低壓控制電器基礎(chǔ)

1、低壓控制電器基礎(chǔ) 前前 言言 隨著電氣控制新元件、新器件的不斷涌現(xiàn)和計算機控隨著電氣控制新元件、新器件的不斷涌現(xiàn)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備的控制策略、控制方法、控制手段制技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備的控制策略、控制方法、控制手段日新月異，越來越多地采用了可編程序控制器（日新月異，越來越多地采用了可編程序控制器（PLC）、）、數(shù)數(shù)字控制等先進的控制技術(shù)。字控制等先進的控制技術(shù)。但由于傳統(tǒng)的繼電但由于傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，價格接觸器控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，并為廣大的工程技術(shù)人員所熟悉，加上新型電器元件便宜，并為廣大的工程技術(shù)人員所熟悉，加上新型電器元件的采用，提高了系統(tǒng)的可靠性

2、，因而目前仍然還在大量使用的采用，提高了系統(tǒng)的可靠性，因而目前仍然還在大量使用，鑒于此，立足工程實際，從應(yīng)用的角度出發(fā)，本書鑒于此，立足工程實際，從應(yīng)用的角度出發(fā)，本書力圖對生產(chǎn)設(shè)備的電氣自動控制技術(shù)給予較全面地闡述。力圖對生產(chǎn)設(shè)備的電氣自動控制技術(shù)給予較全面地闡述。 本書以典型的生產(chǎn)設(shè)備為例，系統(tǒng)地闡述了：本書以典型的生產(chǎn)設(shè)備為例，系統(tǒng)地闡述了：常用低壓控制電器與現(xiàn)代控制電器及典型環(huán)節(jié)的常用低壓控制電器與現(xiàn)代控制電器及典型環(huán)節(jié)的電氣控制技術(shù)電氣控制技術(shù)典型生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)分析典型生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)分析電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)字控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)可編程序控制器控制技術(shù)可編

3、程序控制器控制技術(shù)共五章共五章期望給讀者一個生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的完整的概念期望給讀者一個生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的完整的概念。立足于工程實際，突出思路、方法，落實于具體控制電。立足于工程實際，突出思路、方法，落實于具體控制電路的分析及設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識分析路的分析及設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。與傳統(tǒng)教材相比與傳統(tǒng)教材相比: :本書取材內(nèi)容先進，立足點高；本書取材內(nèi)容先進，立足點高；從具體的生產(chǎn)設(shè)備入手，順序展開論述；從具體的生產(chǎn)設(shè)備入手，順序展開論述；將傳統(tǒng)與現(xiàn)代電氣控制技術(shù)結(jié)合將傳統(tǒng)與現(xiàn)代電氣控制技術(shù)

4、結(jié)合, ,體現(xiàn)了現(xiàn)代電氣控制體現(xiàn)了現(xiàn)代電氣控制技術(shù)的發(fā)展方向；技術(shù)的發(fā)展方向；將礦山提升機的控制系統(tǒng)選入教材，能更好培養(yǎng)學(xué)生將礦山提升機的控制系統(tǒng)選入教材，能更好培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，也是對生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)分析的概綜合應(yīng)用知識的能力，也是對生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)分析的概括和總結(jié)；括和總結(jié)；對控制系統(tǒng)的分析，采用因果法，簡單明了，避免對控制系統(tǒng)的分析，采用因果法，簡單明了，避免了冗長的文字敘述；了冗長的文字敘述； 參與編寫的人員，都是多年從事具體教學(xué)經(jīng)驗豐參與編寫的人員，都是多年從事具體教學(xué)經(jīng)驗豐富的教師，本書可以說是他（她）們多年知識的積累富的教師，本書可以說是他（她）們多年知識的積累和教學(xué)經(jīng)

5、驗的總結(jié)。和教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)。 主要參考書主要參考書任振輝等任振輝等. 電氣控制技術(shù)電氣控制技術(shù). 水電出版社，水電出版社，2003.鄭萍鄭萍. 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)現(xiàn)代電氣控制技術(shù). 重大出版社，重大出版社，2001.顧永輝等顧永輝等. 煤礦電工手冊（三分冊）煤礦電工手冊（三分冊）. 煤炭出版社，煤炭出版社，1980.王潤孝等機床數(shù)控原理與系統(tǒng)西工大出版社，王潤孝等機床數(shù)控原理與系統(tǒng)西工大出版社，1997.楊有君數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控機床機工出版社，楊有君數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控機床機工出版社，1999. 廉元國等加工中心設(shè)計與應(yīng)用機工出版社，廉元國等加工中心設(shè)計與應(yīng)用機工出版社，1995 .富士可編程控制

