技術(shù)培訓(xùn)系列-接觸器

技術(shù)培訓(xùn)系列_接觸器第一頁，共142頁。目錄施耐德接觸器簡介接觸器原理接觸器的結(jié)構(gòu)接觸器的附件接觸器的應(yīng)用第二頁，共142頁。施耐德接觸器簡介第三頁，共142頁。1924年，世界上第一臺(tái)接觸器1935年，世界上第一只單體接觸器1960年，全球第一套電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器1973年，全球第一只模塊化接觸器1993年，GV2實(shí)現(xiàn)兩元件電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方案2000年，TeSys系列華麗登場(chǎng)，延續(xù)D2系列的輝煌之路1990年，傳奇的D2系列，壟斷全球市場(chǎng)超過10年2003年，TeSysU

無所不包

無所不能施耐德電氣電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器產(chǎn)品發(fā)展之路第四頁，共142頁。ModelGV:GV20,0615kWGV3P/L5.530kWTeSysUStarter0.06~15KWCircuitbreakerModelD0,0675kWModelF15450kWModelK0,065,5kWContactorsThermalrelayModelD0,0618,5kW18,545kW5575kWModelF18,5315kWModelK0,065,5kWModelB220900kWTeSysUController0.06~450KWEOCR0.137KWVario3~45KWLT65/25ATesys接觸器第五頁，共142頁。Tesys接觸器6A150A620A115A9A800A1800A16A95A750ATeSysKTeSysDTeSysFTeSysBTeSysECmodelPriceCurrent完整產(chǎn)品線第六頁，共142頁。接觸器原理第七頁，共142頁。接觸器原理第八頁，共142頁。

線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下，使常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。線圈斷電后電磁吸引力消失，依靠彈簧使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來的狀態(tài)。第九頁，共142頁。接觸器結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)概覽主觸頭線圈及其保護(hù)模塊第十頁，共142頁。交流接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置和輔助部件等組成。第十一頁，共142頁。觸頭壓力彈簧片反作用彈簧靜鐵心緩沖彈簧橋式動(dòng)觸頭動(dòng)鐵心短路環(huán)線圈底座第十二頁，共142頁。第十三頁，共142頁。主觸頭

點(diǎn)接觸線接觸面接觸1—靜觸頭2—?jiǎng)佑|頭3—觸頭壓力彈簧第十四頁，共142頁。開距是觸頭處于斷開狀態(tài)時(shí)其動(dòng)靜觸頭間的最短距離，其值是由它能否耐受電路中可能出現(xiàn)的過電壓以及能否保證順利熄滅電弧來決定的。超程是觸頭運(yùn)動(dòng)到閉合位置后、將靜觸頭移開時(shí)動(dòng)觸頭還能移動(dòng)的距離，其值取決于觸頭在期限內(nèi)遭受的電侵蝕。初壓力是觸頭剛閉合時(shí)作用于它的正壓力。終壓力是觸頭閉合終止位置的壓力，其值由許多因素，諸如溫升、熔焊等所決定。研程觸頭間研磨的行程

觸頭的參數(shù)第十五頁，共142頁。觸頭的接觸電阻

一、接觸電阻的產(chǎn)生接觸電阻包括收縮電阻和表面膜電阻。二、影響接觸電阻的因素影響接觸電阻的因素有接觸壓力、觸頭材料、觸頭溫度

觸頭表面情況、接觸形式及化學(xué)腐蝕等。三、減小接觸電阻的方法1．增加接觸點(diǎn)數(shù)目。2．采用本身電阻系數(shù)小，且不易氧化或氧化膜電阻較小的材料作為接

觸導(dǎo)體，或作為接觸面的覆蓋層。觸頭一般由銅、黃銅和青銅等材

料制成。為防止觸頭表面被氧化，一般需要采取鍍錫、鍍銀和涂防

腐漆和凡士林油等措施加以防護(hù)。3．觸頭在開閉過程中應(yīng)具有研磨過程，以擦去氧化膜。第十六頁，共142頁。一試驗(yàn)表明，導(dǎo)體接觸處的整個(gè)面積只是個(gè)視在面積，真正接觸著的是離散性的若于個(gè)被稱為a斑點(diǎn)的小點(diǎn)(圖2-25)。這種斑點(diǎn)的面積僅為視在接觸面的很小一部分。就是a斑點(diǎn)本身也只有一小部分是純金屬接觸區(qū)，其余部分是受污染的準(zhǔn)金屬接觸區(qū)和覆蓋著絕緣膜的不導(dǎo)電接觸區(qū)因此，實(shí)際的金屬導(dǎo)體接觸面非常小。實(shí)際接觸面縮小到局限于少量的斑點(diǎn)，引起束流現(xiàn)象圖3-1第十七頁，共142頁。影響接觸電阻的主要因素接觸形式

表面上看似乎面接觸的接觸電阻最小，但也不盡然。若接觸壓力不大，面接觸時(shí)a斑點(diǎn)多，每個(gè)斑點(diǎn)上的壓力反而很小，以致接觸電阻增大很多。因此，繼電器和小容量電器的觸頭普遍采用點(diǎn)-點(diǎn)及點(diǎn)-面接觸形式，大中容量電器觸頭才采用線和面接觸形式。表2-4中關(guān)于銅觸頭的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)便是實(shí)證第十八頁，共142頁。表面狀況接觸面越粗糙，越易污染和氧化，Rj也越大。其后果不僅是發(fā)熱損耗增大，還會(huì)妨礙電路正常接通，特別是當(dāng)電壓和電流均甚小時(shí)。材料性能影響Rj值的材料性能主要是電阻率和屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)越小，即材料越軟，越易發(fā)生塑性形變，Rj值也越小。第十九頁，共142頁。接觸壓力它是確定接觸電阻的決定性因素。接觸面受壓后總有彈性及塑性形變，使接觸面積增大。壓力還能抑制表面膜層的影響。但從黃銅質(zhì)球-平面接觸觸頭通過20A電流時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果來看(圖2-27)，接觸壓力越小，Rj越大，且分散性很大，可是過分增大接觸壓力也并不佳。弱電繼電器接觸壓力甚小，為使接觸電阻值穩(wěn)定，壓力不得小于表2-5中的數(shù)值。第二十頁，共142頁。接觸電阻與壓力的關(guān)系

