電氣控制與可編程控制技術(shù)-2次課

接觸器電磁機構(gòu)；主觸點；滅弧裝置；輔助觸點；釋放彈簧或緩沖裝置；支架與底座1-滅弧罩

2-觸頭壓力彈簧片

3-主觸頭

4-反作用彈簧

5-線圈

6-短路環(huán)

7-靜鐵心8-彈簧

9-動鐵心

10-輔助常開觸頭

11-輔助常閉觸頭CJ0-20型交流接觸器

吸力特性

圖1交流電磁機構(gòu)的吸力特性

圖2直流電磁機構(gòu)的吸力特性電磁機構(gòu)電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式電磁機構(gòu)由吸引線圈、鐵心和銜鐵組成，其結(jié)構(gòu)形式按銜鐵的運動方式可分為直動式和拍合式。直動式和拍合式電磁機構(gòu)的常用結(jié)構(gòu)形式。1-銜鐵2-鐵心3-吸引線圈反力特性電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖1-5中所示曲線3即為反力特性曲線。圖1-51-直流接觸器吸力特性

2-交流接觸器吸力特性

3-反力特性

其中1為電磁機構(gòu)氣隙的初始值；2為動靜觸頭開始接觸時的氣隙長度。由于超行程機構(gòu)的彈力作用，反力特性在2處有一突變。反力特性與吸力特性的配合為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性配合好，如圖1-5所示。在整個吸合過程中，吸力都必須大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能過大或過小，吸力過大時，動、靜觸頭接觸時以及銜鐵與鐵心接觸時的沖擊力也大，會使觸頭和銜鐵發(fā)生彈跳，導(dǎo)致觸頭的熔焊或燒毀，影響電器的機械壽命；吸力過小時，會使銜鐵運動速度降低，難以滿足高操作頻率的要求。因此，吸力特性與反力特性必須配合得當(dāng)。由于鐵磁材料有剩磁，它使電磁機構(gòu)的激磁線圈失電后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力隨氣隙的增大而減小。F21直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性yxfxcx1xe電磁機構(gòu)的輸入輸出特性電磁機構(gòu)的輸入-輸出特性為一矩形曲線，稱為繼電特性交流電磁機構(gòu)上短路環(huán)的作用由于單相交流電磁機構(gòu)上鐵心的磁通是交變的，故當(dāng)磁通過零時，電磁吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開，磁通過零后電磁吸力又增大，當(dāng)吸力大于反力時，銜鐵又被吸合。這樣，交流電源頻率的變化，使銜鐵產(chǎn)生強烈振動和噪聲，甚至使鐵心松散。因此交流電磁機構(gòu)鐵心端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)。短路環(huán)包圍鐵心端面約2/3的面積，如圖1-6所示。(a)結(jié)構(gòu)圖(b)電磁吸力圖

圖1-6單相交流電磁鐵鐵心的短路環(huán)*當(dāng)交變磁通穿過短路環(huán)所包圍的截面積S2在環(huán)中產(chǎn)生渦流時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此渦流產(chǎn)生的磁通Φ2在相位上落后于短路環(huán)外鐵心截面S1中的磁通Φ1，由Φ1、Φ2產(chǎn)生的電磁吸力為F1、F2，作用在銜鐵上的合成電磁吸力是F1+F2，只要此合力始終大于其反力，銜鐵就不會產(chǎn)生振動和噪聲。觸頭系統(tǒng)觸頭（觸點）是電磁式電器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭和常閉觸頭：原始狀態(tài)時（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原始狀態(tài)閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭（線圈斷電后所有觸頭復(fù)原）。觸頭按其結(jié)構(gòu)形式可分為橋型觸頭和指型觸頭，如圖1-7所示。觸頭按其接觸形式可分為點接觸、線接觸和面接觸三種，如圖1-8所示。觸頭結(jié)構(gòu)形式(a)橋形觸頭(b)指形觸頭圖1-7觸頭結(jié)構(gòu)形式圖觸頭接觸形式點接觸：球面對球面、球面對平面線接觸：圓柱對平面、圓柱對圓柱面接觸：平面對平面(a)點接觸(b)線接觸(c)面接觸圖1-8觸頭接觸形式圖*單斷點指形觸頭只有一個斷口，一般多用于接觸器主觸點。優(yōu)點：閉合、斷開過程中有滾滑運動，能自動清除表面氧化物，接觸可靠；觸頭接觸力大，電動穩(wěn)定性高；觸頭參數(shù)較易調(diào)節(jié)。缺點：觸頭開距大，從而增大了體積；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。雙斷點橋式觸頭優(yōu)點：具有兩個有效滅弧區(qū)域，滅弧效果良好。小容量交流接觸器或繼電器采用這種觸頭時，可利用兩個斷點，增長了電弧長度，有利于熄弧。觸點開距小，使電器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小觸頭閉合時沖擊能量小，無軟連接，有利于提高機械壽命缺點：觸頭不能自動凈化，觸頭材料必須用銀或銀基合金。每個觸頭接觸壓力小，電動穩(wěn)定性較低。觸頭參數(shù)不易調(diào)節(jié)。電弧產(chǎn)生原因：氣體電離放電后果：燒觸頭、延長分斷時間消電離現(xiàn)象：主要通過正負帶電質(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。觸點分斷過程就是電弧形成與抑制的過程滅弧滅弧原理：設(shè)法降低電弧區(qū)溫度和電場強度，加強消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度時，電弧即逐漸熄滅。常用的滅弧方式有拉長電弧、切斷或分割電弧磁吹式滅弧：利用電弧電流本身滅弧，電弧電流愈大，吹弧能力也越強。滅弧柵：有許多鍍銅薄鋼片組成，片間距離為2-3mm，安裝在滅弧罩內(nèi)。一般適合于交流滅弧滅弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分割各路電弧以防止發(fā)生短路；二是使電弧與滅弧罩的絕緣壁接觸，使電弧迅速冷卻而熄滅多斷點滅弧如橋式觸頭。一般交流繼電器和小電流接觸器采用此種方法繼電器的特性輸入-輸出特性：對繼電器來說，是輸入線圈電流與觸點狀態(tài)間的關(guān)系繼電器特性：滯環(huán)繼電器輸入量x由零增至x2以前，輸出量y為零。當(dāng)輸入量x增加到x2時，繼電器吸合，輸出量為y1

