《电工学 教学课件 ppt 作者 常文平 第16章常用低压电器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学 教学课件 ppt 作者 常文平 第16章常用低压电器（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第16章 常用低压电器,16.1 低压电器基本知识,低压电器是指交流1200V、直流1500V以下的电气设备。,本章主要介绍熔断器、刀开关、断路器、接触器、继电器和主令电器。,16.1.1低压电器的分类 按其结构用途及所控制的对象不同，可以有不同的分类方式 。 按用途和控制对象不同，将低压电器分为配电电器和控制电器。 2. 按操作方式不同，将低压电器分为自动电器和手动电器。 3. 按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。,16.1.2 低压电器的基本结构,电磁式低压电器大都有两个主要部分组成，即：电磁机构和触头系统。 1. 电磁机构 电磁机构由吸引线圈、铁芯和衔铁三个基本部分组成。 常用的电
2、磁机构如图16-1所示，可分为三种型式。 （1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如图16-1（a）所示。这种型式广泛应用于直流电器中。 （2）衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，如图16-1（b）所示。其铁芯形状有E形和U形两种。此种结构多用于容量较大的交流电器中。 （3）衔铁直线运动的双E型直动式铁芯，如图16-1（c）所示。多用于交流接触器、继电器中。,直流电磁铁的电磁吸力公式为： F = 4B2S105 (16-1) 式中：F 电磁吸力（N）； B 气隙磁感应强度（T）； S 磁极截面积（m2）。,1）直流电磁铁和交流电磁铁 按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。 直流电磁
3、铁由于通入的是直流电，其铁芯不发热，只有线圈发热，铁芯和衔铁由软钢和工程纯铁制成。 交流电磁铁由于通入的是交流电，铁芯中存在磁滞损耗和涡流损耗，这样线圈和铁芯都发热，。铁芯用硅钢片叠加而成，以减小涡流损耗。 电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移。,由上式知：当线圈中通以直流电时，B不变，F为恒值。 当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，即 B = Bmsint (16-2) 由式（16-1）和式（16-2）可得： F 4B2S105 4S105Bm2sin2t 2 Bm2 S1052 Bm2 S105 cos2t (16-3) 由（16-3）式可知：交
4、流电磁铁的电磁吸力在0（最小值）Fm（最大值）之间变化，其吸力曲线如图16-2所示。在一个周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁芯吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁芯释放。所以电源电压变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪音，因而不能正常工作。,2）短路环的作用 为了消除交流电磁铁产生的振动和噪音，在铁芯的端面开一小槽，在槽内嵌入铜制短路环，如图16-3所示。加上短路环后，磁通被分成大小相近、相位相差约90电角度的两相磁通1和2，因此两相磁通不会同时为零。由于电磁吸力与磁通的平方成正比，所以由两相磁通产生的合成电磁吸力较为平坦，在电磁铁通电期间电磁吸力始终大
5、于反力，使铁芯牢牢吸合，这样就消除了振动和噪音。,2. 触头系统 触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。通常触头用铜制成。有些小容量电器的触头采用银制材料，以减小接触电阻。 触头主要有两种结构型式：桥式触头和指形触头。 桥式触头（见图16-4a和16-4b）的两个触点串于同一条电路中，电路的通断由两个触头共同完成。桥式触头多为面接触，常用于大容量电器中。 指形触头（见图16-4c）的接触区为一直线，触头接通或分断时产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜。同时缓冲触头闭合时的撞击能量，改善触头的电器性能。,16.1.3 灭弧系统 在大气中分断电路时，由于电场的存在，使触头表面的大量电子溢出而产生
6、电弧。电弧一经产生，就会产生大量热能。电弧的存在既烧蚀触头金属表面，降低电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速把电弧熄灭。 常用的灭弧方法有： 1. 电动力灭弧 图16-5是一种桥式结构双断口触头系统。当触头分断时，在断口产生电弧。电弧电流在两电弧之间产生如图所示的磁场，根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用，使电弧向外运动并拉长，另一方面使电弧温度降低，有助于熄灭电弧。,2. 磁吹灭弧 磁吹灭弧的原理如图16-6所示。在触头电路中串入一个磁吹线圈，该线圈产生的磁通经过导磁夹板5引向触头周围，如图中的“”符号所示；当触头断口产生电弧后，电弧电流产生的磁通如图中符
7、号所示。可见在弧柱下方两个磁通是相加的，而在弧柱上方彼此相减，因此，电弧在下强上弱的磁场作用下，被拉长并吹入灭弧罩6中，引弧角与静触头相连接，其作用是引导电弧向上运动，将热量传递给罩壁，使电弧冷却熄灭。,3金属栅片灭弧 图16-7为金属栅片灭弧装置示意图。灭弧栅是由多片镀铜薄钢片（称为栅片）组成，它们安放在电器触头上方的灭弧栅内，彼此之间互相绝缘。当电器的触头分离时，所产生的电弧在吹磁电动力作用下被推向灭弧栅内。当电弧进入栅片后被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极。每两片灭弧栅片之间都有150250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。
