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电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。
1.几种常用的电器分类
（1）按工作电压等级分类
1）高压电器：用于交流电压1000V以上、直流电压1500V以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
2）低压电器：用于交流电压1000V及以下、直流电压1500V及以下电路中的电器，例如接触器、继电器等。
（2）按动作原理分类
1）手动电器：用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮和行程开关等主令电器。
2）自动电器：借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器及各种类型的继电器、电磁阀等。
（3）按用途分类
1）控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器和电动机起动器等。
2）主令电器：用于在自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关和万能转换开关等。
3）保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器和避雷器等。
4）执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
5）配电电器：用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、低压断路器等。
（4）按工作原理分类
1）电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。
2）非电量控制电器：依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。
2.低压电器的作用
低压电器能够根据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、调节、指示和转换。
（1）控制作用 如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。
（2）保护作用 根据设备的特点，对设备、环境以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护和漏电保护等。
（3）测量作用 利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其他非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度和湿度等。
（4）调节作用 低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节和照明度的自动调节等。
（5）指示作用 利用低压电器的控制、保护等功能，检测并指示电气设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等。
（6）转换作用 利用低压电器在用电设备之间实现转换或对控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置的手动与自动的转换、供电的市电与自备电的切换等。
当然，低压电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现。
对低压配电电器的要求是灭弧能力强、分断能力好、热稳定性好及限流准确等；对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、使用寿命长并具有一定的带负载能力。
常见低压电器的主要种类及用途见表1-1。
表1-1 常见低压电器的主要种类及用途
3.电磁式电器的基本结构
从结构上看，电器一般都有两个基本组成部分，即感受部分与执行部分。感受部分接收外界输入的信号，并通过转换、放大与判断做出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目标。对于有触头的电磁式电器，感受部分是电磁机构，执行部分是触头系统。
（1）电磁机构
1）电磁机构的结构形式。电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成。吸引线圈通以一定的电压和电流，产生磁场及吸力，并通过气隙转换成机械能，从而带动衔铁运动使触头动作，完成触头的断开和闭合，实现电路的分断和接通。图1-1所示为几种常用的电磁机构的结构形式。根据衔铁相对铁心的运动方式，电磁机构可分为直动式与拍合式，拍合式又有衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动两种。
图1-1 电磁机构的结构形式
1—衔铁 2—铁心 3—吸引线圈
吸引线圈用于将电能转换为磁能，按吸引线圈通入电流的性质不同，电磁机构分为直流电磁机构和交流电磁机构，其吸引线圈分别称为直流电磁线圈和交流电磁线圈。另外，根据吸引线圈在电路中的连接方式的不同，又有串联线圈和并联线圈。串联线圈采用粗导线且匝数少，又称为电流线圈；并联线圈匝数多且线径较细，又称为电压线圈。
2）电磁机构工作原理。当吸引线圈通入电流后，产生磁场，磁通经铁心、衔铁和气隙形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。与此同时，衔铁还受到反作用弹簧的拉力，只有当电磁吸力大于弹簧反力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当吸引线圈断电时，电磁吸力消失，在弹簧作用下，衔铁与铁心脱离，即衔铁释放。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表述。
电磁机构的吸力特性是指电磁吸力与气隙的相互关系。当电磁机构吸引线圈通电后，铁心吸引衔铁（吸合）的力与气隙的关系称为吸力特性。电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙的关系则称为反力特性。一般低压电器的电磁机构的吸力特性与反力特性曲线如图1-2所示。
3）电磁机构的输入-输出特性。电磁机构的吸引线圈加上电压（或通入电流）后，产生电磁吸力，从而使衔铁吸合。因此，也可将吸引线圈电压（或电流）作为输入量 x ，而将衔铁的位置作为输出量 y ，则电磁机构衔铁位置（吸合与释放）与吸引线圈电压（或电流）的关系称为电磁机构的输入-输出特性，通常也称为“继电特性”。
将衔铁处于吸合的位置记作 y =1，处于释放的位置记作 y =0。由以上分析可知，当吸力特性处于反力特性上方时，衔铁被吸合；当吸力特性处于反力特性下方时，衔铁被释放。使吸力特性处于反力特性上方的最小输入量用 x 0 表示，称为电磁机构的动作值；使吸力特性处于反力特性下方的最大输入量用 x r 表示，称为电磁机构的复归值。
图1-2 电磁机构的吸力特性与反力特性曲线
电磁机构的输入-输出特性如图1-3所示，当输入量 x ＜ x 0 时衔铁不动作，其输出量 y =0；当 x = x 0 时，衔铁吸合，输出量 y 从“0”跃变为“1”；再进一步增大输入量使 x ＞ x 0 ，输出量仍为 y =1。当输入量 x 从 x 0 减小的时候，在 x r ＜ x ＜ x 0 时，虽然吸力减小，但因衔铁吸合状态下的吸力仍比反力大，衔铁不会释放，其输出量 y =1。当 x = x r 时，因吸力小于反力，衔铁才释放，输出量由“1”变为“0”；再减小输入量，输出量仍为“0”。所以，电磁机构的输入-输出特性为一矩形曲线。动作值与复归值均为继电器的动作参数，电磁机构的输入-输出特性是电磁式继电器的重要特性。
（2）触头系统 触头亦称触点，是电磁式电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。因此，要求触头的导电、导热性能好，触头通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触头表面电镀锡、银或镍。对于一些特殊用途的电器，如微型继电器和小容量的电器，触头采用银质材料制成。
图1-3 电磁机构的输入-输出特性
触头闭合且有工作电流通过时的状态称为电接触状态，电接触状态时触头之间的电阻称为接触电阻，其大小直接影响电路工作情况。若接触电阻较大，电流流过触头时会造成较大的电压降，这对弱电控制系统影响较严重。同时，电流流过触头时电阻损耗大，将使触头发热，导致温度升高，严重时可使触头熔焊，这样既影响工作的可靠性，又降低了触头的使用寿命。触头接触电阻的大小主要与触头的接触形式、接触压力、触头材料及触头表面状况等有关。
1）触头的接触形式。触头的接触形式有点接触、线接触和面接触三种，如图1-4所示。
图1-4 触头的接触形式
点接触由两个半球形触头或一个半球形触头与一个平面触头构成，常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触头和继电器触头。线接触常做成指形触头结构，它们的接触区是一条直线，触头通断过程中是滚动接触的，并产生滚动摩擦，适用于通电次数多、电流大的场合，多用于中等容量电器。面接触触头一般在接触表面镶有合金，允许通过较大电流，中小容量接触器的主触头多采用这种结构。
