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1、第1章 常用低压电器 u 掌握接触器、继电器、断路器、 按钮开、开关、主令电器等常规控 制电器的动作特点, 并能够正确选 择使用。 学习目标 : 第1章 常用低压电器 教学内容: 1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 低压开关与低压断路器 1.6 主令电器 1.1 概述 u 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控 制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系 统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛 。 u 随着电子技术、自控技术和计算机应用的迅猛 发展,一些电器元件可能被电子线路所取代,但 是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展(表现 在提高元件的性能、生产新型的
2、元件,实现机、 电、仪一体化,扩展元件的应用范围等),且有 些电器元件有其特殊性,故是不可能完全被取代 的。 返回 u 电器是接通和断开电器或调节、控制和保护电 器及电气设备用的电工器具。 u 电器的功能多,用途广,品种规格繁多,为了 系统地掌握,必须加以分类。 1. 按工作电压等级分 (1)高压电器; (2)低压电器 2. 按动作原理分 (1)手动电器; (2)自动电器 3. 按用途分 (1)控制电器; (2)配电电器; (3)主令电器; (4)保护电器; (5)执行电器 1.1.1 电器的分类 返回 1.1.2 电力拖动自动控制系统中常用的低压控制电器 接触器:分交流接触器与直流接触器 继
3、电器:有电磁式继电器(如电压继电器、电流继 电器、中间继电器);时间继电器(分直流电磁式 、空气阻尼式、半导体式等);热继电器;干簧继 电器;速度继电器等 熔断器:分瓷插式、螺旋式、有填料封闭管式、无 填料密闭管式、快速熔断器、自复式等 低压断路器:分框架式、塑料外壳式、快速直流断 路器、限流式、漏电保护器等 位置开关:有直动式、滚动式、微动式等 按钮、刀开关等 返回 1.1.3 我国低压控制电器的发展概况 u 现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传 统的低压配电与控制系统及其装置,给传统低压 电器带来改革性变化。发展智能化可通信低压电 器势在必行。 其产品的特征是: 产品中装有微处理器;
4、产品带有通信接口,能与现场总线连接; 采用标准化结构,具有互换性,采用模数化结构 ; 保护功能齐全,具有外部故障记录显示、内部故 障自诊断、进行双向通信等。 返回 1.2 接触器 u 接触器是电力拖动和自动控制系统中使 用量大且面广的一种低压控制电器,用来 频繁地接通和分断交直流主回路和大容量 控制电路。主要控制对象是电动机,能实 现远距离控制,并具有欠(零)电压保护 。 返回 1.2.1 结构和工作原理 u 接触器是利用电磁 吸力的原理工作的。 接触器主要由电磁系 统、触头系统和灭弧 装置组成,结构简图 如图1-1所示。 1. 电磁系统 u 其作用是将电磁能 转换成机械能,产生 电磁吸力带动
5、触头动 作。 图1-1 接触器结构简图 1主触头 2常闭辅助触头 3常开辅助触头 4动铁心 5电磁线圈 6静铁心7灭弧罩 8弹簧 1.2.1 结构和工作原理 u 作用在衔铁上的力有 两个:电磁吸力与反力 。电磁吸力由电磁机构 产生,反力则由释放弹 簧和触点弹簧所产生。 电磁系统的工作情况常 用吸力特性和反力特性 来表示。 u 为了保证使衔铁能牢 牢吸合,反作用力特性 必须与吸力特性配合好 ,如图1-3所示。 图1-3 吸力特性与反力特性的配合 1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性3 反力特性 1.2.1 结构和工作原理 2. 触头系统 u 触头是接触器的执行 元件,用来接通或断开 被控制
6、电路。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(即线圈未通电) 断开,线圈通电后闭合 的触头叫常开触头;原 始状态闭合,线圈通电 后断开的触头叫常闭触 头(线圈断电后所有触 头复原)。 图1-4 触头结构形式图 a)桥形触头 b)指形触 头 1.2.1 结构和工作原理 3. 灭弧装置 u 常用的灭弧方法有:拉长电弧、冷却 电弧和将电弧分段。 u 常用的灭弧装置有: 电动力灭弧、 灭弧栅和磁吹灭弧。 u 对于电弧较弱的接触器,只采用灭 弧罩即可。交流接触器常用电动力灭 弧 和灭弧栅灭弧装置。直流接触器常 用磁吹灭弧装置。 图1-6 电动力灭弧原理 1静触头 2动触头 u 图1-
7、6所示的是一种桥式结构双断口触头,当触头打开时,在 断口处产生电弧,电弧电流在两电弧间产生图中以表示的磁场, 跟据左手定则,电弧电流要产生一个指向外侧的电动力作用,使 电弧向外运动并拉长,迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭。 1.2.1 结构和工作原理 4. 接触器的工作原理 u 当电磁线圈通电后,线圈电流产生磁场,使静铁 心产生电磁吸力吸引衔铁,并带动触头动作:常闭 触头断开;常开触头闭合,两者是联动的。当线圈 断电时,电磁吸力消失,衔铁在释放弹簧的作用下 释放,使触头复原:常开触头断开,常闭触头闭合 。 图1-9 接触器的图形、文字符号 a)线圈 b)主触头 c)常开辅助触头 d)常闭辅助触
8、头 1.2.2 交、直流接触器的特点 1. 交流接触器 u 交流接触器线圈通以交流电,主触头接通、分 断交流主电路。 u 通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题 。短路环的示意图如图1-10所示,其中S2为短路 环内截面积,S1为环外截面积。短路环起到磁通 分相的作用,把极面上的交变磁通分成两个交变 磁通,并且使这两个磁通之间产生相位差,那么 它们所产生的吸力间也有一个相位差,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,就消除了振动。 1.2.2 交、直流接触器的特点 图1-10 交流接触器铁心的短路环 a)结构图
9、 b)电磁吸力图 1.2.2 交、直流接触器的特点 2. 直流接触器 u 直流接触器线圈通以直 流电流,主触头接通、切 断直流主电路。 u 对于250A以上的直流 接触器往往采用串联双绕 组线圈,如图1-11所示。 图1-11 直流接触器双绕组线圈接线图 在电路刚接通瞬间,保持线圈被常闭触头短接,可 使起动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作 后,常闭触头断开,两线圈串联通电,由于电源电 压不变,所以电流减小,但仍可保持衔铁吸合,因 而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。 1.2.3 接触器的主要技术参数与选用 1. 接触器的型号及代表意义 1.2.3 接触器的主要技术参数与选用 2. 接触器
