《電氣控制技術》配套教學課件

第1章

常用(電磁式)低壓電器

目錄.ppt低壓電器的作用與分類電磁機構及觸點系統(tǒng)接觸器繼電器其他常用電器本章小結習題與思考題本章內容低壓電器的作用與分類低壓電器的定義與作用低壓電器的分類低壓電器的作用與分類一、低壓電器的定義與作用

所謂低壓電器指工作在交流1200V、直流1500V額定電壓以下的電路中，能根據(jù)外界信號(機械力、電動力和其他物理量)，自動或手動接通和斷開電路的電器。其作用是實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調節(jié)。低壓電器可分為手動低壓電器和自動低壓電器。隨著電子技術、自動控制技術和計算機技術的飛速發(fā)展，自動電器越來越多，不少傳統(tǒng)低壓電器將被電子線路所取代。然而，即使是在以計算機為主的工業(yè)控制系統(tǒng)中，繼電—接觸器控制技術仍占有相當重要的地位，因此低壓電器是不可能完全被替代的。低壓電器的作用與分類二、低壓電器的分類按用途可分為：（1）控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。對這類電器的主要技術要求是有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器的機械壽命要長。如接觸器、繼電器、啟動器和各種控制器等。（2）主令電器用于發(fā)送控制指令的電器。對這類電器的主要技術要求是操作頻率要高，抗沖擊，電器的機械壽命要長。如按鈕、主令開關、行程開關和萬能轉換開關等。

低壓電器的作用與分類(3)保護電器。用于對電路和用電設備進行保護的電器。對這類電器的主要技術要求是有一定的通斷能力，可靠性要高，反應要靈敏。如熔斷器、熱繼電器、電壓繼電器和電流繼電器等。(4)執(zhí)行電器。用于完成某種動作和傳動功能的電器。如電磁鐵、電磁離合器等。(5)配電電器。在供電系統(tǒng)中進行電能的輸送和分配的電器。對這類電器的主要技術要求是分斷能力強，限流效果好，動穩(wěn)定性能及熱穩(wěn)定性能好。如低壓斷路器、隔離開關、刀開關、自動開關等。低壓電器的作用與分類電磁機構的組成與分類組成：電磁機構由線圈、鐵心和銜鐵組成，其作用是通過電磁感應原理將電磁能轉換成機械能，帶動觸點動作，完成接通或斷開電路。分類：根據(jù)銜鐵相對鐵心的運動方式，電磁機構可分為直動式和拍合式兩種電磁機構及觸點系統(tǒng)圖1.1直動式電磁機構圖1.2拍合式電磁機構1—銜鐵2—鐵心3—吸引線圈1—銜鐵2—鐵心3—吸引線圈如圖1.1所示為直動式電磁機構，圖1.2所示為拍合式電磁機構，拍合式電磁機構又包括銜鐵沿棱角轉動和銜鐵沿軸轉動兩種。電磁機構及觸點系統(tǒng)吸引線圈的作用是將電能轉換為磁場能，按通入電流種類不同可分為直流和交流線圈。直流線圈一般做成無骨架、高而薄的瘦高型，使線圈與鐵心直接接觸，以便散熱。交流線圈由于鐵心存在渦流和磁滯損耗，鐵心也會發(fā)熱，為了改善線圈和鐵心的散熱條件，線圈設有骨架，使鐵心與線圈隔離，并將線圈制成短而厚的矮胖型。串聯(lián)型主要用于電流檢測類電磁式電器中，大多數(shù)電磁式低壓電器線圈都按照并聯(lián)接入方式設計。為了減少對電路的分壓作用，串聯(lián)線圈采用粗導線制造，匝數(shù)少，線圈的阻抗較小。并聯(lián)型為了減少電路的分流作用，需要較大的阻抗，一般線圈的導線細，而匝數(shù)多。電磁機構及觸點系統(tǒng)電磁吸力與反力特性電磁機構及觸點系統(tǒng)

電磁線圈通電以后，鐵心吸引銜鐵帶動觸點改變原來狀態(tài)進而接通或斷開電路的力稱為電磁吸力。電磁式低壓電器在吸合或釋放過程中，氣隙是變化的，電磁吸力也將隨氣隙的變化而變化，這種特性稱為吸力特性。電磁吸力是反映電磁式電器工作可靠性的一個非常的重要參數(shù)，電磁吸力可按式(1-1)計算，即(1-1)式中F——電磁吸力(N)；B——氣隙中磁感應強度(T)；S——鐵心截面積(m2)。電磁機構及觸點系統(tǒng)因磁感應強度B與氣隙及外加電壓大小有關，所以，對于直流電磁機構，外加電壓恒定時，電磁吸力的大小只與氣隙有關，即(1-2)(1-3)式中I——線圈電流(A)；U——外加電壓(V)；R——直流電阻()；N——線圈匝數(shù)(匝)；

——磁通(Wb)；Rm——磁阻()。電磁機構及觸點系統(tǒng)但對于交流電磁機構，由于外加正弦交流電壓，在氣隙一定時，其氣隙磁感應強度也按正弦規(guī)律變化，即B=Bmsint。所以，吸力公式為電磁吸力也按正弦規(guī)律變化，最小值為零，最大值為(1-5)(1-4)電磁機構及觸點系統(tǒng)交流電磁機構上短路環(huán)的作用

電磁吸力由電磁機構產生，當電磁線圈斷電時使觸點恢復常態(tài)的力稱為反力，電磁式電器中反力由復位彈簧和觸點產生，銜鐵吸合時要求電磁吸力大于反力，銜鐵復位時要求反力大于電磁吸力(此時是剩磁產生的電磁吸力)。當電磁吸力的瞬時值大于反力時，鐵心吸合；當電磁吸力的瞬時值小于反力時，鐵心釋放。所以交流電磁機構在電源電壓變化一個周期中電磁鐵將吸合兩次，釋放兩次，電磁機構會產生劇烈的振動和噪聲，因而不能正常工作。為此必須采取有效措施，以消除振動與噪聲。解決的具體辦法是在鐵心端面開一小槽，在槽內嵌入銅質短路環(huán)，如圖1.4所示。加上短路環(huán)后，磁通被分為大小接近、相位相差約90?電角度的兩相磁通和，因兩相磁通不會同時過零，又由于電磁吸力與磁通的二次方成正比，故由兩相磁通產生的合成電磁吸力變化較為平坦，使電磁鐵通電期間電磁吸力始終大于反力，鐵心牢牢吸合，這樣就消除了振動和噪聲，一般短路環(huán)包圍2/3的鐵心端面。電磁機構及觸點系統(tǒng)圖1.3電磁鐵吸力特性與反力特性圖1.4交流電磁鐵的短路環(huán)1—直流電磁鐵吸力特性2—交流電磁鐵吸力特性3—反力特性1—銜鐵2—鐵心3—線圈4—短路環(huán)電磁機構及觸點系統(tǒng)觸點系統(tǒng)觸點是電磁式電器的執(zhí)行機構，電器就是通過觸點的動作來接通或斷開被控制電路的，所以要求觸點導電導熱性能要好。觸點的結構形式主要有兩種：橋式觸點和指形觸點。觸點的接觸形式有點接觸、線接觸和面接觸3種。1.觸點的結構形式如圖1.5所示為橋式觸點，圖1.5(a)、圖1.5(b)為橋式常開(動合)觸點的結構。電磁式電器通常同時具有常開(動合)和常閉(動斷)兩種觸點，橋式常閉(動斷)觸點與橋式常開觸點結構及動作對稱，一般在常開觸點閉合時，常閉觸點斷開。電磁機構及觸點系統(tǒng)(a)(b)(c)圖1.5橋式觸點的結構形式圖中靜觸點的兩個觸點串于同一條電路中，當銜鐵被吸向鐵心時，與銜鐵固定在一起的動觸點也隨著移動，當與靜觸點接觸時，便使與靜觸點相連的電路接通。電路的接通與斷開由兩個觸點共同完成，觸點的接觸形式多為點接觸和面接觸形式。電磁機構及觸點系統(tǒng)2.觸點的接觸形式觸點的接觸形式有點接觸、線接觸和面接觸3種，如圖l.6所示。點接觸適用于電流不大，觸點壓力小的場合；線接觸適用于接通次數(shù)多，電流大的場合；面接觸適用于大電流的場合。(a)點接觸(b)線接觸(c)面接觸圖1.6觸點的接觸形式為了減小接觸電阻，可使觸點的接觸面積增加，從而減小接觸電阻。一般在動觸點上安裝一個觸點彈簧。選擇電阻系數(shù)小的材料，材料的電阻系數(shù)越小，接觸電阻也越小。改善觸點的表面狀況，盡量避免或減少觸點表面氧化物形成，注意保持觸點表面清潔，避免聚集塵埃。電磁機構及觸點系統(tǒng)3.滅弧原理及裝置根據(jù)電弧產生的機制，迅速使觸點間隙增加，拉長電弧長度，降低電場強度，同時增大散熱面積，降低電弧溫度，使自由電子和空穴復合(即消電離過程)運動加強，可以使電弧快速熄滅。使電弧與冷卻介質接觸，帶走電弧熱量，也可使復合運動得以加強，從而使電弧熄滅。常用的滅弧裝置有以下幾種:圖1.7雙斷口結構的電動力吹弧效應圖1.8磁吹滅弧示意圖1—靜觸點2—動觸點3—電弧1—磁吹線圈2—絕緣線圈3—鐵心4—引弧角