第二十一頁，共142頁。接觸電阻與接觸電壓降觸頭接觸面溫度上升時(shí)，由于接觸電阻Rj增大，接觸電壓降Uj也會(huì)增大。反之亦然。但實(shí)驗(yàn)所得,“Ri-Ui”特性并非全然如此(圖2-28)。Rj由圖可見，當(dāng)Uj增大時(shí)，Rj開始是增大的，但當(dāng)Uj增大到Us時(shí),觸點(diǎn)溫度已高達(dá)能令觸點(diǎn)金屬材料機(jī)械性質(zhì)發(fā)生變化---軟化的地步，故Us稱為軟化電壓。這時(shí)，在接觸壓力作用下，接觸面積增大，使Rj驟減。此后，Rj仍將隨Uj而逐漸增大，并于Uj增至Um時(shí)再度猛降,因?yàn)榇藭r(shí)接觸面積因溫度已達(dá)熔點(diǎn)而增大很多。電壓降Um稱為熔化電壓。軟化電壓和熔化電壓均為觸點(diǎn)材料的特性參數(shù)。第二十二頁，共142頁。

觸頭的振動(dòng)一、產(chǎn)生振動(dòng)的原因觸頭在閉合過程中，觸頭間的碰撞、觸頭間的電動(dòng)斥力和銜鐵與鐵心的碰撞都可能引起觸頭的機(jī)械振動(dòng)。兩個(gè)觸頭在閉合時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生振動(dòng)是不可避免的，所謂消除觸頭閉合過程中的振動(dòng)，是指消除觸頭的有害振動(dòng)。第二十三頁，共142頁。

接通時(shí)動(dòng)觸頭以一定速度朝靜觸頭運(yùn)動(dòng)，它們接觸時(shí)就發(fā)生了機(jī)械碰撞。結(jié)果，動(dòng)觸頭被彈開，然后再朝靜觸頭運(yùn)動(dòng)，多次重復(fù)發(fā)、碰撞。由于每碰撞一次都要損失部分能量，故振動(dòng)幅度將逐漸減小(圖2-31）。除觸頭本身的碰撞外，電磁機(jī)構(gòu)中銜鐵與鐵心接觸時(shí)的撞擊以及短路電流通過觸頭時(shí)生的巨大電動(dòng)斥力，均可能引起觸頭振動(dòng)。第二十四頁，共142頁。

二、減小振動(dòng)的方法減小觸頭振動(dòng)有如下幾種方法：1.使觸頭具有一定的初壓力。2.降低動(dòng)觸頭的閉合速度，以減小碰撞動(dòng)能。3.減小動(dòng)觸頭的質(zhì)量，以減小碰撞動(dòng)能，從而減小觸頭的振幅。4.對(duì)于電磁式電器，減小銜鐵和靜鐵心碰撞時(shí)引起的磁系統(tǒng)的振動(dòng)，以減小觸頭的二次振動(dòng)。其方法是吸力特

性與反力特性有良好的配合及鐵心具有緩沖裝置。第二十五頁，共142頁。三、熔焊的概念觸頭的熔焊主要發(fā)生在觸頭閉合有載電路的過程中和觸頭處于閉合狀態(tài)時(shí)。在觸頭閉合過程中，觸頭的機(jī)械振動(dòng)使觸頭間斷續(xù)產(chǎn)生電弧，在電弧高溫的作用下，使觸頭表面金屬熔化，當(dāng)觸頭最終閉合時(shí)。這些熔化金屬可能凝結(jié)而引起熔接，使動(dòng)、靜觸頭熔焊在一起不能打開。

第二十六頁，共142頁。

在觸頭處于閉合狀態(tài)時(shí)，若通過過大的電流，會(huì)使觸頭接觸處溫度升高，如果達(dá)到了熔化溫度，兩觸頭接觸處的材料便熔化并結(jié)合在一起，使接觸電阻迅速下降，其損耗和溫度都下降，熔化的金屬可能凝結(jié)而引起熔接。這種由熱效應(yīng)而引起的觸頭熔接，稱為觸頭的“熔焊”。還有一種觸頭熔接現(xiàn)象，產(chǎn)生于常溫狀態(tài)，通常稱為“冷焊”?！袄浜浮背３０l(fā)在用貴金屬材料制成的小型繼電器觸點(diǎn)中。其原因?yàn)橘F金屬表面不易形成氧化膜，純凈的金屬接觸面在觸頭壓力作用下，由于金屬原子間化學(xué)親和力的作用，使兩個(gè)觸頭表面結(jié)合在一起，產(chǎn)生“冷焊”現(xiàn)象。第二十七頁，共142頁。觸頭的磨損

一、觸頭磨損的原因觸頭磨損包括機(jī)械磨損、化學(xué)磨損和電磨損。觸頭的磨損主要取決于電磨損。電磨損主要發(fā)生在觸頭的閉合和開斷過程中，在觸頭閉合電流時(shí)產(chǎn)生的電磨損，主要是由于觸頭碰撞引起的振動(dòng)所產(chǎn)生的，在觸頭開斷電流時(shí)所產(chǎn)生的電磨損，是由高溫電弧所造成的。

第二十八頁，共142頁。二、觸頭電磨損的形式觸頭在分?jǐn)嗯c閉合電路過程中，在觸頭間隙中產(chǎn)生金屬液橋、電弧和火花放電等各種現(xiàn)象，引起觸頭材料的金屬轉(zhuǎn)移、噴濺和汽化，使觸頭材料損耗和變形，這種現(xiàn)象稱為觸頭的電磨損。觸頭的電磨損形式主要有兩種，即液橋的金屬轉(zhuǎn)移和電弧的燒損。

