电气控制技术第2讲.ppt

济南大学控制科学与工程学院,电气控制技术,第2讲济南大学控制科学与工程学院2011-03-16,济南大学控制科学与工程学院,回顾：,1.1常用电器的作用与分类1.2接触器（功能、主要组成部分、触点）,济南大学控制科学与工程学院,本课主要内容：,1.2.1接触器电弧的产生与灭弧装置电磁机构主要技术数据,济南大学控制科学与工程学院,（二）电弧的产生与灭弧装置,1）电弧的产生电弧是一种气体放电现象。接触器触点切断电路时，电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA时，拉开的两个触头之间出现强烈火花。气体放电：气体中有大量的带电粒子作定向运动。电弧产生原因:气体电离放电,济南大学控制科学与工程学院,电弧的产生过程：,强电场发射：触点分离的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电场的作用下被拉出来，就形成强电场发射。,碰撞游离：从阴极表面发射出在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程成为碰撞游离。也叫撞击电离。,热电子发射：碰撞游离的正离子向阴极运动，撞在阴极上使阴极温度逐渐升高。当阴极温度达到一定程度时，一部分电子从阴极逸出再参与碰撞游离。由于高温而使电极发射电子的现象称为热电子发射。,热游离：当电弧的温度达到3000。或更高时，弧柱中的原子以很高的速度作不规则的运动并相互剧烈碰撞，结果原子也将产生电离，因高温使原子撞击产生的电离称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。,济南大学控制科学与工程学院,强电场发射、撞击电离、热电子发射和热游离的结果，使得在两触点间呈现大量向阳极飞驰的电子流，就是所谓的电弧。,电孤有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，电弧熄灭后电路才正式断开；二是电弧的温度很高，弧心温度达40005000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。电弧的后果:烧触头、延长分断时间,济南大学控制科学与工程学院,消电离现象：主要通过正负带电质点的复合进行的，温度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程。,济南大学控制科学与工程学院,2）灭弧装置,灭弧原理：设法降低电弧区温度和电场强度，加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度时，电弧即逐渐熄灭。常用的灭弧方式有,拉灭弧法,冷却灭弧法,用气体吹动灭弧,采用多断口灭弧,利用真空灭弧,将电弧分为多个串联的短弧,济南大学控制科学与工程学院,2）灭弧装置,1、磁吹式灭弧：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。广泛用于直流接触器中,济南大学控制科学与工程学院,2）灭弧装置,2、灭弧栅：有许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安装在灭弧罩内。一般适合于交流灭弧装置。,济南大学控制科学与工程学院,3、灭弧罩：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电弧以防止发生短路；二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭。,2）灭弧装置,济南大学控制科学与工程学院,4、多断点灭弧,如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种方法。,济南大学控制科学与工程学院,（三）电磁机构,作用：将电磁能转换为机械能，带动触头使之闭合或断开。1、电磁机构的结构形式：由吸引线圈（激磁线圈）和磁路（包括铁芯、铁轭、衔铁和空气气隙）两部分组成。,济南大学控制科学与工程学院,（1）按衔铁运动方式分为：a、衔铁沿棱角转动的拍和式铁芯。b、衔铁沿轴转动的拍和式铁芯。c、衔铁沿直线运动的直动式铁芯。,电磁机构的分类如下：,济南大学控制科学与工程学院,转动式,济南大学控制科学与工程学院,（2）按磁系统形状分类：U形和E形。（3）按激磁线圈种类：交流线圈和直流线圈。,济南大学控制科学与工程学院,（4）按激磁线圈的连接方式：并联（电压线圈）和串（电流线圈）。,济南大学控制科学与工程学院,2、电磁机构的工作原理,吸力特性：电磁机构的吸力与气隙的关系曲线。