第一章常用低壓電器緒論(2011年12月9日)

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)電氣控制與PLC應用電氣控制系統(tǒng)是以配電電器和控制電器采用硬接線的方式構成的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，在可編程控制器出現以前，傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域占主導地位，由此構成的控制系統(tǒng)都是按預先設定好的時間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，改造周期長，成本高，因此，其通用性和靈活性較差。

可編程控制器（ProgrammableLogicalController，簡稱PLC）是綜合了計算機技術、電氣控制技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，在工業(yè)生產過程自動控制領域得到廣泛的應用。無論是國外引進的自動化生產線，還是自行設計的自動控制系統(tǒng)，都廣泛采用單臺或多臺可編程控制器組成。所以，掌握PLC技術，是改造傳統(tǒng)生產工藝和設備的重要途徑。

PLC是電氣控制的發(fā)展，但PLC并不能完全取代傳統(tǒng)電氣控制，對于一些大型的電機控制還是采用電氣控制。同時，學習電氣控制也是學習PLC的基礎，因此電氣控制的學習也是非常重要的。

《電氣控制與PLC應用》是我們機電專業(yè)核心主干課程之一，也是一門實踐性很強的綜合控制技術課程。本門課包含低壓電器和電氣控制的基本知識、PLC控制系統(tǒng)組成結構、指令應用、程序設計和系統(tǒng)設計等部分。課程的主要任務是：1、熟悉常用的低壓電器元件（結構、原理、參數、符號、選用方法）。2、針對電動機的各種起動、制動、調速方法，研究控制線路的構成和原理（典型控制環(huán)節(jié)）。3、分析典型電器控制線路的工作原理。4、掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)的一般設計內容和方法。5、學習掌握PLC原理及應用技術。6、應用PLC進行簡單的控制系統(tǒng)設計。達到：懂原理、會分析、能維護、會簡單設計。（三字：懂、會、能）常用低壓電器1．1低壓電器概述一、電氣、電器：電氣：以電能、電氣設備、電氣技術手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間環(huán)境的一門科學。電氣設備是強電設備，電子設備是弱電設備。電器：在電能的生產、輸送、分配、應用中，實現對電路的切換、控制、保護、檢測及調節(jié)的電氣設備，均稱為電器。簡言之，電器就是一種能控制電路的設備。低壓電器：工作在交流額定電壓1200V及以下，直流額定電壓1500V及以下的電氣線路中，起通斷、保護、控制或調節(jié)等功能的電氣設備?？刂齐娖鳎悍彩歉鶕饨缣囟ǖ男盘柡涂刂埔?，自動或手動地接通或斷開電路、斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數，從而實現對電路控制的電器，稱為控制電器。比如說接觸器、開關、電磁鐵等等。注：電氣、電器的區(qū)別：（可以提問）1、電器的范圍要陜隘一些，而電氣則更為寬泛。凡是與電有關的一切相關事物均可能用電氣來表述。而電器設備一般是指保證用電設備與電網接通或斷開的開關器件；2、電器側重于個體，是元件和設備；而電氣則涉及到整個系統(tǒng)或系統(tǒng)集成；3、電器是實物詞，它是指一種具體物質，如電視機、洗衣機等。而電氣是一種專業(yè)、一種行業(yè)，不具體指某種產品；當然，電氣也是一種技術，如電氣自動化專業(yè)（包括工廠電氣、建筑電氣等）。二、低壓電器的分類：1、按控制對象分類：配電電器：用于低壓配電系統(tǒng)中或電力控制系統(tǒng)中，如斷路器、刀開關低壓控制電器：用于電力拖動及自動控制系統(tǒng)中，如接觸器、繼電器等。2、按動作性質或操作方式分類：自動電器：按照電信號或非電信號的變化而自動動作的電器；如接觸器、繼電器手動電器：由人工操作而動作的電器；如刀開關、按鈕3、按有無觸點分類：有觸點電器：繼電器、接觸點等無觸點電器：固態(tài)繼電器SSR（SolidStateRelays）4、按工作電壓分類：直流電器、交流電器5、按所起作用分類：1）控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。如手動電器有轉換開關、按鈕開關等，自動電器有接觸器、繼電器等。2）配電電器用于電能的輸送和分配，如斷路器3）主令電器用于發(fā)送控制指令以控制其它電器的動作。如按鈕、主令開關等。4）執(zhí)行電器用于完成某種動作或傳送功能的電器，如電磁鐵，電磁離合器，等。5）保護電器用于對電路或電氣設備進行安全保護等。如熔斷器、熱繼電器等。三、常用低壓電器：三、電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展19世紀末，電機技術開始產生并應用，20世紀20年代初逐步取代蒸汽機，成為主要動力。