電機與電器控制

電機與電器控制

第1章常用低壓電器第2章直流電機及電器控制第3章變壓器第4章直流電動機及電器控制廖艷娥蝸牛之家第一章常用低壓電器第一節(jié)低壓電器概述第二節(jié)低壓電器的電磁機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)第三節(jié)熔斷器第四節(jié)低壓隔離器第五節(jié)低壓熔斷器第六節(jié)主令電器第七節(jié)接觸器電機與電器控制第八節(jié)繼電器第一章常用低壓電器電器的定義：廣義：電器器具俠義：能夠根據(jù)外部施加的信號或要求，自動或者手動的接通或者分斷電路，斷續(xù)或者連續(xù)的改變電路的參數(shù)，以及實現(xiàn)對電路或非電量對象的變換、檢測、控制、保護、調(diào)節(jié)和傳遞信息用的電器器具。按工作電壓等級分類

（1）高壓電器用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。例如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。

第一節(jié)低壓電器概述

第一章常用低壓電器

（2）低壓電器用于交流50Hz(或60Hz)，額定電壓為1200V以下；直流額定電壓1500V及以下的電路中的電器。例如接觸器、繼電器等。

各種低壓電器就是用來對電網(wǎng)、電機以及其他用電設(shè)備進行轉(zhuǎn)換、控制、凋節(jié)和保護。配電線路、控制線路、配電裝置和控制裝置都配置有大量低壓電器元件以實現(xiàn)上述功能。第一節(jié)低壓電器概述

一電器的基本結(jié)構(gòu)感應(yīng)機構(gòu)中間機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)二低壓電器的分類按使用場聽提出的不同要求，低壓電器可分為配電電器和控制電器兩大類。配電電器主要用于配電系統(tǒng)，起著對線路的通斷．控制、調(diào)節(jié)和保護等作用。故要求其工作可靠，通斷能力高。有足夠的動．熱穩(wěn)定性。它包括刀開關(guān)．熔斷器和斷路器等。控制電器主要用于電力驅(qū)動控制系統(tǒng)和用電設(shè)備．起控制及保護等作用，故要求工作準確可靠．操作頻率高和壽命長等。它主要包括接觸器、控制繼電器等。第一節(jié)低壓電器概述2.按操作方式分:自動和手動3.執(zhí)行機理有觸頭無觸頭

三.對低壓電器的主要要求一對矛盾兩項要求三個環(huán)節(jié)四種狀態(tài)

第一節(jié)低壓電器概述四主要技術(shù)參數(shù)1額定電壓2額定電流3操作頻率和通電持續(xù)率4機械壽命和電壽命五型號的含義第一節(jié)低壓電器概述一執(zhí)行機構(gòu)有接觸電器的執(zhí)行機構(gòu)常采用接觸系統(tǒng)的閉合與斷開,借以分合線路來實現(xiàn)控制作用.(一)接觸系統(tǒng)動觸頭:有觸頭電器的接觸系統(tǒng)是可分合接觸聯(lián)結(jié),其可動部分叫做動觸頭.靜觸頭:另一部分叫做靜觸頭.按觸頭的接觸形式可劃分為點接觸、線接觸和面接觸三種。第二節(jié)低壓電器的電磁機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)觸頭是有觸點電器的執(zhí)行部分，通過觸頭的閉合、斷開控制電路通、斷。1.橋式觸頭圖(a)是兩個點接觸的橋式觸頭(b)是兩個面接觸的橋式觸頭點接觸型適于電流不大，且接觸壓力小的場合；面接觸型適合于大電流的場合。2.指式觸頭（圖c）接觸區(qū)為一直線，觸頭接通或者斷開時產(chǎn)生滾動摩擦，利于去掉氧化膜。第二節(jié)低壓電器的電磁機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)四個基本參數(shù)：間隙、超程、初壓力和終壓力；1）間隙是觸頭處于斷扦狀態(tài)時其動靜觸頭間的最短距離。其值是由它能否耐受電路中可能出現(xiàn)的過電壓以及能否保證順利熄滅電弧來決定的。2）超程是觸頭運動到閉合位置后，將靜觸士移開時動觸頭還能移動的距離，其值取決于觸頭在其使用期限內(nèi)遭受的電侵蝕。3）初壓力是觸頭剛閉合時作用于它的正壓力．4）終壓力是觸頭閉合終止位置的壓力。其值由許多因素。如溫升、熔焊等所決定。接觸系統(tǒng)的參數(shù)1.非自持放電階段OD也整個OD段，若無外界催離素的作用，間隙內(nèi)就沒有自由電子，放電會終止。在oA段，外施電壓甚低；在AB段．隨著電壓增大，電流已達飽和值在BC扣CD段，由于電壓繼續(xù)增大已導致場致發(fā)射和二次電子發(fā)射以及不甚強的碰撞電離．故電流又在增大，開始很慢(BC段)，然后較快(CD段)。2.自持放電階段DH對應(yīng)于D點的電壓是決定自持放電的主要因素它稱為氣隙的擊穿電壓Ub。

