电磁式低压电器.ppt

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1、第一篇 电器及继电接触器控制技术第一章 电磁式低压电器,教学要求： 掌握接触器、继电器、断路器、按钮、开关、主令电器等常规控制电器的动作特点、图形符号，并能够正确选择使用。,一、电器的定义 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。,二、电器的分类 1按工作电压等级分 (1)高压电器 用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。,（2）低压电器指工作在交流1200V、直流1500V额定电压以下的电路中，以实现对电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换

2、和调节为目的的电器。 2.按用途分类 按用途分类：低压配电器、低压控制器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行器,1.低压配电器 用于供电系统中进行电能的输送和分配的电器。 主要技术要求：分断能力强，限流效果好，动稳定及热稳定性能好。 主要器件： 低压断路器、隔离开关、刀开关、自动开关,2.低压控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。 主要技术要求：具有一定的通断能力，操作频率高，电器和机械寿命要长。 主要器件：接触器、继电器、启动器、各种控制器等。,3.低压主令电器 用于发送控制主令的电器。 主要技术要求：操作频路高，抗冲击，电器的机械寿命要长。 主要器件：按钮、主令开关、行程开关和万能

3、转换开关等。,4.低压保护电器 用于对电路和用电设备进行保护的电器。 主要技术要求：具有一定的通断能力，可靠性高，反应要灵敏。 主要器件：熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。,5.低压执行器 用于完成某种动作和传动功能的电器。 主要器件：电磁铁、电磁离合器等。 电动机是用得最多的执行电器。,低压电器的其它分类： 1.按使用场合分为一般工业用电器、特殊工矿用电器、安全电器、农用电器、牵引电器等。 2.按操作方式分为手动电器和自动电器。 3.按工作原理分为电磁式电器、非电量控制电器等。 电磁式低压电器是采用电磁现象完成信号检测及工作状态转换的，是传统低压电器中结构最典型、应用最广泛的一类。

4、,二、低压电器的结构,低压电器一般由工作机构、操动机构及灭弧机构三大 部分组成。 即触点系统+电磁系统+灭弧装置 （一）工作机构（触头） 触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。,（1）按其接触形式分 按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。 点接触：适用于电流不大，触头压力小的场合。 线接触：适用于接电次数多，电流较大的场合。 面接触：适用于大电流的场合。,常见的触头结构,图（a）为点接触的桥式触头，图（b）为面接触的桥式触头，图（c）为线接触的指形触头。,(2)按控制的电路分 按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断

5、开控制电路，只允许通过较小的电流。,(3)按原始状态分 按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。,（二）操动机构（电磁机构）,1.电磁机构的组成 电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等几部分组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 （a）直动式电磁机构 （b）拍合式电磁机构,原理 当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动

6、相应的触头动作。 作用 将电磁机构中线圈中的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。,2.电磁特性 （1）电磁吸力与吸力特性 线圈电磁吸力：,吸力特性 电磁式电器在吸合或释放过程中，气隙是变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸力特性。,B为气隙中磁感应强度（T） S为磁铁截面积,交流 F基本不变，而 I； 线圈通电但衔铁不动作时，吸合电流为额定电流1015倍。 直流 F，但是I=U/R不变； 当在线圈断电时，其反电势约电源电压的1020倍，所以应续流二极管。,交流电磁吸力特性,直流电磁吸力特性,1.直流电磁铁吸力特性 2.交流电磁铁吸力特性

7、 3.反力特性,吸力特性和反力特性,吸力过大，接触时冲击力大，会损坏铜片； 吸力过小，衔铁动作慢，难以满足高频操作的要求。,（2）交流接触器短路环的作用,线圈通电后，电磁吸力要大于反力（由复位弹簧和触头产生）才能将衔铁吸附；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，衔铁被释放。 当同交流电时，交流电变化一个周期，电磁铁会吸合两次，释放两次，电磁机构产生剧烈的震动和噪声，因而不能正常的工作。 解决方法：在铁芯的端面开一个小槽，在槽内嵌入铜质短路环。 加上短路环后，磁通被分成大小接近、相位相差90电角度的两相磁通。,因为两相磁通不会同时过零，由两相磁通合成的电磁吸力变化较为平坦，使通电期间电磁吸力始终大于反力

