第四章 有触点电器1要点.docx

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第四章有触点电器1要点

第四章有触点电器

所谓电器,就是根据外界特定信号,自动或手动地接通或断开电路,对机车柴油机、电力传动装置和其他辅助装置进行控制、调整、保护及检测的电气设备。

内燃机车上电器的工作特点是:

受冲击振动、受大气环境污染、温度与温度变化大、受空间位置的限制。

电器的工作情况往往会影响到整个机车的运用状态。

因此,对内燃机车电器的基本要求是:

结构简单、紧凑、动作准确可靠、便于检修、具有较高的环境适应性。

电器的用途广泛、功能多样、工作原理各异,造成其种类繁多。

1.按传动方式不同分为手动式电器,电磁驱动式电器,电空驱动式电器,油、气压

力驱动式电器。

2.按电器的执行功能分为有触点电器与无触点电器。

3.按电器的用途分为控制电器、检测电器、保护电器。

第一节有触点电器的基本知识

有触点电器由触头、灭弧装置、驱动装置和构架及导线等四部分构成。

一、有触点电器的触头

(一)触头的定义

在电器上,直接接通和断开电路的零件称为触头。

触头是成对的,固定不动的叫静触头,可以活动的叫动触头。

依靠动触头的动作来实现电路的接通和断开。

(二)触头的分类

1.按触头在电路中的用途分类

触头可分为主触头和辅助触头。

主触头用来接通或断开主要工作电路。

辅助触头通常用在小电流的控制电路中,用来使各控制电器按规定的先后顺序闭合和断开,以实现机车运行所要求的某种电气联锁作用。

所以辅助触头又称为联锁触头。

电器在无电状态下(即电磁线圈无电流)断开的辅助触头称为常开触头(又叫正联锁),闭合的辅助触头叫常闭触头(又叫反联锁)。

当电器在有电状态时,则常开触头闭合,而常闭触头断开。

2.按触头的接触形式分类

触头可分为点接触、线接触和面接触三种,如图4-1所示。

(1)点接触,指两个触头间是点与点的接触。

常用于10A以下的小电流电器,如继电器

触头,以及接触器和自动开关的辅助触头。

由于接触面积小,保证其工作可靠性所需的接触压力也较小。

(2)线接触,指两个触头间是线与线的接触。

其接触面积与接触压力均适中,多用于几

十安至几百安电流的中等容量的电器,如接触器和自动开关的主触头。

(3)面接触,指两个触头间是平面与平面的接触。

其接触面积和触头压力都较大,多用

于大电流的电器。

如闸刀开关常采用面接触的形式。

(三)触头的主要参数

触头的主要参数有开距、超程、研距、初压力、终压力。

1.触头的开距S

当触头断开后,动、静触头间的距离S称为触头开距,如图4-2所示。

开距的大小要保

证触头开断电路时能可靠地灭弧,而且还能使触头间具有一定的绝缘能力,当电源出现不正常的过电压不致击穿。

从减小电器的尺寸和减小触头闭合时振动的观点出发,在保证可靠开断电路的原则下,触头开距愈小愈好。

2.触头的超程r

触头闭合后,若将静触头移去,动触头能继续往前移动一段距离r,这段距离叫触头超

程,如图4-2所示。

触头具有超程,可以保证磨损后的触头仍能可靠地工作。

触头磨损将使触头厚度减小。

当触头磨损到一定程度后,即触头厚度减小到一定程度,就应更换或补焊。

新触头的超程,一般为触头厚度的60%~80%。

3.触头的初压力

两触头闭合后,其接触处具有一定的压力,称为触头压力。

触头压力是由触头弹簧产生的。

触头弹簧有一预压缩,使得动触头和静触头刚接触瞬间就有压力,称为触头的初压力。

触头具有初压力可以减小触头闭合过程中动、静触头相互撞击的弹力,初压力的大小,取决于触头弹簧的预压缩量。

4.触头的终压力

动触头和静触头接触终了时的压力称为触头的终压力。

其作用是增加实际接触面积,减

小接触电阻。

5.触头的研磨过程及研距

动触头和静触头开始接触时,其接触线在a处,在触头闭合时接触线在b处。

在接触过

程中,触头接触表面既有滚动,又有滑动,这种滚动和滑动过程称为触头的研磨过程。

由研磨过程产生的距离称为研距,如图4-3所示。

通过研磨过程,可以破坏触头表面不断生成的氧化膜,以消除由它引起的接触电阻。

通过研磨过程所产生的研距,可使正常工作的接触线(也就是最后接触线b)与开始接触线(此线也是最后分开线a)错开,以免烧损正常工作的接触线,保证触头接触良好。

触头的开距、超程、压力都是必须进行检测的主要参数。

在电器的使用和维修中常用这些参数来反映触头的工作情况和检验电器的工作状态。

二、灭弧装置

(一)电弧现象及特点

电弧属于气体放电的一种形式。

试验证明,当大气中开断电压超过10V、电流超过0.5A

时,在触头间会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体,称为电弧。

通常,气体是不导电的,在触头刚开始分离时,接触面积逐渐减小,触头的接触电阻增大,电流密度也逐渐增大,触头表面的温度逐渐升高。

而触头刚分离时,线路电压加在触头间极小的空隙,形成很强的电场。

由于高温、强电场的作用,触头金属内部的电子便脱离金属表面向外发射。

这些从阴极发射出来的电子,在电场力的作用下向阳极快速运动,不断撞击中性气体分子,并使其电离,变成自由电子和正离子,并形成连锁反应,在触头间出现大量的电子和正离子。

在强电场的作用下,这些电子和正离子作定向移动,便形成了触头气隙中的电流,最终形成电弧。

对于有触点电器而言,电弧产生的高温将烧损触头,使触头表面形成弧坑和尖刺,影响触头继续可靠地工作。

严重情况下不仅会烧坏电器和附近电气设备,还会引起短路故障,甚至引起火灾。

因此,必须了解电弧的基本规律,采取有效措施,尽快地熄灭电器中出现的电弧。

(二)灭弧装置

熄灭电弧的方法很多,例如:

