1.1 低压控制电器基础

1、Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 现代电气自动控制技术 杨世兴杨世兴 黄向慧黄向慧 黄梦涛黄梦涛 汪汪 梅梅 编编 幻灯片制作：杨世兴幻灯片制作：杨世兴 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 前前 言言 随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计 算机控制技术的发展，生产设备的控制策略、控制方算机控制技术的发展，生产设备的控制策略、控制方 法、控制手段日新月异，越来越多地采用了可编程序法、控制手段日新月异，越来越多地采用了可编程序 控制器（控制器（PLC）、）、数字控制等先进的控制技术。数字控制等先进的控制技术。 但由于

2、传统的继电但由于传统的继电-接触器控制系统，结构简单，接触器控制系统，结构简单， 价格便宜，并为广大的工程技术人员所熟悉，加上新价格便宜，并为广大的工程技术人员所熟悉，加上新 型电器元件的采用，提高了系统的可靠性，因而目前型电器元件的采用，提高了系统的可靠性，因而目前 仍然还在大量使用，仍然还在大量使用，传统与现代并存的局面还会长期传统与现代并存的局面还会长期 存在。存在。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 鉴于此，立足工程实际，从应用的角度出发，鉴于此，立足工程实际，从应用的角度出发， 本书力图对生产设备的电气自动控制技术给予较全本书力图对生产设备的电气自动控制技术给予较

3、全 面地阐述。面地阐述。 本书以典型的生产设备为例，系统地阐述了：本书以典型的生产设备为例，系统地阐述了： 常用低压控制电器与现代控制电器及典型常用低压控制电器与现代控制电器及典型 环节的电气控制技术环节的电气控制技术 典型生产机械电气控制系统分析典型生产机械电气控制系统分析 电气控制系统的设计电气控制系统的设计 数字控制技术数字控制技术 可编程序控制器控制技术可编程序控制器控制技术 共五章共五章 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 期望给读者一个生产设备电气控制系统的完整期望给读者一个生产设备电气控制系统的完整 的概念。立足于工程实际，突出思路、方法，落实的概念。立足于工程

4、实际，突出思路、方法，落实 于具体控制电路的分析及设计，培养学生能综合应于具体控制电路的分析及设计，培养学生能综合应 用所学专业知识分析问题、解决问题的能力和创新用所学专业知识分析问题、解决问题的能力和创新 能力能力。 与传统教材相比与传统教材相比: : 本书取材内容先进，立足点高；本书取材内容先进，立足点高； 从具体的生产设备入手，顺序展开论述；从具体的生产设备入手，顺序展开论述； 将传统与现代电气控制技术结合将传统与现代电气控制技术结合, ,体现了现代体现了现代 电气控制技术的发展方向；电气控制技术的发展方向； Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 将矿山提升机的控制系统选

5、入教材，能更好培将矿山提升机的控制系统选入教材，能更好培 养学生综合应用知识的能力，也是对生产设备控制养学生综合应用知识的能力，也是对生产设备控制 系统分析的概括和总结；系统分析的概括和总结； 对控制系统的分析，采用因果法，简单明了，对控制系统的分析，采用因果法，简单明了， 避免了冗长的文字叙述；避免了冗长的文字叙述； 参与编写的人员，都是多年从事具体教学经验参与编写的人员，都是多年从事具体教学经验 丰富的教师，本书可以说是他（她）们多年知识的丰富的教师，本书可以说是他（她）们多年知识的 积累和教学经验的总结。积累和教学经验的总结。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 主要参

6、考书主要参考书 任振辉等任振辉等. 电气控制技术电气控制技术. 水电出版社，水电出版社，2003. 郑萍郑萍. 现代电气控制技术现代电气控制技术. 重大出版社，重大出版社，2001. 顾永辉等顾永辉等. 煤矿电工手册（三分册）煤矿电工手册（三分册）. 煤炭出版煤炭出版 社，社，1980. 王润孝等机床数控原理与系统西工大出版王润孝等机床数控原理与系统西工大出版 社，社，1997. 杨有君数字控制技术与数控机床机工出版杨有君数字控制技术与数控机床机工出版 社，社，1999. Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 廉元国等加工中心设计与应用机工出版社，廉元国等加工中心设计与应用机工