6、器富士可編程控制器 用戶手冊用戶手冊.鄧則名鄧則名.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù). 機工出版社機工出版社，1997.廖常初廖常初. 可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用. 重重大出版社，大出版社，2001.鐘肇新鐘肇新. 可編程控制器原理及應(yīng)用可編程控制器原理及應(yīng)用. 華南理工大出版社，華南理工大出版社，2000. 1 1 電氣控制技術(shù)電氣控制技術(shù) 1.1 低壓控制電器基礎(chǔ)電器是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和應(yīng)用進行切換電器是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和應(yīng)用進行切換、調(diào)節(jié)、檢測及保護等控制作用的工具的總稱，如開關(guān)、熔調(diào)節(jié)、檢測及保護等控制作用的工具

7、的總稱，如開關(guān)、熔斷器、接觸器、繼電器等。斷器、接觸器、繼電器等。電器是自動控制的重要元件之一。根據(jù)需要將電器按電器是自動控制的重要元件之一。根據(jù)需要將電器按一定的邏輯關(guān)系組合起來，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的自動化及半自一定的邏輯關(guān)系組合起來，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的自動化及半自動化。動化。電器種類繁多，用途也很廣，常用低壓電器主要電器種類繁多，用途也很廣，常用低壓電器主要有配電電器、控制電器。這里主要介紹自動控制系統(tǒng)用有配電電器、控制電器。這里主要介紹自動控制系統(tǒng)用低壓電器。低壓電器。 按電壓等級分：工作電壓以交流按電壓等級分：工作電壓以交流1000V、直流直流1200V為界劃分為高壓電器、低壓電器為界劃分為高壓

8、電器、低壓電器 。按使用系統(tǒng)分：電力系統(tǒng)用電器、電力拖動及自動控制按使用系統(tǒng)分：電力系統(tǒng)用電器、電力拖動及自動控制系統(tǒng)用電器、自動化通信系統(tǒng)用電器。系統(tǒng)用電器、自動化通信系統(tǒng)用電器。按電器組合分：單個電器、成套電器與自動化裝置。按電器組合分：單個電器、成套電器與自動化裝置。按工作職能分：手動操作電器、自動控制電器（自動按工作職能分：手動操作電器、自動控制電器（自動切換電器、自動控制電器、自動保護電器）、其它電器（切換電器、自動控制電器、自動保護電器）、其它電器（穩(wěn)壓及調(diào)壓電器、起動與調(diào)速電器、檢測與變換電器、牽穩(wěn)壓及調(diào)壓電器、起動與調(diào)速電器、檢測與變換電器、牽引與傳動電器）。引與傳動電器）。按

9、電器的輸出形式分：按電器的輸出形式分：有觸頭（點）電器有觸頭（點）電器通斷電路的功能由觸頭來實現(xiàn)，如通斷電路的功能由觸頭來實現(xiàn)，如刀開關(guān)、接觸器等。刀開關(guān)、接觸器等。無觸頭電器無觸頭電器通斷功能不是通過接觸，而是根據(jù)輸出信通斷功能不是通過接觸，而是根據(jù)輸出信號的高低電平來實現(xiàn)的，如晶閘管的導(dǎo)通與截止、三極管的導(dǎo)號的高低電平來實現(xiàn)的，如晶閘管的導(dǎo)通與截止、三極管的導(dǎo)通與截止等。通與截止等。按使用場合分：一般工業(yè)用電器、特殊工礦用電器、按使用場合分：一般工業(yè)用電器、特殊工礦用電器、農(nóng)用電器、家用電器、其它場合（如航空、船舶、熱帶、農(nóng)用電器、家用電器、其它場合（如航空、船舶、熱帶、高原）用電器。高原

10、）用電器。按控制系統(tǒng)作用分：按控制系統(tǒng)作用分：信號電器信號電器是將非電量，如位移、壓力、溫度等的變是將非電量，如位移、壓力、溫度等的變化轉(zhuǎn)化為電信號的電器化轉(zhuǎn)化為電信號的電器 。這類電器有按鈕、壓力繼電器、行。這類電器有按鈕、壓力繼電器、行程開關(guān)、熱繼電器等；程開關(guān)、熱繼電器等；控制電器控制電器是一種電器邏輯門。常見的為是一種電器邏輯門。常見的為“與門與門”、“或門或門”和和“非門非門”，其輸入和輸出都是電信號，如電，其輸入和輸出都是電信號，如電磁式繼電器、接觸器等。磁式繼電器、接觸器等。 電器的分類方法很多，且相互交叉、覆蓋。即某一電電器的分類方法很多，且相互交叉、覆蓋。即某一電器按不同分類