反力特性：电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线。（1）反力特性：反力由利用弹簧拉力和衔铁自重两种方式产生：1)弹簧反力与引起形变的位移x成正比，反力特性：2)自重的反力与气隙大小无关，反力特性：,济南大学控制科学与工程学院,上述二中反力特性曲线如图所示。其中1为电磁机构气隙的初始值；2为动静触头开始接触时的气隙长度。由于超行程机构的弹力作用，反力特性在2处有一突变。,反力特性,济南大学控制科学与工程学院,（2）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。电磁吸力公式：,当端面积S为常数时，F与成正比,济南大学控制科学与工程学院,式中：U-线圈电压（V）E-线圈感应电势（V）f-线圈外加电压的频率（Hz）-气隙磁通（wb)N-线圈匝数,a、交流电磁机构的吸力特性：,济南大学控制科学与工程学院,分析：,分析：当f、N、U为常数时-为常数-F为常数（幅值不变）；因U与无关，所以F亦与无关,考虑到漏磁通的影响，吸力F随气隙的减小略有增加。根据磁路定律可知：交流激磁线圈的电流与气隙成正比。,济南大学控制科学与工程学院,b、直流电磁机构的吸力特性,特点：激磁电流不受气隙变化的影响，即磁势WI与气隙大小无关，因此：F2(1/)2即直流电磁机构的吸力F与气隙的平方成反比。气隙越小，吸力越大。,济南大学控制科学与工程学院,c、剩磁的吸力特性：,由于铁磁材料有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。,济南大学控制科学与工程学院,（3）吸力特性与反力特性的配合,电磁机构欲使衔铁吸合，吸力必须大于反力；但也不宜过大，否则会造成电器的机械寿命缩短。当衔铁释放时，其反力必须大于剩磁吸力，才能可靠释放。如图所示,济南大学控制科学与工程学院,作用：对于单相交流电磁机构由于交流磁通过零时吸力为零，吸合后的衔铁在反力作用下将被拉开；磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又吸合。这样交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，使衔铁产生强烈震动和噪音，甚至使铁心松散。为此在铁心端面上装一个铜制的分磁环（短路环）,（4）短路环,济南大学控制科学与工程学院,（5）电磁机构的输入输出特性,电磁机构激磁线圈的电压（或电流）为其输入量，衔铁的位置为其输出量，两者之间的关系称为输入-输出特性若以y代表电磁机构的输出量，并将衔铁处于吸合位置记作y=1；将衔铁处于释放位置记作y=0；当吸力特性处于反力特性上方时，衔铁吸合；当吸力特性处于反力特性上下方时，衔铁释放。若以x代表电磁机构的输入量，使吸力特性处于反力特性上方的最小输入量以xc表示，称为电磁机构的动作值；使吸力特性处于反力特性下方的最大输入量以xf表示，称为电磁机构的返回值。为使电器工作可靠一般的额定输入量xf大于xc,济南大学控制科学与工程学院,y,xf,xc,x,1,xe,电磁机构的输入输出特性,电磁机构的输入-输出特性如图所示。可见，电磁机构的输入-输出特性为一矩形曲线，称为继电特性,（5）电磁机构的输入输出特性,济南大学控制科学与工程学院,二、接触器的主要技术数据（一）接触器的型号及代表意义:1、型号,例如，CJl2-2503:为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。CJl2T-2503:为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。,济南大学控制科学与工程学院,例，CZ0-100/20:为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。,济南大学控制科学与工程学院,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所示。,济南大学控制科学与工程学院,各类接触器,直流接触器,直流接触器,交流接触器,交流接触器,济南大学控制科学与工程学院,（二）接触器的主要技术数据,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、500V2、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、l50A、250A、400A、600A。交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。