7、出版社， 1995 . 富士可编程控制器富士可编程控制器 用户手册用户手册. 邓则名邓则名.电器与可编程控制器应用技术电器与可编程控制器应用技术. 机工出机工出 版社，版社，1997. 廖常初廖常初. 可编程控制器的编程方法与工程应用可编程控制器的编程方法与工程应用. 重大出版社，重大出版社，2001. 钟肇新钟肇新. 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用. 华南理工大华南理工大 出版社，出版社，2000. Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1 1 电气控制技术电气控制技术 1.1 低压控制电器基础 电器是对电能的生产、输送、分配和应用进行电器是对电能的生产、输送、

8、分配和应用进行 切换切换、调节、检测及保护等控制作用的工具的总称，调节、检测及保护等控制作用的工具的总称， 如开关、熔断器、接触器、继电器等。如开关、熔断器、接触器、继电器等。 电器是自动控制的重要元件之一。根据需要将电器是自动控制的重要元件之一。根据需要将 电器按一定的逻辑关系组合起来，实现生产设备的电器按一定的逻辑关系组合起来，实现生产设备的 自动化及半自动化。自动化及半自动化。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 电器种类繁多，用途也很广，常用低压电器主电器种类繁多，用途也很广，常用低压电器主 要有配电电器、控制电器。这里主要介绍自动控制要有配电电器、控制电器。这里主要

9、介绍自动控制 系统用低压电器。系统用低压电器。 按电压等级分按电压等级分：工作电压以交流：工作电压以交流1000V、直流直流 1200V为界划分为高压电器、低压电器为界划分为高压电器、低压电器 。 按使用系统分按使用系统分：电力系统用电器、电力拖动及：电力系统用电器、电力拖动及 自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。 按电器组合分按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化：单个电器、成套电器与自动化 装置。装置。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 按工作职能分按工作职能分：手动操作电器、自动控制电器：手动操作电器、自动控制电器 （

10、自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、 其它电器（稳压及调压电器、起动与调速电器、检测其它电器（稳压及调压电器、起动与调速电器、检测 与变换电器、牵引与传动电器）。与变换电器、牵引与传动电器）。 按电器的输出形式分按电器的输出形式分： 有触头（点）电器有触头（点）电器通断电路的功能由触头来通断电路的功能由触头来 实现，如刀开关、接触器等。实现，如刀开关、接触器等。 无触头电器无触头电器通断功能不是通过接触，而是根通断功能不是通过接触，而是根 据输出信号的高低电平来实现的，如晶闸管的导通与据输出信号的高低电平来实现的，如晶闸管的导通与 截止、三

11、极管的导通与截止等。截止、三极管的导通与截止等。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 按使用场合分按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用：一般工业用电器、特殊工矿用 电器、农用电器、家用电器、其它场合（如航空、电器、农用电器、家用电器、其它场合（如航空、 船舶、热带、高原）用电器。船舶、热带、高原）用电器。 按控制系统作用分按控制系统作用分： 信号电器信号电器是将非电量，如位移、压力、温是将非电量，如位移、压力、温 度等的变化转化为电信号的电器度等的变化转化为电信号的电器 。这类电器有按钮、。这类电器有按钮、 压力继电器、行程开关、热继电器等；压力继电器、行程开关、热继电器

