CH1第1章常用低压电器1

电气控制技术

信息与电子工程学院张岩电器是：凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备。电气是：以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。1、电器指与电有关、或以电为能源的器具,电器是具体的设备；2、电气指与电有关的、或以电为能源的空间、系统、行业,电气有些抽象，涵盖了强电的所有范围，包括设备和技术等，比如高压、电力系统、绝缘、自动化等，都是电气的范围；

3、电气包含电器，电器是电气的构成；

电器与电气电气控制技术第1章常用低压电器第2章电气控制系统第3章新型电器及其控制系统第4章可编程序控制器及其控制技术第5章工业控制网络系统第一章常用低压电器

第一节低压电器的作用与分类第二节开关电器第三节接触器第四节继电器第五节熔断器第六节主令电器本章小结第七节自动空气断路器电器是一种根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路(电能的生产、传输、分配和应用)或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。一种能控制电路的设备。低压电器：用于交流1500V、直流1200V级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。高压电器：交流1500V以上、直流1200V以上。一、电器定义是指工作在直流1500V、交流1200V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的基本器件。采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。低压电器：按电器的动作性质分：手动电器和自动电器按电器的性能和用途分：控制电器和保护电器按有无触点分：有触点电器和无触点电器按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。二、低压电器的分类图1-1电器的分类图1-2电力拖动自动控制系统常用电器第二节开关电器刀开关

作用：隔离电源，不频繁通断电路

分类：

按刀的级数分:单极、双极和三极

按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置

按刀的转换方向分为：单掷和双掷

按接线方式分为：板前接线和板后接线

按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作

按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器刀开关1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）

作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

结构图和符号：QS第二节开关电器第二节开关电器刀开关2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。刀开关3.负荷开关(1)开启式负荷开关

用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。

结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。

分类：单相双极和三相三极两种第二节开关电器刀开关3.负荷开关(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）

作用：手动通断电路及短路保护。第二节开关电器

接触器是用来频繁接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制器。通常分为交流接触器与直流接触器，能实现远距离控制，并具有欠压、零压保护。

接触器的基本参数有主触点的额定电流、主触点允许切断电流、触点数、线圈电压、操作频率、动作时间、机械寿命和电寿命等。现代生产的接触器，其额定电流最大可达2500A，允许接通次数为150～1500次/h，电寿命50～100万次，机械寿命500～1000万次。第三节接触器一、接触器结构和原理一般接触器都由下列几个部分组成：电磁机构；主触点和灭弧装置；辅助触点；释放弹簧机构或缓冲装置；支架与底座。（电磁系统、触头系统、灭弧装置）电磁机构工作原理一、接触器结构和原理1.触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。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类型触头的接触形式a-点接触b-线接触c-面接触触头的接触形式接触电阻理想情况下：触点闭合：接触电阻为零。触点断开：接触电阻无穷大2.灭弧系统撞击电离、热电子发射和热游离的结果，使得在两触点间呈现大量向阳极飞驰的电子流，这就是所谓的电弧。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。

电弧的危害：烧坏触头

延长了切断的时间（故障）；

高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏，引起火灾；

形成飞弧造成电源短路事故，弧光短路。01电弧.asx02带负荷拉隔离开关引起电弧.mpg灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。（1）拉长电弧，从而降低电场强度；（2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度；（3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧；（4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降。（1）磁吹灭弧磁吹灭弧原理1-磁吹线圈2-铁心3-导磁夹板4-引弧角5-灭弧罩6-磁吹线圈磁场7-电弧电流磁场8-动触头常用的灭弧装置（2）栅片灭弧栅片灭弧示意图1-灭弧栅片2-触头3-电弧03灭弧栅灭弧.avi（3）灭弧罩窄缝灭弧图5-15灭弧罩窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧（4）多断点灭弧图1-6桥式触点a)闭合状态b)断开状态l-动触点2-静触点3-电弧1）.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。

组成

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。

交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢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。3、电磁机构铁芯衔铁线圈空气隙2）.电磁机构分类（1）按衔铁的运动方式分类

1)衔铁绕棱角转动

2)衔铁绕轴转动

3)衔铁直线运动（2）按磁系统形状分类

U（C）形、E形（3）按线圈的联结方式分类并联（电压线圈）串联（电流线圈）（4）按吸引线圈的种类分类

直流线圈交流线圈3).电磁机构的吸力特性/反力特性吸力特性：电磁机构使衔铁吸力与衔铁气隙的关系曲线。

励磁电流种类（直流或交流）线圈连结方式（并联或串联）

反力特性：电磁机构转动部分的静阻力与衔铁气隙的关系曲线。

弹簧、摩擦阻力和衔铁重量

电磁机构的吸力可近似地按下式求得当S为常数时，F与B2成正比。对于具有电压线圈的直流电磁机构，因外加电压和线圈电阻不变，故流过线圈的电流为常数。与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律。(1-2)式中

