第2章--常用低压电气设备及其控制电路ppt课件

.,第2章常用低压电气设备及其控制电路,2.1低压电器的基本知识2.2开关电气设备2.3低压熔断器2.4控制电器2.5常见电动机控制电路,.,2.1低压电器的基本知识,定义：交流1200V以下与直流1500V以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备，以及利用电能来控制、保护和调节非电过程和非电装置的用电装备。,低压电器：,2.1.1低压电器分类,1、按动作方式分：自动电器和非自动电器。,2、按控制作用分：执行电器、控制电器、主令电器和保护电器。,3、按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。,.,2.1.2低压电器结构型式,低压电器从基本结构上看，大部分由触头系统、推动机构和灭弧装置组成。,1触头系统触头是电器的执行部分，用来接通和分断电路。,（1）触头接触形式：如图2-1所示，点接触式：适用于小电流；面接触式：适用于大电流；线接触式（又称指形接触）：适用于通断次数多、大电流的场合。,.,图2-1触头的三种接触形式a）点接触b）面接触c）线接触,2.1.2低压电器结构型式,.,（2）触头分类：如图2-2所示，静触头和动触头。动断（又称常闭）触头：电器触头在电器未通电或没有受到外力作用时所处的闭合位置动合（又称常开）触头：常态时相互分开的触头。,2.1.2低压电器结构型式,图2-2触头的分类1-推动机构2-复位弹簧3-连杆4-常闭触头5-常开触头6-静触头7-动触头,.,2推动机构,电磁机构组成：吸引线圈、铁心和衔铁。按铁心型式分：单型、单型、螺管型、双型等；按动作方式分：直动式、转动式等。按吸引线圈通电电流的性质：分为直流电磁铁和交流电磁铁。工作原理：吸引线圈通入电流后产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路产生电磁吸力，衔铁与铁心相吸。,.,恒定电流通入吸引线圈，即在外加电压和线圈电阻一定的条件下其电流值也一定，与空气气隙的大小无关。作用在衔铁上的吸力与空气气隙的大小有关：当电磁铁刚起动时，空气气隙最大，此时磁路中磁阻最大，磁感应强度较小，故吸力最小；当衔铁完全吸合后，空气气隙最小，此时磁路中磁阻最小，磁感应强度较大，吸力最大。,直流电磁铁工作原理：,.,原理：交流电磁铁吸引线圈通入的是交变电流，产生交变磁场，电磁吸力的大小时刻变化的。缺点：因吸力是脉动的，使得衔铁以两倍电源频率在振动，既会引起噪声，又会使电器结构松散，触头接触不良，容易被电弧火花熔焊与蚀损。改善措施：使得线圈在交流电变小和过零时仍有一定的电磁吸力以消除衔铁的振动。为此，在磁极的部分端面上嵌入一个铜环（又称短路环或分磁环），如图2-3所示。,交流电磁铁,.,图2-3短路环,2.1.2低压电器结构型式,.,3、灭弧装置,电弧定义：电器触头在闭合或断开的瞬间，都会在触头间隙中由电流产生弧状的火花。危害：炽热的电弧会烧坏触头，还会因电弧造成短路、火灾或其它事故，故应采取适当的措施熄灭电弧。,灭弧方法和装置：,1）电动力灭弧。图2-4为一双断口桥式触头。,2）磁吹灭弧。如图2-5所示，,3）灭弧栅灭弧。图2-6为灭弧栅示意图，,4）灭弧罩灭弧。,.,图2-4双断口结构1-静触头2-动触头,图2-5磁吹灭弧串联磁吹线圈2、3静、动触头4铁芯5导磁钢片,图26栅片灭弧示意图1灭弧栅片2弧角3电弧,2.1.2低压电器结构型式,.,2.2开关电气设备,2.2.1刀开关,1低压刀开关：简单的手动电器2熔断器式刀开关：低压刀开关和低压熔断器组合开关3低压负荷开关：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合,分类,.,最大特点：刀形动触头组成：闸刀(动触头)、刀座(静触头)和底板按其操作方式分：单投和双投；按极数分：有单极、双极和三极；按灭弧结构分：带灭弧罩的和不带灭弧罩作用：不频繁地接通和切断交流和直流电路，装有灭弧室的可以切断负荷电流，其它的只作隔离开关使用。,1、低压刀开关,.,低压刀开关型号含义如下：,.,熔断器式刀开关：具有刀开关与熔断器的双重功能。适用范围：交流频率50HZ、额定工作电压380V或直流440V、额定工作电流至1000A的电路中。作用：可以不频繁地接通和分断负荷电流，并提供线路及用电设备的过载与短路保护。HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下页所示：,2、熔断器式刀开关,.,HR3系列熔断器式刀开关代号的含义如下：,.,组成：带灭弧罩的刀开关与熔断器串联组合而成，外装封闭的外壳。作用：有效地通断负荷电流，又能进行短路保护。