低壓電器課件

1、幻燈片11.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述在人類生活的各個(gè)領(lǐng)域中，電能的應(yīng)用愈來愈廣泛。低壓電器是構(gòu)成控制系統(tǒng)最常用的器件，了解它的分類、作用和用途，對(duì)設(shè)計(jì)、分析和維護(hù)控制系統(tǒng)都是十分必要的。 1.1.1.1 電器的定義電器是一種能根據(jù)外界的信號(hào)（機(jī)械力、電動(dòng)力和其它物理量），自動(dòng)或手動(dòng)接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件或設(shè)備?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述根據(jù)其工作電壓高低，電器可分為高壓電器和低壓電器。低壓電器：常指工作在交流額定電壓1200V及以下，直流額定電壓1500V及以下的電

2、路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器設(shè)備。1.1.1.2 低壓電器的分類1. 低壓電器按所控制的對(duì)象分類分為低壓配電電器和低壓控制電器。（1）低壓配電電器。用于低壓供配電系統(tǒng)中，如低壓斷路器、低壓隔離器等。（2）低壓控制電器。用于電氣控制線路中，如繼電器、接觸器等。幻燈片31.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述2. 按所起作用分類可分為控制電器、主令電器、保護(hù)電器和執(zhí)行電器。（1）控制電器。用來控制電路的通斷，如開關(guān)、繼電器、接觸器等。（2）主令電器。用來發(fā)送控制指令以控制其它自動(dòng)電器的動(dòng)作，如按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)等。（3）保護(hù)電器。用于對(duì)電路和電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，如熔斷器、熱繼電

3、器、避雷器等。（4）執(zhí)行電器。用來執(zhí)行某種動(dòng)作或傳動(dòng)功能，如電磁鐵、電磁離合器等。幻燈片41.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述3. 按動(dòng)作性質(zhì)分類依據(jù)電器的動(dòng)作性質(zhì)可分為自動(dòng)控制電器和非自動(dòng)控制電器。（1）自動(dòng)控制電器。按照電信號(hào)或非電信號(hào)的變化而自動(dòng)動(dòng)作的電器，如繼電器、接觸器等。（2）非自動(dòng)控制電器。由人工直接操作而動(dòng)作的電器，如按鈕、開關(guān)等。4. 按工作原理分類分為電磁式電器和非電量控制電器。（1）電磁式電器。根據(jù)電磁感應(yīng)原理來工作的電器，如繼電器、接觸器等。（2）非電量控制電器。依靠外力或非電量的變化而動(dòng)作的電器，如按鈕、溫度繼電器等。幻燈片5常用低壓電器分類：幻燈片61.1 低

4、壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述1.1.1.4 低壓電器發(fā)展概況新一代產(chǎn)品除了高性能、小型化、電子化、智能化、模塊化、組合化外，其主要特征是可通信、高可靠、維護(hù)性能好、符合環(huán)保要求等。特別是新一代產(chǎn)品能與現(xiàn)場總線系統(tǒng)連接，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。其特點(diǎn)如下。1引入現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用將從根本上改變傳統(tǒng)的低壓配電與控制系統(tǒng)及其裝置，同時(shí)給傳統(tǒng)低壓電器產(chǎn)品注入高新技術(shù)，使低壓電器產(chǎn)品功能發(fā)生質(zhì)的飛躍?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述2固態(tài)低壓電器進(jìn)入實(shí)用階段電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使固態(tài)低壓電器產(chǎn)品進(jìn)入實(shí)用階段。利用晶閘管(雙向可控硅)作為主回路發(fā)展的固態(tài)接觸器、固態(tài)繼電器、

5、軟啟動(dòng)器等產(chǎn)品已進(jìn)入商品化階段。目前國外軟啟動(dòng)器已進(jìn)入中國市場，國內(nèi)許多企業(yè)也正在開發(fā)此類產(chǎn)品。柔性電器技術(shù)低壓電器上的應(yīng)用和混合式開關(guān)電器是低壓電器產(chǎn)品發(fā)展的又一個(gè)方向?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述3低壓真空電器進(jìn)一步發(fā)展真空技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使低壓真空電器獲得進(jìn)一步發(fā)展。20世紀(jì)90年代中期，由于真空電器大電流分?jǐn)嗉夹g(shù)取得新的突破，使低壓真空斷路器開始進(jìn)入實(shí)用階段。低壓真空斷路器關(guān)鍵技術(shù)主要涉及以下三個(gè)方面：大電流分?jǐn)嗉夹g(shù)、滅弧室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、觸頭材料及真空工藝等；提高真空電器短時(shí)耐受電流技術(shù)；降低高分?jǐn)嗄芰φ婵諟缁∈抑圃斐杀尽?傳統(tǒng)產(chǎn)品向兩極發(fā)展傳統(tǒng)低壓電器產(chǎn)品在提高產(chǎn)

