定工作电压。直流接触器常用的电压等级为110 V、220 V、440 V、660 V 等。交流接触器常用的电压等级为127 V、220 V、380 V、500 V 等。如某负载是380 V 的三相感应电动机，则应选用380 V 的交流接触器。

（2）额定电流。接触器的额定电流是指主触头的额定电流。直流接触器常用的电流等级为25 A、40 A、60 A、100 A、250 A、400 A、600 A。交流接触器常用的电流等级为5 A、10 A、20 A、40 A、60 A、100 A、150 A、250 A、400 A、600 A。

（3）动作值。它是指接触器的吸合电压与释放电压。接触器电压在额定电压85%以上时，应可靠吸合，释放电压不高于额定电压的70%。

（4）接通与分断能力。它是指接触器的主触头在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值，而不应该发生熔焊、飞弧和过分磨损等。

（5）额定操作频率。额定操作频率是指每小时的接通次数。交流接触器的最高操作频率为600 次/时，直流接触器的最高操作频率为1 200 次/小时。

（6）寿命。寿命包括电器寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达1 000 万次以上，电器寿命是机械寿命的5%～20%。

4.接触器的型号

交流接触器型号的含义说明如图1-35 所示。

图1-35　交流接触器型号的含义说明

如CJ12T-250，该型号的意义为CJ12T 系列接触器，额定电流为250 A，主触头为三极。CZ0-100/20 表示CZ0 系列直流接触器，额定电流为100 A，具有双极常开主触头。

我国常用的交流接触器主要有CJ10、CJ12、CJXI、CJ20 等系列及其派生产品。直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10 和CZ2 等系列。引进的产品中应用较多的有德国西门子公司的3TB 系列、BBC 公司的B 系列、法国TE 公司的LC1 系列等，主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁启动及控制交流电动机。

5.接触器的选用

为保证满足控制要求，提高系统性价比，选用接触器时一般应按以下原则进行：

（1）接触器极数与电流种类的确定。由主电路电流种类来决定选择直流接触器还是交流接触器，一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，当直流负载容量较小时，也可选用交流接触器，但交流接触器的额定电流应适当选大一些。一般场合选用电磁式接触器，易燃易爆场合应选用防爆型及真空接触器。

三相交流系统中一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时则选用四极交流接触器。单相交流和直流系统中常选用两极或三级触器并联。

（2）根据接触器所控制的负载的类型选择相应类别的接触器。如负载是一般任务则选用AC3 类别；负载为重任务则选用AC4 类别；在负载是一般任务与重任务混合时，则可根据实际情况选用AC3 或AC4 类别，如选AC3 类别，应降级使用。

（3）应根据控制对象类型和使用场合，合理选择接触器主触头的额定电流。控制电阻性负载时，主触头的额定电流应等于负载的额定电流。控制电动机时，主触头的额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流。当接触器使用在频繁启动、制动及正反转的场合时，应将主触头的额定电流降低一个等级使用。

（4）所选接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。

（5）接触器吸引线圈的额定电压应由所连接的控制电路确定。

（6）根据控制线路的要求，合理选择接触器的触头数（主触头和辅助触头）和种类（常开或常闭触头）。