電氣控制技術是針對電動機的控制技術，伴隨著電機制造和應用發(fā)展起來。以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現生產過程自動化的控制技術。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應用，是實現工業(yè)生產自動化的重要技術手段。隨著科學技術的不斷發(fā)展、生產工藝的不斷改進，特別是計算機技術的應用，新型控制策略的出現，不斷改變著電氣控制技術的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從笨重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微計算機為中心的網絡化自動控制系統(tǒng)?，F代電氣控制技術綜合應用了計算機技術、微電子技術、檢測技術、自動控制技術、智能技術、通信技術、網絡技術等先進的科學技術成果。繼電器—接觸器控制系統(tǒng)至今仍是許多生產機械設備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學習更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，由于其控制方式是斷續(xù)的，故稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。它具有控制簡單、方便實用、價格低廉、易于維護、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于其接線方式固定，靈活性差，難以適應復雜和程序可變的控制對象的需要，且工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。以軟件手段實現各種控制功能、以微處理器為核心的可編程控制器PLC，是20世紀60年代誕生并開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有通用性強、可靠性高、能適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學、易于掌握，體積小、維修工作少、現場連接安裝方便等一系列優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應用于冶金、采礦、建材、機械制造、石油、化工、汽車、電力、造紙、紡織、裝卸、環(huán)保等各個行業(yè)的控制中。在自動化領域，可編程控制器與CAD/CAM、工業(yè)機器人并稱為加工業(yè)自動化的三大支柱，其應用日益廣泛。可編程控制器技術是以硬接線的繼電器—接觸器控制為基礎，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計時、計數，又有運算、數據處理、模擬量調節(jié)、聯(lián)網通信等功能的控制裝置。它可通過數字量或者模擬量的輸入、輸出滿足各種類型機械控制的需要?？删幊炭刂破骷坝嘘P外部設備，均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，又易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破饕殉蔀樯a機械設備中開關量控制的主要電氣控制裝置。20世紀30年代繼電接觸器控制系統(tǒng),60年代末矩陣式順序控制器（PLC）80年代末以來可編程控制器（PC）分布式（集散式）控制系統(tǒng)（DCS） 數控裝置（CNC）激光加工機（laser）柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS注：幾個知名的國際、同內低壓電器生產廠家1、國內：正泰、德力西正泰的發(fā)展史，既是一家民營企業(yè)的創(chuàng)業(yè)史，更是一部中國自主品牌的成長史。二十余年勵精圖治，正泰一步步向國際化邁進。起步與積累階段（1984年～1990年）1984年7月創(chuàng)立“求精開關廠”（正泰集團與德力西集團的前身）。從5萬元起家，本著“精益求精”的精神，依靠質量和信譽求得生存，完成原始資本積累，為企業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。定向發(fā)展階段（1991年～1993年）1991年建立中美合資有限公司，引進國外先進技術和設備，充分利用合資企業(yè)的優(yōu)惠政策，發(fā)展壯大企業(yè)實力，并確立了電器專業(yè)化發(fā)展方向。標志性的事件是1993年9月正泰首棟辦公大樓落成，提出“重塑溫州電器新形象”的口號。規(guī)模擴張與集團化經營階段（1994年～1996年）1994年2月，成立國內低壓電器行業(yè)第一家企業(yè)集團。以資本為紐帶，以市場為導向，以產品為龍頭，以品牌為中心，橫向聯(lián)合，走上規(guī)模經濟之路，使企業(yè)迅速發(fā)展壯大。