6、品綜合性的同時(shí)，開始向高性能與經(jīng)濟(jì)型兩極發(fā)展。新一代經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品仍保留我國第三代產(chǎn)品的基本特征，但控制適度、合理的技術(shù)指標(biāo)，產(chǎn)品進(jìn)一步小型化與低成本，重點(diǎn)針對(duì)中國市場?；脽羝?1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述5發(fā)展環(huán)保產(chǎn)品環(huán)保產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用是低壓電器產(chǎn)品發(fā)展的又一個(gè)動(dòng)向。環(huán)保電器的定義是制造與使用時(shí)不污染環(huán)境，廢舊產(chǎn)品便于回收。環(huán)保電器的基本要求包括：觸頭與滅弧系統(tǒng)分?jǐn)嚯娀r(shí)不產(chǎn)生有害氣體；選用材料無污染且便于回收，根據(jù)這一要求，國外新一代塑殼斷路器開始采用熱塑性工程塑料；降低低壓電器產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)的機(jī)械干擾(噪聲)與電磁干擾(符合IMC要求)，提倡發(fā)展無飛弧電器、真空電器與固態(tài)電器?；脽?/p>

7、片101.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 概述6防雷技術(shù)成熟隨著終端用電設(shè)備大量采用高靈敏電子設(shè)備、電腦及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廣泛采用，雷電對(duì)低壓配電系統(tǒng)及終端用電設(shè)備，乃至人身安全造成的危害越來越引起有關(guān)部門和專家的重視。國外低壓配電系統(tǒng)電泳保護(hù)技術(shù)已基本成熟。7成套裝備有新要求低壓成套裝備逐步向緊湊型、智能化、可通信、高防護(hù)發(fā)展。8觸頭材料不斷翻新無污染觸頭材料、無銀特種電觸頭材料以及納米技術(shù)在電觸頭上得到廣泛應(yīng)用。 幻燈片111.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)電磁式電器是電氣控制系統(tǒng)中最常見的低壓電器，從其基本結(jié)構(gòu)上看，大部分由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置三個(gè)部分組成，如圖1.1所示。圖1.1 電磁式電器

8、工作原理示意圖幻燈片121.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2 電磁機(jī)構(gòu)1. 電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式電磁機(jī)構(gòu)是電磁式低壓電器的感測部分，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，達(dá)到接通或分?jǐn)嚯娐返哪康?。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。其中磁路包括鐵心、銜鐵和空氣隙。其工作原理是：當(dāng)吸引線圈通入一定的電壓或電流后，產(chǎn)生磁場，磁通經(jīng)鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路，產(chǎn)生電磁吸力，銜鐵即被吸向鐵心，從而帶動(dòng)銜鐵上的觸頭動(dòng)作，以完成觸頭的斷開和閉合。電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式按鐵心型式分有單型、單型、螺管型、雙型等；按動(dòng)作方式分有直動(dòng)式、轉(zhuǎn)動(dòng)式等?；脽羝?31.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)根據(jù)吸引線圈通電電流

9、的性質(zhì)不同，可分為直流電磁線圈和交流電磁線圈。對(duì)于直流電磁線圈，鐵心和銜鐵可以用整塊電工軟鋼制成。對(duì)于交流電磁線圈，為了減少因渦流等造成的能量損失和溫升，鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。當(dāng)線圈并聯(lián)于電路工作時(shí)，稱為電壓線圈，其特點(diǎn)是線圈的匝數(shù)多，線徑細(xì)；當(dāng)線圈串聯(lián)于電路工作時(shí)，稱為電流線圈，其特點(diǎn)是線圈的匝數(shù)少，線徑粗。2. 電磁機(jī)構(gòu)的工作原理電磁機(jī)構(gòu)的工作原理常用吸力特性和反力特性來描述，如圖1.2所示。吸力特性：是指電磁吸力隨銜鐵與鐵芯間氣隙變化的關(guān)系曲線?；脽羝?41.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)反力特性：是指反作用力Fr（使銜鐵釋放的力）與氣隙的關(guān)系曲線。圖1.2 吸力特性與反力特性的配合幻燈片15