拉长电弧、降低温度、将长弧变短弧等。

一个灭弧装置可

以采用某一种方法进行熄弧,但在大多数情况下,则是综合采用几种方法,以增加灭弧效果。

东风4B型内燃机车所用的接触电器上,主要采用了磁吹灭弧的方法。

当需要较大的力来拉长弧时,可以让电弧在一个专门设置的磁场中受力的作用。

灭弧装置如图4-4所示,由线圈、铁心、磁极、灭弧角、灭弧室等组成。

灭弧线圈与主电路串联,电弧电流与灭弧线圈的电流相同,电弧电流越大,磁吹力越大。

线圈中有铁心,铁心两端装有两块金属片构成磁极,这样可以加强弧区的磁场和磁通量,增加磁吹力。

灭弧装置是使电弧与固体介质相接触,降低电弧温度,从而加速电弧熄灭的装置。

灭弧罩用陶土等耐电弧的绝缘材料做成,内侧壁隔成缝隙,放置于灭弧罩中的触头,处在磁吹灭弧磁场中。

(三)灭弧原理

当触头断开的瞬间,触头间产生电弧,而形成离子导电。

当电流流过灭弧线圈时,在线

圈周围将产生一个磁场,该磁场的磁通经由铁心、磁极及气隙形成闭合回路。

由于该磁场穿过触头所在的空间,并且与电弧电流成正交,电弧电流将受到电磁力的作用,由左手定则判定为指向灭弧室。

因此,电弧在此力作用下迅速离开触头,经灭弧角被拉向灭弧室,最后在灭弧室内被隔断、冷却、熄灭。

三、驱动装置

驱动装置是有触点电器的主要组成部件,其作用是驱动电器触头按一定的要求进行可靠的分合。

在内燃机车有触点电器中,其驱动装置主要采用电磁驱动装置和电空驱动装置。

电磁驱动装置是一种通过电磁铁把电磁能转换成机械能来驱动电器动作的装置。

电空驱动装置是一种以压缩空气为动力,推动传动薄膜(或活塞)运动来驱动电器动作的装置。

(一)电磁驱动装置

1.基本组成与工作原理

目前在内燃机车上采用的直流电磁驱动装置分为拍合式和螺管式两种电磁驱动装置,如

图4-5(a)、(b)所示,这两种电磁驱动装置主要由磁轭、铁心、衔铁(或动铁心)及线圈等组成。

拍合式电磁驱动装置是靠衔铁吸向电磁铁心的吸力驱动触头动作。

螺管式电磁驱动装置则是靠动铁心在螺管中的吸力驱动触头动作。

当线圈接通电源后,电流流过线圈将产生一个磁场,于是在铁心和衔铁间产生一定的电磁吸力。

当电磁吸力大于开断弹簧弹力时,衔铁被吸向铁心,驱动电器的动触头动作。

当线圈中的电流减小或中断时,铁心中的磁通变小,吸力随之减小,当吸力小于开断弹簧的弹力时,衔铁就在开断弹簧的作用下返回原来位置。

2.吸力特性

吸力特性是指电磁线圈磁势一定时,作用在衔铁上的电磁吸力F与衔铁在空间相对于铁

心的位置δ(或称工作气隙)的关系。

当电磁驱动装置工作时,无论是衔铁由释放状态到吸合,还是由吸合状态到释放,作用在衔铁上的电磁吸力和工作气隙都在变化。

工作气隙越大,工作气隙磁阻Rδ也越大,工作气隙磁通Φ就越小,电磁吸力也越小。