湯遜最無研究了CE段的放電現(xiàn)象．所以該段被彌為湯遜放電區(qū)。湯遜放電放電是無光的，故稱作無光放電或黑暗放電。從E點至F段稱為過渡階段，放電由無光轉(zhuǎn)向有輝光，電流也在增大。但由于碰撞電離增強,電壓降低。在FG段，放電電流繼續(xù)增大，輝光放電向著擴張列整個陰極表面發(fā)展在GH段．異常輝光放電階段.3.弧光放電階段H以后從H點開始，氣體放電巳進入弧光放電階段．它伴隨著強烈的聲光和熱效應(yīng)開關(guān)電器中常用的滅弧方法：（1）電動力滅弧法一般用于交流接觸器等滅弧。（2）磁吹滅弧裝置采用專門的磁吹線圈來吹動電弧，如圖所示。電動力吹弧磁力吹弧磁吹滅弧裝置需要較大的電動力將電弧吹入滅弧室時，要采用專門的磁吹線圈建立足夠強的磁場。（3）弧罩與縱縫滅弧裝置（4）柵片滅弧裝置下圖為鋼滅弧柵（又稱“去離子柵”）將長弧切割成若干短弧的情形鋼滅弧柵滅弧

（五）噴流熄弧法壓力流弧技術(shù)是滅弧的一種新觀念。滅弧罩采用新材料，在電弧高溫環(huán)境作用下產(chǎn)生氣體和壓力噴流。采用帶有出氣口的半封閉滅弧小室，使產(chǎn)生的氣體返回出氣口，在室內(nèi)形成壓差驅(qū)動電弧，噴流熄弧。二.電磁機構(gòu)

電磁機構(gòu)又稱為磁路系統(tǒng)，其主要作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動觸頭動作從而接通或斷開電路。有三種常見結(jié)構(gòu)：銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵直線運動的雙E行型直動式鐵心

三種常見結(jié)構(gòu)：銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵直線運動的雙E行型直動式鐵心

第三節(jié)熔斷器

熔斷器是一種應(yīng)用極廣的過電流保護電器。其主要功能是對電路及電路設(shè)備進行短路保護，但有的也具有過負荷保護的功能。主要由熔體、熔管和觸頭底座等構(gòu)成。有的熔斷器裝有滅弧填料－石英砂。熔斷器有下列主要部件：裝有熔體的熔斷體；裝載熔斷體短短的可動部件——載熔體；含觸頭、接線端子和蓋子的熔斷器底座。熔斷器串接于被保護的線路中，當線路發(fā)生過載或短路時，線路電流增大、熔體發(fā)熱。一旦熔體的溫度升高到其熔點，它即熔斷并分斷電路，以達到保護線路的目的。一、熔斷器結(jié)構(gòu)及工作原理二、低壓熔斷器

低壓熔斷器的功能，主要是實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的短路保護，有的也能實現(xiàn)過負荷保護。低壓熔斷器的類型很多，如插入式、螺旋式、無填料密封管式、有填料密封管式以及引進技術(shù)生產(chǎn)的有填料管式等。

低壓熔斷器實物圖片

刀型觸頭熔斷體

瓷熔管內(nèi)有金屬熔體與石英沙熔斷器底座

接線端子安裝卡座圓筒帽式熔斷體

螺旋式熔斷器（一）RT0型低壓有填料管式熔斷器

RT0型熔斷器主要由瓷熔管、柵狀銅熔體和觸頭底座等部分組成。

它的柵狀多根柵片并列熔體以及瓷熔管里填充的石英砂使得其滅弧能力很強，并具有限流特性。用于要求較高，短路電流較大的低壓配電裝置中，作為電纜、導線、變壓器、電機的短路保護，導線的過載保護。（二）RM型密封管式熔斷器有RM7、RM10型；屬于非限流型，斷流能力不如RT型。但結(jié)構(gòu)簡單、價廉及更換熔片方便，因此現(xiàn)仍較普遍地應(yīng)用在低壓配電裝置中RM10型熔斷器由纖維熔管、變截面鋅熔片和觸頭底座等部分組成。鋅熔片之所以沖制成寬窄不一的變截面，目的在于改善熔斷器的保護性能。RM10型熔斷器a)熔管b)熔片1-銅帽2一管夾3一纖維熔管4一變截面鋅熔片5-觸刀

