1.2 開關電器

開關電器的主要作用是實現對電路通、斷控制。常作為電源的引入開關和局部照明電路的控制開關，也可以直接控制小容量電動機的起動、停止和正/反轉。開關電器有下列幾種類型。

1.2.1 刀開關

刀開關的主要作用是隔離電源，或作為不頻繁接通和斷開電路用。刀開關的種類很多。按刀的級數分為單極、雙極和3極。按滅弧裝置分為帶滅弧裝置和不帶滅弧裝置。按刀的轉換方向分為單擲和雙擲。按接線方式分為板前接線式和板后接線式。按操作方式分為直接手柄操作和遠距離聯桿操作。按有無熔斷器分為帶熔斷器式刀開關和不帶熔斷器式刀開關。在電力拖動控制電路中，最常用的是由刀開關和熔斷器組合的負荷開關。負荷開關分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關兩種。

1.開啟式負荷開關

開啟式負荷開關（HK系列）又稱為刀開關、開啟式開關熔斷器組。常用于照明、電熱設備及小容量電動機控制線路中，在短路電流不大的電路中作為手動不頻繁帶負荷操作和短路保護用。

HK系列開啟式負荷開關由刀開關和熔斷器組合而成，開關的瓷底板上裝有進線座、靜觸點、熔絲、出線座及刀片式動觸點，此系列刀開關不設專門滅弧裝置，整個工作部分用膠木蓋罩住，分閘和合閘時應動作迅速，使電弧較快地熄滅，以防電弧灼傷人手以及電弧對刀片和觸座的灼損。開關分單相雙極和三相3極兩種，圖1-5所示為開啟式負荷開關的符號。

圖1-5 開啟式負荷開關的符號

2.封閉式負荷開關

封閉式負荷開關（HH系列）又稱為封閉式開關熔斷器組，具有鑄鐵或鑄鋼制成的全封閉外殼，防護能力較好，用于手動不頻繁通、斷帶負載的電路以及作為線路末端的短路保護，也可用于控制15kW以下的交流電動機不頻繁直接起動和停止。

圖1-6所示為常用HH系列封閉式開關熔斷器組的結構，由刀開關、熔斷器操作機構和外殼等組成。為了迅速熄滅電弧，在開關上裝有速斷彈簧，用鉤子扣在轉軸上，當轉動手柄開始分閘（或合閘）時，U形動觸刀并不移動，只拉伸了彈簧，積累了能量。當轉軸轉到某一角度時，彈簧力使動觸刀迅速從靜觸座中拉開（或迅速嵌入靜觸座），使電弧迅速熄滅，具有較高的分、合閘速度。為了保證用電安全，在此開關的外殼上還裝有機械聯鎖裝置。當開關合閘時，箱蓋不能打開；而當箱蓋打開時，開關不能合閘。

負荷開關在安裝時要垂直安放，為了使分閘后刀片不帶電，進線端在上端與電源相接，出線端在下端與負載相接。合閘時手柄朝上，拉閘時手柄朝下，以保證檢修和裝換熔絲時的安全。若水平或上、下顛倒安放，拉閘后受閘刀的自重或螺釘松動等因素的影響，則易造成誤合閘而引起意外事故。

負荷開關的主要技術參數有額定電壓、額定電流、極數、通斷能力和壽命。

圖1-6 常用HH系列封閉式開關熔斷器組的結構

1.2.2 組合開關

組合開關又稱為轉換開關，體積小、觸點對數多。常用的組合開關有HZ10系列，其外形、結構和符號如圖1-7所示。將開關的3對靜觸點分別裝在3層絕緣墊板上，并附有接線柱，用于電源與用電設備相接。3個動觸點是由磷銅片（或硬紫銅片）和消弧性能良好的絕緣鋼紙板鉚合而成，并與絕緣墊板一起套在附有手柄的絕緣方桿上。絕緣方軸可正、反方向每次作90°的轉動，帶動3個動觸片分別與3對靜觸點接通或斷開，以實現通、斷電路的目的。

組合開關結構緊湊，安裝面積小，操作方便，廣泛用于機床電源的引入開關，也可用來接通和分斷小電流電路。組合開關用于控制5kW以下電動機，其額定電流一般選擇為電動機額定電流的1.5～2.5倍，其通斷能力較低，不可用來分斷故障電流。

