低壓電器課件

1、幻燈片11.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述在人類生活的各個領(lǐng)域中，電能的應(yīng)用愈來愈廣泛。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，對設(shè)計、分析和維護控制系統(tǒng)都是十分必要的。 1.1.1.1 電器的定義電器是一種能根據(jù)外界的信號（機械力、電動力和其它物理量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件或設(shè)備。幻燈片21.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述根據(jù)其工作電壓高低，電器可分為高壓電器和低壓電器。低壓電器：常指工作在交流額定電壓1200V及以下，直流額定電壓1500V及以下的電

2、路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器設(shè)備。1.1.1.2 低壓電器的分類1. 低壓電器按所控制的對象分類分為低壓配電電器和低壓控制電器。（1）低壓配電電器。用于低壓供配電系統(tǒng)中，如低壓斷路器、低壓隔離器等。（2）低壓控制電器。用于電氣控制線路中，如繼電器、接觸器等?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述2. 按所起作用分類可分為控制電器、主令電器、保護電器和執(zhí)行電器。（1）控制電器。用來控制電路的通斷，如開關(guān)、繼電器、接觸器等。（2）主令電器。用來發(fā)送控制指令以控制其它自動電器的動作，如按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)等。（3）保護電器。用于對電路和電氣設(shè)備進行安全保護，如熔斷器、熱繼電

3、器、避雷器等。（4）執(zhí)行電器。用來執(zhí)行某種動作或傳動功能，如電磁鐵、電磁離合器等?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述3. 按動作性質(zhì)分類依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器和非自動控制電器。（1）自動控制電器。按照電信號或非電信號的變化而自動動作的電器，如繼電器、接觸器等。（2）非自動控制電器。由人工直接操作而動作的電器，如按鈕、開關(guān)等。4. 按工作原理分類分為電磁式電器和非電量控制電器。（1）電磁式電器。根據(jù)電磁感應(yīng)原理來工作的電器，如繼電器、接觸器等。（2）非電量控制電器。依靠外力或非電量的變化而動作的電器，如按鈕、溫度繼電器等?；脽羝?常用低壓電器分類：幻燈片61.1 低

4、壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述1.1.1.4 低壓電器發(fā)展概況新一代產(chǎn)品除了高性能、小型化、電子化、智能化、模塊化、組合化外，其主要特征是可通信、高可靠、維護性能好、符合環(huán)保要求等。特別是新一代產(chǎn)品能與現(xiàn)場總線系統(tǒng)連接，能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。其特點如下。1引入現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用將從根本上改變傳統(tǒng)的低壓配電與控制系統(tǒng)及其裝置，同時給傳統(tǒng)低壓電器產(chǎn)品注入高新技術(shù)，使低壓電器產(chǎn)品功能發(fā)生質(zhì)的飛躍?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述2固態(tài)低壓電器進入實用階段電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使固態(tài)低壓電器產(chǎn)品進入實用階段。利用晶閘管(雙向可控硅)作為主回路發(fā)展的固態(tài)接觸器、固態(tài)繼電器、

5、軟啟動器等產(chǎn)品已進入商品化階段。目前國外軟啟動器已進入中國市場，國內(nèi)許多企業(yè)也正在開發(fā)此類產(chǎn)品。柔性電器技術(shù)低壓電器上的應(yīng)用和混合式開關(guān)電器是低壓電器產(chǎn)品發(fā)展的又一個方向?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述3低壓真空電器進一步發(fā)展真空技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使低壓真空電器獲得進一步發(fā)展。20世紀90年代中期，由于真空電器大電流分斷技術(shù)取得新的突破，使低壓真空斷路器開始進入實用階段。低壓真空斷路器關(guān)鍵技術(shù)主要涉及以下三個方面：大電流分斷技術(shù)、滅弧室結(jié)構(gòu)設(shè)計、觸頭材料及真空工藝等；提高真空電器短時耐受電流技術(shù)；降低高分斷能力真空滅弧室制造成本。4傳統(tǒng)產(chǎn)品向兩極發(fā)展傳統(tǒng)低壓電器產(chǎn)品在提高產(chǎn)