11、方法，分屬于不同的種類。如工作電壓為器按不同分類方法，分屬于不同的種類。如工作電壓為380伏的交流接觸器，按不同分類方法分屬：低壓電器、有觸伏的交流接觸器，按不同分類方法分屬：低壓電器、有觸頭電器、電器控制系統(tǒng)用電器。頭電器、電器控制系統(tǒng)用電器。從結(jié)構(gòu)上看，電器一般都具有兩個基本組成部分：從結(jié)構(gòu)上看，電器一般都具有兩個基本組成部分：感測部分與執(zhí)行部分。對于有觸頭的電磁式電器，感測部感測部分與執(zhí)行部分。對于有觸頭的電磁式電器，感測部分大都是電磁機構(gòu)，而執(zhí)行部分是觸頭。對于非電磁式的分大都是電磁機構(gòu)，而執(zhí)行部分是觸頭。對于非電磁式的自動電器，感測部分因其工作原理不同而各有差異，但執(zhí)自動電器，感測部

12、分因其工作原理不同而各有差異，但執(zhí)行部分仍是觸頭。行部分仍是觸頭。1.1.1 電磁式控制電器的電磁機構(gòu)電磁式控制電器的電磁機構(gòu)1.1.1.1 電磁機構(gòu)的組成電磁機構(gòu)的組成電磁機構(gòu)是各種自動化電磁式電器的主要組成部分之電磁機構(gòu)是各種自動化電磁式電器的主要組成部分之一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動觸頭使之閉合或斷開一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動觸頭使之閉合或斷開。電磁機構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。磁路包括鐵電磁機構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。磁路包括鐵心、銜鐵、鐵軛和空氣隙。心、銜鐵、鐵軛和空氣隙。電磁機構(gòu)分類如下：電磁機構(gòu)分類如下：按銜鐵的運動方式分類：按銜鐵的運動方式分類： 銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動

13、的拍合式銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心：銜鐵繞鐵軛的棱角鐵心：銜鐵繞鐵軛的棱角而轉(zhuǎn)動，磨損較小。鐵心而轉(zhuǎn)動，磨損較小。鐵心用軟鐵，適用于直流接觸用軟鐵，適用于直流接觸器、繼電器。器、繼電器。銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動的拍合式銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心：銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動，鐵心：銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動，用于觸頭容量較大的交用于觸頭容量較大的交流接觸器，鐵心用硅鋼流接觸器，鐵心用硅鋼片疊成。片疊成。銜鐵直線運動的直動式銜鐵直線運動的直動式鐵心：銜鐵在線圈內(nèi)作鐵心：銜鐵在線圈內(nèi)作直線運動，多用于交流直線運動，多用于交流接觸器中。接觸器中。按磁系統(tǒng)形狀分類：按磁系統(tǒng)形狀分類：電磁機構(gòu)可分為電磁機構(gòu)可分為U形和形和E形兩種。形兩種。按線圈

14、的連接方式分類：可分為并聯(lián)（電壓線圈）和按線圈的連接方式分類：可分為并聯(lián)（電壓線圈）和串聯(lián)（電流線圈）兩種。串聯(lián)（電流線圈）兩種。按吸引線圈電流的種類分類：可分為直流線圈和交流線按吸引線圈電流的種類分類：可分為直流線圈和交流線圈兩種。圈兩種。直流電磁機構(gòu)，鐵心不發(fā)熱，只線圈發(fā)熱，因而吸直流電磁機構(gòu)，鐵心不發(fā)熱，只線圈發(fā)熱，因而吸引線圈做成高而薄的瘦長型，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與引線圈做成高而薄的瘦長型，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸，易于散熱。鐵心直接接觸，易于散熱。交流電磁機構(gòu)，其鐵心存在磁滯和渦流損耗，線圈和鐵交流電磁機構(gòu)，其鐵心存在磁滯和渦流損耗，線圈和鐵心都發(fā)熱，因而吸引線圈設(shè)有

15、骨架，使鐵心與線圈隔離并將線心都發(fā)熱，因而吸引線圈設(shè)有骨架，使鐵心與線圈隔離并將線圈制成短而厚的矮胖型，有利于鐵心和線圈散熱。圈制成短而厚的矮胖型，有利于鐵心和線圈散熱。1.1.1.2 電磁機構(gòu)的吸力特性電磁機構(gòu)的吸力特性 電磁機構(gòu)的工作特性常用吸力特性和反力特性來表電磁機構(gòu)的工作特性常用吸力特性和反力特性來表征。吸力與氣隙的關(guān)系稱為吸力特性。吸力征。吸力與氣隙的關(guān)系稱為吸力特性。吸力F為為SBSBF2 25 52 20 010104 42 21 1=（1-1）式中式中 F 電磁吸力（電磁吸力（N）；）； B 氣隙中磁感應(yīng)強度（氣隙中磁感應(yīng)強度（T）；）； S 磁極截面積（磁極截面積（m2）；