(1-1)则

(1-3)

吸力F与成反比，亦即与气隙2成反比，故吸力特性为二次曲线形状，图1-8直流电磁机构的吸力特性图1-9交流电磁机构的吸力特性对于具有电压线圈的交流电磁机构，其吸力特性与直流电磁机构有所不同。设外加电压不变，则交流吸引线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻可忽略，其电压为

(1-4)

(1-5)当频率f、匝数N和电压U均为常数时，Ф为常数，由式(1-3)知F亦为常数，说明F与δ大小无关。实际上考虑到漏磁的作用，F随δ的减小略有增加。当气隙δ变化时，I与δ成线性关系，图1-9示出了F=f(δ)与I=f(δ)的关系曲线。图1-8直流电磁机构的吸力特性图1-9交流电磁机构的吸力特性反力特性与吸力特性之间的配合关系，示于图l-10中。图1-10吸力特性和反力特性1-直流接触器吸力特性2-交流接触器吸力特性3-反力特性触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧第三节接触器1．结构

二、交流接触器

第三节

接触器交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置2．工作原理

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。第三节

接触器交流接触器的型号及代表意义02-220V用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。第三节接触器三、直流接触器

直流接触器的型号及代表意义如下：直流接触器常用的有CZ1、CZ3等系列和新产品CZ0系列。新系列接触器具有寿命长、体积小、零部件通用性强等优点。

KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM第三节

接触器四、接触器的符号

额定电压

交流接触器：127、220、380、660V1140V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V第三节

接触器五、接触器的主要技术指标

第三节

接触器六、接触器的使用选择原则

1．接触器极数和电流种类的确定。触点个数、直流交流3．根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应辅助触头使用类别和数量、电流（5A)的接触器。2．根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。6．接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。4．根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。5．接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定。第三节

接触器六、接触器的使用选择原则

作用：控制、保护、联锁和调节分类：按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按执行环节分：有触点、无触点按动作时间分：瞬时、延时继电器按用途分：控制和保护继电器特点：额定电流不大于5A第四节

继电器区别接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一般只能在电压作用下动作。继电器：用于控制电路、电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。一、电磁式继电器过/欠电流继电器过/欠电压继电器中间继电器电磁式继电器与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成，图1-13电磁式继电器原理图1-铁心2-旋转棱角3-释放弹簧4-调节螺母5-衔铁6-动触点7-静触点8-非磁性垫片9-线圈常用的国产电磁式继电器有JL3、JL7、JL9、JLl2、JL14、JLl5，JT3、JT4、JT9、JTlO、JTX，JZl、JZ7、JZ8、JZl4、JZl5、JZl7等系列。a).电磁式继电器的特性x2—继电器的动作值x1—继电器的返回值yo—衔铁释放状态y1—衔铁吸合状态电磁式继电器的特性释放值吸合值y0b).继电器的参数1．返回系数K=X1/X22．吸合时间3．释放时间1、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器欠电流继电器KAI<KAKA过电流继电器>IKAKAKA1、电流继电器动作电流Ｉq

：使电流继电器开始动作所需的电流值；返回电流Ｉf

：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；返回系数Ｋf

：返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技术指标：1、电流继电器特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAU<KAKA过电压继电器>UKAKAKA2、电压继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。

3、中间继电器1．磁电式继电器的结构与原理

磁电式继电器结构原理图如图1-14所示，它的结构原理与磁电式电表基本相同，所不同的只是在原指针式小杆1上多加了一对触点2。图1-14磁电式继电器结构原理图1-指针式小杆2-触点3-活动线圈二、磁电式继电器2．磁电式继电器的性能特点及主要参数（1）因为触点接触压力很小，所需的控制功率很小(仅0.1～2W左右)，因而灵敏度高，几乎可与电子式继电器相比拟。其返回系数也高，最高可达0.99。（2）能反映输入信号的极性，即能反映电流方向，故能作为极化继电器使用，但比极化继电器更灵敏。（3）具有足够的稳定性，但可动部分不能承受冲击负载。这种高灵敏继电器常常用于自动检测与自动控制系统中，能实现微弱信号的检测与传送。磁电式继电器国内产品有JC-2F型。1．舌(干)簧继电器的结构与原理

