電氣控制技術(shù)2講

1、電氣控制技術(shù)第2講濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2011-03-16濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院回顧：1.1 常用電器的作用與分類1.2 接觸器（功能、主要組成部分、觸點(diǎn)）濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院本課主要內(nèi)容：1.2.1 接觸器 電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置 電磁機(jī)構(gòu) 主要技術(shù)數(shù)據(jù)濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（二）電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置1）電弧的產(chǎn)生電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。接觸器觸點(diǎn)切斷電路時(shí)，電路中電壓超過(guò)10-20V和電流超過(guò)80-100mA時(shí)，拉開的兩個(gè)觸頭之間出現(xiàn)強(qiáng)烈火花。氣體放電：氣體中有大量的帶電粒子作定向運(yùn)動(dòng)。電弧產(chǎn)生原因:氣體電離放電 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院電弧的產(chǎn)生過(guò)程：強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射：觸點(diǎn)

2、分離的瞬間，由于動(dòng)、靜觸頭的距離很小，觸頭間的電場(chǎng)強(qiáng)度就非常大，使觸頭內(nèi)部的電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被拉出來(lái)，就形成強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。碰撞游離：從陰極表面發(fā)射出在電場(chǎng)力的作用下高速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷地與中性質(zhì)點(diǎn)（原子或分子）發(fā)生碰撞。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子積聚足夠大的動(dòng)能時(shí)，就會(huì)從中性質(zhì)點(diǎn)中打出一個(gè)或多個(gè)電子，使中性質(zhì)點(diǎn)游離，這一過(guò)程成為碰撞游離。也叫撞擊電離。熱電子發(fā)射：碰撞游離的正離子向陰極運(yùn)動(dòng)，撞在陰極上使陰極溫度逐漸升高。當(dāng)陰極溫度達(dá)到一定程度時(shí)，一部分電子從陰極逸出再參與碰撞游離。由于高溫而使電極發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。熱游離：當(dāng)電弧的溫度達(dá)到3000。或更高時(shí)，弧柱中的原子以很高的

3、速度作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)并相互劇烈碰撞，結(jié)果原子也將產(chǎn)生電離，因高溫使原子撞擊產(chǎn)生的電離稱為熱游離?；≈鶎?dǎo)電就是靠熱游離來(lái)維持的。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射、撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結(jié)果，使得在兩觸點(diǎn)間呈現(xiàn)大量向陽(yáng)極飛馳的電子流，就是所謂的電弧。電孤有兩個(gè)特點(diǎn)：一是電弧中有大量的電子、離子，因而是導(dǎo)電的，電孤不熄滅電路繼續(xù)導(dǎo)通，電弧熄滅后電路才正式斷開；二是電弧的溫度很高，弧心溫度達(dá)40005000攝氏度以上，高溫電弧會(huì)燒壞設(shè)備造成嚴(yán)重事故，所以必須采取措施，迅速熄滅電弧。 電弧的后果:燒觸頭、延長(zhǎng)分?jǐn)鄷r(shí)間濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院消電離現(xiàn)象：主要通過(guò)正負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合進(jìn)行的，溫度越

4、低，帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)越慢，越容易復(fù)合。觸點(diǎn)分?jǐn)噙^(guò)程就是電弧形成與抑制的過(guò)程。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2）滅弧裝置滅弧原理：設(shè)法降低電弧區(qū)溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度，加強(qiáng)消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度時(shí)，電弧即逐漸熄滅。常用的滅弧方式有拉滅弧法 冷卻滅弧法 用氣體吹動(dòng)滅弧 采用多斷口滅弧 利用真空滅弧 將電弧分為多個(gè)串聯(lián)的短弧 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2）滅弧裝置1、磁吹式滅弧：利用電弧電流本身滅弧，電弧電流愈大，吹弧能力也越強(qiáng)。廣泛用于直流接觸器中濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2）滅弧裝置2、滅弧柵：有許多鍍銅薄鋼片組成，片間距離為2-3mm，安裝在滅弧罩內(nèi)。一般適合于交流滅弧裝置。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工