集團化向控股（集團）公司過渡階段（1997年～2002年）1997年7月21日，集團內首家規(guī)范的股份有限公司“浙江正泰電器股份有限公司”經浙江省人民政府批準成立。以此為契機，對集團所屬企業(yè)進行股份制改造，組建股份有限公司和有限責任公司，按照現代企業(yè)制度的要求發(fā)展企業(yè)，并向國際化企業(yè)邁進。提升與跨越階段（2003年至今）確立“打造國際性電氣制造基地”目標，逐步形成柳市為低壓、儀表和建筑電器制造基地，上海為高壓輸配電設備制造基地、嘉興為輸配電配套設備基地，杭州為工業(yè)自動化和太陽能生產基地的“長三角布局”。自主創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展主旋律，先后獲得各種國內外專利200多項，領銜和參與制訂各種行業(yè)標準30多項。同時，加快企業(yè)上市工作，推進資本經營與產品、產業(yè)經營同步發(fā)展，互為促進。集團概況發(fā)展戰(zhàn)略面對經濟全球化的浪潮，實施“國際化、科技化、產業(yè)化”戰(zhàn)略，完成了由低壓向高壓、由元器件向成套、由傳統(tǒng)工業(yè)電器制造向自動化、新能源領域、由電氣制造業(yè)向系統(tǒng)集成方向發(fā)展的歷史性突破。我們期待，在未來世界電氣領域里，有一個響亮的品牌來自中國，她的名字叫--正泰！技術研發(fā)精良設備正泰技術研發(fā)已形成了以集團技術開發(fā)中心、專業(yè)技術處為主體的多層次開放式技術開發(fā)網絡和集科研、教育、培訓、開發(fā)為一體的“科技鏈”。使產品開發(fā)從“跟隨型”向“領先型”發(fā)展。正泰在民營企業(yè)中率先建立了國家級的技術研發(fā)中心、理化測試中心、計量中心和低壓電器檢測中心等，為企業(yè)的技術創(chuàng)新提供了良好的硬件保證。同時，形成了以溫州為基地、上海為中心、北京和美國硅谷為龍頭、相關科研院、所為依托的多層次開放式的信息網絡和技術研發(fā)體系。為推進科技進步，集團出臺了《關于加快技術進步的若干規(guī)定》，規(guī)定每年以銷售收入的5%用于研發(fā)。定期召開科技大會，重獎科技進步有功人員。正泰集團堅持走技術興企之路，自主創(chuàng)新，不斷加大技術研發(fā)力度，碩果累累。目前，共獲發(fā)明專利、實用新型、外觀專利等專利200多項。德力西電氣座落在“中國電器之都”――浙江省樂清市，公司于2007年11月16日正式成立，總投資額為18億人民幣，擁有員工7000余名，占地84431平方米。公司主要生產小型斷路器、塑殼斷路器、空氣斷路器、漏電保護器、接觸器、繼電器、等低壓電器產品，銷售覆蓋中國地區(qū)及海外市場。德力西電氣集團有限公司是一個集資本營運、品牌營運、產業(yè)營運為一體的大型集團，注冊資本20億元。集團公司現有員工20000余人，綜合實力榮登，位居中國民營企業(yè)500強前列。主要產業(yè)有電氣制造、LED光電、能源礦業(yè)、PE投資、綜合物流等。主要下屬企業(yè)有：、上海、三地的德力西電氣制造基地，鑫德國際礦業(yè)集團有限公司，上海龍德芯光電股份有限公司，德力西新疆投資集團有限公司，德信豐益資本管理中心（有限合伙），德力西集團再生資源物流有限公司，、南陽德美奧翔置業(yè)有限公司等。德力西的電氣制造，二十多年來一直是我國電氣行業(yè)的龍頭企業(yè)，擁有溫州、杭州、上海三大生產基地，下屬企業(yè)70多家，協(xié)作企業(yè)1000多家，在國內外設有銷售網點1600多家。德力西積極導入，堅持以質量創(chuàng)品牌，先后獲得了、中國名牌產品、等榮譽。德力西十分重視科技創(chuàng)新，不斷為客戶提供優(yōu)質產品和服務，產品成功助飛“神舟五號”、“神舟六號”、“神舟七號”和“嫦娥一號”，走出了一條科技的創(chuàng)新發(fā)展之路。德力西不僅成立了，引進多名博士攻關前沿課題，還擁有全國同行業(yè)生產企業(yè)首家國家。德力西還把技術創(chuàng)新作為轉型升級的突破口，科研實力不斷增強；4家企業(yè)被認定為“”，專利總數累計達285項，獲得3項國家科技進步獎。德力西還與施耐德電氣公司，成立了德力西電氣有限公司。德力西電氣不僅成功融合了中西方先進的管理理念，銷售、利潤大幅增長，還實現高端突破，建成了德力西電氣工業(yè)園。德力西通過與施耐德成功合資，向外界展示了一個中國民營企業(yè)現代式升級的歷程。德力西努力實踐“德報人類，力創(chuàng)未來”的主題理念，累計向社會捐款捐物達1億多元，用于扶貧濟困，支持教育、慈善、環(huán)保等事業(yè)。德力西獲得了中華慈善突出貢獻獎。企業(yè)文化德力西積極創(chuàng)建學習型組織，不斷豐富企業(yè)文化，建立了獨具特色的，獲得“全國文明單位”、“”等稱號。董事局主席帶頭學習，不斷“充電”，獲得博士學位和高級經濟師職稱，先后出版了《財富與責任》等三部理論專著。德力西把企業(yè)文化作為企業(yè)靈魂，塑造“團結、求實、創(chuàng)新、發(fā)展”的企業(yè)精神，獲得溫州優(yōu)秀民企文化特別貢獻獎。公司的特色鮮明，被中宣部確定為全國基層先進典型。德力西還獲得了全國質量管理先進企業(yè)、全國用戶滿意企業(yè)、全國守合同重信用企業(yè)、全國檔案工作優(yōu)秀集體等50多項省級以上榮譽。