CH1第1章常用低壓電器1

電氣控制技術(shù)

信息與電子工程學(xué)院張巖電器是：凡是根據(jù)外界特定的信號和要求，自動或手動接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路的切換、控制、保護、檢測及調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。電氣是：以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)。1、電器指與電有關(guān)、或以電為能源的器具,電器是具體的設(shè)備；2、電氣指與電有關(guān)的、或以電為能源的空間、系統(tǒng)、行業(yè),電氣有些抽象，涵蓋了強電的所有范圍，包括設(shè)備和技術(shù)等，比如高壓、電力系統(tǒng)、絕緣、自動化等，都是電氣的范圍；

3、電氣包含電器，電器是電氣的構(gòu)成；

電器與電氣電氣控制技術(shù)第1章常用低壓電器第2章電氣控制系統(tǒng)第3章新型電器及其控制系統(tǒng)第4章可編程序控制器及其控制技術(shù)第5章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第一章常用低壓電器

第一節(jié)低壓電器的作用與分類第二節(jié)開關(guān)電器第三節(jié)接觸器第四節(jié)繼電器第五節(jié)熔斷器第六節(jié)主令電器本章小結(jié)第七節(jié)自動空氣斷路器電器是一種根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實現(xiàn)電路(電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和應(yīng)用)或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備。一種能控制電路的設(shè)備。低壓電器：用于交流1500V、直流1200V級以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。高壓電器：交流1500V以上、直流1200V以上。一、電器定義是指工作在直流1500V、交流1200V及以下的電路中，以實現(xiàn)對電路或非電對象的控制、檢測、保護、變換、調(diào)節(jié)等作用的基本器件。采用電磁原理構(gòu)成的低壓電器，稱為電磁式低壓電器；利用集成電路或電子元件構(gòu)成的低壓電器，稱為電子式低壓電器；利用現(xiàn)代控制原理構(gòu)成的低壓電器，稱為自動化電器、智能化電器或可通信電器等。低壓電器：按電器的動作性質(zhì)分：手動電器和自動電器按電器的性能和用途分：控制電器和保護電器按有無觸點分：有觸點電器和無觸點電器按工作原理分：電磁式電器和非電量控制電器。二、低壓電器的分類圖1-1電器的分類圖1-2電力拖動自動控制系統(tǒng)常用電器第二節(jié)開關(guān)電器刀開關(guān)

作用：隔離電源，不頻繁通斷電路

分類：

按刀的級數(shù)分:單極、雙極和三極

按滅弧裝置分：帶滅弧裝置和不帶滅弧裝置

按刀的轉(zhuǎn)換方向分為：單擲和雙擲

按接線方式分為：板前接線和板后接線

按操作方式分為：手柄操作和遠距離聯(lián)桿操作

按有無熔斷器分：帶熔斷器和不帶熔斷器刀開關(guān)1.開關(guān)板用刀開關(guān)（不帶熔斷器式刀開關(guān)）

作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。

結(jié)構(gòu)圖和符號：QS第二節(jié)開關(guān)電器第二節(jié)開關(guān)電器刀開關(guān)2.帶熔斷器式刀開關(guān)——用作電源開關(guān)、隔離開關(guān)和應(yīng)急開關(guān)，并作電路保護用。刀開關(guān)3.負荷開關(guān)(1)開啟式負荷開關(guān)

用途：作不頻繁帶負荷操作和短路保護用。

結(jié)構(gòu)：由刀開關(guān)和熔斷器組合成。瓷底板上裝有進線座、靜觸頭、熔絲、出線座及刀片式動觸頭，工作部分用膠木蓋罩住，以防電弧灼傷人手。

分類：單相雙極和三相三極兩種第二節(jié)開關(guān)電器刀開關(guān)3.負荷開關(guān)(2)封閉式負荷開關(guān)（鐵殼開關(guān)）