8、除此之外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧吸收冷却。基于上述原因，电弧进入栅片后就会很快熄灭。由于栅片灭弧装置的灭弧效果在交流时要比直流时强得多，所以在交流电器中常采用栅片灭弧。,16.2 熔断器 熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的保护电器，常用来作短路或过载保护。 熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）组成。熔体是熔断器的主要部分，其材料一般由熔点较低、电阻率较高的金属材料铝锑合金丝、铅锡合金丝和铜丝制成。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流
9、而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护电路的目的。,16.2.1 熔断器的结构和工作原理 电流流过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此，电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性（或安秒特性），如图16-8所示。熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这样就能满足短路保护的要求。 16.2.2 熔断器的分类 熔断器的类型很多，按结构形式可分为插入式熔断器、螺旋式熔断器、封闭管式熔断器、快速熔断器和自复式熔断器等。,1. 插入式熔断器 常用的插入式熔
10、断器有RC1A系列，其结构如图16-9所示。由于其结构简单、价格便宜、更换熔体方便，因此广泛应用于380V及以下的配电线路末端作为电力、照明负荷的短路保护。 2. 螺旋式熔断器 常用的螺旋式熔断器是RL1系列，其外形与结构如图16-10所示。熔断管上有一个标有颜色的熔断指示器，当熔体熔断时熔断指示器会自动脱落，显示熔丝已熔断。,3. 封闭管式熔断器 封闭管式熔断器主要用于负载电流较大的电力网络或配电系统中，熔体采用封闭式结构，一是可防止电弧的飞出和熔化金属的滴出；二是在熔断过程中，封闭管内将产生大量的气体，使管内压力升高，从而使电弧因受到剧烈压缩而很快熄灭。封闭式熔断器有无填料式和有填料式两种
11、，常用的型号有RM10系列、RT0系列。 4. 快速熔断器 快速熔断器是在RL1系列螺旋式熔断器的基础上，为保护可控硅半导体元件而设计的，其结构与RL1完全相同。常用的型号有RLS系列、RS0系列等，RLS系列主要用于小容量可控硅元件及其成套装置的短路保护；RS0系列主要用于大容量晶闸管元件的短路保护。,5. 自复式熔断器 RZ1型自复式熔断器是一种新型熔断器，其结构熔体16-11所示，它采用金属钠作熔体。在常温下，钠的电阻很小，允许通过正常工作电流。当电路发生短路时，短路电流产生高温使钠迅速气化，气态钠电阻变得很高，从而限制了短路电流。当故障消除时，温度下降，气态钠又变为固态钠，恢复其良好的
12、导电性。其优点是动作快，能重复使用，无需备用熔体。缺点是它不能真正分断电路，只能利用高阻闭塞电路，故常与自动开关串联使用，以提高组合分断性能。,16.2.3 熔断器的选择 在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的型式，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。 1. 熔断器类型的选择 选择熔断器的类型时，主要根据线路要求、使用场合、安装条件、负载要求的保护特性和短路电流等来进行。 2. 熔断器额定电压的选择 熔断器的额定电压大于或等于线路的工作电压。 3. 熔断器熔体额定电流的选择 （1）对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流IfN应略大于或等于负载电流I。即 If
13、NI （16-5） （2）保护一台电机时，考虑起动电流影响，可按下式选择： IfN（1.52.5）IN (16-6),（3）保护多台电机时，可按下式计算： IfN（1.52.5）INmaxIN (16-7) 式中：INmax 容量最大的一台电动机的额定电流。 IN 其余电动机额定电流之和。 4. 熔断器额定电流的选择 熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。 熔断器型号的含义和电气符号如图16-12所示。,16.3刀开关 刀开关是一种手动电器，在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电路与电源，故又称“隔离开关”。,16.3.1 刀开关的结构和安装 刀开关是一种结构较为简单
14、的手动电器，主要由闸刀(动触头) 和刀座(静触头)及绝缘底板等组成，如图16-13所示，接通或切断电路是由人工操纵闸刀完成的。，刀开关一般作为隔离电源用，而用接触器接通和断开负载。 接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故发生。,16.3.2 常用刀开关 常用刀开关有HD系列及HS系列板用刀开关、HK系列开启式负荷开关和HH系列封闭式负荷开关。 1. HK系列开启式负荷开关 HK系列开启式负荷开关又称为瓷底胶盖刀开关，不设专门的灭弧装置，仅利用胶盖的遮护以防电弧灼伤人手，因此不宜带负载操作，适用于接通或断开有电压而无负载电流的电路。在一般的照明电路和功
15、率小于5.5KW的电动机控制电路中仍可采用。 2. HH系列封闭式负荷开关 HH系列封闭式负荷开关因其外壳为铁制壳，故俗称铁壳开关。铁壳开关由安装在铁壳内的刀开关、速断弹簧、熔断器及操作手柄等组成，通常可用以控制28kW以下的电动机。铁壳开关和胶盖瓷底刀开关中都装有熔断器，因此都具有短路保护作用。铁壳开关的灭弧性能、操作及通断负载的能力和安全防护性能都优于HK系列瓷底胶盖刀开关。,16.4 低压断路器 低压断路器(俗称空气开关)是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、过载、欠压
16、和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远方遥控操作。,16.4.1 低压断路器的结构和工作原理 1. 低压断路器的结构 低压断路器主要由触头、灭弧装置、操动机构和保护装置等组成。如图16-15所示。,（1）触头系统 触头(静触头和动触头)在断路器中用来实现电路接通或分断。 触头的基本要求为： 1) 能安全可靠地接通和分断极限短路电流及以下的电路电流； 2) 长期工作制的工作电流； 3) 在规定的电寿命次数内，接通和分断后不会严重磨损。 （2）灭弧系统 灭弧系统用来熄灭触头间在断开电路时产生的电弧。灭弧系统包括两个部分：一为强力弹簧机构，使断路器触头快速分开；一为在触头上方设有灭弧室。 （3）操动机构 断路器操动机构包括传动机构和脱扣机构两大部分。,（4）保护
