電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）課件：電磁式低壓電器的認(rèn)識(shí)和選用

電磁式低壓電器的認(rèn)識(shí)和選用學(xué)習(xí)目標(biāo) （1）了解低壓電器的概念及分類;（2）掌握常用低壓電器電磁機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。一、電磁式低壓電器1.電磁機(jī)構(gòu)

電磁式低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸頭動(dòng)作的部件，它由吸引線圈、鐵芯及銜鐵三部分組成。吸引線圈將電能轉(zhuǎn)換為磁能，產(chǎn)生磁通，銜鐵在電磁吸力的作用下產(chǎn)生機(jī)械位移使鐵芯吸合。吸引線圈根據(jù)輸入電流的不同分為直流線圈和交流線圈兩種。直流線圈通入直流電。交流線圈須通入交流電。電磁鐵工作時(shí)，吸引線圈產(chǎn)生的磁通作用于銜鐵，產(chǎn)生電磁吸力，并使銜鐵產(chǎn)生機(jī)械位移。銜鐵復(fù)位時(shí)，復(fù)位彈簧將銜鐵拉回原位，所以電磁鐵吸合時(shí)，電磁鐵的吸力F要大于復(fù)位彈簧的拉力。2.觸頭系統(tǒng)

觸頭系統(tǒng)是電磁式低壓電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它在銜鐵的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)電路的接通或斷開。由于銅的導(dǎo)電性較好，導(dǎo)熱能力強(qiáng)，因此電磁式低壓電器的觸頭通常由銅制成。但是銅觸頭容易產(chǎn)生氧化膜，使觸頭的接觸電阻增大，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電弧，因此有些觸頭改用導(dǎo)電性更強(qiáng)、氧化膜不易形成的銀質(zhì)觸頭。

觸頭按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭在主電路中控制電路的接通或斷開，允許通過的電流較大；輔助觸頭對(duì)控制電路進(jìn)行接通或斷開操作，它只能通過較小的電流。觸頭按其接觸形式的不同分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。3.電弧的產(chǎn)生與滅弧方法在通電狀態(tài)下，當(dāng)動(dòng)、靜觸頭（電壓不小于

10～20

V）在即將接觸或者即將分開時(shí)就會(huì)在間隙內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。如果電流小，就會(huì)發(fā)生火花放電；如果電流大于80～100

mA，就會(huì)發(fā)生弧光放電，也就是電弧，其特點(diǎn)是外部有白熾弧光，內(nèi)部有很高的溫度和密度很大的電流。電弧產(chǎn)生的主要原因是：氣體（或空氣）中含有少量正負(fù)離子，在外施電壓的作用下，離子加速運(yùn)動(dòng)，在碰撞中離子數(shù)目大大增加，這些離子在電場(chǎng)中的定向運(yùn)動(dòng)就形成了電流。電流通過氣體時(shí)伴隨著強(qiáng)烈的發(fā)熱過程，以致電流通道內(nèi)的中性氣體分子全被電離而形成等離子體。這種有強(qiáng)烈的聲、光和熱效應(yīng)的弧光放電，就是電弧的形成過程。所以，電弧實(shí)質(zhì)上就是一種能導(dǎo)電的電子、離子流，其中還包括燃燒著的銅分子流。電弧電壓所產(chǎn)生的危害比較嚴(yán)重，其溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度，輕則損壞設(shè)備，重則可以產(chǎn)生爆炸，釀成火災(zāi)，威脅生命和財(cái)產(chǎn)安全。特別是在石油、電力行業(yè)中，更需要額外注意。由于行業(yè)的特殊性，更容易造成事故，甚至是人員傷亡。在電力行業(yè)中，開關(guān)電器會(huì)產(chǎn)生電弧。因?yàn)槠錅囟雀哌_(dá)數(shù)千攝氏度，能燒壞觸頭，甚至導(dǎo)致觸頭熔焊。如果電弧不立即熄滅，就可能燒傷操作人員，燒毀設(shè)備，甚至釀成火災(zāi)。因此，有觸頭的電器應(yīng)考慮其滅弧問題，尤其是高壓配電方面更要注意。一旦由于帶負(fù)荷拉閘操作失誤，或者是在開關(guān)箱內(nèi)有異物（導(dǎo)電體），拉出開關(guān)箱的時(shí)候，異物瞬間接通了兩極又分開，導(dǎo)致電弧產(chǎn)生，以致產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，炸傷、燒傷操作人員。