集團董事局主席胡成中先后獲得優(yōu)秀事業(yè)建設者、全國優(yōu)秀企業(yè)改革家、勞動模范，并當選全國政協(xié)委員，全國工商聯(lián)常委，、企業(yè)家協(xié)會副會長，企業(yè)聯(lián)合會副會長等。德力西取得的輝煌業(yè)績，引起了黨和國家領導人及社會各界的密切關注。、江澤民、吳邦國、、賈慶林、李長春、、李克強、、周永康等黨和國家領導人曾親臨德力西視察或接見德力西負責人。殷殷關懷，給了德力西全體員工極大的鼓舞和鞭策。德力西的發(fā)展戰(zhàn)略是：堅持科學發(fā)展，實行戰(zhàn)略管理，提升打造先進制造業(yè)、高科技產業(yè)、能源礦業(yè)三大核心產業(yè)，鞏固原有產業(yè)，努力建設一個具有強大國際競爭力的卓越企業(yè)。四、主要技術指標：1、絕緣強度：電器元件觸頭處于分斷狀態(tài)時，動觸頭之前耐受的電壓值（無擊穿或閃爍現象）。2、耐潮濕性能：保證電器可靠工作的允許環(huán)境潮濕條件。3、極限允許溫升：通過電流時將引起發(fā)熱和溫升。極限允許溫升是為防止過度氧化和燒熔而規(guī)定的最高溫升值。4、操作頻率：單位時間允許操作的最高次數（1h）。5、壽命：電壽命和機械壽命。1．2低壓電器的電磁機構與執(zhí)行機構低壓電器一般都有兩個基本部分。一是感受部分，它感受外界的信號，做出有規(guī)律的反應。在自控電器中，感受部分大多由電磁機構組成；在手控電器中，感受部分通常為操作手柄。另一個是執(zhí)行部分，如觸點連同滅弧系統(tǒng)，它根據指令進行電路的接通或切斷。電磁式低壓電器是電氣控制系統(tǒng)中最常見的低壓電器，它的基本結構一般是由電磁機構、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置三部分組成。其中，觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置為低壓電器的執(zhí)行機構。它的基本工作原量是將電能轉化為機械能，帶動觸頭動作。電磁機構：電器的感測與控制部分接受外界輸入的信號，并通過轉換、放大、判斷，作出有規(guī)律的反應，使執(zhí)行部分動作，輸出相應的指令，實現控制的目的。對于有觸點的電磁式電器，感測與控制部分大都是電磁機構，而執(zhí)行部分則是觸點系統(tǒng)。電磁機構的作用是將電磁能轉換成機械能，帶動觸點系統(tǒng)使之閉合或斷開。電磁機構由吸引線圈和磁路兩部分組成。其中，吸引線圈可分為直流線圈和交流線圈兩種，并有各種電壓等級。磁路包括鐵心（靜觸點）、銜鐵（動觸點）、鐵軛和空氣隙。電磁機構的結構形式有多種分類，常見結構如圖1.2所示。按鐵心形狀分：U型、E型、O型；按銜鐵動作分：直動式（一般用于中小容量的交流接觸器和繼電器中）；轉動拍合式分兩種，一種是沿棱角轉動的拍合式，由于磨損較小，鐵心一般用軟鐵制成，適用于直流繼電器和接觸器），另外一種是沿軸轉動的拍合式，鐵心一般由硅鋼片疊成，常用于較大容量的交流接觸器）。按吸引線圈通電電流線圈分：直流線圈、交流線圈。圖1.2電磁機構\a—直動式電磁機構a—拍合式電磁機構1—銜鐵2—鐵心3—線圈A、電磁機構的工作原理：（一）、吸力特性與反力特性作用在銜鐵上的力有兩個：電磁吸力、反力。電磁機構的工作原理常用吸力特性、反力特性來描述。吸力特性：電磁吸力與氣隙的關系曲線；首先分析一下吸力特性、反力特性以及兩者之間的配合關系。電磁機構的吸力F可近似地按下式求得：（1.1）式中：μ0=4π×10-7H/m，B為氣隙磁感應強度，S為磁極截面積。當S為常數時，F與B2成正比，也可認為F與Φ2成正比（B=Φ/S），即(1.2)注：μ0為真空的磁導率（μ，磁導率；磁感應強度B=μH；H為磁場強度，通過實驗測出；當外磁場增大到一定程度后，B飽合，所以μ隨勵磁電流的變化而變化）磁通勢F（F=NI，線圈匝數N與電流I的積稱為磁通勢）、磁通Φ、磁阻RM白（RM =L/μS）分別相當于電路中的電動勢、電流、電阻。、常用公式：Φ=BS；Hl=NI(L為磁鐵的長度，N線較匝數，I為勵磁電流)；Φ=F/RM對于具有直流電壓線圈的電磁機構，線圈中通入的是恒定的直流電流，在外加電壓和線圈電阻一定的條件下其電流值I也一定，可以認為線圈電流與磁路的氣隙大小無關，只與線圈電阻和外加電壓有關。因外加電壓和線圈電阻不變，則通過線圈的電流為常數，根據磁路定律(1.3)(1.4)即直流電磁機構的吸力F與氣隙的平方成反比，故吸力特性為二次曲線形狀，如圖1-3所示。它表明銜鐵閉合前后吸力變化很大，氣隙越小吸力越大。當銜鐵剛起動時,氣隙最大,磁感應強度小,吸力最小;當銜鐵完全吸合后,氣隙最小,磁感應強度較大,吸力最大。圖1-3直流電磁機構的吸力特性對于具有交流電壓線圈的電磁機構，其吸力特性與直流電磁機構有所不同。設外加電壓不變，交流吸引線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻可忽略，則(1.5)(1.6)當頻率f、匝數N和電壓U均為常數時，Φ為常數，由式(1.1)可知,F亦為常數，說明F與δ大小無關。實際上由于漏磁通的存在，F隨著δ的減小略有增加。