第1章低压电器的基本原理

1、Date: 2022-6-11 Page: 1CH1 低压电器 的基本原理Date: 2022-6-11 Page: 2CH1 低压电器 的基本原理一、低压电器的定义一、低压电器的定义 根据使用要求及控制信号，通过一个或多个器根据使用要求及控制信号，通过一个或多个器件组合，能手动或自动分合额定电压在交流件组合，能手动或自动分合额定电压在交流AC1200VAC1200V、直流直流DC1500VDC1500V及以下的电路，以实现电路中被控制及以下的电路，以实现电路中被控制对象的对象的控制、调节、交换、检测、保护控制、调节、交换、检测、保护等作用的基等作用的基本件称为低压电器。本件称为低压电器。Da

2、te: 2022-6-11 Page: 3CH1 低压电器 的基本原理二、电器的分类二、电器的分类 按按工作电压等级工作电压等级分分 ：高压电器和低压电器：高压电器和低压电器 按按动作原理动作原理分：手动电器和自动电器分：手动电器和自动电器 按按有无触点有无触点分：有触点电器和无触点电器分：有触点电器和无触点电器 按按用途用途分：控制电器和保护电器分：控制电器和保护电器 按按构成方式构成方式分分:电磁式和电子式电磁式和电子式Date: 2022-6-11 Page: 4CH1 低压电器 的基本原理三、常用的低压电器三、常用的低压电器 接触器接触器：交流接触器、直流接触器：交流接触器、直流接触器

3、 继电器继电器：电磁式继电器、时间继电器、热继电器：电磁式继电器、时间继电器、热继电器 干簧继电器、速度继电器干簧继电器、速度继电器 熔断器熔断器：瓷插式、螺旋式、有填料式、无填料式：瓷插式、螺旋式、有填料式、无填料式 快速熔断器、自复式快速熔断器、自复式 低压断路器低压断路器：框架式、塑壳式、限流式：框架式、塑壳式、限流式 位置开关位置开关：直动式、滚动式、微动式：直动式、滚动式、微动式Date: 2022-6-11 Page: 5CH1 低压电器 的基本原理三、我国低压电器的发展概况三、我国低压电器的发展概况 第一代第一代产品：产品：2020世纪世纪6060年代年代7070年代，自行开发年

4、代，自行开发 设计第一代产品设计第一代产品 第二代第二代产品：产品：2020世纪世纪7070年代年代8080年代，更新换代年代，更新换代 第三代第三代产品：产品：2020世纪世纪9090年代，跟踪国外先进技术年代，跟踪国外先进技术 发展方向发展方向：向高性能、高可靠、小型化、多功能、：向高性能、高可靠、小型化、多功能、组合化、模块化、电子化、智能化方向发展组合化、模块化、电子化、智能化方向发展Date: 2022-6-11 Page: 6CH1 低压电器 的基本原理一、电磁系统一、电磁系统1.1.电磁机构电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作。将电磁能转换为机械能并带动触头动作。 v 组成

5、组成 v 参见图参见图1-11-1 v 原理原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气 隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。 铁芯铁芯衔铁衔铁线圈线圈直动式直动式转动式转动式电压线圈电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈交流线圈：短而粗，有骨架。：短而粗，有骨架。直流线圈直流线圈：细而长，无骨架。：细而长，无骨架。交流交流：硅钢片叠加：硅钢片叠加直流直流：整块铸铁或铸钢：整块铸铁或铸钢

6、铁芯形状铁芯形状：E型和型和U型型Date: 2022-6-11 Page: 7CH1 低压电器 的基本原理结构示例结构示例: : 1 1铁芯铁芯 2 2线圈线圈 3 3衔铁衔铁 4 4静触头静触头 5 5动触头动触头 6 6触头弹簧触头弹簧 7 7反力弹簧反力弹簧 Date: 2022-6-11 Page: 8CH1 低压电器 的基本原理2 2、吸力特性计算、吸力特性计算520 4 10 4.44mmFB SUEfNINRRS麦克斯韦吸力公式 ：感应电势 ：磁势、磁通、磁阻的关系：磁阻：Date: 2022-6-11 Page: 9CH1 低压电器 的基本原理吸力特性：电磁吸力吸力特性：电磁

7、吸力F F与气隙与气隙的关系曲线的关系曲线（1 1）直流电磁机构：）直流电磁机构：恒磁势恒磁势ININ，I I与与无关无关结论：结论：F F与与的平方成反比，吸力特性参见图的平方成反比，吸力特性参见图1-21-2 252214 10FB SDate: 2022-6-11 Page: 10CH1 低压电器 的基本原理（2 2）交流电磁机构：）交流电磁机构：恒磁通恒磁通 ，I I与与成正比成正比 结论：结论： F F与与无关，考虑漏磁通的影响，无关，考虑漏磁通的影响，F F随着随着的减少略有增的减少略有增加，吸力特性参见图加，吸力特性参见图1-81-8 由于由于I I与与成正比，因此如果在吸合过程

