低压电器讲义控制电器教学课件PPT.ppt

1 低压电器讲义第二讲控制电器 西安交通大学刘志远2006年7月 2 达到要求 了解配电线路及用电设备对低压电器的基本技术要求及低压电器的主要技术参数 熟悉主要典型电器结构原理及特性参数 掌握低压电器试验的目的要求及基本方法 3 目的 了解常用控制电器的基本结构原理和应用方法 4 内容安排 第一讲低压电器概述第二讲常见控制电器的结构 原理和应用接触器继电器热继电器交流或直流电流继电器第三讲常见配电电器的结构 原理和应用第四讲低压电器试验的目的要求及基本方法低压电器复习和考试 5 控制电器 根据生产中电力传动的要求 电动机要经常进行起动与制动 改变运转方向与调节转速等 这些要求需借助于电器来实现 依靠人工完成控制的电器称为手动控制电器 依据信号能自动完成控制的电器称为自动控制电器 在低压传动控制系统中 对电器的基本要求是工作准确可靠 操作频率高 使用寿命长 体积小和重量轻等 6 低压电器的作用 在低压系统中 根据外界指定信号和要求 自动或手动接通和断开电路 断续或连续地改变电路参数实现对电路或非电对象切换 控制 保护 检测 变换和调节用的电气设备 7 控制电器的分类 接触器交流电磁接触器直流电磁接触器真空接触器控制继电器热继电器交流或直流电流继电器电压继电器时间继电器中间继电器 8 控制电器的分类 起动器星 三角起动器控制器 转换主电路或控制电器的接线主令电器 接通和分断控制电路以发布命令或作程序控制用按纽 行程开关等 电阻器和变阻器电磁铁 9 接触器 接触器是一种用于远距离频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的电器 其主要控制对象是电动机 也可用于控制其它电气设备 如电热器 照明灯 电焊机 电容器组等 10 接触器 接触器由于生产方便 成本低廉 用途广泛 在各类低压电器当中 生产量最大 使用面最广一种产品 电力系统的能量有一半以上是通过接触器分配到各种电气设备上的 11 接触器分类 电流种类 直流接触器和交流接触器直流接触器广泛用于冶金机械和机床的电气控制设备中 交流接触器频繁地起动和控制交流电动机 主触头极数 单极 双极 三极 四极和五极单极 双极 直流接触器 三极 交流接触器 四极 供三相四线供电系统中需要同时开断中线情况使用 五极 多速电动机控制或自动式自耦减压起动器 12 接触器 我国的电压标准 接触器主触头的额定工作电压为交流380 660 及1140V 直流220 440及660V 辅助触头为交流380V 直流110 220V 接触器的额定电流为6 8000A 13 接触器的使用类别 接触器使用类别不同 要求的接通和分断条件也不同 14 ABB接触器 15 电磁接触器的结构形式 电磁接触器的主要组成部分包括 电磁系统 感测驱动部分 它接受操作信号 并通过本身的动作将操作信号转换为执行信号 触头与灭弧系统 执行部分 它在接受来自电磁系统的执行信号后 通过本身的动作执行操作者的指令 接通或分断主电路 支架式外壳 传动机构 接线端子等 16 接触器的主要技术参数 动作值 接触器的接通电压和释放电压在接触器电磁线圈发热稳定时 如果给它加上85 额定电压 其衔铁应可靠吸合 无任何中途停滞现象 反之 如果在工作中电网电压过低或者突然消失 衔铁应完全可靠释放 不停顿地返回原始位置 接通与分断能力指主触头在工作情况下能可靠地接通和分断的电流值 低压电器标准按用途作了规定 17 接触器的主要技术参数 电气寿命与机械寿命接触器的机械寿命用其在需要正常的维修或机械零件前 包括更换触头 所能承受的无载操作循环次数来表示 一般以90 以上产品能达到或超过的无载循环次数 百万次 为准 接触器的电寿命用不同使用条件无需修理或更换零件的负载操作次数来表示 一般来说电气寿命是机械寿命的5 20 机械寿命超高 这个百分数就越小 18 接触器的主要技术参数 操作频率每小时的操作次数 因控制对象而异 操作频率直接影响到电器的电气寿命 在提高操作频率的情况下 因为灭弧条件的劣化 触头的电气寿命并不是简单地按比例随次数增加 因此操作频率不能随意提高 19 接触器的主要技术参数 工作制长期工作制 持续通电时间不小于8小时 所有零部件达到稳定温度 间断长期工作制 持续通电时间不超过8小时 在此时间内所有零部件温升达到稳定值 在此之后 接触器断开和接通不少于三次 然后再重新通电工作 短时工作制 在接触器通电的时间内 零部件温度未达到稳定值 而在分断之后 其温度能恢复到周围介质的温度 