ch1_常用低压电器_1

1、检测与控制教研室罗璠主要内容1.1 1.1 低压电器的分类低压电器的分类1.2 1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理电磁式低压电器的基本结构与原理1.3 1.3 开关电器开关电器1.4 1.4 现代电器现代电器1.1 低压电器的分类一、低压电器的概念一、低压电器的概念1 1、什么是电器？、什么是电器？ 2 2、什么是低压？、什么是低压？ 交流电压小于交流电压小于1200V1200V，直流电压小于，直流电压小于1500V1500V电器是根据外界施加的信号和要求，能手动或自动断开电器是根据外界施加的信号和要求，能手动或自动断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或接通电路，断续或连续

2、地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。电工器械。1.1低压电器的分类二、低压电器的分类二、低压电器的分类按按用用途途或或控控制制对对象象配电电器配电电器控制电器控制电器主要用于低压配电系统主要用于低压配电系统主要用于电气传动系统主要用于电气传动系统动稳定性动稳定性热稳定性热稳定性长寿、小、轻长寿、小、轻动作迅速准确可靠动作迅速准确可靠刀开关刀开关、转换开关转换开关、 熔断器熔断器 、断路器断路器等等接触器接触器、继电器继电器、主令电器主令电器、电磁铁电磁铁、启动器等、启动器等 1.1低压电器的分类一、

3、低压电器的分类一、低压电器的分类按按动动作作方方式式靠手动操作完成切换、接通或分断等靠手动操作完成切换、接通或分断等动作动作刀开关刀开关、转换开关转换开关、 按钮等按钮等接触器接触器、继电器继电器等等 靠自身参数变化或外来信号作用，自靠自身参数变化或外来信号作用，自动完成接通或分断等动作动完成接通或分断等动作按按输输出出形形式式有触点有触点电器电器利用触头的接通或分断完成电路接通利用触头的接通或分断完成电路接通或分断或分断利用电子元件的开关效应完成电路接利用电子元件的开关效应完成电路接通或分断通或分断接触器、断路器、接触器、断路器、刀开关刀开关、转换开关转换开关、 按钮等按钮等固体继电器、电子

4、时间继电器、接近开关等固体继电器、电子时间继电器、接近开关等自动自动电器电器手动手动电器电器无触点无触点电器电器1.1低压电器的分类一、低压电器的分类一、低压电器的分类按按工工作作原原理理电磁式电磁式电器电器非电量非电量控制电器控制电器根据电磁感应原理根据电磁感应原理靠外力或非电量信号（速度、压力、靠外力或非电量信号（速度、压力、温度等）的变化而动作温度等）的变化而动作接触器、电磁铁、继电器等接触器、电磁铁、继电器等转换开关、行程开关、速度继电器、压力继转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等电器、温度继电器等速度继电器速度继电器接近开关接近开关温度继电器温度继电器1.1低压电

5、器的分类一、低压电器的分类一、低压电器的分类按按低低压压电电器器型型号号国产低压电器产品型号编制办法（国产低压电器产品型号编制办法（JB 2930-2007JB 2930-2007）1313大类大类汉语拼音汉语拼音刀开关刀开关H主令电器主令电器L熔断器熔断器R电阻器电阻器Z断路器断路器D变阻器变阻器B控制器控制器K调压器调压器T接触器接触器C电磁铁电磁铁M启动器启动器Q其它其它A控制继电器控制继电器J1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理电器电器感测部分感测部分执行部分执行部分非电磁式自动非电磁式自动电器电器感测部分感测部分各有差异各有差异执行执行部分部分：触头触头及灭弧装置及灭弧装置执行执行

6、部分部分：触头触头及灭弧装置及灭弧装置电磁式电磁式低压低压电器电器（有触头有触头）感测部分感测部分电磁机构电磁机构1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理一、电磁机构的组成一、电磁机构的组成电磁机构电磁机构磁路磁路吸引线圈吸引线圈铁铁芯芯衔铁衔铁铁轭铁轭空气隙空气隙1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理1 1-铁芯铁芯2 2-线圈线圈3 3-衔铁衔铁常用电磁机构的形式常用电磁机构的形式U型磁路型磁路E型磁路型磁路1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理衔铁绕铁轭的棱角转动衔铁绕铁轭的棱角转动磨损较小，铁芯磨损较小，铁芯采用采用软铁软铁用于直流接触器、继电器用于直流接触器、继电器用于触头容量较大的交