短路時，短路電流首先使熔片窄部(阻值較大)加熱熔化，使熔管內(nèi)形成幾段串聯(lián)短弧，而且由于各段熔片跌落，迅速拉長電弧，使短路電弧加速熄滅.在過負荷電流通過時，由于電流加熱的時間較長，窄部散熱較好，因此往往不在窄部熔斷，而在寬窄部之間的斜部熔斷。由熔片熔斷的部位，可以大致判斷熔斷器熔斷的故障電流性質(zhì)。

（三）RC1A型插入式熔斷器由瓷底座和安裝熔體的瓷插件兩部分構(gòu)成。無特殊滅弧措施，斷流能力差結(jié)構(gòu)簡單，更換熔體方便，價格最便宜。常用于低壓線路末端或分支電路中作電氣設(shè)備的短路保護。圖見課本1-21（四）RZ1型自復式熔斷器

一般熔斷器包括上述RM型和RT型熔斷后，都有一個共同的缺點，就是熔體一但熔斷后，必須更換熔體才能恢復供電，從而十中斷供電的時間延長，給供電系統(tǒng)和用電負荷造成一定的停電損失。這里介紹的自復式熔斷器就彌補了這一缺點，它既能切斷短路電流，又能在短路故障消除后自動恢復供電，無需更換熔體。它采用金屬鈉作熔體。在常溫下，鈉的電阻率很小，可以順暢地通過正常負荷電流。但在短路時，鈉受熱迅速氣化，其電阻率變得很大，從而可限制短路電流。在限流動作結(jié)束后，鈉蒸氣冷卻，又恢復為固態(tài)鈉。四、熔斷器的使用（一）熔斷器的選用原則1.選擇熔斷器的選用原則選擇熔斷器的類型主要依據(jù)負載的保護特性和預期短路電流的大小。2.熔斷器與其他開關(guān)電器配合使用時的選用1）各原件的保護特性均應(yīng)在電動機反時限特性曲線的下方2）熱繼電器與熔斷器的時間-電流特性必須能滿足電動機從零速啟動到全速運行時的延時特性。3）熔斷器還必須保護熱繼電器不受可能超過其額定電流8倍及以上的大電流破壞。4）熔斷器還必須在短路情況下保護接觸器，能分斷接觸器不能分斷大電流。5）在熔斷器與斷路器配合時，熔斷器主要分斷大的短路電流，斷路器分斷在交點以內(nèi)的過電流和小倍數(shù)的短路電流。低壓隔離器（一）刀開關(guān)刀開關(guān)按操作方式分為單投和雙投兩種。按極數(shù)分為單極、雙極和三極三種。按滅弧結(jié)構(gòu)分為不帶滅弧罩和帶滅弧罩的來年各種。不帶滅弧罩的刀開關(guān)一般只能在無負荷下操作。由于刀開關(guān)斷開后有明顯可見的斷開間隙，因此可作隔離開關(guān)使用。帶滅弧罩的刀開關(guān)能通斷一定的負荷電流，能使負荷電流產(chǎn)生的電弧有效的熄滅。（二）刀熔開關(guān)低壓刀熔開關(guān)又稱“熔斷器式刀開關(guān)”是一種由低壓刀開關(guān)與低壓熔斷器相組合的開關(guān)電器。常見的HR3型刀熔開關(guān)，就是將HD型開關(guān)的閘刀換以RT0型熔斷器的具有刀形觸頭的熔斷管。刀熔開關(guān)具有刀開關(guān)和熔斷器的雙重功能。采用這種組合型開關(guān)電器，可以簡化低壓配電裝置的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟實用，因此廣泛應(yīng)用在低壓配電裝置上。（四）組合開關(guān)又稱為轉(zhuǎn)換開關(guān)，在機床電氣設(shè)備和其他電氣設(shè)備中使用十分廣泛。體積小，接線方式多，使用方便。滅弧性能比一般開關(guān)好。它的刀片是轉(zhuǎn)動式的,操作輕巧,隨著轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)改變通斷狀態(tài).見圖1-322、低壓斷路器低壓斷路器又稱“低壓自動開關(guān)”。低壓斷路器既能帶負荷通斷電路，又能在短路、過負荷和低電壓（或失壓）時自動跳閘，其功能與高壓斷路器類似。三個基本部分：觸頭和滅弧系統(tǒng)；各種脫扣器；操作機構(gòu)和脫扣機構(gòu)。當線路上出現(xiàn)短路故障時其過電流脫扣器動作，使開關(guān)跳閘。如出現(xiàn)過負荷時，其串聯(lián)在一次線路的加熱電阻絲加熱，使雙金屬片彎曲，也使開關(guān)跳閘。當線路電壓嚴重下降或電壓消失時，其失壓脫扣器動作，同樣使開關(guān)跳閘。如果按下按鈕6或7，使失壓脫扣器失壓或使分勵脫扣器通電，則可使開關(guān)遠距離跳閘。2、低壓斷路器低壓斷路器按其滅弧介質(zhì)分有空氣斷路器和真空斷路器等；按其用途分有配電用斷路器、電動機保護用斷路器、照明用斷路器和漏電保護斷路器等；按保護性能分有非選擇型斷路器、選擇型斷路器和智能型斷路器；按結(jié)構(gòu)型式分有萬能式斷路器和塑料外殼式斷路器兩大類。非選擇型斷路器一般為瞬間動作，只作短路保護用；也有的為長延時動作，限流用。選擇型斷路器，指動作時間可以按選擇性和靈敏性的要求進行調(diào)節(jié)。有兩段保護和三段保護，兩段保護指具有瞬時或短延時動作和張延時動作。三段保護指具有瞬時、短延時和長延時或者瞬時、長延時和接地短路等三種動作特性。智能型斷路器，其脫扣器為微機控制，其保護功能很多，其保護性能的整定非常方便靈活，因此有“智能型”之稱。低壓斷路器的保護特性曲線萬能式斷路器實物圖片萬能式斷路器萬能式斷路器（又稱框架式斷路器）一般有一個有絕緣襯墊的鋼制框架，所有部件均安裝在這個框架底座內(nèi)。智能控制器手動儲能手柄分閘按鈕合閘按鈕抽屜框架二次接線端子分合閘指示儲能指示萬能式斷路器主要安裝在低壓配電柜中作為進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)和大電流出線開關(guān)，用于控制和保護低壓配電網(wǎng)絡(luò)。塑殼式斷路器塑料外殼式低壓斷路器（原稱裝置式斷路器）的主要特征是有一個采用聚酯絕緣材料模壓而成的外殼，所有部件都裝在這個封閉外殼中，僅在殼蓋中央露出操作手柄。塑殼式斷路器實物圖片手動操作手柄上接線端子分勵脫扣按鈕下接線端子塑殼式斷路器通常裝設(shè)在低壓配電裝置之中，作為配電線路或電動機回路的控制與保護開關(guān)