8、，铁芯牢牢吸合，这样就消除了振动和噪声。,（三）灭弧机构 （1）电弧的产生 触头在通电状态下动、定触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出，在高热和强电场的作用下，电子运动撞击空气分子，使之电离而产生电弧。电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾，所以必须迅速消除。,（2）电弧的分类 电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。 （3）常用的灭弧原理 a.迅速拉大电弧长度，从而降低单位长度电弧的电压。 b.使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可以使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。,（3）常用的灭弧装置 磁吹

9、灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。,窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中（窄缝下部宽上部窄），使其分成数段并迅速熄灭，该方式主要用于交流接触器中。,栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，交流电器常用栅片灭弧。,我国低压电器产品大致可分为四代： 第一代产品： 20世纪60年代至70年代初 第二代产品：20世纪70年代末一80年代 第三代产品：

10、20世纪90年代 第四代产品： 20世纪90年代末至今,第1代低压电器（ 60年代一70年代初 ）,主要产品为DW10，DZ10，CJ10等系列产品为代表的17个系列产品，性能水平相当于国外50年代水平，其性能指标低、体积大、耗材、耗能、保护特性单一、规格及品种少。 现市场占有率为20一30(以产品台数计算)。,第2代低压电器（70年代末一80年代）,主要产品为DWl5，DZ20，CJ20为代表，共56个系列。技术引进产品以3TB、B系列为代表共34个系列。达标攻关产品40个系列，技术指标明显提高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套装置要求。 现有市场占有率为50一60。,第3代低压电器

11、（90年代）,主要产品为DW45，S，CJ45(CJ40)等系列产品第三代电器产品具有高性能、小型化、电子化、智能化、模块化、组合化、多功能化等待征。但受制于通信能力的限制，不能很好地发挥智能产品的作用。 现有市场占有率：5一10，如智能断路器、软起动器等。,第4代低压电器（90年代末至今）,不断开发现场总线低压电器产品。这种产品除了具有第三代低压电器产品的特征外，其主要技术特征是可通信，能与现场总线系统连接。采用标准化结构，具有互换性，采用模数化结构； 保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故 障自诊断、进行双向通信等。 （智能化可通信低压电器）,第二节 电磁式接触器,电磁式接触器是电力拖

12、动和自动控制系统中使用量大且面广的一种低压控制电器，用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机、电焊机、电容器组等。能实现远距离控制，并具有低压释放的保护功能。,交流接触器,一、接触器的结构及工作原理 1.交流接触器的结构 组成：电磁机构+触头系统+灭弧装置+其他附件,交流接触器结构示意图,交流接触器触点系统 三对常开主触点：容量较大，用于接通分断高电压、大电流的主电路。 有12 对辅助触点：容量较小，用于接通分断小电流的控制电路。 灭弧装置 大容量交流接触器采用栅片灭弧、灭弧罩灭弧； 小容量交流接触器采用双断口桥式触点灭弧。,线圈通电产生电磁吸力衔铁吸合带动动触点

13、动作：常闭触头断开，常开触头闭合。,线圈失电电磁吸力消失衔铁在反作用弹簧的作用下释放，带动触点复位，常开触头断开，常闭触头闭合 。,2.交流接触器的工作原理 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动与衔铁固连在一起的触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。,目前我国常用的交流接触器主要有： CJ20 CJX1(3TB/3TF) CJX2(LCD-1) CJX3 CJX4等系列。,交流接触器CJ20系列-1,CJ20系列交流接触器用于交流50Hz，额定电压至

14、660V(个别等级至1140V)，电流至630A的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。,交流接触器CJ20系列-5,交流接触器 B 系列-2,B系列接触器为引进德国ABB公司技术制造的产品,1. 接触器型号的表达及含义,例如，CJl2-2503: 为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。 CJl2T-2503: 为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。,例，CZ0-100/20: 为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。,二