5、程學(xué)院3、滅弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分割各路電弧以防止發(fā)生短路；二是使電弧與滅弧罩的絕緣壁接觸，使電弧迅速冷卻而熄滅。2）滅弧裝置濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院4、多斷點(diǎn)滅弧如橋式觸頭。一般交流繼電器和小電流接觸器采用此種方法。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（三）電磁機(jī)構(gòu)作用：將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動(dòng)觸頭使之閉合或斷開。1、電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式： 由吸引線圈（激磁線圈）和磁路（包括鐵芯、鐵軛、銜鐵和空氣氣隙）兩部分組成。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（1）按銜鐵運(yùn)動(dòng)方式分為： a、銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)的拍和式鐵芯。 b、銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍和式鐵芯。 c、銜鐵沿直線運(yùn)動(dòng)的直動(dòng)式鐵芯。

6、電磁機(jī)構(gòu)的分類如下：濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院轉(zhuǎn)動(dòng)式濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（2）按磁系統(tǒng)形狀分類：U形和E形。（3）按激磁線圈種類：交流線圈和直流線圈。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（4）按激磁線圈的連接方式：并聯(lián)（電壓線圈）和串（電流線圈）。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2、電磁機(jī)構(gòu)的工作原理吸力特性：電磁機(jī)構(gòu)的吸力與氣隙的關(guān)系曲線。反力特性：電磁機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的靜阻力與氣隙的關(guān)系曲線。（1）反力特性： 反力由利用彈簧拉力和銜鐵自重兩種方式產(chǎn)生： 1) 彈簧反力與引起形變的位移x成正比，反力特性： 2) 自重的反力與氣隙大小無(wú)關(guān) ，反力特性：濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院上述二中反力特性曲線如圖所示。

7、其中1為電磁機(jī)構(gòu)氣隙的初始值； 2為動(dòng)靜觸頭開始接觸時(shí)的氣隙長(zhǎng)度。由于超行程機(jī)構(gòu)的彈力作用，反力特性在2處有一突變。反力特性濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（2）吸力特性吸力特性：電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線。說(shuō)明：吸力特性與線圈勵(lì)磁電流種類、線圈連接方式有關(guān)。電磁吸力公式：當(dāng)端面積S為常數(shù)時(shí)，F(xiàn)與 成正比濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院式中：U-線圈電壓（V） E-線圈感應(yīng)電勢(shì)（V） f-線圈外加電壓的頻率（Hz） -氣隙磁通（wb) N-線圈匝數(shù)a、交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性：濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院分析： 分析：當(dāng)f、N、U為常數(shù)時(shí)- 為常數(shù)-F為常數(shù)（幅值不變）；因U與無(wú)關(guān)，所以F亦與無(wú)關(guān),考慮到漏磁通

8、的影響，吸力F隨氣隙的減小略有增加。根據(jù)磁路定律可知：交流激磁線圈的電流與氣隙成正比。F21F=f（）I=f（）濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院b、直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性特點(diǎn)：激磁電流不受氣隙變化的影響，即磁勢(shì)WI與氣隙大小無(wú)關(guān)，因此： F 2 ( 1 / )2即直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力F與氣隙的平方成反比。氣隙越小，吸力越大。F21F=f（）I=f（）濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院c、剩磁的吸力特性： 由于鐵磁材料有剩磁，它使電磁機(jī)構(gòu)的激磁線圈失電后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力隨氣隙的增大而減小。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（3）吸力特性與反力特性的配合F21直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性

9、電磁機(jī)構(gòu)欲使銜鐵吸合，吸力必須大于反力；但也不宜過(guò)大，否則會(huì)造成電器的機(jī)械壽命縮短。當(dāng)銜鐵釋放時(shí)，其反力必須大于剩磁吸力，才能可靠釋放。如圖所示濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院作用：對(duì)于單相交流電磁機(jī)構(gòu)由于交流磁通過(guò)零時(shí)吸力為零，吸合后的銜鐵在反力作用下將被拉開；磁通過(guò)零后吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時(shí)銜鐵又吸合。這樣交流電每周期內(nèi)銜鐵吸力要兩次過(guò)零，使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)和噪音，甚至使鐵心松散。為此在鐵心端面上裝一個(gè)銅制的分磁環(huán)（短路環(huán)）（4）短路環(huán)濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（5）電磁機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性電磁機(jī)構(gòu)激磁線圈的電壓（或電流）為其輸入量，銜鐵的位置為其輸出量，兩者之間的關(guān)系稱為輸入-輸出特性若以y

