第1章低壓電器的基本原理

第一章低壓電器的基本原理第一節(jié)概述第二節(jié)電磁式電器的基本知識第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號表第一節(jié)概述一、低壓電器的定義根據(jù)使用要求及控制信號，通過一個或多個器件組合，能手動或自動分合額定電壓在交流AC1200V、直流DC1500V及以下的電路，以實現(xiàn)電路中被控制對象的控制、調(diào)節(jié)、交換、檢測、保護等作用的基本件稱為低壓電器。第一節(jié)概述二、電器的分類按工作電壓等級分：高壓電器和低壓電器按動作原理分：手動電器和自動電器按有無觸點分：有觸點電器和無觸點電器按用途分：控制電器和保護電器按構(gòu)成方式分:電磁式和電子式第一節(jié)概述三、常用的低壓電器接觸器：交流接觸器、直流接觸器繼電器：電磁式繼電器、時間繼電器、熱繼電器干簧繼電器、速度繼電器熔斷器：瓷插式、螺旋式、有填料式、無填料式快速熔斷器、自復式低壓斷路器：框架式、塑殼式、限流式位置開關(guān)：直動式、滾動式、微動式第一節(jié)概述三、我國低壓電器的發(fā)展概況第一代產(chǎn)品：20世紀60年代～70年代，自行開發(fā)設(shè)計第一代產(chǎn)品第二代產(chǎn)品：20世紀70年代～80年代，更新?lián)Q代第三代產(chǎn)品：20世紀90年代，跟蹤國外先進技術(shù)發(fā)展方向：向高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化方向發(fā)展一、電磁系統(tǒng)1.電磁機構(gòu)——將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動觸頭動作。

組成

參見圖1-1

原理：線圈通入電流，產(chǎn)生磁場，經(jīng)鐵芯、銜鐵和氣隙形成回路，產(chǎn)生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。

鐵芯銜鐵線圈第二節(jié)電磁式電器的基本知識直動式轉(zhuǎn)動式電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導線細。電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導線粗。交流線圈：短而粗，有骨架。直流線圈：細而長，無骨架。交流：硅鋼片疊加直流：整塊鑄鐵或鑄鋼鐵芯形狀：E型和U型結(jié)構(gòu)示例:

1——鐵芯

2——線圈

3——銜鐵

4——靜觸頭

5——動觸頭

6——觸頭彈簧

7——反力彈簧

第二節(jié)電磁式電器的基本知識第二節(jié)電磁式電器的基本知識2、吸力特性計算第二節(jié)電磁式電器的基本知識吸力特性：電磁吸力F與氣隙δ的關(guān)系曲線（1）直流電磁機構(gòu)：恒磁勢IN，I與δ無關(guān)結(jié)論：F與δ的平方成反比，吸力特性參見圖1-2

第二節(jié)電磁式電器的基本知識（2）交流電磁機構(gòu)：恒磁通，I與δ成正比

結(jié)論：①F與δ無關(guān)，考慮漏磁通的影響，F(xiàn)隨著δ的減少略有增加，吸力特性參見圖1-8

②

由于I與δ成正比，因此如果在吸合過程中，銜鐵卡住不能吸合，或者頻繁動作時，交流勵磁線圈很可能因過電流而燒毀。所以在可靠性要求高或者操作頻繁的場合，一般不采用交流電磁機構(gòu)第二節(jié)電磁式電器的基本知識3、吸反力配合特性：電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線吸合：吸力特性必須始終處于反力特性上方釋放：吸力特性必須位于反力特性下方注意：吸合過程中吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則會影響到電磁機構(gòu)壽命參見圖1-9、圖1-10第二節(jié)電磁式電器的基本知識4、交流電磁吸力F隨時間t變化：結(jié)論：交流電磁吸力是在最大值為2Fav和最小值為0的范圍內(nèi)以兩倍于電源頻率周期地變化的，參見圖1-4短路環(huán)（分磁環(huán)）