第二十九頁，共142頁。觸頭材料對(duì)觸頭材料通常有下列要求:低電阻率低電阻溫度系數(shù);高最小燃弧電壓/電流抗化學(xué)腐蝕能力適當(dāng)?shù)挠捕攘己玫墓に囆阅堋Ｓ|頭材料一般有純金屬、合金和粉末合金三類第三十頁，共142頁。純金屬材料1)銀在金屬材料中它具有最高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。其氧化膜電阻率較低，且易去除;其硫化膜電阻率雖較高，仍易破除。因此，銀觸頭接觸電阻小，而且穩(wěn)定。銀的工藝性一般也優(yōu)于其他材料。由于熔點(diǎn)和硬度均較低，故銀的耐弧、耐侵蝕和抗熔焊性能均較差，所以銀觸頭多用于中小容量開關(guān)電器。(2)銅銅的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率均很高，僅次于銀。其比熱容大、工藝性好、價(jià)格低廉，銅易氧化，其氧化膜的電阻率非常大，又不易去除，故銅觸頭接觸電阻大而且不穩(wěn)定。目前僅動(dòng)靜觸頭的接觸面之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(摩擦)的電器才使用純銅質(zhì)觸頭。(3)鋁其電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率在純金屬材料中居第三位，故亦屬最常用的導(dǎo)電材料。鋁材極易氧化，其氧化膜的電阻率極大、并且非常穩(wěn)定，極難去除。然而，鋁材經(jīng)濟(jì)電導(dǎo)為銅材的二倍，價(jià)格又低廉，所以被廣泛地用作母線材料及其他線材。(4))鎢它具有高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度，故耐弧、耐電侵蝕和耐熔焊。但其電阻率大易氧化，且氧化膜幾乎不導(dǎo)電，以致接觸電阻特別大。工程上不采用純鎢觸頭。(5)石墨它是非金屬材料，不易氧化和產(chǎn)生氧化膜。其電阻率高，機(jī)械強(qiáng)度低，但耐弧和耐熔焊。它一般只用作開關(guān)電器的滅弧觸頭材料。此外，繼電器和弱電電器還常用金、、鉑等貴金屬及其合金作為觸頭材料第三十一頁，共142頁。合金材料(1)銅鎢合金其含銅量在20%~80%。由于鎢的熔點(diǎn)高，故此合金有非常高的耐弧、耐侵蝕及抗熔焊能力。但因電阻率高，需要高接觸壓力，故主要用于高壓及大電流斷路器。(2)銅石墨合金其石墨含量為4%~5%，性能與銅鎢合金相近。由于它在很大的沖擊電流作用下也不致發(fā)生熔焊，故也常用于大中容量開關(guān)電器?？傊?，銅基合金雖然電阻率高，但工藝性強(qiáng)、價(jià)格低廉，至今仍被廣泛應(yīng)用。(3)銀鎢合金其含鎢量為30%~80%。它耐弧、基本上不熔焊，而在工藝性及電阻率方面均優(yōu)于銅鎢合金。因此，它尤適用于大容量開關(guān)電器。(4)銀鎳合金其含鎳量為5%~40%。鎳熔點(diǎn)較高，加入后可提高抗硫化及抗熔焊性能。它的接觸電阻穩(wěn)定，耐侵蝕，易作輾壓加工，但抗熔焊能力仍很低，且價(jià)格較高。此合金一般用于中小容量開關(guān)電器。(5)銀石墨合金其含碳量與銅石墨合金相仿，具有高抗熔焊能力，但質(zhì)地軟，不耐摩擦，一般用于非頻繁操作的大中容量電器。(6)銀碳化鎢合金碳化鎢的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于鎢，耐腐蝕性也較高，故接觸電阻較穩(wěn)定，能耐受大電流，適用于低電壓大電流電器。含量達(dá)一半后極易氧化，使接觸電阻不穩(wěn)定。因此，它不宜用于接觸壓力小的電器。此外，繼電器和弱電電器還常采用金與鎳、鉑、鋯的合金以及鉑和銥或釕的合金。第三十二頁，共142頁。材料屬性典型應(yīng)用AgNi+覆Au-覆金層在空氣中耐腐蝕性較好；-與其它材料相比，在小負(fù)載下，有更小的接觸電阻和更好的一致性；-導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率好；小負(fù)載：覆金層幾乎沒有腐蝕，從10mW（5V，2mA）到1.5W（24V，62.5mA）(阻性負(fù)載)-中負(fù)載：幾次動(dòng)作后金鍍層被侵蝕掉基體AgNi起主要作用，從2.4W（24V，100mA）到60W（30V，2A）(阻性負(fù)載)注意：開斷低負(fù)載時(shí)，典型值1mW（0.1V-1mA）(例如在測(cè)試儀器中)，推薦使用兩對(duì)并聯(lián)觸點(diǎn)。AgPd-在常溫下耐腐蝕性較好，耐硫化性較好；-接觸電阻較小，且一致性較好；-價(jià)格昂貴。同上AgNi-大多數(shù)繼電器觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料-導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率好；-高耐燒蝕性-中等的抗焊接性-在硫化物環(huán)境容易生成硫化膜-阻性負(fù)載和較小感性負(fù)載-一般額定電流小于12A-一般浪涌電流小于25AAgCdO-高AC負(fù)載-導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率較好；-高耐燒蝕性-好的抗粘接性-在硫化物環(huán)境容易生成硫化膜-阻性負(fù)載、電機(jī)負(fù)載和感性負(fù)載-一般額定電流小于30A-一般浪涌電流小于50AAgSnO2-優(yōu)秀的抗粘接性-DC負(fù)載時(shí)材料轉(zhuǎn)移較以上材料少-在硫化物環(huán)境容易生成硫化膜-燈負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載-非常大浪涌電流（可達(dá)120A）負(fù)載AgSnO2含其它氧化物同上-燈負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載-非常大浪涌電流（可達(dá)120A）負(fù)載-含有的氧化物不同，適用負(fù)載會(huì)不同第三十三頁，共142頁。負(fù)載類型

In2.5In6In6In分?jǐn)喾謹(jǐn)喾謹(jǐn)喾謹(jǐn)郃C-1AC-2AC-3AC-4負(fù)載的種類沖擊電流阻性負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的1倍電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的5～10倍電容負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的20～40倍變壓器負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的5～15倍螺線管負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的10～20倍白熾燈負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的10～15倍水銀燈負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的約3倍鈉燈負(fù)載穩(wěn)態(tài)電流的1～3倍確定繼電器所能承受的負(fù)載是否滿足使用要求時(shí)，除了需要確定負(fù)載的大小，還要確定實(shí)際負(fù)載的種類，因?yàn)椴煌呢?fù)載有不同的穩(wěn)態(tài)值和沖擊值，見表第三十四頁，共142頁。有代表性的負(fù)載與沖擊電流和時(shí)間的關(guān)系第三十五頁，共142頁。

