工业电气控制及PLC技术 第一章 电磁式低压电器.ppt

第一章电磁式低压电器,引言低压供电在工农业生产、国防、交通及人类生活等领域应用广泛，低压电的产生、输送、分配和应用都离不开低压电器。低压电器工作在交流1000V、直流1200V额定电压以下的电路中，以实现对电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节为目的的电器。电磁式低压电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器。,低压断路器,接触器,断路器,热继电器,熔断器式刀开关,刀开关,常用的低压电器,第一节低压电器分类及电磁式电器的结构和工作原理,,一、低压电器的分类低压电器的种类很多，其功能、规格、工作原理也各不相同。按用途可以分为以下几类1、低压配电电器用于供电系统中进行电能的输送和分配的电器。要求分断能力强，限流效果好，动稳定及热稳定性能好。低压断路器、隔离开关、刀开关、自动开关等。2、低压控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器。要求有一定的通断能力，操作频率要高，电器的机械寿命要长。接触器、继电器、启动器、各种控制器等。,,3、低压主令电器用于发送控制指令的电器。要求操作频率要高，抗冲击，电器的机械寿命要长。按钮、主令开关、行程开关和万能转换开关等。4、低压保护电器用于对电路和用电设备进行保护的电器。要求有一定的通断能力，可靠性要高，反应要灵敏。熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。5、低压执行电器用于完成某种动作和传动功能的电器。电磁铁、电磁离合器等。,,低压电器按使用的场合可分为１、一般工业用电器２、特殊工矿用电器３、安全电器４、农用电器５、牵引电器按操作的方式可分为１、手动电器２、自动电器按工作原理分为１、电磁式电器采用电磁现象完成信号检测及工作状态转换。最典型，应用最广泛。２、非电量控制电器,二、电磁机构原理各类电磁式电器在工作原理和结构上基本相同，从结构上来看，主要由两部分组成电磁机构（检测部分）触头系统（执行部分）。１、电磁机构的组成组成电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。原理通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头动作，完成接通和分断电路的功能。串联线圈采用粗导线、匝数少，使得线圈阻抗小，以减少对电路的分压影响；并联线圈采用细导线、匝数多，使得线圈阻抗大，以减少对电路的分流影响。,根据衔铁相对铁心的运动方式，电磁机构可分为直动式和拍合式两种。２、触点系统常开或动合触头、常闭或动断触头1）常开动合头当线圈通电时，触头将闭合，使与其相连电路接通。2）常闭触头当线圈通电时，触头将断开，使与其相连电路断开。,３、电磁特性1电磁吸力与吸力特性电磁吸力FB2S107／8πBBmSinωt；B为气隙中磁感应强度。电磁吸力特性电磁式电器在吸合或释放过程中，电磁吸力也将随气隙的变化而改变，这种特性称为吸力特性。交流电磁铁的电磁吸力决定于气隙和B。２交流接触器短路环的作用电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时，使触点恢复常态的力称为反力，电磁电器中反力由复位弹簧和触头产生，衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力此时是剩磁产生的电磁吸力。当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁心吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁心释放。,问题交流接触器在电源电压变化一个周期中电磁铁吸合两次，释放两次，电磁机构产生剧烈的振动和噪声，因而它不能正常工作。解决的办法在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环。加上短路环后，磁通被分为大小接近、相位相差约90电角度的两相磁通，因两相磁通不会同时过零，故由两相磁通产生的合成电磁吸力变化较为平坦，使电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，铁心牢牢吸合，这样就消除了振动和噪声，一般短路环包围2／3的铁心端面。,,三、电接触及灭弧工作原理１、电接触电接触状态就是触头闭合并有工作电流通过时的状态．触头接触电阻的大小将影响工作的可靠性和触头的寿命。触头的接触形式触头的接触形式有点接触，线接触，面接触三种。点接触－小电流，触头压力小；线接触－（插拔）接电次数多；面接触－大电流。,,触头的结构形式桥形触头（点、面）；指形触头（线）－去除触头表面氧化物。减少接触电阻的方法1）增加接触压力－动触头上装一个触点弹簧；2）选择电阻系数小的材料3）改善触点的表面状况,２、灭弧的工作原理及方法电弧的产生触电在通电状态下动、定触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出，在高热和强电场的作用下，电子运动撞击空气分子，使之电离而产生电弧．常用的灭弧原理◆迅速拉大电弧长度而降低单位长度电弧的电压。◆冷却灭弧。常用的灭弧装置,第二节电磁式接触器,,电磁式接触器的用途是用来接通和分断负荷电流的电磁式电器。主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操作和远距离控制，是电力拖动自动控制系统中使用最广泛的电器元件之一。接触器的分类接触器按其分断电流的种类可分为直流接触器和交流接触器。按其主触点的极数可分为单极、双极、三极、四极、五极几种。单级、双极多为直流接触器。,,一、接触器的结构及工作原理１、交流接触器的结构交流接触器主要由四大部分组成，即电磁机构、触头系统、灭弧装置和其他辅助部件。