6、品綜合性的同時，開始向高性能與經(jīng)濟型兩極發(fā)展。新一代經(jīng)濟產(chǎn)品仍保留我國第三代產(chǎn)品的基本特征，但控制適度、合理的技術(shù)指標，產(chǎn)品進一步小型化與低成本，重點針對中國市場?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述5發(fā)展環(huán)保產(chǎn)品環(huán)保產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用是低壓電器產(chǎn)品發(fā)展的又一個動向。環(huán)保電器的定義是制造與使用時不污染環(huán)境，廢舊產(chǎn)品便于回收。環(huán)保電器的基本要求包括：觸頭與滅弧系統(tǒng)分斷電弧時不產(chǎn)生有害氣體；選用材料無污染且便于回收，根據(jù)這一要求，國外新一代塑殼斷路器開始采用熱塑性工程塑料；降低低壓電器產(chǎn)品運行時的機械干擾(噪聲)與電磁干擾(符合IMC要求)，提倡發(fā)展無飛弧電器、真空電器與固態(tài)電器?；脽?/p>

7、片101.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.1 概述6防雷技術(shù)成熟隨著終端用電設(shè)備大量采用高靈敏電子設(shè)備、電腦及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廣泛采用，雷電對低壓配電系統(tǒng)及終端用電設(shè)備，乃至人身安全造成的危害越來越引起有關(guān)部門和專家的重視。國外低壓配電系統(tǒng)電泳保護技術(shù)已基本成熟。7成套裝備有新要求低壓成套裝備逐步向緊湊型、智能化、可通信、高防護發(fā)展。8觸頭材料不斷翻新無污染觸頭材料、無銀特種電觸頭材料以及納米技術(shù)在電觸頭上得到廣泛應(yīng)用。 幻燈片111.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識電磁式電器是電氣控制系統(tǒng)中最常見的低壓電器，從其基本結(jié)構(gòu)上看，大部分由電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置三個部分組成，如圖1.1所示。圖1.1 電磁式電器

8、工作原理示意圖幻燈片121.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.2 電磁機構(gòu)1. 電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式電磁機構(gòu)是電磁式低壓電器的感測部分，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能，從而帶動觸頭動作，達到接通或分斷電路的目的。電磁機構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。其中磁路包括鐵心、銜鐵和空氣隙。其工作原理是：當(dāng)吸引線圈通入一定的電壓或電流后，產(chǎn)生磁場，磁通經(jīng)鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路，產(chǎn)生電磁吸力，銜鐵即被吸向鐵心，從而帶動銜鐵上的觸頭動作，以完成觸頭的斷開和閉合。電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式按鐵心型式分有單型、單型、螺管型、雙型等；按動作方式分有直動式、轉(zhuǎn)動式等。幻燈片131.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識根據(jù)吸引線圈通電電流

9、的性質(zhì)不同，可分為直流電磁線圈和交流電磁線圈。對于直流電磁線圈，鐵心和銜鐵可以用整塊電工軟鋼制成。對于交流電磁線圈，為了減少因渦流等造成的能量損失和溫升，鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。當(dāng)線圈并聯(lián)于電路工作時，稱為電壓線圈，其特點是線圈的匝數(shù)多，線徑細；當(dāng)線圈串聯(lián)于電路工作時，稱為電流線圈，其特點是線圈的匝數(shù)少，線徑粗。2. 電磁機構(gòu)的工作原理電磁機構(gòu)的工作原理常用吸力特性和反力特性來描述，如圖1.2所示。吸力特性：是指電磁吸力隨銜鐵與鐵芯間氣隙變化的關(guān)系曲線。幻燈片141.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識反力特性：是指反作用力Fr（使銜鐵釋放的力）與氣隙的關(guān)系曲線。圖1.2 吸力特性與反力特性的配合幻燈片15

