01_常用低壓電器

返回總目錄,第1章 常用低壓電器,電器分為高壓電器和低壓電器。低壓電器一般是指在交流50Hz、額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。由于在大多數(shù)用電行業(yè)及人們的日常生活中一般都使用低壓設(shè)備，采用低壓供電。而低壓供電的輸送、分配和保護(hù)，以及設(shè)備的運(yùn)行和控制是靠低壓電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此低壓電器的應(yīng)用十分廣泛，直接影響低壓供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的質(zhì)量。本章主要介紹用于電力拖動(dòng)及控制系統(tǒng)領(lǐng)域中的常用低壓電器。, 1.1 概 述 1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理 1.3 電磁式接觸器 1.4 電磁式繼電器 1.5 熱繼電器,本章內(nèi)容, 1.6 信號(hào)繼電器 1.7 主令電器 1.8 熔斷器 1.9 低壓開關(guān)和低壓斷路器 1.10 常用電子電器,本章內(nèi)容,1.1 概 述,低壓電器是構(gòu)成控制系統(tǒng)最常用的器件，了解它的分類、作用和用途，對(duì)設(shè)計(jì)、分析和維護(hù)控制系統(tǒng)都是十分必要的。,1.1 概 述,1.1.1 電器的分類,電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，工作原理也各有不同。電器有多種分類方法：按工作電壓的等級(jí)可分為高壓電器和低壓電器；按動(dòng)作原理可分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器；按工作原理可分為電磁式電器和非電量控制電器；按用途可分為以下幾類。 1) 配電電器 配電電器主要用于供、配電系統(tǒng)中，進(jìn)行電能輸送和分配。這類電器有刀開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、隔離開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)以及熔斷器等。對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?qiáng)，限流效果好，動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性能好。 2) 控制電器 控制電器主要用于各種控制電路和控制系統(tǒng)。這類電器有接觸器、繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電磁閥等。對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器和機(jī)械壽命要長(zhǎng)。,3) 主令電器 主令電器主要用于發(fā)送控制指令。這類電器有按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)和萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是操作頻率要高，抗沖擊，電器和機(jī)械壽命要長(zhǎng)。 4) 保護(hù)電器 保護(hù)電器主要用于對(duì)電路和電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)。這類低壓電器有熔斷器、熱繼電器、安全繼電器、電壓繼電器、電流繼電器和避雷器等。對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，反應(yīng)要靈敏，可靠性要高。 5) 執(zhí)行電器 執(zhí)行電器主要用于執(zhí)行某種動(dòng)作和傳動(dòng)功能。這類低壓電器有電磁鐵、電磁離合器等。 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，近幾年又出現(xiàn)了利用集成電路或電子元件構(gòu)成的電子式電器，利用單片機(jī)構(gòu)成的智能化電器，以及可直接與現(xiàn)場(chǎng)總線連接的具有通信功能的電器。,1.1 概 述,1.1.2 電器的作用,電器是構(gòu)成控制系統(tǒng)的最基本元件，它的性能將直接影響控制系統(tǒng)能否正常工作。電器能夠依據(jù)操作信號(hào)或外界現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的要求，自動(dòng)或手動(dòng)地改變系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或被控對(duì)象的控制、保護(hù)、測(cè)量、指示、調(diào)節(jié)。它的工作過(guò)程是將一些電量信號(hào)或非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉峭磾嗟拈_關(guān)信號(hào)或隨信號(hào)變化的模擬量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。電器的主要作用如下。 (1) 控制作用。如電梯的上下移動(dòng)、快慢速自動(dòng)切換與自動(dòng)停層等。 (2) 保護(hù)作用。能根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備、環(huán)境以及人身安全實(shí)行自動(dòng)保護(hù)，如電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱保護(hù)、電網(wǎng)的短路保護(hù)、漏電保護(hù)等。 (3) 測(cè)量作用。利用儀表及與之相適應(yīng)的電器，對(duì)設(shè)備、電網(wǎng)或其他非電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等。,1.1 概 述,(4) 調(diào)節(jié)作用。低壓電器可對(duì)一些電量和非電量進(jìn)行調(diào)整，以滿足用戶的要求，如電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)、柴油機(jī)油門的調(diào)整、房間溫度和濕度的調(diào)節(jié)、光照度的自動(dòng)調(diào)節(jié)等。 (5) 指示作用。利用電器的控制、保護(hù)等功能，顯示檢測(cè)出的設(shè)備運(yùn)行狀況與電氣電路工作情況。 (6) 轉(zhuǎn)換作用。在用電設(shè)備之間轉(zhuǎn)換或?qū)Φ蛪弘娖?、控制電路分時(shí)投入運(yùn)行。以實(shí)現(xiàn)功能切換，如被控裝置操作的手動(dòng)與自動(dòng)的轉(zhuǎn)換、供電系統(tǒng)的市電與自備電源的切換等。 當(dāng)然，電器的作用遠(yuǎn)不止這些，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新功能、新設(shè)備會(huì)不斷出現(xiàn)。常用低壓電器的主要種類及用途見表l-1。,1.1 概 述,表1-1 常用低壓電器的主要種類及用途表,1.1 概 述,1.1 概 述,電磁式電器是低壓電器中最典型也是應(yīng)用最廣泛的一種電器?？刂葡到y(tǒng)中的接觸器和繼電器就是兩種最常用的電磁式電器。雖然電磁式電器的類型很多，但它的工作原理和構(gòu)造基本相同。其結(jié)構(gòu)大都是由兩個(gè)主要部分組成，即感應(yīng)部分(電磁機(jī)構(gòu))和執(zhí)行部分(觸頭系統(tǒng))。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1.2.1 電磁機(jī)構(gòu)原理,1電磁機(jī)構(gòu) 電磁機(jī)構(gòu)由線圈、鐵心和銜鐵組成，主要作用是通過(guò)電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，完成接通或分?jǐn)嚯娐返墓δ?。根?jù)銜鐵相對(duì)鐵心的運(yùn)動(dòng)方式，電磁機(jī)構(gòu)可分為直動(dòng)式和拍合式兩種，如圖1.1及圖1.2所示。在圖1.2中，拍合式又分為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)和銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩種。