10、1.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)反力特性：是指反作用力Fr（使銜鐵釋放的力）與氣隙的關(guān)系曲線。1) 反力特性電磁機(jī)構(gòu)使銜鐵釋放的力一般有兩種：一種是利用彈簧的反力；另一種是利用銜鐵的自身重力(可忽略)。彈簧的反力與其形變的位移X成正比，其反力特性可寫成 (1.2.1)2) 吸力特性電磁機(jī)構(gòu)的電磁吸力可以按下式求得 (1.2.2)式中，F(xiàn)為電磁吸力(N)，B為氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)，S為磁極截面積(m2)。 幻燈片161.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)(1) 直流電磁鐵的吸力特性直流電磁線圈通入的是恒定的直流電流，即在外加電壓和線圈電阻R一定的條件下其電流值也一定，與空氣氣隙的大小無關(guān)。 (1.2.3)但作

11、用在銜鐵上的吸力F卻與空氣氣隙的大小有關(guān)。 (1.2.4)當(dāng)電磁鐵剛啟動(dòng)時(shí)，空氣氣隙最大，此時(shí)磁路中磁阻最大，磁感應(yīng)強(qiáng)度較小，故吸力最?。划?dāng)銜鐵完全吸合后，空氣氣隙最小，此時(shí)磁路中磁阻最小，磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，吸力最大。 幻燈片171.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)(2) 交流電磁線圈交流電磁線圈通入的是交變電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度為交變量，即 (1.2.5) 由式(1.2.2)和式(1.2.5)可得 (1.2.6)可見電磁吸力最大值為： 電磁吸力最小值為： 。 幻燈片181.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)由于吸力是脈動(dòng)的，使得銜鐵以兩倍電源頻率在振動(dòng)，既會(huì)引起噪聲，又會(huì)使電器結(jié)構(gòu)松散，觸頭接觸不良，容易被電弧火花熔焊與

12、蝕損。因此，必須采取有效措施，使得線圈在交流電變小和過零時(shí)仍有一定的電磁吸力以消除銜鐵的振動(dòng)。為此，在磁極的部分端面上嵌入一個(gè)銅環(huán)稱為短路環(huán)(或分磁環(huán))，如圖1.3所示。 圖1.3 交流電磁鐵的短路環(huán) 幻燈片191.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)磁極的主磁通發(fā)生變化時(shí)，由于在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流和磁通，將阻礙主磁通的變化，使得磁極兩部分中的磁通之間產(chǎn)生相位差，因而磁極各部分的磁通不會(huì)同時(shí)降為零，磁極一直具有一定的電磁吸力，這就消除了銜鐵的振動(dòng)，也除去了噪聲。交流電磁鐵剛啟動(dòng)時(shí)，氣隙最大，磁阻最大，電感和感抗為最小，因而這時(shí)的電流為最大；在吸合過程中，隨著氣隙的減小，磁阻減小，線圈電感和感抗增大，電流

13、逐漸減小。當(dāng)銜鐵完全吸合后，電流為最小。在電磁鐵啟動(dòng)時(shí)，線圈的電流雖為最大，但這時(shí)的磁阻要增大到幾百倍，而線圈的電流受到漏阻抗的限制，不能增加相應(yīng)的倍數(shù)。因此啟動(dòng)時(shí)磁動(dòng)勢的增加小于磁阻的增加，于是磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，吸力較小，當(dāng)銜鐵吸合后，磁阻減小較多，磁動(dòng)勢減小較小，于是磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，吸力增大?；脽羝?01.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)交流電磁鐵工作時(shí)，銜鐵與鐵心之間一定要吸合好。如果由于某種機(jī)械故障，銜鐵或機(jī)械可動(dòng)部分被卡住，通電后銜鐵吸合不上，線圈中流過超過額定值的較大電流，將使線圈嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒壞。3) 電磁機(jī)構(gòu)吸力特性與反力特性的配合在銜鐵吸合過程中，其吸力特性必須始終處于反力