為了滅弧，常采用的方法有：①迅速拉大電弧的長(zhǎng)度，使觸頭間隙增加，降低電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)又使散熱面積增大，降低了電弧溫度，使自由電子和空穴復(fù)合的運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，從而容易將電弧熄滅；②用電磁力使電弧在冷卻介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，帶走電弧熱量，降低弧柱周圍的溫度；③將電弧擠入絕緣壁組成的窄縫中，對(duì)它進(jìn)行冷卻。常用的滅弧方法有以下幾種：（1）電動(dòng)力滅弧。橋式觸頭分?jǐn)鄷r(shí)，在左右兩個(gè)弧隙中產(chǎn)生兩個(gè)彼此串聯(lián)的電弧，電弧電流在兩電弧之間產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)左手定則，電弧電流在電動(dòng)力的作用下，使電弧向外運(yùn)動(dòng)并拉長(zhǎng)。在拉長(zhǎng)的過程中電弧遇到空氣迅速冷卻，從而迅速熄滅。（2）磁吹滅弧。借助電弧與弧隙磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的電磁力實(shí)現(xiàn)滅弧的裝置，稱為磁吹滅弧裝置。在觸頭電路中串入吹弧線圈，該線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)由導(dǎo)磁夾板引向觸頭周圍。磁吹線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電弧電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互疊加，并且這兩個(gè)磁場(chǎng)在電弧下方，其方向相反，因此電弧下方的磁場(chǎng)強(qiáng)于上方的磁場(chǎng)。在下方磁場(chǎng)的作用下，電弧受力的方向?yàn)?/p>

F所指的方向。在

F

的作用下，電弧被吹離觸頭，經(jīng)引弧角進(jìn)入滅弧罩，使電弧熄滅。磁吹滅弧是利用電流本身進(jìn)行滅弧，所以電弧電流越大，滅弧也越強(qiáng)，于是在直流電器中被廣泛應(yīng)用。（3）滅弧柵滅弧。滅弧柵由外鍍薄鋼片和石棉絕緣板組成，它們彼此之間相互絕緣，片間距離為

2～3

mm，這些金屬片被稱為柵片，安裝在觸點(diǎn)上方的滅弧罩內(nèi)。當(dāng)觸頭斷開時(shí)，在觸頭之間產(chǎn)生電弧，電弧電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。鋼片磁阻比空氣磁阻小得多，使磁通非常稀疏，而滅弧柵處的磁通非常密集，磁場(chǎng)將電弧拉入滅弧罩內(nèi)。當(dāng)電弧被拉入滅弧柵內(nèi)后，被分割成一段段串聯(lián)的短弧，而柵片就是這些短弧的電極。每?jī)善瑴缁牌g都有

150～250

V的絕緣強(qiáng)度，使整個(gè)滅弧柵的絕緣強(qiáng)度大大加強(qiáng)，以致外加電壓無法維持電弧，使電弧迅速熄滅。除此之外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻，有利于電弧熄滅。由于柵對(duì)交流電弧的滅弧更有效，因此在交流電器中通常采用柵片滅弧。（4）滅弧罩滅弧。比滅弧柵滅弧更簡(jiǎn)單的方法，是利用陶土和石棉水泥做成的能耐高溫的滅弧罩來滅弧。滅弧罩內(nèi)有一個(gè)或數(shù)個(gè)縱縫，縫的下部寬上部窄。當(dāng)觸頭斷開時(shí)，電弧在電動(dòng)力的作用下進(jìn)入縫內(nèi)，窄縫將弧柱分成若干直徑較小的電弧，同時(shí)將電弧直徑壓縮，使電弧同縫壁緊密接觸，加強(qiáng)冷卻和消游離作用，使電弧迅速熄滅。4.接觸器

接觸器是一種自動(dòng)的電磁式開關(guān)，用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動(dòng)切換。在功能上接觸器除能自動(dòng)切換外，還具有手動(dòng)開關(guān)所缺乏的遠(yuǎn)距離操作功能和零壓及欠壓保護(hù)功能，但沒有自動(dòng)開關(guān)所具有的過載和短路保護(hù)功能。接觸器生產(chǎn)方便，成本低，主要用于控制電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制電路中使用最廣泛的一種低壓電器。接觸器的符號(hào)如圖1.26所示。根據(jù)接觸器主觸點(diǎn)通過電流的種類，將其分為交流接觸器和直流接觸器兩種。圖1.26接觸器符號(hào)交流接觸器是一種電氣控制中頻繁接通和分?jǐn)嚯娐芳敖涣麟妱?dòng)機(jī)的電器。主要用作控制交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)、調(diào)速，并可與熱繼電器或其他適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置組合，保護(hù)電動(dòng)機(jī)可能發(fā)生的過載或斷相，也可用于控制其他電力負(fù)載，如電熱器、電照明、電焊機(jī)、電容器組等。交流接觸器的種類很多，如電磁式交流接觸器、真空式接觸器和固體接觸器。目前，常用的電磁式交流接觸器有CJ10、CJ20、CJ40等系列產(chǎn)品。直流接觸器是應(yīng)用于直流電力線路中，可控制遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘀绷麟娐芳邦l繁地操作和控制直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)的一種自動(dòng)控制電器。目前常用的直流接觸器有CZ0、C218、C220等系列。習(xí)題與思考題1、