7、流接触器用于触头容量较大的交流接触器衔铁绕衔铁绕轴轴转动转动铁芯用硅钢片叠成铁芯用硅钢片叠成拍合式拍合式旋转式旋转式1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理直动式衔铁在线圈内作直线运动，多用于直动式衔铁在线圈内作直线运动，多用于交流接触器中交流接触器中衔铁在线圈内作衔铁在线圈内作直线运动直线运动多用于交流接触器中多用于交流接触器中直动式直动式1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理直流线圈：细、高、无骨架（仅线圈发热）交流线圈：粗、短、有骨架隔离（线圈、铁芯发热）线圈接入电路中的方式：线圈接入电路中的方式：线圈通的电流形式：直流线圈、交流线圈线圈通的电流形式：直流线圈、交流线圈并联线圈并联线圈(电

8、压线圈电压线圈)：线圈匝数多，导线细，以减少对电压的影响：线圈匝数多，导线细，以减少对电压的影响串联线圈（电流线圈）：线圈匝数少，导线粗，以减少对电流的影响串联线圈（电流线圈）：线圈匝数少，导线粗，以减少对电流的影响1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理二、电磁机构的吸力特性二、电磁机构的吸力特性电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表征。吸力特性吸力特性：吸力与气隙的关系。反反力特性力特性：电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系。SBSBF252010421吸力吸力B：气隙处的磁感应强度S：磁极的截面积0：气隙处的磁导率直流电磁机构的吸力特性1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理1 1、直

9、流电磁机构的直流电磁机构的吸力特性吸力特性SSBF2525104104外加电压和线圈电阻不变外加电压和线圈电阻不变流过线圈的电流为常数流过线圈的电流为常数根据根据磁路定律磁路定律：mmRRIN1SB22)1(mRF吸力与气隙吸力与气隙2成反比成反比1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理激励线圈断电激励线圈断电磁势磁势IN迅速接近迅速接近零零磁通急速变化磁通急速变化线圈中感生反电动势线圈中感生反电动势（可达线圈额定电压的可达线圈额定电压的10102020倍倍）因过电压因过电压损坏损坏线圈线圈或驱动元件或驱动元件放电电阻可取线圈电阻的放电电阻可取线圈电阻的68倍倍直流电磁机构适合于动作频繁的直流电

10、磁机构适合于动作频繁的场合，且吸合后电磁吸力大，工场合，且吸合后电磁吸力大，工作可靠性好。作可靠性好。交流电磁机构的吸力特性1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理2 2、交、交流电磁机构的流电磁机构的吸力特性吸力特性若外加电压不变，线圈的阻抗主要决定于线圈的若外加电压不变，线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻可忽略，则电抗，电阻可忽略，则NfEU44. 4fNU44. 4SSBF2525104104当当U、f、N、S为常数时，为常数时，F为常数。为常数。mRIN漏磁的漏磁的影响影响NRIm交流电磁机构的吸力特性1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性对

11、于可靠性高或频繁动作的控制系统一般采对于可靠性高或频繁动作的控制系统一般采用直流电磁机构。用直流电磁机构。原因：原因：一般一般U形交流电磁机构，在线圈通电形交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的定电流的56倍，倍，E形电磁机构将达到形电磁机构将达到1015倍。倍。如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。就可能烧毁线圈。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理三、电磁机构的反力特性三、电磁机构的反力特性反反力特性力特性：电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系。静阻力的大小与静阻力的大小与

12、作用弹簧作用弹簧、摩擦阻力摩擦阻力以及以及衔铁质量衔铁质量有关。有关。衔铁自身的重力衔铁自身的重力电磁机构使衔铁释放的力有两种：电磁机构使衔铁释放的力有两种：弹簧的反力弹簧的反力1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理电磁机构气隙电磁机构气隙的初始值的初始值动静触头开始接触动静触头开始接触时的气隙长度时的气隙长度触头上的初压力作用到衔铁上，由触头上的初压力作用到衔铁上，由于超行程机构的弹力作用于超行程机构的弹力作用，突变，突变气隙越小，触头压气隙越小，触头压得越紧，反力越大得越紧，反力越大1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理但事实上，当线圈中通过交流电流时，磁感应强度为交变量但事实上，当线圈中