8、中，衔铁卡住成正比，因此如果在吸合过程中，衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作时，交流励磁线圈很可能因过不能吸合，或者频繁动作时，交流励磁线圈很可能因过电流而烧毁。电流而烧毁。 所以在可靠性要求高或者操作频繁的场所以在可靠性要求高或者操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构合，一般不采用交流电磁机构Date: 2022-6-11 Page: 11CH1 低压电器 的基本原理3 3、吸反力配合特性：电磁吸力与气隙的关系曲线、吸反力配合特性：电磁吸力与气隙的关系曲线 吸合：吸力特性必须始终处于反力特性上方吸合：吸力特性必须始终处于反力特性上方 释放：吸力特性必须位于反力特性下方释放：吸力特性必须位于反力特

9、性下方 注意：吸合过程中吸力特性位于反力特性上方不能太高，注意：吸合过程中吸力特性位于反力特性上方不能太高， 否则会影响到电磁机构寿命否则会影响到电磁机构寿命参见图参见图1-91-9、图、图1-101-10Date: 2022-6-11 Page: 12CH1 低压电器 的基本原理4 4、交流电磁吸力、交流电磁吸力F F随时间随时间t t变化：变化：结论：交流电磁吸力是在最大值为结论：交流电磁吸力是在最大值为2Fav2Fav和最小值为和最小值为0 0的范围的范围内以两倍于电源频率周期地变化的，参见图内以两倍于电源频率周期地变化的，参见图1-41-4525222525254 10410sin2(

10、1 cos2) 10210210 cos2mmmmFB SSBtB StB SB StDate: 2022-6-11 Page: 13CH1 低压电器 的基本原理短路环（分磁环）短路环（分磁环） 作用：作用： 减小交流电衔铁吸合时产生的振动和噪音减小交流电衔铁吸合时产生的振动和噪音要求：导电性能好、机械强度高要求：导电性能好、机械强度高材料：康铜、镍鉻合金材料：康铜、镍鉻合金 衔铁 铁芯 线圈 短路环 2134S S Date: 2022-6-11 Page: 14CH1 低压电器 的基本原理二、触头系统二、触头系统触头：用来接通或断开被控制电路。触头：用来接通或断开被控制电路。v 分类分类按

11、按原始状态：常开、常闭原始状态：常开、常闭按触头控制电路的不同：主、辅助按触头控制电路的不同：主、辅助按结构形式：桥式（对接）、指形、梅花状等按结构形式：桥式（对接）、指形、梅花状等 点接触 面接触 线接触Date: 2022-6-11 Page: 15CH1 低压电器 的基本原理二、触头系统二、触头系统v 材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银 质材料制成质材料制成 接触电阻接触电阻 ：膜电阻：膜电阻 、收缩电阻、收缩电阻触头磨损：电磨损、机械磨损触头磨损：电磨损、机械磨损导电性能好、耐磨损好的金属材料作触头，使触头导电性能好、耐磨损好的

12、金属材料作触头，使触头R R要使触头接触得紧密一些，使要使触头接触得紧密一些，使RjRj ，参见图，参见图1-121-12保持触头清洁，定期清理，使保持触头清洁，定期清理，使RjRj Date: 2022-6-11 Page: 16CH1 低压电器 的基本原理三、灭弧系统三、灭弧系统电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V10V，电，电 流超过流超过80mA80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。v 电弧的产生：电弧的产生： 强电场发射强电场发射 、 撞击电离、撞击电离、 热电子发射、热电子发射、 高

13、温游离高温游离v 电弧的熄灭：电离和消电离两者的竞争电弧的熄灭：电离和消电离两者的竞争v 电弧的危害电弧的危害 ： 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Date: 2022-6-11 Page: 17CH1 低压电器 的基本原理三、灭弧系统三、灭弧系统v 灭弧措施：灭弧措施：多断口灭弧：交流接触器多断口灭弧：交流接触器栅片灭弧：交流接触器栅片灭弧：交流接触器 （栅片：多片镀铜薄钢片（栅片：多片镀铜薄钢片+ +石棉绝缘板）石棉绝缘板）磁吹灭弧：直流接触器磁吹灭弧：直流接