當氣隙δ變化時，吸引線圈的阻抗會跟著變化（解釋：氣隙大時，磁阻大，線圈感抗小，磁感應強度小，電流大；氣隙小時，磁阻小，線圈感抗大，磁感應強度大，電流?。?，則吸引線圈的電流I也會跟著變化。如忽略線圈電阻，則可近似地認為I與δ呈線性關系，圖1-4交流電磁機構的吸力特性對于一般的交流電磁機構，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幾倍甚至十幾倍（一般5~6倍，E型為10~15倍）。如果銜鐵卡住不能吸合，或者頻繁開合動作，就可能燒毀線圈。這就是對于可靠性高或頻繁動作的控制系統(tǒng)采用直流電磁機構，而不采用交流電磁機構的原因。反力特性：電磁機構運動部分的靜阻力與氣隙的關系曲線（書上的概念是使銜鐵釋放的力與氣隙之間的關系曲線）；靜阻力的大小與作用彈簧、摩擦阻力以及銜鐵質量有關。相對應的，要使銜鐵釋放的力有兩種：一是利用彈簧的反力，另外就是利用銜鐵的自重。反力特性與吸力特性之間的配合關系如圖1-5所示。欲使電磁銜鐵可靠吸合，在整個吸合過程中，吸力需大于反力，這樣才能保證執(zhí)行機構可靠動作。反力特性曲線如圖1-5中曲線3所示，直流與交流電磁機構的吸力特性分別如曲線1和2所示。在δ1～δ2的區(qū)域內，反力隨氣隙減小略有增大。到達δ2位置時，動觸點開始與靜觸點接觸，這時觸點上的初壓力作用到銜鐵上，反力驟增，曲線突變。后在δ2到0的區(qū)域內，氣隙越小，觸點壓得越緊，反力越大，線段較δ1～δ2段陡。為了保證吸合過程中銜鐵能正常閉合，吸力在各個位置上必須大于反力，反映在圖1-5上就是要保證吸力特性高于反力特性。吸力大于反力程度應適中，不能過大，過大將導致接觸時沖擊力大，引起觸頭熔焊或燒毀，影響電器的機械壽命。過小導致銜鐵運動速度小、難以滿足高操作頻率的要求。上述特性對于有觸點電磁式電器都適用。在使用中常常調整反力彈簧或觸點初壓力以改變反力特性，就是為了使之與吸合特性良好配合。注：δ1為起始位置；δ2為動、靜觸頭接觸時的位置二、觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)是電磁式電器件的執(zhí)行部件，用來接通或斷開被控制電路。必須具有良好的接觸導電性能，應考慮其材質和結構設計。（一）、觸頭系統(tǒng)的分類：1、按觸頭控制的電路分：主觸頭（接通和斷開主電路，允許通過較大的電流）輔助觸頭（接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流）2、按觸頭原始狀態(tài)分：常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）（二）、觸頭系統(tǒng)的結構形式：圖1-6(a)點接觸(b)面接觸(c)線接觸圖1-6(a)點接觸(b)面接觸(c)線接觸（三）、觸頭系統(tǒng)的電阻：不僅與觸頭的結構形式有關，還與接觸壓力、觸頭材料、觸頭表面狀況有關。理想狀態(tài)下：觸點閉合，接觸電阻為零；觸點斷開，接觸電阻為無窮大。由于觸點表面的不平和氧化層的存在，兩個觸點的接觸處有一定的電阻。為了減小此接觸電阻，需在觸點間加一定壓力。觸點未動作時的位置如1-7（a）所示，當動觸點剛與靜觸點接觸時，由于安裝時彈簧被預先壓縮了一段，因而產生一個初壓力F1，如圖1-7（b）所示，觸點閉合后由于彈簧在超行程內繼續(xù)變形而產生一個終壓力F2，如圖1-7（c）所示。彈簧壓縮的距離L稱為觸點的超行程，即從靜、動觸點開始接觸到觸點壓緊，整個觸點系統(tǒng)向前壓緊的距離。有了超行程，在觸點磨損情況下仍具有一定壓力，有利于保持良好接觸。當然，磨損嚴重時仍應及時更換。圖1-7觸點位置示意圖（四）、觸頭系統(tǒng)的材質：對于電流容量較小的電器，如機床電氣控制線路所應用的接觸器、繼電器等，常采用銀質材料作觸頭，其優(yōu)點是銀的氧化膜電阻率與純銀相近，與其他材質（比如銅）相比，可以避免因長時間工作，觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成觸頭接觸電阻增大。滅弧裝置（一）電弧的產生：當電器觸點切斷電路時，如果電路中電壓超過10~12V（書上是12V~20V）和電流超過80~100mA（書上是250mA~1A），在拉開的兩個觸頭之間將出現強烈火花，這實際上是一種氣體放電的現象，通常稱為“電弧”。電弧產生有四個物理過程：1、強電場放射。觸點在分離瞬間，其間隙很小，電路電壓大多降落在觸點之間，在觸點間形成很強的電場。強電場將觸頭陰極表面的自由電子拉出到氣隙中，使觸頭間隙中存在較多電子，這就是強電場放射。2、撞擊電離。觸頭間隙中的自由電子在電場作用下，向正極加速運動。前進途中撞擊氣體原子，該原子分裂成電子和正離子。電子在向正極運動過程中又將撞擊其他原子，使觸頭間的電苛越來越多，這種現象叫撞擊電離。3、熱電子發(fā)射。撞擊電離的正離子向陰極運動，撞在陰極上會使陰極溫度逐漸升高。當陰極溫度到達一定程度時，一部分電子將從陰極逸出再參與撞擊電離。由于高溫使電極發(fā)射電子的現象叫熱電子發(fā)射。4、熱游離。當電弧的溫度達到3000℃或更高時，觸點間的原子以很高的速度作不規(guī)則的運動并相互劇烈撞擊，結果原子也將產生電離，這種因高溫使原子撞擊所產生的電離稱為熱游離。