,济南大学控制科学与工程学院,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。,济南大学控制科学与工程学院,5、补充技术数据（）动作值：指接触器的吸合电压和释放电压。吸合电压：线圈额定电压85%以上时，接触器应可靠吸合。释放电压：线圈电压低于额定电压70%，且高于10%额定电压（交流接触器）或5%额定电压（直流接触器）,（2）接通与分断能力指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通或分断时，不应发生熔焊、飞弧和过分磨损等。(3)机械寿命和电气寿命机械寿命是接触器不带电时可操作的次数,电气寿命则是带电情况下的操作次数。,济南大学控制科学与工程学院,(4)工作制工作制分长期工作制、断续周期工作制、短时工作制、反复短时工作制四种。(5)其它接触器主触点的极数（单极、双极、三极、多极），主触点的形式（常开、常闭），辅助触点的数量（常开NO、常闭NC），辅助触点的额定电压和额定电流等。,济南大学控制科学与工程学院,三、接触器在电气线路中,济南大学控制科学与工程学院,3、选择步骤,根据负载性质确定工作类别；根据类别确定接触器系列根据负载额定电压确定接触器额定电压根据负载额定电流确定接触器额定电流，并根据外界条件加以修正选定吸引线圈的额定电压根据负载情况复核操作频率,济南大学控制科学与工程学院,4、选择原则,（1）接触器的额定电压主电路额定电压。（2）接触器线圈的额定电压必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等。,（3）接触器的额定电流等级应按下列方法选择（a）按接触器设计时规定的使用类别使用时按触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流。（b）按轻任务使用类别设计的接触器，用于重任务使用类别时，应降低容量使用。（c）用于反复短时工作制的接触器，其额定电流应大于负载的等效发热电流(4）接触器型号的选择各系列接触器是按一定使用类别设计的，应根据负载的情况选用。此外还应注意负载的工作制。,济南大学控制科学与工程学院,5、主要型号,1）交流接触器国内：CJ10、CJ20、CJX1、CJX2等国外：3TB（西门子）、A系列（ABB）、LC1系列（施耐德）等2）直流接触器国内：CZ0、CJX1-Z国外：3TC（西门子）3）改型样式如CJ12T-250/3、3TF4522-0XM0、A-26等,济南大学控制科学与工程学院,修正举例,接触器安装在箱柜内，由于冷却条件变差，电流要降低10%-20%使用处于长期工作制时，而且通电持续率不超过40%时，敞开安装，电流允许提高10%-25%，箱柜安装，允许提高5%-10%,济南大学控制科学与工程学院,4）技术数据,济南大学控制科学与工程学院,四、交直流接触器的发展趋势（一）现状,1、转动式交流接触器：缺点：体积大、用料多、寿命短优点：结构简单、制作容易、维护方便重负荷工作条件仍广泛采用美国CGE公司370(直流）,372（交流）比利时ACEC公司R系列,济南大学控制科学与工程学院,2、直动式交流接触器：,优点：结构紧凑、体积小、安装方便、寿命长中、小容量较多采用西门子公司3TB东芝公司ESPAS,济南大学控制科学与工程学院,3、直流接触器：,不如交流接触器用途广泛两种基本类型：传统式（旋转式）、交流派生式西屋公司M系列西门子3TC系列（交流派生）,济南大学控制科学与工程学院,(二）、交直流接触器的发展趋势,1、提高工作可靠性：近年来工作可靠性一跃而居众所关注的重要地位，可靠性的研究就成为当前的主要研究课题。目前世界各生产厂家及研究单位围绕接触器的可靠性问题做了以下工作：降低其动作电压值；降低其释放电压上限和提高释放电压下限；提高其在恶劣条件下的可靠性；提高其对倾斜、冲击、振动的耐受能力；提高其绝缘能力；提高其承受短路电流的能力等等。,济南大学控制科学与工程学院,通断能力是交直流接触器的重要技术指标之一.在AC4工作制时为810倍额定电流，在AC3工作制时为1012倍额定电流。实际上各制造厂家为保证运行可靠，其产品的通断能力远远超出上述规定。,2、提高通断能力：,济南大学控制科学与工程学院,3、提高使用寿命：提高使用寿命无疑对系统或装置的效益有着直接关系。lEC标准规定交流接触器的机械寿命最高为1000万次，至于电寿命迄今尚无明确规定。4、小型化：经过长期改进，交流接触器的安装面积减小了约25。减小触头开距、采用高导磁材料、采用优质灭弧材料等。,济南大学控制科学与工程学院,5、品种派生：为了扩大交流