[理学]第2章机床电气控制低压电器基础

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1、 机电电气控制技术机床电气控制技术 郑州大学机械工程学院第二章 机床电气控制低压电器 基础 1机电电气控制技术第二章 目 录2.1 低压电器的基础知识 2.2 接触器 2.3 断路器 2.4 继电器 2.5 熔断器 2.6 主令电器 2.7 电源变压器 2.8 信号指示器件 2.9 执行电器 2.10 新型低压电器及发展 2机电电气控制技术学习目的与要求1. 掌握机床电气控制中主要的主流低压电器的概念、原理、结构、符号、功能；2. 掌握主要的主流低压电器的基本选用规则；3. 了解当前新型低压电器及发展趋势 3机电电气控制技术低压电器是泛指能根据使用要求及控制信号，能手动或 自动分合额定电压在直

2、流DC1200V、交流AC1500V及以下的电路，以实现电路中被控制对象的控制、调节、 变换、检测、保护等作用的基本器件国际知名品牌ABB公司（瑞士）、施耐德公司（法国 ）、ORMNO公司（日本）、西门子SIEMENS公司（德 国）、通用GE电气（美国）等。国内知名品牌正泰公司、德力西公司、上海人民华通集 团、TCL工业电气、CNC长城电器等。 2.1 低压电器的基础知识4机电电气控制技术2.1.1 低压电器的分类 l1）按控制对象不同：配电电器（用于低压电网 ）、控制电器（用于电力拖动及自动控制系统 ）；l2）按操作方式不同：自动电器、手动电器 ；l3）按用途不同，可将低压电器分为控制电器、

3、保护电器、执行电器 l4）按工作原理：电磁式电器、非电量控制电器 5机电电气控制技术2.1.2 低压电器的基本结构 l电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器（如接触器、继电器等）。l电磁式电器三大基本组成部分：感测部分、执行部分和保护部分。感测部分是电磁机构，执行部分一般是触头，保护部分一般是灭弧装置。6机电电气控制技术1、电磁机构l电磁机构的主要作用是将电能转换为机械能l一般由铁芯、衔铁和线圈等组成。l其结构形式按动作方式的不同，分为拍合式和直动式两大类 l电磁机构的线圈分为直流线圈和交流线圈两类 7机电电气控制技术常用 电磁 机构 的结 构(a) 衔铁沿棱角转动的拍和式铁芯；

4、(b) 衔铁沿轴转动的 拍合式铁芯；(c) 衔铁直线运动的直动式铁芯 1衔铁；2铁芯；3吸引线圈 (c )122233311(a )132(b ) 1238机电电气控制技术工作原理l当线圈中有工作电流通过时，由于电磁效应 将产生磁场，磁通经铁芯、衔铁和工作气隙 形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向 铁芯。同时，衔铁还要受到复位弹簧的反作 用力，只有当电磁吸力大于弹簧的反作用力 时，衔铁才能可靠的被铁芯吸住，使衔铁与 铁芯闭合，并通过连接机构带动相应的触头 动作。 9机电电气控制技术l直流线圈，产生恒定的磁通，铁芯中无磁滞损耗和涡流损耗，只 有铜损，因此铁芯材料由电工软铁或铸钢制成，而且线圈无

5、骨架 ，成细长型。l交流线圈，产生交变磁场，铁芯中有涡流与磁滞损耗，铁芯一般 采用硅钢片叠压后铆成，线圈有骨架，且成短粗型，以增加散热 面积。l铁芯形状有E形和U形两种，多用于触头容量较大的交流电器中。 衔铁直线运动的直动式铁芯，多用于触头为中、小容量的交流接 触器和继电器中。l同时为了避免交变磁场的磁通过零点时引起衔铁的抖动，需在铁 芯的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环内感应电流产生的磁通与 环外磁通不同时过零，达到电磁吸力始终大于弹簧反作用力的目 的，消除了交流铁芯的抖动 10机电电气控制技术图2-2 交流电磁铁的短路环l1衔铁；2铁心；3线圈；4短路环 11机电电气控制技术2、触头系统l触

