電氣控制技術第2講

電氣控制技術第2講回顧：1.1常用電器的作用與分類1.2接觸器（功能、主要組成部分、觸點）本課主要內(nèi)容：§1.2.1接觸器電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置電磁機構主要技術數(shù)據(jù)（二）電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置1）電弧的產(chǎn)生電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。接觸器觸點切斷電路時，電路中電壓超過10-20V和電流超過80-100mA時，拉開的兩個觸頭之間出現(xiàn)強烈火花。氣體放電：氣體中有大量的帶電粒子作定向運動。電弧產(chǎn)生原因:氣體電離放電電弧的產(chǎn)生過程：強電場發(fā)射：觸點分離的瞬間，由于動、靜觸頭的距離很小，觸頭間的電場強度就非常大，使觸頭內(nèi)部的電子在強電場的作用下被拉出來，就形成強電場發(fā)射。碰撞游離：從陰極表面發(fā)射出在電場力的作用下高速向陽極運動，在運動過程中不斷地與中性質(zhì)點（原子或分子）發(fā)生碰撞。當高速運動的電子積聚足夠大的動能時，就會從中性質(zhì)點中打出一個或多個電子，使中性質(zhì)點游離，這一過程成為碰撞游離。也叫撞擊電離。熱電子發(fā)射：碰撞游離的正離子向陰極運動，撞在陰極上使陰極溫度逐漸升高。當陰極溫度達到一定程度時，一部分電子從陰極逸出再參與碰撞游離。由于高溫而使電極發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。熱游離：當電弧的溫度達到3000。Ｃ或更高時，弧柱中的原子以很高的速度作不規(guī)則的運動并相互劇烈碰撞，結果原子也將產(chǎn)生電離，因高溫使原子撞擊產(chǎn)生的電離稱為熱游離?；≈鶎щ娋褪强繜嵊坞x來維持的。強電場發(fā)射、撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結果，使得在兩觸點間呈現(xiàn)大量向陽極飛馳的電子流，就是所謂的電弧。電孤有兩個特點：一是電弧中有大量的電子、離子，因而是導電的，電孤不熄滅電路繼續(xù)導通，電弧熄滅后電路才正式斷開；二是電弧的溫度很高，弧心溫度達4000～5000攝氏度以上，高溫電弧會燒壞設備造成嚴重事故，所以必須采取措施，迅速熄滅電弧。電弧的后果:燒觸頭、延長分斷時間消電離現(xiàn)象：主要通過正負帶電質(zhì)點的復合進行的，溫度越低，帶電質(zhì)點運動越慢，越容易復合。觸點分斷過程就是電弧形成與抑制的過程。2）滅弧裝置滅弧原理：設法降低電弧區(qū)溫度和電場強度，加強消電離作用。當電離速度低于消電離速度時，電弧即逐漸熄滅。常用的滅弧方式有拉滅弧法冷卻滅弧法用氣體吹動滅弧采用多斷口滅弧利用真空滅弧將電弧分為多個串聯(lián)的短弧2）滅弧裝置1、磁吹式滅弧：利用電弧電流本身滅弧，電弧電流愈大，吹弧能力也越強。廣泛用于直流接觸器中2）滅弧裝置2、滅弧柵：有許多鍍銅薄鋼片組成，片間距離為2-3mm，安裝在滅弧罩內(nèi)。一般適合于交流滅弧裝置。3、滅弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分割各路電弧以防止發(fā)生短路；二是使電弧與滅弧罩的絕緣壁接觸，使電弧迅速冷卻而熄滅。2）滅弧裝置4、多斷點滅弧如橋式觸頭。一般交流繼電器和小電流接觸器采用此種方法。（三）電磁機構作用：將電磁能轉換為機械能，帶動觸頭使之閉合或斷開。1、電磁機構的結構形式：由吸引線圈（激磁線圈）和磁路（包括鐵芯、鐵軛、銜鐵和空氣氣隙）兩部分組成。（1）按銜鐵運動方式分為：a、銜鐵沿棱角轉動的拍和式鐵芯。b、銜鐵沿軸轉動的拍和式鐵芯。c、銜鐵沿直線運動的直動式鐵芯。電磁機構的分類如下：轉動式（2）按磁系統(tǒng)形狀分類：U形和E形。（3）按激磁線圈種類：交流線圈和直流線圈。（4）按激磁線圈的連接方式：并聯(lián)（電壓線圈）和串（電流線圈）。2、電磁機構的工作原理吸力特性：電磁機構的吸力與氣隙的關系曲線。反力特性：電磁機構轉動部分的靜阻力與氣隙的關系曲線。（1）反力特性：反力由利用彈簧拉力和銜鐵自重兩種方式產(chǎn)生：1)彈簧反力與引起形變的位移x成正比，反力特性：2)自重的反力與氣隙大小無關，反力特性：上述二中反力特性曲線如圖所示。其中1為電磁機構氣隙的初始值；2為動靜觸頭開始接觸時的氣隙長度。由于超行程機構的彈力作用，反力特性在2處有一突變。反力特性（2）吸力特性吸力特性：電磁吸力與氣隙的關系曲線。說明：吸力特性與線圈勵磁電流種類、線圈連接方式有關。電磁吸力公式：當端面積S為常數(shù)時，F(xiàn)與成正比式中：U---線圈電壓（V）E---線圈感應電勢（V）f---線圈外加電壓的頻率（Hz）---氣隙磁通（wb)N---線圈匝數(shù)a、交流電磁機構的吸力特性：