作用：手動通斷電路及短路保護。第二節(jié)開關(guān)電器

接觸器是用來頻繁接通或切斷電動機或其他負載主電路的一種控制器。通常分為交流接觸器與直流接觸器，能實現(xiàn)遠距離控制，并具有欠壓、零壓保護。

接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸點允許切斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命等?，F(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器，其額定電流最大可達2500A，允許接通次數(shù)為150～1500次/h，電壽命50～100萬次，機械壽命500～1000萬次。第三節(jié)接觸器一、接觸器結(jié)構(gòu)和原理一般接觸器都由下列幾個部分組成：電磁機構(gòu)；主觸點和滅弧裝置；輔助觸點；釋放彈簧機構(gòu)或緩沖裝置；支架與底座。（電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置）電磁機構(gòu)工作原理一、接觸器結(jié)構(gòu)和原理1.觸頭系統(tǒng)——通過觸頭的開合控制電路通、斷。材料：一般采用銅材料制成；對于小容量電器常用銀質(zhì)材料制成類型觸頭的接觸形式a-點接觸b-線接觸c-面接觸觸頭的接觸形式接觸電阻理想情況下：觸點閉合：接觸電阻為零。觸點斷開：接觸電阻無窮大2.滅弧系統(tǒng)撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結(jié)果，使得在兩觸點間呈現(xiàn)大量向陽極飛馳的電子流，這就是所謂的電弧。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。

電弧的危害：燒壞觸頭

延長了切斷的時間（故障）；

高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞，引起火災(zāi)；

形成飛弧造成電源短路事故，弧光短路。01電弧.asx02帶負荷拉隔離開關(guān)引起電弧.mpg滅弧措施：吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、利用介質(zhì)滅弧、改善觸頭表面材料。（1）拉長電弧，從而降低電場強度；（2）用電磁力使電弧在冷卻介質(zhì)中運動，降低弧柱周圍的溫度；（3）將電弧擠入絕緣壁組成的窄縫中以冷卻電??；（4）將電弧分成許多串聯(lián)的短弧，增加維持電弧所需的臨極電壓降。（1）磁吹滅弧磁吹滅弧原理1-磁吹線圈2-鐵心3-導(dǎo)磁夾板4-引弧角5-滅弧罩6-磁吹線圈磁場7-電弧電流磁場8-動觸頭常用的滅弧裝置（2）柵片滅弧柵片滅弧示意圖1-滅弧柵片2-觸頭3-電弧03滅弧柵滅弧.avi（3）滅弧罩窄縫滅弧圖5-15滅弧罩窄縫滅弧1-縱縫2-介質(zhì)3-磁性夾板4-電?。?）多斷點滅弧圖1-6橋式觸點a)閉合狀態(tài)b)斷開狀態(tài)l-動觸點2-靜觸點3-電弧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

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。

交流：硅鋼片疊加直流：整塊鑄鐵或鑄鋼直動式轉(zhuǎn)動式電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導(dǎo)線細。電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。交流線圈：短而粗，有骨架。直流線圈：細而長，無骨架。3、電磁機構(gòu)鐵芯銜鐵線圈空氣隙2）.電磁機構(gòu)分類（1）按銜鐵的運動方式分類

1)銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動

2)銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動

3)銜鐵直線運動（2）按磁系統(tǒng)形狀分類

U（C）形、E形（3）按線圈的聯(lián)結(jié)方式分類并聯(lián)（電壓線圈）串聯(lián)（電流線圈）（4）按吸引線圈的種類分類

直流線圈交流線圈3).電磁機構(gòu)的吸力特性/反力特性吸力特性：電磁機構(gòu)使銜鐵吸力與銜鐵氣隙的關(guān)系曲線。

勵磁電流種類（直流或交流）線圈連結(jié)方式（并聯(lián)或串聯(lián)）

反力特性：電磁機構(gòu)轉(zhuǎn)動部分的靜阻力與銜鐵氣隙的關(guān)系曲線。

彈簧、摩擦阻力和銜鐵重量

電磁機構(gòu)的吸力可近似地按下式求得當(dāng)S為常數(shù)時，F(xiàn)與B2成正比。對于具有電壓線圈的直流電磁機構(gòu)，因外加電壓和線圈電阻不變，故流過線圈的電流為常數(shù)。與磁路的氣隙大小無關(guān)。根據(jù)磁路定律。(1-2)式中

(1-1)則

(1-3)

吸力F與成反比，亦即與氣隙2成反比，故吸力特性為二次曲線形狀，圖1-8直流電磁機構(gòu)的吸力特性圖1-9交流電磁機構(gòu)的吸力特性對于具有電壓線圈的交流電磁機構(gòu)，其吸力特性與直流電磁機構(gòu)有所不同。設(shè)外加電壓不變，則交流吸引線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻可忽略，其電壓為