作用：

減小交流電銜鐵吸合時產(chǎn)生的振動和噪音要求：導電性能好、機械強度高材料：康銅、鎳鉻合金第二節(jié)電磁式電器的基本知識二、觸頭系統(tǒng)觸頭：用來接通或斷開被控制電路。分類按原始狀態(tài)：常開、常閉按觸頭控制電路的不同：主、輔助按結(jié)構(gòu)形式：橋式（對接）、指形、梅花狀等第二節(jié)電磁式電器的基本知識線接觸二、觸頭系統(tǒng)

材料：一般采用銅材料制成；對于小容量電器常用銀質(zhì)材料制成接觸電阻：膜電阻、收縮電阻觸頭磨損：電磨損、機械磨損①導電性能好、耐磨損好的金屬材料作觸頭，使觸頭R↘②要使觸頭接觸得緊密一些，使Rj↘，參見圖1-12③保持觸頭清潔，定期清理，使Rj↘第二節(jié)電磁式電器的基本知識三、滅弧系統(tǒng)電?。洪_關(guān)電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于10V，電流超過80mA時，觸頭間會產(chǎn)生藍色的光柱，即電弧。

電弧的產(chǎn)生：①強電場發(fā)射、②撞擊電離、③熱電子發(fā)射、④高溫游離

電弧的熄滅：電離和消電離兩者的競爭

電弧的危害：

延長了切斷故障的時間；

高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

形成飛弧造成電源短路事故第二節(jié)電磁式電器的基本知識三、滅弧系統(tǒng)

