西门子课程第2次课

常用低压控制电器 掌握接触器 继电器 熔断器 断路器 低压开关 主令电器等常规控制电器的结构 工作原理 动作特点 并能够正确选择和使用 学习目标 第1章常用低压控制电器 教学内容 1 1概述1 2接触器1 3继电器1 4熔断器1 5低压开关与低压断路器1 6主令电器1 7低压电器的产品型号 1 1概述 电器对电能的生产 输送 分配与应用起着控制 调节 检测和保护的作用 低压电器在电力拖动自动控制系统中应用极为广泛 随着电子技术 自控技术和计算机应用的迅猛发展 一些电器元件可能被电子线路所取代 但是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展 表现在提高元件的性能 生产新型的元件 实现机 电 仪一体化 扩展元件的应用范围等 且有些电器元件有其特殊性 是不可能完全被取代的 定义 电器是接通和断开电路或调节 控制和保护电路及电气设备用的电工器具 分类 电器的功能多 用途广 品种规格繁多 其分类如下 1 按工作电压等级分 1 高压电器 交流1200V 直流1500V及以上 2 低压电器 交流1200V 直流1500V以下 2 按动作原理分 1 手动电器 2 自动电器 勿需人工操作 3 按用途分 1 控制电器 2 配电电器 3 主令电器 4 保护电器 5 执行电器 1 1 1电器的分类 1 1 2常用低压控制电器 接触器 分交流接触器与直流接触器继电器 有电磁式继电器 如电压继电器 电流继电器 中间继电器 时间继电器 分直流电磁式 空气阻尼式 半导体式等 热继电器 干簧继电器 速度继电器等熔断器 分瓷插式 螺旋式 有填料封闭管式 无填料密闭管式 快速熔断器 自复式等低压断路器 分框架式 塑料外壳式 快速直流断路器 限流式 漏电保护器等位置开关 有直动式 滚动式 微动式等按钮 刀开关等 1 1 3我国低压控制电器的发展趋势 现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传统的低压配电与控制系统及其装置 给传统低压电器带来改革性变化 发展智能化可通信低压电器势在必行 其产品的特征是 产品中装有微处理器 产品带有通信接口 能与现场总线连接 采用标准化结构 具有互换性 采用模数化结构 保护功能齐全 具有外部故障记录显示 内部故障自诊断 进行双向通信等 1 2接触器 1 作用 接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大且面广的一种低压控制电器 用来频繁地接通和分断交直流主电路和大容量控制电路 能实现远距离控制 并具有欠 零 电压自动释放保护功能 主要控制对象是电动机 2 分类 交流接触器 包括真空接触器 直流接触器 1 2 1结构和工作原理 接触器是利用电磁吸力的原理工作的 接触器主要由电磁系统 触头系统和灭弧装置组成 结构简图如图1 1所示 1 电磁系统其作用是将电磁能转换成机械能 产生电磁吸力带动触头动作 图1 1接触器结构简图1 主触头2 常闭辅助触头3 常开辅助触头4 动铁心5 电磁线圈6 静铁心7 灭弧罩8 弹簧 1 2 1结构和工作原理 作用在衔铁上的力有两个 电磁吸力与反力 电磁吸力由电磁机构产生 反力则由释放弹簧和触点弹簧所产生 电磁系统的工作情况常用吸力特性和反力特性来表示 为了保证使衔铁能牢牢吸合 反力特性必须与吸力特性配合好 如图1 3所示 图1 3吸力特性与反力特性的配合1 直流电磁铁吸力特性2 交流电磁铁吸力特性3 反力特性 1 2 1结构和工作原理 2 触头系统触头是接触器的执行元件 用来接通或断开被控制电路 触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头 原始状态时 即线圈未通电 断开 线圈通电后闭合的触头叫常开触头 原始状态闭合 线圈通电后断开的触头叫常闭触头 线圈断电后所有触头复原 图1 4触头结构形式图a 桥形触头b 指形触头 1 2 1结构和工作原理 3 灭弧装置常用的灭弧装置有 电动力灭弧 金属栅片灭弧和磁吹灭弧 常用的灭弧方法有 拉长电弧 冷却电弧和将电弧分段 电动力灭弧对于电弧较弱的接触器 采用灭弧罩由电动力和灭弧栅灭弧 图1 6电动力灭弧原理1 静触头2 动触头 图1 6所示的是一种桥式结构双断口触头 当触头打开时 在断口处产生电弧 电弧电流在两电弧间产生图中所示的磁场 右手定则 根据左手定则 电弧电流要产生一个指向外侧的电动力 使电弧向外运动并拉长 迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭 电弧产生的条件 1 触头断开后电流在0 25 1A之间2 触头断开后电压在12 20V之间上述两条件同时满足时即产生电弧 金属栅片灭弧1 灭弧栅片2 触点3 电弧 外 磁 场 内 磁 场 金属栅片 分离后的电弧 触头分离瞬间产生的电弧 1 2 1结构和工作原理 4 接触器的工作原理 播放动画当电磁线圈通电后 