12、等； 控制电器控制电器是一种电器逻辑门。常见的为是一种电器逻辑门。常见的为 “与门与门”、“或门或门”和和“非门非门”，其输入和输出都，其输入和输出都 是电信号，如电磁式继电器、接触器等。是电信号，如电磁式继电器、接触器等。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 电器的分类方法很多，且相互交叉、覆盖。即电器的分类方法很多，且相互交叉、覆盖。即 某一电器按不同分类方法，分属于不同的种类。如某一电器按不同分类方法，分属于不同的种类。如 工作电压为工作电压为380伏的交流接触器，按不同分类方法分伏的交流接触器，按不同分类方法分 属：低压电器、有触头电器、电器控制系统用电器。属：低压电

13、器、有触头电器、电器控制系统用电器。 从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部 分：感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电分：感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电 器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分是触头。器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分是触头。 对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理 不同而各有差异，但执行部分仍是触头。不同而各有差异，但执行部分仍是触头。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.1 电磁式控制电器的电磁机构电磁式控制电器的电磁机构 1.1.1.1

14、电磁机构的组成电磁机构的组成 电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成 部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动触头使部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动触头使 之闭合或断开。之闭合或断开。 电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路 包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。 电磁机构分类如下：电磁机构分类如下： 按衔铁的运动方式分类：按衔铁的运动方式分类： Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 衔铁绕棱角转动的拍合式衔铁绕棱角转动的拍合式 铁心：衔铁绕铁轭的棱角铁心：衔铁绕铁轭的

15、棱角 而转动，磨损较小。铁心而转动，磨损较小。铁心 用软铁，适用于直流接触用软铁，适用于直流接触 器、继电器。器、继电器。 衔铁绕轴转动的拍合式衔铁绕轴转动的拍合式 铁心：衔铁绕轴转动，铁心：衔铁绕轴转动， 用于触头容量较大的交用于触头容量较大的交 流接触器，铁心用硅钢流接触器，铁心用硅钢 片叠成。片叠成。 衔铁直线运动的直动式衔铁直线运动的直动式 铁心：衔铁在线圈内作铁心：衔铁在线圈内作 直线运动，多用于交流直线运动，多用于交流 接触器中。接触器中。 按磁系统形状分类：按磁系统形状分类：电磁机构可分为电磁机构可分为U形和形和E形形 两种。两种。 按线圈的连接方式分类：按线圈的连接方式分类：可

16、分为并联（电压线圈）可分为并联（电压线圈） 和串联（电流线圈）两种。和串联（电流线圈）两种。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 按吸引线圈电流的种类分类：按吸引线圈电流的种类分类：可分为直流线圈可分为直流线圈 和交流线圈两种。和交流线圈两种。 直流电磁机构，铁心不发热，只线圈发热，因直流电磁机构，铁心不发热，只线圈发热，因 而吸引线圈做成高而薄的瘦长型，且不设线圈骨架，而吸引线圈做成高而薄的瘦长型，且不设线圈骨架， 使线圈与铁心直接接触，易于散热。使线圈与铁心直接接触，易于散热。 交流电磁机构，其铁心存在磁滞和涡流损耗，交流电磁机构，其铁心存在磁滞和涡流损耗， 线圈和铁心都

17、发热，因而吸引线圈设有骨架，使铁心线圈和铁心都发热，因而吸引线圈设有骨架，使铁心 与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于铁与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于铁 心和线圈散热。心和线圈散热。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.1.2 电磁机构的吸力特性电磁机构的吸力特性 电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性 来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力F为为 SBSB F 2 25 52 2 0 0 10104 4 2 2 1 1 = （1-1） 式中式中 F 电磁吸力

18、（电磁吸力（N）；）； B 气隙中磁感应强度（气隙中磁感应强度（T）；）； S 磁极截面积（磁极截面积（m2） ）； ； 0410 7H m。 当当S为常数时，为常数时，F与与B2成正比。成正比。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 （1）直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性 因外加电压和线圈电阻不变，则流过线圈的电因外加电压和线圈电阻不变，则流过线圈的电 流为常数，与磁路的气隙大小无关。流为常数，与磁路的气隙大小无关。 根据磁路定律根据磁路定律 mm RR IN 1 1 = （1-2） 2 22 2 1 1 )( m R F （1-3） 吸力吸力F与与R2m成反比，

