第一章常用低压电器

第一章常用低压电器 • 电器：电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。 • 电器：根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。 • 电器定义：一种能控制电能的设备。

第一节电磁式低压电器的结构和工作原理 • 低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路起通断、保护、控制或调节作用的电器。 • 高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。 • 电力传动系统的组成： • 1）主电路：由电动机、（接通、分断、控制电动机）接触器主触点等电器元件所组成。（电流大） • 2）控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。（电流小）

任务：按给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。任务：按给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。一、低压电器的分类 • 1．按使用的系统 • 1）低压配电电器 • 低压配电电器主要用于低压供电系统。当电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。（动动稳定性、热稳定性） • 例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。

2）低压控制电器 • 低压控制电器主要用于电力传动控制系统。能分断过载电流，但不能分断短路电流。（通断能力、操作频率、电气和机械寿命等） • 例如：接触器、继电器、控制器及主令电器等。 • 2．按操作方式 • 1）手动电器：刀开关、按钮、转换开关 • 2）自动电器：低压断路器、接触器、继电器

3．按工作原理 • 1）电磁式电器：电磁机构控制电器动作 • 2）非电量控制电器：非电磁式控制电器动作 • ◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。 • 感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。 • 执行部分：触点系统。

二、电磁机构 • 电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能。 • 电磁机构输入的电信号：电压、电流 • 1．电磁机构的结构形式 • 电磁机构组成：线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动铁心)

1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。 • 2）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。 • 3）拍合式电磁铁：用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。

2．电磁机构的线圈　　 • 线圈分类：电流线圈 • 电压线圈 • 1）电流线圈：串接在主电路， • 特点：扁铜条带或粗铜线绕制，匝数少,内阻小。 • 讨论：a 衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。 • b 衔铁动作不改变线圈电流。

2）电压线圈：并联在电路 • 特点：细铜线绕制，匝数多，阻抗大，电流小，常用绝缘较好的电线绕制。 • 讨论：衔铁动作与否取决于线圈的电压大小。 • 从结构上看，线圈大抵可分为有骨架和无骨架两种。 • ▲交流电磁铁的线圈：有骨架式，线圈形状做成矮胖型（考虑到铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为便于散热之故）。 • ▲直流电磁机构的线圈：无骨架式，线圈形状做成瘦高型

2.电磁特性 • 电磁吸力的近似计算公式：（1-1）式中：成正比。当Ｓ为常数时，Ｆ与Ｂ２ • 1) 吸力特性 • 吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。 • 说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。

▲直流电压线圈的吸力特性 • 电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，根据磁路定律 ∝ (1-2) 则有 :

成反比，所以特性为二次曲线形状： • 吸力F与气隙 • 结论：a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大； • b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。

▲交流电压线圈的吸力特性交流电压线圈的阻抗主要决定与线圈的电抗，电阻可以忽略：▲交流电压线圈的吸力特性交流电压线圈的阻抗主要决定与线圈的电抗，电阻可以忽略：

当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：F为常数当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：F为常数 • 结论：a交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随的减少略有增加）。 • b交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙的减小而减小。

综上：a衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。综上：a衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。 • b 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。 • C交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。 • eg: U型： 6～7倍 • E型： 10～15倍 • 说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。 • 对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。

2）反力特性 • 反力特性：指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线 • 电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。 • 电磁机构的反力特性如图所示：

4．反力特性与吸力特性的配合 • F吸略大于F反 • 电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命 • 5．短路环 • 1）单相交流电磁机构存在的问题 • 磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。 • 2）短路环的作用 • 短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。

三、触点系统 • 短路环的示意图： 1、触点（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。

2、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。2、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。 • 点接触：小电流的触点 • 线接触：中等容量的触点 • 面接触：大容量的触点（a）点接触（b）线接触 (c) 面接触

3、电接触（接触电阻） • 电接触：动、静触点完全接触并有工作电流通过。 • 触点的接触过程：（a）最终拉开　　位置（b）刚接触位　　置（c）最终闭　　合位置

四、电弧的产生和灭弧装置 • 1．电弧的产生及危害 • 1）电弧的产生 • 触点由闭合到断开时，当电压超过10～20V和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放点的现象，通常称之为“电弧”。　撞击电离热电子发射热电离　形成电弧 • 2）电弧的危害 • a烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。 • b使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。