5—導磁夾板6—滅弧罩7—靜觸點8—動觸點電磁機構及觸點系統(tǒng)圖1.9柵片滅弧示意圖1.10窄縫滅弧室的斷面1—滅弧柵片2—觸點3—電弧(1)電動力吹弧橋式觸點在斷開時具有電動力吹弧功能。當觸點打開時，在斷口中產生電弧，同時也產生如圖1.7所示的磁場。根據(jù)左手定則，電弧電流要受到一個指向外側的力F的作用，使其迅速離開觸點而熄滅。這種滅弧方法多用于小容量交流接觸器中。

電磁機構及觸點系統(tǒng)(2)磁吹滅弧如圖1.8所示，在觸點電路中串入吹弧線圈。該線圈產生的磁場由導磁夾板引向觸點周圍，其方向由右手定則確定(圖中×所示)，觸點間的電弧所產生的磁場，其方向為和⊙所示。在電弧下方兩個磁場方向相同(疊加)，在電弧上方方向相反(相減)，所以弧柱下方的磁場強于上方的磁場。在下方磁場作用下，電弧受力的方向為F所指的方向，在F的作用下，電弧被吹離觸點，經引弧角引進滅弧罩，使電弧熄滅。(3)柵片滅弧如圖1.9所示，滅弧柵是一組薄鋼片，它們彼此間相互絕緣。當電弧進入柵片時被分割成一段一段串聯(lián)的短弧，而柵片就是這些短弧的電極，這樣就使每段短弧上的電壓達不到燃弧電壓。同時每兩片滅弧片之間都有150V～250V的絕緣強度，使整個滅弧柵的絕緣強度大大加強，以致外加電壓無法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻。基于上述原因，電弧進入柵片后就會很快熄滅。由于柵片滅弧裝置的滅弧效果在電流為交流時要比直流時強得多，因此在交流電器中常采用柵片滅弧。電磁機構及觸點系統(tǒng)(4)窄縫滅弧如圖1.10所示是利用滅弧罩的窄縫來實現(xiàn)的。滅弧罩內有一個或數(shù)個縱縫，縫的下部寬上部窄。當觸點斷開時，電弧在電動力的作用下進入縫內，窄縫可將電弧柱分成若干直徑較小的電弧，同時可將電弧直徑壓縮，使電弧同縫緊密接觸，加強冷卻和去游離作用，使加快電弧的熄滅速度。滅弧罩通常用耐熱陶土、石棉水泥或耐熱塑料制成。接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通和斷開(交、直流)負荷電流的電磁式自動切換電器，主要用于控制電動機、電焊機、電容器組等設備，具有低壓釋放的保護功能，適用于頻繁操作和遠距離控制，是電力拖動自動控制系統(tǒng)中使用最廣泛的電氣元器件之一。接觸器按其分斷電流的種類可分為直流接觸器和交流接觸器；按其主觸點的極數(shù)可分為單極、雙極、三極、四極、五極幾種，單極、雙極多為直流接觸器。接觸器按流過主觸點電流性質的不同，可分為交流接觸器和直流接觸器；而按電磁結構的操作電源不同，可分為交流勵磁操作和直流勵磁操作的接觸器兩種。接觸器一、接觸器的結構及工作原理交流接觸器主要由電磁機構、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和其他輔助部件四大部分組成。結構示意圖如圖1.11所示。圖1.11CJ20系列交流接觸器結構示意圖1—動觸點2—靜觸點3—銜鐵4—彈簧5—線圈6—鐵心7—墊氈8—觸點彈簧9—滅弧罩10—觸點壓力彈簧電磁機構。電磁機構由線圈、鐵心和銜鐵組成，用作產生電磁吸力，帶動觸點動作。觸點系統(tǒng)。觸點分為主觸點及輔助觸點。主觸點用于接通或斷開主電路或大電流電路，一般為三極。輔助觸點用于控制電路，起控制其他元件接通或斷開及電氣聯(lián)鎖作用，常用的常開、常閉各兩對；主觸點容量較大，輔助觸點容量較小。輔助觸點結構上通常常開和常閉是成對的。當線圈得電后，銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，同時帶動動觸點移動，使其與常閉觸點的靜觸點分開，與常開觸點的靜觸點接觸，實現(xiàn)常閉觸點斷開，常開觸點閉合。輔助觸點不能用來斷開主電路。主、輔觸點一般采用橋式雙斷點結構。滅弧裝置。容量較大的接觸器都有滅弧裝置。對于大容量的接觸器，常采用窄縫滅弧及柵片滅弧，對于小容量的接觸器，采用電動力吹弧、滅弧罩等。其他輔助部件。包括反力彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構、支架及底座等。接觸器接觸器交流接觸器的工作原理:接觸器的工作原理是：當吸引線圈得電后，線圈電流在鐵心中產生磁通，該磁通對銜鐵產生克服復位彈簧反力的電磁吸力，使銜鐵帶動觸點動作。觸點動作時，常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合。當線圈中的電壓值降低到某一數(shù)值時(無論是正常控制還是欠電壓、失電壓故障，一般降至線圈額定電壓的85%)，鐵心中的磁通下降，電磁吸力減小，當減小到不足以克服復位彈簧的反力時，銜鐵在復位彈簧的反力作用下復位，使主、輔觸點的常開觸點斷開，常閉觸點恢復閉合。這也是接觸器的失壓保護功能。直流接觸器的結構和工作原理與交流接觸器基本相同。接觸器二、接觸器的型號及主要技術數(shù)據(jù)

目前，我國常用的交流接觸器主要有CJ20、CJX1、CJX2和CJ24等系列；引進產品應用較多的有德國BBC公司的B系列、西門子公司的3TB和3TF系列，法國TE公司的LC1和LC2系列等；常用的直流接觸器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10和CZ2等系列。

CJ20系列交流接觸器的型號含義：CZ18系列直流接觸器的型號含義：接觸器(1)額定電壓。接觸器銘牌上標注的額定電壓是指主觸點的額定電壓。交流接觸器常用的額定電壓等級有110V、220V、380V、500V等；直流接觸器常用的額定電壓等級有110V、220V和440V。(2)額定電流。接觸器銘牌上標注的額定電流是指主觸點的額定電流，即允許長期通過的最大電流。交流接觸器常用的額定電流等級有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A。(3)線圈的額定電壓。交流接觸器線圈常用的額定電壓等級有36V、110V、220V和380V；直流接觸器線圈常用的額定電壓等級有24V、48V、220V和440V。(4)額定操作頻率。指每小時的操作次數(shù)(次/h)。交流接觸器最高為600次/h，而直流接觸器最高為1200次/h。操作頻率直接影響到接觸器的電壽命和滅弧罩的工作條件，對于交流接觸器還影響到線圈的溫升。選用時一般交流負載用交流接觸器，直流負載用直流接觸器，但交流負載在頻繁動作時可采用直流線圈的交流接觸器。(5)接通和分斷能力。指主觸點在規(guī)定條件下能可靠地接通和分斷電流值。在此電流值下，接通時主觸點不應發(fā)生熔焊；分斷時主觸點不應發(fā)生長時間燃弧。電路中超出此電流值的分斷任務則由熔斷器、自動開關等保護電器承擔。接觸器另外，接觸器還有個使用類別的問題。這是由于接觸器用于不同負載時，對主觸點的接通和分斷能力的要求不一樣，而不同類別接觸器是根據(jù)其不同控制對象(負載)的控制方式所規(guī)定的。根據(jù)低壓電器基本標準的規(guī)定，接觸器的使用類別比較多，其中，在電力拖動控制系統(tǒng)中，接觸器常見的使用類別及其典型用途見表1-1。表1-1接觸器的使用類別及典型用途接觸器的使用類別代號通常標注在產品的銘牌或工作手冊中。表1-1中要求接觸器主觸點達到的接通和分斷能力為：AC—1和DC—1類允許接通和分斷額定電流；AC—2、DC—3和DC—5類允許接通和分斷4倍的額定電流；AC—3類允許接通6倍的額定電流和分斷額定電流；AC—4類允許接通和分斷6倍的額定電流。接觸器