线圈电流产生磁场 使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁 并带动触头动作 常闭触头先断开 常开触头后闭合 两者是联动的 当线圈断电时 电磁吸力消失 衔铁在释放弹簧的作用下释放 使触头复原 常开触头先断开 常闭触头后闭合 1 3继电器 定义 继电器是一种根据某种输入信号 电压 电流 温度 压力 时间 速度等 的变化而接通或断开控制电路 实现自动控制和保护电力拖动装置的自动电器 输出信号可为触头动作 电参数的变化量 分类 按用途分 有控制继电器和保护继电器 按动原理作分 有电磁式继电器 感应式继电器 电动式继电器 电子式继电器和热继电器 按输入信号的不同来分 有电压继电器 中间继电器 电流继电器 时间继电器 速度继电器等 1 3 1电磁式继电器 常用的电磁式继电器有电压继电器 中间继电器和电流继电器 图1 12电磁式继电器原理图1 铁心2 旋转棱角3 释放弹簧4 调节螺母5 衔铁6 动触头7 静触头8 非磁性垫片9 线圈 图1 13电磁式继电器图形 文字符号 1 电磁式继电器的结构与工作原理 1 3 1电磁式继电器 2 电磁式继电器的特性k称为继电器的返回系数 它是继电器重要参数之一 一般继电器K 0 1 0 4 欠电压继电器K 0 6以上 图1 14继电特性曲线 吸合值 释放值 1 0 1 3 2热继电器 图1 17热继电器图形 文字符号a 发热元件b 常闭触点 定义 热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量 使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器 图1 15热继电器原理图1 热元件2 双金属片3 导板4 触头 主双金属片 工作原理 在图1 15中发热元件1通电发热后 主双金属片2受热向左弯曲 推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动 电流越大 执行机构的运动幅度也越大 当电流大到一定程度时 执行机构发生跃变 即触点发生动作从而切断主电路 插入动画用途 广泛用于三相异步电动机的长期过载保护 断相及电流不平衡运行的保护及其他电器设备发热状态的控制 1 3 2热继电器 1 3 3时间继电器 定义 从得到输入信号 线圈的通电或断电 开始 经过一定的延时后才输出信号 触头的闭合或断开 的继电器 称为时间继电器 分类 1 通电延时 接受输入信号后延迟一定的时间 输出信号才发生变化 当输入信号消失后 输出瞬时复原 2 断电延时 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 延迟一定的时间 输出才复原 1 3 3时间继电器 空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的 它由电磁机构 延时机构和触头组成 分类 电磁机构有交流 直流两种 延时方式有通电延时型和断电延时型 改变电磁机构位置 将电磁铁翻转1800安装 1 3 3时间继电器 图1 18JS7 A系列时间继电器原理图a 通电延时型b 断电延时形1 线圈2 铁心3 衔铁4 反力弹簧5 推板6 活塞杆7 杠杆8 塔形弹簧9 弱弹簧10 像皮膜11 空气室壁12 活塞13 调节螺钉14 进气孔15 16 微动开关 瞬动触头 延时触头 橡皮膜 进气孔 活塞排气 延时调节 1 3 3时间继电器 插入动画 工作原理 空气阻尼时间继电器 当线圈1得电后衔铁 动铁心 3吸合 活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动 橡皮膜下方空气室空气变得稀薄形成负压 活塞杆只能缓慢移动 其移动速度由进气孔气隙大小来决定 经一段延时后 活塞杆通过杠杆7压动微动开关15 使其触头动作 起到通电延时作用 当线圈断电时 衔铁释放 橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出 使活塞杆 杠杆 微动开关等迅速复位 由线圈得电到触头动作的一段时间即为延时时间 其大小可以通过调节螺钉13调节进气孔气隙大小来改变 在线圈通电和断电时 微动开关16为时间继电器的瞬动触头 1 3 3时间继电器 时间继电器的图形 文字符号 图1 20速度继电器结构原理图1 转子2 电动机轴3 定子4 绕组5 定子柄6 静触头7 动触头8 簧片 图1 21速度继电器的图形 文字符号a 转子b 常开触头c 常闭触头 1 3 4速度继电器 速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制 也称反接制动继电器 其结构原理如图1 20所示 1 3 4速度继电器 插入动画 工作原理 速度继电器的轴与电动机的轴相连接 转子固定在电动机轴上 定子与轴同心 当电动机转动时 速度继电器的转子随之转动 绕组切割磁场产生感应电动势和电流 