14、触器窄缝灭弧：缝宽小于电弧直径，使电弧紧密与缝壁接触窄缝灭弧：缝宽小于电弧直径，使电弧紧密与缝壁接触 灭弧栅片 触头 电弧 Date: 2022-6-11 Page: 18CH1 低压电器 的基本原理一、通断工作类型一、通断工作类型 隔离：开关电器把电气设备和隔离：开关电器把电气设备和“电源电源”隔开的功能隔开的功能 无载通断：通断空载电路时，触头不出现明显电压无载通断：通断空载电路时，触头不出现明显电压 有载通断：接通和分断一定的负载电流有载通断：接通和分断一定的负载电流 电动机通断：满足控制不同工作制的电动机的要求电动机通断：满足控制不同工作制的电动机的要求 短路通断：接通和分断短路电流短

15、路通断：接通和分断短路电流Date: 2022-6-11 Page: 19CH1 低压电器 的基本原理一、通断工作类型一、通断工作类型 通断能力：在给定电压下通断能力：在给定电压下接通和分断接通和分断的预期电流值的预期电流值 分断能力：在给定电压下分断能力：在给定电压下分断分断的预期电流值的预期电流值 接通能力：在给定电压下接通能力：在给定电压下接通接通的预期电流值的预期电流值 通断持续率：电器的有载时间与工作时间之比通断持续率：电器的有载时间与工作时间之比 I I2 2t t特性：在规定条件下为预期电流或电压的函数特性：在规定条件下为预期电流或电压的函数Date: 2022-6-11 Pag

16、e: 20CH1 低压电器 的基本原理二、电网参数二、电网参数 额定峰值耐受电流：开关电器在闭合位置所能承受的电流峰额定峰值耐受电流：开关电器在闭合位置所能承受的电流峰值值 额定短时耐受电流：开关电器承受持续额定短时耐受电流：开关电器承受持续1s1s而不受破坏的电流而不受破坏的电流 额定短路分断能力：开关电器在规定条件下分断电流的能力额定短路分断能力：开关电器在规定条件下分断电流的能力 额定短路通断能力：在规定条件下接通和分断的预期电流值额定短路通断能力：在规定条件下接通和分断的预期电流值 约定脱扣电流：在约定时间内动作（脱扣）的规定电流值约定脱扣电流：在约定时间内动作（脱扣）的规定电流值 约

17、定熔断电流：在约定时间内能使熔断体熔断的规定电流值约定熔断电流：在约定时间内能使熔断体熔断的规定电流值Date: 2022-6-11 Page: 21CH1 低压电器 的基本原理三、额定电流三、额定电流 额定持续电流：电器在长期工作制下，各部件的温升不超过额定持续电流：电器在长期工作制下，各部件的温升不超过 规定极限值时所承载的电流值规定极限值时所承载的电流值 额定工作电流：开关电器在正常使用条件下的确定的电流值额定工作电流：开关电器在正常使用条件下的确定的电流值 额定发热电流：电器在额定发热电流：电器在8h8h工作制下，各部件的温升不超过规工作制下，各部件的温升不超过规 定极限值时所能承载的

18、最大电流值定极限值时所能承载的最大电流值 发热电流：在约定时间内，各部件的温升不超过规定极限值发热电流：在约定时间内，各部件的温升不超过规定极限值 时所能承载的最大电流值时所能承载的最大电流值Date: 2022-6-11 Page: 22CH1 低压电器 的基本原理三、额定电流三、额定电流 分断电流：分断操作时，在电弧开始瞬间流过电器一个极的分断电流：分断操作时，在电弧开始瞬间流过电器一个极的 电流值电流值 预期分断电流：相应于分断过程开始瞬间所确定的预期电流预期分断电流：相应于分断过程开始瞬间所确定的预期电流 预期接通电流：规定条件下，电器接通时所产生的预期电流预期接通电流：规定条件下，电

19、器接通时所产生的预期电流Date: 2022-6-11 Page: 23CH1 低压电器 的基本原理四、电器动作时间参数四、电器动作时间参数 断开时间：从断开操作开始到所有极的触头都分开为止断开时间：从断开操作开始到所有极的触头都分开为止 燃弧时间：电器分断电路过程中，从触头断开出现电弧的瞬燃弧时间：电器分断电路过程中，从触头断开出现电弧的瞬 间开始至电弧完全熄灭为止的时间间隔间开始至电弧完全熄灭为止的时间间隔 分断时间：从断开时间开始起到燃弧时间结束为止分断时间：从断开时间开始起到燃弧时间结束为止 接通时间：从闭合操作开始到电流开始流过主电路瞬间接通时间：从闭合操作开始到电流开始流过主电路瞬