2）触头的结构形式。触头在接触时，要求其接触电阻尽可能小，为使触头接触得更加紧密以减小接触电阻，同时消除开始接触时产生的振动，在触头上装有接触弹簧，使触头在刚刚接触时即产生初压力，且随着触头闭合逐渐增大触头互压力。
触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。原始状态时（吸引线圈未通电时）断开，吸引线圈通电后闭合的触头叫常开触头（动合触头）。原始状态时闭合，吸引线圈通电后断开的触头叫常闭触头（动断触头）。吸引线圈断电后所有触头回复到原始状态。
按触头控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。
触头的结构形式主要有桥式和指形两类，如图1-5所示。桥式触头在接通与断开电路时由两个触头共同完成，对灭弧有利。桥式触头的接触形式一般是点接触和面接触。指形触头在接通或断开时产生滚动摩擦，能去掉触头表面的氧化膜，从而减小触头的接触电阻。指形触头的接触形式一般采用线接触。
图1-5 触头的结构形式
3）减小接触电阻的方法。首先，触头材料应选用电阻率小的，使触头本身的电阻尽量减小；其次，增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；最后，改善触头表面状况，尽量避免或减少触头表面形成氧化膜，并在使用过程中尽量保持触头清洁。
（3）电弧的产生和灭弧方法
1）电弧的产生。在自然环境下开断电路时，如果被开断电路的电流（电压）超过某一数值（根据触头材料的不同，其值在0.25～1A、12～20V），在触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。这时触头间隙中的气体被电离，产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电粒子做定向运动，使绝缘的气体变成了导体。电流通过这个电离区时所消耗的电能转换为热能和光能，由于热和光的效应，在触头间隙会产生高温并发出强光，使触头烧蚀，并使电路切断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故。为此，必须采取措施熄灭或减小电弧。
2）电弧产生的原因。电弧产生的原因主要为4个物理过程：
①强电场放射。触头在通电状态下开始分离时，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头间很小的间隙上，使该处电场强度很大，强电场将触头负极表面的自由电子拉入触头间隙，使触头间隙的气体中存在较多的电子，这种现象称为强电场放射。
②撞击电离。触头间隙的电子在电场作用下，向正极加速运动，经一定路程后获得足够大的动能，在其前进途中撞击气体原子，将气体原子分裂成电子和阳离子。此后，电子在向正极运动过程中还将撞击其他原子，使触头间隙中的气体电荷越来越多，这种现象称为撞击电离。
③热电子发射。撞击电离产生的阳离子向负极运动，撞击在负极上使负极温度逐渐升高，并使负极金属中电子动能增加，当负极温度达到一定程度时，一部分自由电子即有足够动能从负极表面逸出，再度参与撞击电离。电极由于高温发射电子的现象称为热电子发射。
④高温游离。当电弧间隙中的气体温度升高时，气体分子热运动速度加快，当电弧温度达到或超过3000℃时，气体分子发生强烈的不规则热运动并相互碰撞，使电中性的气体分子游离成电子和阳离子。这种因高温气体分子撞击所产生的游离称为高温游离。
3）灭弧的基本方法。
①快速拉长电弧，以降低电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧，从而熄灭电弧。
②用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度，使电荷运动速度减慢、电中和速度加快，从而使电弧熄灭。
③将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中冷却，加快电中和速度，使电弧熄灭。
④将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临界电压降，最终熄灭电弧。
开关是最普通、使用最早的电器，其作用是分合电路、开断电流。常用的有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关（组合开关）和断路器等。
开关有负载运行操作、无载运行操作和选择性运行操作之分，并有正面操作、侧面操作和背面操作几种，还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分。开关常采用弹簧片以保证接触良好。
1.刀开关
刀开关一般用于不需经常切断与接通的交、直流低压（不大于500V）电路，在额定电压下其工作电流不能超过额定值。在机床上，刀开关主要用作电源开关，一般不用来接通或切断电动机的工作电流。刀开关分单极、双极和三极，常用的三极刀开关长期允许通过电流有100A、200A、400A、600A和1000A五种。目前生产的产品型号有HD（单投）和HS（双投）等系列。HD系列刀开关如图1-6所示，HS系列刀开关如图1-7所示。刀开关的图形和文字符号如图1-8所示。
图1-6 HD系列刀开关
根据工作原理、使用条件和结构形式的不同，刀开关还有刀形转换开关、开启式负荷开关、封闭式负荷开关、熔断器式刀开关和组合开关等类型。QA系列、QF系列、QSA（HH15）系列刀开关用在低压配电装置中，而HY122这类带有明显断口的数模隔离开关广泛用于楼层配电、计量箱、终端组电器中。
图1-7 HS系列刀开关
图1-8 刀开关的图形和文字符号
HR6系列熔断器式刀开关具有刀开关和熔断器的双重功能，采用这种组合开关电器可以简化配电装置结构，经济实用，因此其广泛地用在低压配电屏上，实物示例如图1-9所示。
HK1、2系列开启式负荷开关可用作电源开关和小容量电动机非频繁起动的操作开关，实物示例如图1-10所示。
HH3、4系列封闭式负荷开关的操作机构具有速断弹簧与机械联锁，可用于非频繁起动28kW以下的三相异步电动机，实物示例如图1-11所示。
图1-9 HR6系列熔断器式刀开关实物
图1-10 HK1、2系列开启式负荷开关实物
图1-11 HH3、4系列封闭式负荷开关实物
刀开关选择时应考虑以下两个方面：
（1）刀开关结构形式的选择 应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择是否带灭弧装置，若分断负载电流，应选择带灭弧装置的刀开关；根据装置的安装形式来选择是正面、背面还是侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线。
（2）刀开关额定电流的选择 刀开关额定电流一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，应考虑其起动电流，所以应选用额定电流大一级的刀开关。若再考虑电路出现的短路电流，应选用额定电流更大一级的刀开关。
2.低压断路器
低压断路器可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它的功能相当于刀开关、过电流继电器、失电压继电器、热继电器及漏电保护器等电器的部分或全部功能的总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。
低压断路器具有保护功能多（过载、短路、欠电压保护等）、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。
（1）低压断路器的结构和工作原理 各种低压断路器在结构上都由主触头、灭弧装置、脱扣器、自由脱扣机构和操作机构等部分组成。
1）主触头及灭弧装置。主触头是低压断路器的执行元件，用来接通和分断主电路。为提高其分断能力，主触头上装有灭弧装置。
2）脱扣器。脱扣器是低压断路器的感受元件，当电路出现故障时，脱扣器感测到故障信号后，经自由脱扣机构使低压断路器主触头分断，从而起到保护作用。低压断路器中有如下几种脱扣器：
①分励脱扣器。用于远距离使低压断路器断开的脱扣器，其实质是一个电磁铁，由控制电源供电，可以按照操作人员指令或继电保护信号使电磁铁线圈通电，衔铁动作，使低压断路器切断电路。一旦低压断路器断开电路，分励脱扣器的电磁线圈也就断电了，所以分励脱扣器是短时工作的。
②欠电压、失电压脱扣器。这是一个具有电压线圈的电磁机构，其线圈并联在主电路中。当主电路电压消失或降至一定值以下时，电磁吸力不足以继续吸持衔铁，在反力作用下，衔铁释放，衔铁顶板推动自由脱扣机构，将低压断路器主触头断开，实现欠电压与失电压保护。
③过电流脱扣器。其实质是一个具有电流线圈的电磁机构，电流线圈串联在主电路中，流过负载电流，当正常电流通过时，产生的电磁吸力不足以克服反力，衔铁不被吸合；当电路出现瞬时过电流或短路电流时，电磁吸力大于反力，使衔铁吸合，并带动自由脱扣机构使低压断路器主触头断开，实现过电流保护。
④热脱扣器。该脱扣器由热元件、双金属片组成，将热元件串联在主电路中，其工作原理与双金属片式热继电器相同。当主电路过载到一定值时，由于温度升高，双金属片受热弯曲并带动自由脱扣机构，使低压断路器主触头断开，实现长期过载保护。