19、亦即与气隙成反比，亦即与气隙2成反比，故成反比，故 吸力特性为二次曲线形状，如图吸力特性为二次曲线形状，如图1-2。 衔铁闭合前后吸力变化很大。衔铁闭合前后吸力变化很大。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 激励线圈断电时，磁势激励线圈断电时，磁势NI急速变为接近零，磁急速变为接近零，磁 通也发生相应的急速变化，因而会在线圈中感生很通也发生相应的急速变化，因而会在线圈中感生很 大的反电动势，此反电势可达线圈额定电压的大的反电动势，此反电势可达线圈额定电压的1020 倍，易使线圈因过电压而损坏。倍，易使线圈因过电压而损坏。 为此在激励线圈上并联一个放电电阻为此在激励线圈上并联一

20、个放电电阻R。在线在线 圈断电时圈断电时 ，该电阻与线圈形成一个放电电路，该电阻与线圈形成一个放电电路 ，使原，使原 储存于磁场中的能量储存于磁场中的能量转换成转换成 热能消耗于电阻，不致产生热能消耗于电阻，不致产生 过电压。过电压。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 从降低过电压出发，电阻宜小些，为解决这个从降低过电压出发，电阻宜小些，为解决这个 矛盾，可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电矛盾，可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电 电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的68倍。倍。 直流电磁机构适合于动作频繁的场合，且吸合直流电磁

21、机构适合于动作频繁的场合，且吸合 后电磁吸力大，工作可靠性好。后电磁吸力大，工作可靠性好。 （2）交流电磁机构的吸力特性）交流电磁机构的吸力特性 若外加电压不变，线若外加电压不变，线 圈的阻抗主要决定于线圈的圈的阻抗主要决定于线圈的 电抗，电阻可忽略，则电抗，电阻可忽略，则 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 当频率当频率f、匝数匝数N和电压和电压 U均为常数时，均为常数时，为常数，为常数， 由式（由式（1-3）知）知F亦为常数，说明亦为常数，说明F与与大小无关。实大小无关。实 际上考虑到漏磁的作用，际上考虑到漏磁的作用，F随随的减小略有增加。的减小略有增加。 当气隙当气隙变

22、化时，由于变化时，由于不变时由式（不变时由式（1-2）可）可 知知IN将随将随Rm（亦即亦即）正比变化，正比变化，I与与呈线性关系。呈线性关系。 NfEU4 44 44 4.= Nf U 4 44 44 4. = （1-4） （1-5） Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 由上述结论可看出，对于可靠性高或频繁动作由上述结论可看出，对于可靠性高或频繁动作 的控制系统一般采用直流电磁机构，而不采用交流的控制系统一般采用直流电磁机构，而不采用交流 电磁机构。一般电磁机构。一般U形交流电磁机构，在线圈通电而衔形交流电磁机构，在线圈通电而衔 铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的铁

23、尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的56 倍，倍，E形电磁机构将达到形电磁机构将达到1015倍。如果衔铁卡住不倍。如果衔铁卡住不 能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。 由于铁磁物质由于铁磁物质 有剩磁，它使电磁机有剩磁，它使电磁机 构的激励线圈失电后构的激励线圈失电后 仍有一定的磁性吸力仍有一定的磁性吸力 存在。剩磁的吸力随存在。剩磁的吸力随 气隙的增大而减小。气隙的增大而减小。 剩磁的吸力特性如图剩磁的吸力特性如图 1-5中曲线中曲线4。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.1.3 电磁机构的反力特性电磁机构的反力特性 电磁机

24、构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线 称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力 以及衔铁质量有关。以及衔铁质量有关。 电磁机构使衔铁释放的力有两种：电磁机构使衔铁释放的力有两种： 利用弹簧的反力利用弹簧的反力 利用衔铁自身的重力利用衔铁自身的重力 F反 反1 K1x F反 反2 K2mg Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 反力特性曲线如反力特性曲线如 图图1-5曲线曲线3所示。所示。 1为电磁机构为电磁机构 气隙的初始值气隙的初始值 2为动静触头开始 为动静触头开始 接触时的气隙长度。接触