特点：操作方便、安全经济，在可靠性要求不高、负荷不大的低压线路中应用广泛。分类：（1）封闭式负荷开关（2）开启式负荷开关,3、低压负荷开关：,.,结构：铁壳开关，此开关的闸刀和熔断器装在封闭的钢壳或铁壳内，可以防止电弧溅出；但外壳不密封，不能防水、防爆。组成：由刀形动触头、静触头座、熔断器、速断弹簧、操作手柄组成。速断弹簧的作用：使开关在分闸时刀形动触头很快地与静触头座分离，电弧被迅速拉长而熄灭。封闭式负荷开关常用的有HH3系列、HH4系列、HH12系列等。,（1）封闭式负荷开关：,.,HH12系列的代号含义如下：,.,适用范围：适用于交流50HZ、额定电压为220V（单相）和380V（三相）的小容量线路中，作为手动不频繁通断负载电路，并提供短路保护。组成:它由瓷质底座、静触头座、带手柄的闸刀形动触头、熔丝接头、胶盖组成。开启式负荷开关的型号有HK2系列、HK4系列、HK8系列等。,（2）开启式负荷开关：,.,1、根据使用环境、功能要求选择适当的型号系列。2、刀开关的额定电压、额定电流要符合安装处的电压、通过负荷电流的要求。然后再按短路条件进行短路的动稳定、热稳定校验。,4低压刀开关的选择,3、一般的普通负荷，可以按负荷的正常工作电流来选择；如果用刀开关来接通像电动机这样的负荷时，考虑到电动机的起动电流比其工作电流大，因此刀开关的额定电流要在电动机的正常工作电流基础上再乘上一个倍数。具体的倍数要根据电动机的型号规格来定。4、刀开关如果带有熔断器，其熔体电流的确定按低压熔断器的电流选择原则进行。,.,2.2.2低压空气断路器,图2-11低压断路器的原理结构,.,（1）触头系统,（2）灭弧系统：灭弧系统的作用是熄灭断路器分闸时产生的电弧。,（3）操动机构：操动机构负责断路器触头系统的开合。,（4）智能脱扣器：脱扣器用于监测断路器所在电路的各种故障及不正常状态或接受外部指令，通过执行元件使断路器动作。,1、结构组成,.,图2-12灭弧栅片的熄弧示意,1、结构组成,.,2自动跳闸原理,先合闸，将电路接通，当线路上出现短路故障时其过电流脱扣器动作，使开关跳闸；如出现过负荷时，加热元件过热使双金属片弯曲，也使开关脱扣跳闸；当线路电压消失或严重下降时，失压脱扣器动作，开关跳闸；开关在正常接通情况下，按下失压回路的脱扣按钮，失压脱扣器失电跳闸；按下分励回路的脱扣按钮，分励脱扣器得电，使开关远控跳闸。,.,3、低压断路器分类,按用途可分为：配电用断路器、电机保护用断路器、直流保护用断路器、发电机励磁回路用的灭磁断路器、照明用断路器、漏电保护断路器等。按分断短路电流的能力可分为：经济型、标准型、高分断型、限流型、超高分断型等。配电用低压空气断路器按保护特性分为：A类和B类，A类是非选择型，B类是选择型。所谓选择型是指断路器具有由过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护构成的两段式或三段式保护。,.,配电用低压空气断路器按结构形式分为：万能式和塑料外壳式。低压空气断路器的代号含义如下：,3、低压断路器分类,.,图2-13空气断路器的保护特性曲线,.,4万能式空气断路器,又称框架式自动空气开关，带多种脱扣器和辅助触头，操动方式多样，装设地点灵活。常用的型号：AE系列、DW12系列、DW15系列、DW16系列、DW17（ME）系列等。DW16系列万能式空气断路器的外形如图2-14，保护特性曲线见图2-15，主要技术参数见表2-5。适用范围：适用于50HZ、额定电流100630A、额定工作电压380V的配电网络中，提供失压、过载、短路保护，以及TN接地系统中单相金属性接地故障保护。也可以用作电动机的保护之用。,.,图2-14DW16系列万能式空气断路器的外形,4万能式空气断路器,.,图2-15DW16保护特性曲线,4万能式空气断路器,.,表2-5DW16系列万能式空气断路器的技术参数,4万能式空气断路器,.,5、塑料外壳式断路器,6、剩余电流断路器,.,1）空气断路器的额定电压应大于或等于安装处的线路额定电压；空气断路器的额定电流（主触头长期允许通过的电流）应大于或等于安装处线路在正常情况下的最大工作电流。2）断路器的开断电流（容量）要大于或等于安装处的短路电流（容量）。3）根据使用环境、工作要求、安装地点和供货条件选择适当的形式。4）脱扣器额定电流（即脱扣器长期允许通过的最大电流）的选择，也按照大于或等于安装处线路在正常情况下的最大工作电流来进行。,7低压空气断路器的选择,.,5）选择脱扣器的动作整定电流或整定倍数，过载长延时脱扣器按躲开线路在正常情况下的最大工作电流整定；短路短延时和短路瞬时脱扣器按躲开线路在正常情况下的最大尖峰电流整定。6）灵敏度校验脱扣器的动作电流整定出来后，需要校验在保护范围末端，最小运行方式下发生两相或单相短路时，脱扣器是否能可靠地跳闸。