交流負(fù)載的電流包含感應(yīng)電流和阻性電流兩個(gè)部分，可以根據(jù)功率因數(shù)cosφ，通過在阻性負(fù)載電流上乘以相應(yīng)的負(fù)載遞減系數(shù)K估算出來，圖4顯示了負(fù)載遞減系數(shù)K和功率因數(shù)cosφ的關(guān)系圖。第三十六頁，共142頁。載流電路的開斷過程動(dòng)靜觸頭的接觸原本是許多個(gè)點(diǎn)在接觸，而接觸壓力一般是由彈簧產(chǎn)生的。由于超程的存在，觸頭開始分?jǐn)鄷r(shí)，電路并沒開斷，僅僅是動(dòng)觸頭朝著與靜觸頭分離的方向運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，超程和接觸壓力都逐漸減小，接觸點(diǎn)也減少。及至極限狀態(tài)、即僅剩一個(gè)點(diǎn)接觸時(shí)，接觸面積減至最小，電流密度非常巨大，故電阻和溫升劇增。以致觸頭雖仍閉合，但接觸處的金屬已處于熔融狀態(tài)。此后，動(dòng)觸頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，終于脫離，但動(dòng)靜觸頭間并未形成間隙，而由熔融的液態(tài)金屬橋所維系著。液態(tài)金屬的電阻率遠(yuǎn)大于固體金屬的，故金屬橋內(nèi)熱量高度集中，使其溫度達(dá)到材料的沸點(diǎn)，并隨即發(fā)生爆炸形式的金屬橋斷裂過程，觸頭間隙也形成了。金屬橋剛斷裂時(shí)，間隙內(nèi)充滿著空氣或其他介質(zhì)及金屬蒸氣，它們均具有絕緣性質(zhì)。于是，電流被瞬時(shí)截?cái)?，并產(chǎn)生過電壓，將介質(zhì)和金屬蒸氣擊穿，使電流以火花放電乃至電弧的形式重新在間隙中流通。隨著動(dòng)觸頭不斷離開靜觸頭以及各種熄弧因素作用，電弧終將轉(zhuǎn)化為非自持放電并最終熄滅，使整個(gè)觸頭間隙成為絕緣體，觸頭分?jǐn)噙^程亦告終結(jié)至此，觸頭已處于斷開狀態(tài)。電弧有關(guān)內(nèi)容參見附錄2第三十七頁，共142頁。電磁線圈第三十八頁，共142頁。電磁鐵及其應(yīng)用

電磁鐵是一種將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的常用電器，它利用通用線圈在鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵，帶動(dòng)機(jī)械部件完成預(yù)期的動(dòng)作。

電磁鐵按照勵(lì)磁電流性質(zhì)的不同可分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩種。電磁鐵的結(jié)構(gòu)和電磁吸力銜鐵鐵心鐵心線圈線圈銜鐵結(jié)構(gòu)：線圈、鐵心、銜鐵第三十九頁，共142頁。

電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式(a)馬蹄式；(b)拍合式；(c)螺管式第四十頁，共142頁。

電磁鐵線圈通電后，鐵心吸引銜鐵的力稱為電磁吸力。電磁吸力是電磁鐵的主要參數(shù)，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可以推導(dǎo)出電磁吸力的計(jì)算公式=

——B02S08107

式中S0是空氣隙的截面積，單位是平方米，B0是氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位是特斯拉（T），電磁吸力F的單位是牛頓（N）。直流電磁鐵和交流電磁鐵

直流電磁鐵的勵(lì)磁電流是恒定不變的，所以在一定的氣隙下，磁路中的磁通也是恒定不變的，因此不存在鐵心損耗。1.直流電磁鐵第四十一頁，共142頁。直流電磁鐵的電磁吸力

F=（107/8π）B2S交流電磁鐵的最大電磁吸力

Fm=107Φm/8πSΦm—交流磁通幅值若加在交流線圈上電壓U穩(wěn)定時(shí)，交流電磁鐵中的磁通幅值Φm≈U/4.44fN不變，交流電磁鐵的平均電磁吸力為最大電磁吸力的一半。即

Fev=Fm/2=107Φm/16πS第四十二頁，共142頁。

直流電磁鐵線圈通電、在銜鐵被吸合的前、后，電磁吸力是不相同的。在直流電磁鐵銜鐵被吸合的過程中，電磁吸力逐漸增大，銜鐵完全被吸合后，電磁吸力最大。電磁吸力

→F↑對(duì)于直流而言U=IR

U不變時(shí)，I不變磁通勢(shì)

Fm=IN

=Um=Rm也不變Rm=Rm0+Rm1Rm=Rm1吸合后前↑故在吸合后B0↑S不變

結(jié)論：吸合后吸力變大！吸合前后的電磁吸力變化情況第四十三頁，共142頁。2.交流電磁鐵

交流電磁鐵勵(lì)磁線圈中通入的是交流電流，在鐵心中所產(chǎn)生的磁通也是交變的，所以交流電磁鐵具有如下特點(diǎn)。

（1）交流磁通在鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，為了減小鐵心損耗，其鐵心通常用硅鋼片制成。

（2）交流磁通所產(chǎn)生的電磁吸力是隨時(shí)間變化的，電磁吸力瞬時(shí)值f隨時(shí)間變化的規(guī)律如下圖所示，表明電磁吸力隨時(shí)間在零值和最大值Fm之間脈動(dòng)變化，這可能引起銜鐵的頻繁振動(dòng)。t、ffFmO第四十四頁，共142頁。

為了消除銜鐵的振動(dòng)，可以在鐵心的某一端面部分套上一個(gè)短路銅環(huán)。2鐵心1短路銅環(huán)

由于1與2之間出現(xiàn)了相位差，合成磁通所產(chǎn)生的電磁吸力就不會(huì)為零。

當(dāng)交變磁通穿過具有短路銅環(huán)的鐵心時(shí)，會(huì)分成兩個(gè)分量1和2

。穿過短路銅環(huán)的磁通分量1必然會(huì)在短路銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流要阻礙磁通的變化，從而使1與2之間產(chǎn)生了相位差。第四十五頁，共142頁。短路環(huán)第四十六頁，共142頁。功率損耗

交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損（Pcu）

在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是線圈的電阻；I是線圈中電流的有效值。2.鐵損（PFe）

在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內(nèi)的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。+–ui第四十七頁，共142頁。（1）磁滯損耗（Ph）由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。

磁滯損耗的大小：

單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場(chǎng)交變的頻率f。OHB

磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。

減少磁滯損耗的措施：

選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。第四十八頁，共142頁。(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。

渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少渦流損耗措施：

提高鐵心的電阻率。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內(nèi)。鐵心線圈交流電路的有功功率為：第四十九頁，共142頁。電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性和反力持性

1.吸力特性

電磁系統(tǒng)的電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線稱為吸力持性。

即F與氣隙δ的關(guān)系。電磁吸力可近似地按下式求得：

F=4×105×B2S

式中：F為電磁吸力，B為氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，S為鐵心截面積。第五十頁，共142頁。勵(lì)磁電流的種類對(duì)吸力特性影響很大

(交、直流電磁機(jī)構(gòu))

(1)交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性設(shè)線圈外加電壓U不變，交流電磁線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗，電阻忽略不計(jì)，則

U≈E=4.44fφNφ=U/4.44fN

式中：U為線圈外加電壓；E為線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；f為電壓頻率，

N為電磁線圈的匝數(shù)。交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性如圖所示。

由于交流電磁機(jī)構(gòu)的氣隙磁通φ不變，又：φ＝磁勢(shì)/磁阻＝IN/Rm

Rm為氣隙磁阻,安匝數(shù)IN隨氣隙磁阻（也即隨氣隙δ）的變化成正比變化，所以交流電磁線圈的電流I與氣隙δ成正比變化。第五十一頁，共142頁。（2）直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性因線圈外加電壓U和線圈電阻不變，流過線圈的電流I也為常數(shù)，即不受氣隙δ變化的影響，根據(jù)磁路定律：

