1.2 開關(guān)電器

開關(guān)電器的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)電路通、斷控制。常作為電源的引入開關(guān)和局部照明電路的控制開關(guān)，也可以直接控制小容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止和正/反轉(zhuǎn)。開關(guān)電器有下列幾種類型。

1.2.1 刀開關(guān)

刀開關(guān)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(guān)的種類很多。按刀的級(jí)數(shù)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(zhuǎn)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(yuǎn)距離聯(lián)桿操作。按有無熔斷器分為帶熔斷器式刀開關(guān)和不帶熔斷器式刀開關(guān)。在電力拖動(dòng)控制電路中，最常用的是由刀開關(guān)和熔斷器組合的負(fù)荷開關(guān)。負(fù)荷開關(guān)分為開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)荷開關(guān)兩種。

1.開啟式負(fù)荷開關(guān)

開啟式負(fù)荷開關(guān)（HK系列）又稱為刀開關(guān)、開啟式開關(guān)熔斷器組。常用于照明、電熱設(shè)備及小容量電動(dòng)機(jī)控制線路中，在短路電流不大的電路中作為手動(dòng)不頻繁帶負(fù)荷操作和短路保護(hù)用。

HK系列開啟式負(fù)荷開關(guān)由刀開關(guān)和熔斷器組合而成，開關(guān)的瓷底板上裝有進(jìn)線座、靜觸點(diǎn)、熔絲、出線座及刀片式動(dòng)觸點(diǎn)，此系列刀開關(guān)不設(shè)專門滅弧裝置，整個(gè)工作部分用膠木蓋罩住，分閘和合閘時(shí)應(yīng)動(dòng)作迅速，使電弧較快地熄滅，以防電弧灼傷人手以及電弧對(duì)刀片和觸座的灼損。開關(guān)分單相雙極和三相3極兩種，圖1-5所示為開啟式負(fù)荷開關(guān)的符號(hào)。

圖1-5 開啟式負(fù)荷開關(guān)的符號(hào)

2.封閉式負(fù)荷開關(guān)

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

圖1-6所示為常用HH系列封閉式開關(guān)熔斷器組的結(jié)構(gòu)，由刀開關(guān)、熔斷器操作機(jī)構(gòu)和外殼等組成。為了迅速熄滅電弧，在開關(guān)上裝有速斷彈簧，用鉤子扣在轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄開始分閘（或合閘）時(shí)，U形動(dòng)觸刀并不移動(dòng)，只拉伸了彈簧，積累了能量。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，彈簧力使動(dòng)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(guān)的外殼上還裝有機(jī)械聯(lián)鎖裝置。當(dāng)開關(guān)合閘時(shí)，箱蓋不能打開；而當(dāng)箱蓋打開時(shí)，開關(guān)不能合閘。

負(fù)荷開關(guān)在安裝時(shí)要垂直安放，為了使分閘后刀片不帶電，進(jìn)線端在上端與電源相接，出線端在下端與負(fù)載相接。合閘時(shí)手柄朝上，拉閘時(shí)手柄朝下，以保證檢修和裝換熔絲時(shí)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(dòng)等因素的影響，則易造成誤合閘而引起意外事故。

負(fù)荷開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、極數(shù)、通斷能力和壽命。

圖1-6 常用HH系列封閉式開關(guān)熔斷器組的結(jié)構(gòu)

1.2.2 組合開關(guān)

組合開關(guān)又稱為轉(zhuǎn)換開關(guān)，體積小、觸點(diǎn)對(duì)數(shù)多。常用的組合開關(guān)有HZ10系列，其外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1-7所示。將開關(guān)的3對(duì)靜觸點(diǎn)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(shè)備相接。3個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)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(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)3個(gè)動(dòng)觸片分別與3對(duì)靜觸點(diǎn)接通或斷開，以實(shí)現(xiàn)通、斷電路的目的。