13、通过交流电流时，磁感应强度为交变量 iImSint =Ni=mSint i f2FmSin2t 当当 i=0 时：时： =0； f =0 因而，交流电磁机构在工作时因而，交流电磁机构在工作时会产生振动和噪声。会产生振动和噪声。iti,f0f1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理解决解决办法办法 在单相交在单相交流电磁铁铁芯流电磁铁铁芯的端面嵌装一的端面嵌装一个自成回路的个自成回路的金属环，也称金属环，也称分磁环或短路分磁环或短路环。环。 衔铁 铁芯 线圈 短路环 一般短路环包围一般短路环包围2/32/3的铁芯端面。的铁芯端面。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理四、吸力特性与反力特性的配合四

14、、吸力特性与反力特性的配合电磁机构在整个吸合过程中，吸力需大于反力，吸力特性在反力特性的上方，这样触头才能闭合接通电路。吸力不能过大，否则会影响电器的机械寿命。当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时，其反力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。在使用中常常调整反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，就是为了使之与吸合特性良好配合。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理 电磁机构激励线圈的电压或电流为其输入量电磁机构激励线圈的电压或电流为其输入量x，衔铁的位置，衔铁的位置为其输出量为其输出量y，y =f（x）称为输入）称为输入输出特性。这类矩形输出特性。这类矩形特性曲线统称为继电特性。特性曲线统称

15、为继电特性。电磁机构的继电特性1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧原理五、触头及灭弧原理1、触头、触头触头（触点）起接通和分断电路的作用。触头（触点）起接通和分断电路的作用。触头通常由动、静触头组合而成。触头通常由动、静触头组合而成。分类分类主要用于通断负载工作电流回主要用于通断负载工作电流回路，通常为路，通常为3对常开触点。对常开触点。主要用于电路的控制与联锁，又称联锁主要用于电路的控制与联锁，又称联锁触头，有常开、常闭之分，数量由器件触头，有常开、常闭之分，数量由器件自身结构决定。自身结构决定。主触头主触头辅助触头辅助触头1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧

16、原理五、触头及灭弧原理触头的接触形式触头的接触形式常用于小电流的电器中，常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触头或如接触器的辅助触头或继电器触头；继电器触头；点接触点接触球形球形-球形球形球形球形-平面平面面面接触接触允许通过大电流，触头接触表面上镶有允许通过大电流，触头接触表面上镶有合金，以减小触头接触电阻和提高耐磨合金，以减小触头接触电阻和提高耐磨性，多用于较大容量接触器主触头。性，多用于较大容量接触器主触头。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧原理五、触头及灭弧原理触头的接触形式触头的接触形式线接触线接触线性触头的接触过程线性触头的接触过程圆柱圆柱-圆柱或圆柱圆柱或圆柱-

17、平面为线接触平面为线接触触头接通或分断时产生滚动摩擦触头接通或分断时产生滚动摩擦接通：接通：A-B-C分断：分断：C-B-A优点：优点：摩擦摩擦可以清除触头表面的氧化膜可以清除触头表面的氧化膜长时间工作的位置在长时间工作的位置在C点而不是在易烧灼的点而不是在易烧灼的A点点（接触良好）（接触良好）多用于中等容量的触头，如接触器的主触头；多用于中等容量的触头，如接触器的主触头；1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧原理五、触头及灭弧原理双断点桥式触头双断点桥式触头具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好。具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好。小小容量交流接触器或继电器采用这种触头时，有容量交

18、流接触器或继电器采用这种触头时，有利于熄弧；利于熄弧；触头开距小，使电器结构紧凑，体积小；触头开距小，使电器结构紧凑，体积小；闭合闭合时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命。时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命。优点优点：最终断开位置最终断开位置刚刚接触位置刚刚接触位置最终闭合位置最终闭合位置1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧原理五、触头及灭弧原理双断点桥式触头双断点桥式触头缺缺点点：最终断开位置最终断开位置刚刚接触位置刚刚接触位置最终闭合位置最终闭合位置触头不能自动净化，触头材料必须用银或触头不能自动净化，触头材料必须用银或银基合金；银基合金；每个触头的接触压力小

