第1章常用低压电器【第1讲】

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1、2019年10月20日星期日,1,机床设备电气控制,机电与汽车工程学院,袁明新,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,2,约法三章：,(1) 课堂纪律；,(2) 缺课、请假；,(3) 课后作业；,(4) 考试。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,3,教学内容安排：,4学时,2学时,三菱PLC,4学时,6学时,4学时,6学时,2学时,理论教学：28学时 实践教学： 4学时 总 学 时： 32学时,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,4,主要参考书目：,电子参考书目：科大超星数字图书馆下载书籍。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,5,1 常

2、用低压电器,电器？电气？,电的, 有关电的。是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。,用来作为电气装置一部分或与电气装置有关的仪器、器件、附器、配件等,这个则是我们本课程用到的含义。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,6,1 常用低压电器,1.1.1.1 按工作电压等级分,1.1.1、电器的分类,1.1、低压电器的基本知识,(1) 高压电器 (2) 低压电器,用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。,用于交流50Hz（或60Hz ）额定电压为1200V以下、直流额定电压1500

3、V及以下电路内起通断、保护、控制或调节作用的各种电器，如接触器、继电器等。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,7,1 常用低压电器,1.1.1.2 按动作原理分 (1) 手动电器，如按钮、刀开关等； (2) 自动电器，如接触器、继电器等。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,8,1 常用低压电器,1.1.1.3 按用途分,(1) 控制电器用于控制电路和控制系统，如接触器、 继电器。 (2) 配电电器用于电能的输送和分配，如高压断路器。 (3) 主令电器用于控制系统中发送动作指令，如按钮、 转换开关。 (4) 保护电器用于电路及电器设备的保护，如熔断器、 热继电器。

4、 (5) 执行电器用于完成某种动作或传送功能，如电磁铁。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,9,1 常用低压电器,低压电器一般由两个基本部分组成：感受机构和执行机构。,1.1.2、低压电器的电磁系统,感受机构：感受外界信号的变化，作出有规律的反应；,执行机构：根据指令信号，执行电路的通、断控制。,：在各种低压电器中，感受机构是根据电磁感应原理做成的电磁系统，执行机构是触点系统及灭弧系统。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,10,1 常用低压电器,1.1.2.1、电磁系统结构及工作原理,电磁机构:通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁心（又称静铁心或磁轭）和衔铁（也

5、称动铁心）三部分组成。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,11,1 常用低压电器,1.1.2.1、电磁系统结构及工作原理,工作原理：当线圈通入电流后，磁通通过铁心。 衔铁和工作气隙形成闭合回路，因衔铁受到电磁力，便吸向铁心。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,12,常用电磁机构：,1铁心 2吸引线圈 3衔铁 虚线磁路,适用于直流 接触器,适用于触点容量较大的交流接触器,适用于交流接触器、继电器等,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,13,1 常用低压电器,1.1.2.2、电磁式电器分类,电磁式电器分为直流与交流两大类。,直流电磁铁铁心由整块铸铁铸成

6、，仅有线圈发热，所以线圈匝数多，导线细，制成细长型，且不设线圈骨架，线圈与铁心直接接触，利于线圈的散热。,交流电磁铁铁心则用硅钢片叠成，以减少铁损（磁滞损耗及涡流损耗）。铁芯和线圈均发热，所以线圈匝数少，导线粗，制成短粗型，吸引线圈设有骨架，且铁心与线圈隔离，利于铁心和线圈的散热。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,14,1 常用低压电器,1.1.2.2、电磁式电器分类,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,15,1.1.2.3、交流电磁系统的短路环,单相交流电磁机构存在的问题 磁通是交变：电磁吸力与磁通的平方成正比，当磁通为零时，吸力也为零，这时衔铁在弹簧反力作用

7、下被拉开，磁通大于零后，吸力增大，当吸力大于反力时， 衔铁又吸合，衔铁会产生强烈的振动和噪声。,措施：设置障碍消除衔铁的机械振动，通常采用短路环 来解决。,后果：衔铁产生强烈振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触点接触不良，易于熔焊与烧毁。,1 常用低压电器,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,16,1 常用低压电器,交流电磁铁的短路环,短路环 短路环(也称分磁环)：对单相交流电磁机构，一般在铁心端面上安置一个铜制的分磁环，以便改善工作状况。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,17,短路环的工作原理,在铁心断面设置短路环后，气隙磁通分为两个部分，即不穿过

8、短路环的1和穿过短路环2，且2滞后于1。,特点：相位不同，幅值也不同。,由两个磁通产生的电磁力F1和F2在不同时刻过零点，使得1、 2相差90，并且F1和F2近似相等，则合成磁力就会相当平坦，只要最小吸力大于反力，就不会产生振动和噪音。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,18,1 常用低压电器,交流电磁铁的短路环,总而言之：短路环起到磁分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个相位不同交变磁通，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,19,1 常