10、1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識反力特性：是指反作用力Fr（使銜鐵釋放的力）與氣隙的關(guān)系曲線。1) 反力特性電磁機構(gòu)使銜鐵釋放的力一般有兩種：一種是利用彈簧的反力；另一種是利用銜鐵的自身重力(可忽略)。彈簧的反力與其形變的位移X成正比，其反力特性可寫成 (1.2.1)2) 吸力特性電磁機構(gòu)的電磁吸力可以按下式求得 (1.2.2)式中，F(xiàn)為電磁吸力(N)，B為氣隙中的磁感應(yīng)強度(T)，S為磁極截面積(m2)。 幻燈片161.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(1) 直流電磁鐵的吸力特性直流電磁線圈通入的是恒定的直流電流，即在外加電壓和線圈電阻R一定的條件下其電流值也一定，與空氣氣隙的大小無關(guān)。 (1.2.3)但作

11、用在銜鐵上的吸力F卻與空氣氣隙的大小有關(guān)。 (1.2.4)當(dāng)電磁鐵剛啟動時，空氣氣隙最大，此時磁路中磁阻最大，磁感應(yīng)強度較小，故吸力最??；當(dāng)銜鐵完全吸合后，空氣氣隙最小，此時磁路中磁阻最小，磁感應(yīng)強度較大，吸力最大。 幻燈片171.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(2) 交流電磁線圈交流電磁線圈通入的是交變電流，磁感應(yīng)強度為交變量，即 (1.2.5) 由式(1.2.2)和式(1.2.5)可得 (1.2.6)可見電磁吸力最大值為： 電磁吸力最小值為： 。 幻燈片181.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識由于吸力是脈動的，使得銜鐵以兩倍電源頻率在振動，既會引起噪聲，又會使電器結(jié)構(gòu)松散，觸頭接觸不良，容易被電弧火花熔焊與

12、蝕損。因此，必須采取有效措施，使得線圈在交流電變小和過零時仍有一定的電磁吸力以消除銜鐵的振動。為此，在磁極的部分端面上嵌入一個銅環(huán)稱為短路環(huán)(或分磁環(huán))，如圖1.3所示。 圖1.3 交流電磁鐵的短路環(huán) 幻燈片191.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識當(dāng)磁極的主磁通發(fā)生變化時，由于在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流和磁通，將阻礙主磁通的變化，使得磁極兩部分中的磁通之間產(chǎn)生相位差，因而磁極各部分的磁通不會同時降為零，磁極一直具有一定的電磁吸力，這就消除了銜鐵的振動，也除去了噪聲。交流電磁鐵剛啟動時，氣隙最大，磁阻最大，電感和感抗為最小，因而這時的電流為最大；在吸合過程中，隨著氣隙的減小，磁阻減小，線圈電感和感抗增大，電流

13、逐漸減小。當(dāng)銜鐵完全吸合后，電流為最小。在電磁鐵啟動時，線圈的電流雖為最大，但這時的磁阻要增大到幾百倍，而線圈的電流受到漏阻抗的限制，不能增加相應(yīng)的倍數(shù)。因此啟動時磁動勢的增加小于磁阻的增加，于是磁通、磁感應(yīng)強度減小，吸力較小，當(dāng)銜鐵吸合后，磁阻減小較多，磁動勢減小較小，于是磁通、磁感應(yīng)強度增大，吸力增大?；脽羝?01.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識交流電磁鐵工作時，銜鐵與鐵心之間一定要吸合好。如果由于某種機械故障，銜鐵或機械可動部分被卡住，通電后銜鐵吸合不上，線圈中流過超過額定值的較大電流，將使線圈嚴重發(fā)熱，甚至燒壞。3) 電磁機構(gòu)吸力特性與反力特性的配合在銜鐵吸合過程中，其吸力特性必須始終處于反力

