Transcript 第六章 常用低压电器
第二篇 电器及其控制 第六章 常用低压电器 第一节 概述 第二节 常用低压电器的基本问题 第三节 接触器 第四节 继电器 第五节 配电电器 第六节 主令电器 第一节 概述 电器：接通与断开电路；对电路进行保护、检 测、控制等 低压电器：工作在交流<1200V,直流<1500V的电器 一、低压电器作用分类 作用：控制、调节、转换、通断和保护 １）按用途分类 控制电器：接触器，继电器，主令电器等 配电电器：熔断器，断路器，刀开关等 执行电器：电磁离合器等 ２）按应用场合分类 ＊一般用途低压电器 ＊矿用低压电器 ＊化工用低压电器 ＊船用低压电器 ＊牵引低压电器 ＊航空低压电器 ３）按操作方式分类 ＊手动电器 ＊自动电器 ４）按使用系统分类 ＊自动控制电力拖动系统用电器 ＊电力系统用电器 ＊自动化通讯系统用电器 ５）按电器执行功能分类 ＊有触点电器 ＊无触点电器 ＊混合电器 ６）按电力拖动自动控制系统用电器分类 接触器，继电器，主令电器，执行电器， 熔断器，成套电器，低压断路器，刀开关、 二、低压电器的应用 • 电力拖动控制系统中， 低压电器主要用于对电 动机进行控制、调节和 保护 • 低压配电电路或动力装 置中，低压电器主要用 于对电路和设备进行保 护以及通断、转换电源 或负载 三、低压电器额定工作制 ＊八小时工作制 ＊不间断工作制 ＊短时工作制 ＊断续周期工作制 四、低压电器发展概况 • 经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、技 术引进、跟踪国外新产品等几个时期 • 目前，我国低压电器的发展正向着更高层次迈 进，按照国际标准积极开发、研制新产品，提 高传统电器产品的性能 • 低压电器的发展趋势 智能化，通信化，模块化、组合化，提高分断 能力和限流性能，提高可靠性，应用计算机辅 助设计、制造、试验新产品 第二节 常用低压电器的基本问题 结构：电磁系统，触点系统 一、电磁机构 电磁线圈、铁心、衔铁 1、结构形式 （1）按衔铁的运动方式分 衔铁绕棱角转动拍合式 衔铁绕轴转动拍合式 衔铁直线运动直动式 （2）按磁路方式分 U形、E形 1-铁心 2-线圈 3-衔铁 （3）按线圈的连接方式分 串联电磁机构：电流线圈，电流型电器 并联电磁机构：电压线圈，电压型电器 （4）按电磁线圈的种类分 电压线圈、电流线圈 串联电磁机构 并联电磁机构 2、电磁机构的特性 吸力特性：使衔铁吸合的力与气隙的关系 反力特性：使衔铁释放的力与气隙的关系 （1）吸力特性 F 1 2 0 S C F 2 2 B S 1） 交流电磁机构的吸力特性 U E 4.44 fN 设外加电压U、频率f、匝数N不变时 Φ=常数 ∴ F = 常数 实际上，F随δ的减小略有增加 磁路定律: IN IN ( IN )( 0 s) Rm 0 s Φ=常数, 电流I与气隙δ成正比 2）直流电磁机构的吸力特性 I=常数 F ( 1 )2 （2)反力特性 反力产生：释放弹簧、触点弹簧、重力 起始点：δ1， 接触点：δ2 δ1 -δ2区间，随着δ↓，反力↑ δ2点，反力突增 δ2 -0区间，随着δ↓，反力↑↑ (3）吸力特性与反力特性的配合 直流吸力特性 交流吸力特性 反力特性 吸力过大，铁心端面磨损，触点弹跳 ★ 吸力过小，铁心吸合速度降低 ★ 实际中，改变弹簧松紧实现吸力特性与 反力特性的配合 ★ 单相交流电磁机构，在铁心端面安装分磁环 