滅弧措施：①多斷口滅弧：交流接觸器②柵片滅?。航涣鹘佑|器（柵片：多片鍍銅薄鋼片+石棉絕緣板）③磁吹滅?。褐绷鹘佑|器④窄縫滅?。嚎p寬小于電弧直徑，使電弧緊密與縫壁接觸第二節(jié)電磁式電器的基本知識第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)一、通斷工作類型隔離：開關(guān)電器把電氣設(shè)備和“電源”隔開的功能無載通斷：通斷空載電路時，觸頭不出現(xiàn)明顯電壓有載通斷：接通和分斷一定的負載電流電動機通斷：滿足控制不同工作制的電動機的要求短路通斷：接通和分斷短路電流第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)一、通斷工作類型通斷能力：在給定電壓下接通和分斷的預期電流值分斷能力：在給定電壓下分斷的預期電流值接通能力：在給定電壓下接通的預期電流值通斷持續(xù)率：電器的有載時間與工作時間之比I2t特性：在規(guī)定條件下為預期電流或電壓的函數(shù)第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)二、電網(wǎng)參數(shù)額定峰值耐受電流：開關(guān)電器在閉合位置所能承受的電流峰值額定短時耐受電流：開關(guān)電器承受持續(xù)1s而不受破壞的電流額定短路分斷能力：開關(guān)電器在規(guī)定條件下分斷電流的能力額定短路通斷能力：在規(guī)定條件下接通和分斷的預期電流值約定脫扣電流：在約定時間內(nèi)動作（脫扣）的規(guī)定電流值約定熔斷電流：在約定時間內(nèi)能使熔斷體熔斷的規(guī)定電流值第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)三、額定電流額定持續(xù)電流：電器在長期工作制下，各部件的溫升不超過規(guī)定極限值時所承載的電流值額定工作電流：開關(guān)電器在正常使用條件下的確定的電流值額定發(fā)熱電流：電器在8h工作制下，各部件的溫升不超過規(guī)定極限值時所能承載的最大電流值發(fā)熱電流：在約定時間內(nèi)，各部件的溫升不超過規(guī)定極限值時所能承載的最大電流值第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)三、額定電流分斷電流：分斷操作時，在電弧開始瞬間流過電器一個極的電流值預期分斷電流：相應于分斷過程開始瞬間所確定的預期電流預期接通電流：規(guī)定條件下，電器接通時所產(chǎn)生的預期電流第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)四、電器動作時間參數(shù)斷開時間：從斷開操作開始到所有極的觸頭都分開為止燃弧時間：電器分斷電路過程中，從觸頭斷開出現(xiàn)電弧的瞬間開始至電弧完全熄滅為止的時間間隔分斷時間：從斷開時間開始起到燃弧時間結(jié)束為止接通時間：從閉合操作開始到電流開始流過主電路瞬間閉合時間：從閉合操作開始到所有極的觸頭都接觸為止通斷時間：從電流開始在一個極流過瞬間起到所有極的電弧最終熄滅瞬間為止的時間間隔第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)五、額定工作制長期工作制：在恒定負載下連續(xù)運行短時工作制：有載時間比空載時間短的工作制斷續(xù)工作制：有載時間和無載時間周期性相互交替分斷接通第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)1、長期工作制：電器通電后連續(xù)工作到發(fā)熱穩(wěn)定2、間斷長期工作制（八小時工作制）：在電器規(guī)定的工作時間內(nèi)溫升早已達到穩(wěn)定值，但超過8h之后必須斷電，分斷后可以清除觸頭的氧化物及塵垢3、短時工作制：是指電器通電時間很短，溫升未達到穩(wěn)定就停止工作，并且下一次工作要等到電器冷卻到周圍介質(zhì)溫度4、反復短時工作制：是指電器在通電和斷電周期循環(huán)下的工作過程，通電時間內(nèi)溫度未達到穩(wěn)定值，斷電后又不能冷卻到周圍介質(zhì)溫度。多次重復通電后，電器可能達到穩(wěn)定溫升第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)六、使用類別是指有關(guān)操作條件規(guī)定要求的組合通常用額定工作電流的倍數(shù)，額定工作電壓的倍數(shù)及其相應的功率因數(shù)或時間常數(shù)等來表征電器額定接觸和分斷能力的類別不同類型的低壓電器元件的使用類別不同，主電路開關(guān)電器各有自己的使用類別，輔助電路控制電路有兩類使用類別第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標和參數(shù)七、操作頻率和使用壽命允許操作頻率：規(guī)定開關(guān)電器在每小時內(nèi)可能實現(xiàn)的最高操作循環(huán)次數(shù)機械壽命：開關(guān)電器在需要修理或更換零件前所能承受的無載操作循環(huán)次數(shù)，按操作次數(shù)給出電壽命：在規(guī)定的正常工作條件下，開關(guān)電器不需修理或更換零件的負載操作循環(huán)次數(shù)，按操作次數(shù)給出第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號表一般三極電源開關(guān)

低壓斷路器位置開關(guān)常開觸頭

位置開關(guān)常閉觸頭位置開關(guān)復合觸頭

起動按鈕停止按鈕

復合按鈕接觸器線圈

接觸器主觸頭接觸器常開輔助觸頭

接觸器常閉輔助觸頭速度繼電器常開觸頭

速度繼電器常閉觸頭時間繼電器線圈

時繼通電延時常開觸頭第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號表時繼通電延時常閉觸頭

時繼斷電延時常開觸頭時繼斷電延時常閉觸頭

熱繼電器熱元件熱繼電器常閉觸頭

繼電器線圈繼電器常開觸頭

繼電器常閉觸頭熔斷器

信號燈三相籠型異步電動機一般三極電源開關(guān)文字符號：QS低壓斷路器文字符號：QF位置開關(guān)常開觸頭文字符號：SQ位置開關(guān)常閉觸頭文字符號：SQ位置開關(guān)復合觸頭文字符號：SQ起動按鈕文字符號：SB停止按鈕文字符號：SB復合按鈕文字符號：SB接觸器線圈文字符號：KM接觸器主觸頭文字符號：KM接觸器常開輔助觸頭文字符號：KM接觸器常閉輔助觸頭文字符號：KM速度繼電器常開觸頭文字符號：BV速度繼電器