15、、接触器的主要技术参数 1.技术参数 1）额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压，应等于负载的额定电压。 直流接触器：110、220V、440V、660V 交流接触器：127、220V、380V、500V 如某负载是380V的三相感应电动机，则应选380V的交流接触器。 2 ）额定电流 接触器的额定电流是指主触头的额定电流，应等于或稍大于负载的额定电流。 直流接触器：25A、40A、60A、100A、 150A、250A、400A、600A。 交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、 150A、250A、400A、600A。,3）线圈的额定电压 电磁线圈的额定电压等

16、于控制回路的电源电压。 常用的等级为： 直流线圈；24V、48V、220V、440V。 交流线圈：36V、127V、220V、380V。 一般交流线圈用于交流接触器，直流线圈用于直流接触器，但当交流负载在频繁动作时可以采用直流线圈的交流接触器。,4）触头数目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求。 5）额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次数。 交、直流接触器最高为1200次/h。 6）接通和分断能力 指主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通时主触点不应发生熔焊；分断时主触点不应发生长时间燃弧。电路中超出此电流值的分断任务则由熔断器、自动开关等保护电器承担

17、。,接通及分断能力与使用类别有关。因而接触器用于不同负载时，对主触点的接通和分断能力的要求不一样。接触器在电力拖动系统使用时，常见的类别是： AC交流：AC1 AC2 AC3 AC4 DC直流： DC1 DC3 DC5 AC-1和DC-1类允许接通和分断额定电流。 AC-2、DC-3、DC-5类允许接通和分断4倍额定电流。 AC-3类允许接通和分断6倍额定电流和分断额定电流。 AC-4类允许接通和分断6倍额定电流。,2.接触器图形符号和文字符号,三、接触器的选用 1.根据负载性质确定工作类别 生产中广泛使用中小容量的笼型电动机，而且是一般负载，它相当于AC-3使用类别。 控制机床电动机的接触器

18、，负载比较复杂，有用AC-3、AC-4，也有用AC-1和AC-4混合的。 2.根据电动机（或者其他负载）的功率和操作情况 来确定接触器主触点的电流等级。 当接触器的使用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般应使主触点的电流等级与所控制的负载的电流等级相当，或者稍大一些。,总体来说： 根据负载性质确定工作类别； 根据类别确定接触器系列。 根据负载额定电压确定接触器额定电压。 根据负载额定电流确定接触器额定电流，并根据外界条件加以修正。 选定吸引线圈的额定电压。 根据负载情况复核操作频率。,第三节 电磁式继电器,一、电磁式继电器的结构和特性 继电器是一种根据电气量(电压、电流等)或非电气量(温度

19、、压力、转速、时间等)的变化接通或断开控制电路的电气元件，被广泛用于电动机或线路的保护以及生产过程自动化的控制中。 一、中间继电器 二、电压、电流继电器 三、时间继电器 四、热继电器 五、速度继电器,1.电磁式继电器的结构,1-线圈；2-铁芯；3底座；4-反力弹簧；5，6-调节螺钉；7-衔铁；8-非磁性垫片；9-常闭触点；10-常开触点,电磁式继电器主要由电磁机构和触点系统组成。 电磁机构 1.交流电磁机构形式主要有：U形拍和式和E形直动式，其铁芯和衔铁一般由硅钢片组成。 2.直流电磁机构形式主要为：U形拍和式，其铁芯和衔铁一般由电工软铁组成。 触点系统 触点一般为桥式触点，有常开和常闭两种形

20、式。因为交、直流继电器的触点均接在控制电路上，且电流小，故不装灭弧装置。,2. 电磁式继电器的特性 当继电器输入量由零增至x2以前，继电器输出量为零。当输入量增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1，若再增大，值保持不变。当减小到x1时，继电器释放，输出量由y1降到零，再减小，值均为零。 在图中，X2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于x2；x1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于x1。,继电特性曲线,继电器的主要参数 1.返回系数 K为释放值和吸合值的比值，称为继电器的返回系数。,K的值可以通过调节释放弹簧来调节；或者是通过调整铁芯和衔铁之间的非磁性垫片的厚