19、，电动稳定性较低；每个触头的接触压力小，电动稳定性较低；触头参数不易调节。触头参数不易调节。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理五、触头及灭弧原理五、触头及灭弧原理触头的接触电阻触头的接触电阻金属接触面总是凹凸不平的，只金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才能真正接触上有少数的点才能真正接触上（实实际通电截面很小际通电截面很小）；）；金属在空气中被金属在空气中被氧化或硫化氧化或硫化，在，在其表面生成氧化膜或硫化膜，而其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属本体大后者的电阻率比金属本体大希望接触电阻尽量小些。接触面积大、接触压力希望接触电阻尽量小些。接触面积大、接触压力大、触头材料电阻

20、率小、塑性形变好、表面光滑大、触头材料电阻率小、塑性形变好、表面光滑的触头接触电阻较小。的触头接触电阻较小。 触头在从分离到闭合的接通过程中，经常发生机械振动，即触头的闭合-分离-再闭合过程的重复。触头闭合瞬间，动触头撞击静触头，动触头在反力作用下被反弹，压缩动触头弹簧被。一旦弹簧的张力大于反作用力，动触头又被推向与静触头接触。这样，动静触头又碰撞、反弹。但弹回的距离一次比一次小，直到弹跳完全停歇，触头完全闭合。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理除机械碰撞外，触头电流仅从两触头间少数接触点流过，形成收缩状电流线，触头间的收缩电流产生的电动力也能导致触头振动，特别是当接通较大电流时，电动力的

21、影响更加显著。 常用低压电器321.2 电磁式低压电器的基本结构与原理触头的机械振动会使触头表面产生电气磨损，当触头接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量而凝固，使动、静触头粘在一起，再也不能分开，而发生熔焊现象。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理解决办法：解决办法： 适当增大触头弹簧的初压力适当增大触头弹簧的初压力减小触头质量减小触头质量降低触头的接通速度降低触头的接通速度为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要在触为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要在触头间加一定的压力，此压力一般由弹簧产生。头间加一定的压力，此压力一般由弹簧产生。当

22、动触头与静触头刚接触时，由于安装时动触头的弹簧已经被预压了一段，因而产生一个初压力FC，初压力削弱接触振动，通过调节触头弹簧预压缩量来增减。触头闭合后弹簧在运动机构作用下被进一步压缩，运动机构运动终止时，弹簧产生终压力FZ。终压力减小接触电阻。弹簧被进一步压缩的距离，称为触头的超程，超程越大终压力亦越大。有了超程，使触头在被磨损的情况下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理2、灭弧原理、灭弧原理（1）电弧的产生电弧的产生 延长了切断故障的时间；延长了切断故障的时间； 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；高温引起电弧附

23、近电气绝缘材料烧坏； 形成飞弧造成电源短路事故。形成飞弧造成电源短路事故。（2）电弧的危害电弧的危害（3）常用灭弧方法）常用灭弧方法 迅速增大电弧长度；迅速增大电弧长度；电场强度降低，散热面积增大电场强度降低，散热面积增大 冷却；冷却；使电弧与冷却介质接触。使电弧与冷却介质接触。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理2、灭弧原理、灭弧原理（4）常用的灭弧装置）常用的灭弧装置电动电动力灭弧示意图力灭弧示意图1-静触头2-动触头l电动力灭弧电动力灭弧桥式结构双断口触头桥式结构双断口触头在电动力在电动力F的作用下，使电弧向外的作用下，使电弧向外迅速拉长迅速拉长一般用于交流接触器等交流电器中。一般用于交流接触器等交流电器中。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理2、灭弧原理、灭弧原理（4）常用的灭弧装置）常用的灭弧装置l磁吹式灭弧磁吹式灭弧利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强吹弧的能力也越强。广泛应用于直流接触器中。广泛应用于直流接触器中。广泛应用于直流接触器中。广泛应用于直流接触器中。1.2 电磁式低压电器的基本结构与原理2、灭弧原理、灭弧原理（4）常用的灭弧装置）常用的灭弧装置l灭弧