电磁机构电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，用作产生电磁吸力，带动触头动作。触头系统触头分为主触头及辅助触头。主触头接通或断开主电路或大电流电路。容量较大。辅助触头用于控制电路，起控制其他元件接通或分断及电气连锁作用。容量较小。结构上常开、常闭成对。,交流接触器外观图,交流接触器动作图,,灭弧装置容量较大的接触器都有灭弧装置。对于小容量的接触器，常采用电动力吹弧、灭弧罩等；对于大容量的接触器，采用窄缝灭弧及栅片灭弧。其他辅助部件包括反力弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构、支架及底座等。2、交流接触器的工作原理当线圈通电后，线圈电流产生磁场，使铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。与衔铁固连在一起的动触头动作，使常开触头闭合，常闭触头断开，进而完成电路的分断。当线圈断电或电压较低时，电磁吸力消失或减弱，衔铁在反力弹簧的作用下释放，触头复位，实现低压释放的保护功能。,,,,3、交流接触器的型号目前，中国常用的交流接触器主要有CJ20、CJX1、CJX2、CJ12等系列。常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ10、CZ2,CJ20,CJ12,CJX1,CJX2,CZ18,CZ21,CZO,,二、接触器的主要技术参数及型号含义1、技术参数额定电压铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为直流接触器220V，440V，660V交流接触器220V，380V，500V如某负载是380V的三相感应电动机，则应选用380V的交流接触器。额定电流铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级为直流接触器25，40，60，100，150，250，400，600A交流接触器5，10，20，40，60，100，150，250，400，600A,,上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断长期工作制时的电流值。若超过8小时，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜。如果上述条件改变，就要做相应修正电流值，具体如下当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件差，电流要降低1020使用当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率不超过40；敞开安装，电流允许提高1025；箱柜安装，允许提高510。线圈的额定电压通常的电压等级为直流线圈24，48，220，440V交流线圈36，127，220，380V（选择时一般交流对交流，直流对直流，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器；直流接触器断开时产生的过电压高达1020倍，故不宜采用高电压等级，电压太低，接通线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠）,,操作频率指每小时接通的次数，交流接触器最高为600次/h，直流接触器可达1200次/h。操作频率直接影响到接触器的电寿命和灭弧罩的工作条件，对于交流接触器还影响到线圈的温升。接通和分断能力指主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。此电流值下，接通时主触点不应发生熔焊；分断时主触点不应发生长时间焊弧。电路中超出此电流值的分断任务则由熔断器、自动开关等保护电器承担。接触器的使用类别这是由于接触器用于不同负载时，对主触点的接通和分断能力的要求不一样，而不同类别时接触器是根据不同控制对象（负载）的控制方式所规定的。,,接触器常见的使用类别及典型用途AC－1无感或微感负载、电阻炉AC－2绕线式感应电动机的起动、分断AC－3笼型感应电动机的起动、运转中分断AC－4笼型感应电动机的起动、反接制动或反向运转、点动AC－5a放电灯的通断AC－5b白炽灯的通断AC－6a变压器的通断AC－6b电容器组的通断AC－7a家用电器和类似用途的低感负载AC－7b家用的电动机负载AC－8a具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机中的电动机AC－8b具有自动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机中的电动机DC－1无感或微感负载、电阻炉DC－3并励电动机的起动、反接制动或反向运转、点动DC－5串励电动机的起动、反接制动或反向运转、点动,,交流,,直流,,接触器主触点达到的接通和分断能力为AC－1和DC－1类允许接通和分断额定电流；AC－2、DC－3和DC－5类允许接通和分断4倍的额定电流；AC－3类允许接通6倍的额定电流和分断额定电流；AC－4类允许接通和分断6倍的额定电流；2、接触器的图形符号和文字符号,,三、接触器的选用1、根据负载性质来选择对于感应式异步电动机的控制宜选用AC-2～AC-4类的接触器。生产中广泛使用中小容量的笼型电动机，而且是一般负载，它相当于AC-3的使用类别。控制机床电动机的接触器，负载比较复杂，有用AC-3、AC-4的，也有用AC-1和AC-4混合的。2、根据电动机（或其他负载）的功率和操作情况来确定接触器主触点的电流等级。当接触器的使用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般应使主触点的电流等级与所控制的负载相当，或稍大一些。