F1 F2 ↑1 ↑ 2 分磁环 1 2 F∝Φ2 ,Φ正弦交变 ☆Φ为零时，F也为零，动铁心在F反作用下断开 ☆Φ增大时， F也增大 ☆当F﹥F反时，动铁心吸合，因此使动铁心产生 ☆ 振动 加入分磁环，磁通的一部分穿过分磁环，在 环中产生涡流，根据电磁感应定律，该涡流 所产生的磁通Φ2比未穿过分磁环的磁通Φ1 相位上滞后，其合力F1+F2始终大于F反，可消 除振动 二、触点系统 结构形式：桥式触点，指形触点 1、触点的接触形式 点接触、线接触、面接触 点接触 面接触 线接触 2、触点的接触电阻 产生原因：接触面不光滑 产生电流收缩现象 定义：由于动、静触点在过渡区域形成的电 阻，称接触电阻 减小接触电阻：选用性能好的金属材料 触点上装设接触弹簧 三、电弧的产生和常用的灭弧方法 1、电弧的产生 触点分断时，触点间电压达12-20V，电 流达0.25-1A时，触点间隙内就产生电弧 电弧对电器的影响： ＊ 使要断开的电路没有断开 ＊ 使触点熔化 ＊ 造成相间短路，甚至火灾 2、常用的灭弧方法 1）灭弧栅灭弧 • 灭弧栅由多片表面镀铜的薄钢片组成 • 置于灭弧罩内的触点上方，彼此之间互相绝缘 • 一旦发生电弧，被吸入栅片内，电弧被栅片分割成许 多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭 • 这种灭弧装置常用于交流灭弧 栅片 电弧 触点 2）灭弧罩灭弧 ＊常用陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成 ＊电弧进入灭弧罩后，电弧与灭弧罩接触，能 使电弧迅速冷却而熄灭 ＊这种灭弧装置可用于交流和直流灭弧 3）磁吹灭弧 ■触点电路中串入一吹弧线圈 ■触点电流通过吹弧线圈时要产生磁场 ■在磁场的作用下会产生电磁力 ■电弧被拉长并吹入灭弧罩中 ■电弧电流越大，灭弧能力越强 ■广泛用于直流灭弧 铁心 吹弧线圈 4）双断口灭弧 ★ 适用于桥式触点 ★ 触点1和触点2的载流体在弧区产生磁场 ★ 电弧电流在磁场中受力，使电弧向外运动 并拉长 ★ 一般多用于小功率的电器中 动触点2 静触点1 第三节 接触器 用于通断交直流主电路及大容量控制电路 一、交流接触器 通、断交流电路 1、电磁式交流接触器 ■触点：双断点桥式、单断点指形 ■电磁机构：铁心，U形、E形 动铁心运动方式，拍合式、直动式 ■灭弧装置：双断口、灭弧栅等 ■工作原理 ： 辅助触点 触点弹簧 动触点 复位弹簧 静触点 铁心 线圈 ＊线圈通电→电流→磁通→电磁力 ＊当电磁力＞反作用力，衔铁吸合→触点动作 （常开触点闭合，常闭触点断开） ＊线圈断电→电磁力消失→ 触点恢复 2、混合式交流接触器 特点: 通与断的转换由晶闸管完成 接通状态的保持由接触器完成 ◆接通电源（a高b低)→KA闭合→VTH2导通→ KM主触点闭合 ◆在额定电流下，Uab ﹤ ◆分断电路→ VTH2导通电压 Uab增大→ Uab ﹥VTH2导通电压→ VTH2导通，KM主触点完全断开 ◆要求晶闸管与接触器的动作顺序： 电路接通时，VTH先导通，KM后闭合 电路分断时， KM先断开，VTH后关断 3 、智能交流接触器 基本功能： ★ 能检测并判别正常门槛吸合电压，保证可靠 吸合。