(1-4)

(1-5)當(dāng)頻率f、匝數(shù)N和電壓U均為常數(shù)時，Ф為常數(shù)，由式(1-3)知F亦為常數(shù)，說明F與δ大小無關(guān)。實際上考慮到漏磁的作用，F(xiàn)隨δ的減小略有增加。當(dāng)氣隙δ變化時，I與δ成線性關(guān)系，圖1-9示出了F=f(δ)與I=f(δ)的關(guān)系曲線。圖1-8直流電磁機構(gòu)的吸力特性圖1-9交流電磁機構(gòu)的吸力特性反力特性與吸力特性之間的配合關(guān)系，示于圖l-10中。圖1-10吸力特性和反力特性1-直流接觸器吸力特性2-交流接觸器吸力特性3-反力特性觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統(tǒng)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧第三節(jié)接觸器1．結(jié)構(gòu)

二、交流接觸器

第三節(jié)

接觸器交流接觸器結(jié)構(gòu)圖主觸頭常閉輔助觸頭常開輔助觸頭靜鐵心動鐵心吸引線圈滅弧裝置2．工作原理

線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合；線圈電壓消失，觸頭恢復(fù)常態(tài)。為防止鐵心振動，需加短路環(huán)。第三節(jié)

接觸器交流接觸器的型號及代表意義02-220V用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結(jié)構(gòu)：電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。第三節(jié)接觸器三、直流接觸器

直流接觸器的型號及代表意義如下：直流接觸器常用的有CZ1、CZ3等系列和新產(chǎn)品CZ0系列。新系列接觸器具有壽命長、體積小、零部件通用性強等優(yōu)點。

KM常閉輔助觸點線圈KM主觸點KM常開輔助觸點KM第三節(jié)

接觸器四、接觸器的符號

額定電壓

交流接觸器：127、220、380、660V1140V直流接觸器：110、220、440V交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A額定電流

吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V第三節(jié)

接觸器五、接觸器的主要技術(shù)指標

第三節(jié)

接觸器六、接觸器的使用選擇原則

1．接觸器極數(shù)和電流種類的確定。觸點個數(shù)、直流交流3．根據(jù)接觸器所控制負載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)輔助觸頭使用類別和數(shù)量、電流（5A)的接觸器。2．根據(jù)負載功率和操作情況來確定接觸器主觸頭的電流等級。6．接觸器觸頭數(shù)和種類應(yīng)滿足主電路和控制電路的要求。4．根據(jù)接觸器主觸頭接通與分斷主電路電壓等級來決定接觸器的額定電壓。5．接觸器吸引線圈的額定電壓應(yīng)由所接控制電路電壓確定。第三節(jié)

接觸器六、接觸器的使用選擇原則

作用：控制、保護、聯(lián)鎖和調(diào)節(jié)分類：按動作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式、機械式按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力按執(zhí)行環(huán)節(jié)分：有觸點、無觸點按動作時間分：瞬時、延時繼電器按用途分：控制和保護繼電器特點：額定電流不大于5A第四節(jié)

繼電器區(qū)別接觸器：用于主電路、電流大，有滅弧裝置，一般只能在電壓作用下動作。繼電器：用于控制電路、電流小，沒有滅弧裝置，可在電量或非電量的作用下動作。一、電磁式繼電器過/欠電流繼電器過/欠電壓繼電器中間繼電器電磁式繼電器與接觸器類似，是由鐵心、銜鐵、線圈、釋放彈簧和觸點等部分組成，圖1-13電磁式繼電器原理圖1-鐵心2-旋轉(zhuǎn)棱角3-釋放彈簧4-調(diào)節(jié)螺母5-銜鐵6-動觸點7-靜觸點8-非磁性墊片9-線圈常用的國產(chǎn)電磁式繼電器有JL3、JL7、JL9、JLl2、JL14、JLl5，JT3、JT4、JT9、JTlO、JTX，JZl、JZ7、JZ8、JZl4、JZl5、JZl7等系列。a).電磁式繼電器的特性x2—繼電器的動作值x1—繼電器的返回值yo—銜鐵釋放狀態(tài)y1—銜鐵吸合狀態(tài)電磁式繼電器的特性釋放值吸合值y0b).繼電器的參數(shù)1．返回系數(shù)K=X1/X22．吸合時間3．釋放時間1、電流繼電器特點：線圈串接于電路中，導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器欠電流繼電器KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA1、電流繼電器動作電流Ｉq