三、接觸器的圖形符號和文字符號接觸器的圖形符號和文字符號如圖1.12所示，要注意的是，在繪制電路圖時同一電器必須使用同一文字符號。線圈(b)主觸常開、常閉觸點(c)輔助常開、常閉觸點圖1.12接觸器的符號接觸器四、接觸器的選擇與使用(1)接觸器的類型選擇。根據(jù)接觸器所控制負載的輕重和負載電流的類型，來選擇交流接觸器或直流接觸器。(2)額定電壓的選擇。接觸器的額定電壓應大于或等于負載回路的電壓。(3)額定電流的選擇。接觸器的額定電流應大于或等于被控回路的額定電流。對于電動機負載可按式(1-6)計算：(1-6)式中IC——流過接觸器主觸點的電流(A)；PN——電動機的額定功率(kW)；UN——電動機的額定電壓(V)；K——經驗系數(shù)，一般取1～1.4。(4)吸引線圈的額定電壓選擇。吸引線圈的額定電壓應與所接控制電路的額定電壓相一致。對簡單控制電路可直接選用交流380V、220V電壓，對復雜、使用電器較多者，應選用110V或更低的控制電壓。(5)接觸器的觸點數(shù)量、種類選擇。接觸器的觸點數(shù)量和種類應根據(jù)主電路和控制電路的要求選擇。如輔助觸點的數(shù)量不能滿足要求時，可通過增加中間繼電器的方法解決。接觸器繼電器

繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化來接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護的電器。其輸入量可以是電壓、電流等電氣量，也可以是溫度、時間、速度、壓力等非電氣量。

盡管繼電器的種類繁多，但它們都有一個共性，即繼電特性，其特性曲線如圖1.13所示。圖1.13繼電器特性曲線

當繼電器輸入量x由零增加至x2以前，繼電器輸出量為零。當輸入量增加到x2時，繼電器吸合，通過其觸點的輸出量突變?yōu)閥1，若x繼續(xù)增加，y值不變。當x減小到x1時，繼電器釋放，輸出由y1突降到零，x再減小，y值仍為零。在圖1.13中，x2稱為繼電器的吸合值，欲使繼電器動作，輸入量必須大于此值。x1稱為繼電器的釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量必須小于此值。將k=x1/x2稱為繼電器的返回系數(shù)，是繼電器的重要參數(shù)之一。不同場合要求不同的k值，k值可根據(jù)不同的使用場合進行調節(jié)，調節(jié)方法隨著繼電器結構不同而有所差異。一、繼電器的繼電特性繼電器二、電磁式繼電器

電磁式繼電器是應用得最早、最多的一種繼電器，其結構和工作原理與接觸器大體相同，也由鐵心、銜鐵、線圈、復位彈簧和觸點等部分組成。其典型結構如圖1.14所示。圖1.14電磁式繼電器的典型結構1—底座2—反力彈簧3、4—調節(jié)螺釘5—非磁性墊片6—銜鐵7—鐵心8—極靴9—電磁線圈10—觸點系統(tǒng)電磁式繼電器按輸入信號的性質可分為：電磁式電流繼電器、電磁式電壓繼電器和電磁式中間繼電器。繼電器（一）電磁式電流繼電器電流繼電器又分為過電流繼電器和欠電流繼電器。(1)過電流繼電器。過電流繼電器用作電路的過電流保護。正常工作時，線圈電流為額定電流，此時銜鐵為釋放狀態(tài)；當電路中電流大于負載正常工作電流時，銜鐵才產生吸合動作，從而帶動觸點動作，斷開負載電路。所以電路中常用過電流繼電器的常閉觸點。由于在電力拖動系統(tǒng)中，沖擊性的過電流故障時有發(fā)生，因此常采用過電流繼電器作電路的過電流保護。通常，交流過電流繼電器的吸合電流調整范圍為Ix=(1.1～4)IN，直流過電流繼電器的吸合電流調整范圍為Ix=(0.7～3.5)IN。(2)欠電流繼電器。欠電流繼電器在電路中作欠電流保護。正常工作時，線圈電流為負載額定電流，銜鐵處于吸合狀態(tài)；當電路的電流小于負載額定電流，達到銜鐵的釋放電流時，銜鐵則釋放，同時帶動觸點動作，斷開電路。所以電路中常用欠電流繼電器的常開觸點。（二）電磁式電壓繼電器繼電器

觸點的動作與線圈的電壓大小有關的繼電器稱為電壓繼電器。按線圈電流的種類可分為交流型和直流型；按吸合電壓相對額定電壓的大小又分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。(1)過電壓繼電器。在電路中用于過電壓保護。過電壓繼電器線圈在額定電壓時，銜鐵不產生吸合動作，只有當線圈的電壓高于其額定電壓的某一值時銜鐵才產生吸合動作，所以稱為過電壓繼電器。過電壓繼電器銜鐵吸合而動作時，常利用其常閉觸點斷開需保護的電路的負荷開關，起到保護的作用。交流過電壓繼電器吸合電壓的調節(jié)范圍為Ux=(1.05～1.2)UN。因為直流電路不會產生波動較大的過電壓現(xiàn)象，所以產品中沒有直流過電壓繼電器。(2)欠電壓繼電器。在電路中用作欠電壓保護。當電路中的電氣設備在額定電壓下正常工作時，欠電壓繼電器的銜鐵處于吸合狀態(tài)；如果電路出現(xiàn)電壓降低至線圈的釋放電壓時，銜鐵由吸合狀態(tài)轉為釋放狀態(tài)，同時斷開與它相連的電路，實現(xiàn)欠電壓保護。所以控制電路中常用欠電壓繼電器的常開觸點。（三）電磁式中間繼電器繼電器

中間繼電器的吸引線圈屬于電壓線圈，但它的觸點數(shù)量較多(一般有4對常開、4對常閉)，觸點容量較大(額定電流為5A～10A)，且動作靈敏。其主要用途是當其他繼電器的觸點數(shù)量或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大觸點容量(觸點并聯(lián))或觸點數(shù)量，起到中間轉換的作用。常用的中間繼電器有JZ7系列。以JZ7—62為例，JZ為中間繼電器的代號，7為設計序號，有6對常開觸點、2對常閉觸點。JZ7系列中間繼電器的主要技術數(shù)據(jù)見表1-2。表1-2JZ7系列中間繼電器的主要技術數(shù)據(jù)電磁式繼電器在電路中的一般圖形符號和文字符號如圖1.15所示。繼電器(a)線圈(b)常開觸點(c)常閉觸點圖1.15繼電器圖形及文字符號三、時間繼電器繼電器

在敏感元器件獲得信號后，執(zhí)行器件要延遲一段時間才動作的繼電器叫做時間繼電器。時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型。時間繼電器種類很多，按工作原理劃分，時間繼電器可分為電磁式、空氣阻尼式、晶體管式和數(shù)字式等。下面對繼電—接觸器控制系統(tǒng)中常用的空氣阻尼式、電磁式和晶體管式時間繼電器分別加以介紹。1.空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理達到延時的目的。它由電磁機構、延時機構和觸點組成。其中電磁機構有交、直流兩種。繼電器