圖1-7 HZ10系列轉換開關的外形、結構和符號

a）外形 b）符號 c）結構

1.2.3 低壓斷路器

1.低壓斷路器的用途

低壓斷路器又稱為自動空氣開關或自動空氣斷路器，分為框架式DW系列（又稱為萬能式）和塑殼式DZ系列（又稱為裝置式）兩大類。在正常工作條件下作為電路的不頻繁接通和分斷用，并在電路發生過載、短路及失電壓時能自動分斷電路，以保護電路和電氣設備。它具有操作安全、分斷能力較高、兼有多種保護功能和動作值可調整等優點，且在發生短路故障后，一般不需要更換部件就能排除故障，因此應用較為廣泛。

目前各廠家不斷推出各種新型斷路器，如智能型斷路器，它具有串行接口，可實現遙控、遙調、遙測和遙訊等功能，能按各種附件組合成不同功能，且外形美觀大方，安全可靠。

2.DZ系列斷路器的結構和工作原理

DZ斷路器由觸點系統、滅弧室、傳動機構和脫扣機構幾部分組成。DZ斷路器的結構和符號如圖1-8所示。

圖1-8 DZ斷路器的結構和符號

a）結構 b）符號 1—主觸點 2—自由脫扣器 3—過電流脫扣器 4—分勵脫扣器 5—熱脫扣器 6—失電壓脫扣器 7—按鈕

1）觸點系統。采用直動式雙斷口橋式觸點。將鑲有銀基合金的3對動、靜觸點串聯在主電路作為主觸點，另有常開、常閉輔助觸點各一對。

2）滅弧結構。開關內部裝有滅弧罩，罩內有由相互絕緣的鍍銅鋼片組成的滅弧柵片，便于在切斷短路電流時，加速滅弧和提高斷流能力。

3）傳動機構。有合閘、維持和分閘3部分，在外殼上伸出分、合兩個按鈕，有手動和自動兩種。

4）脫扣機構。

①過電流脫扣器（電磁脫扣器）。圖1-8a所示3為過電流脫扣器，其上的線圈被串聯在主電路中，線圈通過正常電流產生的電磁吸力不足以使銜鐵吸合，2所示脫扣器的上下搭鉤被鉤住，使3對主觸點閉合。當電路發生短路或嚴重過載時，電磁脫扣器的電磁吸力增大，將銜鐵吸合，向上撞擊杠桿，使上下搭鉤脫離，彈簧力把3對主觸點（如圖1-8a中1所示）的動觸點拉開，實現自動跳閘，達到切斷電路之目的。

②失電壓脫扣器。當電路電壓正常時，失電壓脫扣器（圖1-8a中6所示）的銜鐵被吸合，銜鐵與杠桿脫離，使斷路器主觸點能夠閉合；當電路電壓下降或失去時，失電壓脫扣器的吸力減小或消失，銜鐵在彈簧的作用下撞擊杠桿，使搭鉤脫離，斷開主觸點，實現自動跳閘。它常用于電動機的失電壓保護。

③熱脫扣器。熱脫扣器的熱元件（如圖1-8a中的5所示）被串聯在主電路。當電路過載時，過載電流流過熱元件產生一定熱量，使雙金屬片受熱向上彎曲，通過杠桿推動搭鉤分離，主觸點斷開，從而切斷電路，使用電設備不致因過載而燒毀。跳閘后需等1～3min待雙金屬片冷卻復位后才能再合閘。

④分勵脫扣器。由分勵電磁鐵和一套機械機構組成。當需要斷開電路時，按下跳閘按鈕，使分勵電磁鐵線圈通入電流，產生電磁吸力吸合銜鐵，導致開關跳閘。分勵脫扣器只用于遠距離跳閘，對電路不起保護作用。

3.斷路器的選擇

1）斷路器的額定電壓和額定電流應不小于電路的正常工作電壓和工作電流。

2）熱脫扣器的整定電流應與所控制的電動機的額定電流或負載額定電流一致。

3）電磁脫扣器瞬時脫扣整定電流應大于負載電路正常工作時的尖峰電流。對于電動機負載來說，DZ型斷路器應按下式計算，即

I_Z≥KI_q （1-1）

式中，K為安全系數，可取1.5～1.7，I_q為電動機的起動電流。