2016电气控制与plc应用技术（机械工出版 崔继仁编）课件：1.1 低压电器分类及电磁式电器的结构和工作原理

第一、二章 常用低压电器,教学目标,了解常用低压电器的结构。掌握常用低压电器的工作原理和功能。掌握常用低压电器的图形符号和文字符号。,第二节 接触器,第三节 继电器,第五节 熔断器,第四节 低压开关与低压断路器,第六节 主令电器,第一节 低压电器分类及电磁式电器的结构和工作原理,教学内容,第一节 低压电器分类及电磁式电器的结构和工作原理,低压电器：是指工作在交流1200V、直流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、调节等作用的电器，是电气控制系统的基础。,一、低压电器的分类,1.按工作原理分类（1）电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。（2）非电量控制器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。,2.按工作性质分类（1）自动电器：时间继电器、速度继电器等（2）手动电器：按钮、刀开关、转换开关等3.按触点类型（1）有触点电器：继电器、接触器、行程开关等（2）无触点电器：固态继电器、接近开关，大功率晶闸管等,4. 按适用的电压范围分类 分为低压电器和高压电器。,5. 按用途分类,控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器等。主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器等。执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。,二、电磁式低压电器的结构和工作原理,电磁式低压电器是电气控制系统中最常见的低压电器，从其基本结构上看，大部分由电磁机构、触点系统和灭弧装置三个部分组成，如图1-1所示。,图1-1 电磁式低压电器的基本结构1铁心2电磁线圈3衔铁4静触点5动触点6触点弹簧7释放弹簧气隙,（一）电磁机构,1. 电磁机构的结构,组成：吸引线圈、铁心、衔铁和空气隙 作用：将电磁能量转换成机械能量，带动触点动作，从而实现电路的接通或分断。 按衔铁动作方式分类：直动式和拍合式其结构形式如图1-2所示。,图1-2 电磁机构的结构型式（a）、（b）、（d）、（e）直动式 （c）、（f）、（g）拍合式（转动式）,（1）吸力特性与反力特性,衔铁是否能够正常工作，是由电磁机构的吸力特性与反力特性决定的。吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线。它随励磁电流种类（交流或直流）、线圈连接方式（串联或并联）的不同而有所差异。反力特性：电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度的关系曲线。反力的大小与作用弹簧、摩擦阻力以及衔铁质量有关。,2. 电磁机构工作原理,1）吸力特性, 为气隙磁感应强度， 为吸力处的铁芯截面积。 是气隙磁通当 为常数时，F与 成正比，也可认为与气隙磁通的平方成正比，即,根据麦克斯韦公式可以计算得到，电磁吸引力公式：,当频率f、匝数N和电压U均为常数时， 为常数，F亦为常数，说明F与大小无关。(实际上由于漏磁通的存在，F随着的减小略有增加), 交流电磁机构的吸力特性,由磁路定律可知，交流励磁线圈的电流与气隙成正比,可以看出吸力特性曲线比较平坦,交流电磁机构的吸力特性, 直流电磁机构的吸力特性,直流电磁机构的吸力与气隙的平方成反比,可以看出吸力特性曲线曲线比较陡峭，表明衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小吸力越大,2）反力特性电磁机构使衔铁释放的力，主要是弹簧的反力 3）反力特性与吸力特性的配合,在衔铁吸合过程中，其吸力特性必须始终处于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之衔铁释放时，吸力特性必须位于反力特性下方，即反力要大于吸力(此时的吸力是由剩磁产生的)。,电磁机构吸力特性与反力特性的配合 1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性,短路环的作用是消除交流电磁铁吸合时产生的振动和噪声。,（2）短路环的作用,图1-4单相交流电磁机构的短路环1衔铁2铁心3线圈4短路环,触点是电器的执行部分，用于接通和分断电路。触点主要由动触点和静触点组成工作原理：当电磁机构中的衔铁与铁芯吸合时，动触点在电磁机构的带动下动作，动触点和静触点闭合或断开。,（二）触点系统,触点的接触形式：点接触、线接触和面接触,图1-5 触点的接触形式,1. 触点的接触形式,2. 触点的分类, 按触点运动情况分为动触点和静触点。, 按触点控制的电路分为主触点和辅助触点。, 按触点的原始状态可分为动合触点（常开触点）和动断触点（常闭触点）。, 按触头的结构形式可分为桥式触点和指形触点。,图1-6 触点的分类,3. 触点的结构形式,4. 减小接触电阻的方法,触点材料选用电阻系数小的材料，使触点本身的电阻尽量减小；,增加触点的接触压力，一般在动触点上安装触头弹簧；,改善触点表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触点清洁。,（三）灭弧系统,1. 电弧的产生,2. 电弧的产生的原因,电弧是在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的，触点间气体在强电场作用下产生的放电现象，是一种带电质子的急流。 电弧产生的条件是当被分断电路的电流超过0.251 A，分断后加在触点间隙两端的电压超过1220 V（根据点材质的不同取值）时，在触点间隙中会产生电弧。, 高温游离, 强电场放射, 撞击电离, 热电子发射,3. 电弧的危害 延长电路的分断时间；将触点烧坏；严重时,会引起电器和周围设备的损坏,甚至造成火灾。,4. 灭弧的基本方法,1）拉长电弧，从而降低电场强度；,2）用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度；,3）将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧；,4）将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降。,5. 常用的灭弧装置, 多断点灭弧（电动力吹弧）,图1-7 双断口电动力吹弧1-静触点 2-动触点 3-电弧,灭弧效果较弱，一般多用于小功率的电器中, 栅片灭弧,图1-9 栅片灭弧示意图1-灭弧栅片 2-触点 3-电弧,这种灭弧装置常用于交流灭弧, 磁吹灭弧,图1-8 磁吹灭弧原理1-磁吹线圈 2-