通電延時型和斷電延時型，兩種原理和結構基本相同，只是將其電磁機構翻轉180°安裝。當銜鐵位于鐵心和延時機構之間時為通電延時型；當鐵心位于銜鐵和延時機構之間時為斷電延時型。JS7—A系列時間繼電器如圖1.16所示，圖1.16(a)為通電延時型、圖1.16(b)為斷電延時型。以通電延時型為例，當線圈1得電后，銜鐵3吸合，活塞桿6在塔形彈簧8作用下帶動活塞12及橡皮膜10向上移動，橡皮膜下方空氣室內的空氣變得稀薄，形成負壓，活塞桿只能緩慢移動，其移動速度由進氣孔氣隙大小來決定。經一段延時后，活塞桿通過杠桿7壓動微動開關15，使其觸點動作，起到通電延時作用。當線圈斷電時，銜鐵釋放，橡皮膜下方空氣室內的空氣通過活塞肩部所形成的單向閥迅速排出，使活塞桿、杠桿、微動開關等迅速復位。由線圈得電至觸點動作的一段時間即為時間繼電器的延時時間，其大小可以通過調節(jié)螺釘13調節(jié)進氣孔氣隙大小來改變。(a)通電延時型(b)斷電延時型圖1.16JS7—A系列時間繼電器1—線圈2—鐵心3－銜鐵4—反力彈簧5—推板6—活塞桿7—杠桿8—塔形彈簧9—弱彈簧

10—橡皮膜11—空氣室壁12—活塞13—調節(jié)螺釘14—進氣孔15、16—微動開關繼電器

在線圈通電和斷電時，微動開關16在推板5的作用下都能瞬時動作，其觸點即為時間繼電器的瞬動觸點?？諝庾枘崾綍r間繼電器的優(yōu)點是延時范圍大、結構簡單、壽命長、價格低廉。缺點是延時誤差大，沒有調節(jié)指示，很難精確地整定延時值。在延時精度要求高的場合，不宜使用。國產JS7—A系列空氣阻尼式時間繼電器技術數(shù)據(jù)見表1-3。表1-3JS7—A系列空氣阻尼式時間繼電器技術數(shù)據(jù)繼電器時間繼電器的圖形符號和文字符號如圖1.17所示。(a)線圈一般符號(b)通電延時閉合常開觸點(c)通電延時斷開常閉觸點(d)斷電延時斷開常開觸點(e)斷電延時閉合常閉觸點圖1.17時間繼電器的圖形符號繼電器2.直流電磁式時間繼電器如圖1.18所示是帶有阻尼銅套的直流電磁式時間繼電器結構，在鐵心上裝有一個阻尼銅套。圖1.18帶有阻尼銅套的直流電磁式時間繼電器結構1—鐵心2—阻尼銅套

3—線圈4—絕緣層

由電磁感應定律可知，在繼電器線圈通斷電過程中銅套內將產生感應電動勢，同時有感應電流存在，此感應電流產生的磁通阻礙穿過銅套內的磁通變化，因而對原磁通起了阻尼作用。當繼電器通電吸合時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大，磁阻大，磁通小，銅套阻尼作用也小，因此當鐵心吸合時的延時不顯著，一般可忽略不計。當繼電器斷電時，磁通變化大，銅套的阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放起到延時的作用。因此，這種繼電器僅作為斷電延時用。這種時間繼電器的延時時間較短，JT3系列最長不超過5s，而且準確度較低，一般只用于延時精度要求不高的場合。繼電器

直流電磁式時間繼電器延時時間的長短可通過改變鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚薄(粗調)或改變釋放彈簧的松緊(細調)來調節(jié)。墊片厚則延時短，墊片薄則延時長；釋放彈簧緊則延時短，釋放彈簧松則延時長。直流電磁式JT3系列時間繼電器的技術數(shù)據(jù)見表1-4。表1-4JT3系列時間繼電器的技術數(shù)據(jù)繼電器3.晶體管時間繼電器1)晶體管時間繼電器的工作原理晶體管時間繼電器是利用電容對電壓變化的阻尼作用作為延時基礎的。大多數(shù)阻容式延時電路有類似如圖1.19所示的結構形式。圖1.19阻容式延時電路的結構形式圖1.20阻容電路充電曲線2)單結晶體管通電延時電路繼電器

如圖1.21所示為單結晶體管通電延時電路框圖，全部電路由延時環(huán)節(jié)、鑒幅器、輸出電路、電源和指示燈五部分組成，電路如圖1.22所示。圖1.21單結晶體管通電延時電路結構框圖圖1.22單結晶體管時間繼電器通電延時電路繼電器

電源的穩(wěn)壓部分由R1和穩(wěn)壓管V3構成，供給延時和鑒幅。輸出電路中的晶閘管VT和繼電器K則由整流電源直接供電。電容C2的充電回路有兩條，一條通過電阻RW1和R2，另一條是通過由低阻值RW2、R4、R5組成的分壓器經二極管V2向電容C2提供的預充電路。電路的工作原理是，當接通電源后，經二極管V1整流、電容C1濾波以及穩(wěn)壓管V3穩(wěn)壓的直流電壓通過RW2、R4、V2向電容C2以極小的時間常數(shù)充電。與此同時，也通過RW1和R2向電容充電。電容C2上電壓相當于R5兩端預充電壓的基礎上按指數(shù)規(guī)律逐漸升高。當此電壓大于單結晶體管V4的峰值電壓時，單結晶體管導通，輸出電壓脈沖觸發(fā)晶閘管VT，VT導通后使繼電器K吸合，除用其觸點來接通或斷開電路外，還利用其另一常開觸點將C2短路，使之快速放電，為下次使用作準備。此時氖指示燈N啟輝。當切斷電源時K釋放，電路恢復原態(tài)，等待下次動作。由于電路設有穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，且RC與鑒幅器共用一個電源，因此電源電壓波動基本上不產生延時誤差。為了減少由溫度變化引起的誤差，采用了鉭電解電容器，其電容量和漏電流為正溫度系數(shù)，而單結晶體管的UP略呈負溫度系數(shù)，二者可以適當補償，所以綜合誤差不大于10%。對于抗干擾能力，JS20型在晶閘管VT和單結晶體管V4處分別接有電容C4和C3，用來防止電源電壓的突變而引起的誤導通。繼電器3)帶瞬動觸點的通電延時電路JS20型對于帶瞬動觸點的延時電路采用結型場效應管。電路原理與不帶瞬動觸點的電路基本相同，只是增加了一個瞬時動作的繼電器。由于增加了繼電器，體積增大了很多，因此，采用了電阻降壓法取代原來的電源變壓器，以縮小體積，電路如圖1.23所示。圖1.23JS20型帶瞬動觸點的時間繼電器電路

延時和瞬時動作的兩個繼電器都采用交流繼電器。延時繼電器K；由接在橋式整流直流側的晶閘管控制。接通電源，K2吸合，同時交流電源經降壓，V3、V5整流和C1濾波之后向延時電路提供直流穩(wěn)壓電源。當K1吸合后，利用其常開觸點將晶閘管VT短接，使VT以前的電路不再有電壓和電流，從而提高了電路的可靠性。電路還利用K2的一對常閉觸點將電容C2短接，這樣電源在任何情況下斷電，電容上電壓總能在斷電后立即迅速放電。繼電器4)斷電延時電路斷電延時電路要求切斷電源后，繼電器仍暫時保持吸合，等到延時達到后才釋放。JS20型繼電器采用兩個延時繼電器，一個是帶有機械鎖扣的瞬時繼電器KD，當接通電源時KD立即吸合并通過機械結構自鎖，其機械自鎖示意如圖1.24所示。圖1.24機械鎖扣示意

當電源切斷后，KD自己不能釋放，而必須依靠另一個繼電器KS。

KS在斷電以后經過預定的延時時間短時地吸合一下，打開KD機械鎖扣，于是KD延時釋放。繼電器JS20斷電延時繼電器電路如圖1.25所示。圖1.25JS20斷電延時繼電器電路

接通電源后，4個電容器均迅速充電。C1是電源濾波電容，C3、C4是在電源斷電以后分別提供場效應管和KD回路電壓及能量的電容器。C3是延時電容，C3上電壓接近穩(wěn)壓管V4的電壓，而C2上的電壓由于有電位器RW2的分壓作用，其值較小。因此V1的UGS=UC2－UC3＜0V。調整RW2可使V1處于關斷狀態(tài)，V2、V3也隨之截止。當電源切斷后，C2、C4分別因V2、V3截止而無法放電。C3則可通過放電電阻RW1和R5放電