要求算出来的灵敏系数大于或等于规定值。,7低压空气断路器的选择,.,1.作用:接通或断开电路，利用电磁吸力的作用而动作的。2.结构:,2.2.3交流接触器(KM),上一页,下一页,图片,交流接触器,.,按状态分,按用途分,电磁系统,2、结构,吸引线圈,静铁心,动铁心,触点,通电,所有常开触点闭合,所有常闭触点断开,断电：所有触点恢复原状态,.,符号,线圈,常开主触点,常开辅助触点,常闭辅助触点,.,2.3低压熔断器,低压熔断器作用：短路保护，在一定的条件下也可以起过负荷保护的作用。连接方式：串联在电路中工作原理：当线路中出现故障时，通过熔体的电流大于规定值，熔体产生过量的热而被熔断，电路由此而被分断。,.,2.3.1瓷插式熔断器,结构组成：静触头装在瓷质底座内，和底座触头相连接的导线用螺丝固定在触头的螺丝孔内；瓷桥上的熔体（保险丝）用螺丝固定在触头上。瓷桥插入底座后触头相互接触，线路接通。适应范围：灭弧能力差，只适用于故障电流较小的三相380V或单相220V的线路末端，作为导线及电气设备的短路保护之用。,.,表2-9RC1A系列瓷插式熔断器主要参数,2.3.1瓷插式熔断器,.,2.3.2密闭管式熔断器,结构组成：主要由变截面的熔片或熔丝与套在外面的耐高温密闭保护管组成。适用范围：交流50HZ、额定电压到380V、660V或直流到440V的电路中，作为企业配电设备的过载和短路保护之用。工作原理：变截面熔片在通过短路的大电流时，熔片狭窄部分温度很快升高，熔片在狭窄部分熔断。熔片在几个狭窄部分同时熔断后，全部下落，会造成较大的弧隙，这更有利于灭弧。,.,2.3.2密闭管式熔断器,表2-10RM10系列密闭管式熔断器技术参数,.,2.3.3螺旋式熔断器,结构组成：瓷质螺帽、熔断管和底座组成。熔断管由熔体和瓷质的外套管组成；熔断管内充有石英砂，可以增加灭弧能力；熔断管上还有一个与内部熔丝相连的色片作为熔体熔断的指示。底座装有上、下两个接线触头，分别和底座螺纹壳、底座触头相连。瓷质螺帽上有一个玻璃窗口，放入熔断管后可以透过玻璃窗口看到熔断指示的色片；放有熔断管的瓷质螺帽旋入底座螺纹壳后熔断器接通。,.,2.3.3螺旋式熔断器,表2-12RL7系列螺旋式熔断器熔管参数,.,2.3.4填充料式熔断器,结构组成：熔断管、熔体和底座组。熔断管是封闭的，里面充有石英砂。当熔断管内的熔体熔断产生电弧后，周围的石英砂吸收电弧的热量，而使电弧很快熄灭。作用：填充料式熔断器有较大的断流能力。,.,2.3.5自复式熔断器,比较：自复式熔断器克服传统熔断器需要更换熔体的缺点，它能切断短路电流，又能在故障排除后自动恢复供电。自复式熔断器实际上属于热敏性的非线性电阻。,结构组成：自复式熔断器是一种采用气体、超导材料或液态金属钠等作熔体的一种限流元件。分类：自复熔断器有限流型和复合型两种，限流型本身不能分断电路而常与断路器串联使用限制短路电流，从而提高分断能力。复合型的具有限流和分断电路两种功能。,.,工作原理：自复式熔断器串联于电路当中，一般情况下电阻很小，电路正常供电；当通过故障的大电流时，自复式熔断器的电阻突然变得很大，限制故障电流至很小的数值从而保护设备的安全；在故障消除电流回落后，自复式熔断器的电阻会恢复到初始值，电路又会正常供电。举例：我国产的RZ1型自复式熔断器，采用金属钠作为熔体。在常温下金属钠的电阻很小，可以顺畅地流过工作电流；在通过故障的巨大电流时，钠迅速汽化，电阻变得很大，故障电流被限制；限制电流的任务完成后，钠蒸气冷却，又恢复到固体钠。,2.3.5自复式熔断器,.,低压熔断器的选择：重要的是熔体的额定电流选择，应该注意以下几点：1）熔断器作为线路的保护时，熔体的额定电流应大于或等于线路的最大正常工作电流，并且要小于或等于线路的安全电流。2）熔断器作为用电设备的保护时，除了要求熔体的额定电流应大于或等于设备的最大正常工作电流之外，还要考虑到设备运行可能出现的短时过负荷电流与瞬时尖峰电流，熔体的额定电流选取应保证在出现上述两种电流时不会造成熔体熔断。,2.3.6熔断器的选择,.,3）熔断器属于保护设备，在其保护的范围内发生故障，熔断器是否都能可靠动作需要进行保护的灵敏度校验。4）如果线路的上下级都用熔断器作为保护，需要考虑上下级熔断器熔体额定电流之间的相互配合，以满足保护的选择性要求。一般的可以让上下级熔体电流的额定值相差两个等级，基本上能满足选择性要求。,2.3.6熔断器的选择,.,1.作用:用于接通或断开辅助电路，靠手动操作。2.结构：,2.4.1按钮（SB）,1常闭触点或动断触点2常开触点或动合触点,上一页,下一页,按钮,按下按钮帽：,常闭触点断开,常开触点闭合,松开按钮帽：,常开触点断开,常闭触点闭合,2.4控制电器,.,4.种类：,复合按钮,停止按钮启动按钮用指示灯表示其工作状态,3.符号:,上一页,下一页,.,用于自动往复控制或限位保护等。