φ＝IN/Rm;Rm為氣隙磁阻

因此電磁吸力F與氣隙δ的平方成反比。直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性如下圖第五十二頁，共142頁。1－直流接觸器吸力特性2－交流接觸器吸力特性3－反力特性2.反力特性反作用力:彈簧力銜鐵自身重力摩擦阻力3.反力特性與吸力特性的配合:吸力特性高于反力特性不能過大也不能過小圖1－5反力特性與吸力特性第五十三頁，共142頁。交、直流電磁鐵電磁關(guān)系1直流電磁鐵：勵(lì)磁電流、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度等都是恒定不變的。交流電磁鐵中卻是隨時(shí)間不斷交替變化的。因此交流電磁鐵產(chǎn)生的吸力也是交變的，這也就是交流電磁鐵工作時(shí)有噪聲的原因。2交流電磁鐵中由于電流交變，因而在交變磁通作用下，鐵心中產(chǎn)牛磁滯損耗．但直流電磁鐵中因電流恒定而沒有上述損耗。第五十四頁，共142頁。

3直流電磁鐵線圈中的勵(lì)磁電流的大小僅決定于線圈端電壓和線圈電阻。而與鐵心與銜鐵之間的氣隙無關(guān)。但對(duì)于交流電磁鐵卻不同，如果銜鐵在吸合過程中被卡住，此時(shí)氣隙較大，總磁阻較大，從而使勵(lì)磁電流增大，導(dǎo)致線圈過熱而損壞。使用時(shí)若發(fā)現(xiàn)銜鐵被卡住，則應(yīng)立即切斷電源，排除故障，以免損壞線圈。4交流電磁線圈誤接入對(duì)應(yīng)直流電源，將會(huì)燒毀線圈，因?yàn)榻涣麟姶啪€圈接入對(duì)應(yīng)交流電源時(shí)，線圈中的電流I1=U/ωL；而接入對(duì)應(yīng)直流電源時(shí)，I2=U/R,因ωL>>R，即：I2>>I1,所以，線圈很快就會(huì)因發(fā)熱而燒毀。

直流電磁線圈誤接入對(duì)應(yīng)交流電源，鐵心將會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的震動(dòng)，電磁機(jī)構(gòu)也不會(huì)正常工作，因?yàn)橹绷麟姶艡C(jī)構(gòu)沒有短路環(huán)，而交流電源會(huì)在其上產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，即電磁力會(huì)不斷變化。第五十五頁，共142頁。內(nèi)容

直流電磁鐵交流電磁鐵鐵芯結(jié)構(gòu)由整塊軟鋼制成,無短路環(huán)由硅鋼片制成,有短路環(huán)吸合過程電流不變,吸力逐漸加大

吸力基本不變,電流減小吸合后無振動(dòng)有輕微振動(dòng)吸合不好時(shí)線圈不會(huì)過熱線圈會(huì)過熱,可能燒壞

直流電磁鐵與交流電磁鐵比較

第五十六頁，共142頁。線圈保護(hù)模塊1、采用RC回路在線圈兩端并接RC串聯(lián)回路，將線圈中的磁能轉(zhuǎn)換為電容C的電能，并通過電阻及、電容C和線圈本身的阻抗消耗掉。電阻R的阻值可取50~200Ω、1~2W，線圈功率越大，取阻值越小，瓦數(shù)越大；電容C的容量可取0.047~2μF，耐壓大于線圈額定電壓，線圈功率越大，取電容量越大。電阻R和電容C元件的參數(shù)值通?？捎稍囼?yàn)來確定。2、采用二極管在線圈兩端并聯(lián)一只二極管VD，二極管的方向應(yīng)當(dāng)是接觸器接通時(shí)電流不通過它。這樣，當(dāng)觸頭斷開時(shí)，由于放電電流方向而將磁消耗在二極管內(nèi)阻和線圈的阻抗中。二極管VD可選擇耐壓大于線圈的額定電壓Z、正向電流大于E／R(R為線圈的直流電阻)的任何二極管，如1N4004(1A/400V)或1N4004(1A/700V)

3、采用壓敏電阻在線圈兩端并接壓敏電阻RV。氧化鋅壓敏電阻的阻值對(duì)外加電壓很敏感，外加電壓增大時(shí)，其阻值減小，外加電壓越大，阻值下降越顯著。當(dāng)線圈工作時(shí)，加在RV兩端的電壓為線圈的工作電壓，RV阻值極大。當(dāng)線圈斷開時(shí)，RV兩端的電壓劇增，其阻值劇減，于是就抑制了浪涌電壓的產(chǎn)生，避免了觸頭火花。第五十七頁，共142頁。接觸器附件第五十八頁，共142頁。輔助觸點(diǎn)高可靠性：采用斜齒磨擦專利技術(shù)，保證觸頭可靠接通，自清潔觸頭表面。導(dǎo)通性好：Umin=17V，Imin=5mA。靜觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)打開接觸吸持第五十九頁，共142頁。延時(shí)輔助觸點(diǎn)通電延時(shí)空氣式時(shí)間繼電器利用空氣的阻尼作用達(dá)到動(dòng)作延時(shí)的目的。線圈通電后將銜鐵吸下，使銜鐵與活塞桿之間有一段距離。在釋放彈簧作用下，活塞桿向下移動(dòng)。在傘形活塞的表面固定有一層橡皮膜，活塞向下移動(dòng)時(shí)，膜上面會(huì)造成空氣稀薄的空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移。當(dāng)空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入時(shí)，活塞才逐漸下移。移動(dòng)到最后位置時(shí)，杠桿使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。延時(shí)時(shí)間即為從電磁鐵吸引線圈通電時(shí)刻起到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)為止的這段時(shí)間。通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的大小就可調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間。吸引線圈斷電后，依靠復(fù)位彈簧的作用而復(fù)原。空氣經(jīng)出氣孔被迅速排出。