2、灭弧装置 • 灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。 • 常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段 • 常用的灭弧装置： • 1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中） • 磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。 • 2）灭弧栅（常用作交流灭弧装置） • 3）灭弧罩（用于交流和直流灭弧。） • 采用一个用陶土和石棉水泥做的雨高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。

4）多断点灭弧

第二节接触器 • 接触器:频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。 • 特点：频繁操作和远距离控制。 • 接触器按主触点通过的电流种类可分为：交流接触器、直流接触器。

一、接触器结构 l一电磁机构　　2—主触点和灭弧装置 3—释放弹簧　　4一辅助触点 5一底座

1、电磁机构：线圈、铁芯和衔铁组成。 • 主触点和灭弧装置 • 主触点：通断较大电流的主电路。 • 1）按主触点的容量大小有桥式触点和指形触点 • 2）直流接触器、电流20A以上的交流接触器均装有灭弧罩（或带有栅片或磁吹的灭弧装置）。 • 注意：不能将交直流接触器的主触点互换使用，否则使灭弧发生困难。 • 辅助触点 • 辅助触点：通断较小电流的控制电路。 • 特点：桥式触点、触点的容量较小。

二、接触器的符号及型号含义 • 1）辅助触点可分为：常开触点、常闭触点 • 2）辅助触点的作用：控制电路中起联锁、逻辑运算； • 3）辅助触点没有灭弧装置，一般不能用来分断主电路。 • 4、释放弹簧机构或缓冲装置 • 5、支架与底座。 • 1、接触器的型号及代表意义

例如，CJl2—250／3为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。例如，CJl2—250／3为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。 • CJl2T—250／3为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。

例如，CZ0—100／20为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。例如，CZ0—100／20为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。 • 2、接触器的图形和文字符号 • 接触器的图形和文字符号如图1-14所示。

三、接触器的主要技术参数 • 1、额定电压接触器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 • 2、额定电流接触器铭牌额定电流指主触点的额定电流。 • 常用的电流等级为：　　　直流接触器：25A、40A、60A、100A、 l 50A、250A、400A、600A。　　　交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、 100A、150A、250A、400A、600A。

3、线圈的额定电压 接触器线圈正常工作的电压 • 常用的等级为：直流线圈；24V、48V、220V、440V。　　　交流线圈：36V、127V、220V、380V。 • 说明： • 1）交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。 • 2）常用的额定电压是直流110v，220v；　　　　　　　　　　交流127v，220v，380v。 • 4、额定操作频率额定操作频率是指每小时接通次数。 • 说明：交流接触器最高为600次／h；　　　　直流接触器可高达1200次／h。

四、接触器的选用 • 1、根据负载性质选择接触器类型。（交/直流接触器）； • 2、根据类别确定接触器系列(参考电工标准)。 • 3、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。 • 交流接触器的电压大于或等于线路电压。 • 4、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际条件加以修正。 • 1）接触器安装在箱柜内，电流要降低10％～20％使用（冷却条件变差）； • 2）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过40％时，若敞开安装，电流允许提高10％～25％，若箱拒安装，允许提高5%～10％。 • 5、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。 • 6、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之内。

五、接触器的维护、常见故障及处理 • 1、应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。 • 2、触头表面应经常保持清洁。 • 1）触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲除。 • 2）触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只剩下1／3时，应及时调换触头。 • 3）银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，不会造成接触不良现象，因此不必锉修，则将会大大缩短触头寿命。 • ３、原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用，以免发生短路事故。

六、接触器的发展 • 1、重量轻、体积小 • 2、积木式结构 • 3、无触点的固体接触器

第三节继电器 • 0、概述 • 1．继电器:根据外界输入信号(电量或非电量)的变化来接通或断开被控电路,以实现控制和保护作用的自动电器。输入信号：电量（电流、电压）非电量（转速、时间、温度）输出：触点的动作或电量的变化。 • 2．继电器分类： • 1）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。 • 2）原理分：电磁式、感应式、热继电器等 • 3）参数分：电流、电压、速度、压力继电器

一、电磁式继电器 • 4）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器 • 5）输出形式分：有触点、无触点继电器 • 电磁式继电器与接触器的区别：继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用下动作。 • 电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中间继电器 • 1．电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有关。（电压线圈与负载并联）。 • 1）作用：电压保护和控制。