16、 04107Hm。 當當S為常數(shù)時，為常數(shù)時，F(xiàn)與與B2成正比。成正比。（1）直流電磁機構(gòu)的吸力特性直流電磁機構(gòu)的吸力特性因外加電壓和線圈電阻不變，則流過線圈的電流因外加電壓和線圈電阻不變，則流過線圈的電流為常數(shù)，與磁路的氣隙大小無關(guān)。為常數(shù)，與磁路的氣隙大小無關(guān)。根據(jù)磁路定律根據(jù)磁路定律 mmRRIN1 1=（1-2）2 22 21 1)(mRF（1-3）吸力吸力F與與R2m成反比，亦即與氣隙成反比，亦即與氣隙2成反比，故吸力特成反比，故吸力特性為二次曲線形狀，如圖性為二次曲線形狀，如圖1-2。銜鐵閉合前后吸力變化很大。銜鐵閉合前后吸力變化很大。 激勵線圈斷電時，磁勢激勵線圈斷電時，磁勢NI

17、急速變?yōu)榻咏?，磁通也發(fā)急速變?yōu)榻咏?，磁通也發(fā)生相應(yīng)的急速變化，因而會在線圈中感生很大的反電動勢生相應(yīng)的急速變化，因而會在線圈中感生很大的反電動勢，此反電勢可達線圈額定電壓的，此反電勢可達線圈額定電壓的1020倍，易使線圈因過倍，易使線圈因過電壓而損壞。電壓而損壞。為此在激勵線圈上并聯(lián)一個放電電阻為此在激勵線圈上并聯(lián)一個放電電阻R。在線圈在線圈斷電時斷電時 ，該電阻與線圈形成一個放電電路，該電阻與線圈形成一個放電電路 ，使原，使原儲存于磁場中的能量儲存于磁場中的能量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成熱能消耗于電阻，不致產(chǎn)生熱能消耗于電阻，不致產(chǎn)生過電壓。過電壓。從降低過電壓出發(fā)，電阻宜小些，為解決這個矛盾，從降低

18、過電壓出發(fā)，電阻宜小些，為解決這個矛盾，可以與電阻串一個二極管使正常工作時放電電路不工作?？梢耘c電阻串一個二極管使正常工作時放電電路不工作。通常放電電阻可取線圈電阻的通常放電電阻可取線圈電阻的68倍。倍。直流電磁機構(gòu)適合于動作頻繁的場合，且吸合后直流電磁機構(gòu)適合于動作頻繁的場合，且吸合后電磁吸力大，工作可靠性好。電磁吸力大，工作可靠性好。（2）交流電磁機構(gòu)的吸力特性）交流電磁機構(gòu)的吸力特性若外加電壓不變，線圈的若外加電壓不變，線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻可忽略，則阻可忽略，則 當頻率當頻率f、匝數(shù)匝數(shù)N和電壓和電壓U均為常數(shù)時，均為常數(shù)時，為常數(shù)，為常數(shù)，由

19、式（由式（1-3）知）知F亦為常數(shù)，說明亦為常數(shù)，說明F與與大小無關(guān)。實際上考大小無關(guān)。實際上考慮到漏磁的作用，慮到漏磁的作用，F(xiàn)隨隨的減小略有增加。的減小略有增加。當氣隙當氣隙變化時，由于變化時，由于不變時由式（不變時由式（1-2）可知）可知IN將隨將隨Rm（亦即亦即）正比變化，正比變化，I與與呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。NfEU44444 4.=NfU44444 4.=（1-4）（1-5）由上述結(jié)論可看出，對于可靠性高或頻繁動作的控制由上述結(jié)論可看出，對于可靠性高或頻繁動作的控制系統(tǒng)一般采用直流電磁機構(gòu)，而不采用交流電磁機構(gòu)。一系統(tǒng)一般采用直流電磁機構(gòu)，而不采用交流電磁機構(gòu)。一般般U形交流電磁

20、機構(gòu)，在線圈通電而銜鐵尚未吸合瞬間，電流形交流電磁機構(gòu)，在線圈通電而銜鐵尚未吸合瞬間，電流將達到吸合后額定電流的將達到吸合后額定電流的56倍，倍，E形電磁機構(gòu)將達到形電磁機構(gòu)將達到1015倍。如果銜鐵卡住不能吸合或者頻繁動作，就可能燒倍。如果銜鐵卡住不能吸合或者頻繁動作，就可能燒毀線圈。毀線圈。由于鐵磁物質(zhì)有剩由于鐵磁物質(zhì)有剩磁，它使電磁機構(gòu)的激磁，它使電磁機構(gòu)的激勵線圈失電后仍有一定勵線圈失電后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的磁性吸力存在。剩磁的吸力隨氣隙的增大而的吸力隨氣隙的增大而減小。剩磁的吸力特性減小。剩磁的吸力特性如圖如圖1-5中曲線中曲線4。1.1.1.3 電磁機構(gòu)的反力特性電磁機構(gòu)