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,圖1.1 直動(dòng)式電磁機(jī)構(gòu) 圖1.2 拍合式電磁機(jī)構(gòu) 1銜鐵；2鐵心；3吸引線圈 1銜鐵；2鐵心；3吸引線圈,直動(dòng)式電磁機(jī)構(gòu)多用于交流接觸器、繼電器中。銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式電磁機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于直流電器中。銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式電磁機(jī)構(gòu)的鐵心形狀有E形和U形兩種，多用于觸頭容量大的交流電器中。 電磁式電器分為直流和交流兩類，都是利用電磁鐵的原理而制成。通常，直流電磁鐵的鐵心是用整塊鋼材或工程純鐵制成，而交流電磁鐵的鐵心則是用硅鋼片疊鉚而成。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,2吸引線圈 吸引線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)換為磁能。按通入電流種類不同可分為直流型線圈和交流型線圈。直流型線圈一般做成無(wú)骨架、高而薄的瘦高型，使線圈與鐵心直接接觸，易于散熱；交流型線圈由于鐵心存在磁滯和渦流損耗，鐵心會(huì)發(fā)熱。為了改善線圈和鐵心的散熱情況，線圈設(shè)有骨架，使鐵心與線圈隔離，并將線圈制成短而厚的矮胖型。另外，根據(jù)線圈在電路中的連接形式，可分為串聯(lián)線圈和并聯(lián)線圈。串聯(lián)線圈主要用于電流檢測(cè)類電磁式電器中，大多數(shù)電磁式電器線圈都按照并聯(lián)接入方式設(shè)計(jì)。為減少對(duì)電路電壓分配的影響，串聯(lián)線圈采用粗導(dǎo)線制造，匝數(shù)少，線圈的阻抗較小。并聯(lián)線圈為減少電路的分流作用，需要較大的阻抗，一般線圈的導(dǎo)線細(xì)，匝數(shù)多。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1.2.2 電磁吸力及其特性,電磁吸力由電磁機(jī)構(gòu)(如圖1.3所示)產(chǎn)生。當(dāng)電磁線圈斷電時(shí)使觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)的力稱為反力。電磁電器中反力由復(fù)位彈簧和觸頭產(chǎn)生，銜鐵吸合時(shí)要求電磁吸力大于反力，銜鐵復(fù)位時(shí)要求反力大于電磁吸力(此時(shí)是剩磁產(chǎn)生的電磁吸力)。 電磁式電器是根據(jù)電磁鐵的基本原理設(shè)計(jì)的，電磁吸力是決定其能否可靠工作的一個(gè)重要參數(shù)。電磁吸力FB2S(B為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度)，可由式(1-1)表示。 (1-1) 式中：I線圈中通過(guò)的電流(A)； N線圈的匝數(shù)(匝)； S氣隙截面積(m2)； 氣隙寬度(m)； F電磁吸力(N)； 真空磁導(dǎo)率， 10-7H/m。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1直流電磁機(jī)構(gòu)的電磁吸力特性 從式(1-1)可以看出，對(duì)于固定線圈通以恒定直流電流時(shí)，其電磁力F僅與 成反比。吸力特性曲線如圖1.4所示。由此看出，銜鐵閉合前后吸力很大，氣隙越小，吸力越大。但銜鐵吸合前后吸引線圈勵(lì)磁電流不便，故直流電磁機(jī)構(gòu)適用于運(yùn)動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，且銜鐵吸合后電磁吸力大，工作可靠。但是對(duì)于依靠彈簧復(fù)位的電磁鐵來(lái)說(shuō)，在線圈斷電時(shí)，由于剩磁產(chǎn)生吸力，使復(fù)位比較困難，會(huì)造成一些保護(hù)用繼電器的性能不能滿足要求。在吸力較小的直流電壓型電器中，銜鐵上一般都裝有一片0.lmm厚非磁性磷鋼片，增加在吸合時(shí)的空氣間隙，使銜鐵易于復(fù)位。在吸力較大的直流電壓型電器中，如直流接觸器，鐵心的端面上加有極靴，減小在閉合狀態(tài)下的吸力，使銜鐵復(fù)位自如。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,圖1.3 電磁機(jī)構(gòu),圖1.4 電磁吸力特性 1直流電磁機(jī)構(gòu) 2交流電磁機(jī)構(gòu) 3反力特性,2交流電磁機(jī)構(gòu)的電磁吸力特性 與直流電磁機(jī)構(gòu)相比，交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性有較大的不同。交流電磁機(jī)構(gòu)多與電路并聯(lián)使用，當(dāng)外加電壓U及頻率f為常數(shù)時(shí)，忽略線圈電阻壓降。 UE4.44 (1-2) 式中：U 線圈電壓(V)； E 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)； f 線圈電壓的頻率(Hz)； N 線圈匝數(shù)； 氣隙磁通(Wb)。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,當(dāng)外加電壓U、頻率f和線圈匝數(shù)N為常數(shù)時(shí)，則氣隙磁通 也為常數(shù)，由式(1-1)可知電磁吸力FB2S也為常數(shù)，即交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性為一條與氣隙長(zhǎng)度無(wú)關(guān)的直線。實(shí)際上，考慮銜鐵吸合前后漏磁的變化時(shí)，F(xiàn)隨的減小而略有增加。對(duì)于并聯(lián)電磁機(jī)構(gòu)，由磁路歐姆定律NI Rm可知(Rm 為氣隙磁阻，隨的變化成正比變化)，在線圈通電而銜鐵尚未吸合瞬間，吸合電流隨的變化成正比變化，為銜鐵吸合后的額定電流的很多倍，U形電磁機(jī)構(gòu)可達(dá)56倍，E形電磁機(jī)構(gòu)可達(dá)1015倍。若銜鐵卡住不能吸合，或銜鐵頻繁動(dòng)作，交流勵(lì)磁線圈很可能因電流過(guò)大而燒毀。所以，在可靠性要求較高或要求頻繁動(dòng)作的控制系統(tǒng)中，一般采用直流電磁機(jī)構(gòu)而不采用交流電磁機(jī)構(gòu)。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,電磁機(jī)構(gòu)的復(fù)位是依靠彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)的，因此在吸合過(guò)程中，電磁吸力必須克服彈簧的彈力Fr。電磁吸力F與彈力Fr相比應(yīng)大一些，但不宜相差太大。對(duì)于交流電磁機(jī)構(gòu)，由于電流是交變的，吸力也是脈動(dòng)的，電流為0時(shí)，吸力也為0。所以50Hz的電源加在線圈上時(shí)，吸力為100Hz的脈動(dòng)吸力。當(dāng)脈動(dòng)的吸力F小于彈力Fr時(shí)，銜鐵將在彈簧的作用下移動(dòng)，而當(dāng)吸力F大于彈力Fr時(shí)，銜鐵將克服彈簧力而吸合。如此周而復(fù)始，使銜鐵產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出噪聲，不能正常工作。實(shí)際吸力曲線如圖1.5所示。解決該問題的具體辦法是在鐵心端部開一個(gè)槽，槽內(nèi)嵌入稱為短路環(huán)(或稱分磁環(huán))的銅環(huán)，如圖1.6所示。當(dāng)勵(lì)磁線圈通入交流電后，在短路環(huán)中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，該感應(yīng)電流又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁通。短路環(huán)把鐵心中的磁通分為兩部分，即不穿過(guò)短路環(huán)的 和穿過(guò)短路環(huán)的中 ，由于短路的作用，使 與 產(chǎn)生相移，即不同時(shí)為零，使合成吸力始終大于反作用力，從而消除了振動(dòng)和噪聲。