模數(shù)化微型斷路器

第六節(jié)、主令電器3主令電器主要用來接通或斷開控制電路，以發(fā)布命令或信號，改變控制系統(tǒng)工作狀況的電器。常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器等。（一）按鈕按鈕：是人力操作并具有彈簧儲能復位的主令電器。它結(jié)構(gòu)最簡單應(yīng)用卻最為廣泛。分類開啟式（K）－適于嵌在面板上；保護式（H）－帶有保護外殼；密封式（S）－具有防雨密封外殼；防腐式（F）－有防腐蝕氣體侵入外殼緊急式（J）－供緊急情況下切斷電源用；旋鈕式（X）－按鈕為旋轉(zhuǎn)式；鑰匙式（Y）－鑰匙防止誤操作；自持式（Z）－內(nèi)帶自持式電磁機構(gòu)；帶燈式（D）－旋鈕兼作指示燈用。（一）按鈕按鈕結(jié)構(gòu)原理（1）結(jié)構(gòu)（2）原理圖為正常工作時釋放狀態(tài)，常閉觸點閉合；當需要發(fā)布指令時，按下按鈕帽1，彈簧2被壓縮，動觸頭3與常閉觸點4分離，接著與常開觸點5接觸觸閉合，實現(xiàn)從常閉到常開觸頭閉合電氣轉(zhuǎn)換；當手松開時彈簧2恢復，常開觸點斷開，常閉觸點閉合恢復為釋放狀態(tài)。（一）按鈕按鈕結(jié)構(gòu)示意圖1-按鈕帽2-復位彈簧3-常閉靜觸頭4-動觸頭5-常開靜觸頭按鈕電氣符號型號含義NP2系列按鈕開關(guān)LA2、LA4系列按鈕開關(guān)NP系列（二）行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，能將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，以控制機械運動。種類按運動形式分為直動式、轉(zhuǎn)動式；按結(jié)構(gòu)分為直動式、滾動式、微動式。1、直動式行程開關(guān)2、滾輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)

滾輪式行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖行程開關(guān)電氣符號型號含義萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

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).

