低壓電器-控制電器

1、低壓電器-控制電器主要內容一、緒論 二、繼電器三、接觸器四、起動器一一 緒緒 論論 低壓電器的用途廣泛，種類很多，可應用于各種低壓配電線路和控制線路。 典型的配電線路和控制線路如下： 典型配電線路典型控制電路 由此可見低壓電器從應用場所提出的不同要求可以分成配電電器與控制電器兩大類。v配電電器：主要用于配電系統(tǒng)中 要求：在正常工作及在故障情況下，工作可靠，有足夠的熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定性。 主要產品有：刀開關、斷路器、熔斷器及繼電器。v控制電器：主要用于電力拖動控制系統(tǒng)和用電設備中 要求：工作準確可靠、操作頻率高、壽命長等。 主要產品有：接觸器、控制繼電器、主令電器、起動器、電磁鐵等。二 繼電器（一）

2、分類 控制繼電器的用途廣泛，種類繁多。按動作原理可分為v電壓繼電器 反映電路電壓變化而動作的電器。如用于電動機失壓或欠壓保護的交、直流電壓繼電器；用于對繞線式電動機進行制動和反轉控制的交流電壓繼電器；用于控制直流電動機的反轉及反接制動的直流電壓繼電器。v電流繼電器 反映電路電流變化而動作的電器。它用于電動機或其他負載的過載及短路仍戶、度比電機磁場控制或夫確保護等。v時間繼電器 從接受信號至執(zhí)行元件動作具有一定的時間間隔。v熱繼電器 用于交流電動機的過載保護。v溫度繼電器 用于各種設備的過熱保護或溫度控制。v中間繼電器 用來增加控制電路中信號數量，或將信號放大的繼電器，其輸入量一般為電壓。（二）

3、繼電器的繼電特性 繼電器的繼電特性可用圖2-1表示。當輸入量X從0開始增加，在XXc的整個過程中，輸出量Y不變(Y=Ymin，在有觸點的繼電器中為0)。當X到達Xc時，Y突然從Ymin變到Ymax。再進一步增加X， Y不再變動，而保持在Ymax。當X從Xmax開始減小，在XXf 的整個過程中，Y仍保持不變(等于Ymax)。當X降低到Xf 時，Y突然從Ymax降到Ymin，再進一步減小X，Y保持不變。圖2-1中的Xc稱為繼電器動作值, Xf 稱為繼電器的返回值。（三）控制繼電器主要技術參數v額定參數 額定電壓、額定電流v動作參數 動作值、返回值v整定參數 可調整的參數v返回系數 kf=Xf/Xc

4、1v 靈敏度 動作功率、動作安匝v吸合時間和釋放時間v額定工作制v機械壽命、電壽命及操作次數v觸點的接通分斷能力（四）典型電磁繼電器工作原理 1一電流線圈 2一鐵心 3銜鐵 4一止動螺釘 5一反作用力調節(jié)螺母 6、11一靜觸點 7、10一動觸點 8一觸點彈簧 9一絕緣支架 12反作用彈簧1 電磁式電流繼電器的結構原理圖繼電器主要參數對設計所提出的要求v整定值（動作電流）：調節(jié)反力彈簧可調動作電流v返回系數 調節(jié)反作用彈簧時，整定值改變，返回系數也改變。 整定值減小時，返回系數增大 整定值增大時，返回系數減小v動作時間： 影響因素：快速動作：0.05s Ff減小時，v增加，t減小 正常動作：0.

5、05st0.2s 0、Ic、T減小時，t減小 Iw增加時， t減小 v消耗功率 P與IN的平方成正比 (IN)c代表了繼電器的靈敏度 (IN)c代表小， P小，F(xiàn)x小 即設計時選取的反力及觸頭壓力就小，觸頭容量小。2 中間繼電器 1一外殼 2一反作用彈簧 3一擋鐵 4一線圈 5一可動鐵心 6一動觸點支架 7橫梁特點：螺管式結構觸頭對數多無整定參數無靈敏度要求返回系數無要求（五）熱繼電器工作原理v 熱繼電器是利用測量元件被加熱到一定程度而動作的一種繼電器。v 熱繼電器的測量元件通常用雙金屬片制成，串聯(lián)在主電路中。當線路電流增大后，雙金屬片受熱彎曲到一定程度使觸點發(fā)生轉換。v熱繼電器主要用作三相交