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,圖1.5 交流電磁機(jī)構(gòu)實(shí)際吸力曲線,圖1.6 交流電磁鐵的短路環(huán) 1銜鐵 2鐵心 3線圈 4短路,3反力特性 電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖1.4中所示曲線3即為反力特性曲線。 為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性配合好，如圖1.4所示。在整個(gè)吸合過(guò)程中，吸力都必須大于反作用力，但不能過(guò)大或過(guò)小。吸力過(guò)大，動(dòng)、靜觸頭接觸時(shí)以及銜鐵與鐵心接觸時(shí)的沖擊力也大，會(huì)使觸頭和銜鐵發(fā)生彈跳，導(dǎo)致觸頭熔焊或燒毀，影響電器的機(jī)械壽命；吸力過(guò)小，會(huì)使銜鐵運(yùn)動(dòng)速度降低，難以滿足高操作頻率的要求。因此，吸力特性與反力特性必須配合得當(dāng)。在實(shí)際應(yīng)用中，可調(diào)整反力彈簧或觸頭初壓力以改變反力特性，使之與吸力特性有良好配合。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1電器的觸頭 觸頭是電磁式電器的執(zhí)行部分，起接通或斷開電路的作用。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過(guò)較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過(guò)較小的電流。 電磁式電器觸頭在線圈未通電狀態(tài)時(shí)有常開(或動(dòng)合)和常閉(或動(dòng)斷)兩種狀態(tài)，分別稱為常開(或動(dòng)合)觸頭和常閉(或動(dòng)斷)觸頭。當(dāng)電磁線圈有電流通過(guò)，電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，觸頭改變?cè)瓉?lái)的狀態(tài)，常開(動(dòng)合)觸頭將閉合，使與其相連的電路接通；常閉(動(dòng)斷)觸頭將斷開，使與其相連的電路斷開。能與機(jī)械聯(lián)動(dòng)的觸頭稱動(dòng)觸頭，固定不動(dòng)的觸頭稱靜觸頭。 觸頭的結(jié)構(gòu)主要有如圖1.7所示的幾種形式。,1.2.3 電弧的產(chǎn)生及滅弧方法,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,(1) 橋式觸頭。電磁式電器通常同時(shí)具有常開和常閉兩種觸頭，橋式常閉觸頭與常開觸頭結(jié)構(gòu)及動(dòng)作對(duì)稱，一般在常開觸頭閉合時(shí)，常閉觸頭斷開。圖1.7中靜觸頭的兩個(gè)觸點(diǎn)串接于同一條電路中，當(dāng)銜鐵被吸向鐵心時(shí)，與銜鐵固連在一起的動(dòng)觸頭也隨著移動(dòng)，當(dāng)與靜觸頭接觸時(shí)，便使同靜觸頭相連的電路接通。電路的接通與斷開由兩個(gè)觸頭共同完成。 (2) 指形觸頭。觸頭接通或分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，以利于去掉觸頭表面的氧化膜。指形觸頭適用于接電次數(shù)多、電流大的場(chǎng)合。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,2電接觸 觸頭在閉合狀態(tài)下，動(dòng)、靜觸頭完全接觸，并有電流通過(guò)時(shí)，稱為電接觸。電接觸時(shí)觸頭的接觸電阻大小將影響其工作情況。接觸電阻大時(shí)觸頭易發(fā)熱，溫度升高，從而使觸頭易產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象，既影響工作的可靠性，又降低了觸頭的壽命。觸頭接觸電阻的大小主要與觸頭的接觸形式、接觸壓力、觸頭材料及觸頭的表面狀況有關(guān)。,(a)橋式觸頭 (b)橋式觸頭 (c)指形觸頭(線接觸) 圖1.7 觸頭的結(jié)構(gòu)形式,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,觸頭的接觸形式有點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸3種，如圖 1.8 所示。點(diǎn)接觸適用于電流不大，觸頭壓力小的場(chǎng)合；線接觸適用于接電次數(shù)多，電流大的場(chǎng)合；面接觸適用于大電流的場(chǎng)合。,(a)點(diǎn)接觸 (b)線接觸 (c)面接觸 圖1.8 觸頭的接觸形式,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,減小觸頭接觸電阻的方法主要如下。 (1) 增加接觸壓力可使觸點(diǎn)的接觸面積增加，從而減小接觸電阻。一般在動(dòng)觸點(diǎn)上安裝一個(gè)觸點(diǎn)彈簧。 (2) 選擇電阻系數(shù)小的材料減小接觸電阻。如在觸點(diǎn)上鍍銀或嵌銀，以減小接觸電阻。 (3) 改善觸點(diǎn)的表面狀況，盡量避免或減少觸頭表面氧化物形成，注意保持觸頭表面清潔，避免聚集塵埃。 3電弧的產(chǎn)生 在大氣中斷開電路時(shí)，如果被斷開電路的電流超過(guò)某一數(shù)值，斷開后加在觸頭間隙(或稱弧隙)兩端電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，觸頭間隙中就會(huì)產(chǎn)生電弧。電弧實(shí)際上是觸頭間氣體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生高溫并發(fā)出強(qiáng)光，將觸頭燒損，并使電路的切斷時(shí)間延長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起火災(zāi)或其他事故，因此，在電器中應(yīng)采取適當(dāng)措施熄滅電弧。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,4常用的滅弧方法 (1) 電動(dòng)力滅弧。該方法如圖l.9所示。橋式觸頭在分?jǐn)鄷r(shí)具有電動(dòng)力吹弧功能。當(dāng)觸頭打開時(shí)，在斷口中產(chǎn)生電弧，同時(shí)也產(chǎn)生如圖 1.9 所示的磁場(chǎng)。根據(jù)左手定則，電弧電流要受到一個(gè)指向外側(cè)的力F的作用，使其向外運(yùn)動(dòng)并拉長(zhǎng)，迅速離開觸頭而熄滅。這種滅弧方法多用于小容量交流接觸器等交流電器中。 (2) 磁吹滅弧。在觸點(diǎn)電路中串入吹弧線圈，如圖1.10所示。該線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)由導(dǎo)磁夾板引向觸點(diǎn)周圍，其方向由右手定則確定(為圖1.10中所示)，觸點(diǎn)間的電弧所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其方向?yàn)楹退?。這兩個(gè)磁場(chǎng)在電弧下方方向相同(疊加)，在弧柱上方方向相反(相減)，所以弧柱下方的磁場(chǎng)強(qiáng)于上方的磁場(chǎng)。在下方磁場(chǎng)作用下，電弧受力的方向?yàn)镕所指的方向，在F的作用下，電弧被吹離觸點(diǎn)，經(jīng)引弧角引進(jìn)滅弧罩，使電弧熄滅。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,圖1.9 電動(dòng)力滅弧示意圖 圖1.10 磁吹滅弧示意圖 1靜觸頭 2動(dòng)觸頭 1磁吹線圈 2絕緣套 3鐵心 4引弧角 5磁導(dǎo)夾板 6滅弧罩 7動(dòng)觸頭 8靜觸頭,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,(3) 柵片滅弧。滅弧柵是一組薄鋼片，它們彼此間相互絕緣，如圖1.11所示。當(dāng)電弧進(jìn)入柵片時(shí)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，這樣就使每段短弧上的電壓達(dá)不到燃弧電壓。同時(shí)每?jī)善瑴缁∑g都有150V250V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(wú)法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻?；谏鲜鲈?，電弧進(jìn)入柵片后就會(huì)很快熄滅。由于柵片滅弧裝置的滅弧效果在電流為交流時(shí)要比直流時(shí)強(qiáng)得多，因此在交流電器中常采用柵片滅弧。