第1章低压电器的基本原理

第一章低压电器的基本原理第一节概述第二节电磁式电器的基本知识第三节低压电器主要技术性能指标和参数第四节常用电气元件图形文字符号表第一节概述一、低压电器的定义根据使用要求及控制信号，通过一个或多个器件组合，能手动或自动分合额定电压在交流AC1200V、直流DC1500V及以下的电路，以实现电路中被控制对象的控制、调节、交换、检测、保护等作用的基本件称为低压电器。第一节概述二、电器的分类按工作电压等级分：高压电器和低压电器按动作原理分：手动电器和自动电器按有无触点分：有触点电器和无触点电器按用途分：控制电器和保护电器按构成方式分:电磁式和电子式第一节概述三、常用的低压电器接触器：交流接触器、直流接触器继电器：电磁式继电器、时间继电器、热继电器干簧继电器、速度继电器熔断器：瓷插式、螺旋式、有填料式、无填料式快速熔断器、自复式低压断路器：框架式、塑壳式、限流式位置开关：直动式、滚动式、微动式第一节概述三、我国低压电器的发展概况第一代产品：20世纪60年代～70年代，自行开发设计第一代产品第二代产品：20世纪70年代～80年代，更新换代第三代产品：20世纪90年代，跟踪国外先进技术发展方向：向高性能、高可靠、小型化、多功能、组合化、模块化、电子化、智能化方向发展一、电磁系统1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。

组成

参见图1-1

原理：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。

铁芯衔铁线圈第二节电磁式电器的基本知识直动式转动式电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢铁芯形状：E型和U型结构示例:

1——铁芯

2——线圈

3——衔铁

4——静触头

5——动触头

6——触头弹簧

7——反力弹簧

第二节电磁式电器的基本知识第二节电磁式电器的基本知识2、吸力特性计算第二节电磁式电器的基本知识吸力特性：电磁吸力F与气隙δ的关系曲线（1）直流电磁机构：恒磁势IN，I与δ无关结论：F与δ的平方成反比，吸力特性参见图1-2

第二节电磁式电器的基本知识（2）交流电磁机构：恒磁通，I与δ成正比

结论：①F与δ无关，考虑漏磁通的影响，F随着δ的减少略有增加，吸力特性参见图1-8

②

由于I与δ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电流而烧毁。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第二节电磁式电器的基本知识3、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释放：吸力特性必须位于反力特性下方注意：吸合过程中吸力特性位于反力特性上方不能太高，否则会影响到电磁机构寿命参见图1-9、图1-10第二节电磁式电器的基本知识4、交流电磁吸力F随时间t变化：结论：交流电磁吸力是在最大值为2Fav和最小值为0的范围内以两倍于电源频率周期地变化的，参见图1-4短路环（分磁环）

作用：

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、机械强度高材料：康铜、镍鉻合金第二节电磁式电器的基本知识二、触头系统触头：用来接通或断开被控制电路。分类按原始状态：常开、常闭按触头控制电路的不同：主、辅助按结构形式：桥式（对接）、指形、梅花状等第二节电磁式电器的基本知识线接触二、触头系统

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接触电阻：膜电阻、收缩电阻触头磨损：电磨损、机械磨损①导电性能好、耐磨损好的金属材料作触头，使触头R↘②要使触头接触得紧密一些，使Rj↘，参见图1-12③保持触头清洁，定期清理，使Rj↘第二节电磁式电器的基本知识三、灭弧系统电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。

电弧的产生：①强电场发射、②撞击电离、③热电子发射、④高温游离

电弧的熄灭：电离和消电离两者的竞争

电弧的危害：

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；

形成飞弧造成电源短路事故第二节电磁式电器的基本知识三、灭弧系统

灭弧措施：①多断口灭弧：交流接触器②栅片灭弧：交流接触器（栅片：多片镀铜薄钢片+石棉绝缘板）③磁吹灭弧：直流接触器④窄缝灭弧：缝宽小于电弧直径，使电弧紧密与缝壁接触第二节电磁式电器的基本知识第三节低压电器主要技术性能指标和参数一、通断工作类型隔离：开关电器把电气设备和“电源”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短路通断：接通和分断短路电流第三节低压电器主要技术性能指标和参数一、通断工作类型通断能力：在给定电压下接通和分断的预期电流值分断能力：在给定电压下分断的预期电流值接通能力：在给定电压下接通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I2t特性：在规定条件下为预期电流或电压的函数第三节低压电器主要技术性能指标和参数二、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值额定短时耐受电流：开关电器承受持续1s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）的规定电流值约定熔断电流：在约定时间内能使熔断体熔断的规定电流值第三节低压电器主要技术性能指标和参数三、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发热电流：电器在8h工作制下，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第三节低压电器主要技术性能指标和参数三、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接通电流：规定条件下，电器接通时所产生的预期电流第三节低压电器主要技术性能指标和参数四、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最终熄灭瞬间为止的时间间隔第三节低压电器主要技术性能指标和参数五、额定工作制长期工作制：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第三节低压电器主要技术性能指标和参数1、长期工作制：电器通电后连续工作到发热稳定2、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8h之后必须断电，分断后可以清除触头的氧化物及尘垢3、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冷却到周围介质温度4、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第三节低压电器主要技术性能指标和参数六、使用类别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，主电路开关电器各有自己的使用类别，辅助电路控制电路有两类使用类别第三节低压电器主要技术性能指标和参数七、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换零件的负载操作循环次数，按操作次数给出第四节常用电气元件图形文字符号表一般三极电源开关

低压断路器位置开关常开触头

位置开关常闭触头位置开关复合触头

起动按钮停止按钮

复合按钮接触器线圈

接触器主触头接触器常开辅助触头

接触器常闭辅助触头速度继电器常开触头

速度继电器常闭触头时间继电器线圈

时继通电延时常开触头第四节常用电气元件图形文字符号表时继通电延时常闭触头

时继断电延时常开触头时继断电延时常闭触头

热继电器热元件热继电器常闭触头

继电器线圈继电器常开触头

继电器常闭触头熔断器

信号灯三相笼型异步电动机一般三极电源开关文字符号：QS低压断路器文字符号：QF位置开关常开触头文字符号：SQ位置开关常闭触头文字符号：SQ位置开关复合触头文字符号：SQ起动按钮文字符号：SB停止按钮文字符号：SB复合按钮文字符号：SB接触器线圈文字符号：KM接触器主触头文字符号：KM接触器常开辅助触头文字符号：KM接触器常闭辅助触头文字符号：KM速度继电器常开触头文字符号：BV速度继电器