10、代表電磁機(jī)構(gòu)的輸出量，并將銜鐵處于吸合位置記作y=1；將銜鐵處于釋放位置記作y=0；當(dāng)吸力特性處于反力特性上方時(shí)，銜鐵吸合；當(dāng)吸力特性處于反力特性上下方時(shí)，銜鐵釋放。 若以x代表電磁機(jī)構(gòu)的輸入量，使吸力特性處于反力特性上方的最小輸入量以xc表示，稱為電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)作值；使吸力特性處于反力特性下方的最大輸入量以xf表示，稱為電磁機(jī)構(gòu)的返回值。為使電器工作可靠一般的額定輸入量xf大于xc濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院yxfxcx1xe電磁機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性電磁機(jī)構(gòu)的輸入-輸出特性如圖所示?？梢?，電磁機(jī)構(gòu)的輸入-輸出特性為一矩形曲線，稱為繼電特性（5）電磁機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院二、接

11、觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（一）接觸器的型號(hào)及代表意義:1、型號(hào)例如，CJl2-2503:為CJl2系列交流接觸器，額定電流250A，三個(gè)主觸點(diǎn)。CJl2T-2503:為CJl2系列改型后的交流接觸器，額定電流250A，三個(gè)主觸點(diǎn)。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院例，CZ0-100/20:為CZ0系列直流接觸器，額定電流100A，二個(gè)常開主觸點(diǎn)。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2、接觸器的圖形和文字符號(hào) 接觸器的圖形和文字符號(hào)如圖所示。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院各類接觸器直流接觸器直流接觸器交流接觸器交流接觸器濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院（二）接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)1、額定電壓 接觸器銘牌額定電壓是指主觸點(diǎn)上的額定電

12、壓。通常用的電壓等級(jí)為：直流接觸器：220V、440V、660V交流接觸器：220V、380V、500V2、額定電流 接觸器銘牌額定電流指主觸點(diǎn)的額定電流。常用的電流等級(jí)為： 直流接觸器：25A、40A、60A、100A、l 50A、250A、400A、600A。交流接觸器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院3、線圈的額定電壓 接觸器線圈正常工作的電壓 常用的等級(jí)為： 直流線圈；24V、48V、220V、440V。 交流線圈：36V、127V、220V、380V。說(shuō)明：1）交流負(fù)載選用交流接觸器，直流負(fù)載選用直流接

13、觸器，但交流負(fù)載頻繁動(dòng)作時(shí)可采用直流吸引線圈的接觸器。2）常用的額定電壓是直流110V，220V；交流127V，220V，380V。4、額定操作頻率 額定操作頻率是指每小時(shí)接通次數(shù)。說(shuō)明：交流接觸器最高為600次h；直流接觸器可高達(dá)1200次h。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院5、補(bǔ)充技術(shù)數(shù)據(jù)（）動(dòng)作值：指接觸器的吸合電壓和釋放電壓。 吸合電壓：線圈額定電壓85%以上時(shí)，接觸器應(yīng)可靠吸合。釋放電壓：線圈電壓低于額定電壓70%，且高于10%額定電壓（交流接觸器）或 5%額定電壓（直流接觸器）（2）接通與分?jǐn)嗄芰?指接觸器主觸頭在規(guī)定條件下能可靠地接通和分?jǐn)嗟碾娏髦?。在此電流值下，接通或分?jǐn)鄷r(shí)，不應(yīng)發(fā)生

14、熔焊、飛弧和過(guò)分磨損等。 (3)機(jī)械壽命和電氣壽命機(jī)械壽命是接觸器不帶電時(shí)可操作的次數(shù),電氣壽命則是帶電情況下的操作次數(shù)。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院(4)工作制工作制分長(zhǎng)期工作制、斷續(xù)周期工作制、短時(shí)工作制、反復(fù)短時(shí)工作制四種。(5)其它接觸器主觸點(diǎn)的極數(shù)（單極、雙極、三極、多極），主觸點(diǎn)的形式（常開、常閉），輔助觸點(diǎn)的數(shù)量（常開 NO、常閉NC），輔助觸點(diǎn)的額定電壓和額定電流等。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院三、接觸器在電氣線路中濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院3、選擇步驟根據(jù)負(fù)載性質(zhì)確定工作類別；根據(jù)類別確定接觸器系列根據(jù)負(fù)載額定電壓確定接觸器額定電壓根據(jù)負(fù)載額定電流確定接觸器額定電流，并根據(jù)外界條