3）自由脱扣机构和操作机构。自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构，当操作机构处于闭合位置时，也可操作分励脱扣器进行脱扣，将主触头断开。
操作机构是实现低压断路器闭合、断开的机构。通常电力拖动控制系统中的低压断路器采用手动操作机构，低压配电系统中的低压断路器有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种。电动机操作机构适用于塑料外壳式断路器中壳架等级额定电流400A及以上的断路器和万能式断路器，电磁铁操作机构适用于塑料外壳式断路器中壳架等级额定电流225A及以下的断路器。
图1-12所示为DZ5-20型低压断路器的外形和结构。
低压断路器的工作原理与符号如图1-13所示，图中是一个三极低压断路器，三个主触头串联于三相电路中。经操作机构将其闭合，此时传动杆3由锁扣4勾住，保持主触头2的闭合状态，同时分闸弹簧1被拉伸。当主电路出现过电流且达到过电流脱扣器的动作电流时，过电流脱扣器6的衔铁吸合，顶杆上移将锁扣4顶开，在分闸弹簧1的作用下主触头2断开。当主电路出现欠电压、失电压或过载时，则欠电压、失电压脱扣器8和热脱扣器7分别将锁扣4顶开，使主触头2断开。分励脱扣器9可由主电路或其他控制电路供电，由操作人员发出指令或继电保护信号使分励线圈通电，其衔铁吸合，将锁扣4顶开，在分闸弹簧1的作用下主触头2断开，同时也使分励线圈断电。
（2）低压断路器的主要技术数据和保护特性
1）低压断路器的主要技术数据。
①额定电压。指低压断路器在电路中长期工作时的允许电压值。
②额定电流。指各脱扣器允许长期通过的电流，即脱扣器额定电流。
③壳架等级额定电流。指每一件框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流。
图1-12 DZ5-20型低压断路器的外形和结构
1—按钮 2—电磁脱扣器 3—自由脱扣机构 4—动触头 5—静触头 6—接线柱 7—热元件
④通断能力。指在规定操作条件下，低压断路器能接通和分断短路电流的能力。
⑤保护特性。指低压断路器的动作时间与动作电流的关系曲线。
2）保护特性。
低压断路器的保护特性主要是指低压断路器长期过载和过电流保护特性，即低压断路器动作时间与动作电流的关系曲线，如图1-14所示，图中ab段为过载保护特性，具有反时限性质。df段为瞬时动作曲线，当故障电流大于d点对应电流时，过电流脱扣器便瞬时动作。ce段为定时限延时动作曲线，当故障电流大于c点对应电流时，过电流脱扣器经短时延时后动作，延时长短由c点与d点对应时间的差决定。根据需要，低压断路器的保护特性可以是两段式的，如abdf曲线，既有过载延时保护，又有短路瞬动保护，而abce曲线则为过载长延时保护和短路延时保护。另外，低压断路器还可以有三段式的保护特性，如abcghf曲线，既有过载长延时保护、短路短延时保护，又有特大短路的瞬动保护。为达到良好的保护作用，低压断路器的保护特性应与被保护对象的发热特性有合理的配合，即低压断路器的保护特性曲线2应位于被保护对象的发热特性曲线1的下方，并以此来合理选择低压断路器的保护特性。
图1-13 低压断路器的工作原理与符号
1—分闸弹簧 2—主触头 3—传动杆 4—锁扣 5—轴 6—过电流脱扣器 7—热脱扣器 8—欠电压、失电压脱扣器 9—分励脱扣器
（3）低压断路器典型产品 低压断路器的主要分类方法是以结构形式分类，即装置式和开启式两种。装置式又称为塑料外壳式，开启式又称为框架式或万能式。
1）装置式断路器。装置式断路器有绝缘塑料外壳，内装触头系统、灭弧室及脱扣器等，可手动或电动（对大容量断路器而言）合闸。它有较高的分断能力和动稳定性，有较完善的选择性保护功能，广泛用于配电线路。
目前常用的装置式断路器有DZ15、DZ20、DZX19和C65N等系列产品。其中C65N系列断路器具有体积小、分断能力强、限电流性能好、操作轻便、型号规格齐全，以及可以方便地在单极结构基础上组合成二极、三极和四极断路器的优点，广泛使用在60A及以下的民用照明支干线及支路中（多用于住宅用户的进线开关及商场照明支路的开关）。
图1-14 低压断路器的保护特性
1—被保护对象的发热特性 2—低压断路器的保护特性
DZ20系列装置式断路器型号含义如下：
2）框架式断路器。框架式断路器一般容量较大，具有较高的短路分断能力和较好的动稳定性，适合在交流50Hz、额定电压380V的配电网络中作为配电干线的主保护。
框架式断路器主要由触头系统、操作机构、过电流脱扣器、分励脱扣器、欠电压脱扣器、附件及框架等部分组成，全部组件进行绝缘处理后装于框架结构底座中。
目前常用的框架式断路器有DW15、ME、AE、AH等系列产品。DW15系列断路器是我国自行研制生产的，全系列具有1000A、1500A、2500A和4000A等几个电流等级，其中DW15-400型框架式断路器实物如图1-15所示。
ME、AE、AH等系列断路器是利用引进技术生产的。它们的规格型号较为齐全（ME系列的电流等级从630A到5000A共13个），额定分断能力较DW15系列更强，常用于低压配电干线的主保护。
图1-15 DW15-400型框架式断路器
3）智能化断路器。目前，国内生产的智能化断路器也有框架式和塑料外壳式两种。框架式智能化断路器主要用作智能化自动配电系统中的主断路器，塑料外壳式智能化断路器主要用于在配电网络中分配电能和作为线路及电源设备的控制与保护装置，亦可用于三相笼型异步电动机的控制。智能化断路器的特征是采用以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器），它不仅具备普通断路器的各种保护功能，还可实时显示电路中的各种电气参数（电流、电压、功率和功率因数等），以及能对电路进行在线监视、自行调节、测量、试验、自诊断和通信等操作，还能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，并在保护电路动作时将故障参数存储在非易失存储器中以便查询。
（4）低压断路器的选用原则
1）根据电路对保护的要求确定低压断路器的类型和保护形式（确定选用框架式、装置式或限流式等）。
2）低压断路器的额定电压应等于或大于被保护电路的额定电压。
3）低压断路器欠电压脱扣器额定电压应等于被保护电路的额定电压。
4）低压断路器的额定电流及过电流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护电路的计算电流。
5）低压断路器的极限分断能力应大于电路的最大短路电流的有效值。
6）配电电路中的上、下级低压断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级的保护特性的下方且二者不相交。
7）低压断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。
熔断器是一种简单而有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。它主要由熔体和安装熔体的绝缘管（绝缘座）组成。使用时，熔体串联于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。它广泛应用于低压配电系统、控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护。
1.熔断器的类型
（1）插入式熔断器 插入式熔断器如图1-16所示，它常用于380V及以下电压等级的电路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护。
（2）螺旋式熔断器 螺旋式熔断器如图1-17所示，其分断电流较大，可用于电压等级500V及以下、电流等级200A以下的电路中，作为短路保护。
（3）封闭式熔断器 封闭式熔断器分有填料封闭管式熔断器和无填料封闭管式熔断器两种，如图1-18和图1-19所示。有填料封闭管式熔断器一般采用方形瓷管，内装石英砂及熔体，其分断能力强，用于电压等级500V及以下、电流等级1kA以下的电路中。无填料封闭管式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，其分断能力稍弱，用于电压等级500V以下、电流等级600A以下的电网或配电设备中。
图1-16 插入式熔断器
1—动触头 2—熔体 3—瓷插件 4—静触头 5—瓷座
图1-17 螺旋式熔断器
1—底座 2—熔体 3—瓷帽
图1-18 有填料封闭管式熔断器
1—瓷底座 2—弹簧片 3—管体 4—绝缘手柄 5—熔体
图1-19 无填料封闭管式熔断器
1—钢圈 2—熔断管 3—管帽 4—插座 5—特殊垫圈 6—熔体 7—熔片
（4）快速熔断器 快速熔断器实物如图1-20所示。快速熔断器主要用于半导体整流器件或整流装置的短路保护。由于半导体整流器件的过载能力很低，只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求它们的短路保护具有快速动作的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭管式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，快速熔断器使用的是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。