6、头是电磁式电器的执行部分，起接通或断开电路的 作用。l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 。l常开(或动合)触头和常闭(或动断)触头l桥式触头与指式触头两种，其中桥式触头又分为点接 触式和面接触式，指形触头在接通或分断时产生滚动 摩擦，以利于去掉触头表面的氧化膜。指形触头适用 于接电次数多、电流大的场合 12机电电气控制技术l根据接触形式不同可分为点接触、线接触 和面接触三类。点接触适用于电流不大， 触头压力小的场合；线接触适用于接电次 数多，电流大的场合；面接触适用于大电 流的场合 13机电电气控制技术触点

7、结构形式 (a) 点接触形式(b) 面接触形式(c) 指形触点(b) 线线接触(a) 点接触(c) 面接触14机电电气控制技术触头的接触电阻l接触电阻大时触头易发热，温度升高，从而使触头易产生 熔焊现象，既影响工作的可靠性，又降低了触头的寿命。l触头接触电阻的大小主要与触头的接触形式、接触压力、 触头材料及触头的表面状况有关l减小触头接触电阻的方法主要如下：l(1) 增加接触压力，增加接触面积。可在动触点上安装一 个触点弹簧。l(2) 选择电阻系数小的材料。在触点上镀银或嵌银，以减 小接触电阻。l(3) 改善触点的表面状况，尽量避免或减少触头表面氧化 物形成，注意保持触头表面清洁，避免聚集尘埃

8、。15机电电气控制技术3、灭弧装置l低压控制电器常用的灭弧方法有：电动力灭弧 、磁吹灭弧、窄缝（纵缝）灭弧、栅片灭弧、 机械灭弧等。16机电电气控制技术电动力灭弧示意图：1静触头；2动触头桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能。当触头打开时，在 断口中产生电弧，同时也产生如图中所示的磁场。根据左手 定则，电弧电流要受到一个指向外侧的力F 的作用，使其向 外运动并拉长，迅速离开触头而熄灭。这种灭弧方法多用于 小容量交流接触器等交流电器中 17机电电气控制技术图2-6 磁吹灭弧示意图 1磁吹线圈；2绝缘套；3 铁心；4引弧角；5磁 导夹板；6灭弧罩；7动 触头；8静触头与触点电路串联的吹弧线圈，产生

9、的磁场由导磁夹板引向触点周围， 其方向由右手定则确定(为图中所 示)，触点间的电弧所产生的磁场 ，其方向为+和所示。这两个磁场 在电弧下方方向相同(叠加)，在弧 柱上方方向相反(相减)，所以弧柱 下方的磁场强于上方的磁场。在下 方磁场作用下，电弧受力的方向为 F所指的方向，在F的作用下，电 弧被吹离触点，经引弧角引进灭弧 罩，使电弧熄灭 18机电电气控制技术图2-7栅片灭弧装置 1灭弧栅片；2触点；3 电弧灭弧栅是一组相互绝缘薄钢片，当 电弧进入栅片时被分割成一段段串 联的短弧，而栅片就是这些短弧的 电极，这样就使每段短弧上的电压 达不到燃弧电压。同时整个灭弧栅 的绝缘强度大大加强，以致外加电

10、 压无法维持，电弧迅速熄灭。此外 ，栅片还能吸收电弧热量，使电弧 迅速冷却。在交流电器中常采用栅 片灭弧。19机电电气控制技术图2-8窄缝（纵缝） 灭弧装置灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的 下部宽，上部窄，是利用灭弧罩的 窄缝来实现的。当触头断开时，电 弧在电动力的作用下进入缝内，窄 缝可将电弧柱分成若干直径较小的 电弧，同时可将电弧直径压缩，使 电弧同缝紧密接触，加强冷却和去 游离作用，使电弧熄灭加快。灭弧 罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐 弧塑料制成 20机电电气控制技术按操作方式分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分为空气电磁接触器、油浸式接触器和真空接触器等。最常用的分类

11、是按照接触器主触头控制的电路种类来划分，即将接触器分为交流接触器和直流接触器两大类。在机床上应用最多的是电磁交流接触器 2.2 接触器 21机电电气控制技术2.2.1 接触 器的 工作 原理 l电 磁 接 触 器 工 作 原 理 示 意 图 22机电电气控制技术l两个成罗马字母E形状的铁芯A和铁芯B相向放置，铁 芯B固定且在中间的分支上缠绕着电磁线圈C。可动 触点F与铁芯A相连，G为固定触点，H为还原弹簧。l当C中有电流通过时，A、B之间会产生磁场，并吸引 A向下移动。F与G闭合，此时常开触头闭合，常闭触 头打开。当C中没有电流流过时，磁场消失，A和F在 弹簧H的作用下向上运动并复位，F与G断

