第十六讲──电镀中一些交流电器的使用要求(二)

袁诗璞

【电镀基础讲座】

第十六讲──电镀中一些交流电器的使用要求(二)

袁诗璞

4 电器开关

使用电器离不开各种开关。开关不良是造成缺相与过流过载的重要原因。

4. 1 铁壳开关与闸刀开关

铁壳开关(又叫负荷开关)，通过铁壳外的一个手柄来操控三相火线的通断。其内部有3组同时动作的闸刀及3个瓷插式保险。它具有一定的封闭防腐能力，手柄也不易漏电，使用效果比闸刀开关好，但体积较大。

闸刀开关是最低档也是最易出事故的电源开关。但其价格低、体积小，小电镀厂乐于采用。闸刀开关用于交流电器，有单相与三相两种。双刀双掷大闸刀开关可用于低压直流换向。

闸刀开关除闸刀刀片外，胶壳内有直接安装保险丝的螺钉。闸刀开关易出毛病表现在以下几个方面：

(1) 闸刀接触不良。低价劣质品的刀片与卡子并非弹性接触(未用磷青铜等弹性铜材)，其转动联接处与刀片闭合处因接触不良而打火、氧化，接触电阻增大，发热后又退火，弹性更差。如此恶性循环，导致接触不良或发热烧熔保险丝，很易造成电器供电缺相。

(2) 防腐性很差。闸刀开关设置在小配电箱内时防腐性稍好，但多数直接裸接在木质配线板上，电镀车间的酸、碱、盐雾不断将其侵蚀。若不及时清洁，不少闸刀开关胶木外壳与陶瓷手把上都因漏电而带电，人手一摸都会打手，十分危险。

4. 2 自动空气开关

自动空气开关具有良好的灭弧特性，其设有灭弧罩，动作快，开关时(特别是断开时)产生的电弧不至于在相间相串而引发相间短路。它由触头系统、灭弧系统、脱扣器、操动机构、过流保护部件组成。除有欠压、短路、过流保护外，因结构密封而具有较好的防腐功能。过流保护有两类：一类采用双金属片热保护(过流时双金属片发热弯曲，带动脱扣器使开关自动断开)，另一类采用线圈的过流继电式保护(过流时线圈产生的磁力加大，吸引软铁片动作，带动脱扣器使开关自动断开)。前者结构简单，但响应速度慢。以选用响应速度快的后者更好。空气开关有多种规格，应根据用电器具体额定电流来选择。过大，不起保护作用；过小，频繁跳闸。

4. 3 交流接触器

交流接触器实际上是一类专门的电磁式大功率继电器。其线圈通电后，静铁芯产生磁场，将动铁芯下拉，通过联动系统，带动中间三组大的触点由常开状转变为闭合状；同时，两边各一组小的切换触头，上边各一对小触头由常闭态变为开态，下边各一组小触头则由常开态转变为闭合态。线圈断电后，动铁芯在弹簧作用下向上弹开，恢复为原状态。3个大的常开触头称为“主触头”，两边各一组小的切换触头称为“辅助触头”，供线圈实现自锁以及两个交流接触器之间互锁等用。线圈电压有220 V与380 V两种，选用及接线时应注意。

交流接触器用于电加热或冷却系统作自动控温时，通过测温控头(一般镀液宜用Pt100铂电阻的，发蓝与热浸锡铅合金等因温度高，宜选用热电偶的)及配套数显温控仪中的小继电器带动交流接触器的线圈，或通电或断电。主触头通断电，则加热器的电热丝通断电(交流接触器在此起功率放大作用或供单相温控器控制三相电加热器用)，或带动制冷机组电动机的启停。此时交流接触器不能自锁，即辅助触头不用。

用按钮开关的适当组合来控制交流接触器的线圈通断电，可实现对电动机运转状态的控制。比如电动葫芦及自动生产线的升、降、进、退。升与降、进与退各由一台电动机执行，每台电动机又由两只交流接触器来负责电动机的正、反转。图 1是控制一台电动机的点动换向原理图。在交流接触器线圈电路中串接一个常开按钮，当按下按钮时线圈通电，交流接触器吸合，松开按钮后交流接触器线圈失电，弹开复位。当按下开关AN1时，交流接触器C1通电吸合，C1主触头接通电机D转动(设为正转，电葫芦升)；断开AN1后，C1线圈断电，主触头C1断开，电机停转，电葫芦不再上升。若按下按钮AN2，则交流接触器C2线圈得电，C2主触头吸合，电机又转。但此时电机接线由A、 B、C相序变成了A、C、B相序，B、C接线自动换了过来，电动机反转，电葫芦的动作变为降。松开AN2，C2线圈失电、弹开，此时C1、C2均断开，电葫芦停止下降。换言之，按下 AN1(升)，电葫芦挂钩上升，按下 AN2，电葫芦挂钩下降，由此实现了升、降的点动控制。串在C1线圈回路中的C2的常闭辅助触头与串在C2线圈回路中的C1的常闭辅助触头起“互锁”作用：若先按下AN1，则串在C2线圈回路中的C1常闭触点断开，此时若又误按了AN2，因C1辅助触点已断开，C2线圈也不能通电。这样，C1、C2在任何情况下只能有一个能吸合，以免造成电机接线上B、C相短路(C1、C2之间成为“或门”关系)。