10、选用原则 1. 额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压, 应等于负载的额定电压。 2. 额定电流 接触器的额定电流是指主触头的额定电流, 应等于或稍大于负载的额定电流。 3. 电磁线圈的额定电压 电磁线圈的额定电压等于控制回 路的电源电压。 4. 触头数目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求 。 5. 额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次 数。 返回 1.3 继电器 u 继电器主要用于控制与保护电路或作信号转换 用。当输入量变化到某一定值时,继电器动作, 其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。 u 继电器的种类很多,常用的分类方法有: 按用途分:有控制继电器和保护继
11、电器。 按动原理作分:有电磁式继电器、感应式继电器 、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。 按输入信号的不同来分:有电压继电器、中间继 电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等 。 返回 1.3.1 电磁式继电器 1. 电磁式继电器的结构与工作原理 u 常用的电磁式继 电器有电压继电器、 中间继电器和电流继 电器。 图1-12 电磁式继电器原理图 1铁心 2旋转棱角 3释放弹簧 4调节螺母 5衔铁 6动触头 7静触头 8非磁性垫片 9线圈 图1-13 电磁式继电器图形、文字符号 1.3.1 电磁式继电器 2. 电磁式继电器的特性 u 当继电器输入量由零增至 以前,继电器输出量为零。 当输入
12、量增加到时,继电器 吸合,输出量为,若再增大 ,值保持不变。当减小到时 ,继电器释放,输出量由降 到零,再减小,值均为零。 u 在图1-14中,X2称为继电 器吸合值,欲使继电器吸合 ,输入量必须等于或大于X2 ;X1称为继电器释放值,欲 使继 图1-14 继电特性曲线 电器释放,输入量必须等于或小于X1。 u 称为继电器的返回系数,它是继电器重要参数之一 。 1.3.2 热继电器 u 热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量 ,使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一 种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、 断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发 热状态的控制。热继电器还常和交流接触
13、器配合 组成电磁起动器,广泛用于三相异步电动机的长 期过载保护。 u 在图1-15中发热元件1通电发热后,主双金属片 2受热向左弯曲,推动导板3向左推动执行机构发 生一定的运动。电流越大,执行机构的运动幅度 也越大。当电流大到一定程度时,执行机构发生 跃变,即触点发生动作从而切断主电路。 1.3.2 热继电器 图1-15 热继电器原理图 1热元件 2双金属片 3导板 4触头 图1-17 热继电器图形、文字符号 a)发热元件 b)常闭触点 1.3.3 时间继电器 u 从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始, 经过一定的延时后才输出信号(触头的闭合或断 开)的继电器,称为时间继电器。 u 时间继电
14、器的延时方式有两种: 通电延时:接受输入信号后延迟一定的时间 ,输出信号才发生变化。当输入信号消失后, 输出瞬时复原。 断电延时:接受输入信号时,瞬时产生相应 的输出信号。当输入信号消失后,延迟一定的 时间,输出才复原。 1.3.3 时间继电器 空气阻尼式时间继电器 u 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而 达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触 头组成。 u 空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直 流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型( 改变电磁机构位置,将电磁铁翻转1800安装)。 当动铁心(衔铁)位于静铁心和延时机构之间位 置时为通电延时型;当静铁心位于动铁心和延时 机构之
15、间位置时为断电延时型。JS7-A系列时间继 电器如图1-18所示。 1.3.3 时间继电器 图1-18 JS7-A系列时间继电器原理图 a)通电延时型 b)断电延时形 1线圈 2铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推板 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧 10像皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15、16微动开关 1.3.3 时间继电器 u 现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1得电后 衔铁(动铁心)3吸合,活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动 活塞12及橡皮膜10向上移动,橡皮膜下方空气室空气变得 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
16、时后,活塞杆通过杠杆7压 动微动开关15,使其触头动作,起到通电延时作用。 u 当线圈断电时,衔铁释放,橡皮膜下方空气室内的空气 通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出,使活塞杆、杠 杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段 时间即为时间继电器的延时时间,其大小可以通过调节螺 钉13调节进气孔气隙大小来改变。 u 在线圈通电和断电时,微动开关16在推板5的作用下都 能瞬时动作,其触头即为时间继电器的瞬动触头。 1.3.3 时间继电器 时间继电器的图形及文字符号: 1.3.3 时间继电器 电动机式时间继电器 u 它由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行 机构组成,电动式时间继电器延时时间长,可达数十小时 ,延时精度高,但结构复杂,体积较大,常用的有JS10、 JS11系列和7PR系列。 电子式时间继电器 u 早期产品多是阻容式,近期开发的产品多为数字式,又 称计