（5）自复熔断器 自复熔断器是可多次动作的熔断器，它在限制过载或短路电流后，熔体能自动恢复到原状。自复熔断器主要由电流端子（又叫电极）、云母玻璃（填充剂）、绝缘管、熔体、活塞、氩气和外壳等组成。其中，自复熔断器的外壳一般用不锈钢制成，不锈钢外壳与其内部的氧化铍陶瓷绝缘管间用云母玻璃隔开，云母玻璃既是填充剂，又是绝缘物。
图1-20 快速熔断器实物
自复熔断器采用金属钠作为熔体，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，使钠迅速气化，气态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，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。
自复熔断器常与低压断路器串联使用，其本身也会并联一只附加电阻，以抑制分断时出现的过电压。正常工作时，自复熔断器呈低阻状态，并联电阻仅流过很小电流。而当线路发生故障时，自复熔断器呈高阻状态，并联电阻可吸收它所产生的过电压，并维持低压断路器脱扣器所需要的动作电流，保证低压断路器可靠分断。因此，低压断路器分断的电流实际上是自复熔断器的限流电流。
2.熔断器的选择
熔断器选择的主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。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，因而希望熔体的熔化系数适当小些，通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。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RM10和RL1系列熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RTO和RT12系列熔断器。
熔体的额定电流可按以下方法选择：
1）保护无起动过程的平稳负载，如照明电路、电阻和电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负载电路中的额定电流。
2）保护单台长期工作的电动机，熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选取
式中 I RN ——熔体额定电流；
I N ——电动机额定电流。
如果电动机频繁起动，式（1-1）中的系数可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。
3）保护多台长期工作的电动机（供电干线），可按下式选取
式中 I Nmax ——容量最大的单台电动机的额定电流；
∑ I N ——其余电动机的额定电流之和。
接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。接触器具有低电压释放保护功能，同时具有控制容量大、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气元件之一。
1.接触器的分类
接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。
（1）按主触头极数分 接触器按主触头极数可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负载，如照明负载、电焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线转子异步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负载，在电动机的控制场合使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明电路，也可用来控制双回路电动机负载；五极接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以变换绕组接法。
（2）按灭弧介质分 接触器按灭弧介质可分为空气电磁式接触器、真空接触器和油浸式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压为660V和1140V等的一些特殊的场合。
（3）按有无触头分 接触器按有无触头可分为有触头接触器和无触头接触器。常见的接触器多为有触头接触器。而无触头接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断器件。由于晶闸管导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、要求无噪声的场合。
（4）按主触头控制的电流性质分 接触器按主触头控制的电流性质可分为交流接触器和直流接触器。直流接触器应用于直流电力电路中，以实现远距离接通与分断电路，直流电动机频繁起动、停止、反转或反接制动控制，CD系列电磁操作机构合闸线圈控制或频繁接通及断开的起重电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等的控制。
接触器中应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器。
2.交流接触器
（1）结构 图1-21所示为交流接触器实物与结构。交流接触器由四部分组成。
1）电磁机构。电磁机构由线圈、动铁心（或衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。由于存在磁滞和电涡流损耗，铁心易发热，为此铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，且为改善线圈和铁心的散热，线圈设有骨架，使铁心和线圈隔开，并将线圈做成短而厚的矮胖形状。
2）触头系统。触头系统包括主触头和若干辅助触头。主触头通过电动机等负载的电流，辅助触头通过小电流，通常用于控制电路完成控制联锁等任务。中小容量的交、直流接触器的主触头和辅助触头一般采用直动式双断口桥式结构，大容量的主触头采用转动式单断口指形触头。辅助触头在结构上通常是常开和常闭成对的。
图1-21 交流接触器
1—灭弧罩 2—触头压力弹簧 3—主触头 4—反作用弹簧 5—线圈 6—短路环 7—静铁心 8—缓冲弹簧 9—动铁心 10—辅助常开触头 11—辅助常闭触头
3）灭弧装置。额定电流在10A以上的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用双断口桥式触头灭弧、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，常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。
4）其他部件。其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳等。
（2）工作原理 电磁式交流接触器的工作原理为：当线圈接通电源时，其电流产生磁场，铁心被磁化，吸引衔铁，使它有向着铁心运动的趋势。当电磁吸力增大到足以克服反作用弹簧的反作用力时，衔铁就带动与它刚性连接的动触头，共同向着铁心运动，并最终吸合在一起，这时动触头和静触头互相接触，把主电路接通。一旦切断线圈的电源，或者电压突然消失/显著降低，衔铁就会因磁场消失或过弱，在反作用弹簧的拉动下返回原位。与此同时，动触头也脱离静触头，把电路切断。
3.直流接触器
直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器的相同，在结构上也是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等部分组成的。
（1）电磁机构 因为直流接触器的线圈中通的是直流电，铁心中不会产生电涡流，所以铁心可用整块铸铁或铸钢制成，也不需要安装短路环。铁心中无磁滞和电涡流损耗，因而铁心不发热。但直流接触器的线圈的匝数较多，电阻大，线圈本身会发热，因此线圈会做成长而薄的圆筒状，且不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触，以便散热。
（2）触头系统 直流接触器有主触头和辅助触头。主触头一般做成单极或双极的形式，由于主触头接通或断开的电流较大，故采用线接触的指形触头；辅助触头接通或断开的电流较小，故采用点接触双断口桥式触头。
（3）灭弧装置 由于直流电弧比交流电弧更难熄灭，因此直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。
4.接触器的基本参数
（1）额定电压 接触器额定电压是指主触头之间的正常工作电压，也就是指主触头所在电路的电源电压。交流接触器常用的额定电压有127V、220V、380V、500V和660V；直流接触器常用的额定电压有110V、220V、380V、440V和660V。
（2）额定电流 额定电流指接触器主触头在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定电流可近似等于控制功率的两倍。交流接触器常用的额定电流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A；直流接触器常用的额定电流有40A、80A、100A、150A、250A、400A和600A。