另外,在正常运行时也能监视输入电压 ★ 根据电压值变化自动选择最佳合闸相角合闸， 以降低动、静触点的碰撞而引起的二次振动 ★ 触点闭合后，自动转换到低电压和续流环节控 制，使衔铁维持吸合状态，实现最佳节能运行 工作原理 : 二、直流接触器 结构特点： ★主触点— 指形，辅助触点—桥式 ★ 铁心—整块软钢或纯铁 ★ 线圈—长而薄的圆筒形 ★ 动、静铁心—非磁性垫片 ★大电流接触器— 串联双绕组线圈 触点 线圈 铁 工作原理: 心 与交流接触器相同 灭弧方式: 磁吹式 三、接触器的主要技术指标 1、接触器的型号 CJ□□——□/□ CZ□——□/□□ 2、接触器的主要技术参数 1）额定电压 2）额定电流 3）动作值 4）接通与分断能力 5）电寿命和机械寿命 6）操作频率 第四节 继电器 通过触点或突变量通断控制电路 作用 控制和保护电力拖动装置 分类： 1) 2) 3) 4) 5) 按用途分 按输入量物理性质分 按工作原理分 按动作时间分 按结构特点分 输入—输出特性 继电器的主要参数： 1、额定参数: 电压,电流 2、动作参数: 动作值Xc, 返回值Xf 3、返回系数: Xf /Xc 4、储备系数: 额定值与动作值之比 5、动作时间: 吸合时间和释放时间 6、整定值: 动作参数的人为调整值 继电器与接触器的区别： 1、继电器用于通、断小电流的电路，结构上 不需加灭弧装置 接触器用于通、断大电流的电路，结构上 需加灭弧装置 2、继电器输入信号很多 接触器输入信号只有电压 一、电磁式继电器 原理：线圈通电→电磁力→触点通、断 结构：线圈、电磁机构、触点与反力系统 调节螺母 非磁性垫片 弹簧 触 点 线圈 铁心 交流 : 硅钢片铁心，有短路环 分类 直流: 电工软钢铁心，无短路环 1、电磁式电压继电器 定义：根据线圈电压大小而接通或断开的继电器 用途：电压保护和控制 分类：过电压，欠电压（或零压） 1）过电压继电器 ☆当 Uc U N 时继电器才动作 ☆在电路中作过电压保护 ☆其常闭触点与接触器线圈串联 ☆只有交流过电压继电器 ☆吸合电压调整范围：(1.05-1.2)UN 2)欠电压继电器 定义：当Ｕ吸﹤ＵＮ时继电器才动作 用途：欠电压保护 接法：常开触点与接触器线圈串联 分类： ＊直流欠电压：吸合电压（0.3-0.5)UN 释放电压（0.07-0.2)UN ＊交流欠电压：吸合电压（0.6-0.85)UN 释放电压（0.1-0.35)UN ＊零压继电器：在电路中作零电压保护 2、电磁式电流继电器 定义：根据电流大小而动作的继电器 分类：过电流，欠电流 1）过电流继电器 ◆当ＩＣ﹥ＩＮ时继电器才动作 ◆在电路中作过流保护 ◆常闭触点与接触器线圈串联 ◆吸合电流调整范围： 交流过电流继电器 (1.1~1.3)IN 直流过电流继电器 (0.7~3)IN 2）欠电流继电器 ▼当ＩＣ﹥ＩＮ时继电器吸合动作 ▼在电路中作欠流保护 ▼常开触点与接触器串联 ▼只有直流过电流继电器 吸合电流调整范围：(0.3-0.65)IN 释放电流调整范围：(0.1-0.2)IN 3、电磁式继电器主要技术数据 4、中间继电器 用途：远距离传输和转换控制信号 特点：触点对数多、容量大 5、电磁式继电器的整定方法 1）调整释放弹簧松紧来调整吸合值 2）改变非磁性垫片的厚度来调整释放值 3）调整调节螺钉来改变吸合值 二、时间继电器 ●线圈通电，经一段时间后，触点动作 ●按结构分：电磁式、空气阻尼式、电子式 ●按延时时间分：通电延时型、断电延时型 1.