14、特性上方，即吸力要大于反力；反之銜鐵釋放時，吸力特性必須位于反力特性下方，即反力要大于吸力(此時的吸力是由剩磁產(chǎn)生的)。在吸合過程中還須注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則會影響到電磁機構(gòu)壽命。 幻燈片211.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.3 觸點系統(tǒng)觸點是電器的執(zhí)行機構(gòu)，它在銜鐵的帶動下起接通和分斷電路的作用。觸點在閉合狀態(tài)下動、靜觸點完全接觸，并有工作電流通過時，稱為電接觸。電接觸的情況將影響觸點的工作可靠性和使用壽命。影響電接觸工作狀況的主要因素是觸點的接觸電阻，因為接觸電阻大時，易使觸點發(fā)熱而溫度升高，從而使觸點易產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象，這樣既影響工作可靠性又降低了觸點的壽命。觸點的接觸電

15、阻不僅與觸點的接觸形式有關(guān)，而且還與接觸壓力、觸點材料及表面狀況有關(guān)。幻燈片221.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1. 觸點的接觸形式觸頭接觸形式有點接觸、面接觸、線接觸三種，如圖1.4所示，點接觸式適用于小電流；面接觸式適用于大電流；線接觸式（又稱指形接觸）適用于通斷次數(shù)多、大電流的場合。 （a）點接觸 （b）點接觸 （c)線接觸圖1.4 觸頭的三種接觸形式幻燈片231.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識2觸點的分類 按觸點的運動情況分為動觸點和靜觸點；按觸點的職能分為主觸點和輔助觸點；按觸點的狀態(tài)可分為常開觸點和常閉觸點。如圖1.5所示，固定不動的稱為靜觸點，由連桿帶著移動的稱為動觸點。電器觸點在電器未通電或

16、沒有受到外力作用時處于閉合位置的稱為常閉(又稱動斷)觸點，常態(tài)時相互分開的動、靜觸點稱為常開(又稱動合)觸點。圖1.5 觸頭的分類 幻燈片241.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識1.1.4 滅弧系統(tǒng)電器觸頭在閉合或斷開的瞬間，都會在觸頭間隙中由電子流產(chǎn)生弧狀的火花，亦稱電弧。熾熱的電弧會燒壞觸頭，還會因電弧造成短路、火災(zāi)或其他事故，故應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┫珉娀?。在低壓控制電器中，常用的滅弧方法和裝置有：電動力滅弧、磁吹滅弧、柵片滅弧、滅弧罩滅弧幾種。1電動力滅弧圖1.6所示為一雙斷口橋式觸頭。當(dāng)觸頭打開時，在斷口處產(chǎn)生電弧。兩個電弧相當(dāng)于平行載流導(dǎo)體，產(chǎn)生互相推斥的電動力，使電弧向外運動，電弧被拉長并接觸

17、冷卻介質(zhì)使電弧冷卻而熄滅?；脽羝?51.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識這種滅弧方法不要專門滅弧裝置，但電流較小時，電動力也小，多用在小容量的交流接觸器中。當(dāng)交流電流過零時，電弧更易熄滅。圖1.6 電動力滅弧示意圖 幻燈片261.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識2. 磁吹滅弧 如圖1.7所示，在觸頭回路串一電流線圈，回路電流及其產(chǎn)生的磁通的方向如圖所示。當(dāng)觸頭分斷產(chǎn)生電弧時，根據(jù)左手定則，電弧受到由紙面向里面的電磁力，使電弧拉長迅速冷卻而熄滅。這種串聯(lián)磁吹滅弧，電流越大，滅弧力越強。當(dāng)線圈繞制方向定好后，磁吹力與電流方向無關(guān)。也可用并聯(lián)磁吹線圈，這時應(yīng)注意線圈的極性。 圖1.7 磁吹滅弧示意圖 幻燈片271.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識3. 柵片滅弧圖1