吸力特性曲线如图4-5(c)所示。

一般拍合式电磁驱动装置的吸力特性较陡,螺管式的较平。

(二)电空驱动装置

由电磁驱动装置的吸力特性可知,电磁驱动装置的电磁吸力随着气隙的增大而减小。

此对于需要长行程、大传动力的场合,用电磁驱动装置就不适宜了。

在内燃机车主电路中的电器通过的电流和承受的电压均很大,因此要求触头接触压力大,触头开距大。

电空驱动装置,在较大行程下能保持足够大的传动力,且在内燃机车上已装有压缩空气气源,所以内燃机车主电路中的电器都采用电空驱动装置。

电空驱动装置由电空阀和风动装置两部分组成。

1.电空阀

电空阀在电空驱动装置中用来控制风动装置的风路,结构如图4-6所示。

电空阀由两大

部分组成,上半部是拍合式的电磁装置,由线圈、磁轭、衔铁等组成。

下半部为电空阀阀门,由阀体10,上下阀5、8和阀座7,阀杆4及顶针6等组成。

a、b、c为阀体上的通风孔,a通低压风缸,b通电器风缸,c通大气。

当电空阀线圈通电并达到一定数值后,衔铁被吸下,压迫阀杆4克服弹簧9的推力,将上阀压贴在阀座7上,同时通过顶针6将下阀8推离阀座,打开了压缩空气进入风动装置气缸的通路(a-b开通),同时关闭了风动装置气缸至大气的通道(b-c关闭)。

当线圈失电时,衔铁释放,下阀8在弹簧9的弹力下与阀座7贴合,同时下阀通过顶针6将上阀5推离阀座。

则下阀切断了压缩空气进入风动装置气缸的通路(a-b关闭);同时上阀打开了风动装置风缸通大气的通道(b-c开通),使风动装置气缸中的压缩空气由b孔经c孔而排向大气。

2.风动装置

风动装置为薄膜式传动装置,其结构如图4-7所示。

当电空阀有电时,压缩空气从A孔

进入气缸内,作用在弹性薄膜上的压力增大到大于左侧弹簧的弹力时,鼓动弹性薄膜,推动活塞杆左移,驱动电器触头动作。

当电空阀失电时,压缩空气从气缸中排出,弹簧伸张,使活塞杆复原,驱动触头动作。

 

第二节电磁接触器

一、特点及功用

接触器是一种用来闭合或断开主电路或大容量电路的自动切换电器,其特点是能通、断

较大电流,可频繁操作,并且能远程控制。

在内燃机车的主电路、励磁电路、柴油机启动电路、磁场削弱电路和电阻制动电路中都采用了接触器。

东风4B型内燃机车选用的电磁接触器是国家标准的CZO-××/××系列电磁接触器(C表示接触器;Z表示直流;O表示设计序号;××/××分子代表额定电流安培数,分母中第一个数字表示常开主触头数目,第二个数字表示常闭主触头数目)。

规格有:

CZO-400/10型(QC、LC)、CZO-250/20型(YC、YRC)、CZO-40/20型(QBC、RBC、FLC、GFC、LLC、GLC)。

各接触器的用途如下:

QC、LC分别控制柴油机的启动电路及牵引发电机的励磁电路。

YC、YRC分别控制空压机电动机电路及启动电阻电路。

QBC、RBC、FLC、GFC、LLC、GLC分别控制启动滑油泵电动机电路、燃油泵电动机电路、启动发电机励磁电路、固定发电电路、励磁机的励磁电路、故障励磁时励磁机的励磁电路。

二、结构

电磁接触器的结构根据电磁系统与触头系统的不同布置方式,分两种结构形式:

CZO-

400/10型、CZO-250/20型采用平面布置的整体结构;CZO-40/20型采用立体布置的整体结构。

(一)CZO-400/10型平面式结构

所谓平面布置即电磁系统和触头系统呈左右布置,其主要特点是维护、检修方便,适合

用于开断大电流的接触器,但安装面积大。

CZO-400/10型电磁接触器的结构如图4-8所示,主要由电磁驱动装置、触头系统、灭弧系统及构架等组成。

电磁驱动装置为沿棱角转动的拍合式结构,由线圈3、铁心4、衔铁5、磁轭6等组成,吸力线圈做成串联双绕组形式。

铁心和线圈固定在磁轭上,磁轭用螺钉固定在底架11上,另一端通过支持件2固定在底架11上。

主触头17、21采用镉铜制成以增强耐电磨损性,为保证两断点间有足够的绝缘距离,主触头采用单断点结构。

辅助触头27为双断点桥式触头,组合结构,安装于触头支持件26上,支持件固定在磁轭6上。

灭弧装置由串联磁吹式的磁系统及纵隔板陶土灭弧罩组成。

改变压板29的厚度可以调节衔铁工作气隙的大小及主触头的开距;主触头弹簧23的预

压缩力可借改变垫圈24的厚度来调整;改变绝缘垫片19的厚度可调整主触头的超程。

(二)CZO-40/20型立体式结构

所谓立体布置即电磁系统和触头系统呈上下布置,其特点是安装面积小,但不便维修,

适合开断小电流的接触器。

CZO-40/20型接触器的结构如图4-9所示,主要由电磁驱动装置、触头系统、灭弧装置及构架等组成。

电磁驱动装置为沿棱角转动的拍合式电磁机构,由线圈16、铁心4、磁轭13等组成。

磁轭13还起安装支架作用,绝缘底盘12固定在磁轭支架13的背面。

触头系统用螺钉8、9、11固定在底盘12上。

主触头22为双断点桥式触头,其触头处镶有银板以增强导电性能,触头安装在触头支持件19上。

辅助触头21也为双断点桥式触头,组合式结构,安装在触头支持件19上方的两侧,上边用透明罩18盖住以防尘。

灭弧装置包括灭弧线圈23、灭弧铁心24、灭弧导磁体10和横隔板陶土灭弧罩17。

通过改变调整垫板2的厚度可以调整衔铁工作气隙的大小及主触头的开距;调整开断弹簧7上的调整螺钉6来调整触头压力;调节绝缘片15的厚度可调整铁心极靴与磁轭棱角的水平度。

(三)串联双绕组吸力线圈

对于大容量的电磁接触器(CZO-400/10型、CZO-250/20型),其电磁驱动装置上均采

用了串联双绕组吸力线圈。

所谓串联双绕组线圈,即吸力线圈由启动线圈A和保持线圈B两个组成,如图4-10所示。

接触器未动作时,保持线圈被该接触器的一个常闭联锁触头短接,只有启动线圈工作;当衔铁吸合到联锁触头断开时,保持线圈B接入电路,保持线圈投入工作。

接触器吸合之初,由于衔铁与铁心的工作气隙大,磁阻就大,这时就需要较大的磁势。

触头闭合后,由于这时衔铁的气隙、磁阻均很小,使得保持吸合所需的吸力有一个较小的磁势即可。

启动线圈按衔铁初始吸力来选择,它的匝数少,电阻小,故电流大,相对吸力大,以保证衔铁能够可靠启动;保持线圈B按衔铁终了吸力来选择,它的匝数多,电阻大,故电流小,磁势小,这样可以保证衔铁在接近吸合位置时的冲击力小,同时可以减少线圈长期工作时消耗的功率,有利于节约电能,延长了线圈的使用寿命。