（3）约定发热电流 约定发热电流指在规定条件下试验时，电流在8h工作制下，各部分温升不超过极限时接触器所承载的最大电流。
（4）通断能力 通断能力可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触头闭合时不会造成触头熔焊的最大电流值。最大分断电流是指触头断开时能可靠灭弧的最大电流。通断能力一般是额定电流的5～10倍。当然，这一数值与被开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。
（5）动作值 动作值可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加线圈两端的电压，至接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低线圈两端的电压，至接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85%，释放电压不高于线圈额定电压的70%。
（6）线圈额定电压 线圈额定电压指接触器正常工作时，线圈上所加的电压值。一般该电压值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。
（7）操作频率 接触器在吸合瞬间，线圈需消耗比额定电流大5～7倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。
（8）寿命 寿命包括电气寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达1000万次以上，电气寿命一般是机械寿命的5%～20%。
（9）使用类别 接触器用于不同负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。在电力拖动控制系统中，接触器常见的使用类别及典型用途见表1-2。它们主触头达到的接通和分断能力为：AC1和DC1类仅允许接通和分断额定电流；AC2、DC3类允许接通和分断4倍的额定电流；AC3类允许接通6倍的额定电流但仅能分断额定电流；AC4类允许接通和分断6倍的额定电流。
表1-2 接触器常见的使用类别及典型用途
5.接触器的符号与型号说明
（1）接触器的符号 接触器的图形符号如图1-22所示，文字符号为KM。
图1-22 接触器的符号
（2）接触器的型号说明 接触器的型号说明如下：
交流接触器制作为一个整体，其外形和性能也在不断改善，但是功能始终不变，常见型号如下：CJ10Z-40/3为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A，三极；CJ12T-250/3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，三极。
我国生产的交流接触器常用的有CJ10、CJ12、CJX1、CJ20等系列及其派生系列产品，其中CJ10系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列取代。上述系列产品一般具有常开主触头3对，常开、常闭辅助触头各2对。直流接触器常用的有CZ20系列，分单极和双极两大类，其常开、常闭辅助触头各不超过2对。除此之外，目前还有N系列和B系列等交流接触器。例如NC9系列真空交流接触器，主要用于交流50Hz、额定电压1140V、额定电流1000A的电路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热继电器或电子保护器等有关保护装置组成真空电磁起动器，特别适用于组成隔爆型真空电磁起动器。
6.接触器的选用
（1）接触器极数和电流种类的确定 应根据主触头接通或分断的电路的性质来选择直流接触器或交流接触器，并应根据系统需要选择所需的接触器极数。
（2）接触器主触点的额定电压选择 被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压。
（3）接触器主触点额定电流的选择 对于电动机负载，接触器主触点额定电流按下式计算
式中 P N ——电动机功率，单位为kW；
U N ——电动机额定线电压，单位为V；
cos φ ——电动机功率因数，其值在0.85～0.9之间；
η ——电动机效率，其值在0.8～0.9之间。
在选用接触器时，其额定电流应大于计算值。也可以根据电气设备手册给出的被控电动机的容量和接触器额定电流对应的数据选择。根据式（1-3），在已知接触器主触点额定电流的情况下，可以计算出所控制电动机的功率。
在实际应用中，接触器主触点的额定电流也常用下面的经验公式计算
式中 K ——经验系数，取1～1.4。
在确定接触器主触头电流等级时，如果接触器的使用类别与所控制负载的工作任务相对应，一般应使主触头的电流等级与所控制的负载相当，或者稍大一些。如果不对应，例如用AC3类的接触器控制AC3与AC4混合类负载，则需降低电流等级使用。
同理，应根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。如负载为一般任务则选用AC3使用类别；如负载为重任务则选用AC4使用类别；如负载为一般任务与重任务混合，则可根据实际情况选用AC3或AC4类的接触器，如选用AC3类，应降级使用。
考虑到电容器的合闸冲击电流，切换电容器的接触器的额定电流可按电容器额定电流的1.5倍选取；用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器；由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流的1.1～1.4倍选取接触器；如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流应按负载额定电流的1.1～1.2倍选取；对于长时间工作的电动机，由于其接触器的氧化膜没有机会得到清除，会使接触电阻增大，可能导致触头发热超过允许温升，在实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。
（4）接触器线圈电压的选择 如果控制电路比较简单，所用接触器数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用380V或220V。如果控制电路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起见，线圈的额定电压可选低一些。例如，交流接触器线圈电压可选择127V、36V等，这时需要附加一个控制变压器。
直流接触器线圈的额定电压应视控制电路的情况而定。同一系列、同一容量等级的直流接触器，其线圈的额定电压有几种，可以选线圈的额定电压与直流控制电路的电压一致。
直流接触器的线圈加的是直流电压，交流接触器的线圈一般加交流电压。有时为了提高接触器的操作频率，交流接触器也有采用直流线圈的。
继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。被转化或施加于继电器的量称为继电器的激励量（输入量），继电器的激励量可以是电量，如交流或直流的电流、电压，也可以是非电量，如位置、时间、温度、速度和压力等。当输入量高于继电器的吸合值或低于继电器的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器是其触头闭合或断开，对于无触头式继电器是其输出发生阶跃变化，继电器以此提供一定的逻辑变量，实现相应的控制。
继电器的种类很多，按输入信号的性质分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、中间继电器和压力继电器等；按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等；按输出形式可分为有触点继电器和无触点继电器；按用途可分为控制用继电器与保护用继电器等。
1.电磁式继电器的构成
电磁式继电器是应用得最早、最多的一种继电器。其结构及工作原理与接触器大体相同，由电磁机构、触点系统和调节装置等组成。电磁式继电器的典型结构如图1-23所示。由于继电器用于控制电路，流过触头的电流比较小（一般为5A以下），故不需要灭弧装置，但继电器为满足控制要求，需调节动作参数，故有调节装置。
图1-23 电磁式继电器的典型结构
1—底座 2—铁心 3—释放弹簧 4、5—调节螺母 6—衔铁 7—非磁性垫片 8—极靴 9—触头系统 10—线圈
（1）电磁机构 直流继电器的电磁机构均为U形拍合式的，铁心和衔铁均由电工软铁制成，为了改变衔铁闭合后的气隙，在衔铁的内侧面上装有非磁性垫片，铁心则装在铝底座上。
（2）触头系统 继电器的触头一般都为桥式触头，有常开和常闭两种形式，没有灭弧装置。
（3）调节装置 为改变继电器的动作参数，继电器设有可以改变继电器释放弹簧松紧程度的调节装置和改变衔铁初始状态磁路气隙大小的调节装置，如调节螺母和非磁性垫片。
2.电压继电器
电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。其线圈并联接入主电路，用以感测主电路的线路电压；触头接入控制电路，为执行元件。按吸合电压的大小，电压继电器可分为过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。