：使電流繼電器開始動作所需的電流值；返回電流Ｉf

：電流繼電器動作后返回原狀態(tài)時的電流值；返回系數(shù)Ｋf

：返回值與動作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技術(shù)指標：1、電流繼電器特點：線圈并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多，導(dǎo)線細分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器結(jié)構(gòu)原理：與電流繼電器類似欠電壓繼電器KAU<KAKA過電壓繼電器>UKAKAKA2、電壓繼電器

中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同。但它的觸點數(shù)量較多，在電路中主要是擴展觸點的數(shù)量。另外其觸頭的額定電流較大。

3、中間繼電器1．磁電式繼電器的結(jié)構(gòu)與原理

磁電式繼電器結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-14所示，它的結(jié)構(gòu)原理與磁電式電表基本相同，所不同的只是在原指針式小桿1上多加了一對觸點2。圖1-14磁電式繼電器結(jié)構(gòu)原理圖1-指針式小桿2-觸點3-活動線圈二、磁電式繼電器2．磁電式繼電器的性能特點及主要參數(shù)（1）因為觸點接觸壓力很小，所需的控制功率很小(僅0.1～2W左右)，因而靈敏度高，幾乎可與電子式繼電器相比擬。其返回系數(shù)也高，最高可達0.99。（2）能反映輸入信號的極性，即能反映電流方向，故能作為極化繼電器使用，但比極化繼電器更靈敏。（3）具有足夠的穩(wěn)定性，但可動部分不能承受沖擊負載。這種高靈敏繼電器常常用于自動檢測與自動控制系統(tǒng)中，能實現(xiàn)微弱信號的檢測與傳送。磁電式繼電器國內(nèi)產(chǎn)品有JC-2F型。1．舌(干)簧繼電器的結(jié)構(gòu)與原理

舌簧繼電器包括干簧繼電器、水銀濕式舌簧繼電器、鐵氧體剩磁式舌簧繼電器，但通常泛指的舌簧繼電器常常就是指干簧繼電器，這里就以它為例進行介紹。三、舌(干)簧繼電器干簧繼電器的觸點是密封的，舌簧片由鐵鎳合金(坡莫合金)做成，舌片的接觸部分通常鍍以貴金屬如金、銠、鈀等，接觸良好，具有良好的導(dǎo)電性能。觸點密封在充有氮氣等惰性氣體的玻璃管中與外界隔絕，因而有效地防止了塵埃的污染，減小了觸點的電腐蝕，提高了工作可靠性，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-15所示。

當(dāng)線圈通電后，管中兩舌簧片的自由端分別被磁化成N極與S極而相互吸引，因而接通了被控制的電路。線圈斷電后，舌簧片在本身的彈力作用下分開并復(fù)位，控制電路亦被切斷。圖1-15舌(干)簧繼電器結(jié)構(gòu)原理圖1-舌簧片2-線圈3-玻璃管4-骨架

2．舌(干)簧繼電器的特點及主要參數(shù)

（1）舌(干)簧繼電器的主要特點

1）吸合功率小，靈敏度高。一般舌簧繼電器吸合與釋放時間均在0.5～2ms以內(nèi)，小型的甚至小于1ms，與電子電路的動作速度相近。

2）由于觸點密封，觸點壽命長，一般可達108次左右。

3）結(jié)構(gòu)簡單，體積小。

4）價格低廉，維修方便。

5）不足之處是觸點易冷焊粘住；過載能力低；觸點開距??；耐壓低；斷開瞬間觸點易抖動。

（2）部分舌(干)簧繼電器的主要參數(shù)常用的舌簧繼電器有JAG-2-1型(舌簧管為4mm×36mm)；小型JAG-4型(3mm×20mm)；大型JAG-5型(8mm×42mm或8mm×50mm)等，其中又分常開(H)、常閉(D)與轉(zhuǎn)換(Z)三種不同的型式。作用：按整定時間長短通斷電路分類：按構(gòu)成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式半導(dǎo)體式機械式按延時方式分：通電延時型斷電延時型