15、件加以修正選定吸引線圈的額定電壓根據(jù)負(fù)載情況復(fù)核操作頻率濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院4、選擇原則（1）接觸器的額定電壓 主電路額定電壓。（2）接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等。（3）接觸器的額定電流等級(jí)應(yīng)按下列方法選擇 （a）按接觸器設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的使用類別使用時(shí)按觸器的額定電流應(yīng)等于或稍大于負(fù)載額定電流。 （b）按輕任務(wù)使用類別設(shè)計(jì)的接觸器，用于重任務(wù)使用類別時(shí)，應(yīng)降低容量使用。 （c）用于反復(fù)短時(shí)工作制的接觸器，其額定電流應(yīng)大于負(fù)載的等效發(fā)熱電流(4）接觸器型號(hào)的選擇 各系列接觸器是按一定使用類別設(shè)計(jì)的，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的情況選用。此外還應(yīng)注意負(fù)載的工作制。濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)

16、與工程學(xué)院5、主要型號(hào)1）交流接觸器國(guó)內(nèi)：CJ10、CJ20、CJX1、CJX2等國(guó)外：3TB（西門子）、A系列（ABB）、LC1系列（施耐德）等2）直流接觸器國(guó)內(nèi)：CZ0、CJX1-Z國(guó)外：3TC（西門子）3）改型樣式如CJ12T-250/3、 3TF45 22-0XM0、A-26等濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院修正舉例接觸器安裝在箱柜內(nèi)，由于冷卻條件變差，電流要降低10%-20%使用處于長(zhǎng)期工作制時(shí)，而且通電持續(xù)率不超過(guò)40%時(shí)，敞開安裝，電流允許提高10%-25%，箱柜安裝，允許提高5%-10%濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院4）技術(shù)數(shù)據(jù)濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院四、交直流接觸器的發(fā)展趨勢(shì)（一）現(xiàn)

17、狀 1、轉(zhuǎn)動(dòng)式交流接觸器：缺點(diǎn)：體積大、用料多、壽命短優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、維護(hù)方便重負(fù)荷工作條件仍廣泛采用美國(guó) CGE 公司370(直流）,372（交流）比利時(shí)ACEC公司R系列濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2、直動(dòng)式交流接觸器：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便、壽命長(zhǎng)中、小容量較多采用西門子公司3TB東芝公司ESPAS 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院3、直流接觸器：不如交流接觸器用途廣泛兩種基本類型：傳統(tǒng)式（旋轉(zhuǎn)式）、交流派生式西屋公司M系列西門子3TC系列（交流派生） 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院(二）、交直流接觸器的發(fā)展趨勢(shì) 1、提高工作可靠性：近年來(lái)工作可靠性一躍而居眾所關(guān)注的重要地位，可

18、靠性的研究就成為當(dāng)前的主要研究課題。目前世界各生產(chǎn)廠家及研究單位圍繞接觸器的可靠性問(wèn)題做了以下工作： 降低其動(dòng)作電壓值； 降低其釋放電壓上限和提高釋放電壓下限； 提高其在惡劣條件下的可靠性； 提高其對(duì)傾斜、沖擊、振動(dòng)的耐受能力； 提高其絕緣能力； 提高其承受短路電流的能力等等。 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 通斷能力是交直流接觸器的重要技術(shù)指標(biāo)之一. 在AC4工作制時(shí)為810倍額定電流，在AC3工作制時(shí)為1012倍額定電流。實(shí)際上各制造廠家為保證運(yùn)行可靠，其產(chǎn)品的通斷能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述規(guī)定。 2、提高通斷能力：濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院3、提高使用壽命：提高使用壽命無(wú)疑對(duì)系統(tǒng)或裝置的效益有著直接關(guān)系。lEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定交流接觸器的機(jī)械壽命最高為1000萬(wàn)次，至于電壽命迄今尚無(wú)明確規(guī)定。4、小型化：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期改進(jìn)，交流接觸器的安裝面積減小了約25。減小觸頭開距、采用高導(dǎo)磁材料、采用優(yōu)質(zhì)滅弧材料等。 濟(jì)南大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院5、品種派生：為了擴(kuò)大交流接觸器基本