,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,(4) 窄縫滅弧。這種滅弧方法是利用滅弧罩的窄縫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。滅弧罩內(nèi)有一個(gè)或數(shù)個(gè)縱縫，縫的下部寬，上部窄，如圖1.12所示，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)，窄縫可將電弧柱分成若干直徑較小的電弧，同時(shí)可將電弧直徑壓縮，使電弧同縫緊密接觸，加強(qiáng)冷卻和去游離作用，使電弧熄滅加快。滅弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。,圖1.11 柵片滅弧示意圖 圖1.12 窄縫滅弧罩的斷面 1滅弧柵片 2觸頭 3電弧,1.2 電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理,1.3 電磁式接觸器,接觸器是一種用來(lái)自動(dòng)接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分?jǐn)嘟恢绷髫?fù)載電路，并可實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離控制。其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等其他設(shè)備。它還具有低電壓釋放保護(hù)功能。接觸器具有控制容量大、過(guò)載能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、設(shè)備簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制電路中使用最廣泛的電器元件之一。 接觸器按操作方式分為電磁接觸器、氣動(dòng)接觸器和電磁氣動(dòng)接觸器；按滅弧介質(zhì)分為空氣電磁接觸器、油浸式接觸器和真空接觸器等。最常用的分類是按照接觸器主觸頭控制的電路種類來(lái)劃分，即將接觸器分為交流接觸器和直流接觸器兩大類。,1交流接觸器的結(jié)構(gòu) 圖1.13為交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖，交流接觸器由以下4部分組成。 (1) 電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)由線圈、動(dòng)鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。 (2) 觸頭系統(tǒng)。包括主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，通常為 3 對(duì)常開觸頭。輔助觸頭用于控制電路，起控制其他元件接通或分?jǐn)嗉半姎饴?lián)鎖作用，故又稱聯(lián)鎖觸頭，一般有多對(duì)常開、常閉觸頭。 (3) 滅弧裝置。容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對(duì)于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸頭滅弧、電動(dòng)力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對(duì)于大容量的接觸器，采用窄縫滅弧及柵片滅弧。 (4) 其他輔助部件。包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及外殼等。,1.3.1 接觸器的結(jié)構(gòu)及原理,1.3 電磁式接觸器,圖1.13 交流接觸器結(jié)構(gòu) 1動(dòng)觸頭 2靜觸頭 3銜鐵 4彈簧 5線圈 6鐵心 7墊氈 8觸頭彈簧 9滅弧罩 10觸頭壓力彈簧,1.3 電磁式接觸器,2電磁式接觸器的工作原理 當(dāng)線圈得電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通及電磁吸力，銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)觸頭移動(dòng)，使常閉觸頭打開，常開觸頭閉合。當(dāng)線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時(shí)，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸頭機(jī)構(gòu)復(fù)位，斷開電路或解除互鎖。 直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，接觸器的圖形符號(hào)如圖1.14所示，文字符號(hào)為KM。,(a)線圈 (b)常開觸頭 (c)常閉觸頭 圖1.14 接觸器的圖形符號(hào),1.3 電磁式接觸器,3直流接觸器 直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理基本上與交流接觸器相同，結(jié)構(gòu)上也是由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等部分組成，但在電磁機(jī)構(gòu)方面有所不同。由于直流電弧比交流電弧難以熄滅，直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。,1.3 電磁式接觸器,1.3.2 接觸器的主要技術(shù)參數(shù),接觸器的主要技術(shù)參數(shù)有極數(shù)和電流種類，額定電壓、額定電流、額定通斷能力、線圈額定電壓、允許操作頻率、壽命、使用類別等。 (1) 接觸器的極數(shù)和電流種數(shù)。按接觸器主觸頭的個(gè)數(shù)確定其極數(shù)，有兩極、三極和四極接觸器；按主電路的電流種類分有交流接觸器和直流接觸器。 (2) 額定工作電壓。指主觸頭之間正常工作電壓值，也就是主觸頭所在電路的電源電壓。直流接觸器的額定電壓有110V、220V、440V、660V；交流接觸器的額定電壓有220V、380V、500V、660V等。,1.3 電磁式接觸器,(3) 額定電流。接觸器觸頭在額定工作條件下的電流值。直流接觸器的額定電流有40A、80A、100A、150A、250A、400A及600A；交流接觸器的額定電流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A及600A。 (4) 通斷能力。指接觸器主觸頭在規(guī)定條件下能可靠接通和分?jǐn)嗟碾娏髦?。在此電流值下接通電路時(shí)，主觸頭不應(yīng)造成熔焊。在此電流值下分?jǐn)嚯娐窌r(shí)，主觸頭不應(yīng)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間燃弧。一般通斷能力是額定電流的510倍。這一數(shù)值與開斷電路的電壓等級(jí)有關(guān)，電壓越高，通斷能力越小。 (5) 線圈額定電壓。指接觸器正常工作時(shí)線圈上所加的電壓值。選用時(shí)，一般交流負(fù)載用交流接觸器，直流負(fù)載用直流接觸器，但對(duì)動(dòng)作頻繁的交流負(fù)載可采用使用直流線圈的交流接觸器。 (6) 操作頻率。指接觸器每小時(shí)允許操作次數(shù)的最大值。 (7) 壽命。包括電壽命和機(jī)械壽命。目前接觸器的機(jī)械壽命已達(dá)一千萬(wàn)次以上，電氣壽命約是機(jī)械壽命的5%20%。,1.3 電磁式接觸器,(8) 使用類別。接觸器用于不同負(fù)載時(shí)，其對(duì)主觸頭的接通與分?jǐn)嗄芰σ蟛煌床煌褂脳l件來(lái)選用相應(yīng)使用類別的接觸器便能滿足其要求。根據(jù)低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，接觸器的使用類別比較多，其中，用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中的接觸器常見的使用類別及典型用途見表l-2。,表1-2 接觸器使用類別及典型用途,1.3 電磁式接觸器,1.3.3 接觸器的型號(hào),接觸器的型號(hào)表示如圖1.15所示。,圖1.15 接觸器型號(hào),1.3 電磁式接觸器,例如CJ10Z40/3為交流接觸器，設(shè)計(jì)序號(hào)10，重任務(wù)型，額定電流40A，主觸頭為3極。 CJ12T250/3為改型后的交流接觸器，設(shè)計(jì)序號(hào)12，額定電流250A，3個(gè)主觸頭。 我國(guó)常用的交流接觸器主要有CJ10、CJ12、CJXI、CJ20等系列及其派生系列產(chǎn)品。