強電場發(fā)射、撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結果，在兩觸點間呈現大量向陽極飛馳的電子流，這就是所謂的電弧。

應當指出，伴隨著電離的進行也存在著消電離的現象。消電離主要是通過正、負帶電粒子的復合進行的。溫度越低，帶電粒子運動越慢，越容易復合。

根據上述電弧產生的物理過程可知，欲使電弧熄滅，應設法降低電弧溫度和電場強度，以加強消電離作用。當電離速度低于消電離速度，則電弧熄滅。根據上述滅弧原則，常用的滅弧裝置有磁吹式滅弧、滅弧柵、滅弧罩、多斷點滅弧幾種。

在交流電路中常采用橋式觸點，橋式觸點有兩處斷開點，相當于兩對電極，若有一處斷點要使電弧熄滅后重燃需要150~250V，現有兩處斷點就需要300~500V，所以對于小容量交流電器，采用橋式觸點已能達到滅弧效果，勿需另加滅弧裝置。若有特殊需要時，根據需要可靈活地將二個或三個極串聯(lián)起來當做一個觸點使用，這組觸點便成為多斷點，加強了滅弧效果。1）機械性拉弧分斷觸點時，迅速增加電弧長度，使單位長度內維持電弧燃燒的電場強度不夠而熄弧。2）窄縫滅弧依靠磁場的作用，將電弧驅入耐弧材料制成的窄縫中，以加快電弧的冷卻,這種滅弧裝置多用于交流接觸器。3）柵片滅弧電弧被推入彼此絕緣的多組鍍銅薄鋼片（柵片）中，分割成多組串聯(lián)的短弧,每段電弧電壓變小。兩個柵片間電壓必須有150~250V，電弧才能重燃。解釋：可以把滅弧柵想像成一整塊軟鐵，電弧是流過恒穩(wěn)電流的導線，這樣不影響分析。應用右手螺旋定則，導線產生同心圓磁場，磁力線穿過軟鐵塊，軟鐵塊被磁化，磁化軟鐵塊的NS極記住，由于鐵被磁化，其產生磁場有獨立性，即使導線移出也不變，在此磁場作用下，導線的受力方向，應用左手定則，有難度的只是想像軟鐵NS極之間的磁力線，受力方向指向軟鐵。