四、時間繼電器(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點符號1．直流電磁式時間繼電器這種繼電器和直流電磁式電壓繼電器相比只是在鐵心上增加了一個阻尼銅(鋁)套。其結(jié)構(gòu)示意如圖1-16所示。由電磁感應(yīng)定律可知在繼電器通斷電過程中銅套內(nèi)將產(chǎn)生渦流，它將反對穿過銅(鋁)套的磁通變化，因而對原吸合磁通起了阻尼作用。

當(dāng)繼電器吸合時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大、磁阻大、磁通小、銅(鋁)套阻尼作用相對也小，因此鐵心閉合時的延時不顯著(一般忽略不計)。而當(dāng)繼電器斷電時磁通變化量大、銅套阻尼作用也大，因此這種繼電器僅用作斷電延時。相應(yīng)地其延時觸點也只有常開觸點延時打開、常閉觸點延時閉合兩種。圖1-16帶有阻尼銅(鋁)套的鐵心示意圖1-鐵心2-阻尼銅(鋁)套3-線圈4絕緣層

2．空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器又稱氣囊式時間繼電器，它的延時范圍寬(0.4～180s)，可用作斷電延時，也可以方便地改變電磁機構(gòu)位置獲得通電延時，因此可以用在常開觸點延時斷開、常閉觸點延時閉合，或者常開觸點延時閉合、常閉觸點延時斷開。上述各種觸點廣泛地應(yīng)用在交流控制電路中.空氣阻尼式時間繼電器如圖1-17所示。當(dāng)線圈得電吸下銜鐵和支撐桿，連結(jié)在一起的膠木塊下降，但空氣室中的空氣受進氣孔處調(diào)節(jié)螺釘?shù)淖璧K，在活塞下降過程中空氣室內(nèi)造成稀薄空氣而使活塞下降緩慢，到達最終位置時壓合微動開關(guān)，觸點閉合送出信號。圖l-17空氣阻尼式時間繼電器示意圖1-線圈2-鐵心3-支撐桿4-膠木塊5-微動開關(guān)6-活塞7-橡皮膜8-調(diào)節(jié)螺釘9-進氣孔10-出氣孔11-恢復(fù)彈簧

3．電動機式時間繼電器電動機式時間繼電器延時范圍很寬，可以由幾秒到幾小時，而且有通電延時和斷電延時兩種類型，準確度高，調(diào)節(jié)方便。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。

其工作原理是：當(dāng)繼電器內(nèi)的同步電動機通電后，通過減速齒輪帶動動觸點經(jīng)一定延時與靜觸點閉合并送出信號。國產(chǎn)電動機式時間繼電器有JS10系列和DSJ-A型，新產(chǎn)品有JSll系列。

JSlO系列型號示意如下：4．半導(dǎo)體時間繼電器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了半導(dǎo)體時間繼電器。這類繼電器機械結(jié)構(gòu)簡單、延時范圍寬、經(jīng)久耐用，正在日益得到廣泛應(yīng)用。用途：檢測轉(zhuǎn)速的過零點。多用于反接制動時，切除反相序電源。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子（磁極）+籠型空心繞組+觸頭原理：電磁感應(yīng)與鼠籠式異步機相似。轉(zhuǎn)動時，籠型繞組感生電勢，形成電流后受力而擺動，擺錘撥動觸頭系統(tǒng)工作。停轉(zhuǎn)時（N=0），擺錘垂立，觸頭復(fù)位。作用：根據(jù)速度的大小通斷電路五、速度繼電器定子---由硅鋼片迭成籠型空心圓環(huán)套在轉(zhuǎn)子上，裝有鼠籠型短路繞組。轉(zhuǎn)子---圓柱形永久磁鐵，與電動機同軸連接。型號：JY1（復(fù)位轉(zhuǎn)速100r/min）、JFZ0符號：五、速度繼電器熱繼電器是電流通過發(fā)熱元件加熱使雙金屬片彎曲，推動執(zhí)行機構(gòu)動作的電器。主要用來保護電動機或其它負載免于過載以及作為三相