斷電延時(shí)模塊動(dòng)作相反，通電時(shí)迅速動(dòng)作，斷電時(shí)通過活塞擠壓氣體從排氣孔排出，延時(shí)動(dòng)作。第六十頁，共142頁。通電延時(shí)模塊第六十一頁，共142頁。斷電延時(shí)模塊第六十二頁，共142頁。接觸器應(yīng)用第六十三頁，共142頁。接觸器常見應(yīng)用實(shí)例1、點(diǎn)動(dòng)控制第六十四頁，共142頁。第六十五頁，共142頁。2、直接起?？刂疲?）起動(dòng)過程。按下起動(dòng)按鈕SBl，接觸器KM線圈通電，與SB1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)閉合，以保證松開按鈕SBl后KM線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。（2）停止過程。按下停止按鈕SB2，接觸器KM線圈斷電，與SBl并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)斷開，以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。第六十六頁，共142頁。第六十七頁，共142頁。直接起動(dòng)控制原理圖第六十八頁，共142頁。3、正反轉(zhuǎn)控制第六十九頁，共142頁。第七十頁，共142頁。帶電氣聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路第七十一頁，共142頁。第七十二頁，共142頁。存在問題：電路在具體操作時(shí)，若電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時(shí)必須先按停止按鈕SB3，使聯(lián)鎖觸點(diǎn)KMl閉合后按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2才能使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；若電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時(shí)必須先按停止按鈕SB3，使聯(lián)鎖觸點(diǎn)KM2閉合后按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBl才能使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。第七十三頁，共142頁。同時(shí)具有電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路第七十四頁，共142頁。第七十五頁，共142頁。8.2.2行程控制1、限位控制當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)預(yù)定的位置時(shí)壓下行程開關(guān)的觸桿，將常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈斷電，使電動(dòng)機(jī)斷電而停止運(yùn)行。第七十六頁，共142頁。2、自動(dòng)往返控制第七十七頁，共142頁。第七十八頁，共142頁。第七十九頁，共142頁。8.2.3時(shí)間控制星形-三角形換接起動(dòng)控制第八十頁，共142頁。第八十一頁，共142頁。直流注入制動(dòng)第八十二頁，共142頁。Makethemostofyourenergy?第八十三頁，共142頁。附錄1交流接觸器使用注意事項(xiàng)第八十四頁，共142頁。第八十五頁，共142頁。第八十六頁，共142頁。第八十七頁，共142頁。附錄2電弧的產(chǎn)生和熄滅第八十八頁，共142頁。1.電弧的形成與熄滅2.直流電流的特性及熄滅3.交流電弧的特征及熄滅4.熄滅交流電弧的基本方法第八十九頁，共142頁。

第一節(jié)電弧的形成與熄滅一、電弧放電的特征和危害二、電弧的形成■弧柱中自由電子的主要來源

■電弧形成的過程三、電弧的熄滅■電弧的去游離形式■影響去游離的因素第九十頁，共142頁。

電弧放電的特征和危害

1.電弧的概念當(dāng)開關(guān)電器開斷電路時(shí)，電壓和電流達(dá)到一定值時(shí)，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的白光，稱為電弧。

2.電弧的本質(zhì)電弧的實(shí)質(zhì)是一種氣體放電現(xiàn)象。

3.電弧放電的特征

（1）電弧由三部分組成。包括陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。（2）電弧溫度很高。（3）電弧是一種自持放電現(xiàn)象。（4）電弧是一束游離的的氣體。第九十一頁，共142頁。

電弧放電的特征和危害4.電弧的危害（1）電弧的存在延長了開關(guān)電器開斷故障電路的時(shí)間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對(duì)充油電氣設(shè)備還可能引起著火、爆炸等危險(xiǎn)。（3）由于電弧在電動(dòng)力、熱力作用下能移動(dòng)，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴(kuò)大。第九十二頁，共142頁。

電弧的形成—弧柱中自由電子的主要來源

（1）熱電子發(fā)射當(dāng)斷路器的動(dòng)、靜觸頭分離時(shí)，觸頭間的接觸壓力及接觸面積逐漸縮小，接觸電阻增大，使接觸部位劇烈發(fā)熱，導(dǎo)致陰極表面溫度急劇升高而發(fā)射電子，形成熱電子發(fā)射。（2）強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射開關(guān)電器分閘的瞬間，由于動(dòng)、靜觸頭的距離很小，觸頭間的電場(chǎng)強(qiáng)度就非常大，使觸頭內(nèi)部的電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下被拉出來，就形成強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。第九十三頁，共142頁。電弧的形成—

弧柱中自由電子的主要來源

（3）碰撞游離從陰極表面發(fā)射出的電子在電場(chǎng)力的作用下高速向陽極運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中不斷地與中性質(zhì)點(diǎn)（原子或分子）發(fā)生碰撞。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子積聚足夠大的動(dòng)能時(shí)，就會(huì)從中性質(zhì)點(diǎn)中打出一個(gè)或多個(gè)電子，使中性質(zhì)點(diǎn)游離，這一過程稱為碰撞游離。（4）熱游離弧柱中氣體分子在高溫作用下產(chǎn)生劇烈熱運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能很大的中性質(zhì)點(diǎn)互相碰撞時(shí)，將被游離而形成電子和正離子，這種現(xiàn)象稱為熱游離?；≈鶎?dǎo)電就是靠熱游離來維持的。第九十四頁，共142頁。電弧的形成—電弧形成的過程

斷路器斷開過程中電弧是這樣形成的。觸頭剛分離時(shí)突然解除接觸壓力，陰極表面立即出現(xiàn)高溫?zé)霟狳c(diǎn)，產(chǎn)生熱電子發(fā)射；同時(shí)，由于觸頭的間隙很小，使得電壓強(qiáng)度很高，產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。從陰極表面逸出的電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，加速向陽極運(yùn)動(dòng)，發(fā)生碰撞游離，導(dǎo)致觸頭間隙中帶電質(zhì)點(diǎn)急劇增加，溫度驟然升高，產(chǎn)生熱游離并且成為游離的的主要因素，此時(shí)，在外加電壓作用下，間隙被擊穿，形成電弧。第九十五頁，共142頁。電弧的熄滅—電弧的去游離形式…