當放電到UGS大于其截止電壓一定值時，V1導通，C2通過R4、V2、V3的發(fā)射極和V1的D、S極放電，由于V2導通，C3也經R4、V3的發(fā)射結及V2放電，C3上的電壓下降又促使V1進一步導通。這一正反饋過程使C2、C3、C4迅速放電，各管迅速導通，KS吸合，打開KD的機械鎖扣。電路中的二極管V6、V7、V9分別用來防止C2、C3、C4在延時過程中對其他低電阻放電，V5起溫度補償作用。KD在吸合后有鎖扣自鎖，故通電后可用其一對轉換觸點將自動斷電。為使KD吸合過程穩(wěn)定可靠(KD中電流為半波)，線圈上并聯(lián)了一個小容量電容C5。其他常用電器一、低壓開關

低壓開關主要用于低壓配電系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)中，對電路和電器設備進行不頻繁地通斷、轉換電源或負載控制，有的還可用作小容量籠型異步電動機的直接起動控制。所以，低壓開關也稱低壓隔離器，是低壓電器中結構比較簡單、應用較廣的一類手動電器。主要有刀開關、組合開關、轉換開關等，以下以HK2系列刀開關為例做一些說明。

HK2系列瓷底膠蓋刀開關(俗稱閘刀)的結構如圖1.26所示，由熔絲、觸刀、觸點座、操作手柄和底座組成。在使用時進線座接電源端的進線，出線座接負載端導線，靠觸刀與觸點座的分合來接通和斷開電路。如圖1.27所示為刀開關的圖形及文字符號。(a)單極(b)雙極(c)三極圖1.26HK2系列瓷底膠蓋刀開關圖1.27刀開關的圖形及文字符號1—瓷柄2—動觸點3—出線座4—瓷底座5—靜觸點

6—進線座7—膠蓋緊固螺釘8—膠蓋其他常用電器二、低壓斷路器

低壓斷路器又稱自動空氣開關，可用來分配電能、不頻繁地起動異步電動機、保護電動機及電源等，具有過載、短路、欠電壓等保護功能。1.低壓斷路器的結構及工作原理低壓斷路器的結構如圖1.28所示。圖1.28低壓斷路器的結構原理1—熱脫扣器的整定按鈕2—手動脫扣按鈕3—脫扣彈簧4—手動合閘機構5—合閘聯(lián)桿

6—熱脫扣器7—鎖鉤8—電磁脫扣器9—脫扣聯(lián)桿10、11—動、靜觸點

12、13—彈簧14—發(fā)熱元件15—電磁脫扣彈簧16—調節(jié)按鈕低壓斷路器在使用時，電源線接圖中的L1、L2、L3端為負載接線端。手動合閘后，動、靜觸點閉合，脫扣聯(lián)桿9被鎖扣7的鎖鉤鉤住，它又將合閘聯(lián)桿5鉤住，將觸點保持在閉合狀態(tài)。發(fā)熱元件14與主電路串聯(lián)，有電流流過時發(fā)出熱量，使熱脫扣器6的下端向左彎曲。發(fā)生過載時，熱脫扣器6彎曲到將脫扣鎖鉤推離脫扣聯(lián)桿，從而松開合閘聯(lián)桿，動、靜觸點受彈簧3的作用而迅速分開。電磁脫扣器8有一個匝數(shù)很少的線圈與主電路串聯(lián)。發(fā)生短路時，電磁脫扣器8使鐵心脫扣器上部的吸力大于彈簧的反力，脫扣鎖鉤向左轉動，最后也使觸點斷開。同時電磁脫扣器兼有欠壓保護功能，這樣斷路器在電路發(fā)生過載、短路和欠壓時起到保護作用。如果要求手動脫扣時，按下按鈕2就可使觸點斷開。脫扣器的脫扣量值都可以進行整定，只要改變熱脫扣器所需要的彎曲程度和電磁脫扣器鐵心機構的氣隙大小就可以了。當?shù)蛪簲嗦菲饔捎谶^載而斷開后，應等待2min～3min才能重新合閘，以保證熱脫扣器回復原位。其他常用電器2.低壓斷路器的類型及主要技術數(shù)據(jù)(1)裝置式低壓斷路器。又稱塑料外殼式低壓斷路器，用絕緣材料制成的封閉型外殼將所有構件組裝在一起，用作配電網絡的保護和電動機、照明電路及電熱電器等的控制開關。主要型號有DZ5、DZ10、DZ20等系列。(2)萬能式低壓斷路器。又稱敞開式低壓斷路器，具有絕緣襯底的框架結構底座，所有的構件組裝在一起，用于配電網絡的保護。主要有DW10型和DW15型兩個系列。(3)限流斷路器。利用短路電流產生的巨大吸力，使觸點迅速斷開，能在交流短路電流尚未達到峰值之前就把故障電路切斷，用于短路電流相當大(高達70kA)的電路中。主要型號有DZX10和DWX15兩種系列。(4)快速斷路器。具有快速電磁鐵和強有力的滅弧裝置，最快動作可在0.02s以內，用于半導體整流器件和整流裝置的保護。主要型號有DS系列。其他常用電器低壓斷路器的圖形、文字符號如圖1.29所示。國產DZX10和DW15系列低壓斷路器的主要技術數(shù)據(jù)分別見表1-5和表1-6。其他常用電器表1-5DZX10系列斷路器的技術數(shù)據(jù)其他常用電器表1-6DW15系列斷路器的技術數(shù)據(jù)3.低壓斷路器的選擇及使用其他常用電器低壓斷路器的選擇應注意以下幾個問題(1)低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流。(2)低壓斷路器的極限分斷能力應大于或等于電路最大短路電流。(3)過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流。(4)欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。低壓斷路器的使用應注意以下幾個問題(1)在安裝低壓斷路器時應注意把來自電源的母線接到開關滅弧罩一側的端子上，來自電氣設備的母線接到另外一側的端子上。(2)低壓斷路器投入使用時應先進行整定，按照要求整定熱脫扣器的動作電流，以后就不應隨意旋動有關的螺釘和彈簧。(3)發(fā)生斷、短路事故的動作后，應立即對觸點進行清理，檢查有無熔壞，清除金屬熔粒、粉塵等，特別要把散落在絕緣體上的金屬粉塵清除干凈。(4)在正常情況下，每六個月應對開關進行一次檢修，清除灰塵。使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器要好，因為當三相電路短路時，很可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運行。對于低壓斷路器來說，只要造成短路都會使開關跳閘，將三相同時切斷。低壓斷路器還有其他自動保護作用，所以性能優(yōu)越。但它結構復雜，操作頻率低，價格高，因此適用于要求較高的場合(如電源總配電盤)。其他常用電器三、熔斷器

熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的保護電器。主要用作電路或用電設備的短路保護，有時對嚴重過載也可起到保護作用。1.熔斷器的結構類型

熔斷器由熔體(俗稱保險絲)和安裝熔體的熔管(或熔座)兩部分組成。其中熔體是關鍵部分，它既是感測元件又是執(zhí)行元件，熔體是由低熔點的金屬材料(如鉛、錫、鋅、銅、銀及其合金等)制成，其形狀有絲狀、帶狀、片狀等；熔管的作用是安裝熔體及在熔體熔斷時熄滅電弧，多由陶瓷、絕緣鋼紙或玻璃纖維材料制成。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護電路中，當電路正常工作時，熔體中通過的電流不會使其熔斷；當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔體中通過的電流很大，使其發(fā)熱，當溫度達到熔點時熔體瞬間熔斷，切斷電路，起到保護作用。熔斷器的種類很多，按用途分為一般工業(yè)用熔斷器、半導體器件保護用快速熔斷器和特殊熔斷器(如具有兩段保護特性的快慢動作熔斷器、自復式熔斷器)。按結構可分為半封閉瓷插式、螺旋式、無填料密封管式和有填料密封管式，其外形如圖1.30至圖1.33所示。其他常用電器(a)外形(b)結構圖1.30RC1A系列瓷插式熔斷器圖1.31RL1系列螺旋式熔斷器1—動觸點2—熔絲3—瓷蓋4—靜觸點5—瓷底1—上接線柱2—瓷底3—下接線柱4—瓷套5—熔芯6—瓷帽其他常用電器