12、开。F、G 为接触器的主触点，主要应用与主回路。 l在A的两侧分别还有可动触点J和固定触点K，可动触 点M和固定触点N。这两对触点叫做接触器的辅助触 点，主要用于较小电流的控制回路中。 23机电电气控制技术图图2-10 接触器图图形及文字符号24机电电气控制技术(f) 线线圈无电电流或复位(g)线线圈有电电流25机电电气控制技术2.2.2 接触器的实际结构 图2-11 交流接触器外形图 26机电电气控制技术图2-12 接触器端子指示图27机电电气控制技术图2-13 接触器内部结构图28机电电气控制技术接触器组成部分l 膜制框架l 电磁线圈 l 灭弧装置l 主触点l 触点弹簧l 辅助触点l 还原

13、弹簧l 铁芯29机电电气控制技术2.2.3 接触器的主要技术参数 l接触器的主要技术参数：极数、电流种类、 额定电压、额定电流、额定通断能力、线圈 额定电压、允许操作频率、寿命、使用类别 等l(1) 接触器的极数和电流种类l接触器极数是指其主触头的对数，有两 极、三极和四极接触器；按主电路的电流种 类分有交流接触器和直流接触器。 30机电电气控制技术l(2) 额定工作电压l指主触头之间正常工作电压值，也就是主触头 所在电路的电源电压。l(3) 额定电流l接触器触头在额定工作条件下的电流值。常用 接触器触头的额定电压和额定电流值如表2-1 所示。31机电电气控制技术表2-1 接触器触点的额额定电

14、电 压压和额额定电电流的等级级表直流接触器交流接触器额定电 压/V110、220、440、660127、220、380、500、 660额定电 流/A5、10、20、40、60、100 、150、250、400、 6005、10、20、40、60、 100、150、250、400 、60032机电电气控制技术l(4) 线圈的额定电压l常用的线圈额定电压等级如表所示，选用时一 般交流负载用交流线圈的接触器，直流负载用 直流线圈的接触器。但交流负载频繁动作时可 采用直流线圈的交流接触器。33机电电气控制技术表2-2 接触器线线圈的额额定电电 压压等级级表（单单位：V）直流线圈交流线圈24、48、1

15、00、220、44036、110、127、220、38034机电电气控制技术l(5) 通断能力l指接触器主触头在规定条件下能可靠接通和分 断的电流值。在此电流值下接通电路时，主触 头不应造成熔焊。在此电流值下分断电路时， 主触头不应发生长时间燃弧。一般通断能力是 额定电流的510 倍。这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。 35机电电气控制技术l(6) 寿命:包括电寿命和机械寿命。目前接触器 的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是 机械寿命的5%20%。l(7) 使用类别:接触器用于不同负载时，其对主 触头的接通与分断能力要求不同，按不同使用 条件来选用相应使用类别的接触

16、器便能满足其 要求。根据低压电器基本标准的规定，接触器 的使用类别比较多，其中用于电力拖动控制系 统中的接触器常见的使用类别及典型用途如表2 -3所示。36机电电气控制技术表2-3 接触器使用类别类别 及典 型用途表电流种 类使用类 别典型用途AC(交 流)AC1 AC2 AC3 AC4无感或微感负载、电阻炉 绕线式电动机的启动和中断笼型电动机的 启动和中断 笼型电动机的启动、反接制动、反向和点 动DC(直 流)DC1 DC3 DC5无感或微感负载、电阻炉 并励电动机的启动、反接制动、反向和点 动 串励电动机的启动、反接制动、反向和点 动37机电电气控制技术l接触器的使用类别代号通常标注在产品的铭牌 或工作手册中。表中要求接触器主触点达到的 接触和分断能力为：l AC1和DC1类允许接通和分断额定电流l AC2、DC3和DC5类允许接通和分断4倍额 定电流l AC3类允许接通6倍额定电流和分断额定电 流l AC4类允许接通和分断6