21、的反力特性 電磁機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分的靜阻力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反電磁機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分的靜阻力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性。阻力的大小與作用彈簧、摩擦阻力以及銜鐵質(zhì)量力特性。阻力的大小與作用彈簧、摩擦阻力以及銜鐵質(zhì)量有關(guān)。有關(guān)。電磁機構(gòu)使銜鐵釋放的力有兩種：電磁機構(gòu)使銜鐵釋放的力有兩種： 利用彈簧的反力利用彈簧的反力 利用銜鐵自身的重力利用銜鐵自身的重力F反反1K1x F反反2K2mg 反力特性曲線如反力特性曲線如圖圖1-5曲線曲線3所示。所示。1為電磁機構(gòu)為電磁機構(gòu)氣隙的初始值氣隙的初始值 2為動靜觸頭開始接觸為動靜觸頭開始接觸時的氣隙長度。這時觸時的氣隙長度。這時觸頭上的初壓力作用到銜頭上的初壓力作用

22、到銜鐵上，由于超行程機構(gòu)鐵上，由于超行程機構(gòu)的彈力作用，反力特性的彈力作用，反力特性在在2處有一突變。處有一突變。在在20的區(qū)域內(nèi)，氣隙的區(qū)域內(nèi)，氣隙越小，觸頭壓得越緊，越小，觸頭壓得越緊，反力越大。反力越大。1.1.1.4 電磁機構(gòu)吸力電磁機構(gòu)吸力特性與反力特性的配合特性與反力特性的配合電磁機構(gòu)在整個吸合過程中電磁機構(gòu)在整個吸合過程中，吸力需大于反力，吸力特性在，吸力需大于反力，吸力特性在反力特性的上方反力特性的上方,這樣觸頭才能閉這樣觸頭才能閉合接通電路。但也不能過大，否合接通電路。但也不能過大，否則會影響電器的機械壽命。則會影響電器的機械壽命。當切斷電磁機構(gòu)的激勵電流釋放銜鐵時，其反力特

23、性當切斷電磁機構(gòu)的激勵電流釋放銜鐵時，其反力特性必須大于剩磁吸力，才能保證銜鐵可靠釋放。必須大于剩磁吸力，才能保證銜鐵可靠釋放。 對于單相交流電磁機構(gòu)，由于磁通是交變的，當磁對于單相交流電磁機構(gòu)，由于磁通是交變的，當磁通過零時吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下通過零時吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開。磁通過零后吸力增大，當吸力大于反力時，銜將被拉開。磁通過零后吸力增大，當吸力大于反力時，銜鐵又吸合。由于交電源頻率的變化，銜鐵的吸力隨之每個鐵又吸合。由于交電源頻率的變化，銜鐵的吸力隨之每個周波二次過零，因而銜鐵產(chǎn)生強烈振動與噪聲，甚至使鐵周波二次過零，因而銜鐵產(chǎn)生強烈振

24、動與噪聲，甚至使鐵心松散。因此交流接觸器鐵心端面上都安裝一個銅制的分心松散。因此交流接觸器鐵心端面上都安裝一個銅制的分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），使鐵心通過兩個在時間上不相同的磁環(huán)（或稱短路環(huán)），使鐵心通過兩個在時間上不相同的磁通，矛盾就解決了。磁通，矛盾就解決了。 圖圖 1-6 加短路環(huán)后的磁通和電磁吸力圖加短路環(huán)后的磁通和電磁吸力圖（a a）磁通示意圖磁通示意圖 （b）電磁吸力圖電磁吸力圖 Ftt O O 1F1 2F2F電磁機構(gòu)的交變磁通穿過電磁機構(gòu)的交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面短路環(huán)所包圍的截面S2，在環(huán)中產(chǎn)生渦流在環(huán)中產(chǎn)生渦流此渦流產(chǎn)生的磁通此渦流產(chǎn)生的磁通2在相位上落后于截面在相位上落后

25、于截面S1中的磁通中的磁通1由由1、2產(chǎn)生吸力為產(chǎn)生吸力為F1+F2，只要此合力始終只要此合力始終超過其反力，銜鐵的振動超過其反力，銜鐵的振動現(xiàn)象就消失?，F(xiàn)象就消失。1.1.1.5 電磁機構(gòu)的輸入電磁機構(gòu)的輸入- -輸出特性輸出特性 x = 0 xc 時，時，y =0，當當 xxc 時時, y =1。x xc 時，時，y = 1，當當 x xf 時，時， y =0。xc吸合值，吸合值，xc 釋放值。釋放值。cfxx 返回系數(shù)返回系數(shù)電磁機構(gòu)激勵線圈的電壓或電磁機構(gòu)激勵線圈的電壓或電流為其輸入量電流為其輸入量x，銜鐵的位置為銜鐵的位置為其輸出量其輸出量y，y =f（x）稱為輸入稱為輸入-輸輸出特

