电气控制与可编程控制技术-2次课

接触器电磁机构；主触点；灭弧装置；辅助触点；释放弹簧或缓冲装置；支架与底座1-灭弧罩

2-触头压力弹簧片

3-主触头

4-反作用弹簧

5-线圈

6-短路环

7-静铁心8-弹簧

9-动铁心

10-辅助常开触头

11-辅助常闭触头CJ0-20型交流接触器

吸力特性

图1交流电磁机构的吸力特性

图2直流电磁机构的吸力特性电磁机构电磁机构的结构形式电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。1-衔铁2-铁心3-吸引线圈反力特性电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图1-5中所示曲线3即为反力特性曲线。图1-51-直流接触器吸力特性

2-交流接触器吸力特性

3-反力特性

其中1为电磁机构气隙的初始值；2为动静触头开始接触时的气隙长度。由于超行程机构的弹力作用，反力特性在2处有一突变。反力特性与吸力特性的配合为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好，如图1-5所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。由于铁磁材料有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。F21直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性yxfxcx1xe电磁机构的输入输出特性电磁机构的输入-输出特性为一矩形曲线，称为继电特性交流电磁机构上短路环的作用由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的变化，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。因此交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环。短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-6所示。(a)结构图(b)电磁吸力图

图1-6单相交流电磁铁铁心的短路环*当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2在相位上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1，由Φ1、Φ2产生的电磁吸力为F1、F2，作用在衔铁上的合成电磁吸力是F1+F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪声。触头系统触头（触点）是电磁式电器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。触头按其结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图1-7所示。触头按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图1-8所示。触头结构形式(a)桥形触头(b)指形触头图1-7触头结构形式图触头接触形式点接触：球面对球面、球面对平面线接触：圆柱对平面、圆柱对圆柱面接触：平面对平面(a)点接触(b)线接触(c)面接触图1-8触头接触形式图*单断点指形触头只有一个断口，一般多用于接触器主触点。优点：闭合、断开过程中有滚滑运动，能自动清除表面氧化物，接触可靠；触头接触力大，电动稳定性高；触头参数较易调节。缺点：触头开距大，从而增大了体积；触头闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械寿命的提高。双断点桥式触头优点：具有两个有效灭弧区域，灭弧效果良好。小容量交流接触器或继电器采用这种触头时，可利用两个断点，增长了电弧长度，有利于熄弧。触点开距小，使电器结构紧凑，体积小触头闭合时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命缺点：触头不能自动净化，触头材料必须用银或银基合金。每个触头接触压力小，电动稳定性较低。触头参数不易调节。电弧产生原因：气体电离放电后果：烧触头、延长分断时间消电离现象：主要通过正负带电质点的复合进行的，温度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程灭弧灭弧原理：设法降低电弧区温度和电场强度，加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度时，电弧即逐渐熄灭。常用的灭弧方式有拉长电弧、切断或分割电弧磁吹式灭弧：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。灭弧栅：有许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安装在灭弧罩内。一般适合于交流灭弧灭弧罩：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电弧以防止发生短路；二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭多断点灭弧如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种方法继电器的特性输入-输出特性：对继电器来说，是输入线圈电流与触点状态间的关系继电器特性：滞环继电器输入量x由零增至x2以前，输出量y为零。当输入量x增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1

；若x再增大，y1值保持不变。当x减小到小于等于x1时，继电器触点释放，输出量由y1降至零。动作值（吸合值）-x2返回值（释放值）-x1返回系数：k=x1/x2一般控制：K=0.1～0.4，动作可靠，但不够灵敏；保护：0.6<K<1，动作灵敏，但易误动作，不可靠；继电器的结构及原理电磁式继电器1-底座2-反力弹簧3、4-调节螺钉