；若x再增大，y1值保持不變。當(dāng)x減小到小于等于x1時，繼電器觸點釋放，輸出量由y1降至零。動作值（吸合值）-x2返回值（釋放值）-x1返回系數(shù)：k=x1/x2一般控制：K=0.1～0.4，動作可靠，但不夠靈敏；保護：0.6<K<1，動作靈敏，但易誤動作，不可靠；繼電器的結(jié)構(gòu)及原理電磁式繼電器1-底座2-反力彈簧3、4-調(diào)節(jié)螺釘

5-非磁性墊片6-銜鐵7-鐵心8-極靴9-電磁線圈10-觸頭系統(tǒng)

圖

電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)電磁式繼電器型號標識繼電器的定義由特定形式的輸入（電量或非電量）自動控制開閉的小開關(guān)。繼電器與接觸器的區(qū)別繼電器只有輔助觸點，切斷小電流（控制回路）輸入（控制量）可以是電量也可以是非電量接觸器有主、輔觸點之分，主觸點可用于主電路控制量為電量磁電式繼電器舌簧繼電器電動機式電動機式時間繼電器是用微型同步電動機帶動減速齒輪系獲得延時的，分為通電延時和斷電延時型兩種。它由微型同步電動機、電磁離合系統(tǒng)、減速齒輪機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)組成。就延時范圍和準確度而言，是電磁式、空氣阻尼式、晶體管式時間繼電器無法比擬的。電動機式的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、壽命低、價格貴、準確度受電源頻率的影響等。所以，這種時間繼電器不宜輕易選用，只有在要求延時范圍較寬和精度較高的場合才選用。半導(dǎo)體式速度繼電器速度繼電器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，常用于籠型異步電動機的反接制動控制線路中，也稱反接制動繼電器。是一種利用速度原則對電動機進行控制的自動電器。它主要由轉(zhuǎn)子、定子和觸頭組成。轉(zhuǎn)子是一個圓柱形永久磁鐵，定子是一個籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片疊成，并裝有籠型的繞組。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-28所示。當(dāng)電動機制動轉(zhuǎn)速下降到一定值時，由速度繼電器切斷電動機控制電路。速度繼電器的轉(zhuǎn)軸應(yīng)與被控電動機的軸相聯(lián)接，當(dāng)電動機軸旋轉(zhuǎn)時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動。這樣定子圓環(huán)內(nèi)的繞組便切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生使圓環(huán)偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。偏轉(zhuǎn)角度與電動機的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速使定子偏轉(zhuǎn)到一定角度時，與定子圓環(huán)連接的擺錘推動觸頭，使常閉觸頭分斷，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速進一步升高后，擺錘的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，使動觸頭與靜觸頭的常開觸頭閉合。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速下降時，圓環(huán)偏轉(zhuǎn)角度隨之下降，動觸頭在簧片作用下復(fù)位（常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合）。1-轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)子3-定子4-繞組