圖1.32RM10系列無填料密封管式熔斷器1、4—夾座2—底座3—熔斷器5—硬質絕緣管6—黃銅套管7—黃銅帽8—插刀9—熔體10—夾座

圖1.33RT0有填料密封管式熔斷器ｌ—熔斷指示器2—硅砂(石英砂)填料3—熔絲4—插刀5—底座6—熔體7—熔管其他常用電器2.熔斷器的安秒特性

電流通過熔體時產生的熱量與電流的平方及通過電流的時間成正比，即Q=I2Rt，由此可見，電流越大，熔體熔斷的時間越短，這一特性稱為熔斷器的安秒特性(或稱保護特性)，其特性曲線如圖1.35所示，由圖可見它是一反時限特性。圖1.34熔斷器的圖形及文字符號圖1.35熔斷器的安秒特性曲線

在安秒特性中有一熔斷與不熔斷電流的分界線，與此相應的電流就是最小熔斷電流Ir。當熔體通過電流小于Ir時，熔體不應熔斷。根據(jù)對熔斷器的要求，熔體在額定電流Ire時絕對不應熔斷。最小熔斷電流Ir與熔體額定電流Ire之比稱為熔斷器的熔斷系數(shù)，即Kr=Ir/Ire。從過載保護來看，Ｋr值較小時對小倍數(shù)過載保護有利，但Ｋr也不宜接近于1，當Ｋr為1時，不僅熔體在Ire下的工作溫度會過高，而且還有可能因為安秒特性本身的誤差而發(fā)生熔體在Ire下也熔斷的現(xiàn)象，影響熔斷器工作的可靠性。其他常用電器

當熔體采用低熔點的金屬材料(如鉛、錫、鉛錫合金及鋅等)時，熔斷時所需熱量少，故熔斷系數(shù)較小，有利于過載保護；但它們的電阻率較大，熔體截面積較大，熔斷時產生的金屬蒸氣較多，不利于電弧熄滅，故分斷能力較低。當熔體采用高熔點的金屬材料(如鋁、銅和銀)時，熔斷時所需熱量大，故熔斷率大，不利于過載保護，而且可能使熔斷器過熱；但它們的電阻率低，熔體截面積較小，有利于電弧熄滅，故分斷能力較高。由此來看，不同熔體材料的熔斷器在電路中起保護作用的側重點是不同的。3.熔斷器的技術數(shù)據(jù)(1)額定電壓。是指熔斷器長期工作和斷開后能夠承受的電壓，其應大于或等于電氣設備的額定電壓。

(2)額定電流。是指熔斷器長期工作時，被保護設備溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。為了減少生產廠家熔斷器額定電流的規(guī)格，熔斷器的額定電流等級比較少，而熔體的額定電流等級比較多，即在一個額定電流等級的熔斷器可安裝多個額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷器的額定電流。

(3)極限分斷能力。是指熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因數(shù)(或時間常數(shù))的條件下，能斷開的最大電流，在電路中出現(xiàn)的最大電流一般是指短路電流。所以，極限分斷能力也是反映了熔斷器分斷短路電流的能力。其他常用電器四、熱繼電器1.熱繼電器的作用及分類

利用熱繼電器對連續(xù)運行的電動機實施過載及斷相保護，可防止因過熱而損壞電動機的絕緣材料。由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能作瞬時過載保護，更不能作短路保護，因此，它不同于過電流繼電器和熔斷器。熱繼電器按相數(shù)來分，有單相、兩相和三相3種類型，每種類型按發(fā)熱元件的額定電流又有不同的規(guī)格和型號。三相式熱繼電器常用于三相交流電動機的過載保護。按功能三相式熱繼電器可分為帶斷相保護和不帶斷相保護兩種類型。2.熱繼電器的結構、工作原理和保護特性1)熱繼電器的結構及工作原理熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點3部分組成。熱繼電器中產生熱效應的發(fā)熱元件，應串聯(lián)在電動機繞組電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動機的過載電流。其觸點應串聯(lián)在控制電路中，一般有常開和常閉兩種，作過載保護用時常使用其常閉觸點串聯(lián)在控制電路中。熱繼電器的敏感元件是雙金屬片。所謂雙金屬片，就是將兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片以機械輾壓方式使之形成一體。線膨脹系數(shù)大的稱為主動片，線膨脹系數(shù)小的稱為被動片。雙金屬片受熱后產生線膨脹，由于兩層金屬的線膨脹系數(shù)不同，且兩層金屬又緊緊地黏合在一起，因此，使得雙金屬片向被動片一側彎曲，如圖1.36所示。由雙金屬片彎曲產生的機械力便帶動觸點動作。其他常用電器

雙金屬片的受熱方式如圖1.37所示，有直接熱式、間接式、復合式和電流互感器式4種。電流互感器式的發(fā)熱元件不直接串接在電動機電路，而是接于電流互感器的二次側，這種方式多用于電動機電流比較大的場合，以減少通過發(fā)熱元件的電流。圖1.36雙金屬片工作原理圖1.37雙金屬片的受熱方式其他常用電器

圖1.38熱繼電器的結構原理1—雙金屬片固定支點2—雙金屬片3—發(fā)熱元件4—導板5—補償雙金屬片6—常閉觸點7—常開觸點8—復位調節(jié)9—動觸點10—復位按鈕11—調節(jié)旋鈕12—支撐13—壓簧14—推桿

熱繼電器的結構原理如圖1.38所示。使用時發(fā)熱元件3串接在電動機定子繞組中，電動機繞組電流即為流過發(fā)熱元件的電流。當電動機正常運行時，發(fā)熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片2彎曲，但還不足以使繼電器動作；當電動機過載時，發(fā)熱元件產生的熱量增大，使雙金屬片彎曲位移增大，經過一定時間后，雙金屬片彎曲到推動導板4，并通過補償雙金屬片5與推桿14將觸點9和6分開，觸點9和6為熱繼電器串聯(lián)于接觸器線圈回路的常閉觸點，斷開后使接觸器失電，接觸器的常開觸點斷開電動機的電源以保護電動機。其他常用電器

調節(jié)旋鈕11是一個偏心輪，它與支撐件12構成一個杠桿，13是一個壓簧，轉動偏心輪，改變它的半徑即可改變補償雙金屬片5與導板的接觸距離，達到調節(jié)整定動作電流的目的。此外，靠調節(jié)復位螺釘來改變常開觸點的位置，使熱繼電器能工作在手動復位和自動復位兩種工作狀態(tài)。采用手動復位時，在故障排除后要按下復位按鈕10才能使動觸點恢復到與靜觸點相接觸的位置。2)電動機的過載特性和熱繼電器的保護特性因熱繼電器的觸點動作時間與被保護的電動機過載程度有關。電動機在不超過允許溫升的條件下，電動機的過載電流與電動機通電時間的關系，稱為電動機的過載特性。當電動機運行中出現(xiàn)過載電流時，必將引起繞組發(fā)熱。根據(jù)熱平衡關系可知在允許溫升條件下，電動機通電時間與其過載電流的平方成反比。由此可得出電動機的過載特性具有反時限特性，如圖1.39所示曲線1。圖1.39熱繼電器的保護特性與電動機的過載特性的配合其他常用電器

為了適應電動機的過載特性而又起到過載保護作用，要求熱繼電器也應具有類似電動機過載特性那樣的反時限特性。所以，在熱繼電器中必須具有電阻發(fā)熱元件，利用過載電流通過電阻發(fā)熱元件產生的熱效應使敏感元件動作，從而帶動觸點動作來完成保護作用。熱繼電器中通過的過載電流與熱繼電器觸點的動作時間關系，稱為熱繼電器的保護特性，如圖1.39所示曲線2?？紤]各種誤差的影響，電動機的過載特性和繼電器的保護特性是一條曲帶，誤差越大，曲帶越寬；誤差越少，曲帶越窄。由圖可知，電動機出現(xiàn)過載時，工作在曲線1的下方是安全的。因此，熱繼電器的保護特性應在電動機過載特性的鄰近下方。這樣，如果發(fā)生過載，熱繼電器就會在電動機未達到其允許過載極限之前動作，及時切斷電源，使電動機免遭損壞。3.帶斷相保護的熱繼電器