分析：

分析：當f、N、U為常數(shù)時-------為常數(shù)-----F為常數(shù)（幅值不變）；因U與無關，所以F亦與無關,考慮到漏磁通的影響，吸力F隨氣隙的減小略有增加。根據(jù)磁路定律可知：交流激磁線圈的電流與氣隙成正比。F21F=f（）I=f（）b、直流電磁機構的吸力特性特點：激磁電流不受氣隙變化的影響，即磁勢WI與氣隙大小無關，因此：F2(1/)2即直流電磁機構的吸力F與氣隙的平方成反比。氣隙越小，吸力越大。F21F=f（）I=f（）c、剩磁的吸力特性：由于鐵磁材料有剩磁，它使電磁機構的激磁線圈失電后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力隨氣隙的增大而減小。（3）吸力特性與反力特性的配合F21直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性電磁機構欲使銜鐵吸合，吸力必須大于反力；但也不宜過大，否則會造成電器的機械壽命縮短。當銜鐵釋放時，其反力必須大于剩磁吸力，才能可靠釋放。如圖所示作用：對于單相交流電磁機構由于交流磁通過零時吸力為零，吸合后的銜鐵在反力作用下將被拉開；磁通過零后吸力增大，當吸力大于反力時銜鐵又吸合。這樣交流電每周期內(nèi)銜鐵吸力要兩次過零，使銜鐵產(chǎn)生強烈震動和噪音，甚至使鐵心松散。為此在鐵心端面上裝一個銅制的分磁環(huán)（短路環(huán)）（4）短路環(huán)

（5）電磁機構的輸入輸出特性電磁機構激磁線圈的電壓（或電流）為其輸入量，銜鐵的位置為其輸出量，兩者之間的關系稱為輸入---輸出特性若以y代表電磁機構的輸出量，并將銜鐵處于吸合位置記作y=1；將銜鐵處于釋放位置記作y=0；當吸力特性處于反力特性上方時，銜鐵吸合；當吸力特性處于反力特性上下方時，銜鐵釋放。若以x代表電磁機構的輸入量，使吸力特性處于反力特性上方的最小輸入量以xc表示，稱為電磁機構的動作值；使吸力特性處于反力特性下方的最大輸入量以xf表示，稱為電磁機構的返回值。為使電器工作可靠一般的額定輸入量xf大于xcyxfxcx1xe電磁機構的輸入輸出特性電磁機構的輸入----輸出特性如圖所示?？梢?，電磁機構的輸入----輸出特性為一矩形曲線，稱為繼電特性（5）電磁機構的輸入輸出特性二、接觸器的主要技術數(shù)據(jù)

（一）接觸器的型號及代表意義:

1、型號

例如，CJl2-250／3:為CJl2系列交流接觸器，額定電流250A，三個主觸點。CJl2T-250／3:為CJl2系列改型后的交流接觸器，額定電流250A，三個主觸點。例，CZ0-100/20:為CZ0系列直流接觸器，額定電流100A，二個常開主觸點。2、接觸器的圖形和文字符號接觸器的圖形和文字符號如圖所示。各類接觸器直流接觸器直流接觸器交流接觸器交流接觸器（二）接觸器的主要技術數(shù)據(jù)1、額定電壓接觸器銘牌額定電壓是指主觸點上的額定電壓。通常用的電壓等級為：直流接觸器：220V、440V、660V交流接觸器：220V、380V、500V2、額定電流接觸器銘牌額定電流指主觸點的額定電流。常用的電流等級為：直流接觸器：25A、40A、60A、100A、l50A、250A、400A、600A。交流接觸器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。3、線圈的額定電壓