5-擺錘6、9-簧片7、8-靜觸點

圖1-28速度繼電器結(jié)構(gòu)原理圖

熱繼電器熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。熱繼電器可以根據(jù)過載電流的大小自動調(diào)整動作時間，具有反時限保護特性，當(dāng)電動機的工作電流為額定電流時；熱繼電器應(yīng)長期不動作。1-熱元件2-雙金屬片3-導(dǎo)板4-觸頭圖

熱繼電器工作原理示意圖

(a)通電以前(b)三相通有額定電流

(c)三相均衡過載(d)電動機發(fā)生一相斷線故障圖

差動式斷相保護裝置動作原理圖

交流固態(tài)繼電器教材19熔斷器熔斷器是一種利用熔化作用而切斷電路的保護電器。在使用時，熔斷器中的熔體(也稱為保險絲)串聯(lián)在被保護的電路中，當(dāng)該電路發(fā)生過載或短路故障時，如果通過熔體的電流達到或超過了某一值，則在熔體上產(chǎn)生的熱量便會使其溫度升高到熔體的熔點，導(dǎo)致熔體自行熔斷，達到保護的目的。熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的保護電器，廣泛用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護。熔斷器由熔體和安裝熔體的熔斷管（或座）等部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常用低熔點的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設(shè)計成滅弧柵狀和具有變截面片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而分斷電路，從而保護了電路和設(shè)備。

熔斷器熔體熔斷的電流值與熔斷時間的關(guān)系稱為熔斷器的保護特性曲線，也稱為熔斷器的安-秒特性，如圖1-15所示。由特性曲線可以看出，流過熔體的電流越大，熔斷所需的時間越短。熔體的額定電流IfN是熔體長期工作而不致熔斷的電流。圖1-15

熔斷器的安-秒特性熔斷器熔體中的電流為熔體的額定電流時，熔體長期不熔斷；當(dāng)電路發(fā)生嚴重過載時，熔體在較短時間內(nèi)熔斷；當(dāng)電路發(fā)生短路時，熔體能在瞬間熔斷。熔體的這個特性稱為反時限保護特性，即電流為額定值時長期不熔斷，過載電流或短路電流越大，熔斷時間越短。電流與熔斷時間的關(guān)系曲線稱為安秒特性。因此：由于熔斷器對過載反應(yīng)不靈敏，不宜用于過載保護，主要用于短路保護。確定熔體電流是選擇熔斷器的主要任務(wù)，具體來說有下列幾條原則：對于照明線路或電阻爐等電阻性負載，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流，即

IfN≥I

式中IfN為熔體的額定電流，I為電路的工作電流。保護一臺異步電動機時，考慮電動機沖擊電流的影響，熔體的額定電流按下式計算:

IfN≥（1.5～2.5）IN

式中，IN為電動機的額定電流。保護多臺異步電動機時，若各臺電動機不同時起動，則應(yīng)按下式計算：

IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN

式中，INmax為容量最大的一臺電動機的額定電流，ΣIN為其余電動機額定電流的總和。為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級（即供電干、支線）熔斷器間應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配合，為此，應(yīng)使上一級（供電干線）熔斷器的熔體額定電流比下一級（供電支線）大1～2個級差。主令電器主令電器是用來發(fā)布命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器，它可以直接作用于控制電路，也可以通過電磁式電器的轉(zhuǎn)換對主電路實現(xiàn)控制，其主要類型有按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器、腳踏開關(guān)等。按鈕的圖像和文字符號(a)常開按鈕(b)常閉按鈕(c)復(fù)合按鈕圖1-31按鈕的圖形、文字符號

刀開關(guān)的圖形、文字符號(a)單極(b)雙極(c)三極

圖1-13刀開關(guān)的圖形、文字符號轉(zhuǎn)換開關(guān)(凸輪控制器)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種具有多個操作位置和觸點、能進行多個電路的換接的手動控制電器。它可用于配電裝置的遠距離控制、電氣控制線路的換接、電氣測量儀表的開關(guān)轉(zhuǎn)換以及小容量電動機的起動、制動、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)（a）畫“?”標記表示（b）接通表表示

組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形、文字符號圖1-14組合開關(guān)結(jié)構(gòu)和圖形、文字符號行程開關(guān)行程開關(guān)主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短。行程開關(guān)也稱位置開關(guān)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。接觸式行程開關(guān)靠運動物體碰撞行程開關(guān)的頂桿而使行程開關(guān)的常開觸頭接通和常閉觸頭分斷，從而實現(xiàn)對電路的控制作用，其結(jié)構(gòu)如圖1-32所示。(a)直動式(b)滾輪式(c)微動式