第1章低壓電器的基本原理

第一章低壓電器的基本原理第一節(jié)概述第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號(hào)表第一節(jié)概述一、低壓電器的定義根據(jù)使用要求及控制信號(hào)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)器件組合，能手動(dòng)或自動(dòng)分合額定電壓在交流AC1200V、直流DC1500V及以下的電路，以實(shí)現(xiàn)電路中被控制對(duì)象的控制、調(diào)節(jié)、交換、檢測(cè)、保護(hù)等作用的基本件稱為低壓電器。第一節(jié)概述二、電器的分類按工作電壓等級(jí)分：高壓電器和低壓電器按動(dòng)作原理分：手動(dòng)電器和自動(dòng)電器按有無(wú)觸點(diǎn)分：有觸點(diǎn)電器和無(wú)觸點(diǎn)電器按用途分：控制電器和保護(hù)電器按構(gòu)成方式分:電磁式和電子式第一節(jié)概述三、常用的低壓電器接觸器：交流接觸器、直流接觸器繼電器：電磁式繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器干簧繼電器、速度繼電器熔斷器：瓷插式、螺旋式、有填料式、無(wú)填料式快速熔斷器、自復(fù)式低壓斷路器：框架式、塑殼式、限流式位置開(kāi)關(guān)：直動(dòng)式、滾動(dòng)式、微動(dòng)式第一節(jié)概述三、我國(guó)低壓電器的發(fā)展概況第一代產(chǎn)品：20世紀(jì)60年代～70年代，自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)第一代產(chǎn)品第二代產(chǎn)品：20世紀(jì)70年代～80年代，更新?lián)Q代第三代產(chǎn)品：20世紀(jì)90年代，跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)發(fā)展方向：向高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化方向發(fā)展一、電磁系統(tǒng)1.電磁機(jī)構(gòu)——將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。

組成

參見(jiàn)圖1-1

原理：線圈通入電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，經(jīng)鐵芯、銜鐵和氣隙形成回路，產(chǎn)生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。

鐵芯銜鐵線圈第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)直動(dòng)式轉(zhuǎn)動(dòng)式電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)。電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。交流線圈：短而粗，有骨架。直流線圈：細(xì)而長(zhǎng)，無(wú)骨架。交流：硅鋼片疊加直流：整塊鑄鐵或鑄鋼鐵芯形狀：E型和U型結(jié)構(gòu)示例:

1——鐵芯

2——線圈

3——銜鐵

4——靜觸頭

5——?jiǎng)佑|頭

6——觸頭彈簧

7——反力彈簧

第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)2、吸力特性計(jì)算第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)吸力特性：電磁吸力F與氣隙δ的關(guān)系曲線（1）直流電磁機(jī)構(gòu)：恒磁勢(shì)IN，I與δ無(wú)關(guān)結(jié)論：F與δ的平方成反比，吸力特性參見(jiàn)圖1-2

第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)（2）交流電磁機(jī)構(gòu)：恒磁通，I與δ成正比

結(jié)論：①F與δ無(wú)關(guān)，考慮漏磁通的影響，F(xiàn)隨著δ的減少略有增加，吸力特性參見(jiàn)圖1-8

②

由于I與δ成正比，因此如果在吸合過(guò)程中，銜鐵卡住不能吸合，或者頻繁動(dòng)作時(shí)，交流勵(lì)磁線圈很可能因過(guò)電流而燒毀。所以在可靠性要求高或者操作頻繁的場(chǎng)合，一般不采用交流電磁機(jī)構(gòu)第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)3、吸反力配合特性：電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線吸合：吸力特性必須始終處于反力特性上方釋放：吸力特性必須位于反力特性下方注意：吸合過(guò)程中吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則會(huì)影響到電磁機(jī)構(gòu)壽命參見(jiàn)圖1-9、圖1-10第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)4、交流電磁吸力F隨時(shí)間t變化：結(jié)論：交流電磁吸力是在最大值為2Fav和最小值為0的范圍內(nèi)以兩倍于電源頻率周期地變化的，參見(jiàn)圖1-4短路環(huán)（分磁環(huán)）

作用：

減小交流電銜鐵吸合時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音要求：導(dǎo)電性能好、機(jī)械強(qiáng)度高材料：康銅、鎳鉻合金第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)二、觸頭系統(tǒng)觸頭：用來(lái)接通或斷開(kāi)被控制電路。分類按原始狀態(tài)：常開(kāi)、常閉按觸頭控制電路的不同：主、輔助按結(jié)構(gòu)形式：橋式（對(duì)接）、指形、梅花狀等第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)線接觸二、觸頭系統(tǒng)