直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10和CZ2等系列。除以上常用系列外，我國(guó)近年來(lái)還引進(jìn)了一些生產(chǎn)線，生產(chǎn)了一些滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)的交流接觸器，例如CJ12BS系列鎖扣接觸器，主要用于交流50Hz、電壓380V及以下、電流600A及以下的配電電路中，供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐酚?，并適宜于不頻繁啟動(dòng)和停止的交流電動(dòng)機(jī)，具有正常工作時(shí)吸引線圈不通電、無(wú)噪聲等特點(diǎn)。其鎖扣機(jī)構(gòu)位于電磁系統(tǒng)的下方。鎖扣機(jī)構(gòu)靠吸引線圈自通電，吸引線圈斷電后靠鎖扣機(jī)構(gòu)保持在鎖住位置。 引進(jìn)的產(chǎn)品應(yīng)用較多的有德國(guó)西門子公司的3TB系列和BBC公司的B系列，法國(guó)TE公司的LC1系列等，主要供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐罚⑦m用于頻繁啟動(dòng)及控制交流電動(dòng)機(jī)。3TB系列產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械壽命和電氣壽命長(zhǎng)、安裝方便、可靠性高等特點(diǎn)，額定電壓為220V660V，額定電流為9A630A。,1.3 電磁式接觸器,表1-3 常用交流接觸器主要技術(shù)數(shù)據(jù),常用交流接觸器主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表l-3。,1.3 電磁式接觸器,1.3.4 接觸器的選用,(1) 觸器極數(shù)與電流種類的確定。接觸器由主電路電流種類來(lái)決定選擇直流接觸器還是交流接觸器。三相交流系統(tǒng)中一般選用三極接觸器，當(dāng)需要同時(shí)控制中性線時(shí)，則選用四極交流接觸器。單相交流和直流系統(tǒng)中常選用兩極或三級(jí)并聯(lián)，一般場(chǎng)合選用電磁式接觸器，易燃易爆場(chǎng)合應(yīng)選用防爆型及真空接觸器。 (2) 根據(jù)接觸器所控制的負(fù)載的類型選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。如負(fù)載是一般任務(wù)則選用AC3類別；負(fù)載為重任務(wù)則應(yīng)選用AC4類別；如負(fù)載是一般任務(wù)與重任務(wù)混合時(shí)，則可根據(jù)實(shí)際情況選用AC3或AC4類接觸器；如選AC3類別時(shí)，應(yīng)降級(jí)使用。 (3) 根據(jù)負(fù)載功率和操作情況來(lái)確定接觸器主觸頭的電流等級(jí)。當(dāng)接觸器使用類別與所控制負(fù)載的工作任務(wù)相對(duì)應(yīng)時(shí)，一般按控制負(fù)載電流值來(lái)決定接觸器主觸頭的額定電流值；若不對(duì)應(yīng)，應(yīng)降低接觸器主觸頭電流等級(jí)使用。 (4) 根據(jù)接觸器主觸頭接通與分?jǐn)嘀麟娐冯妷旱燃?jí)來(lái)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)由所連接的控制電路確定。 (6) 接觸器的觸頭數(shù)(主觸頭和輔助觸頭)和種類(常開或常閉)應(yīng)滿足主電路和控制電路的要求。,1.3 電磁式接觸器,繼電器是一種通過(guò)監(jiān)測(cè)各種電量或非電量信號(hào)，接通或斷開小電流控制電路的電器。它可以實(shí)現(xiàn)控制電路狀態(tài)的改變。與接觸器不同，繼電器不能用來(lái)直接接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，而主要用于電動(dòng)機(jī)或線路的保護(hù)以及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的控制。一般來(lái)說(shuō)，繼電器通過(guò)測(cè)量環(huán)節(jié)輸入外部信號(hào)(如電壓、電流等電量或溫度、壓力。速度等非電量)并傳遞給中間機(jī)構(gòu)，將它與整定值(即設(shè)定值)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到整定值時(shí)(過(guò)量或欠量)，中間機(jī)構(gòu)就使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生輸出動(dòng)作，從而閉合或分?jǐn)嚯娐罚_(dá)到控制電路的目的。 繼電器的種類很多，根據(jù)不同分類方法，主要有以下分類。 (1) 按用途分為控制繼電器、保護(hù)繼電器。 (2) 按動(dòng)作原理分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、熱繼電器、機(jī)械式繼電器、電動(dòng)式繼電器、電子繼電器。 (3) 按輸入信號(hào)分為電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器。 (4) 按動(dòng)作時(shí)間分為瞬時(shí)繼電器、延時(shí)繼電器。,1.4 電磁式繼電器,在控制系統(tǒng)中，使用最多的是電磁式繼電器。本節(jié)主要介紹電磁式電壓、電流繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器。 繼電器的主要技術(shù)參數(shù)包括額定參數(shù)、吸合時(shí)間和釋放時(shí)間、整定參數(shù)(繼電器的動(dòng)作值，大部分控制繼電器的動(dòng)作值是可調(diào)的)、靈敏度(一般指繼電器對(duì)信號(hào)的反應(yīng)能力)、觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰Α⑹褂脡勖取?1.4 電磁式繼電器,1.4.1 電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與特性,1結(jié)構(gòu)與工作原理 電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，電磁式繼電器原理如圖l.16所示。由于繼電器用于控制電路，流過(guò)觸頭的電流比較小(一般5A以下)，故不需要滅弧裝置。電磁式繼電器的圖形、文字符號(hào)如圖l.17所示。常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。,1.4 電磁式繼電器,圖1.16 電磁式繼電器原理圖 圖1.17 電磁式繼電器的圖形、文字符號(hào) 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(dòng)觸頭 7靜觸頭 8非磁性墊片 9線圈,1.4 電磁式繼電器,2電磁式繼電器的特性 繼電器的主要特性是輸入輸出特性，又稱繼電特性，繼電特性曲線如圖1.18所示。當(dāng)繼電器輸入量X由0增至X2以前，繼電器輸出量Y為零。當(dāng)輸入量增加到X2時(shí)，繼電器吸合，輸出量為Y1，若再增大X，Y保持不變。當(dāng)X小到X1，繼電器釋放，輸出量由Y1到零，X再減小，Y值均為0。圖1.18中，X2稱為繼電器吸合值，欲使繼電器吸合，輸入量必須等于或大于X2；X1稱為繼電器釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須等于或小于X1。,圖1.18 繼電特性曲線圖,1.4 電磁式繼電器,KfX1/X2稱為繼電器的返回系數(shù)，它是繼電器重要參數(shù)之一。Kf值是可以調(diào)節(jié)的，可通過(guò)調(diào)節(jié)釋放彈簧的松緊程度(擰緊時(shí)，X1與X2同時(shí)增大，Kf也隨之增大；放松時(shí)，Kf減小)或調(diào)整鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚度(增厚時(shí)X1增大、Kf增大；減薄時(shí)Kf減小)來(lái)達(dá)到。不同場(chǎng)合要求不同的Kf值。例如一般繼電器要求低的返回系數(shù)，Kf值應(yīng)在0.10.4之間，這樣當(dāng)繼電器吸合后，輸入量波動(dòng)較大時(shí)不致引起誤動(dòng)作；欠電壓繼電器則要求高的返回系數(shù)，Kf值在0.6以上。