三、主要技术参数

CZO型系列电磁接触器的主要技术参数见表4-1。

表4-1CZO型系列电磁接触器主要参数

型号

CZO-400/10

CZO-250/20

CZO-40/20

额定电流(A)

400

250

40

额定电压(V)

440

440

440

开距(㎜)

17-19

15-17

3.6~4.5

终压力(N)

88.2±8.82

55.25~68.6

6.86~8.33

额定电流(A)

10

10

5

开距(㎜)

4~5

4~5

3.5~4.5

终压力(N)

1.96

1.96

1.6~1.37

超程(㎜)

2~3

2~3

1.5~2.5

线

线径(㎜)

0.53

0.56

匝数(n)

2600

2500

电阻(Ω)

36.3

31.5

线

线径(㎜)

0.31

0.31

0.23

匝数(n)

6200

5600

10000

电阻(Ω)

324

293

536

四、S15××系列直流接触器(东风4D型机车用)

(一)型号

S15××-××-×

接常常控

触开闭制

器辅辅电

型助助源

号触触电

头头压

数数值

量量

(二)各接触器主要技术参数(见表4-2)

表4-2几种接触器主要技术参数

型号

电路图

主触头

控制电源

中代号

额定电压(V)

额定电流(A)

额定电压(V)

S156g-11-110

YC1YC2

110

250

80

S157g-12-80

QC

110

400

110

S158c-11-110

LC

110

400

110

(三)结构

S156型直流接触器的结构图4-11所示,主要由铁心、线圈、衔铁、拉簧、主触头、辅

助触头、主触头凸轮、辅助触头支架、主触头安装座等组成。

 

第三节电空接触器

一、特点及功用

在内燃机车上已装有压缩空气气源,同时电空接触器具有较大的接触压力和开距,这对

减小接触电阻,防止触头温升过高是十分有利的。

所以在高电压大电流的主电路内,广泛使用了电空接触器。

东风4B型内燃机车使用的电空接触器有两种型号:

TCK3-820/770(1C~6C、ZC)型和TCK-800/770型(1RZC~6RZC)。

1C~6C:

分别用于牵引电动机的供电电路。

ZC:

用于电阻制动工况下牵引电动机的励磁电路。

1RZC~6RZC:

分别用于电阻制动扩展电路的转换。

二、结构及动作过程

TCK-800/770型电空接触器的结构如图4-12所示。

它主要由触头系统、灭弧装置、电空传动机等部件组成。

工作过程如下:

当电空阀1有电时,从低压风缸来的低压空气经由电空阀进入传动风缸,推动活塞和活

塞杆向上移动(克服复原弹簧和摩擦阻力),活塞杆带动转架10并以圆柱销为轴心,作顺时针方向转动,动触头组件3也随之作顺时针方向旋转,直到动触头与静触头4接触。

动、静触头接触后,转架继续绕圆柱销顺时针方向旋转,由于静触头固定不动,迫使动触头组件3逆时针方向旋转压缩触头弹簧6,动、静触头产生研磨过程。

同时,装在转架上的辅助触头滑板9上移,使辅助触头7作相应动作。

当电空阀1失电时,传动风缸内的压缩空气经由电空阀排到大气中,在开断弹簧的作用

下,活塞和活塞杆复原,主触头断开。

此时在主触头间产生的电弧被电磁力拉向灭弧室,在灭弧室内熄灭。

三、主要技术参数(见表4-3)

表4-3TCK系列电空接触器主要技术参数

型号

TCK3-820/770

TCK-800/770

额定电压(V)

770

770

额定电流(A)

820

800

终压力(N)

225.06

225.06

开距(㎜)

16~19

≥18

超程(㎜)

≮49

8~10

额定电压(V)

110

110

额定电流(A)

5

5

终压力(N)

0.392

0.981

开距(㎜)

≮41.5

3~4

超程(㎜)

≮41

≥1

风动

装置

电空阀额定电压(V)

110

110

动作风压(kPa)

490.5

367.5~637

 