此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩 使定子向轴的转动方向偏摆 通过定子柄拨动触头 使常闭触头断开 常开触头闭合 当电动机转速下降到接近零时 100RPM 转矩减小 定子柄在触头弹簧力的作用下恢复原位 触头也复原 用速度继电器控制反接制动时 其转速在100RPM以下才能接通反接制动接触器 则反接制动电流减小 1 4熔断器 熔断器是一种简单而有效的保护电器 在电路中主要起短路保护作用 使用时 熔体串接于被保护的电路中 当电路发生短路故障时 熔体被瞬时熔断而分断电路 起到保护作用 图1 23熔断器的图形 文字符号 1 4 1熔断器的工作原理 1 安秒特性熔断器的熔体串联在被保护电路中 当电路严重过载时 熔体能在较短时间内熔断 而当电路发生短路故障时 熔体能在瞬间熔断 熔断器的特性可用通过熔体的电流和熔断时间的安 秒特性来描述 图1 22熔断器的安 秒特性 正常工作电流小于 最小熔断电流 1 4 1熔断器的工作原理 2 极限分断能力通常是指在额定电压及一定的功率因数 或时间常数 下切断短路电流的极限能力 常用极限断开电流值 周期分量的有效值 来表示 熔断器的极限分断能力必须大于线路中可能出现的最大短路电流 3 分类 a 半封闭插入式熔断器 b 螺旋式熔断器1 动触头2 容体3 瓷插件4 静触头5 瓷座1 底座2 熔体3 瓷帽 1 4 1熔断器的工作原理 1 4 2熔断器的选用 熔断器用于不同性质的负载 其熔体额定电流的选用方法也不同 1 熔断器类型选择其类型应根据线路的要求 使用场合和安装条件选择 2 熔断器额定电压的选择其额定电压应大于或等于线路的工作电压 3 熔断器额定电流的选择其额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流 1 4 2熔断器的选用 4 熔体额定电流的选择对于电炉 照明等电阻性负载的短路保护 熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流 保护单台电动机时 考虑到电动机受起动电流的冲击 可按下式选择 轻载起动或起动时间短时 系数可取近1 5 带重载起动或起动时间较长时 系数可取2 5 1 4 2熔断器的选用 保护多台电动机 可按下式选择 容量最大的一台电动机的额定电流 其余电动机额定电流之和熔断器一般做成标准熔体 更换熔片或熔丝时应切断电源 并换上相同额定电流的熔体 不得随意加大 加粗熔体或用粗铜线代替 熔断器的主要技术参数见表1 8 P23 低压断路器曾称自动空气开关或自动开关 它相当于刀开关 熔断器 热继电器 过电流继电器和欠电压继电器的组合 是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压 失电压 过载和短路保护 动作值可调 分断能力高的电器 低压断路器与接触器不同的是 接触器允许频繁地接通和分断电路 但不能分断短路电流 而低压断路器不仅可分断额定电流 一般故障电流 还能分断短路电流 但单位时间内允许的操作次数较低 1 5 1低压断路器 1 5低压开关和低压断路器 1 5 1低压断路器 1 结构 低压断路器由操作机构 触头 保护装置 各种脱扣器 灭弧系统等组成 工作原理图如图1 24所示 2 工作原理 低压断路器的主触头是靠手动操作或电动合闸的 主触头闭合后 自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上 过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联 欠电压脱扣器的线圈和电源并联 当电路发生短路或严重过载时 过电流脱扣器3的衔铁吸合 使自由脱扣机构2动作 主触头断开主电路 当电路过载时 热脱扣器5的热元件发热使双金属片向上弯曲 推动自由脱扣机构动作 当电路欠电压时 欠电压脱扣器6的衔铁释放 也使自由脱扣机构动作 分励脱扣器4则作为远距离控制用 1 5 1低压断路器 图1 24底压断路器工作原理图1 主触头2 自由脱扣机构3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 欠电压脱扣器7 起动按纽 图1 25低压断路器的图形 文符号 1 5 2低压隔离器 低压隔离器也称刀开关 低压隔离器是低压电器中结构比较简单 应用十分广泛的一类手动操作电器 品种主要有低压刀开关 熔断器式刀开关和组合开关三种 隔离器主要是在电源切除后 将线路与电源明显地隔开 以保障检修人员的安全 熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组合而成 故兼有两者的功能 即电源隔离和电路保护功能 可分断一定的负载电流 1 5 2低压隔离器 胶壳刀开关 图1 28胶壳刀开关的结构图1 上胶盖2 下胶盖3 插座4 触刀5 瓷柄6 胶盖紧固螺母7 出线座8 熔丝9 触刀座10 瓷底