（1）过电压继电器 过电压继电器用于电路的过电压保护，其吸合整定值为被保护电路额定电压的1.05～1.2倍。当被保护电路的电压正常时，衔铁不动作；当被保护电路的电压高于额定值，达到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触头动作，使控制电路失电，此时接触器即可及时分断被保护电路。
（2）欠电压继电器 欠电压继电器用于电路的欠电压保护，其释放整定值为电路额定电压的10%～60%。当被保护电路电压正常时，衔铁可靠吸合；当被保护电路电压降至欠电压继电器的释放整定值时，衔铁释放，触头复位，此时接触器即可及时分断被保护电路。
（3）零电压继电器 当被保护电路电压降低到电路额定电压的5%～25%时，零电压继电器衔铁释放，对电路实现零电压保护。这种继电器用于电路的失电压保护。
电压继电器的符号如图1-24所示。
图1-24 电压继电器的符号
3.中间继电器
中间继电器实质上是一种电磁式电压继电器，其特点是触头数量较多（一般有4常开、4常闭，共8对），在电路中起增加触头数量和中间放大的作用。由于中间继电器只要求线圈电压为零时能可靠释放，对动作参数无要求，故中间继电器没有调节装置。JZ7系列中间继电器实物与结构如图1-25所示，中间继电器的符号如图1-26所示。
中间继电器的线圈属于电压线圈，但它的触头数量较多，触头容量较大（额定电流为5～10A）且动作灵敏。其主要用途是：当其他继电器的触头数量或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大触头数量或触头容量，起到中间转换作用。
电磁式中间继电器常用的有JZ7、JDZ2和JZ14等系列。引进产品则有MA406N系列、3TH系列（国内型号为JZC）。JZ14系列中间继电器型号、规格和技术数据见表1-3。
图1-25 JZ7系列中间继电器实物与结构
1—静铁心 2—短路环 3—衔铁 4—常开触头 5—常闭触头 6—释放弹簧 7—线圈 8—缓冲弹簧
图1-26 中间继电器的符号
表1-3 JZ14系列中间继电器型号、规格和技术数据
JZ14系列中间继电器型号含义如下：
4.电流继电器
电流继电器用于电力拖动系统的电流保护和控制。其线圈串联接入主电路，用来感测主电路的电流；触头接入控制电路，为执行元件。电流继电器反映的是电流信号。常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。
（1）欠电流继电器 欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。其吸引电流为电路额定电流的30%～65%，释放电流为电路额定电流的10%～20%。因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，当电流降低到某一整定值时，电流继电器释放，控制电路失电，此时接触器即可及时分断电路。
（2）过电流继电器 过电流继电器在电路正常工作时不动作，其整定范围通常为电路额定电流的1.1～4倍，当被保护电路的电流高于额定值，达到过电流继电器的整定值时，衔铁吸合，触头动作，控制电路失电，此时接触器即可及时分断电路，对电路起过电流保护作用。
电流继电器的符号如图1-27所示。
图1-27 电流继电器的符号
常见的电磁式继电器有JT3系列直流电磁式继电器和JT4系列交流电磁式继电器，更新一些的产品有JT9、JT10、JL12、JL14和J27等系列，其中JL14系列为交直流电流继电器，J27系列为交流中间继电器。
5.其他继电器
（1）时间继电器 在电力拖动控制系统中，不仅需要动作迅速的继电器，而且需要当线圈通电或断电以后其触头经过一定延时再动作的继电器，这种继电器称为时间继电器，是利用电磁原理或机械动作原理实现触头延时接通或断开的自动控制电器，其种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等时间继电器。
时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。通电延时型在接收输入信号后延迟一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出信号瞬时复原。断电延时型在接收输入信号后，瞬时产生相应的输出信号，当输入信号消失后，延迟一定时间，输出信号才复原。时间继电器的符号如图1-28所示。
图1-28 时间继电器的符号
1）直流电磁式时间继电器。在直流电磁式电压继电器的铁心上增加一个阻尼铜套，即可构成直流电磁式时间继电器，如图1-29所示。它是利用电磁阻尼原理产生延时的。由电磁感应定律可知，在继电器线圈通断电过程中，铜套内将产生感应电动势，并流过感应电流，此电流产生的磁通总是阻碍原磁通变化。继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著（一般忽略不计）。当继电器断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，这种继电器仅用作断电延时。
2）空气阻尼式时间继电器。空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的。延时方式有通电延时型和断电延时型两种。其外观区别在于：当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时型；当铁心位于衔铁和延时机构之间时为断电延时型。空气阻尼式时间继电器由电磁机构、延时机构和触头系统三部分组成，电磁机构为直动式双E型，触头系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。
图1-29 带有阻尼铜套的铁心示意图
1—铁心 2—阻尼铜套 3—绝缘层 4—线圈
图1-30所示为JS7-A系列空气阻尼式时间继电器实物与结构，图1-31所示为其结构原理图。现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1通电后，衔铁3吸合，活塞杆6在塔形弹簧7作用下带动活塞13及橡胶膜9向上移动，橡胶膜下方空气室的空气变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经一段延时后，活塞杆6通过杠杆15压动微动开关14，使其触头动作，起到通电延时作用。
图1-30 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器实物与结构
1—线圈 2—释放弹簧 3—衔铁 4—铁心 5—弹簧片 6—瞬时触头 7—杠杆 8—延时触头 9—调节螺钉 10—推杆 11—活塞杆 12—塔形弹簧
图1-31 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图
1—线圈 2—铁心 3—衔铁 4—释放弹簧 5—推板 6—活塞杆 7—塔形弹簧 8—弱弹簧 9—橡胶膜 10—空气室壁 11—调节螺钉 12—进气孔 13—活塞 14、16—微动开关 15—杠杆
当线圈断电时，衔铁3释放，橡胶膜9下方空气室内的空气通过活塞13肩部所形成的单向阀迅速排出，使活塞杆6、杠杆15、微动开关14和16迅速复位。由线圈1通电至触头动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，延时长短可通过调节螺钉11调节进气孔气隙大小而改变。
微动开关16在线圈1通电或断电时，在推板5的作用下都能瞬时动作，其触头为时间继电器的瞬动触头。
JS7-A系列空气阻尼式时间继电器主要技术参数见表1-4。
表1-4 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器主要技术参数
3）电子式时间继电器。电子式时间继电器在时间继电器中已成为主流产品，电子式时间继电器是采用晶体管或集成电路和电子器件等构成的，按其构成可分为晶体管式时间继电器和数字式时间继电器，多用于电力传动、自动顺序控制及各种过程控制系统中，并以其延时范围宽、精度高、体积小、动作可靠的优势逐步取代传统的电磁式、空气阻尼式等时间继电器。
①晶体管式时间继电器。晶体管式时间继电器是以RC电路电容充电时，电容两端的电压逐步上升的原理为延时基础制成的。常用的晶体管式时间继电器有JS14A、JS15、JS20、JSJ、JSB和JS14P等系列。其中，JS20系列晶体管式时间继电器是全国统一设计产品，延时范围有0.1～180s、0.1～300s、0.1～3600s三种，电气寿命达10万次，适用于交流50Hz、电压380V及以下或直流110V及以下的控制电路中。JS20系列晶体管式时间继电器主要技术参数见表1-5。
②数字式时间继电器。晶体管式时间继电器是利用RC电路充放电原理制成的。由于受延时原理的限制，不容易实现长延时，且延时精度易受电压、温度的影响，精度较低，延时过程也不能显示，因而影响了它的使用。随着半导体技术，特别是集成电路技术的进一步发展，采用新延时原理的时间继电器——数字式时间继电器便应运而生，其各种性能指标也得到大幅度提高。目前最先进的数字式时间继电器内部装有微处理器。
目前市场上的数字式时间继电器型号很多，有HUZS-S、DH48S、DH14S、DH11S、JSS1和JS14S等系列。其中，JS14S系列与JS14、JS14P和JS20系列时间继电器兼容，取代方便。HUZS-S系列数字式时间继电器（图1-32）为引进技术及工艺制造的，可替代进口产品，延时范围为0.01s～99h99min，并可任意预置。另外，还有从日本富士公司引进生产的ST系列等。