設(shè)某繼電器Kf0.66，吸合電壓為額定電壓的90%，則電壓低于額定電壓的50%時(shí)，繼電器釋放，起到欠電壓保護(hù)作用。 另一個(gè)重要參數(shù)是吸合時(shí)間和釋放時(shí)間。吸合時(shí)間是指從線圈接受電信號(hào)到銜鐵完全吸合所需的時(shí)間；釋放時(shí)間是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時(shí)間。一般繼電器的吸合時(shí)間與釋放時(shí)間為0.05s0.15s，快速繼電器為0.005s0.05s，它的大小影響繼電器的操作頻率。,1.4 電磁式繼電器,1.4.2 電壓繼電器,根據(jù)線圈兩端電壓的大小通斷電路的繼電器稱為電壓繼電器。電壓繼電器的線圈并接在電路上，對(duì)所接電路上的電壓高低作出反應(yīng)，用于控制系統(tǒng)的電壓保護(hù)和控制。電壓繼電器分過(guò)電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器。 1過(guò)電壓繼電器 過(guò)電壓繼電器用于電路的過(guò)電壓保護(hù)，其吸合整定值為被保護(hù)電路額定電壓的1.051.2倍。在額定電壓工作時(shí)，銜鐵不動(dòng)作；當(dāng)被保護(hù)電路的電壓高于額定值，達(dá)到過(guò)電壓繼電器的整定值時(shí)，銜鐵吸合，觸頭機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制電路失電，控制接觸器及時(shí)分?jǐn)啾槐Ｗo(hù)電路。由于直流電路中不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)較大的過(guò)電壓現(xiàn)象，所以在產(chǎn)品中沒有直流過(guò)電壓繼電器。 過(guò)電壓繼電器的符號(hào)如圖1.19所示。 2欠電壓繼電器 欠電壓繼電器用于電路的欠電壓保護(hù)，其釋放整定值為電路額定電壓的0.10.6倍。在額定電壓工作時(shí)，銜鐵可靠吸合；當(dāng)被保護(hù)電路電壓降至欠電壓繼電器的釋放整定值時(shí)，銜鐵釋放，觸頭機(jī)構(gòu)復(fù)位，控制接觸器及時(shí)分?jǐn)啾槐Ｗo(hù)電路。,1.4 電磁式繼電器,欠電壓繼電器的符號(hào)如圖1.20所示。,圖1.19 過(guò)電壓繼電器符號(hào),圖1.20 欠電壓繼電器符號(hào),3零電壓繼電器 零電壓繼電器在額定電壓下也吸合，當(dāng)線圈電壓達(dá)到額定電壓的5%25%時(shí)釋放。對(duì)電路實(shí)現(xiàn)零電壓保護(hù)，常用于電路的失壓保護(hù)。,1.4 電磁式繼電器,1.4.3 電流繼電器,根據(jù)線圈中電流的大小通斷電路的繼電器稱為電流繼電器。電流繼電器用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電流保護(hù)和控制。其線圈串聯(lián)接入主電路，用來(lái)感測(cè)主電路的電流；觸頭接入控制電路，為執(zhí)行元件。 常用的電流繼電器有過(guò)電流繼電器和欠電流繼電器兩種。 1過(guò)電流繼電器 過(guò)電流繼電器用于電路的過(guò)流保護(hù)。過(guò)電流繼電器在電路正常工作時(shí)不動(dòng)作，整定范圍通常為額定電流的1.14倍，當(dāng)被保護(hù)電路的電流高于額定值，達(dá)到過(guò)電流繼電器的整定值時(shí)，銜鐵吸合，觸頭機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制電路失電，從而控制接觸器及時(shí)分?jǐn)嚯娐?，?duì)電路起過(guò)電流保護(hù)作用。 過(guò)電流繼電器的符號(hào)如圖1.21所示。,1.4 電磁式繼電器,2欠電流繼電器 欠電流繼電器用于電路的欠電流保護(hù)。吸引電流為線圈額定電流30%65%，釋放電流為額定電流10%20%，因此，在電路正常工作時(shí)，銜鐵是吸合的，只有當(dāng)電流降低到某一整定值時(shí)，繼電器釋放，控制電路失電，從而控制接觸器及時(shí)分?jǐn)嚯娐贰?欠電流繼電器的符號(hào)如圖1.22所示。,圖1.21 過(guò)電流繼電器符號(hào) 圖1.22 欠電流繼電器符號(hào),1.4 電磁式繼電器,從得到輸入信號(hào)(即線圈通電或斷電)開始，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后才輸出信號(hào)(延時(shí)觸點(diǎn)狀態(tài)變化)的繼電器，稱為時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型。通電延時(shí)型是當(dāng)接受輸入信號(hào)后延遲一定時(shí)間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，輸出瞬時(shí)復(fù)原。斷電延時(shí)型是當(dāng)接受輸入信號(hào)時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，延遲一定的時(shí)間，輸出信號(hào)才復(fù)原。 時(shí)間繼電器種類很多，常用的有電磁式、空氣阻尼式、電動(dòng)式和電子式等。目前用得最多的是電子式，將在1.10作詳細(xì)介紹，這里介紹利用電磁原理工作的兩種時(shí)間繼電器。 1直流電磁式時(shí)間繼電器 直流電磁式時(shí)間繼電器在鐵心上有一個(gè)阻尼銅套。其結(jié)構(gòu)如圖1.23所示。,1.4.4 時(shí)間繼電器,1.4 電磁式繼電器,圖1.23 直流電磁式時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu) 1阻尼銅套 2釋放彈簧 3調(diào)節(jié)螺母 4調(diào)節(jié)螺釘 5銜鐵 6非磁性墊片 7電磁線圈,1.4 電磁式繼電器,由電磁感應(yīng)定律可知，在繼電器線圈通斷電過(guò)程中銅套內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)有感應(yīng)電流存在，此感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通阻礙穿過(guò)銅套內(nèi)的原磁通變化，因而對(duì)原磁通起了阻尼作用。 當(dāng)繼電器通電吸合時(shí)，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通小，銅套阻尼作用也小，因此鐵心吸合時(shí)的延時(shí)不顯著，一般可忽略不計(jì)。當(dāng)繼電器斷電時(shí)，磁通量的變化大，銅套的阻尼作用也大，使銜鐵延時(shí)釋放起到延時(shí)的作用。因此，這種繼電器僅作為斷電延時(shí)用。其延時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)有延時(shí)打開常開觸點(diǎn)和延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)兩種。這種時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間較短，而且準(zhǔn)確度較低，一般只用于延時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合。,1.4 電磁式繼電器,2空氣阻尼式時(shí)間繼電器 空氣阻尼式時(shí)間繼電器利用空氣阻尼原理達(dá)到延時(shí)的目的。它由電磁機(jī)構(gòu)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)組成。其中電磁機(jī)構(gòu)有交流、直流兩種；延時(shí)方式有通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型，兩種繼電器原理和結(jié)構(gòu)均相同，只是將其電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180安裝。當(dāng)銜鐵位于鐵心和延時(shí)機(jī)構(gòu)之間時(shí)為通電延時(shí)型；當(dāng)鐵心位于銜鐵和延時(shí)機(jī)構(gòu)之間時(shí)為斷電延時(shí)型。JS7A系列時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)如圖1.24所示。 現(xiàn)以通電延時(shí)型為例說(shuō)明其工作原理。