26、性。這類矩形特性曲線統(tǒng)稱為出特性。這類矩形特性曲線統(tǒng)稱為繼電特性。繼電特性。1.1.2 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)低壓電器的執(zhí)行機構(gòu)一般由觸頭及其滅弧裝置組成。低壓電器的執(zhí)行機構(gòu)一般由觸頭及其滅弧裝置組成。1.1.2.1 觸頭觸頭觸頭（觸點）是電器的執(zhí)行部分，起接通和分斷觸頭（觸點）是電器的執(zhí)行部分，起接通和分斷電路的作用。觸頭通常由動、靜觸頭組合而成。電路的作用。觸頭通常由動、靜觸頭組合而成。觸頭的接觸形式有點接觸如球面對球面、球面對平面觸頭的接觸形式有點接觸如球面對球面、球面對平面等；線接觸如圓柱對平面、圓柱對圓柱等和面接觸如平面等；線接觸如圓柱對平面、圓柱對圓柱等和面接觸如平面對平面三種，如圖對平

27、面三種，如圖l-8所示。所示。 球形球形- -球形球形 球形球形- -平面平面它常用于小電流它常用于小電流的電器中，如接的電器中，如接觸器的輔助觸頭觸器的輔助觸頭或繼電器觸頭?；蚶^電器觸頭。 圓柱圓柱-平面平面 圓柱圓柱-圓柱圓柱多用于中等多用于中等容量的觸頭容量的觸頭，如接觸器，如接觸器的主觸頭的主觸頭開始接觸時，動靜觸頭在開始接觸時，動靜觸頭在A點點接觸，靠彈簧的壓力經(jīng)接觸，靠彈簧的壓力經(jīng)B點點滾到滾到C點（工作電）；斷開點（工作電）；斷開時作相反運動。這樣可以清時作相反運動。這樣可以清除觸頭表面的氧化膜。除觸頭表面的氧化膜。 平面平面-平面平面允許通過大電流。觸頭接觸允許通過大電流。觸頭

28、接觸表面上鑲有合金，以減小觸表面上鑲有合金，以減小觸頭接觸電阻和提高耐磨性，頭接觸電阻和提高耐磨性，多用于較大容量接觸器主觸多用于較大容量接觸器主觸頭。頭。 在常用繼電、接觸器中，觸頭的結(jié)在常用繼電、接觸器中，觸頭的結(jié)構(gòu)形式主要有單斷點指形和雙斷點橋式構(gòu)形式主要有單斷點指形和雙斷點橋式觸頭。觸頭。單斷點單斷點該觸頭的特點是只有一個斷該觸頭的特點是只有一個斷口，一般多用于接觸器的主觸頭?？冢话愣嘤糜诮佑|器的主觸頭。其優(yōu)點為：合、斷過程有滾滑運動，自動清除表其優(yōu)點為：合、斷過程有滾滑運動，自動清除表面的氧化物。可采用銅或銅基合金觸頭材料；觸頭接觸面的氧化物?？刹捎勉~或銅基合金觸頭材料；觸頭接觸壓

29、力大，電動穩(wěn)定性高；觸頭參數(shù)較易調(diào)節(jié)。壓力大，電動穩(wěn)定性高；觸頭參數(shù)較易調(diào)節(jié)。其缺點是：觸頭開距大，從而增大了電器體積；觸頭閉其缺點是：觸頭開距大，從而增大了電器體積；觸頭閉合時沖擊能量大，并有軟連接，不利于機械壽命的提高。合時沖擊能量大，并有軟連接，不利于機械壽命的提高。雙斷點橋式雙斷點橋式觸頭的優(yōu)點：具有兩個有效滅弧區(qū)域，觸頭的優(yōu)點：具有兩個有效滅弧區(qū)域，滅弧效果很好。小容量交流接觸器或繼電器采用這種觸頭滅弧效果很好。小容量交流接觸器或繼電器采用這種觸頭時，有利于熄?。挥|頭開距小，使電器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小時，有利于熄??；觸頭開距小，使電器結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。挥|頭閉合時沖擊能量小，無軟連接，有利

30、于提高機械壽；觸頭閉合時沖擊能量小，無軟連接，有利于提高機械壽命。命。缺點：觸頭不能自動凈化，觸頭材料必須用銀或缺點：觸頭不能自動凈化，觸頭材料必須用銀或銀基合金；每個觸頭的接觸壓力小，電動穩(wěn)定性較低；銀基合金；每個觸頭的接觸壓力小，電動穩(wěn)定性較低；觸頭參數(shù)不易調(diào)節(jié)。觸頭參數(shù)不易調(diào)節(jié)。 觸頭一般都是選用導(dǎo)電率高的金屬材料做成的，兩觸頭一般都是選用導(dǎo)電率高的金屬材料做成的，兩個金屬接觸面總是凹凸不平的，只有少數(shù)的點才能真正個金屬接觸面總是凹凸不平的，只有少數(shù)的點才能真正接觸上。當觸頭接通電路時，觸頭實際上通電截面很小接觸上。當觸頭接通電路時，觸頭實際上通電截面很小。此外，金屬在空氣中不免要氧化或