表1-5 JS20系列晶体管式时间继电器主要技术参数
图1-32 HUZS-S系列数字式时间继电器
JS20系列晶体管式时间继电器型号含义如下：
4）时间继电器的选用。选用时间继电器时应注意：线圈（或电源）的电流种类和电压等级应与控制电路相同；按控制要求选择延时方式和触头形式；校核触头数量和容量，若不够，可用中间继电器进行扩展。对于电源电压波动大的场合，选用空气阻尼式比选用晶体管式好。环境温度变化较大的场合，不宜采用晶体管式时间继电器。
（2）热继电器 电动机在实际运行中，常会遇到过载情况，但只要过载不严重、时间短，绕组温升不超过允许温升，这种过载就是允许的。如果过载情况严重、时间长，则会加速电动机绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，甚至烧毁电动机，因此必须对电动机进行过载保护。
热继电器（FR）主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护，是一种具有反时限（延时）过载保护特性的过电流继电器，也可以用于其他电气设备的过载保护。
1）热继电器结构与工作原理。热继电器主要由热元件、双金属片和触头组成，如图1-33所示，热元件由发热电阻丝做成。双金属片由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲变形。使用时，把热元件串联于电动机的主电路中，而常闭触头串联于电动机的控制电路中。
图1-33 热继电器实物与结构原理
1—热元件 2—双金属片 3—导板 4—触头复位
当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使热继电器的触头动作。当电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触头断开，从而切断电动机控制电路以起保护作用。热继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后按下复位按钮复位。热继电器动作电流的调节可以借助旋转凸轮使其处于不同位置的方式来实现。热继电器的符号如图1-34所示。
2）热继电器的型号及选用。我国目前生产的热继电器主要有JR0、JR1、JR2、JR9、R10、JR15和JR16等系列。
JR1、JR2系列热继电器采用间接受热方式，其主要缺点是双金属片靠热元件间接加热，热耦合较差；双金属片的弯曲程度受环境温度影响较大，不能正确反映负载的过电流情况。
图1-34 热继电器的图形及文字符号
JR15、JR16等系列热继电器采用复合加热方式并采用了温度补偿元件，因此能较正确反映负载的工作情况。
JR1、JR2、JR0和JR15系列热继电器均为两相结构，是双热元件的热继电器，可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和定子绕组星形联结的三相异步电动机的断相保护，但不能用作定子绕组为△连接的三相异步电动机的断相保护。
JR16和JR20系列热继电器均为带有断相保护的热继电器，具有差动式断相保护机构。
热继电器的选择主要根据电动机定子绕组的连接方式来确定型号，在三相异步电动机电路中，对星形联结的电动机可选两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构的热继电器，即在两相主电路中串联热元件。对于三相异步电动机，定子绕组为三角形联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。
JR20系列型号含义如下：
（3）速度继电器与干簧继电器 输入信号是非电信号，而只有当非电信号达到一定值时，才有信号输出的电器为信号继电器，常用的有速度继电器与干簧继电器。前者输入信号为电动机的转速，后者输入信号为磁场，输出信号皆为触头的动作。
1）速度继电器。从结构上看，速度继电器与交流电机类似，主要由定子、转子和触头三部分组成。定子的结构与笼型异步电动机相似，是一个笼型空心圆环，由硅钢片冲压而成，并装有笼型绕组，转子是一个圆柱形永久磁铁。速度继电器的轴与电动机的轴相连，定子空套在转子外围。当电动机转动时，速度继电器的转子（永久磁铁）随之转动，在空间产生旋转磁场，定子绕组切割磁场产生感应电动势和电流。此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向转子转动方向旋转一定的角度，与定子装在一起的摆锤推动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合。当电动机转速低于某一值时，定子产生的转矩减小，在弹簧力的作用下动触头复位。速度继电器实物与结构如图1-35所示，其符号如图1-36所示。
图1-35 速度继电器实物与结构
1—可动支架 2—转子 3、8—定子 4—端盖 5—连接头 6—电动机轴 7—转子（永久磁铁）9—定子绕组 10—胶木摆杆 11—簧片（动触头）12—静触头
图1-36 速度继电器的符号
速度继电器型号含义如下：
常用的感应式速度继电器有JY1和JFZO系列。JY1系列能在3000r/min的转速下可靠工作。JFZO系列的触头动作速度不受定子柄偏转快慢的影响，触头改用微动开关。JFZO系列中的JFZO-1型适用于300～1000r/min转速，JFZO-2型适用于1000～3000r/min转速。速度继电器有两对常开、常闭触头，分别对应于被控电动机的正、反转运行。一般情况下，速度继电器的触头，在转速达120r/min时应能动作，100r/min左右时应能恢复正常位置。速度继电器应根据电动机的额定转速、控制要求进行选择。
2）干簧继电器。干式舌簧继电器简称干簧继电器，是近年来迅速发展起来的一种新型继电器，也是一种具有密封触头的电磁式继电器。干簧继电器可以反映电压、电流、功率以及电流极性等信号，在检测、自动控制和计算机控制技术等领域中应用广泛。干簧继电器主要由干式舌簧片与励磁线圈组成。干式舌簧片（触头）是密封的，由铁镍合金做成，舌簧片的接触部分通常镀有贵重金属（如金、铑、钯等），以图接触良好，具有优良的导电性能。触头密封在充有氮气等不易发生化学反应的气体的玻璃管中，因而有效地防止了尘埃的污染，减少了触头的腐蚀，提高了工作可靠性。其结构原理与实物如图1-37所示，符号如图1-38所示。
图1-37 干簧继电器结构原理与实物
当线圈通电后，管中两干簧片的自由端分别被磁化成N极和S极并相互吸引，因而接通被控电路。线圈断电后，干簧片在本身的弹力作用下分开，将电路切断。干簧继电器常用于电梯电气控制中。目前国产干簧继电器有JAG2-1A型和JAG2-2A型等。
控制系统中，主令电器是一种专门发布命令，直接或通过电磁式继电器间接作用于控制电路的电器，常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停止、调速及制动等。常用的主令电器有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关和主令控制器，以及其他主令电器，如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关和钮子开关等。这里仅介绍几种常用的主令电器。
图1-38 干簧继电器符号
1.按钮
按钮是广泛应用的一种主令电器，它主要用于远距离操作具有电磁线圈的电器，如接触器和继电器，向它们发出“指令”，也可用于电气联锁。可以说，按钮是操作人员和控制装置之间的中间环节。
如图1-39所示，按钮由按钮帽、复位弹簧和桥式触头等组成，通常做成复合式的，即具有常闭触头和常开触头。按下按钮帽时，先断开常闭触头，后接通常开触头；按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触头自动复位的先后顺序与接通时相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触头电器的触头动作顺序均为“先断后合”。
图1-39 按钮
1—按钮帽 2—复位弹簧 3—常闭触头 4—动触头 5—常开触头
在电气控制电路中，常开按钮常用于起动电动机，也称起动按钮；常闭按钮常用于控制电动机停止，也称停止按钮；复合按钮用于联锁控制电路中。按钮的种类很多，在结构上有揿钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式、带灯式和打碎玻璃按钮。
按钮选择的主要依据是使用场所、所需要的触头数量、种类及颜色。为了表明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成不同的颜色以示区别，其颜色一般有红、绿、黑、黄、蓝和白等。一般以红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮。
目前使用比较多的有LA18、LA19、LA20、LA25、LAY3、LAY5、LAY9、HUL11和HUL2等系列产品。其中，LAY3系列是引进产品，产品符合IEC 337标准及我国国家标准GB/T 14048。LAY5系列是仿法国施耐德电气公司的产品，LAY9系列是综合日本和泉公司、德国西门子公司等产品的优点而设计制作的，符合IEC 337标准。