另外额定电流应大于或等于被控回路的额定电流；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的电压一致；触头数量和种类应满足主电路和控制电路的要求。,第三节电磁式继电器,,一、继电器的结构、作用、分类和特性1、继电器的结构电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似。电磁机构交流继电器的电磁机构形式有U型拍合式、E型直动式、空心或装甲螺管式等结构形式。U型拍合式和E型直动式的铁心和衔铁均由硅钢片叠成，且在铁心柱端面上装有分磁环。直流继电器的电磁机构形式为U型拍合式，铁心和衔铁均由电工软铁制成。为了增加闭合后的气隙，在衔铁的内侧上装有非磁性垫片，铁心铸在铝基座上。,,触点系统交、直流继电器的触点由于均接在控制电路上，且电流小，故不装灭弧装置。其触点一般为桥式触点，有常开和常闭两种形式。另外为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还具有改变释放弹簧及改变衔铁打开状态时气隙大小的调节装置，例如调节螺母。2、继电器的作用电磁式继电器根据外来信号（电压和电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。值得注意的是继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。,,3、继电器的分类按输入信号不同电压继电器电流继电器时间继电器速度继电器中间继电器按线圈电流种类不同交流继电器直流继电器按使用范围不同控制继电器保护继电器通讯继电器安全继电器按动作原理不同电磁式继电器感应式继电器电动式继电器电子式继电器热继电器,,4、继电器的特性继电器的主要特性是输入-输出特性，又称为继电特性。继电特性曲线为跳跃式的回环特性，即继电器的吸合值与释放值不等，一般继电器的释放值小于吸合值。继电器的返回系数KfX1/X2是继电器重要参数之一。不同场合要求不同的Kf值。另一个重要的参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需要的时间；释放时间是指线圈失电到衔铁完全释放所需要的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.050.15S，它的大小影响继电器的操作频率。,,,,,,,,,,,y1,y,0,x1,x2,x,,二、电磁式电压继电器及电磁式电流继电器图形及文字符号,电压继电器,电流继电器,,1、电磁式电压继电器（电压继电器线圈的匝数多并且线径细）过电压继电器继电器线圈在额定电压时，衔铁不产生吸合动作。只有当线圈的电压高于其额定电压的某一值时衔铁才产生吸合动作。常用过电压继电器的常闭触点。吸合电压调节范围为Ux＝1.05～1.2UN。欠电压继电器继电器线圈在额定电压时，欠电压继电器的衔铁处于吸合状态；如果电路电压降低至线圈的释放电压时，衔铁由吸合状态转为释放状态。常用其常开触点。吸合电压与释放电压的调节范围分别为Ux＝0.6～0.85Un，Uf＝0.1～0.35UN。改变继电器释放弹簧及改变衔铁打开状态时气隙大小，可改变的定值。例如调节螺母。,,2、电磁式电流继电器（电流继电器线圈匝数少、线径粗）过电流继电器正常工作时，线圈电流为额定电流，此时衔铁为释放状态；当电路中出现比负载正常工作电流大的电流时，衔铁才产生吸合动作。常用其常闭触点。吸合电流调整范围为Ix＝1.1～4IN；欠电流继电器正常工作时，线圈电流为额定电流，衔铁处于吸合状态；当电路电流低于负载额定电流，达到衔铁的释放电流时，则衔铁释放。常用其常开触点。电流继电器的选用要注意线圈电流的种类和等级与负载电路一致根据对负载的保护作用来选择根据控制电路的要求选触点的类型和数量,,三、时间继电器继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。时间继电器可以分为通电延时型和断电延时型。通电延时型当接受输入信号后延迟一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。断电延时型当接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定时间，输出才复原。时间继电器的种类很多，常用的有空气阻尼式、电动式、电子式、晶体管式及直流电磁式等几大类。,,1、直流电磁式时间继电器直流电磁式时间继电器在铁心上有一个阻尼铜套。如图由电磁感应定律可知，在继电器线圈通断电过程中铜套内将产生感应电动势，同时有感应电流存在，此感应电流产生的磁通阻碍穿过铜套内的原磁通变化，因而对原磁通起了阻尼作用。当继电器通电吸合时，由于衔铁处于释放位置，阻尼铜套作用小吸合时的延时可以忽略不计。当继电器断电时，磁通量变化大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放。起到延时的作用。因此，这种继电器仅为断电延时用。,衔铁,阻尼铜套,,2、空气阻尼式时间继电器空气式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的。分为通电延时型、断电延时型组成电磁系统（交流，直流）、延时机构、触点。通电延时型断电延时型1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉12-进气孔13-活塞14、16-微动开关15-杠杆,时间继电器触头类型,,通电延时式,瞬时动作,延时动作,常闭触点,常开触点,常开通电后延时闭合,常闭通电后延时断开,,,,,,,,断电延时式,KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,,四、中间继电器中间继电器的原理和结构与接触器相同，只是其触头系统中无主、辅触头之分，各触头容量相同（一般为5A），常用在控制电路中完成触点类型的转换或信号放大（即增大触点容量）其图形和文字符号为,,,中间继电器的外形,