第四节磁场削弱接触器

一、功用

东风4B型内燃机车上装有两台磁场削弱接触器(1XC、2XC),用于接通或断开与牵引电动机励磁绕组并联的两级磁场削弱电阻电路。

磁场削弱接触器属于组合式电器。

采用组合式电器不仅能保证多条电路同时动作的一致性,而且可以减少电器台数,减轻机车电器设备重量与耗铜量。

二、结构及动作过程

磁场削弱接触器主要由电空驱动装置、主触头系统、辅助触头系统等组成,如图4-13所示。

对称布置的两个电空阀11分别控制左、右两个气缸风路,传动杆2带动连动杆3,连动杆又各自带动一根方轴4。

每根方轴上并列固定着三个动触头支架6,每个动触头支架上装有动触头8和触头弹簧7。

方轴上端还固定有动作杆12,用它来驱动辅助触头组件13。

由于磁场削弱电阻上的压降很低,又是阻性负载,故该接触器不带灭弧装置。

动作过程:

当电空阀线圈有电时,压缩空气进入气缸,活塞克服复原弹簧的弹力驱动传动杆2运动,传动杆带动连动杆使方轴转动,方轴带动动触头支架及动触头一起转动,使主触头闭合。

与此同时,方轴上的动作杆12也使辅助触头系统动作,进行相应的闭合与断开。

当电空阀失电时,关闭了风缸的进风通路,压缩空气排出风缸,在复原弹簧作用下,方轴反向旋转,主触头断开。

1XC的6对主触头,分别控制前3台牵引电动机的两级磁场削弱。

2XC的6对主触头分别控制前3台牵引电动机的两级磁场削弱。

当其中一个电空阀线圈有电时,使一侧3对主触头闭合,同时完成3台牵引电动机的一级磁场削弱;当另一个电空阀线圈有电时,使另一侧3对主触头闭合,完成这3台牵引电动机的二级磁场削弱。

三、主要技术参数(见表4-4)

表4-4磁场削弱接触器主要技术参数

额定电压(V)

9

额定电流(A)

400

型式及数量

两级,每级三对触头

终压力(N)

78.48

开距(㎜)

16~19

超程(㎜)

≥2

额定电压(V)

110

额定电流(A)

5

型式及数量

每级常开两对,常闭一对

终压力(N)

0.491

开距(㎜)

3~4

超程(㎜)

≥1

风动

装置

电空阀额定电压(V)

110

动作风压(kPa)

490.5

 

第五节转换开关

一、功用

东风4B型内燃机车上使用了4台转换开关(1HKf、2HKf、1HKg、2HKg),均为电空驱动式组合电器,其结构完全相同,只是接入电路中的控制对象不同。

其中1HKf、2HKf用于改变机车前进与后退的运行方向,称为前进-后退转换开关。

1HKg、2HKg用于改变机车牵引与电阻制动的运行工况,称为牵引-制动工况转换开关。

二、结构及动作过程

东风4B型机车采用THK6型转换开关,如图4-14所示。

THK6型转换开关采用平面对称布置结构,以上下盖板分界,下盖板下方为电空驱动机构,上下盖板之间为主触头,上盖板上方为辅助触头。

主触头系统为转鼓式结构,两侧布置,分为动触头和静触头系统。

动触头系统由绝缘鼓、

触鼓、软联线及引出线组成。

触鼓通过绝缘鼓安装在转轴上。

静触头系统由触指、触头座、软联线及引出线组成。

触指固定在触头座上。

主触头压力可通过压力调节螺母进行调节,主触头超程可通过超行程调节螺钉进行调节。

辅助触头沿圆周布置,共12个,由转轴上的凸轮控制。

电空传动装置由电空阀和气缸组成。

气缸采用单气缸双工作面结构。

由气缸体、气缸盖、

皮碗、双向活塞杆组成。

该电器有两个工作位置。

左侧电空阀有电时,压缩空气进入左侧风缸,推动活塞杆右移,带动转轴顺时针方向(俯视)转动,使左侧主触头断开,右侧主触头闭合;右侧电空阀有电时,与此相反。

在两个电空阀无电时,可通过手柄将转换开关扳至中间状态,此时所有主触头均处于断开状态,便于查找故障。

三、主要技术参数(见表4-5)

表4-5转换开关主要技术参数

型号

THK6

额定电压(V)

770

额定电流(A)

820

终压力(N)

2×(49.1~53.96)

超程(㎜)

2.5~3.5

触头数目

6组12对

额定电压(V)

110

额定电流(A)

5

终压力(N)

0.981

触头数目

12对

风动

装置

电空阀额定电压(V)

110

动作风

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