電機及電氣控制技術教案：第9講

****學院單元教學設計****學年第**學期課程名稱：電機與電氣控制技術授課班級：****任課教師：所在系部及教研室：研室

第9講標題：低壓斷路器（1學時）、手控電器及主令電器（1學時）授課班級1上課時間上課地點多媒體教室教學目的掌握低壓斷路器的結構、工作原理、保護功能，使用方法。掌握主令電器的種類，各種主令電器的原理及作用。教學目標能力（技能）目標知識目標能正確選擇低壓斷路器；能正確完成低壓斷路器在線路中的接線；能正確對低壓斷路器進行維護和檢修；能正確選擇刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關；能正確完成刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關在線路中的接線；能正確對刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關進行維護和檢修。掌握低壓斷路器的作用；了解低壓斷路器的結構和動作原理；了解低壓斷路器的類型；了解低壓斷路器的主要參數(shù)；掌握低壓斷路器的使用和選擇方法；掌握低壓斷路器的圖形和文字符號；掌握刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關的作用；了解刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關的結構和動作原理；掌握刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關的使用和選擇方法；掌握刀開關、組合開關、萬能轉(zhuǎn)換開關、按鈕、行程開關的圖形和文字符號。重點難點及解決方法重點：低壓斷路器的結構、三種脫扣裝置的動作原理。難點：同上解決方法：與熱繼電器、欠電壓繼電器、熔斷器的動作進行比較，就可以解決三種脫扣裝置的動作問題。參考資料【步驟一】說明主要教學內(nèi)容、目的（時間：3分鐘）低壓斷路器的工作原理、保護功能。【步驟二】新知識講解（時間：37分鐘）一、低壓斷路器的類型低壓斷路器按用途和結構形式可分為框架式、塑殼式、限流式、直流快速式、滅磁式和漏電保護式等六類。其中框架式斷路器主要用作配電網(wǎng)絡的保護開關，而塑殼式斷路器除可用作配電網(wǎng)絡的保護開關外，還可用作電動機、照明和電熱電路的控制開關。二、低壓斷路器的結構和工作原理在電力拖動系統(tǒng)中常用的是DZ系列塑殼式斷路器。1.低壓斷路器的結構低壓斷路器主要由動靜觸頭、滅弧裝置、操作機構和各種脫扣器（電磁脫扣器、熱脫扣器等）組成。（1）觸頭及滅弧裝置觸頭分主、輔助觸頭，是斷路器的執(zhí)行部件，為提高其分斷能力，在主觸頭處裝有滅弧室，常用狹縫式去離子柵滅弧室。（2）脫扣器脫扣器是斷路器的感測元件，當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器感測到故障信號后，經(jīng)自由脫扣機構使斷路器觸頭分斷。按脫扣器接受故障種類不同，可分為電磁脫扣器、熱脫扣器、欠、失壓脫扣器、分勵脫扣器幾種。電磁脫扣器實質(zhì)上是一個電流線圈的電磁機構，線圈串接在主電路中。當電流正常時，產(chǎn)生的電磁吸力不足以克服反作用力，銜鐵不能吸合。當電路出現(xiàn)短路和瞬時過電流故障時，銜鐵被吸合并帶動自由脫扣機構使斷路器跳閘，達到過電流和短路保護的目的。熱脫扣器采用雙金屬片制成，其熱元件串接在主電路中，工作原理與熱繼電器相同，當過載電流達到一定值時，雙金屬片彎曲帶動自由脫扣機構使斷路器跳閘，從而達到過載保護的目的。欠、失壓脫扣器是一個具有電壓線圈的電磁機構，其線圈并接在主電路中。當主電路電壓消失或降至一定數(shù)值以下時，其電磁吸力不足以繼續(xù)吸持銜鐵，在彈簧反力作用下，銜鐵的頂板推動自由脫扣器，使斷路器跳閘，從而達到欠壓與失壓保護的目的。2.低壓斷路器的工作原理圖3-42為DZ5-20系列斷路器的工作原理示意圖。使用時，斷路器的主觸頭串聯(lián)在被控制的電路中，按下接通按鈕時，鎖扣在外力作用下克服反作用彈簧的反力使動、靜觸頭閉合，并由鎖扣鎖住搭鉤，開關處于接通狀態(tài)。當電路發(fā)生過載時，過載電流流過熱脫扣器的熱元件，使雙金屬片受熱向上彎曲，通過杠桿推動搭鉤與鎖扣分開，從而使動、靜觸頭分斷，切斷電路。當電路發(fā)生短路故障時，短路電流流過電磁脫扣器的線圈，產(chǎn)生足夠大的吸力將銜鐵吸合，通過杠桿推動搭鉤與鎖扣分開，切斷電路，起到短路保護作用。