直流电磁式时间继电器 延时时间：线圈断电 →触点恢复 特点：断电延时型 延时范围： 0.2-10s 调整弹簧 非磁性垫片 短 路 线 圈 延时时间的调节方法： 线圈 ＊调节弹簧松紧 ＊调节非磁性垫片厚度 2、空气阻尼式时间继电器 线圈 瞬动触点 衔铁 反力弹簧 推板 杠杆 活塞杆 弹簧 橡皮膜 延时触点 空气室 活塞 调节螺钉 进气孔 延时时间：线圈通电→触点动作 特点: 通电延时型 延时范围： 0.4～180s 延时调节方法:调节进气孔大小 3、电动机式时间继电器（略） 4、电子式时间继电器 延时时间：线圈通电→触点动作 特点: 通电延时型 延时范围： 0.2-300s 延时调节方法: 改变RC充电时间常数 三、热继电器 作用 电动机过载保护 断相及电流不平衡运行保护 双金属片式 类型 热敏电阻式 易熔合金式 1、双金属片工作原理 ★两个线膨胀系数不同的金属压成一个整体 ★线膨胀系数大的称为主动层，反之为被动 层 ★受热向被动层弯曲 被动层 主动层 2、热元件的加热方法 直接加热法 间接加热法 复合加热法 电流互感器加热法 3、双金属片式热继电器的工作原理 调节凸轮 热元件 复位按钮 杠杆 片簧 推杆 双金属片 弓簧 触点 补偿双金属片 推杆 结构：主双金属片、加热元件、动作机构、 触点系统、调整机构、补偿元件等 连接方式：双金属片和加热元件串入主电路 常闭触点串入控制电路 工作原理：过载时，双金属片受热弯曲，带 动常闭 触点断开，切断控制电路 工作特性：安秒特性，为反时限特性 环境温度的影响：加补偿双金属片 电流整定：通过凸轮实现 4、热继电器的断相保护 杠杆 外导板 结构特点：导板差动机构 有上,下导板及杠杆 工作原理：断相时，该相 的双金属片向左弯曲， 另两相仍向右弯曲，产 生了差动，通过杠杆放 大，使触点动作，切断 控制电路 使用:△形接法的电动机必 须用带断相保护的热继 电器 四、温度继电器 （略） 五、速度继电器 适用:反接制动控制 连接:与电动机同轴 工作原理: ● 当电动机转动时,且 n﹥120r/min ,触点 动作 ●当电动机停转时，且 n﹤100r/min, 触点恢 转轴 转子磁极 定子 摆杆 簧片 常闭触点 常开触点 定子绕组 六、固态继电器 特点:无触点、无火花接通和断开电路 交流型 分类 直流型 采用双向晶闸管 采用功率晶体管 交流固态继电器工作原理: 输入信号→ VT1 导通→ VT2 截止→ VTH1导通→ VTH2导通， 负载接通交流电源 输入信号去掉→ VT1截止 →VT2饱和导通→ VTH1截止， 此时V2仍保持导通，直到负 载电流减小到小于双向晶闸 管的维持电流为止 第五节 配电电器 一、刀开关和组合开关 1、刀开关 作用:隔离电源 分类: 极数:单极,双极,三极 结构:平板式,条架式 操作方式:直动手柄式 杠杆操作式 电动操作式 手柄 静插座 触刀 底板 2、组合开关 手柄 结构:由分别装在多层绝 缘材料绝缘件内的 动、静触点组成 特点:触点座可以一 层 一层地堆叠，最多 可堆叠6层 操作:手柄每转动90o，触 点便轮流通断 转轴 弹簧 凸轮 绝缘杆 动触片 静触片 接线柱 二、熔断器 作用:当通过熔断器的电流超过额定值一定时间 , 熔断器熔体熔化，分断电路 在电路中起短路保护 1、熔断器的结构及工作原理 结构：熔体、绝缘管（或座）、填料 熔体材料：低熔点材料锡、锌、铅等 高熔点材料铜、银等 熔体形状：丝状（用于小电流场合） 片状（用于较大电流场合） 接法:使用时，熔体与被保护串联 绝缘管:硬质纤维或瓷质绝缘材料制成 