6、流感應電動機的過載保護。雙金屬片受熱彎曲原理熱繼電器結構示意圖1一電流調節(jié)凸輪 2a、2b一片簧 3一手動復位按鈕 4一弓簧 5主雙金屬元件 6一外導板 7一內導板 8-常閉靜觸頭 9-動觸頭 10-杠桿 11復位調節(jié)螺釘 12一補償雙金屬片 13推桿 14-連桿 15壓簧熱繼電器的溫度補償S3S1S2應使靜觸頭所在的導電桿2也采用與1相同的材料和結構參數，那么，當介質溫度發(fā)生變化時(例如由1升高到3)，間距S3就能因1、2同時產生相同程度的彎曲，而仍然和S1相等。于是，就避免了因介質溫度變化引起的誤差。這就是溫度補償措施。 =1 =2 =3差動式斷相保護裝置動作原理圖差動式斷相保護裝置動作原

7、理圖末通電前的位置三相均通有額定電流時三相均衡過載時一相斷線時（例如C相）三 接觸器（一）接觸器的用途、分類、工作原理 接觸器是用來頻繁地遠距離接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路的控制電器。 它不同于刀開關類手動切換電器，因為它具有手動切換電器所不能實現(xiàn)的遠距離操作功能，同時又具備手動切換電器所沒有的失壓保護功能； 它也不同于自動開關，因為它雖然具有一定的過載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過載保護的功能。分類v 接觸器可以按其主觸頭所控制的電路中電流的種類分為直流接觸器和交流接觸器，其中交流接觸器還可再分為工頻(50Hz或60Hs)的和中頻(如400Hz等)的兩種。v接觸器又可按其電

8、磁系統(tǒng)的激磁方式分為直流激磁操作和交流激磁操作兩種。v接觸器還可以按其主觸頭的極數分為單極、雙極、三極、四極和五極的幾種，直流接觸器一般為單極的或雙極的；交流接觸器大多數是三極的；在雙回路控制時，要用四極的接觸器；五極式接觸器用于多速電動機控制或者自動式自耦減壓起動器中。工作原理接觸器工作原理示意圖 1動作值 所謂動作值就是接觸器的接通電壓和釋放電壓。 規(guī)定：在接觸器電磁線圈業(yè)已發(fā)熱穩(wěn)定時，如果給它加上85%額定電壓，其銜鐵應能完全可靠地吸合，無任何中途停滯現(xiàn)象；反之，如果在工作中電網電壓過低或者突然消失，銜鐵亦應完全可靠地釋放，不停頓地返回原始位置。(二) 接觸器的主要技術參數交流并激電磁線

9、圈電流 2接通與分斷能力 接觸器的接通與分斷能力，是指它的主觸頭在工作情況下所能可靠地接通和分斷的電流值。在上一節(jié)里已經提到過，接觸器所控制的負載是各式各樣的，所以對用于不同種類負載的接觸器的要求也各不相同。 在低壓電器基本標準中，針對控制電器的接通與通斷能力，按其不同的用途作了規(guī)定，用途分類也叫使用類別，不同系列的接觸器就是根據這個使用類別來設計的。交流接觸器使用類別vAC-1 無感或微感負載 vAC-2 繞線轉子異步電 動機起動、分斷vAC-3 鼠籠型異步電動機 起動、運轉中分斷vAC-4 鼠籠型異步電動機 起動、反接制動、 反向運轉、點動tI0t0I4-8Ie4-8IeIetI00t2.