反复短时工作制 接触器在通电和分断两种状态循环交替的情况下工作 在通电时间内零部件温度不能达到稳定值 在分断后零部件温度也降不到周围介质温度 20 双断点直动式交流接触器 磁系统通过支架直接带动触头作直线运动 衔铁12与铁心13之间有一个气隙 线圈14通电后 衔铁12吸向铁心13 当电磁吸力大于反作用弹簧16的反力后 衔铁12带动支架4使触头8与静触头9闭合 同时压缩反作用弹簧16 以备分闸 支架4同时带动置于两侧的辅助触头动作 线圈断电后 在反作用弹簧16的作用下 衔铁12释放 使触头8与9分断 电弧用灭弧室10熄灭 21 CJ20系列交流接触器 银镍 银化镉触头材料灭弧系统16A以下无灭弧装置 双断点自然熄弧25A采用U形铁片灭弧室 冷却电弧 近阴极效应防重燃40A以上多缝陶土灭弧罩 冷却电弧 22 杠杆传动双断点结构 转动式磁系统的衔铁7在吸合过程中 通过支架10使转轴1转动 轴1带动杠杆13使触头系统作直线运动 动触头17与静触头15闭合 线圈5断电后 在反作用弹簧2的作用下 衔铁7打开到停档8限制的位置 同时使主触头17分断 辅助触头借助于杠杆的转动实现转换 灭弧室16为多纵缝灭弧室 23 杠杆传动双断点结构 为什么采用杠杆传动机构实现电磁机构与触头系统之间的动力传递 A是电磁吸力的作用点 B是主触头的受力点 O是转动中心 把AO与OB的比称为杠杆比 当杠杆比大于1时 能使得主触头的运动速度Vb小于电磁铁的运动速度Va 这样衔铁与铁心之间发生撞击时的振动反映在触头上就更微小 另外触头仍能采取双断点形式 24 杠杆传动单断点直流接触器 CZ0 250 20型直流接触器 磁系统为直流拍合式 衔铁19绕棱角1转动 动触头14通过支架15装于衔铁19上 静触头11的后面为串联磁吹线圈9 电弧13借串联磁吹和纵缝陶土灭弧室熄灭 辅助触头有5对桥式双断点触头 一对固定常开 另外四对常开常闭可任意组合 25 杠杆传动单断点直流接触器 CZ0 250 20型直流接触器 电磁系统为衔铁绕棱角转动的拍合式电磁铁 在棱角转动处设有压棱簧片 借此防止衔铁在棱角处发生位移 这有助于降低磨损 提高机械寿命 26 接触器的结构 接触器的触头形式有双断点桥式和单断点指式两种 双断点的优点是有两个灭弧区域 灭弧效果好 额定电压380V及以下 额定电流为10A 20A的小容量交流接触器利用电流过零时在两个断口上的近阴极效应熄灭电弧 不需要特殊灭弧装置 额定电流为20A 80A的交流接触器 可加装引弧片或利用回路电动力吹弧 额定电流大于80A的交流接触器需要加装栅片或其它灭弧室 双断点的缺点是触头参数不便调节 不能清除触头表面氧化物 27 交流接触器的灭弧 采用栅片灭弧室电弧在电动力的作用下进入栅片被切成若干短弧 利用栅片的冷却作用和交流电流过零时的近阴极效应熄灭电弧 栅片一般用钢片制成 对电弧有吸引作用 28 直流接触器和重任务交流接触器的灭弧 采用磁吹灭弧在磁吹力的作用下电弧被拉长 迅速进入灭弧室 灭弧室做成纵缝 宽缝 窄缝等结构 用灭弧室壁板的冷却作用使弧柱强烈去游离 熄灭电弧 灭弧室外应有一定距离 防止电弧或游离气体喷出 通过其它带电元件放电或短路 29 真空接触器 真空电弧的熄灭在真空泡中完成 不会向外界喷溅 开断性能稳定可靠 不污染环境 因此特别适用于条件恶劣的危险环境中 如煤矿 冶金 建材 化工 石油及重工业部门等重任务场合 30 接触器的选用原则 型式的确定 极数和电流种类三相交流系统中一般选用三极接触器当同时需要控制中性线时 则选用四极交流接触器 一般场合下选用空气电磁式接触器 易燃易爆场合选用防爆型及真空接触器 31 接触器的选用原则 主电路参数的确定额定工作电压和额定工作电流接触器可以工作在不同的额定工作电压和额定工作电流下 但选定的额定工作电压不得高于接触器的额定绝缘电压 选定的额定工作电流不得高于接触器在相应工作条件下规定的额定工作电流 32 接触器的选用原则 主电路参数的确定额定通断能力和耐受过载电流能力接触器的额定通断能力应高于通断时电路中实际可能出现的电流值 耐受过载电流能力也应高于电路中可能出现的工作过载电流值 可通过不同的使用类别及工作制来反映 生产中广泛使用的中小容量异步电动机 其中大部分电动机的负载是一般任务 相当于AC 3使用类别 对于控制机床电动机的接触器 如果负载明显属于重任务类 应选用AC 4类别 如果负载为一般任务与重任务混合的情况 可根据实际情况选用AC 3或AC 4类接触器 如果确定选用AC 3类时 也要降级使用 