25、时的气隙长度。 这时触头上的初压这时触头上的初压 力作用到衔铁上，力作用到衔铁上， 由于超行程机构的由于超行程机构的 弹力作用，反力特弹力作用，反力特 性在性在2处有一突变。处有一突变。 在在20的区域内，气的区域内，气 隙越小，触头压得越隙越小，触头压得越 紧，反力越大。紧，反力越大。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.1.4 电磁机构吸力电磁机构吸力 特性与反力特性的配合特性与反力特性的配合 电磁机构在整个吸合过电磁机构在整个吸合过 程中，吸力需大于反力，吸程中，吸力需大于反力，吸 力特性在反力特性的上方力特性在反力特性的上方,这这 样触头才能闭合接通电路。样触

26、头才能闭合接通电路。 但也不能过大，否则会影响但也不能过大，否则会影响 电器的机械寿命。电器的机械寿命。 当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时，其反当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时，其反 力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的，对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的， 当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹 簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸 力

27、大于反力时，衔铁又吸合。由于交电源频率的变力大于反力时，衔铁又吸合。由于交电源频率的变 化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁 产生强烈振动与噪声，甚至使铁心松散。因此交流产生强烈振动与噪声，甚至使铁心松散。因此交流 接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环（或称接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环（或称 短路环），使铁心通过两个在时间上不相同的磁通，短路环），使铁心通过两个在时间上不相同的磁通， 矛盾就解决了。矛盾就解决了。 图图 1-6 加短路环后的磁通和电磁吸力图加短路环后的磁通和电磁吸力图 （a a）磁通示意图磁通示意图 （b）电磁吸力

28、图电磁吸力图 F tt O O 1 F1 2 F2 F 电磁机构的交变磁通穿电磁机构的交变磁通穿 过短路环所包围的截面过短路环所包围的截面 S2，在环中产生涡流在环中产生涡流 此涡流产生的磁通此涡流产生的磁通 2在相位上落后于在相位上落后于 截面截面S1中的磁通中的磁通1 由由1、2产生吸力为产生吸力为 F1+F2，只要此合力始终只要此合力始终 超过其反力，衔铁的振超过其反力，衔铁的振 动现象就消失。动现象就消失。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.1.5 电磁机构的输入电磁机构的输入- -输出特性输出特性 x = 0 xc 时，时，y =0，当当 xxc 时时,

29、y =1。 x xc 时，时，y = 1，当当 x xf 时，时， y =0。 xc吸合值，吸合值，xc 释放值。释放值。 c f x x 返回系数返回系数 电磁机构激励线圈的电电磁机构激励线圈的电 压或电流为其输入量压或电流为其输入量x，衔铁衔铁 的位置为其输出量的位置为其输出量y，y =f（x） 称为输入称为输入-输出特性。这类矩输出特性。这类矩 形特性曲线统称为继电特性。形特性曲线统称为继电特性。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 1.1.2 执行机构执行机构 低压电器的执行机构一般由触头及其灭弧装置低压电器的执行机构一般由触头及其灭弧装置 组成。组成。 1.1.2.