,2.4.2行程开关(限位开关),(b)示意图,结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,(a)外形图,行程开关的外形符号,.,行程开关又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。种类按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚动式、微动式。,1、直动式行程开关,.,2、滚轮旋转式行程开关,滚轮式行程开关结构示意图,.,几款常用行程开关,.,.,3、微动开关,.,2.4.3控制继电器,继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,电流及电压继电器,电流继电器：可用于过载或过载保护，电压继电器：主要作为欠压、失压保护。,.,（1）作用:用于过载保护,靠电流热效应产生动作的。,1、热继电器（FR）,（2）符号:,上一页,下一页,图片,.,发热元件接入电机主电路。若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,（3）结构与工作原理,工作原理,双金属片,常闭触头,结构,.,2、中间继电器,（1）作用:中间继电器触头容量小，触点数目多，能够扩大触头的容量，用于控制线路。,（2）工作原理:与交流接触器相同。,上一页,下一页,图片,通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,.,3.时间继电器,从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制。,直流电磁式结构图,阻尼铜套,衔铁,工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小。通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减。当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。,(1)直流电磁式时间继电器,.,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,微动开关2,微动开关1,(2)空气式时间继电器,.,断电延时的空气式时间继电器结构示意图,常闭延时闭合,常闭延时断开,空气式时间继电器的延时范围大(有0.460s和0.4180s两种)。结构简单，但准确度较低。,.,主电路,控制电路,2.5.1点动控制,点动：按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。,.,原理图,自锁触点,主电路,控制电路,2.5.2连续工作控制电路,.,1、长动控制,控制要求：1.直接起动长动控制；2.隔离、短路、过载、零压保护。,合上Q，按下SB2,控制电路接通,KM线圈通电,主触点闭合,主电路接通,电动机起动,辅助触点闭合,自锁,.,（2）保护环节:短路保护过载保护失压保护(欠压保护),控制要求:（1）带点动的长动控制,点动按钮SBst2的作用：,(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。,复合按钮,上一页,下一页,2、既能长期工作又能点动的控制电路,.,后闭合,先断开,按下SBst2,闭合,电机运转,点动时：,自锁触点不起作用,通电,按下SBst1,电机运转,长动时：,按下SBstp,电机停转,上一页,下一页,.,先断开,后闭合,断开,断电,松开SBst2,上一页,下一页,.,松开SBst2,电机停转,实现点动,用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。,上一页,下一页,.,电动机的保护,短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。,欠压是指电动机工作时，引起电流减少甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。,过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。,.,2.5.3电动机正反转控制电路,将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“互锁”。,利用接触器的触点实现联锁控制称电气互锁。,利用按钮的触点实现联锁控制称机械互锁。,上一页,下一页,.,上一页,下一页,缺点：改变转向时必须先按停止按钮。,1.电气互锁的正反转控制电路,.,按下