14、特性上方，即吸力要大于反力；反之銜鐵釋放時(shí)，吸力特性必須位于反力特性下方，即反力要大于吸力(此時(shí)的吸力是由剩磁產(chǎn)生的)。在吸合過程中還須注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則會(huì)影響到電磁機(jī)構(gòu)壽命。 幻燈片211.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.3 觸點(diǎn)系統(tǒng)觸點(diǎn)是電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它在銜鐵的帶動(dòng)下起接通和分?jǐn)嚯娐返淖饔谩Ｓ|點(diǎn)在閉合狀態(tài)下動(dòng)、靜觸點(diǎn)完全接觸，并有工作電流通過時(shí)，稱為電接觸。電接觸的情況將影響觸點(diǎn)的工作可靠性和使用壽命。影響電接觸工作狀況的主要因素是觸點(diǎn)的接觸電阻，因?yàn)榻佑|電阻大時(shí)，易使觸點(diǎn)發(fā)熱而溫度升高，從而使觸點(diǎn)易產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象，這樣既影響工作可靠性又降低了觸點(diǎn)的壽命。觸點(diǎn)的接觸電

15、阻不僅與觸點(diǎn)的接觸形式有關(guān)，而且還與接觸壓力、觸點(diǎn)材料及表面狀況有關(guān)。幻燈片221.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1. 觸點(diǎn)的接觸形式觸頭接觸形式有點(diǎn)接觸、面接觸、線接觸三種，如圖1.4所示，點(diǎn)接觸式適用于小電流；面接觸式適用于大電流；線接觸式（又稱指形接觸）適用于通斷次數(shù)多、大電流的場合。 （a）點(diǎn)接觸 （b）點(diǎn)接觸 （c)線接觸圖1.4 觸頭的三種接觸形式幻燈片231.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)2觸點(diǎn)的分類 按觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況分為動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)；按觸點(diǎn)的職能分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)；按觸點(diǎn)的狀態(tài)可分為常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。如圖1.5所示，固定不動(dòng)的稱為靜觸點(diǎn)，由連桿帶著移動(dòng)的稱為動(dòng)觸點(diǎn)。電器觸點(diǎn)在電器未通電或

16、沒有受到外力作用時(shí)處于閉合位置的稱為常閉(又稱動(dòng)斷)觸點(diǎn)，常態(tài)時(shí)相互分開的動(dòng)、靜觸點(diǎn)稱為常開(又稱動(dòng)合)觸點(diǎn)。圖1.5 觸頭的分類 幻燈片241.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.4 滅弧系統(tǒng)電器觸頭在閉合或斷開的瞬間，都會(huì)在觸頭間隙中由電子流產(chǎn)生弧狀的火花，亦稱電弧。熾熱的電弧會(huì)燒壞觸頭，還會(huì)因電弧造成短路、火災(zāi)或其他事故，故應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┫珉娀?。在低壓控制電器中，常用的滅弧方法和裝置有：電動(dòng)力滅弧、磁吹滅弧、柵片滅弧、滅弧罩滅弧幾種。1電動(dòng)力滅弧圖1.6所示為一雙斷口橋式觸頭。當(dāng)觸頭打開時(shí)，在斷口處產(chǎn)生電弧。兩個(gè)電弧相當(dāng)于平行載流導(dǎo)體，產(chǎn)生互相推斥的電動(dòng)力，使電弧向外運(yùn)動(dòng)，電弧被拉長并接觸

17、冷卻介質(zhì)使電弧冷卻而熄滅。幻燈片251.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)這種滅弧方法不要專門滅弧裝置，但電流較小時(shí)，電動(dòng)力也小，多用在小容量的交流接觸器中。當(dāng)交流電流過零時(shí)，電弧更易熄滅。圖1.6 電動(dòng)力滅弧示意圖 幻燈片261.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)2. 磁吹滅弧 如圖1.7所示，在觸頭回路串一電流線圈，回路電流及其產(chǎn)生的磁通的方向如圖所示。當(dāng)觸頭分?jǐn)喈a(chǎn)生電弧時(shí)，根據(jù)左手定則，電弧受到由紙面向里面的電磁力，使電弧拉長迅速冷卻而熄滅。這種串聯(lián)磁吹滅弧，電流越大，滅弧力越強(qiáng)。當(dāng)線圈繞制方向定好后，磁吹力與電流方向無關(guān)。也可用并聯(lián)磁吹線圈，這時(shí)應(yīng)注意線圈的極性。 圖1.7 磁吹滅弧示意圖 幻燈片271.1 低壓電器的基礎(chǔ)知識(shí)3. 柵片滅弧圖1