舌簧继电器包括干簧继电器、水银湿式舌簧继电器、铁氧体剩磁式舌簧继电器，但通常泛指的舌簧继电器常常就是指干簧继电器，这里就以它为例进行介绍。三、舌(干)簧继电器干簧继电器的触点是密封的，舌簧片由铁镍合金(坡莫合金)做成，舌片的接触部分通常镀以贵金属如金、铑、钯等，接触良好，具有良好的导电性能。触点密封在充有氮气等惰性气体的玻璃管中与外界隔绝，因而有效地防止了尘埃的污染，减小了触点的电腐蚀，提高了工作可靠性，其结构原理如图1-15所示。

当线圈通电后，管中两舌簧片的自由端分别被磁化成N极与S极而相互吸引，因而接通了被控制的电路。线圈断电后，舌簧片在本身的弹力作用下分开并复位，控制电路亦被切断。图1-15舌(干)簧继电器结构原理图1-舌簧片2-线圈3-玻璃管4-骨架

2．舌(干)簧继电器的特点及主要参数

（1）舌(干)簧继电器的主要特点

1）吸合功率小，灵敏度高。一般舌簧继电器吸合与释放时间均在0.5～2ms以内，小型的甚至小于1ms，与电子电路的动作速度相近。

2）由于触点密封，触点寿命长，一般可达108次左右。

3）结构简单，体积小。

4）价格低廉，维修方便。

5）不足之处是触点易冷焊粘住；过载能力低；触点开距小；耐压低；断开瞬间触点易抖动。

（2）部分舌(干)簧继电器的主要参数常用的舌簧继电器有JAG-2-1型(舌簧管为4mm×36mm)；小型JAG-4型(3mm×20mm)；大型JAG-5型(8mm×42mm或8mm×50mm)等，其中又分常开(H)、常闭(D)与转换(Z)三种不同的型式。作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式半导体式机械式按延时方式分：通电延时型断电延时型

四、时间继电器(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合动合（常开）触点(e)通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点符号1．直流电磁式时间继电器这种继电器和直流电磁式电压继电器相比只是在铁心上增加了一个阻尼铜(铝)套。其结构示意如图1-16所示。由电磁感应定律可知在继电器通断电过程中铜套内将产生涡流，它将反对穿过铜(铝)套的磁通变化，因而对原吸合磁通起了阻尼作用。

当继电器吸合时，由于衔铁处于释放位置，气隙大、磁阻大、磁通小、铜(铝)套阻尼作用相对也小，因此铁心闭合时的延时不显著(一般忽略不计)。而当继电器断电时磁通变化量大、铜套阻尼作用也大，因此这种继电器仅用作断电延时。相应地其延时触点也只有常开触点延时打开、常闭触点延时闭合两种。图1-16带有阻尼铜(铝)套的铁心示意图1-铁心2-阻尼铜(铝)套3-线圈4绝缘层

2．空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它的延时范围宽(0.4～180s)，可用作断电延时，也可以方便地改变电磁机构位置获得通电延时，因此可以用在常开触点延时断开、常闭触点延时闭合，或者常开触点延时闭合、常闭触点延时断开。上述各种触点广泛地应用在交流控制电路中.空气阻尼式时间继电器如图1-17所示。当线圈得电吸下衔铁和支撑杆，连结在一起的胶木块下降，但空气室中的空气受进气孔处调节螺钉的阻碍，在活塞下降过程中空气室内造成稀薄空气而使活塞下降缓慢，到达最终位置时压合微动开关，触点闭合送出信号。图l-17空气阻尼式时间继电器示意图1-线圈2-铁心3-支撑杆4-胶木块5-微动开关6-活塞7-橡皮膜8-调节螺钉9-进气孔10-出气孔11-恢复弹簧

3．电动机式时间继电器电动机式时间继电器延时范围很宽，可以由几秒到几小时，而且有通电延时和断电延时两种类型，准确度高，调节方便。缺点是结构复杂，价格较贵。

其工作原理是：当继电器内的同步电动机通电后，通过减速齿轮带动动触点经一定延时与静触点闭合并送出信号。国产电动机式时间继电器有JS10系列和DSJ-A型，新产品有JSll系列。

JSlO系列型号示意如下：4．半导体时间继电器随着电子技术的发展，出现了半导体时间继电器。这类继电器机械结构简单、延时范围宽、经久耐用，正在日益得到广泛应用。用途：检测转速的过零点。多用于反接制动时，切除反相序电源。结构：转子（磁极）+笼型空心绕组+触头原理：电磁感应与鼠笼式异步机相似。转动时，笼型绕组感生电势，形成电流后受力而摆动，摆锤拨动触头系统工作。停转时（N=0），摆锤垂立，触头复位。作用：根据速度的大小通断电路五、速度继电器定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。型号：JY1（复位转速100r/min）、JFZ0符号：五、速度继电器热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相