電弧的去游離過程包括復(fù)合和擴(kuò)散兩種形式。

1.復(fù)合

復(fù)合是正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)相互結(jié)合變成不帶電質(zhì)點(diǎn)的現(xiàn)象。由于弧柱中電子的運(yùn)動(dòng)速度很快，約為正離子的1000倍，所以電子直接與正離子復(fù)合的幾率很小。一般情況下，先是電子碰撞中性質(zhì)點(diǎn)時(shí)，被中性質(zhì)點(diǎn)捕獲變成負(fù)離子，然后再與質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)?shù)恼x子互相吸引而接近，交換電荷后成為中性質(zhì)點(diǎn)。還有一種情況就是電子先被固體介質(zhì)表面吸附后，再被正離子捕獲成為中性質(zhì)點(diǎn)。第九十六頁，共142頁。電弧的熄滅—電弧的去游離形式…2.擴(kuò)散擴(kuò)散是弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)逸出弧柱以外，進(jìn)入周圍介質(zhì)的現(xiàn)象。擴(kuò)散有三種形式：（1）溫度擴(kuò)散，由于電弧和周圍介質(zhì)間存在很大溫差，使得電弧中的高溫帶電質(zhì)點(diǎn)向溫度低的周圍介質(zhì)中擴(kuò)散，減少了電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)；（2）濃度擴(kuò)散，這是因?yàn)殡娀『椭車橘|(zhì)存在濃度差，帶電質(zhì)點(diǎn)就從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，使電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)減少；（3）利用吹弧擴(kuò)散，在斷路器中采用高速氣體吹弧，帶走電弧中的大量帶電質(zhì)點(diǎn)，以加強(qiáng)擴(kuò)散作用。第九十七頁，共142頁。電弧的熄滅—影響去游離的因素

1.電弧溫度電弧是由熱游離維持的，降低電弧溫度就可以減弱熱游離，減少新的帶電質(zhì)點(diǎn)的的產(chǎn)生。同時(shí)，也減小了帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，加強(qiáng)了復(fù)合作用。通過快速拉長電弧，用氣體或油吹動(dòng)電弧，或使電弧與固體介質(zhì)表面接觸等，都可以降低電弧的溫度。

2.介質(zhì)的特性電弧燃燒時(shí)所在介質(zhì)的特性在很大程度上決定了電弧中去游離的強(qiáng)度，這些特性包括：導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量、熱游離溫度、介電強(qiáng)度等。若這些參數(shù)值大，則去游離過程就越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。第九十八頁，共142頁。電弧的熄滅—影響去游離的因素…

3.氣體介質(zhì)的壓力氣體介質(zhì)的壓力對(duì)電弧去游離的影響很大。因?yàn)?，氣體的壓力越大，電弧中質(zhì)點(diǎn)的濃度就越大，質(zhì)點(diǎn)間的距離就越小，復(fù)合作用越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。在高度的真空中，由于發(fā)生碰撞的幾率減小，抑制了碰撞游離，而擴(kuò)散作用卻很強(qiáng)。因此，真空是很好的滅弧介質(zhì)。

4.觸頭材料觸頭材料也影響去游離的過程。當(dāng)觸頭采用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)和熱容量大的耐高溫金屬時(shí)，減少了熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。除了上述因素以外，去游離還受電場(chǎng)電壓等因素的影響。第九十九頁，共142頁。一、直流電弧的特性二、直流電弧的熄滅條件

第二節(jié)直流電弧的特性及熄滅第一百頁，共142頁。⒈電弧電壓沿弧長的分布⑴陰極壓降區(qū)10-4cm，正空間梯度10～20V與電弧電流無關(guān)而與陰極及介質(zhì)有關(guān)。⑵弧柱區(qū)與電流、弧長和介質(zhì)及其狀態(tài)有關(guān)。⑶陽極壓降區(qū)為陰極區(qū)的幾倍，負(fù)空間梯度與電弧電流有關(guān)，電流越大壓降越小。⑷沿弧長電壓降Ｕh＝Ｕ1＋Ｕ2＋Ｕ3

短弧和長弧的概念及電弧穩(wěn)定的條件。⒉電弧的伏安特性ｕh＝f(ｉh)圖3－4

直流電弧的特性第一百零一頁，共142頁。

直流電弧的熄滅條件（或穩(wěn)定燃燒方程與靜態(tài)伏安特性脫離）第一百零二頁，共142頁。滅弧的途徑：（1）增高弧隙的靜態(tài)伏安特性（2）增大回路電阻或減小電源電壓熄滅方法:

1.拉長電弧

2.開斷電路時(shí)在電路中逐級(jí)串人電阻

3.在斷口上裝滅弧柵

4.冷卻電弧新課小結(jié)：1.電弧的形成和熄滅

2.直流電弧的特性和熄滅及滅弧方法作業(yè)：直流電弧的熄滅方法第一百零三頁，共142頁。第三節(jié)交流電弧的特性及熄滅一、交流電弧的特性二、交流電弧的熄滅條件

■弧隙介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)

■弧隙電壓的恢復(fù)過程

■交流電弧熄滅的條件第一百零四頁，共142頁。

交流電弧的特性…

在交流電路中，電流瞬時(shí)值隨時(shí)間變化，因而電弧的溫度、直徑以及電弧電壓也隨時(shí)間變化，電弧的這種特性稱為動(dòng)特性。由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的電流，所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種現(xiàn)象稱為電弧的熱慣性。經(jīng)過對(duì)圖2-2的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時(shí)將自動(dòng)熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就此熄滅。第一百零五頁，共142頁。

交流電弧的特性…第一百零六頁，共142頁。

交流電弧的熄滅條件—弧隙介質(zhì)介電強(qiáng)度的恢復(fù)

弧隙介質(zhì)能夠承受外加電壓作用而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度。當(dāng)電弧電流過零時(shí)電弧熄滅，而弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度要恢復(fù)到正常狀態(tài)值還需一定的時(shí)間，此恢復(fù)過程稱之為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程，以耐受的電壓Uj（t）表示。第一百零七頁，共142頁。

交流電弧的熄滅條件—弧隙電壓的恢復(fù)過程

電流過流前，弧隙電壓呈馬鞍形變化，電壓值很低，電源電壓的絕大部分降落在線路和負(fù)載阻抗上。電流過零時(shí)，弧隙電壓正處于馬鞍形的后蜂值處。電流過零后，弧隙電壓從后蜂值逐漸增長，一直恢復(fù)到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復(fù)電壓，其電壓恢復(fù)過程以Uhf（t）表示。電壓恢復(fù)過程與線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)。受線路參數(shù)等因素的影響，電壓恢復(fù)過程可能是周期性的變化過程，也可能是非周期性的變化過程。第一百零八頁，共142頁。

交流電弧的熄滅條件—交流電弧的熄滅條件

如果弧隙介質(zhì)強(qiáng)度在任何情況下都高于弧隙恢復(fù)電壓，則電弧熄滅；反之，如果弧隙恢復(fù)電壓高于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度，弧隙就被擊穿，電弧重燃。因此，交流電弧的熄滅條件為：

Uj（t）>Uhf（t）

Uj（t）—弧隙介質(zhì)強(qiáng)度；

Uhf（t）—弧隙恢復(fù)電壓。第一百零九頁，共142頁。第四節(jié)熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度二、采用多斷口三、吹弧■吹弧氣流產(chǎn)生的方法■吹弧的方向四、短弧原理滅弧五、利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧六、采用耐高溫金屬材料制作觸頭七、采用優(yōu)質(zhì)滅弧介質(zhì)第一百一十頁，共142頁。提高觸頭的分閘速度

迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質(zhì)的接觸面積，加強(qiáng)冷卻和擴(kuò)散的作用。因此，現(xiàn)代高壓開關(guān)中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強(qiáng)力分閘彈簧，其分閘速度已達(dá)16m/s以上。第一百一十一頁，共142頁。

采用多斷口

每一相有兩個(gè)或多個(gè)斷口相串聯(lián)。在熄弧時(shí)，多斷口把電弧分割成多個(gè)相串聯(lián)的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加長，導(dǎo)致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，縮短了滅弧時(shí)間。采用多斷口時(shí)，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復(fù)電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時(shí)，采用多斷口結(jié)構(gòu)成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關(guān)電器的尺寸。如圖5-10所示：第一百一十二頁，共142頁。

采用多斷口第一百一十三頁，共142頁。

吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...