图1 电动机的点动换向Figure 1 Jog control for direction reversion of a motor

过滤机、抛光机、抽风机、滚镀机等只有一台电机且要求起动后就一直转动，而停时要人为控制，需要用两个按钮(ON与OFF)来分别实现。按一下或启动或停止，则电动机要有“自锁”功能，只需一只交流接触器来控制，但要一个常开按钮(管“开”，ON)和一个常闭按钮(管“停”，OFF)。图2示出了控制原理图。图2中AN1为常闭按钮(不按下时是接通的，管电机“关”)，AN2为常开按钮(不按下时是断开的，按下时才接通，管“开”)，在AN2上并接了交流接触器的一个辅助常开触头。其工作原理为：

(1) 按下AN2(开，ON)，电流经A相、常闭按钮AN1、按下的常开按钮AN2、交流接触器线圈(此处为单相220 V线圈)到零线O，形成闭合回路，得电吸合，主触头接通电动机 D转动(转向经试验调整后达到要求)，同时辅助触点C也变为吸合的接通状。

(2) 松开AN2，电流经A相、常闭按钮AN1、已吸合的并在AN2上的辅助触头、线圈C到零线，继续使交流接触器吸合，电机继续供电转动。此处的辅助触头称为“自锁”触头)。

(3) 按一下常闭按钮 AN1(关，OFF)交流接触器线圈回路断电，辅助触点C因交流接触器复位也断开了，线圈回路仍断电，交流接触不会吸合，所以电机也不转了。

简言之，按一下AN2，电机转；松开AN2，因辅助触点的自锁作用，电机继续转；按一下 AN1，电机停转。AN1接通后，因辅助触点已断开，电机也不会转。要再转，需再按一下AN2；要再停，再按一下AN1。

图2 电动机的启停控制Figure 2 Control for starting and stopping a motor

龙门式自动行车，不是用手工按开关，而是采用电脑程序，启停小的中间继电器，靠中间继电器触点的接通与断开来代替按钮开关。上、下限的自动限位及水平运动中的停靠则是通过将常闭行程开关或感应开关再串接在交流接触器线圈回路中来实现。例如降到下限位置时，下限常闭行程开关动作，断开交流接触器线圈，电机停转，不再下降。实际上为克服运动惯性，使定位更准确，电机还设有自动刹车装置。

使用交流接触器不仅能实现镀液加热或冷却的自动控温，改变电动机的运转状态，而且具有其他任何手动开关无法比拟的优点：若供电突然断电，交流接触器就自动断开电器，再来电时不会自动接通电器。用手动开关时，若停电后忘了关开关，无人值守时又突然来电，电器会自动工作，易出事故。所以停电后不能忘了关总开关。

注意：单相电器包括照明开关，其开关应接在火线上而不能接在零线上，否则易出人伤事故。

5 保险

5. 1 保险的作用

为了防止电器使用过程中发生短路、过载等而烧坏电器，在火线上都要串接大大小小的多种保险。注意：零线上严禁串接保险！家用电器常用保险管(其中焊有符合要求的细铜丝)，小功率工业电器常用保险丝(又称熔丝，如铅或其合金的低熔点金属丝)，大功率的用保险片。快速保险是专门的合金材料，其作用是：当电流大于其熔断电流时，因自身电阻发热超过其熔点而烧断，从而断开用电器具供电，保护其不致烧坏。

保险丝可以直接接在闸刀开关内。瓷插式则是安装在插针上之后再插入插座中。螺旋式则是将保险管安装在瓷盖上再旋入瓷座中，只能一次性使用，不能换熔丝，而只能换保险管。

5. 2 对保险的要求

5. 2. 1 选择额定电流符合要求的保险丝

不同用电器有不同的额定电流指标，选用保险丝的线径(或近似英规线号)必须符合相应要求：细了易频繁熔断，粗了则起不到保护作用。

对于电动机，因起动电流远大于工作电流(大功率电动机起动时要采用专门的减压起动措施)，故选择熔丝的额定电流应为电动机额定电流的1.5 ～ 2.5倍。表1可供参考。电镀车间应备有多种规格的保险丝，以备及时更换，见表2。

表1 三相380 V异步电动机的熔丝选择参考Table 1 Reference for selecting fuse wire for three-phase 380V asynchronous motor

表2 部分铅熔丝规格Table 2 Specification of some lead fuse wires

5. 2. 2 接触导电良好

实际电镀生产中发现，不少情况下熔丝并非因电流过流而熔断，而是因保险丝接触导电不良，连接处电阻过大导致发热，从连接处熔断。电镀车间空气腐蚀性大，铜件本身易被腐蚀、氧化发黑。当选择的闸刀开关、瓷插式保险的容量过小，加之接触点失去弹性接触功能时，打火氧化发热，更加剧氧化发黑，接触电阻更大，往往使熔丝更快熔断。为防保险因接触点发热而熔断，应注意以下几点：