組合開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝面積小，操作方便，廣泛用于機(jī)床電源的引入開關(guān)，也可用來接通和分?jǐn)嘈‰娏麟娐贰＝M合開關(guān)用于控制5kW以下電動(dòng)機(jī)，其額定電流一般選擇為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5～2.5倍，其通斷能力較低，不可用來分?jǐn)喙收想娏鳌?/p>

圖1-7 HZ10系列轉(zhuǎn)換開關(guān)的外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)

a）外形 b）符號(hào) c）結(jié)構(gòu)

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(dòng)空氣開關(guān)或自動(dòng)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?jǐn)嘤茫⒃陔娐钒l(fā)生過載、短路及失電壓時(shí)能自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?，以保護(hù)電路和電氣設(shè)備。它具有操作安全、分?jǐn)嗄芰^高、兼有多種保護(hù)功能和動(dòng)作值可調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，且在發(fā)生短路故障后，一般不需要更換部件就能排除故障，因此應(yīng)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(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、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(jié)構(gòu)和工作原理

DZ斷路器由觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧室、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和脫扣機(jī)構(gòu)幾部分組成。DZ斷路器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1-8所示。

圖1-8 DZ斷路器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

a）結(jié)構(gòu) b）符號(hào) 1—主觸點(diǎn) 2—自由脫扣器 3—過電流脫扣器 4—分勵(lì)脫扣器 5—熱脫扣器 6—失電壓脫扣器 7—按鈕

1）觸點(diǎn)系統(tǒng)。采用直動(dòng)式雙斷口橋式觸點(diǎn)。將鑲有銀基合金的3對(duì)動(dòng)、靜觸點(diǎn)串聯(lián)在主電路作為主觸點(diǎn)，另有常開、常閉輔助觸點(diǎn)各一對(duì)。

2）滅弧結(jié)構(gòu)。開關(guān)內(nèi)部裝有滅弧罩，罩內(nèi)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(shí)，加速滅弧和提高斷流能力。

3）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。有合閘、維持和分閘3部分，在外殼上伸出分、合兩個(gè)按鈕，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。

4）脫扣機(jī)構(gòu)。

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(lián)在主電路中，線圈通過正常電流產(chǎn)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(duì)主觸點(diǎn)閉合。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，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(duì)主觸點(diǎn)（如圖1-8a中1所示）的動(dòng)觸點(diǎn)拉開，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳閘，達(dá)到切斷電路之目的。

②失電壓脫扣器。當(dāng)電路電壓正常時(shí)，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(diǎn)能夠閉合；當(dāng)電路電壓下降或失去時(shí)，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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳閘。它常用于電動(dòng)機(jī)的失電壓保護(hù)。

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(lián)在主電路。當(dāng)電路過載時(shí)，過載電流流過熱元件產(chǎn)生一定熱量，使雙金屬片受熱向上彎曲，通過杠桿推動(dòng)搭鉤分離，主觸點(diǎn)斷開，從而切斷電路，使用電設(shè)備不致因過載而燒毀。跳閘后需等1～3min待雙金屬片冷卻復(fù)位后才能再合閘。

④分勵(lì)脫扣器。由分勵(lì)電磁鐵和一套機(jī)械機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)需要斷開電路時(shí)，按下跳閘按鈕，使分勵(lì)電磁鐵線圈通入電流，產(chǎn)生電磁吸力吸合銜鐵，導(dǎo)致開關(guān)跳閘。分勵(lì)脫扣器只用于遠(yuǎn)距離跳閘，對(duì)電路不起保護(hù)作用。

3.斷路器的選擇

1）斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)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(yīng)與所控制的電動(dòng)機(jī)的額定電流或負(fù)載額定電流一致。

3）電磁脫扣器瞬時(shí)脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載電路正常工作時(shí)的尖峰電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載來說，DZ型斷路器應(yīng)按下式計(jì)算，即

I_Z≥KI_q （1-1）

式中，K為安全系數(shù)，可取1.5～1.7，I_q為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。