31、硫化，在其表面生。此外，金屬在空氣中不免要氧化或硫化，在其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的電阻率比金屬本體大得多成氧化膜或硫化膜，而后者的電阻率比金屬本體大得多，這都使得觸頭接觸處的電阻增大。此電阻稱為觸頭接，這都使得觸頭接觸處的電阻增大。此電阻稱為觸頭接觸電阻。希望接觸電阻盡量小些。接觸面積大、接觸壓觸電阻。希望接觸電阻盡量小些。接觸面積大、接觸壓力大、觸頭材料電阻率小、塑性形變好、表面光滑的觸力大、觸頭材料電阻率小、塑性形變好、表面光滑的觸頭接觸電阻較小。頭接觸電阻較小。 觸頭在從分離到閉合的接通過程中，經(jīng)常發(fā)生機械振觸頭在從分離到閉合的接通過程中，經(jīng)常發(fā)生機械振動，即觸頭的閉合動，即觸頭

32、的閉合-分離分離-再閉合過程的重復(fù)。再閉合過程的重復(fù)。觸頭閉合瞬間，動觸頭撞擊靜觸頭，動觸頭在反力作觸頭閉合瞬間，動觸頭撞擊靜觸頭，動觸頭在反力作用下被反彈，壓縮動觸頭彈簧被。一旦彈簧的張力大于反用下被反彈，壓縮動觸頭彈簧被。一旦彈簧的張力大于反作用力，動觸頭又被推向與靜觸頭接觸。這樣，動靜觸頭作用力，動觸頭又被推向與靜觸頭接觸。這樣，動靜觸頭又碰撞、反彈。但彈回的距離一次比一次小，直到彈跳完又碰撞、反彈。但彈回的距離一次比一次小，直到彈跳完全停歇，觸頭完全閉合。全停歇，觸頭完全閉合。除機械碰撞外，觸頭電流僅從兩觸頭間少數(shù)接觸除機械碰撞外，觸頭電流僅從兩觸頭間少數(shù)接觸點流過，形成收縮狀電流線，

33、觸頭間的收縮電流產(chǎn)生的點流過，形成收縮狀電流線，觸頭間的收縮電流產(chǎn)生的電動力也能導(dǎo)致觸頭振動，特別是當接通較大電流時，電動力也能導(dǎo)致觸頭振動，特別是當接通較大電流時，電動力的影響更加顯著。電動力的影響更加顯著。 觸頭的機械振動會使觸頭表面產(chǎn)生電氣磨損，當觸頭接觸頭的機械振動會使觸頭表面產(chǎn)生電氣磨損，當觸頭接觸表面有熔化的金屬時，一旦機械振動過程結(jié)束后，熔化了的觸表面有熔化的金屬時，一旦機械振動過程結(jié)束后，熔化了的金屬便因失去電弧產(chǎn)生的大量熱量而凝固，使動、靜觸頭粘在金屬便因失去電弧產(chǎn)生的大量熱量而凝固，使動、靜觸頭粘在一起，再也不能分開，而發(fā)生熔焊現(xiàn)象。適當增大觸頭彈簧的一起，再也不能分開，而

34、發(fā)生熔焊現(xiàn)象。適當增大觸頭彈簧的初壓力、減小觸頭質(zhì)量、降低觸頭的接通速度都可減少振動。初壓力、減小觸頭質(zhì)量、降低觸頭的接通速度都可減少振動。 為了減小接觸電阻及減弱接觸頭的振動，需要在觸為了減小接觸電阻及減弱接觸頭的振動，需要在觸頭間加一定的壓力。此壓力一般由彈簧產(chǎn)生。頭間加一定的壓力。此壓力一般由彈簧產(chǎn)生。當動觸頭與靜觸頭剛接觸時，由當動觸頭與靜觸頭剛接觸時，由于安裝時動觸頭的彈簧已經(jīng)被預(yù)壓了于安裝時動觸頭的彈簧已經(jīng)被預(yù)壓了一段，因而產(chǎn)生一個初壓力一段，因而產(chǎn)生一個初壓力FC，初壓初壓力削弱接觸振動，通過調(diào)節(jié)觸頭彈簧預(yù)力削弱接觸振動，通過調(diào)節(jié)觸頭彈簧預(yù)壓縮量來增減。壓縮量來增減。觸頭閉合后彈