材料：一般采用銅材料制成；對(duì)于小容量電器常用銀質(zhì)材料制成接觸電阻：膜電阻、收縮電阻觸頭磨損：電磨損、機(jī)械磨損①導(dǎo)電性能好、耐磨損好的金屬材料作觸頭，使觸頭R↘②要使觸頭接觸得緊密一些，使Rj↘，參見(jiàn)圖1-12③保持觸頭清潔，定期清理，使Rj↘第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)三、滅弧系統(tǒng)電弧：開(kāi)關(guān)電器切斷電流電路時(shí)，觸頭間電壓大于10V，電流超過(guò)80mA時(shí)，觸頭間會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色的光柱，即電弧。

電弧的產(chǎn)生：①?gòu)?qiáng)電場(chǎng)發(fā)射、②撞擊電離、③熱電子發(fā)射、④高溫游離

電弧的熄滅：電離和消電離兩者的競(jìng)爭(zhēng)

電弧的危害：

延長(zhǎng)了切斷故障的時(shí)間；

高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

形成飛弧造成電源短路事故第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)三、滅弧系統(tǒng)

滅弧措施：①多斷口滅弧：交流接觸器②柵片滅弧：交流接觸器（柵片：多片鍍銅薄鋼片+石棉絕緣板）③磁吹滅?。褐绷鹘佑|器④窄縫滅?。嚎p寬小于電弧直徑，使電弧緊密與縫壁接觸第二節(jié)電磁式電器的基本知識(shí)第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)一、通斷工作類型隔離：開(kāi)關(guān)電器把電氣設(shè)備和“電源”隔開(kāi)的功能無(wú)載通斷：通斷空載電路時(shí)，觸頭不出現(xiàn)明顯電壓有載通斷：接通和分?jǐn)嘁欢ǖ呢?fù)載電流電動(dòng)機(jī)通斷：滿足控制不同工作制的電動(dòng)機(jī)的要求短路通斷：接通和分?jǐn)喽搪冯娏鞯谌?jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)一、通斷工作類型通斷能力：在給定電壓下接通和分?jǐn)嗟念A(yù)期電流值分?jǐn)嗄芰Γ涸诮o定電壓下分?jǐn)嗟念A(yù)期電流值接通能力：在給定電壓下接通的預(yù)期電流值通斷持續(xù)率：電器的有載時(shí)間與工作時(shí)間之比I2t特性：在規(guī)定條件下為預(yù)期電流或電壓的函數(shù)第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)二、電網(wǎng)參數(shù)額定峰值耐受電流：開(kāi)關(guān)電器在閉合位置所能承受的電流峰值額定短時(shí)耐受電流：開(kāi)關(guān)電器承受持續(xù)1s而不受破壞的電流額定短路分?jǐn)嗄芰Γ洪_(kāi)關(guān)電器在規(guī)定條件下分?jǐn)嚯娏鞯哪芰︻~定短路通斷能力：在規(guī)定條件下接通和分?jǐn)嗟念A(yù)期電流值約定脫扣電流：在約定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作（脫扣）的規(guī)定電流值約定熔斷電流：在約定時(shí)間內(nèi)能使熔斷體熔斷的規(guī)定電流值第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)三、額定電流額定持續(xù)電流：電器在長(zhǎng)期工作制下，各部件的溫升不超過(guò)規(guī)定極限值時(shí)所承載的電流值額定工作電流：開(kāi)關(guān)電器在正常使用條件下的確定的電流值額定發(fā)熱電流：電器在8h工作制下，各部件的溫升不超過(guò)規(guī)定極限值時(shí)所能承載的最大電流值發(fā)熱電流：在約定時(shí)間內(nèi)，各部件的溫升不超過(guò)規(guī)定極限值時(shí)所能承載的最大電流值第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)三、額定電流分?jǐn)嚯娏鳎悍謹(jǐn)嗖僮鲿r(shí)，在電弧開(kāi)始瞬間流過(guò)電器一個(gè)極的電流值預(yù)期分?jǐn)嚯娏鳎合鄳?yīng)于分?jǐn)噙^(guò)程開(kāi)始瞬間所確定的預(yù)期電流預(yù)期接通電流：規(guī)定條件下，電器接通時(shí)所產(chǎn)生的預(yù)期電流第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)四、電器動(dòng)作時(shí)間參數(shù)斷開(kāi)時(shí)間：從斷開(kāi)操作開(kāi)始到所有極的觸頭都分開(kāi)為止燃弧時(shí)間：電器分?jǐn)嚯娐愤^(guò)程中，從觸頭斷開(kāi)出現(xiàn)電弧的瞬間開(kāi)始至電弧完全熄滅為止的時(shí)間間隔分?jǐn)鄷r(shí)間：從斷開(kāi)時(shí)間開(kāi)始起到燃弧時(shí)間結(jié)束為止接通時(shí)間：從閉合操作開(kāi)始到電流開(kāi)始流過(guò)主電路瞬間閉合時(shí)間：從閉合操作開(kāi)始到所有極的觸頭都接觸為止通斷時(shí)間：從電流開(kāi)始在一個(gè)極流過(guò)瞬間起到所有極的電弧最終熄滅瞬間為止的時(shí)間間隔第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)五、額定工作制長(zhǎng)期工作制：在恒定負(fù)載下連續(xù)運(yùn)行短時(shí)工作制：有載時(shí)間比空載時(shí)間短的工作制斷續(xù)工作制：有載時(shí)間和無(wú)載時(shí)間周期性相互交替分?jǐn)嘟油ǖ谌?jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)1、長(zhǎng)期工作制：電器通電后連續(xù)工作到發(fā)熱穩(wěn)定2、間斷長(zhǎng)期工作制（八小時(shí)工作制）：在電器規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)溫升早已達(dá)到穩(wěn)定值，但超過(guò)8h之后必須斷電，分?jǐn)嗪罂梢郧宄|頭的氧化物及塵垢3、短時(shí)工作制：是指電器通電時(shí)間很短，溫升未達(dá)到穩(wěn)定就停止工作，并且下一次工作要等到電器冷卻到周圍介質(zhì)溫度4、反復(fù)短時(shí)工作制：是指電器在通電和斷電周期循環(huán)下的工作過(guò)程，通電時(shí)間內(nèi)溫度未達(dá)到穩(wěn)定值，斷電后又不能冷卻到周圍介質(zhì)溫度。多次重復(fù)通電后，電器可能達(dá)到穩(wěn)定溫升第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)六、使用類別是指有關(guān)操作條件規(guī)定要求的組合通常用額定工作電流的倍數(shù)，額定工作電壓的倍數(shù)及其相應(yīng)的功率因數(shù)或時(shí)間常數(shù)等來(lái)表征電器額定接觸和分?jǐn)嗄芰Φ念悇e不同類型的低壓電器元件的使用類別不同，主電路開(kāi)關(guān)電器各有自己的使用類別，輔助電路控制電路有兩類使用類別第三節(jié)低壓電器主要技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)七、操作頻率和使用壽命允許操作頻率：規(guī)定開(kāi)關(guān)電器在每小時(shí)內(nèi)可能實(shí)現(xiàn)的最高操作循環(huán)次數(shù)機(jī)械壽命：開(kāi)關(guān)電器在需要修理或更換零件前所能承受的無(wú)載操作循環(huán)次數(shù)，按操作次數(shù)給出電壽命：在規(guī)定的正常工作條件下，開(kāi)關(guān)電器不需修理或更換零件的負(fù)載操作循環(huán)次數(shù)，按操作次數(shù)給出第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號(hào)表一般三極電源開(kāi)關(guān)