(1) 选择开关与保险座时应有足够的容量，不能以小开关、小保险来承受大电流。

(2) 当开关、保险座等因烧蚀而接触不良，螺钉已锈死、拧不动时，应予以更换，不能因小失大。

(3) 连接保险丝处及螺钉、垫圈等已氧化变色、发黑时，应用细砂纸打磨干净，再上保险丝。

(4) 当保险丝较粗时，要加足够大的平垫圈压紧。

5. 2. 3 严禁随意用铜丝代替保险丝

电镀车间通常不缺紫铜丝，而常缺合适规格的保险丝。于是在不少地方，随意找一段铜丝代替保险丝接上，已成为一种恶习。铜丝的熔断电流是铅丝的几倍，起不了保险作用。专业电工若用铜丝代保险，一经发现是要受到严厉制裁的。例如，20#保险丝的额定电流为5 A、熔断电流为10 A，适于1.5 kW电动机；φ 1 mm铜丝的额定电流为44 A，熔断电流为88 A，适于18 kW电动机。若1.5 kW电动机接上φ 1 mm铜丝作为保险，即使电机过载至冒烟烧毁，铜丝也不会熔断，而只有线径为0.254 mm的铜丝的额定电流才是5 A。但是，到哪里去找刚好合适的铜丝呢？保险管内用的铜丝，都是按额定电流计算、线径十分准确的专门拉制的细铜丝。

6 电镀车间的配线要求

6. 1 配线方式

电镀车间的配线方式有明线配电及穿塑料管配线两种方式，简称“明配”与“管配”。明配时散热好，管配时散热差。同等载流量下，管配的线径应加粗。通常主线可以明配，而从主线上下接的至配电盒或配电板以及盒、板至用电器(如整流器、过滤机等)等支线采用管配才规范。在配电盘或板上应设有足够余量的开关、插座，以备更改、增加，以及临时供手持电动工具用。乱拉临时线路是不允许的，安全检查若发现，必须要求整改。电线不能施在地上，万一踩破皮，就会造成事故(闸刀开关在更换保险丝时，胶壳及固定螺栓不能乱扔，应及时装好。

6. 2 车间用线材质的选择

电镀车间内用线宜用铜芯线，不能图一时省钱而用铝芯线。原因之一是铝线电导率比铜线低，当用电器功率大时，多股铝线不好接线。另外，铝是两性金属，不耐电镀车间空气中的酸碱腐蚀，接头处很易腐蚀断线，造成缺相等事故。举一例子：20世纪70年代初，作者曾在一军工企业的表面处理车间工作。一天，一台用于不锈钢板电抛光的大型直流发电机组大电机突然冒烟烧毁。调查后发现：由于当初设计不当，瓷插保险座一根引出的多股铝芯线，因腐蚀而从根部一股股断完，从外部很难察觉，导致电机因缺相运行而烧毁。

6. 3 三相电压平衡问题

电镀车间电器设备有单相的，也有三相的。一般三相电器在设计时，三相负载是平衡的(出了故障，如三相电加热器的一组电热丝烧断，则不平衡了)。但对于单相电器(如过滤机、加热器、整流器等)，则在安排上应先计算负荷，尽量平衡分配在A、B、C三相供电线路上。若某一相的单相电器过多，由于线路压降大，该相电压会特别低，造成三相电压不平衡。这样不但不利于单相电器正常运行，而且对三相电器会带来不良影响。

7 设备接地保护

交流电器设备的外壳必须妥善接地保护。原因有二：

一是如电加热器之类的外壳有时会产生感应电。感应电过大时，镀液会受交流杂波影响，对电敏感的人会感到溶液也麻手、打手。外壳接地后可消除感应电。

二是电镀车间的强腐蚀性气氛使外壳因漏电而带电，易发生人伤事故。外壳接地后，严重漏电时，相对应一相(或两相、三相)与地形成短路而烧断保险丝，切断火线。此时应查明漏电原因，加以解决。电加热器外壳因腐蚀或电击穿孔后，溶液浸入而直接与火线接通，则更危险。外壳与溶液接触，接地保护后也立即熔断保险丝(故不允许乱接保险)。

供电零线与大地相通，当零线较短时，保护接地可接零线。但若至电器的零线较长且因三相不平衡等原因造成零线电流过大时，其上压降造成末端对地也有电压，此时接电源零线保护不可靠，应设专门地线(要求对地电阻小于4 Ω)，保护接在专用地线上。电源零线上不允许设保险的原因之一在于：若零线电流过大而烧坏该保险后，保护接零就不起作用了。

思考题：1.三相电器的输入应如何接线？

2.为什么三相电器不允许缺相运行？

3.为什么严禁乱用铜丝代替保险丝？

（连载完）

[ 编辑：温靖邦 ]