30、1 触头触头 触头（触点）是电器的执行部分，起接通和分触头（触点）是电器的执行部分，起接通和分 断电路的作用。触头通常由动、静触头组合而成。断电路的作用。触头通常由动、静触头组合而成。 触头的接触形式有点接触如球面对球面、球面触头的接触形式有点接触如球面对球面、球面 对平面等；线接触如圆柱对平面、圆柱对圆柱等和对平面等；线接触如圆柱对平面、圆柱对圆柱等和 面接触如平面对平面三种，如图面接触如平面对平面三种，如图l-8所示。所示。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 球形球形- -球形球形 球形球形- -平面平面 它常用于小电流它常用于小电流 的电器中，如接的电器中，如接 触器

31、的辅助触头触器的辅助触头 或继电器触头。或继电器触头。 圆柱圆柱-平面平面 圆柱圆柱-圆柱圆柱 多用于中等多用于中等 容量的触头容量的触头 ，如接触器，如接触器 的主触头的主触头 开始接触时，动静触头开始接触时，动静触头 在在A点接触，靠弹簧的压点接触，靠弹簧的压 力经力经B点滚到点滚到C点（工作点（工作 电）；断开时作相反运电）；断开时作相反运 动。这样可以清除触头动。这样可以清除触头 表面的氧化膜。表面的氧化膜。 平面平面-平面平面 允许通过大电流。触头允许通过大电流。触头 接触表面上镶有合金，接触表面上镶有合金， 以减小触头接触电阻和以减小触头接触电阻和 提高耐磨性，多用于较提高耐磨性，

32、多用于较 大容量接触器主触头。大容量接触器主触头。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 在常用继电、接触器中，触头的在常用继电、接触器中，触头的 结构形式主要有单断点指形和双断点结构形式主要有单断点指形和双断点 桥式触头。桥式触头。 单断点单断点该触头的特点是只有一个该触头的特点是只有一个 断口，一般多用于接触器的主触头。断口，一般多用于接触器的主触头。 其优点为：合、断过程有滚滑运动，自动清除其优点为：合、断过程有滚滑运动，自动清除 表面的氧化物。可采用铜或铜基合金触头材料；触表面的氧化物。可采用铜或铜基合金触头材料；触 头接触压力大，电动稳定性高；触头参数较易调节。头接触

33、压力大，电动稳定性高；触头参数较易调节。 其缺点是：触头开距大，从而增大了电器体积；其缺点是：触头开距大，从而增大了电器体积； 触头闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械触头闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械 寿命的提高。寿命的提高。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 双断点桥式双断点桥式触头的优点：具有两个有效灭弧区触头的优点：具有两个有效灭弧区 域，灭弧效果很好。小容量交流接触器或继电器采域，灭弧效果很好。小容量交流接触器或继电器采 用这种触头时，有利于熄弧；触头开距小，使电器用这种触头时，有利于熄弧；触头开距小，使电器 结构紧凑，体积小；触头闭合时冲击能量小，

34、无软结构紧凑，体积小；触头闭合时冲击能量小，无软 连接，有利于提高机械寿命。连接，有利于提高机械寿命。 缺点：触头不能自动净化，触头材料必须用银缺点：触头不能自动净化，触头材料必须用银 或银基合金；每个触头的接触压力小，电动稳定性或银基合金；每个触头的接触压力小，电动稳定性 较低；触头参数不易调节。较低；触头参数不易调节。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 触头一般都是选用导电率高的金属材料做成的，触头一般都是选用导电率高的金属材料做成的， 两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才能两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才能 真正接触上。当触头接通电路时，触头实际上

35、通电截真正接触上。当触头接通电路时，触头实际上通电截 面很小。此外，金属在空气中不免要氧化或硫化，在面很小。此外，金属在空气中不免要氧化或硫化，在 其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属 本体大得多，这都使得触头接触处的电阻增大。此电本体大得多，这都使得触头接触处的电阻增大。此电 阻称为触头接触电阻。希望接触电阻尽量小些。接触阻称为触头接触电阻。希望接触电阻尽量小些。接触 面积大、接触压力大、触头材料电阻率小、塑性形变面积大、接触压力大、触头材料电阻率小、塑性形变 好、表面光滑的触头接触电阻较小。好、表面光滑的触头接触电阻较小。 Y XSH