低壓斷路器電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流一般為10IN（IN為斷路器的額定電流），所以短路電流應大于10IN。當電路電壓消失或降低到接近消失時，欠電壓脫扣器的吸力消失或不足以克服反作用彈簧的拉力，銜鐵將會碰撞杠桿使搭鉤與鎖扣分開，切斷電路，起到欠、失壓保護作用。三、低壓斷路器的保護特性及主要技術參數(shù)1.斷路器的保護特性斷路器的保護特性主要是指斷路器過載和過電流保護特性，即斷路器動作時間與過載和過電流脫扣器的動作電流的關系特性，如圖2-36所示。ab段為過載保護曲線，具有反時限；df段為瞬時動作部分，當故障電流超過d點對應電流值時，過電流脫扣器便瞬時動作；ce段為定時限延時動作部分，當故障電流超過c點相對應的電流值時，過電流脫扣器經(jīng)過短延時后動作。根據(jù)需要，斷路器的保護特性可以是兩段式的，如abdf，既過載長延時和短路瞬動保護；而abce則為過載長延時和短路短延時保護。還可有三段式的保護特性，如abcghf，既有過載長延時、短路短延時和特大短路電流時的瞬動保護。其保護特性應與被保護對象的發(fā)熱特性匹配，即斷路器的保護特性應位于被保護對象的發(fā)熱特性之下，斷路器的保護特性也應具有選擇性。2.斷路器的主要技術參數(shù)（1）額定電壓斷路器在電路中長期工作時的允許電壓。（2）斷路器額定電流是指脫扣器允許長期通電的電流，即脫扣器額定電流，對可調(diào)式脫扣器則為長期通過的最大電流。（3）斷路器通斷能力指在規(guī)定操作條件下，斷路器能接通和分斷短路電流的能力。（4）保護特性斷路器的動作時間與動作電流的關系曲線。四、斷路器的典型產(chǎn)品介紹1.塑殼式斷路器低壓斷路器的六大類產(chǎn)品中，應用最廣泛的是塑殼式斷路器。常用的有：DZ5、DZ10、DZ15、DZ20、DZX19、DZS6-20、C45N、S060等系列產(chǎn)品。2.漏電保護斷路器漏電保護斷路器是一種安全保護電器，在電路中作為觸電和漏電保護之用。在線路或設備出現(xiàn)對地漏電或人身觸電時，能迅速自動切斷電路，有效的保證人身和線路的安全。漏電保護斷路器的額定漏電動作電流為30~100mA，漏電脫扣動作時間小于0.1s。五、低壓斷路器的選用1.低壓斷路器的額定電壓和額定電流，應大于或等于電路或設備的正常工作電壓和計算負載電流。2.熱脫扣器的整定電流應等于被控制負載的額定電流。3.電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應大于被控負載正常工作時可能出現(xiàn)的峰值電流。4.低壓斷路器用于控制電動機時，其電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流可按下式選?。篒Z≧（6—12）IN（式3-7）5.欠電壓脫扣器的額定電壓應等于電路的額定電壓。6.斷路器分勵脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。7.斷路器的通斷能力應大于或等于電路的最大短路電流。8.斷路器的類型應根據(jù)使用場合和保護要求來選用。六、低壓斷路器的圖形和文字符號低壓斷路器的圖形符號如圖3-44所示，其文字符號為QF?！静襟E三】知識和能力的歸納（時間：5分鐘）低壓斷路器它集控制和多種保護功能于一體，可用于電路的不頻繁通斷控制和控制電動機，在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時，能自動切斷故障電路，在低壓配電電路中得到廣泛應用?！静襟E四】說明主要教學內(nèi)容、目的（時間：3分鐘）主令電器的作用?！静襟E五】新知識講解（時間：33分鐘）一、刀開關刀開關是手控電器中結構最簡單，應用最廣泛的一種。主要用于照明、電熱設備及小容量電動機控制電路中，供手動不頻繁地接通和分斷電路用，或用于電源側(cè)作隔離開關。刀開關主要由動觸刀、靜夾座、操作手柄和絕緣底座組成，靠手動來實現(xiàn)觸刀與夾座的接觸或分離，以便實現(xiàn)對電路的控制。按不同結構形式刀開關可分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關；按刀的極數(shù)可分為單極、雙極和三極。刀開關的主要技術參數(shù)有額定電壓、額定電流、通斷能力、動穩(wěn)定性電流、熱穩(wěn)定性電流等。刀開關在長期工作中能承受的最大電壓和最大工作電流稱為額定電壓和額定電流。目前生產(chǎn)的刀開關的額定電壓一般為交流500V、直流440V以下，額定電流有10、15、20、30、60A等五個等級，大電流刀開關還有100、200、400、600、1000A等級別。