2）分类 过电压继电器：Ux = (1.05 ～ 1.2)UN （正常时触点不动作）欠电压继电器：直流欠电压继电器： UX = (0.3 ～ 0.5)UN （正常时触点动作） Uf= (0.07 ～ 0.2)UN • 交流欠电压继电器：UX = (0.6 ～ 0.85)UN Uf= (0.1 ～ 0.35)UN。 • 注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以在产品中没有直流过电压继电器。 • 3）电压继电器的选用及动作电压的整定 • ▲电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与控制电路一致。

由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。 • 动作电压的整定 • 吸合电压：调节反作用弹簧 • 释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度(如吸合电压没有固定要求，也可调节反作用弹簧)。

4）电压继电器的图形和文字符号 • 2.电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小有关。（电流线圈与负载串联）。 • 1）作用：电流保护和控制。

2）分类 过电流继电器：IX = (1.1 ～ 3.5)IN 正常时触点不动作欠电流继电器： Ix＝(0.3 ～0.65)IN 正常时触点动作 If =(0.1 ～ 0.2)IN • 3）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与控制电路一致根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保护）进行选型。 • 4）电流继电器的图形和文字符号

3、中间继电器（一种电压继电器） • UX = (0.85 ～ 1.05)UN • 1）特点：触点多(六对甚至更多) • 触点电流大(额定电流为5 ～10A) • 动作灵敏(动作时间小于0.05s) • 2）作用：放大触点容量、数量。 • 3）图形和文字符号

4、电磁式继电器的主要技术参数 国产电磁式继电器：JL3、JL7、JL9、JL12、JL14、JL15、JT3、JT4、JT9、JTl0、JZ1、JZ7、JZ8、JZ14、JZl5、JZl7等系列。电磁式继电器的型号：

二、时间继电器 • 时间继电器：感受部分在感测到外界信号变化后，经过一段时间（延时时间）执行机构才动作的继电器。 • 分类：按动作原理：电磁阻尼式，空气阻尼式、电动机式、电子式按延时方式：通电延时型；断电延时型通电延时继电器：线圈得电后要延时一段时间，触点才发生变化；线圈失电后，触点瞬时恢复。断电延时继电器：线圈得电后，触点瞬时动作；线圈失电后，要延时一段时间触点才动作。

1、直流电磁阻尼式时间继电器 • 直流电磁阻尼式时间继电器：断电释放延时。 • 工作原理：当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，所以阻尼铜(铝)套的作用很小，衔铁吸合延时作用不明显，故延时可以不计。因此，这种时间继电器为断电延时， • 特点：延时较短，准确度较低，用于要求不高的场合，如电动机的延时起动。 • 2、空气阻尼式时间继电器 • 结构：电磁机构、延时机构（气囊）、触点系统 • 原理：空气阻尼

1）通电延时型动作原理 空气阻尼式时间继电器 l—线圈 2—铁心 3—支撑杆 4—胶木块 5—微动开关 6—活塞 7—橡皮膜 8—调节锣钉 9—进气孔 10—出气孔 11——恢复弹簧 • 优点：延时范围大(0.4～180s)、结构简单、寿命长、价格低廉。 • 缺点：延时误差大(土10％～土20％)，无调节刻度指示，难以精确整定延时时间。

2）断电延时型动作原理：(略) 常用的空气阻尼式时间继电器：JS—7、JS23系列、JSK系列、JSS系列。 • 3)图形和文字符号：

3、电动机式时间继电器： 结构：同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统、执行机构特点：延时时间可达数十小时、精度高、结构复杂 • 4、电子式时间继电器：结构（数字式）：脉冲发生器、计数器、显示器等特点：延时时间长、精度高、调节方便

三、热继电器 电动机长时间过载，绕组超过允许温升时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会将电动机烧毁。过流的原因：长期过载、频繁起动、欠电压、断相运行均会引起过电流。热继电器：电动机或其他设备的过载保护、断相保护（具有过载保护特性的过电流继电器）。（反时限保护特性）热继电器分类：单相、两相、三相式（不带断相保护、带断相保护）。 • 1、结构与工作原理结构：热元件（电阻丝、双金属片）、触点系统（双金属片：两种线膨胀系数不同的金属片压焊而成）

原理：电流热效应 1）正常： —→ 位移小—→ 触点不动作 2）过载： —→ 位移增大—→ 触点动作

注意： 1）继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后，按下复位按钮10才能复位； 2）改变压动螺钉8的位置，还可以用来调节动作电流。

第一章 常用低压电器