5-非磁性垫片6-衔铁7-铁心8-极靴9-电磁线圈10-触头系统

图

电磁式继电器的典型结构电磁式继电器型号标识继电器的定义由特定形式的输入（电量或非电量）自动控制开闭的小开关。继电器与接触器的区别继电器只有辅助触点，切断小电流（控制回路）输入（控制量）可以是电量也可以是非电量接触器有主、辅触点之分，主触点可用于主电路控制量为电量磁电式继电器舌簧继电器电动机式电动机式时间继电器是用微型同步电动机带动减速齿轮系获得延时的，分为通电延时和断电延时型两种。它由微型同步电动机、电磁离合系统、减速齿轮机构及执行机构组成。就延时范围和准确度而言，是电磁式、空气阻尼式、晶体管式时间继电器无法比拟的。电动机式的主要缺点是结构复杂、体积大、寿命低、价格贵、准确度受电源频率的影响等。所以，这种时间继电器不宜轻易选用，只有在要求延时范围较宽和精度较高的场合才选用。半导体式速度继电器速度继电器是根据电磁感应原理制成的，常用于笼型异步电动机的反接制动控制线路中，也称反接制动继电器。是一种利用速度原则对电动机进行控制的自动电器。它主要由转子、定子和触头组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型的绕组。其结构原理如图1-28所示。当电动机制动转速下降到一定值时，由速度继电器切断电动机控制电路。速度继电器的转轴应与被控电动机的轴相联接，当电动机轴旋转时，速度继电器的转子随之转动。这样定子圆环内的绕组便切割转子旋转磁场，产生使圆环偏转的转矩。偏转角度与电动机的转速成正比。当转速使定子偏转到一定角度时，与定子圆环连接的摆锤推动触头，使常闭触头分断，当电动机转速进一步升高后，摆锤的继续偏转，使动触头与静触头的常开触头闭合。当电动机转速下降时，圆环偏转角度随之下降，动触头在簧片作用下复位（常开触头断开，常闭触头闭合）。1-转轴2转子3-定子4-绕组

5-摆锤6、9-簧片7、8-静触点

图1-28速度继电器结构原理图

热继电器热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性，当电动机的工作电流为额定电流时；热继电器应长期不动作。1-热元件2-双金属片3-导板4-触头图

热继电器工作原理示意图

(a)通电以前(b)三相通有额定电流

(c)三相均衡过载(d)电动机发生一相断线故障图

差动式断相保护装置动作原理图

交流固态继电器教材19熔断器熔断器是一种利用熔化作用而切断电路的保护电器。在使用时，熔断器中的熔体(也称为保险丝)串联在被保护的电路中，当该电路发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过了某一值，则在熔体上产生的热量便会使其温度升高到熔体的熔点，导致熔体自行熔断，达到保护的目的。熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供电线路和电气设备的短路保护。熔断器由熔体和安装熔体的熔断管（或座）等部分组成。熔体是熔断器的核心，通常用低熔点的铅锡合金、锌、铜、银的丝状或片状材料制成，新型的熔体通常设计成灭弧栅状和具有变截面片状结构。当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而分断电路，从而保护了电路和设备。

熔断器熔体熔断的电流值与熔断时间的关系称为熔断器的保护特性曲线，也称为熔断器的安-秒特性，如图1-15所示。由特性曲线可以看出，流过熔体的电流越大，熔断所需的时间越短。熔体的额定电流IfN是熔体长期工作而不致熔断的电流。图1-15

熔断器的安-秒特性熔断器熔体中的电流为熔体的额定电流时，熔体长期不熔断；当电路发生严重过载时，熔体在较短时间内熔断；当电路发生短路时，熔体能在瞬间熔断。熔体的这个特性称为反时限保护特性，即电流为额定值时长期不熔断，过载电流或短路电流越大，熔断时间越短。电流与熔断时间的关系曲线称为安秒特性。因此：由于熔断器对过载反应不灵敏，不宜用于过载保护，主要用于短路保护。确定熔体电流是选择熔断器的主要任务，具体来说有下列几条原则：对于照明线路或电阻炉等电阻性负载，熔体的额定电流应大于或等于电路的工作电流，即

IfN≥I

式中IfN为熔体的额定电流，I为电路的工作电流。保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算:

IfN≥（1.5～2.5）IN

式中，IN为电动机的额定电流。保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：

IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN

式中，INmax为容量最大的一台电动机的额定电流，ΣIN为其余电动机额定电流的总和。为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对主电路实现控制，其主要类型有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。按钮的图像和文字符号(a)常开按钮(b)常闭按钮(c)复合按钮图1-31按钮的图形、文字符号

刀开关的图形、文字符号(a)单极(b)双极(c)三极

图1-13刀开关的图形、文字符号转换开关(凸轮控制器)万能转换开关是一种具有多个操作位置和触点、能进行多个电路的换接的手动控制电器。它可用于配电装置的远距离控制、电气控制线路的换接、电气测量仪表的开关转换以及小容量电动机的起动、制动、调速和换向的控制，用途广泛，故称为万能转换开关（a）画“•”标记表示（b）接通表表示

组合开关的结构和图形、文字符号图1-14组合开关结构和图形、文字符号行程开关行程开关主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。行程开关也称位置开关。行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电气结构的非接触式接近开关。接触式行程开关靠运动物体碰撞行程开关的顶杆而使行程开关的常开触头接通和常闭触头分断，从而实现对电路的控制作用，其结构如图1-32所示。(a)直动式(b)滚轮式(c)微动式