電氣控制與PLC應用（第2版）課件：電磁式低壓電器的認識和選用

電磁式低壓電器的認識和選用學習目標 （1）了解低壓電器的概念及分類;（2）掌握常用低壓電器電磁機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。一、電磁式低壓電器1.電磁機構(gòu)

電磁式低壓電器的電磁機構(gòu)是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作的部件，它由吸引線圈、鐵芯及銜鐵三部分組成。吸引線圈將電能轉(zhuǎn)換為磁能，產(chǎn)生磁通，銜鐵在電磁吸力的作用下產(chǎn)生機械位移使鐵芯吸合。吸引線圈根據(jù)輸入電流的不同分為直流線圈和交流線圈兩種。直流線圈通入直流電。交流線圈須通入交流電。電磁鐵工作時，吸引線圈產(chǎn)生的磁通作用于銜鐵，產(chǎn)生電磁吸力，并使銜鐵產(chǎn)生機械位移。銜鐵復位時，復位彈簧將銜鐵拉回原位，所以電磁鐵吸合時，電磁鐵的吸力F要大于復位彈簧的拉力。2.觸頭系統(tǒng)

觸頭系統(tǒng)是電磁式低壓電器的執(zhí)行機構(gòu)，它在銜鐵的帶動下實現(xiàn)電路的接通或斷開。由于銅的導電性較好，導熱能力強，因此電磁式低壓電器的觸頭通常由銅制成。但是銅觸頭容易產(chǎn)生氧化膜，使觸頭的接觸電阻增大，有時還會產(chǎn)生電弧，因此有些觸頭改用導電性更強、氧化膜不易形成的銀質(zhì)觸頭。

觸頭按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭在主電路中控制電路的接通或斷開，允許通過的電流較大；輔助觸頭對控制電路進行接通或斷開操作，它只能通過較小的電流。觸頭按其接觸形式的不同分為點接觸、線接觸和面接觸。3.電弧的產(chǎn)生與滅弧方法在通電狀態(tài)下，當動、靜觸頭（電壓不小于

10～20

V）在即將接觸或者即將分開時就會在間隙內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。如果電流小，就會發(fā)生火花放電；如果電流大于80～100

mA，就會發(fā)生弧光放電，也就是電弧，其特點是外部有白熾弧光，內(nèi)部有很高的溫度和密度很大的電流。電弧產(chǎn)生的主要原因是：氣體（或空氣）中含有少量正負離子，在外施電壓的作用下，離子加速運動，在碰撞中離子數(shù)目大大增加，這些離子在電場中的定向運動就形成了電流。電流通過氣體時伴隨著強烈的發(fā)熱過程，以致電流通道內(nèi)的中性氣體分子全被電離而形成等離子體。這種有強烈的聲、光和熱效應的弧光放電，就是電弧的形成過程。所以，電弧實質(zhì)上就是一種能導電的電子、離子流，其中還包括燃燒著的銅分子流。電弧電壓所產(chǎn)生的危害比較嚴重，其溫度高達數(shù)千攝氏度，輕則損壞設備，重則可以產(chǎn)生爆炸，釀成火災，威脅生命和財產(chǎn)安全。特別是在石油、電力行業(yè)中，更需要額外注意。由于行業(yè)的特殊性，更容易造成事故，甚至是人員傷亡。在電力行業(yè)中，開關(guān)電器會產(chǎn)生電弧。因為其溫度高達數(shù)千攝氏度，能燒壞觸頭，甚至導致觸頭熔焊。如果電弧不立即熄滅，就可能燒傷操作人員，燒毀設備，甚至釀成火災。因此，有觸頭的電器應考慮其滅弧問題，尤其是高壓配電方面更要注意。一旦由于帶負荷拉閘操作失誤，或者是在開關(guān)箱內(nèi)有異物（導電體），拉出開關(guān)箱的時候，異物瞬間接通了兩極又分開，導致電弧產(chǎn)生，以致產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，炸傷、燒傷操作人員。