21、度来达到所要求的值。 不同的场合要求不同的K值。例如：一般继电器要求低的返回系数，K的值应该在0.1-0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时，不至于引起误操作。,2.吸合和释放时间 吸合时间：指线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需要的时间。 释放时间：指线圈失电到衔铁完全释放所需要的时间。 一般继电器的吸合时间与释放时间为：0.050.15 S，它的大小影响继电器的操作频率。,2.继电器的作用 继电器主要用于控制与保护电路或作信号转换用。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。 注意： 1、继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。 2、触电无主、辅

22、触点之分。,3.继电器的分类 按输入信号的不同分为：电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。 按线圈电流种类不同分为：交流继电器和直流继电器。 按使用范围不同分为：控制继电器和保护继电器、通讯继电器和安全继电器。 按动原理不同分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。 常用的电磁式继电器：电压继电器、电流继电器和中间继电器,电压继电器和电流继电器可用于电压量和电流量的检测。 两者的电磁系统的主要差别： 电压继电器线圈的导线细，而且匝数多。 电流继电器线圈的导线粗，而且匝数少。 电压继电器在接入电路时，并联在待测量的电路端点。 电流继电器在接入

23、电路使用串接在待检测的电路中。,二、电压继电器及电流继电器,1.电磁式电压继电器 触点的动作与电压有关的继电器称为电压继电器。 作用：用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。 按线圈电流的种类可分为：交流型和直流型 按吸合电压相对额定电压的多少可分为：过电压和欠电压继电器。,二、电压继电器及电流继电器,（1）过电压继电器 作用：在电路中用于过电压保护。 正常工作时衔铁不产生吸合动作。 当线圈的电压高于其额定电压时，衔铁才会产生吸合动作。 常利用常闭触点断开需要保护的电路的负荷开关。 （2）欠电压继电器 作用：在电路中用于欠电压保护。 正常工作时衔铁处于吸合状态。 当

24、电路中电压降至线圈的释放电压时，衔铁释放。 控制电路中常利用欠电压继电器常开触点,电压继电器的图形符号及文字符号,（3）电压继电器的选用 A.要注意线圈种类和电压等级应与控制电路一致； B.根据在控制电路中的作用（是过电压还是欠电压）选型； C.按控制电路的要求选触点的类型（是常开还是常闭）和数量。,电压继电器JD系列,2.电磁式电流继电器 触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器称为电流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。 按线圈电流的种类可分为：交流型和直流型 按吸合电流的大小可分为：过电流和欠电流继电器。,（1）过电流继电器 作用：用作电路的过电流保护。 正常工作时衔铁为释放状态，不

25、产生吸合动作。 当电路中出现比负载正常电流大的电流时，衔铁产生吸合动作，从而带动触点动作，分断待保护电路。 控制电路中常利用欠电流继电器常闭触点。 （2）欠电流继电器 作用：在电路中用于欠电流保护。 正常工作时衔铁处于吸合状态。 当电路中的电流低于负载额定电流，达到衔铁的释放电流时，则衔铁释放，带动触点动作，分断待保护电路。 控制电路中常利用欠电流继电器常开触点。 应用：预防直流电机产生飞车现象。,电流继电器的图形符号及文字符号,（3）电流继电器的选用 A.要注意线圈种类和电压等级应与控制电路一致； B.根据对负载的保护作用（是过电流还是欠电流）选型； C.按控制电路的要求选触点的类型（是常开还是常闭）和数量。,电流继电器JL3系列-2,三、中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器，原理和结构与接触器相同，只是触头系统触头数量多（一般8对），且无主、辅触头之分。 作用：在控制电路中完成触点类型的转换、补充及信号的中继传递功能，或信号放大（即增大触点数量）。,中间继电器,中间继电器的图形符号和文字符号,型号表达及含义,