實際的滅弧柵，時變的電弧不影響分析結果。交流接觸器的柵片滅弧原理是由于觸點上方的鋼片柵片磁阻很小，電弧上部磁通大都進入柵片，使電弧周圍空氣中的磁場分布形式上疏下密，將電弧拉入滅弧柵。電弧被柵片分割多若干短弧。4）磁吹式滅弧電弧在磁場中受力，急速進入滅弧罩，電弧被拉長并受到冷卻而很快被熄滅。其利用電弧本身電流，電弧電流越大，吹弧能力越強，廣泛應用于直流滅弧裝置中。1．3配電電器（用于低壓供配電系統(tǒng)中，如低壓斷路器、低壓隔離器）一、低壓斷路器：低壓斷路器又稱自動空氣開關，是一種既有手動開關作用又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護的開關電器。它相當于把手動開關、電壓繼電器、熱繼電器、電流繼電器等組合在一起構成的一種電器元件。主要用于供電控制、電機的不頻繁啟、?？刂坪捅Ｗo，它是在低壓電路中應用非常廣泛的一種保護電器。結構、工作原理和符號結構：由觸頭系統(tǒng)、操作機構和保護元件三大部分組成。它的觸點系統(tǒng)與接觸器的觸點系統(tǒng)相似，主觸頭由耐弧合金（如銀鎢合金）制成，較大容量的還采用滅弧柵片滅弧，具有直接斷開負荷主回路的能力。各種保護元件實質就是各種脫扣器，不僅具有作為短路保護的過電流脫扣器，還具有作為長期過載保護的熱脫扣器，還有失壓保護脫扣器。11—主彈簧2—主觸頭3—鎖鏈4—搭扣5—軸6—電磁脫扣器7—杠桿8—電磁脫扣器銜鐵9—彈簧10—欠壓脫扣器銜鐵11—欠壓脫扣器12—雙金屬片13—熱元件低壓斷路器符號低壓斷路器符號低壓斷路器的工作原理如下：主觸點2串聯(lián)在被控制的電路中。將操作手柄扳到合閘位置時，搭扣4勾住鎖鏈3，主觸頭2閉合，電路接通。由于觸頭的連桿被鎖鏈3鎖住，使觸頭保持閉合狀態(tài)，同時主彈簧被拉長，為分斷作準備。瞬時過電流脫扣器（電磁脫扣器）6的線圈串聯(lián)于主電路，當電流為正常值時，銜鐵吸力不夠，處于打開位置。當電路電流超過規(guī)定值時，電磁吸力增加，銜鐵8吸合，通過杠桿7使搭扣4脫開，主觸點在主彈簧1作用下切斷電路，這就是瞬時過電流或短路保護作用。當電路失壓或電壓過低時，欠壓脫扣器11的銜鐵10釋放，同樣由杠桿7使搭扣4脫開，起到欠壓和失壓保護作用。當電源恢復正常時，必須重新合閘后才能工作。長時間過載使得過流脫扣器的雙金屬片式（熱脫扣）12彎曲，同樣由杠桿7使搭扣4脫開，起到過載（過流）保護作用。低壓斷路器的類型：萬能開關塑料外殼式斷路器小型斷路器（工業(yè)、民用建筑用）智能低壓斷路器3、低壓斷路器的主要參數及選擇：1）額定電壓：是指斷路器在長期工作時的允許電壓，在實際使用中它應大于電路的額定電壓；2）額定電流：是指斷路器在長期工作時的允許通過電流，即脫扣器額定電流。在實際使用中它應大于電路的額定電流，并考慮安裝環(huán)境和負載性質的影響；3）通斷能力：是指斷路器在規(guī)定的電壓、頻率以及規(guī)定的電路參數（交流電路為功率因數，直流電路為時間常數）下，所能接通和分斷的短路電流值；4）分斷時間：是指斷路器切斷故障電流所需的時間。二、漏電保護器1、漏電保護器的工作原理

漏電保護器主要包括檢測元件（零序電流互感器）、中間環(huán)節(jié)（包括放大器、比較器、脫扣器等）、執(zhí)行元件（主開關）以及試驗元件等幾個部分。