為了滅弧，常采用的方法有：①迅速拉大電弧的長度，使觸頭間隙增加，降低電場強度，同時又使散熱面積增大，降低了電弧溫度，使自由電子和空穴復合的運動加強，從而容易將電弧熄滅；②用電磁力使電弧在冷卻介質(zhì)中運動，帶走電弧熱量，降低弧柱周圍的溫度；③將電弧擠入絕緣壁組成的窄縫中，對它進行冷卻。常用的滅弧方法有以下幾種：（1）電動力滅弧。橋式觸頭分斷時，在左右兩個弧隙中產(chǎn)生兩個彼此串聯(lián)的電弧，電弧電流在兩電弧之間產(chǎn)生磁場。根據(jù)左手定則，電弧電流在電動力的作用下，使電弧向外運動并拉長。在拉長的過程中電弧遇到空氣迅速冷卻，從而迅速熄滅。（2）磁吹滅弧。借助電弧與弧隙磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力實現(xiàn)滅弧的裝置，稱為磁吹滅弧裝置。在觸頭電路中串入吹弧線圈，該線圈產(chǎn)生的磁場由導磁夾板引向觸頭周圍。磁吹線圈產(chǎn)生的磁場與電弧電流產(chǎn)生的磁場相互疊加，并且這兩個磁場在電弧下方，其方向相反，因此電弧下方的磁場強于上方的磁場。在下方磁場的作用下，電弧受力的方向為

F所指的方向。在

F

的作用下，電弧被吹離觸頭，經(jīng)引弧角進入滅弧罩，使電弧熄滅。磁吹滅弧是利用電流本身進行滅弧，所以電弧電流越大，滅弧也越強，于是在直流電器中被廣泛應用。（3）滅弧柵滅弧。滅弧柵由外鍍薄鋼片和石棉絕緣板組成，它們彼此之間相互絕緣，片間距離為

2～3

mm，這些金屬片被稱為柵片，安裝在觸點上方的滅弧罩內(nèi)。當觸頭斷開時，在觸頭之間產(chǎn)生電弧，電弧電流產(chǎn)生磁場。鋼片磁阻比空氣磁阻小得多，使磁通非常稀疏，而滅弧柵處的磁通非常密集，磁場將電弧拉入滅弧罩內(nèi)。當電弧被拉入滅弧柵內(nèi)后，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。每兩片滅弧柵片之間都有

150～250

V的絕緣強度，使整個滅弧柵的絕緣強度大大加強，以致外加電壓無法維持電弧，使電弧迅速熄滅。除此之外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻，有利于電弧熄滅。由于柵對交流電弧的滅弧更有效，因此在交流電器中通常采用柵片滅弧。（4）滅弧罩滅弧。比滅弧柵滅弧更簡單的方法，是利用陶土和石棉水泥做成的能耐高溫的滅弧罩來滅弧。滅弧罩內(nèi)有一個或數(shù)個縱縫，縫的下部寬上部窄。當觸頭斷開時，電弧在電動力的作用下進入縫內(nèi)，窄縫將弧柱分成若干直徑較小的電弧，同時將電弧直徑壓縮，使電弧同縫壁緊密接觸，加強冷卻和消游離作用，使電弧迅速熄滅。4.接觸器

接觸器是一種自動的電磁式開關(guān)，用于遠距離頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換。在功能上接觸器除能自動切換外，還具有手動開關(guān)所缺乏的遠距離操作功能和零壓及欠壓保護功能，但沒有自動開關(guān)所具有的過載和短路保護功能。接觸器生產(chǎn)方便，成本低，主要用于控制電動機、電熱設備、電焊機、電容器組等，是電力拖動自動控制電路中使用最廣泛的一種低壓電器。接觸器的符號如圖1.26所示。根據(jù)接觸器主觸點通過電流的種類，將其分為交流接觸器和直流接觸器兩種。圖1.26接觸器符號交流接觸器是一種電氣控制中頻繁接通和分斷電路及交流電動機的電器。主要用作控制交流電動機的啟動、停止、反轉(zhuǎn)、調(diào)速，并可與熱繼電器或其他適當?shù)谋Ｗo裝置組合，保護電動機可能發(fā)生的過載或斷相，也可用于控制其他電力負載，如電熱器、電照明、電焊機、電容器組等。交流接觸器的種類很多，如電磁式交流接觸器、真空式接觸器和固體接觸器。目前，常用的電磁式交流接觸器有CJ10、CJ20、CJ40等系列產(chǎn)品。直流接觸器是應用于直流電力線路中，可控制遠距離接通和分斷直流電路及頻繁地操作和控制直流電動機啟動、停止、反轉(zhuǎn)或反接制動的一種自動控制電器。目前常用的直流接觸器有CZ0、C218、C220等系列。習題與思考題1、