9、用低压电器,1.1.2.4、低压电器的触点系统,触点是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。,(1) 触点系统材料,要使触点具有良好的接触性能，通常采用铜质材料制成。由于铜的表面容易氧化成氧化铜，使触点接触电阻增大，容易引起触点过热，影响电器的使用寿命。,对于电流容量较小的电器(如接触器、继电器等)，常采用银质材料作为触点材料，因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，从而避免触点表面氧化膜电阻率增加而造成触点接触不良。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,20,1 常用低压电器,1.1.2.4、低压电器的触点系统,(2)触点的结构形式,按其所控制的电路分： 主触点和辅助触点。,主触

10、点：用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流，必须采取灭弧措施； 辅助触点：用于接通或断开控制电路，灭弧能力弱，只能通过较小的电流。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,21,电气原理图中的主触点、辅触点,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,22,1 常用低压电器,1.1.2.4、低压电器的触点系统,(2)触点的结构形式,按其原始状态分：常开触点和常闭触点。,常开触点：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电 后闭合的触点； 常闭触点：原始状态闭合，线图通电后断开的触点（线圈 断电后所有触头复原）。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,23,电气原理图

11、中的常开触点、常闭触点,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,24,1 常用低压电器,1.1.2.4、低压电器的触点系统,(3)触点的分类,1) 按结构形式可分为桥式触点和指形触点，如图所示。,(a) 桥式触点； (b) 桥式触点； (c) 指形触点,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,25,1 常用低压电器,1.1.2.4、低压电器的触点系统,(3)触点的分类,2) 按接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图所示。,常用于小电流的电器,常用于中容量的电器,常用于大容量的电器,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,26,1 常用低压电器,1.1.3、

12、低压电器的灭弧系统,1.1.3.1 定义 电弧开关触头在大气中断开电路时，如果电路的电流超过0.251A，电路断开后加在触头间的电压超过1220V，则在触头间隙（又称弧隙）中便会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,27,1 常用低压电器,1.1.3.2 电弧的形成过程,触头分离瞬间 接触处的金属首先熔化,触头开始分离,接触面积逐渐减小,接触处的电流密度逐渐增大,接触处的金属强烈发热,形成液态金属桥,一部分变成金属蒸气 进入触头弧隙中,炽热的金属表面又使电子从阴极逸出,电子向阳极移动，同时撞击气体原子，形成带负电电子和带正电

13、离子,正离子向阴极移动，加热阴极释放电子,在触头间隙中产生大量的带电粒子，使气体导电形成炽热的电子流。,形成电弧,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,28,1 常用低压电器,1.1.3.2 电弧的形成过程,电弧的实质： 电弧是一种气体放电现象， 即触头间 气体在强电场作用下产生自由电子， 正、 负离子呈 游离状态， 使气体由绝缘状态转变为导电状态， 并 伴有高温、 强光。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,29,1 常用低压电器,1.1.3.3 电弧的危害,(1)延长了切断故障的时间； (2)高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； (3) 形成飞弧造成电源短路事故；

14、(4)电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,30,1 常用低压电器,(1) 简单灭弧,在大气中分开触头时，借机械力或电弧电流本身产生的电动力拉长电弧，使之在运动中不断与新鲜空气接触为其冷却，使电弧熄灭。多用于交流接触器等交流电器中。,(a) 双断点桥式触点灭弧 (b) 机械性拉弧,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,31,1 常用低压电器,(2) 磁吹式灭弧,电弧受电磁力的作用而拉长，被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。电流越大，吹弧能力越强。该方法广泛应用于直流接触器中。,电弧电流产生的磁场。 磁

15、力线密度不同，内侧强，外侧弱，从而产生磁吹力F。,串入触 点电路,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,32,1 常用低压电器,(3) 纵缝灭弧,常用耐弧塑料（如陶土、石英、三聚氰胺和MP-1塑料）制造的具有纵缝的灭弧室来限制弧区扩展并加速冷却以削弱热电离。,在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可使电弧拉长并进入灭弧罩的纵缝中，几条纵缝可将电弧分割成数段且勺固体介质相接触，电弧便迅速熄灭。这种结构多用于交流接触器上。,电弧进入灭弧罩后，被隔板分成两个直径较原来小的电弧，并和缝壁接触而冷却，冷却效果加强，熄弧性能提高。此外，由于缝较宽，熄弧后残存的游离气体容易排出，适用于较频繁开断的场

16、合。,冷却效果好，对熄弧有利。但是在频繁开断电流时，缝内残余的游离气体不易排出，这对熄弧不利。适用于操作频率不高的场合。,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,33,1 常用低压电器,(4) 栅片灭弧法,其余：固体产气灭弧、石英砂灭弧、油吹灭弧、气吹灭弧等等。,当触头分开时，产生的电弧在电动力的作用下被推入一组金属栅片中而被分割成数段，彼此绝缘的金属栅片的每一片都相当于一个电极，因而就有许多个阴阳极压降。对交流电弧来说，近阴极处，在电弧过零时就会现一个150220V的介质强度，使电弧无法继续维持而熄灭。出于栅片灭弧效应在交流时要比直流时强得多，所以交流电器常常采用栅片灭弧,2019年10月20日星期日,机电与汽车工程学院,34,1 常用低压电器,1.2、接触器,定义：接触器是用来频繁地接通和分断