用新鮮而且低溫的介質(zhì)吹拂電弧時(shí)，可以將帶電質(zhì)點(diǎn)吹到弧隙以外，加強(qiáng)了擴(kuò)散，由于電弧被拉長變細(xì)，使弧隙的電導(dǎo)下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復(fù)合加快。按吹弧氣流的產(chǎn)生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

1.吹弧氣流產(chǎn)生的方法有：

（1）用油氣吹弧用油氣作吹弧介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當(dāng)斷路器觸頭分離產(chǎn)生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。第一百一十四頁，共142頁。

吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...

（2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧將20個(gè)左右大氣壓的壓縮空氣或5個(gè)大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲(chǔ)存在專門的儲(chǔ)氣罐中，斷路器分閘時(shí)產(chǎn)生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。

（3）產(chǎn)氣管吹弧產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機(jī)固體材料制成，電弧燃燒時(shí)與管的內(nèi)壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內(nèi)受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。第一百一十五頁，共142頁。

吹弧—吹弧方向法…2.按吹弧的方向分為：（1）縱吹吹弧的介質(zhì)（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強(qiáng)弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)向外擴(kuò)散，使新鮮介質(zhì)更好地與熾熱電弧接觸，加強(qiáng)電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。

（2）橫吹橫吹時(shí)氣流或油流的方向與觸頭運(yùn)動(dòng)方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強(qiáng)冷卻和增強(qiáng)擴(kuò)散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質(zhì)滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強(qiáng)去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。第一百一十六頁，共142頁。

吹弧—吹弧方向法

第一百一十七頁，共142頁。吹弧—吹弧方向法…

（3）縱橫吹橫吹滅弧室在開斷小電流時(shí)因室內(nèi)壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時(shí)的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結(jié)合起來。在大電流時(shí)主要靠橫吹，小電流時(shí)主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。第一百一十八頁，共142頁。

短弧原理滅弧

滅弧裝置是一個(gè)金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個(gè)串聯(lián)的短弧的方法來滅弧。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內(nèi)，一束長弧就被多個(gè)金屬片分割成多個(gè)串聯(lián)的短弧。如果所有串聯(lián)短弧陰極區(qū)的起始介質(zhì)強(qiáng)度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠(yuǎn)大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質(zhì)柵片，是為了減少電弧進(jìn)入柵片的阻力，縮短燃弧時(shí)間。第一百一十九頁，共142頁。

利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧

滅弧裝置的滅弧片是由石棉水泥或陶土制成的。觸頭間產(chǎn)生電弧后，在磁吹裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，將電弧吹入又滅弧片構(gòu)成的狹縫中，把電弧迅速拉長的同時(shí)，使電弧與滅弧片內(nèi)壁緊密接觸，對(duì)電弧的表面進(jìn)行冷卻和吸附，產(chǎn)生強(qiáng)烈的去游離。原理圖如2-16所示。石英砂熔斷器中的熔絲熔斷時(shí)，在石英砂的狹溝中產(chǎn)生電弧。由于受到石英砂的冷卻和表面吸附作用，使電弧迅速熄滅。同時(shí)，熔絲氣化時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸汽滲入石英砂中遇冷而迅速凝結(jié)，大大減少了弧隙中的金屬蒸汽，使得電弧容易熄滅。原理圖如2-17所示。第一百二十頁，共142頁。

利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧第一百二十一頁，共142頁。

用耐高溫金屬材料作觸頭、優(yōu)質(zhì)滅弧介質(zhì)

觸頭材料對(duì)電弧中的去游離也有一定影響，用熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬制作觸頭，可以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，從而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。滅弧介質(zhì)的特性，如導(dǎo)熱系數(shù)、電強(qiáng)度、熱游離溫度、熱容量等，對(duì)電弧的游離程度具有很大影響，這些參數(shù)值越大，去游離作用就越強(qiáng)。在高壓開關(guān)中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（SF6）氣體、真空等作為滅弧介質(zhì)。第一百二十二頁，共142頁。附錄3接觸器常見故障分析第一百二十三頁，共142頁。LC1接觸器的常見故障分析第一百二十四頁，共142頁。LC1接觸器的常見故障分析第一百二十五頁，共142頁。LC1接觸器的常見故障分析第一百二十六頁，共142頁。LC1接觸器的常見故障分析第一百二十七頁，共142頁。附錄4磁場(chǎng)的基本物理量和基本定律第一百二十八頁，共142頁。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B:

表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向:

與電流的方向之間符合右手螺旋定則。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位:

特斯拉(T)，1T=1Wb/m2

均勻磁場(chǎng):

各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同的

磁場(chǎng)，也稱勻強(qiáng)磁場(chǎng)。第一百二十九頁，共142頁。磁通磁通：穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。

說明:

如果不是均勻磁場(chǎng)，則取B的平均值。在均勻磁場(chǎng)中=BS或

B=/S

磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁通密度。磁通的單位:韋[伯](Wb)1Wb=1V·s磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H

：介質(zhì)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與介質(zhì)磁導(dǎo)率之比。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位：安培/米（A/m)第一百三十頁，共142頁。

任意選定一個(gè)閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負(fù)。

式中：是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；I

是穿過閉合回線所圍面積的電流的代數(shù)和。安培環(huán)路定律電流正負(fù)的規(guī)定：安培環(huán)路定律（全電流定律）I1HI2安培環(huán)路定律將電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來。

在均勻磁場(chǎng)中

Hl=IN第一百三十一頁，共142頁。真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用

0表示，有：

磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。相對(duì)磁導(dǎo)率

r：

任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率0的比值。磁導(dǎo)率的單位：亨/米（H/m）第一百三十二頁，共142頁。物