當(dāng)線圈1得電后銜鐵3吸合，活塞桿6在塔形彈簧8作用下帶動(dòng)活塞12及橡皮膜10向上移動(dòng)，橡皮膜下方空氣室空氣變得稀薄，形成負(fù)壓，活塞桿只能緩慢移動(dòng)，其移動(dòng)速度由進(jìn)氣孔氣隙大小來(lái)決定。經(jīng)一段延時(shí)后，活塞桿通過(guò)杠桿7壓動(dòng)微動(dòng)開關(guān)15，使其觸點(diǎn)動(dòng)作，起到通電延時(shí)作用。 當(dāng)線圈斷電時(shí)，銜鐵釋放，橡皮膜下方空氣室內(nèi)的空氣通過(guò)活塞肩部所形成的單向閥迅速排出，使活塞桿、杠桿、微動(dòng)開關(guān)等迅速?gòu)?fù)位。由線圈得電至觸點(diǎn)動(dòng)作的一段時(shí)間即為時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間，其大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘13調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔氣隙大小來(lái)改變。,1.4 電磁式繼電器,圖1.24 JS7A系列時(shí)間繼電器(空氣阻尼式)結(jié)構(gòu)圖 l線圈 2鐵心 3銜鐵 4反力彈簧 5推板 6活塞桿 7杠桿 8塔形彈簧9弱彈簧 10橡皮膜 11空氣室壁 12活塞 13調(diào)節(jié)螺釘 14進(jìn)氣孔 15，16微動(dòng)開關(guān),1.4 電磁式繼電器,圖1.25 時(shí)間繼電器的圖形符號(hào),在線圈通電和斷電時(shí)，微動(dòng)開關(guān)16在推板5的作用下都能瞬時(shí)動(dòng)作，其觸點(diǎn)即為時(shí)間繼電器的瞬動(dòng)觸點(diǎn)。 空氣阻尼式時(shí)間繼電器的優(yōu)點(diǎn)是延時(shí)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是延時(shí)誤差大，沒有調(diào)節(jié)指示，很難精確地整定延時(shí)值。在延時(shí)精度要求高的場(chǎng)合不宜使用。 時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖1.25所示。,1.4 電磁式繼電器,1.4.5 中間繼電器,中間繼電器實(shí)質(zhì)上是一種電壓繼電器。它的特點(diǎn)是觸頭數(shù)量較多(可達(dá) 8 對(duì))，觸頭容量較大(5A10A)，動(dòng)作靈敏，在電路中起增加觸頭數(shù)量和起中間放大作用。由于中間繼電器只要求線圈電壓為零時(shí)能可靠釋放，對(duì)動(dòng)作參數(shù)無(wú)要求，故中間繼電器沒有調(diào)節(jié)裝置。 中間繼電器的圖形符號(hào)和文字符號(hào)如圖1.26所示。,圖1.26 中間繼電器的符號(hào),1.4 電磁式繼電器,在電磁式低壓電器中，電壓或電流是感測(cè)元件接受的信號(hào)。但在許多低壓電器中，其感測(cè)元件接受的信號(hào)還有溫度、轉(zhuǎn)速位移及機(jī)械力等不同形式的非電量信號(hào)。常用的非電磁式繼電器有熱繼電器、速度繼電器、干簧繼電器、永磁感應(yīng)繼電器等，其中熱繼電器最為常用。,1.5 熱 繼 電 器,1.5.1 熱繼電器的作用及工作原理,1熱繼電器的作用 在電動(dòng)機(jī)實(shí)際的運(yùn)行中，常會(huì)遇到過(guò)載或欠電壓情況，但只要不嚴(yán)重、時(shí)間短，電機(jī)繞組不超過(guò)允許的溫度，這些情況是允許的。但若出現(xiàn)長(zhǎng)期帶負(fù)載欠電壓運(yùn)行、長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行及長(zhǎng)期斷相運(yùn)行等不正常情況時(shí)，就會(huì)加速電動(dòng)機(jī)絕緣老化過(guò)程，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致燒毀電動(dòng)機(jī)繞組。為了充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載等情況，需要自動(dòng)切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的電器，這就是熱繼電器。與電流繼電器和熔斷器不同，熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能做瞬時(shí)過(guò)載保護(hù)，更不能做短路保護(hù)。,1.5 熱 繼 電 器,熱繼電器按相數(shù)分有單相、兩相和三相式3種類型，每種類型按發(fā)熱元件的額定電流又有不同的規(guī)格和型號(hào)。三相式熱繼電器常用于三相交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，可按其職能分為不帶斷相保護(hù)和帶斷相保護(hù)兩種類型。 2熱繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭組成。如圖1.27所示，熱元件由發(fā)熱電阻絲做成。雙金屬片由兩個(gè)熱膨脹系數(shù)不同的金屬輾壓而成。熱元件3串接在電動(dòng)機(jī)定子繞組中。 電動(dòng)機(jī)繞組電流即為流過(guò)熱元件的電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片2彎曲，但還不足以使繼電器動(dòng)作；當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量增大，使雙金屬片彎曲位移增大，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，雙金屬片彎曲到推動(dòng)導(dǎo)板 4，并通過(guò)補(bǔ)償雙金屬片5與推桿14將動(dòng)觸點(diǎn)9和常閉觸點(diǎn)6分開，動(dòng)觸點(diǎn)9和常閉觸點(diǎn)6為熱繼電器串于接觸器線圈回路的常閉觸點(diǎn)，斷開后使接觸器失電，接觸器的常開觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)的電源以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。,1.5 熱 繼 電 器,調(diào)節(jié)旋鈕11是一個(gè)偏心輪，它與支撐12構(gòu)成一個(gè)杠桿，13是一個(gè)壓簧，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心輪，改變它的半徑即可改變補(bǔ)償雙金屬片5與導(dǎo)板4的接觸距離，因而達(dá)到調(diào)節(jié)整定動(dòng)作電流的目的。此外，靠調(diào)節(jié)復(fù)位螺釘8來(lái)改變常開觸點(diǎn)7的位置使熱繼電器能工作在手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位兩種工作狀態(tài)。調(diào)試手動(dòng)復(fù)位時(shí)，在故障排除后要按下復(fù)位按鈕10才能使動(dòng)觸點(diǎn)恢復(fù)與常閉觸點(diǎn)6相接觸的位置。,圖1.27 熱繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖 1雙金屬片固定支點(diǎn) 2雙金屬片 3熱元件 4導(dǎo)板 5補(bǔ)償雙金屬片 6常閉觸點(diǎn) 7常開觸點(diǎn) 8復(fù)位螺釘 9動(dòng)觸點(diǎn) 10復(fù)位按鈕 11調(diào)節(jié)旋鈕 12支撐 13壓簧 14推桿,1.5 熱 繼 電 器,3帶斷相保護(hù)的熱繼電器 三相電動(dòng)機(jī)缺相是造成三相異步電動(dòng)機(jī)燒壞的主要原因之一。用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的熱繼電器的動(dòng)作電流通常是按電動(dòng)機(jī)的額定電流(線電流)進(jìn)行整定的。如果熱繼電器所保護(hù)的電動(dòng)機(jī)是Y接法，熱繼電器的整定電流與電動(dòng)機(jī)繞組電流(相電流)相同，當(dāng)線路發(fā)生一相斷電時(shí)，另外兩相電流便增大很多，由于線電流等于相電流，流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流和流過(guò)熱繼電器的電流增加比例相同，因此普通的兩相或三相熱繼電器可以起到保護(hù)作用。 