10、5IeI3電氣壽命與機械壽命 在理想情況下，控制電器的電氣壽命和機械壽命應當同它們的控制對象一樣，但這在實際上是辦不到的，特別是主觸頭，由于在工作過程中總是會遭致電弧燒損，其電氣壽命遠較機械壽命為低。一般來說，電氣壽命是機械壽命的5-20%，機械壽命越高，這個百分數就越小。 對接觸器電壽命的要求是因其使用類別而異的。接觸器一般都是按照一定的使用類別而設計的。 觸頭的磨損量在一定范圍內近似與分斷電流平方成正比 AC-3時 電壽命 300萬次 AC-4時 電壽命 不到10萬次4操作頻率 所謂操作頻率就是每小時的操作次數，它因控制對象而異。例如，用于控制排灌站水泵拖動電動機的接觸器等，其操作頻率就相

11、當低；用于控制大型機床主傳動電動機的接觸器，其操作頻率也不會太高；只有控制一般機床拖動電動機，特別是自動機床拖動電動機的接觸器，其操作頻率才是特別高的。目前，交流接觸器和直流接觸器的允許操作頻率一般分為300、600、1200次小時等幾種。 操作頻率能直接影響到電器的電氣壽命，因為在提高操作頻率的情況下，觸頭的電氣壽命并不是簡單地按比例隨次數增加，而是因滅弧條件的劣化變得嚴重得多。此外，操作頻率的提高還加重交流線圈的工作。因此，接觸器的操作頻率是不允許隨意提高的。 5工作制 接觸器(以及其他電器)的工作制有如下四種：v長期工作制 接觸器長期連續(xù)通電的工作制，其持續(xù)通電時間一般不少于 8h，此時

12、接觸器所有零部件已達到穩(wěn)定溫度。v間斷長期工作制 接觸器持續(xù)通電的時間不超過8h，但在此時間內其所有零部件的溫升均能達到穩(wěn)定值，并且在此之后，接觸器要斷開和接通不少于三次，然后再重新通電工作。v短時工作制 在接觸器通電的時間內，其零部件的溫度并未達到穩(wěn)定值，而在分斷之后，它們的溫度卻都能恢復到周圍介質的溫度。v反復短時工作制 接觸器在通電和分斷兩種狀態(tài)循環(huán)交替的情況下工作，在通電的時間內，其零部件的溫度達不到穩(wěn)定值，在分斷后其零部件的溫度也降不到周圍介質溫度。（三）接觸器的典型結構形式v雙斷點直動式交流接觸器v杠桿傳動雙斷點交流接觸器v杠桿傳動單斷點結構形式1 雙斷點直動式交流接觸器結構組成、

13、工作原理 上圖為一臺雙斷點直動式的交流接觸器，電磁系統(tǒng)通過支架直接帶動觸頭作直線運動。線圈14通電后，銜鐵12吸向鐵心13，銜鐵12帶動支架4使觸頭8與靜觸頭9閉合，支架4同時帶動置于兩側的輔助觸頭15動作。線圈斷電后，在反作用彈簧16的作用下，銜鐵12被釋放，同時使觸頭8與9分斷。觸頭接通和分斷時產生的電弧，用裝有滅弧柵片l0的滅弧室5熄滅。2 杠桿傳動雙斷點交流接觸器3 杠桿傳動單斷點形式（四）接觸器的觸頭結構形式及特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 具有兩個有效的滅弧區(qū)域，滅弧效果好。具有兩個有效的滅弧區(qū)域，滅弧效果好。 一般額定電壓為一般額定電壓為220V及以下、額定電流為及以下、額定電流為10-20

14、A的小容量交的小容量交流接觸器利用電流過零時在兩個斷口上的近極效應熄滅電弧，只流接觸器利用電流過零時在兩個斷口上的近極效應熄滅電弧，只用簡單滅弧室，而不需要特殊滅弧裝置。用簡單滅弧室，而不需要特殊滅弧裝置。 在額定電流為在額定電流為20-80A的交流接觸器，可加裝引弧片或利用回的交流接觸器，可加裝引弧片或利用回路電動力吹弧，在雙斷口的配合下能可靠的工作。路電動力吹弧，在雙斷口的配合下能可靠的工作。 而額定電流大于而額定電流大于80A的交流接觸器需要加裝柵片或其他形式的的交流接觸器需要加裝柵片或其他形式的滅弧室。滅弧室。 雙斷口的結構較為緊湊，體積較小，觸頭的開距較小，不雙斷口的結構較為緊湊，體