适用于AC 2类的接触器一般不宜用于控制AC 3及AC 4类的负载 因为它接通能力低 在频繁接通这类负载时容易发生触头熔焊现象 33 接触器的选用原则 控制电路参数和辅助电路参数的确定接触器的线圈电压应按选定的控制电路电压确定 交流接触器的控制电路分交流和直流两种 一般情况下多用交流 当操作频繁时常选用直流 接触器辅助触头的种类和数量 应根据系统控制要求确定所需的辅助触头种类 常开或常闭 数量和组合型式 同时应注意辅助触头的通断能力和其它额定参数 当接触器辅助触头数量和其它额定参数不能满足要求时 可增加接触式继电器以扩大功能 34 接触器的选用原则 电寿命接触器的电寿命参数由制造厂给出 电寿命指标与使用类别有关 制造厂以表格或曲线给出有关产品电寿命指标供用户根据需要选用 35 接触器常见故障分析 触头过热主要原因是接触压力不足 触头电阻大 接触不良 触头表面被电弧灼伤烧毛等 线圈断电后触头不能复位主要原因有触头熔焊在一起 铁心剩磁太大 反作用弹簧力不足等 衔铁振动噪声短路环损坏或脱落 衔铁歪斜 铁心端面有锈蚀或污垢使动静铁心接触不良 反作用弹簧力太大等 线圈过热或烧毁线圈匝间短路 外加电压高于线圈额定电压等 36 控制继电器 控制继电器是一种自动电器 适用于远距离闭合与断开交直流小容量控制电路 在电力传动系统中用作控制和保护或信号转换用 37 控制继电器 继电器的输入量通常是电压 电流等电量 也可以是温度 速度等非电量 当输入量变化到某一定值时 控制继电器即动作 输出量发生预定的阶跃变化 38 控制继电器 Xc 继电器动作值Xf 继电器返回值 39 控制继电器 继电器的触点用于控制电路中 控制电路的功率一般不大 所以对继电器触点的额定电流与转换能力要求不高 因此继电器一般不采用灭弧系统 触点的结构也比较简单 40 控制继电器的分类 电压继电器反映电路电压变化而动作的电器 如用于电动机失压或欠压保护的交直流电压继电器 用于对绕线式电动机进行制动和反转控制的交流电压继电器 用于控制直流电动机的反转及反接制动的直流电压继电器 在控制电路中有时为了增加触点的数量或增大触点的控制容量 需要使用中间继电器 中间继电器就是电压继电器 它只用于中间控制或增大触点容量 动作值无需整定 41 控制继电器的分类 电流继电器反映电路电流变化而动作的电器 它用于电动机或其它负载的过载及短路保护 直流电动机磁场控制或失磁保护等 时间继电器从接受信号至执行元件动作具有一定的时间间隔 如在电动机以时间为函数的运动过程中 用以延时切换起动电阻 以及用于电动机的能耗制动以及各种生产程序控制等线路中 42 控制继电器的分类 热继电器用于三相交流感应电动机的过载保护 使用时将热继电器的测量元件在主电路中 当被保护电动机绕组的温升上升到极限允许温升以前 热继电器应动作 使电动机自动脱离电源停止运行 为了可靠地保护电动机的过载 热继电器的动作时间电流特性应低于电动机的过载特性 温度继电器用于各种设备的过热保护或温度控制 43 热继电器 热继电器是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器 热继电器的测量元件通常用双金属片制成 利用双金属片受热而弯曲的原理 当线路电流增大后双金属片弯曲到一定程度使触点发生转换 44 热继电器 双金属片将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片 膨胀系数大的 如铁镍铬合金 铜合金或高锰合金等 称为主动层 膨胀系数小的 如铁镍类合金 称为被动层 由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起 因此产生热效应时 使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲 由弯曲产生的位移带动触头动作 45 热继电器 热继电器的动作选择性按标准规定应满足如下要求 当通以整定电流的X倍时 从冷态开始 在表中规定的周围空气温度下 T 2h内继电器应不脱扣 然后立即将电流增大到整定电流的Y倍时 则应在T 2h内脱扣 46 ABB的热继电器 47 热继电器原理 双金属11与热元件12串联 通电后双金属片受热向左弯曲 推动导板13向左推动补偿双金属片15 推杆5推动簧片1向右 推动支一定位置时 弓簧3的作用方向改变 使片簧2向左运动 将触点4分断 48 跳跃机构 49 热继电器的选用 选用热继电器时应根据使用条件 工作环境 电动机的型