但是，如果電動(dòng)機(jī)是形接法，當(dāng)發(fā)生斷相時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的相電流與線電流不等，流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流和流過(guò)熱繼電器的電流增加比例不相同，而熱元件又串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)的電源進(jìn)線中，按電動(dòng)機(jī)的額定電流即線電流來(lái)整定，整定值較大。當(dāng)故障線電流達(dá)到額定電流時(shí)，在電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部，電流較大的那一相繞組的故障電流將超過(guò)額定相電流，便有過(guò)熱燒毀的危險(xiǎn)。所以接法必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。,1.5 熱 繼 電 器,帶有斷相保護(hù)的熱繼電器是在普通熱繼電器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)差動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)三相電流進(jìn)行比較。差動(dòng)式斷相保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖1.28所示。熱繼電器的導(dǎo)板改為差動(dòng)機(jī)構(gòu)，由上導(dǎo)板1、下導(dǎo)板2及杠桿5組成，它們之間都用轉(zhuǎn)軸連接。圖1.28(a)為通電前機(jī)構(gòu)各部件的位置。圖1.28(b)為正常通電時(shí)的位置，此時(shí)三相雙金屬片都受熱向左彎曲，但彎曲的撓度不夠，所以下導(dǎo)板向左移動(dòng)一小段距離，繼電器不動(dòng)作。圖1.28(c)是三相同時(shí)過(guò)載時(shí)的情況，三相雙金屬片同時(shí)向左彎曲，推動(dòng)下導(dǎo)板向左移動(dòng)，通過(guò)杠桿5使常閉觸點(diǎn)立即斷開。圖1.28(d)是某相斷線的情況，這時(shí)該相雙金屬片逐漸冷卻降溫，端部向右動(dòng)，推動(dòng)上導(dǎo)板1向右移。而另外兩相金屬片溫度上升，端部向左彎曲，推動(dòng)下導(dǎo)板2繼續(xù)向左移動(dòng)。由于上、下導(dǎo)板一左一右移動(dòng)，產(chǎn)生差動(dòng)作用，通過(guò)杠桿的機(jī)械動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)打開，斷開控制線路，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。,1.5 熱 繼 電 器,圖1.28 差動(dòng)式斷相保護(hù)的熱繼電器的動(dòng)作原理 1上導(dǎo)板 2下導(dǎo)板 3雙金屬片 4常閉觸點(diǎn) 5杠桿,1.5 熱 繼 電 器,1.5.2 熱繼電器型號(hào)及選用,1熱繼電器的型號(hào) 在電氣原理圖中，熱繼電器的發(fā)熱元件和觸點(diǎn)的圖形符號(hào)如圖1.29所示。 我國(guó)常用的熱繼電器主要有JR20、JRS1、JR16等系列。引進(jìn)產(chǎn)品有T系列(德國(guó)BBC公司)、3UA(德國(guó)西門子)、LR1-D(法國(guó)TE公司)。JRS1、JR20系列具有斷電保護(hù)、溫度補(bǔ)償、整定電流可調(diào)，能手動(dòng)脫扣及手動(dòng)斷開動(dòng)斷觸頭等功能。三相交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)均采用三相式熱繼電器，尤其是JR16和JR20系列三相式熱繼電器得到廣泛應(yīng)用。這兩種系列的熱繼電器按其職能又分為帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種類型。 常用的JRS1系列和JR20系列熱繼電器的符號(hào)含義如圖1.30所示。,圖1.29 熱繼電器的圖形符號(hào)和文字符號(hào) 圖1.30 JRS1和JR20系列熱繼電器的符號(hào)含義,1.5 熱 繼 電 器,常用的JR16、JR20、JRS1、T系列熱繼電器的技術(shù)參數(shù)見表l-4。,表1-4 常用的熱繼電器技術(shù)參數(shù),1.5 熱 繼 電 器,1.5 熱 繼 電 器,2熱繼電器的選用 通常選用時(shí)應(yīng)按電動(dòng)機(jī)形式、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況及負(fù)荷情況等幾方面綜合加以考慮。,(1) 原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電流選擇。對(duì)于過(guò)載能力較差的電動(dòng)機(jī)，其配用的熱繼電器(主要是發(fā)熱元件)的額定電流可適當(dāng)小些。通常，選取熱繼電器的額定電流(實(shí)際上是選取發(fā)熱元件的額定電流)為電動(dòng)機(jī)額定電流的60%80%。 (2) 在不頻繁啟動(dòng)場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作。通常，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流6倍以及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)6s時(shí)，若很少連續(xù)啟動(dòng)，就可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。 (3) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)為重復(fù)短時(shí)工作時(shí)，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。因?yàn)闊崂^電器的操作頻率是很有限的，如果用它保護(hù)操作頻率較高的電動(dòng)機(jī)，效果很不理想，有時(shí)甚至不能使用。 (4) 在三相異步電動(dòng)機(jī)電路中，對(duì)定子繞組為Y連接的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；定子繞組為連接的電動(dòng)機(jī)必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。,1.5 熱 繼 電 器,1.6 信號(hào)繼電器,信號(hào)繼電器是指輸入非電信號(hào)，且當(dāng)非電信號(hào)到一定值時(shí)才使觸頭動(dòng)作的繼電器。常用的有溫度繼電器、速度繼電器、液位繼電器和干簧繼電器。,1.6.1 溫度繼電器,熱繼電器是對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)用的電器。然而，即使電動(dòng)機(jī)不過(guò)載，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致鐵損增加而使鐵心發(fā)熱，這樣會(huì)使繞組溫升過(guò)高，或者電動(dòng)機(jī)環(huán)境溫度過(guò)高以及通風(fēng)不良等，同樣會(huì)使繞組溫度過(guò)高。出現(xiàn)這些情況，熱繼電器就無(wú)能為力了。為此，出現(xiàn)了按溫度原則動(dòng)作的繼電器，這就是溫度繼電器。使用時(shí)將溫度繼電器埋設(shè)在電動(dòng)機(jī)發(fā)熱部位，如電動(dòng)機(jī)定子槽內(nèi)、繞組端部等部位，可直接反映該處發(fā)熱情況。無(wú)論是電動(dòng)機(jī)本身出現(xiàn)過(guò)載電流引起溫度升高，還是其他原因引起電動(dòng)機(jī)溫度升高，溫度繼電器都可起保護(hù)作用。 溫度繼電器大體上有兩種類型，一種是雙金屬片式溫度繼電器，另一種是熱敏電阻式溫度繼電器。 雙金屬片式溫度繼電器的工作原理與熱繼電器相似，在此不重復(fù)。,1.6 信號(hào)繼電器,雙金屬片式溫度繼電器的動(dòng)作溫度是以電動(dòng)機(jī)繞組絕緣等級(jí)為基礎(chǔ)來(lái)劃分的，它共有50、60、70、80、95、10