接觸器線圈正常工作的電壓常用的等級為：直流線圈；24V、48V、220V、440V。交流線圈：36V、127V、220V、380V。說明：1）交流負載選用交流接觸器，直流負載選用直流接觸器，但交流負載頻繁動作時可采用直流吸引線圈的接觸器。2）常用的額定電壓是直流110V，220V；交流127V，220V，380V。4、額定操作頻率額定操作頻率是指每小時接通次數(shù)。說明：交流接觸器最高為600次／h；直流接觸器可高達1200次／h。5、補充技術數(shù)據(jù)（１）動作值：指接觸器的吸合電壓和釋放電壓。吸合電壓：線圈額定電壓85%以上時，接觸器應可靠吸合。釋放電壓：線圈電壓低于額定電壓70%，且高于10%額定電壓（交流接觸器）或5%額定電壓（直流接觸器）（2）接通與分斷能力指接觸器主觸頭在規(guī)定條件下能可靠地接通和分斷的電流值。在此電流值下，接通或分斷時，不應發(fā)生熔焊、飛弧和過分磨損等。(3)機械壽命和電氣壽命機械壽命是接觸器不帶電時可操作的次數(shù),電氣壽命則是帶電情況下的操作次數(shù)。(4)工作制工作制分長期工作制、斷續(xù)周期工作制、短時工作制、反復短時工作制四種。(5)其它接觸器主觸點的極數(shù)（單極、雙極、三極、多極），主觸點的形式（常開、常閉），輔助觸點的數(shù)量（常開NO、常閉NC），輔助觸點的額定電壓和額定電流等。三、接觸器在電氣線路中3、選擇步驟根據(jù)負載性質(zhì)確定工作類別；根據(jù)類別確定接觸器系列根據(jù)負載額定電壓確定接觸器額定電壓根據(jù)負載額定電流確定接觸器額定電流，并根據(jù)外界條件加以修正選定吸引線圈的額定電壓根據(jù)負載情況復核操作頻率4、選擇原則

（1）接觸器的額定電壓主電路額定電壓。（2）接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等。（3）接觸器的額定電流等級應按下列方法選擇．（a）按接觸器設計時規(guī)定的使用類別使用時按觸器的額定電流應等于或稍大于負載額定電流。（b）按輕任務使用類別設計的接觸器，用于重任務使用類別時，應降低容量使用。（c）用于反復短時工作制的接觸器，其額定電流應大于負載的等效發(fā)熱電流(4）接觸器型號的選擇各系列接觸器是按一定使用類別設計的，應根據(jù)負載的情況選用。此外還應注意負載的工作制。5、主要型號1）交流接觸器國內(nèi)：CJ10、CJ20、CJX1、CJX2等國外：3TB（西門子）、A系列（ABB）、LC1系列（施耐德）等2）直流接觸器國內(nèi)：CZ0、CJX1-Z國外：3TC（西門子）3）改型樣式如CJ12T-250/3、3TF4522-0XM0、A-26等修正舉例接觸器安裝在箱柜內(nèi)，由于冷卻條件變差，電流要降低10%-20%使用處于長期工作制時，而且通電持續(xù)率不超過40%時，敞開安裝，電流允許提高10%-25%，箱柜安裝，允許提高5%-10%4）技術數(shù)據(jù)四、交直流接觸器的發(fā)展趨勢

（一）現(xiàn)狀1、轉動式交流接觸器：缺點：體積大、用料多、壽命短優(yōu)點：結構簡單、制作容易、維護方便重負荷工作條件仍廣泛采用美國CGE公司370(直流）,372（交流）比利時ACEC公司R系列2、直動式交流接觸器：優(yōu)點：結構緊湊、體積小、安裝方便、壽命長中、小容量較多采用西門子公司3TB東芝公司ESPAS

3、直流接觸器：不如交流接觸器用途廣泛兩種基本類型：傳統(tǒng)式（旋轉式）、交流派生式西屋公司M系列西門子3TC系列（交流派生）

(二）、交直流接觸器的發(fā)展趨勢1、提高工作可靠性：近年來工作可靠性一躍而居眾所關注的重要地位，可靠性的研究就成為當前的主要研究課題。目前世界各生產(chǎn)廠家及研究單位圍繞接觸器的可靠性問題做了以下工作：降低其動作電壓值；降低其釋放電壓上限和提高釋放電壓下限；提高其在惡劣條件下的可靠性；提高其對傾斜、沖擊、振動的耐受能力；提高其絕緣能力；提高其承受短路電流的能力等等。

通斷能力是交直流接觸器的重要技術指標之一.在AC4工作制時為8～10倍額定電流，在AC3工作制時為10～12倍額定電流。實際上各制造廠家為保證運行可靠，其產(chǎn)品的通斷能力遠遠超出上述規(guī)定。

2、提高通斷能力：3、提高使用壽命：提高使用壽命無疑對系統(tǒng)或裝置的效益有著直接關系。lEC標準規(guī)定交流接觸器的機械壽命最高為1000萬次，至于電壽命迄今