15、積較小，觸頭的開距較小，不用軟連接線有利于提高機械壽命。用軟連接線有利于提高機械壽命。雙斷點橋式觸頭 優(yōu)點：單斷口觸頭在閉合過程中，易于產生滾滑運動，清除表面的氧化物，保證接觸可靠、故觸頭材料可采用銅或銅基材料。 缺點：觸頭的滾滑運動會使觸頭磨損增大。由于只有一個斷口，所以觸頭的開距比雙斷口的大。單斷點指形觸頭 缺點： 觸頭參數調節(jié)不便，一般閉合時不產生滾滑運動，不能清除觸頭表面的氧比物，因此觸頭材料用銀或銀基材料（五）提高接觸器機械壽命與電壽命的措施 觸頭的磨損一是在接通過程中發(fā)生，一是在分斷過程中發(fā)生。 分斷時產生電弧，可采取一定的滅弧措施，減小電弧燒損。 觸頭的磨損在接通過程中要比在分斷

16、過程中大好幾倍，這主要由于觸頭在接觸瞬間的機械振動。在接通過程中觸頭會產生兩次振動：第一次發(fā)生在動、靜觸頭相遇的時候；第二次發(fā)生在銜鐵與鐵心相遇的時侯。由實驗結果發(fā)現(xiàn)，盡管第二次振動歷時較第一次為短，但發(fā)生第二次振動時觸頭上瞬間電流卻比第一次振動時的大得多。一般來說，觸頭的磨損量是同i2 t電流的平方與通電時間之積成正比，所以第二次振動招致的電磨損較嚴重。 觸頭、鐵心碰撞時產生振動的程度與碰撞時的相對速度有關，碰撞速度越大，撞擊能量越大，振動越嚴重。1 使吸力特性與反力特性良好配合為了減小吸合時動能，可以設計成靜態(tài)吸力特性與反力特性部分相交。圖中的曲線1為85額定控制電壓下的靜態(tài)吸力特性，它與

17、反力特性相交于D、E兩點， 由于ABC的面積大于DBE的面積，故銜鐵可以依靠慣性沖過反力大于吸力的一段行程，并吸合到底。圖中曲線2，因ACG面積小于FBG面積，所以不能使銜鐵吸合到而停留在G點，從而出現(xiàn)觸頭的彈跳使觸頭熔焊或燒毀。吸力特性與反力特性的良好配合原則為： 吸力特性應高于反力特性 吸力特性不應比反力特性高得太多，應盡量接近反力特性2 采用迎擊式鐵心結構 如果能使兩次振動發(fā)生的時間靠得非常近，即在動、靜觸頭接觸之后，銜鐵也緊接著同鐵心接觸，則由于第二次振動瞬間觸頭電流相對地小了，觸頭磨損自然就減輕了。然而，這在簡單的直動式接觸器是辦不到的：一則觸頭超程不能隨意減??；再則鐵心在結構上是固

18、定不動的。為解決這個矛盾，就要打破“靜”鐵心固定不動的老框框，使它處于彈性固定狀態(tài)，從而能夠主動迎擊銜鐵，提前與之接觸，使觸頭在第二次振動時的電流值相應低些。迎擊式鐵心結構工作原理 圖中Ffc是反作用彈簧系統(tǒng)的初始作用力，F(xiàn)fz是該系統(tǒng)的終作用力；Fhc是緩沖彈簧的初始作用力，F(xiàn)hz是緩沖彈簧的終作用力；曲線abcd是電磁鐵的吸引特性，s是觸頭行程，s是觸頭超程， 是迎擊運動的行程。在吸引特性的ab段，僅銜鐵向下運動，鐵心是靜止的。在吸引特性的b點，由于電磁吸力已等于并開始大于緩沖彈簧的反力，“靜”鐵心也開始向上運動，迎擊銜鐵。在吸引特性的c點，動、靜鐵心相遇，此時，緩沖彈簧的反力也達到了它的