低壓斷路器位置開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸頭

位置開(kāi)關(guān)常閉觸頭位置開(kāi)關(guān)復(fù)合觸頭

起動(dòng)按鈕停止按鈕

復(fù)合按鈕接觸器線圈

接觸器主觸頭接觸器常開(kāi)輔助觸頭

接觸器常閉輔助觸頭速度繼電器常開(kāi)觸頭

速度繼電器常閉觸頭時(shí)間繼電器線圈

時(shí)繼通電延時(shí)常開(kāi)觸頭第四節(jié)常用電氣元件圖形文字符號(hào)表時(shí)繼通電延時(shí)常閉觸頭

時(shí)繼斷電延時(shí)常開(kāi)觸頭時(shí)繼斷電延時(shí)常閉觸頭

熱繼電器熱元件熱繼電器常閉觸頭

繼電器線圈繼電器常開(kāi)觸頭

繼電器常閉觸頭熔斷器

信號(hào)燈三相籠型異步電動(dòng)機(jī)一般三極電源開(kāi)關(guān)文字符號(hào)：QS低壓斷路器文字符號(hào)：QF位置開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸頭文字符號(hào)：SQ位置開(kāi)關(guān)常閉觸頭文字符號(hào)：SQ位置開(kāi)關(guān)復(fù)合觸頭文字符號(hào)：SQ起動(dòng)按鈕文字符號(hào)：SB停止按鈕文字符號(hào)：SB復(fù)合按鈕文字符號(hào)：SB接觸器線圈文字符號(hào)：KM接觸器主觸頭文字符號(hào)：KM接觸器常開(kāi)輔助觸頭文字符號(hào)：KM接觸器常閉輔助觸頭文字符號(hào)：KM速度繼電器常開(kāi)觸頭文字符號(hào)：BV速度繼電器