三相異步電動機在運行時經常會發(fā)生因一根接線斷開或一相熔絲熔斷使電動機缺相運行，從而造成電動機燒壞。如果熱繼電器所保護的電動機是Y形聯(lián)結，當線路發(fā)生一相斷電時，另外兩相電流便增大很多，此時相電流等于線電流，流過電動機繞組的電流和流過熱繼電器的電流增加比例相同，而普通的兩相或三相熱繼電器可以對此做出保護。如果電動機是△形聯(lián)結，發(fā)生斷相時，由于電動機的相電流與線電流不等，流過電動機繞組的電流和流過熱繼電器的電流增加比例不同，而發(fā)熱元件又串接在電動機的電源進線中，按電動機的額定電流即線電流來整定，整定值較大。當故障線電流達到額定電流時，在電動機繞組內部，電流較大的那一相繞組的故障電流將超過額定相電流，便有過熱燒毀的危險。所以△形聯(lián)結必須采用帶斷相保護的熱繼電器。帶有斷相保護的熱繼電器是在普通熱繼電器的基礎上增加了一個差動機構，對3個電流進行比較。差動式斷相保護熱繼電器動作原理如圖1.40所示。其他常用電器圖1.40差動式斷相保護熱繼電器動作原理1—上導板2—下導板3—雙金屬片4—常閉觸點5—杠桿

由圖可見將熱繼電器的導桿改為差動機構，由上導板1、下導板2及杠桿組成，它們之間都用轉軸連接。其中，圖1.40(a)為通電前機構各部件的位置；圖1.40(b)為正常通電時的位置，此時三相雙金屬片都受熱向左彎曲，但彎曲的撓度不夠，所以下導板向左移動一小段距離，繼電器不動作；圖1.40(c)是三相同時過載時，三相雙金屬片同時向左彎曲，推動下導板2向左移動，通過杠桿5使常閉觸點斷開；圖1.40(d)是C相斷線的情況，這時C相雙金屬片逐漸冷卻降溫，端部向右移動，推動上導板1向右移，而另外兩相雙金屬片溫度上升，端部向左彎曲，推動下導板2繼續(xù)向左移動，由于上、下導板一左一右移動，產生了差動作用，通過杠桿的放大作用，使常閉觸點斷開。由于差動作用，使繼電器在斷相故障時加速動作，從而有效地了保護電動機。其他常用電器熱繼電器的發(fā)熱元件、觸點的圖形符號和文字符號如圖1.41所示。圖1.41熱繼電器的發(fā)熱元件和觸點的圖形符號4.熱繼電器的型號及主要技術數(shù)據(jù)

在三相交流電動機的過載保護中，應用較多的有JR16和JR20系列三相式熱繼電器。這兩種系列的熱繼電器都有帶斷相保護和不帶斷相保護兩種形式，JR16系列熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)見表1-7。其他常用電器表1-7JR16系列熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)其他常用電器5.熱繼電器的選用

熱繼電器的選用應綜合考慮電動機形式、工作環(huán)境、起動情況及負荷情況等幾方面的因素。

(1)原則上熱繼電器的額定電流應按電動機的額定電流選擇。對于過載能力較差的電動機，其配用的熱繼電器(主要是發(fā)熱元件)的額定電流可適當小些。通常，選取熱繼電器的額定電流(實際上是選取發(fā)熱元件的額定電流)為電動機的額定電流的60%～80%。

(2)在不需要頻繁起動的場合，要保證熱繼電器在電動機的起動過程中不產生誤動作。通常，當電動機起動電流為其額定電流的6倍以及起動時間不超過6s時，若很少連續(xù)起動，則可按電動機的額定電流選取熱繼電器。

(3)當電動機為重復短時工作時，首先要確定熱繼電器的允許操作頻率。因為熱繼電器的操作頻率是很有限的，如果用來保護操作頻率較高的電動機，效果很不理想，有時甚至不起作用。其他常用電器五、速度繼電器

速度繼電器是利用速度原則對電動機進行控制的自動電器，常用作籠型異步電動機的反接制動，所以有時也稱為反接制動繼電器。感應式速度繼電器是依靠電磁感應原理實現(xiàn)觸點動作的，因此，它的電磁系統(tǒng)與一般電磁式電器不同，而與交流電動機的電磁系統(tǒng)相似。感應式速度繼電器的結構如圖1.42所示，主要由定子、轉子和觸點三部分組成。使用時繼電器軸與電動機軸相耦合，但其觸點接在控制電路中。

圖1.42速度繼電器原理示意圖1—轉軸2—轉子3—定子4—線圈5—擺錘6、7—靜觸點8、9—簧片

轉子是一個圓柱形永久磁鐵，其軸與被控制電動機的軸相耦合。定子是一個籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片疊成，并裝有籠形線圈。定子空套在轉子上，能獨自偏擺。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子隨之轉動，這樣就在速度繼電器的轉子和定子圓環(huán)之間的氣隙中產生旋轉磁場而產生感應電動勢并產生電流，此電流與旋轉的轉子磁場作用產生轉矩，使定于偏轉，其偏轉角度與電動機的轉速成正比。當偏轉到一定角度時，與定子連接的擺錘推動動觸點，使常閉觸點斷開，當電動機轉速進一步升高后，擺錘繼續(xù)偏擺，使常開觸點閉合。當電動機轉速下降時，擺錘偏轉角度隨之下降，動觸點在簧片作用下復位(常開觸點斷開、常閉觸點閉合)。其他常用電器

一般速度繼電器的動作速度為120r/min，觸點的復位速度在100r/min以下，轉速在3000r/min～3600r/min能可靠地工作，允許操作頻率不超過30次/h。速度繼電器主要根據(jù)電動機的額定轉速來選擇。使用時，速度繼電器的轉軸應與電動機同軸連接，安裝接線時，正反向的觸點不能接錯，否則不能起到反接制動時接通和斷開反向電源的作用。速度繼電器的圖形符號及文字符號如圖1.43所示。圖1.43速度繼電器的圖形及文字符號六、主令電器

主令電器是在自動控制系統(tǒng)中發(fā)出指令或信號的電器，用來控制接觸器、繼電器或其他電器線圈，使電路接通或斷開，以達到控制生產機械的目的。主令電器應用十分廣泛，種類繁多。常用的主令電器按其作用可分為控制按鈕、行程開關、萬能轉換開關、主令控制器及其他主令電器(腳踏開關、鈕子開關、緊急開關)等。其他常用電器1.按鈕按鈕是一種結構簡單、使用廣泛的手動主令電器，在低壓控制電路中，用來發(fā)出手動指令遠距離控制其他電器，再由其他電器去控制主電路或轉移各種信號，也可以直接用來轉換信號電路和電器聯(lián)鎖電路等。按鈕一般由按鈕帽、復位彈簧、觸點和外殼等部分組成，其結構如圖1.44所示，每個按鈕中觸點的形式和數(shù)量可根據(jù)需要裝配成1常開、1常閉到6常開、6常閉形式?？刂瓢粹o可做成單式(一個按鈕)、復式(兩個按鈕)和三聯(lián)式(3個按鈕)的形式。為便于識別各個按鈕的作用，避免誤操作，通常在按鈕帽上做出不同標志或涂以不同顏色，表示不同作用。一般用紅色作為停止按鈕，綠色作為起動按鈕。其圖形符號和文字符號如圖1.45所示。圖1.44按鈕1—按鈕帽2—復位彈簧3—動觸點4—常開觸點的靜觸點5—常閉觸點的靜觸點6、7—觸點接線柱其他常用電器圖1.45按鈕的圖形及文字符號

當按下按鈕時，常閉觸點先斷開，常開觸點后接通。按鈕釋放后，在復位彈簧作用下使觸點復位，所以，按鈕常用來控制電器的點動。按鈕接線沒有進線和出線之分，直接將所需的觸點連入電路即可。在按鈕沒有按下時，接在常開觸點接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點接線柱上的線路是接通的；當按下按鈕時，兩種觸點的狀態(tài)改變，同時也使與之相連的電路狀態(tài)改變。2.行程開關