LA20系列按钮型号含义如下：
LA20系列按钮技术数据见表1-6。
表1-6 LA20系列按钮技术数据
（续）
按钮选用原则如下：
1）根据使用场合选择按钮的种类，如开启式、防水式、防腐式等。
2）根据用途选择按钮的结构形式，如钥匙式、紧急式、带灯式等。
3）根据控制电路的需求确定按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。
4）根据工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色。
2.行程开关
行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的撞块撞击行程开关时，行程开关的触头动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械中，用以控制其行程，进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位以及轿厢的上下限位保护。
行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
（1）直动式行程开关 直动式行程开关实物与结构原理如图1-40所示，其动作原理与按钮相同，但其触头的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0.4m/min的场所。
（2）滚轮式行程开关 滚轮式行程开关实物与结构原理如图1-41所示，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的上转臂时，上转臂转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使触头迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。
图1-40 直动式行程开关
1—推杆 2—弹簧 3—常闭触头 4—常开触头
图1-41 滚轮式行程开关
1—滚轮 2—上转臂 3、5、11—弹簧 4—套架 6—滑轮 7—压板 8、9—触头 10—横板
滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位式和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮非自动复位式行程开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。
（3）微动式行程开关 微动式行程开关是具有瞬时动作和微小行程性质的灵敏开关。
微动式行程开关实物与结构原理如图1-42所示。常用的有LXW-5/11系列产品。
目前市场上常用的行程开关有LX19、LX22、LX32、LX33、JLXL1、LXW-11、JLXK1-11和JLXW5等系列。行程开关的符号如图1-43所示。
图1-42 微动式行程开关
图1-43 行程开关的符号
JLXK1系列行程开关型号含义如下：
JLXK1系列行程开关的主要技术数据见表1-7。
表1-7 JLXK1系列行程开关的主要技术数据
（续）
3.接近开关
接近式位置开关是一种非接触式的位置开关，简称接近开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关的感应头接近时，就使其输出一个电信号。
接近开关分为电感式和电容式两种：
1）电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体铁心的电感线圈，只能用于检测金属体。高频振荡器在感应头表面产生一个交变磁场，当金属块接近感应头时，金属中产生的电涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱以至于停振，因而产生振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进制的开关信号，从而起到“开”“关”的控制作用。
2）电容式接近开关的感应头是一个圆形平板电极，与振荡电路的接地线形成一个分布电容，当有导体或其他介质接近感应头时，电容量增大而使高频振荡器停振，经整形放大器输出电信号。电容式接近开关既能检测金属，又能检测非金属及液体。
常用的电感式接近开关型号有LJ1、LJ2等系列，电容式接近开关型号有LXJ15、TC等系列。接近开关实物如图1-44a所示，符号如图1-44b所示。
图1-44 接近开关
目前市场上接近开关的产品很多，型号各异，例如LXJO型、LJ-1型、LJ-2型、LJ-3型、CJK型、JKDX型和JKS型晶体管无触头接近开关以及J系列接近开关等，但功能基本相同，外形有M6～M34圆柱型、方型、普通型、分离型、槽型等。
J系列接近开关的型号含义如下：
4.光电开关
光电开关又称为无接触检测和控制开关。它是利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射等作用，对物体的位置、形状、标志和符号等进行检测。
光电开关能非接触、无损伤地检测各种固体、液体、透明体、烟雾等。它具有体积小、功能多、寿命长、功耗低、精度高、响应速度快、检测距离远和抗光/电/磁干扰性能好等优点。光电开关实物如图1-45所示。
光电开关分为反射式和对射式两种：
1）反射式光电开关利用物体将光电开关发射出的红外线反射回去，由光电开关接收，从而判断是否有物体存在。如有物体存在，光电开关接收到红外线，其触头动作，否则其触头复位。
2）对射式光电开关是由分离的发射器和接收器组成的。当无遮挡物时，接收器接收到发射器发出的红外线，其触头动作；当有物体挡住时，接收器便接收不到红外线，其触头复位。
图1-45 光电开关实物
光电开关和接近开关的用途已远超出一般的行程控制和限位保护电器，可用于高速计数、测速、液面控制、检测物体是否存在和检测零件尺寸等许多场合。
5.万能转换开关
万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。万能转换开关主要用于各种控制电路的转换，电压表、电流表的换相测量控制，配电装置电路的转换和遥控等。万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。图1-46所示为万能转换开关的实物和单层的结构原理。
图1-46 万能转换开关
万能转换开关的手柄操作位置是以角度表来表示的，不同型号的万能转换开关的手柄有不同的触头，万能转换开关的图形符号如图1-47所示，文字符号为SC。由于其触头的分合状态与操作手柄的位置有关，所以除在电路图中画出触头的图形符号外，还应画出操作手柄与触头分合状态的关系，如图1-47b所示。图1-47中当万能转换开关打向左45°时，触头1-2、3-4、5-6闭合，触头7-8打开；打向0°时，只有触头5-6闭合；打向右45°时，触头7-8闭合，其余打开。
目前常用的万能转换开关有LW5、LW6、LW12-16和3LB、3ST1、JXS2-20等系列。LW5系列可控制5.5kW及以下的小容量电动机；LW6系列只能控制2.2kW及以下的小容量电动机。用于可逆运行控制时，只有在电动机停止后才允许反向起动。LW5系列万能转换开关按手柄的操作方式可分为自复式和自定位式两种。自复式是指用手拨动手柄于某一档位时，手松开后，手柄自动返回原位；自定位式是指手柄被置于某一档位时，不能自动返回原位而停在该档位。
万能转换开关的型号及其含义如下：
图1-47 万能转换开关的图形符号及触头闭合表
万能转换开关的选用原则如下：
1）按额定电压和工作电流选用相应的万能转换开关系列。
2）按操作需要选定手柄和定位特征。
3）按控制要求参照转换开关产品样本，确定触头数量和接线图编号。
4）选择面板形式及标志。
6.主令控制器
主令控制器是一种可频繁对电路进行接通和切断的电器。通过它的操作，可以对控制电路发布命令，并与其他电路联锁或切换。主令控制器常配合磁力起动器对绕线转子异步电动机的起动、制动、调速及换向实行远距离控制，且广泛用于各类起重机械的拖动电动机的控制系统中。
主令控制器一般由外壳、触头、凸轮和转轴等组成，与万能转换开关相比，它的触头容量大些，操纵档位也较多。主令控制器的动作过程与万能转换开关相似，也由一块可转动的凸轮带动触头动作。图1-48所示为主令控制器。
图1-48 主令控制器
1—凸轮块 2—动触头 3—静触头 4—接线端子 5—支杆 6—转轴 7—凸轮块 8—小轮
常用的主令控制器有LK5、LK6系列和LK17、LK18系列，它们都属于有触头的主令控制器，对电路输出的是开关量主令信号。其中LK5系列有直接手动操作、带减速器的机械操作与电动机驱动等三种形式的产品；LK6系列具有由同步电动机和齿轮减速器组成的定时元件，可按规定的时间顺序周期性地分合电路。为实现对电路输出模拟量的主令信号，可采用无触头主令控制器，主要有WLK系列。
控制电路中，主令控制器的图形符号及操作手柄在不同位置时的触头分合状态的表示方法与万能转换开关相似。
主令控制器的型号及其含义如下：
主令控制器的选用原则如下：
1）使用环境：室内选用防护式，室外选用防水式。
2）主要根据所需操作位置数、控制电路数、触头闭合顺序以及额定电压、额定电流来选择。
3）控制电路的选择：全系列主令控制器的电路数有2、5、6、8、16、24等规格，一般选择时应留有余量，以做备用。
4）在起重机控制中，主令控制器应根据磁力控制盘型号来选择。