圖1是三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器,GF為主開關,TL為主開關的分勵脫扣器線圈。在被保護電路工作正常,沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下,通過TA一次側的電流相量和等于零。

當電氣設備發(fā)生漏電時，漏電保護器通過電流互感器檢測取得異常訊號，經過中間機構轉換傳遞，使執(zhí)行機構動作，通過開關裝置斷開電源。漏電保護器安裝在線路中，一次線圈與電網的線路相連接，二次線圈與漏電保護器中的脫扣器連接。當用電設備正常運行時，線路中電流呈平衡狀態(tài)，互感器中電流矢量之和為零（電流是有方向的矢量，如按流出的方向為“＋”，返回方向為“－”，在互感器中往返的電流大小相等，方向相反，正負相互抵銷）。由于一次線圈中沒有剩余電流，所以不會感應二次線圈，漏電保護器的開關裝置處于閉合狀態(tài)運行。當設備外殼發(fā)生漏電并有人觸及時，則在故障點產生分流，致使互感器中流入、流出的電流出現了不平衡（電流矢量之和不為零），一次線圈中產生剩余電流，因此，便會感應二次線圈，當這個電流值達到該漏電保護器限定的動作電流值時，自動開關脫扣，切斷電源。

2、漏電保護器的作用

漏電保護器主要是提供間接接觸保護，在一定條件下，也可用作直接接觸的補充保護，對可能致命的觸電事故進行保護，具有動作靈敏、切斷時間迅速的性能。

當人體直接觸及220V帶電體時，漏電保護器迅速以0.1秒的時間快速切斷電路。這時流過人體（一般人體電阻為1000Ω左右）的觸電電流為220/1000=220（mA），其電擊能量為220（mA）×0.1（S）=22mA·S<30mA·S。目前我國現行規(guī)定：對人體安全的電擊能量為1·T=30mA·S，可以明顯看出，當人們一旦觸及220V帶電體時，漏電保護器會在0.1秒時間內迅速作出反應，而不致出現生命危險。

3、漏電保護器額定漏電動作電流的確定

正確合理地選擇漏電保護器的額定漏電動作電流非常重要。一方面在發(fā)生觸電或泄漏電流超過允許值時,漏電保護器可有選擇地動作；另一方面,漏電保護器在正常泄漏電流作用下不應動作,防止供電中斷而造成不必要的經濟損失。

漏電保護器的額定漏電動作電流應滿足以下四個條件：

⑴為了保證人身安全,額定漏電動作電流應不大于人體安全電流值,國際上30mA為人體安全電流值。

⑵為了保證電網可靠運行,額定漏電動作電流應躲過低電壓電網正常漏電電流。

⑶漏電保護開關的額定電流應大于線路最大工作電流。

⑷為了保證多級保護的選擇性，下一級額定漏電動作電流應小于上一級額定漏電動作電流。

4、漏電保護器的配置和選用

首先應加大末級漏電保護器的安裝率和投運率，防止直接接觸觸電。城鄉(xiāng)家庭人們廣泛使用的移動式電氣設備、電動工具等都應選用額定漏電動作電流小于30mA的高靈敏度、快速型漏電保護器。對單相用電戶選用的漏電保護器還應具備過電壓保護功能，用于防止當出現三相四線制總零線發(fā)生斷線和接戶線錯接成380V線電壓時，產生的異常過電壓損壞家用電器。最好選用帶漏電、過壓、過載短路保護功能的保護器。第二級保護為系統(tǒng)總保護或分支保護，這一級保護器可裝設于配電變壓器低壓出線處或各分支線的首端，其保護范圍為低壓電網的主干線、下戶線和進戶線，同時也作為末級漏電保護器的后備保護。

5、漏電保護器使用時應注意的事項

⑴漏電保護器適用于電源中性點直接接地或經過電阻、電抗接地的低壓配電系統(tǒng)；對于電源中性點不接地的系統(tǒng)，則不宜采用漏電保護器，因為不能構成泄漏電氣回路，即使發(fā)生了接地故障，該保護器也不能及時動作切斷電源回路。

⑵漏電保護器保護線路的工作中性線要通過零序電流互感器。否則，在接通后，就會有一個不平衡電流使漏電保護器產生誤動作。

⑶接零保護線不準通過零序電流互感器。因為保護線路通過零序電流互感器時，漏電電流經保護線又回穿過零序電流互感器，導致電流抵消，而互感器上檢測不出漏電電流值，在出現故障時，造成漏電保護器不動作，起不到保護作用。

⑷控制回路的工作中性線不能進行重復接地。一方面