20、间 闭合时间：从闭合操作开始到所有极的触头都接触为止闭合时间：从闭合操作开始到所有极的触头都接触为止 通断时间：从电流开始在一个极流过瞬间起到所有极的电弧通断时间：从电流开始在一个极流过瞬间起到所有极的电弧 最终熄灭瞬间为止的时间间隔最终熄灭瞬间为止的时间间隔Date: 2022-6-11 Page: 24CH1 低压电器 的基本原理五、额定工作制五、额定工作制 长期工作制：在恒定负载下连续运行长期工作制：在恒定负载下连续运行 短时工作制：有载时间比空载时间短的工作制短时工作制：有载时间比空载时间短的工作制 断续工作制：有载时间和无载时间周期性相互交替分断接通断续工作制：有载时间和无载时间周期

21、性相互交替分断接通Date: 2022-6-11 Page: 25CH1 低压电器 的基本原理 1 1、长期工作制：电器通电后连续工作到发热稳定、长期工作制：电器通电后连续工作到发热稳定 2 2、间断长期工作制（八小时工作制）：在电器规定的、间断长期工作制（八小时工作制）：在电器规定的工作时间内温升早已达到稳定值，但超过工作时间内温升早已达到稳定值，但超过 8h8h之后必须之后必须断电，分断后可以清除触头的氧化物及尘垢断电，分断后可以清除触头的氧化物及尘垢 3 3、短时工作制：是指电器通电时间很短，温升未达到、短时工作制：是指电器通电时间很短，温升未达到稳定就停止工作，并且下一次工作要等到电器

22、冷却到稳定就停止工作，并且下一次工作要等到电器冷却到周围介质温度周围介质温度 4 4、反复短时工作制：是指电器在通电和断电周期循环、反复短时工作制：是指电器在通电和断电周期循环下的工作过程，通电时间内温度未达到稳定值，断电下的工作过程，通电时间内温度未达到稳定值，断电后又不能冷却到周围介质温度。多次重复通电后，电后又不能冷却到周围介质温度。多次重复通电后，电器可能达到稳定温升器可能达到稳定温升Date: 2022-6-11 Page: 26CH1 低压电器 的基本原理六、使用类别六、使用类别 是指有关操作条件规定要求的组合是指有关操作条件规定要求的组合 通常用额定工作电流的倍数，额定工作电压的

23、倍数及其相应通常用额定工作电流的倍数，额定工作电压的倍数及其相应 的功率因数或时间常数等来表征电器额定接触和分断能力的的功率因数或时间常数等来表征电器额定接触和分断能力的 类别类别 不同类型的低压电器元件的使用类别不同，主电路开关电器不同类型的低压电器元件的使用类别不同，主电路开关电器 各有自己的使用类别，辅助电路控制电路有两类使用类别各有自己的使用类别，辅助电路控制电路有两类使用类别Date: 2022-6-11 Page: 27CH1 低压电器 的基本原理七、操作频率和使用寿命七、操作频率和使用寿命 允许操作频率：规定开关电器在每小时内可能实现的最高操允许操作频率：规定开关电器在每小时内可

24、能实现的最高操 作循环次数作循环次数 机械寿命：开关电器在需要修理或更换零件前所能承受的无机械寿命：开关电器在需要修理或更换零件前所能承受的无 载操作循环次数，按操作次数给出载操作循环次数，按操作次数给出 电寿命：在规定的正常工作条件下，开关电器不需修理或更电寿命：在规定的正常工作条件下，开关电器不需修理或更 换零件的负载操作循环次数，按操作次数给出换零件的负载操作循环次数，按操作次数给出Date: 2022-6-11 Page: 28CH1 低压电器 的基本原理Date: 2022-6-11 Page: 29CH1 低压电器 的基本原理Date: 2022-6-11 Page: 30CH1

25、低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：QSQSDate: 2022-6-11 Page: 31CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：QFQFDate: 2022-6-11 Page: 32CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SQSQDate: 2022-6-11 Page: 33CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SQSQDate: 2022-6-11 Page: 34CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SQSQDate: 2022-6-11 Page: 35CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SBSBDate: 2022-6-11

26、Page: 36CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SBSBDate: 2022-6-11 Page: 37CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：SBSBDate: 2022-6-11 Page: 38CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：KMKMDate: 2022-6-11 Page: 39CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：KMKMDate: 2022-6-11 Page: 40CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：KMKMDate: 2022-6-11 Page: 41CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：KMKMDate: 2022-6-11 Page: 42CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：BVBVDate: 2022-6-11 Page: 43CH1 低压电器 的基本原理文字符号：文字符号：BVBVDate: 2022-6-11 Page: 44CH1 低压电器 的基本