19、終值Fhz。在cd段，動、靜鐵心結合為一體，在緩沖彈簧作用下向下運動，直到給觸頭以規(guī)定的超程為止。 由于對電磁鐵吸引特性所作的這種調整，接觸器的動、靜鐵心相撞時銜鐵的末速度已大為降低，與此同時。緩沖彈簧又吸收掉鐵心相撞時的一部分動能，因而不僅提高了觸頭的電壽命，還提高了整個接觸器的機械壽命。3 采用杠桿傳動機構圖中，A是電磁吸力的作用點，B是主觸頭的受力點，O是傳動杠桿的轉動中心。如果把AO與OB的長度比稱為杠桿比，且以k表示，則通過使k1(即AOOB)的辦法，就能使得主觸頭的運動速度Vb小于電磁鐵的運動速度Va。這么一來，銜鐵與靜鐵心之間發(fā)生撞擊時已因緩沖及迎擊作用被減小了的振動，反映在觸頭

20、上就更加微小了。這就是采用杠桿傳動式結構的主要原因。另外，同轉動式結構比較，采用杠桿傳動式結構，觸頭仍能采取雙斷點形式，這對電弧電流要自然過零的交流電弧來說，無疑是有好處的。ABOVaVb4 采用合理的觸頭回路采用合理的觸頭回路接通時電流環(huán)路使觸頭壓力減小 無電流環(huán)路，觸頭壓力不減小 電流環(huán)路無電流環(huán)路電動斥力分斷時分斷時電流環(huán)路使電弧向外運動磁極板使電弧向外運動滅弧時滅弧時電弧拉長電弧進入磁極板，形成電流環(huán)路，加強對電弧的磁吹作用（六）交流電磁系統(tǒng)的設計（六）交流電磁系統(tǒng)的設計 結構特征結構特征 交流電磁系統(tǒng)的設計點的選擇交流電磁系統(tǒng)的設計點的選擇基本尺寸的確定基本尺寸的確定分磁環(huán)設計分磁環(huán)

21、設計交流電磁系統(tǒng)的結構特征交流電磁系統(tǒng)的結構特征l導磁體 導磁體必須采用高電阻率的硅鋼片疊制而成。 鐵心柱只能做成矩形的或正方形的。l極面上加分磁環(huán) 為了克服因電磁吸力過零而產生的振動和噪聲，單相交流電磁系統(tǒng)的鐵心柱端面上總要裝設分磁環(huán)，分磁環(huán)采用導電性能好的短路環(huán)。合理地設計分磁環(huán)，可使得閉合位置處合成的電磁吸力的最小值大于反力值，消除銜鐵在閉合位置的振動，降低噪聲。l去磁間隙 對于E型電磁系統(tǒng)，可將其中間磁極的端面磨削的略低于兩旁磁極的高度，即在其中間磁極處設一個去磁間隙。對于U型電磁系統(tǒng)，則可在鐵心中加入一個去磁間隙。l電磁線圈 導磁體有鐵損，為了防止或者減少來自導磁體的熱量，交流電磁系

22、統(tǒng)的線圈通常要做成有骨架的方形形式，并且在幾何形狀方面一般是矮而粗的。 交流電磁系統(tǒng)的設計點的選擇交流電磁系統(tǒng)的設計點的選擇000fFkF 一般設計點選為反力特性上的關鍵點 K0： 考慮計算和制造中產生 的偏差，引入的安全系數設計點吸力： 基本尺寸的確定基本尺寸的確定abh交流電磁系統(tǒng)的核心部分 關鍵尺寸： a、b、h、N、d l 吸力方程式l 電路方程式l 銜鐵吸合位置時的磁勢方程式l 線圈發(fā)熱方程式基本關系式： 吸力方程式吸力方程式020244ccxABAF2004BFAc一個氣隙交流電磁系統(tǒng)的平均吸力 將設計點處的吸力代入，可求得鐵心截面為 寬度a：cckAakc：鐵心疊片占空系數，kc=0.90.95 厚度b：abB的確定NckBB85. 0BBc鐵心磁通密度Bc： 不可太高 不可太低 漏磁系數：kN：銜鐵打開位置時線圈反電勢與電源額定電壓的比值，即NNUEk一般取0.750.96電路方程式電路方程式22）（IREU交流電磁系統(tǒng)，其線圈電路方程為 NcUfNE）（99.097.044.4吸合位置 線圈匝數 ccNAfBUN44.499.097.0）（銜鐵吸合位置時的磁勢方程式銜鐵吸合位