35、簧在運動機構(gòu)作用下觸頭閉合后彈簧在運動機構(gòu)作用下被進一步壓縮，運動機構(gòu)運動終止時，被進一步壓縮，運動機構(gòu)運動終止時，彈簧產(chǎn)生終壓力彈簧產(chǎn)生終壓力FZ。終壓力減小接觸終壓力減小接觸電阻。電阻。彈簧被進一步壓縮的距離彈簧被進一步壓縮的距離l稱為觸頭的超程，超程越大稱為觸頭的超程，超程越大終壓力亦越大。有了超程，使觸頭在被磨損的情況下仍終壓力亦越大。有了超程，使觸頭在被磨損的情況下仍具有一定的接觸壓力，使之能繼續(xù)正常工作。具有一定的接觸壓力，使之能繼續(xù)正常工作。 滅弧裝置滅弧裝置 兩個觸頭之間的接觸，本質(zhì)上說是兩個觸頭之間的接觸，本質(zhì)上說是許多個點的接觸。因此，在兩個觸頭分許多個點的接觸。因此，在兩

36、個觸頭分開時開時 ，勢必最終要出現(xiàn)只，勢必最終要出現(xiàn)只有一個有一個點在接觸的現(xiàn)象，此時該點處的電流密度可達點在接觸的現(xiàn)象，此時該點處的電流密度可達103108Acm2，致使觸頭金屬熔化，并隨著觸頭的互相分離形成高溫金致使觸頭金屬熔化，并隨著觸頭的互相分離形成高溫金屬液橋。屬液橋。金屬液橋被拉斷，觸頭才能完全分開，這時在斷口金屬液橋被拉斷，觸頭才能完全分開，這時在斷口處立即產(chǎn)生電弧，隨著觸頭的分離，電弧被熄滅，相應(yīng)的處立即產(chǎn)生電弧，隨著觸頭的分離，電弧被熄滅，相應(yīng)的電路才被斷開。電路才被斷開。（1 1）電弧的產(chǎn)生電弧的產(chǎn)生 電弧實際上是一種氣體放電現(xiàn)象，就是氣體中有大量的電弧實際上是一種氣體放電

37、現(xiàn)象，就是氣體中有大量的帶電質(zhì)點作定向運動。帶電質(zhì)點作定向運動。當觸頭分離的瞬間，動、靜觸頭的間隙很小，電路當觸頭分離的瞬間，動、靜觸頭的間隙很小，電路電壓幾乎全部降落在觸頭之間，在觸頭間形成很高的電電壓幾乎全部降落在觸頭之間，在觸頭間形成很高的電場強度，以致發(fā)生場發(fā)射。場強度，以致發(fā)生場發(fā)射。發(fā)射的自由電子在電場作用下向陽極加速運動。高發(fā)射的自由電子在電場作用下向陽極加速運動。高速運動的電子撞擊氣體原子時產(chǎn)生速運動的電子撞擊氣體原子時產(chǎn)生“撞擊電離撞擊電離” 。電離出的電子在向陽極運動過程中又將撞擊其它原子，電離出的電子在向陽極運動過程中又將撞擊其它原子，使其它原子電離。撞擊電離的正離子則向

38、陰極加速運動，撞使其它原子電離。撞擊電離的正離子則向陰極加速運動，撞在陰極上會使陰極溫度逐漸升高，到達一定溫度時，會發(fā)生在陰極上會使陰極溫度逐漸升高，到達一定溫度時，會發(fā)生“熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射” 。在高溫下，觸頭間的氣體原子已很高的速度做不規(guī)則運在高溫下，觸頭間的氣體原子已很高的速度做不規(guī)則運動并相互劇烈撞擊，結(jié)果原子也將造成電離，稱為動并相互劇烈撞擊，結(jié)果原子也將造成電離，稱為“熱游離熱游離” 。撞擊電離、熱電子發(fā)射、熱游離的結(jié)果，在觸頭間撞擊電離、熱電子發(fā)射、熱游離的結(jié)果，在觸頭間隙中形成了熾熱的電子流即電弧。隙中形成了熾熱的電子流即電弧。顯然，電壓越高、電流越大，即電弧功率越大、弧區(qū)顯然，電壓越高、電流越大，即電弧功率越大、弧區(qū)溫度越高、游離程度越烈，電弧亦越強。溫度越高、游離程度越烈，電弧亦越強。 伴隨著電離的進行也存在著消電離的現(xiàn)象。消電離主伴隨著電離的進行也存在著消電離的現(xiàn)象。消電離主要是通過正質(zhì)點的復(fù)合進行的。溫度越低，帶電質(zhì)點運動越要是通過正質(zhì)點的復(fù)合進行的。溫度越低，帶電質(zhì)點運動越慢，越容易復(fù)合。慢，越容易復(fù)合。帶電觸頭的分斷過程就是電弧形成及抑制的過程。帶電觸頭的分斷過程就是電弧形成及抑制的過程。電弧產(chǎn)生后，伴隨高溫產(chǎn)