圖形文字符號第七節(jié)接觸器接觸器是用于遠距離頻繁的接通和分斷交直流主電路和大容量控制電路的電器，主要控制對象是電動機，也可以是其他電力設(shè)備。一、分類按觸頭系統(tǒng)動力分為：電磁接觸器，氣動接觸器，液壓接觸器。按供電方式分為：直流接觸器，交流接觸器。二、接觸器的常用類型及適用場合1、常用的接觸器有CJ10、CJ12、CJ20系列交流接觸器及CZ0、CZ18、CZ21、CZ22系列直流接觸器等。主要結(jié)構(gòu)：電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置以及傳動機構(gòu)和外殼等。三、接觸器的符號及型號含義

提高接觸器壽命的主要措施1、吸力特性和反力特性合理配合2、減小觸頭接觸時跳動時間，可通過減小觸頭質(zhì)量和運動速度，適當增加觸頭初壓力，附加緩沖裝置來得到改善。3、采取措施防止分磁環(huán)斷裂。4、增大極面面積，減小碰撞應(yīng)力。交流接觸器選用原則（1）按不同使用類別選用它包括兩方面的內(nèi)容：按工作線路分斷能力要求選擇產(chǎn)品型號；按使用類別及要求的電壽命次數(shù)選擇容量等級。（2）考慮工作制及操作頻率的影響短時工作制時要考慮操作頻率，長期工作制的要考慮觸頭的防氧化能力，盡可能選用銀觸頭。第九節(jié)繼電器

繼電器用途和分類1、用途：是一種自動電器，適于遠距離接通和分斷交、直流小容量控制電路，并在電力驅(qū)動系統(tǒng)中供控制、保護及信號轉(zhuǎn)換用。2、分類

電壓繼電器--根據(jù)線路電壓變化做出反應(yīng)動作，用于欠壓及失壓保護或作為中間繼電器使用（在大容量或多觸點線路中）。

電流繼電器--據(jù)電流變化而動作，用于過載及短路保護或?qū)χ绷麟姍C進行磁場控制和失磁保護。

時間繼電器--起延時作用。保證電路工作時，時序的正確性。

熱繼電器----為交流電機提供過載及斷相保護。溫度繼電器--作過熱保護或溫度控制用。

速度繼電器--對電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向變化進行檢測。電壓、電流繼電器

電流繼電器是根據(jù)電流變化而動作的繼電器，一般可兼做過電流和欠電流繼電器，作為電動機的啟動和過載保護。過電流繼電器：當電流發(fā)生短路及過電流時切斷電路。欠電流繼電器：當電流過低時，繼電器動作。電壓繼電器是根據(jù)電壓變化而動作的繼電器，也分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。主要也用于電機保護。

是一類起擴大觸頭數(shù)和容量用的電壓繼電器。結(jié)構(gòu)原理動鐵心與橫梁套接在一起，動觸頭排列在橫梁上。動作原理：當線圈通電時，動鐵心被擋鐵吸引帶動橫梁向上運動，使動觸頭與常閉觸點分開，與常開觸點閉合；當線圈失電時，動鐵心被反力彈簧下呀，帶動動觸頭與常開觸點分開，與常閉觸點閉合。中間繼電器1、外殼2、反力彈簧3、擋鐵4、線圈5、動鐵心7、橫梁時間繼電器分類按工作原理:電磁式時間繼電器,電子式時間繼電器(常用), 鐘表式時間繼電器,氣囊式時間繼電器和數(shù)字式時間繼電器.

按延時方式:通電延時型和斷電延時型前者獲得輸入信號后先延時再輸出控制信號,輸入信號消失后即詼復原態(tài);后者則獲得輸入信號后先輸出控制信號,輸入信號消失后延時再詼復原態(tài).電子式時間繼電器延時原理：線圈斷電時，磁通從穩(wěn)態(tài)值下降至釋放磁通（此時吸力等于彈簧反力）時是需要時間的，而且從吸合位恢復至釋放位時也會產(chǎn)生釋放運動時間（該部分一般忽略），這兩部分時間構(gòu)成了電磁式時間繼電器的延時時間。（見本教案27頁電磁機構(gòu)示意圖）延時時間調(diào)整方法法一、在銜鐵和鐵心的接觸處加非磁性墊片，墊片越厚，延時越短。法二、改變彈簧反力的大小，反力越小，釋放磁通越小，延時越長。法三、在磁路中加阻尼筒，通過改變阻尼筒的電阻來改變線