行程開關也稱為限位開關或位置開關，用于檢測工作機械的位置，是一種利用生產機械某些運動部件的撞擊來發(fā)出控制信號的主令電器，所以稱為行程開關。將行程開關安裝于生產機械行程終點處，可限制其行程。主要用于改變生產機械的運動方向、行程大小及位置保護等。行程開關的種類很多，按動作方式分為瞬動型和蠕動型；按其頭部結構可分為直動式(如LX1、JLXK1系列)、滾輪式(如LX2、JLXK2系列)和微動式(如LXW-11、JLXK1-11系列)3種。其他常用電器

直動式行程開關的外形及結構原理如圖1.46所示，它的動作原理與按鈕相同。但它的觸點分合速度取決于生產機械的移動速度。當移動速度低于0.4m/min時，觸點斷開太慢，易受電弧燒損。

圖1.46直動式行程開關1—頂桿2—彈簧3—常閉觸點4—觸點彈簧5—常開觸點

為此，應采用有盤形彈簧機構瞬時動作的滾輪式行程開關，如圖1.47所示。當生產機械的行程比較小且作用力也很小時，可采用具有瞬時動作和微小動作的微動開關，如圖1.48所示。其他常用電器圖1.47滾輪式行程開關圖1.48微動行程開關1—滾輪2—上輪臂3、5、11—彈簧4—套架

6、9—壓板7—觸點8—觸點推桿10—小滑輪1—推桿2—彎形片狀彈簧3—常開觸點

4—常閉觸點5—復位彈簧行程開關的圖形符號和文字符號如圖1.49所示。圖1.49行程開關的圖形及文字符號其他常用電器3.接近開關

接近開關又稱為無觸點行程開關，當運動的物體與之接近到一定距離時，它就發(fā)出動作信號，從而進行相應的操作，不像機械行程開關那樣需要施加機械力。接近開關是通過其感應頭與被測物體間介質能量的變化來取得信號的。接近開關的應用已遠超出一般行程控制和限位保護的范疇，可用于高速計數(shù)、測速、液面檢測、檢測金屬物體是否存在及其尺寸大小、加工程序的自動銜接和作為無觸點按鈕等。即使用作一般行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命及對惡劣環(huán)境的適應能力也比普通機械行程開關高。接近開關按其工作原理可分為高頻振蕩型、感應電橋型、霍爾效應型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型及超聲波型等多種形式，其中以高頻振蕩型最為常用。高頻振蕩型的結構包括感應頭、振蕩器、開關器、輸出器和穩(wěn)壓器等幾部分。當裝在生產機械上的金屬檢測體(通常為鐵磁件)接近感應頭時，由于感應作用，使處于高頻振蕩器線圈磁場中的物體內部產生渦流(及磁滯)損耗，以致振蕩回路因電阻增大、損耗增加而使振蕩減弱，直至停止振蕩。這時，晶體管開關就導通，并通過輸出器(即電磁式繼電器)輸出信號，從而起到控制作用。高頻振蕩型用于檢測各種金屬，現(xiàn)在應用最為普遍；電磁感應型用于檢測導磁和非導磁金屬；電容型用于檢測各種導電和不導電的液體及金屬；超聲波型用于檢測不能透過超聲波的物質。下面介紹晶體管停振型的接近開關電路。晶體管停振型接近開關屬于高頻振蕩型。高頻振蕩型接近信號的發(fā)生機構實際上是一個LC振蕩器，其中L是電感式感辨頭。當金屬檢測體接近感辨頭時，在金屬檢測體中將產生渦流，由于渦流的去磁作用使感辨頭的等效參數(shù)發(fā)生變化，改變振蕩回路的諧振阻抗和諧振頻率，使振蕩停止，并以此發(fā)出接近信號。LC振蕩器由LC諧振回路、放大器和反饋電路構成。按反饋方式可分為電感分壓反饋式、電容分壓反饋式和變壓器反饋式。其他常用電器晶體管停振型接近開關的框圖如圖1.50所示。晶體管停振型接近開關的實際電路如圖1.51所示。圖1.50晶體管停振型接近開關的框圖圖1.51晶體管停振型接近開關的實際電路其他常用電器

電路采用了電容三點式振蕩器，感辨頭L僅有兩根引出線，因此也可作成離式結構。由C2取出的反饋電壓經R2和Rf加到晶體管V1的基極和發(fā)射極兩端，取分壓比等于1，即C1=C2，其目的是為了能夠通過改變Rf來整定開關的動作距離。由V2、V3組成的射極耦合觸發(fā)器不僅用作鑒幅，同時也起電壓和功率放大作用。V2的基射結還兼作檢波器。為了減輕振蕩器的負擔，選用較小的耦合電容C3(510pF)和較大的耦合電阻R4(10kΩ)。振蕩器輸出的正半周電壓使C3充電。負半周C3經過R4放電，選擇較大的R4可減小放電電流，由于每周內的充電量等于放電量，所以較大的R4也會減小充電電流，使振蕩器在正半周的負擔減輕。但是R4也不應過大，以免V2基極信號過小而在正半周內不足以飽和導通。檢波電容C4不接在V2的基極而接在集電極上，其目的也是為了減輕振蕩器的負擔。由于充電常數(shù)R5C4遠大于放電時間常數(shù)(C4通過半波導通向V2和V7放電)，因此當振蕩器振蕩時，V2的集電極電位基本等于其發(fā)射極電位，并使V3可靠地截止。當有金屬檢測體接近感辨頭L使振蕩器停振時，V3的導通因C4充電有幾百微秒的延遲。C4的另一作用是當電路接通電源時，振蕩器雖不能立即起振，但由于C4上的電壓不能突變，使V3不致有瞬間的誤導通。本章小結

本章所講的主要內容是常用低壓電器的作用、分類、結構及其工作原理。為繼電—接觸器控制電路的設計奠定基礎。通過本章的學習要熟悉低壓電器的原理及使用方法。要特別說明的是在使用同一電器時，其圖形符號及文字符號必須統(tǒng)一，以免與其他同類電器混淆。習題與思考題1-1試述電磁式低壓電器的一般工作原理。1-2低壓電器中熄滅電弧所依據(jù)的原理有哪些？常見的滅弧方法有哪些？1-3接觸器的作用是什么？根據(jù)結構特征如何區(qū)分交流、直流接觸器？1-4常開與常閉觸點如何區(qū)分？時間繼電器的常開與常閉觸點與普通常開與常閉觸點有什么不同？1-5何謂電磁式電器的吸力特性和反力特性？為什么吸力特性與反力特性的配合應使兩者盡量靠近為宜？1-6交流電磁機構中的短路環(huán)的作用是什么？1-7交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什么在線圈中會產生很大的電流沖擊？直流接觸器會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？1-8交流接觸器能否串聯(lián)使用？為什么？1-9選用接觸器時應注意哪些問題？接觸器和中間繼電器有何差異？1-10交流接觸器在運行中有時線圈斷電后，銜鐵仍掉不下來，電動機不能停止，這時應如何處理？故障原因在哪里？應如何排除？1-11線圈電壓為220V的交流接觸器，誤接入380V交流電源上會發(fā)生什么問題？為什么？1-12電壓繼電器和電流繼電器在電路中各起什么作用？如何接入電路？1-13什么是繼電器的返回系數(shù)？欲提高電壓(或電流)繼電器的返回系數(shù)可采用哪些措施？1-14低壓斷路器在電路中的作用是什么？1-15熔斷器的額定電流、熔體的額定電流和熔體的極限分斷電流三者有何區(qū)別？1-16電動機的起動電流很大，當電動機起動時，熱繼電器會不會動作？為什么？1-17當失壓、過載及過電流時脫扣器起什么作用？1-18星形聯(lián)接的三相異步電動機能否采用兩相結構的熱繼電器作為斷相和過載保護？三角形三相電動機為什么要采用帶有斷相保護的熱繼電器？1-19既然在電動機的主電路中裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器？裝有熱繼電器是否就可以不裝熔斷器？為什么？1-20主令控制器在電路中各起什么作用？1-21是否可以用過電流繼電器作電動機的過載保護？為什么？1-22接近開關有何作用？其傳感檢測部分有何特點？習題與思考題第2