填料:为了加速灭弧，提高分断能力，填 材料用石英砂 料 2、熔断器的特性 主要技术参数：保护特性、分断能力 保护特性：安秒特性 最小熔化电IR， 最小熔化系数 β= IR/IN 分断能力：在额定电压 和一定的功率因数下 切断的最大短路电流 IR 3、常用熔断器类型 1）无填料插入式熔断器 2）无填料封闭管式熔断器 熔体 熔体 3）有填料封闭管式熔断器 4）螺旋式熔断器 熔体 熔体 5）快速熔断器 6）自复式熔断器 熔体 结构与3)相同 三、低压断路器 作用:对电路实现短路、过载、欠压等保护 1、低压断路器工作原理 主触点 组成 自由脱扣机构 触点系统 灭弧系统 脱扣器 开关 过流脱扣器 分励脱扣器 热脱扣器 欠压脱扣器 ☆主触点用于接通和断开主电路.正常情况下,闭合 ☆短路或过流时，过流脱扣器的吸力增加，衔铁吸 合，顶杆向上将锁扣顶开，分断弹簧复位，带动 主触点断开主电路 ☆过载保护→热脱扣器工作 原理类同 ☆欠压保护→欠压脱扣器工作 2、漏电保护断路器 用途:防止用电设备发生漏电及人体触电等事故 分类:电磁式电流动作型、电压动作型和晶体管 电流动作型 主触点 零序电流互感器 脱扣器 ★事故时,三相电流的相量和不再等于零,而为Ie ★ Ie在磁路中产生交变磁通φ3,有半个周期在方 向上与磁通φ1相反 ★ Ie达到一定值时,衔铁上的脱扣指使脱扣机构 动作，断路器断开主电路 3、智能断路器 • 作用:过载、短路、漏电、缺相等保护 • 对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修 改 主要功能: ⒈ 信号采集 ⒉ 电流检测 ⒊ 温度检测 ⒋ 执行分断 ⒌ 故障记忆 ⒍ 抗干扰 第六节 主令电器 定义: 用来接通或断开控制电路以发布命令、或对 生产过程作程序控制的开关电器 分类: 按钮、行程开关、万能转换开关和主令控制 器等 按钮帽 一、按钮 结构: 按钮帽、复位 弹簧、触点、外壳 及支持连接部件 类型: 单式,复式, 三联式 复位弹簧 触点 二、行程开关 用途:将机械位移转变为电信号，以实现对生 产机械的电气控制 类型:直动式、滚动式、微动式 推杆 1.直动式行程开关 弹簧 压下推杆→触点动作 松开推杆→触点恢复 触点 2.滚轮式行程开关 滚轮 向左推动滚轮 上转臂 ↓ 上转臂左转 ↓ 下转臂 恢复弹簧 下转臂右转 ↓ 滑轮向右滚动 滑轮 压板 ↓ 横板作顺时针转动 横板 ↓ 触点动作 触点 3.微动式行程开关 推杆 变形片状弹簧 触点 恢复弹簧 撞块压下推杆 ↓ 片状弹簧变形 ↓ 触点动作 三、无触点行程开关 特点:当撞块行程动作时，不需与开关中的部 件接触，即可发出电信号 分类:接近开关,光电开关等 1、接近开关 2、光电开关 通电 → HL亮→VT1导通→ A点低电位→B点 有电压→VT2截止→继电器K不动作 被测物体接近→ＨＬ光线被遮挡→ VT1截止 →A点低电位→UA ﹥UB时→ VT2导通→继电器 K动作 四、万能转换开关 定义:由多组相同结构的触点组件叠装而成的 多回路控制电器 用途:配电装置的电源隔离、电路转换、电动 机远距离控制 组成:操作机构、定位装置和触点 特点:多个触点 Ⅰ 有” 通 ●”表示接 0 Ⅱ 五、主令控制器 定义:频繁地按顺序操纵多个控制回路的主 令电器 用途:按照预定的程序来通断触点、以发布 命令或实现与其它控制线路的联锁和 转换 组成:触点、凸轮、定位机构、转轴等 原理:与万能转换开关类似