分斷能力是指在規(guī)定條件下，刀開關在額定電壓下接通和分斷的最大電流值。動穩(wěn)定性電流是指電路在發(fā)生短路故障時，刀開關不因短路電流峰值所產(chǎn)生的電動力作用而發(fā)生變形、損壞或觸刀自動彈出等現(xiàn)象，這個短路峰值電流即為動穩(wěn)定性電流。熱穩(wěn)定性電流是指電路發(fā)生短路故障時，刀開關在一定時間內(nèi)通過某一最大短路電流，并不因溫度驟升而發(fā)生熔焊現(xiàn)象，這一短路電流就稱為刀開關的熱穩(wěn)定性電流。通常刀開關的動穩(wěn)定性電流和熱穩(wěn)定性電流都為其額定電流的數(shù)十倍。刀開關的符號如圖2-39所示，其文字符號為QS。二、組合開關組合開關又叫轉(zhuǎn)換開關，它觸頭對數(shù)多，接線方式靈活，體積小，一般用于不頻繁地接通和斷開電路、及控制小容量（5KW以下）異步電動機的起動、正反轉(zhuǎn)和停止。常用的組合開關有HZ1、HZ2、HZ3、HZ4、HZ5、HZ10等系列。圖2-40所示為HZ10-10/3型組合開關的外形結構圖，它具有組合性強、性能可靠、壽命長等優(yōu)點。開關主要由手柄、轉(zhuǎn)軸、凸輪、三對動觸頭和三對靜觸頭及外殼等組成。其三對靜觸頭分別是裝在三層絕緣墊板上，并附帶接線座。動觸頭是由磷銅片和具有良好滅弧性能的鋼紙板鉚合而成，并和絕緣墊板一起套在附有手柄的方形絕緣轉(zhuǎn)軸上，當轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。組合開關的圖形符號如圖2-42c所示，其文字符號為QS。三、萬能轉(zhuǎn)換開關萬能轉(zhuǎn)換開關是由多組相同結構的觸頭組件疊裝而成，用于控制多回路的主令電器。主要用于控制電路的轉(zhuǎn)換，也可用于小容量異步電動機的起動、換向及變速控制。由于其觸頭檔位多、換接電路多、用途廣泛，故又稱為萬能轉(zhuǎn)換開關。目前常用的萬能轉(zhuǎn)換開關有LW5、LW6、LW15等系列。萬能轉(zhuǎn)換開關主要由操作機構、接觸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機構等部件組成。萬能轉(zhuǎn)換開關的接觸系統(tǒng)由許多接觸元件組成，每一接觸元件均有一膠木觸頭座，每層底座均可裝三對觸頭，并由底座中間的凸輪進行控制。操作時，手柄帶動轉(zhuǎn)軸和凸輪一起旋轉(zhuǎn)，由于每層凸輪可做成不同的形狀，因此開關（即手柄）轉(zhuǎn)到不同位置時，通過凸輪的作用,可使各對觸頭按所需要的規(guī)律接通或分斷，從而達到換接電路的目的。定位機構一般采用滾輪卡棘輪輻射形結構。這樣操作時滾輪和棘輪間為滾動摩擦，滑塊克服彈簧力在定位槽中滑動，操作力小，定位可靠，有一定的速動作用，有利于提高分斷能力，并能加強觸頭系統(tǒng)的同步性。四、控制按鈕控制按鈕是一種利用人手來操作，并具有儲能彈簧復位的一種控制開關，在低壓電路中，常用于發(fā)布動作命令，遠距離控制各種電磁開關，再由電磁開關去控制電動機等?？刂瓢粹o一般由按鈕帽、復位彈簧、橋式動觸頭、靜觸頭、支柱連桿及外殼等部分組成，如圖2-49所示。按鈕按靜態(tài)（不受外力作用）時觸頭的分合狀態(tài)，可分為常開按鈕（常用于設備的起動）、常閉按鈕（常用于設備的停止）、復合按鈕）。復合按鈕是將常開和常閉按鈕組合為一體。當按下復合按鈕時，常閉觸頭先斷開，常開觸頭后閉合。當按鈕釋放后，在復位彈簧作用下按鈕復原，復原過程中常開觸頭先恢復斷開，常閉觸頭后恢復閉合?？刂瓢粹o的圖形符號如圖2-50所示，其文字符號為SB。根據(jù)按鈕的類型和用途不同，其符號也有變化。五、行程開關行程開關是用以反映工作機械的行程，發(fā)出命令以控制其運動方向、行程大小以及實現(xiàn)其位置保護的主令電器。行程開關的作用原理與按鈕相同，通常行程開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定的位置或行程實現(xiàn)自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。從結構上來看，行程開關可分為三個部分，即觸頭系統(tǒng)、操作機構和外殼。操作機構是開關的感測部分，用于接受生產(chǎn)機械發(fā)出的動作信號，并將此信號傳遞給觸頭系統(tǒng)。觸頭系統(tǒng)是行程開關的執(zhí)行部分，它將操作機構傳來的機械信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺敵龅接嘘P控制電路，