36、 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 触头在从分离到闭合的接通过程中，经常发生触头在从分离到闭合的接通过程中，经常发生 机械振动，即触头的闭合机械振动，即触头的闭合-分离分离-再闭合过程的重复。再闭合过程的重复。 触头闭合瞬间，动触头撞击静触头，动触头在触头闭合瞬间，动触头撞击静触头，动触头在 反力作用下被反弹，压缩动触头弹簧被。一旦弹簧反力作用下被反弹，压缩动触头弹簧被。一旦弹簧 的张力大于反作用力，动触头又被推向与静触头接的张力大于反作用力，动触头又被推向与静触头接 触。这样，动静触头又碰撞、反弹。但弹回的距离触。这样，动静触头又碰撞、反弹。但弹回的距离 一次比一次小，直到弹跳完全停

37、歇，触头完全闭合。一次比一次小，直到弹跳完全停歇，触头完全闭合。 除机械碰撞外，触头电流仅从两触头间少数接除机械碰撞外，触头电流仅从两触头间少数接 触点流过，形成收缩状电流线，触头间的收缩电流触点流过，形成收缩状电流线，触头间的收缩电流 产生的电动力也能导致触头振动，特别是当接通较产生的电动力也能导致触头振动，特别是当接通较 大电流时，电动力的影响更加显著。大电流时，电动力的影响更加显著。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 触头的机械振动会使触头表面产生电气磨损，触头的机械振动会使触头表面产生电气磨损， 当触头接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程当触头接触表面有熔化的金

38、属时，一旦机械振动过程 结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量 而凝固，使动、静触头粘在一起，再也不能分开，而而凝固，使动、静触头粘在一起，再也不能分开，而 发生熔焊现象。适当增大触头弹簧的初压力、减小触发生熔焊现象。适当增大触头弹簧的初压力、减小触 头质量、降低触头的接通速度都可减少振动。头质量、降低触头的接通速度都可减少振动。 为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要 在触头间加一定的压力。此压力一般由弹簧产生。在触头间加一定的压力。此压力一般由弹簧产生。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气

39、自动控制技术 当动触头与静触头刚接触时，当动触头与静触头刚接触时， 由于安装时动触头的弹簧已经被由于安装时动触头的弹簧已经被 预压了一段，因而产生一个初压预压了一段，因而产生一个初压 力力FC，初压力削弱接触振动，通初压力削弱接触振动，通 过调节触头弹簧预压缩量来增减。过调节触头弹簧预压缩量来增减。 触头闭合后弹簧在运动机构触头闭合后弹簧在运动机构 作用下被进一步压缩，运动机构作用下被进一步压缩，运动机构 运动终止时，弹簧产生终压力运动终止时，弹簧产生终压力FZ。 终压力减小接触电阻。终压力减小接触电阻。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 弹簧被进一步压缩的距离弹簧被进一步

40、压缩的距离l称为触头的超程，超程称为触头的超程，超程 越大终压力亦越大。有了超程，使触头在被磨损的情越大终压力亦越大。有了超程，使触头在被磨损的情 况下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。况下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。 1.1.2.2 灭弧装置灭弧装置 两个触头之间的接触，本质上说两个触头之间的接触，本质上说 是许多个点的接触。因此，在两个触是许多个点的接触。因此，在两个触 头分开时头分开时 ，势必最终要出现只，势必最终要出现只有一个有一个 点在接触的现象，此时该点处的电流密度可达点在接触的现象，此时该点处的电流密度可达 103108Acm2，致使触头金属熔化，并随着触头

41、的致使触头金属熔化，并随着触头的 互相分离形成高温金属液桥。互相分离形成高温金属液桥。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 金属液桥被拉断，触头才能完全分开，这时在断金属液桥被拉断，触头才能完全分开，这时在断 口处立即产生电弧，随着触头的分离，电弧被熄灭，口处立即产生电弧，随着触头的分离，电弧被熄灭， 相应的电路才被断开。相应的电路才被断开。 （1 1）电弧的产生电弧的产生 电弧实际上是一种气体放电现象，就是气体中有电弧实际上是一种气体放电现象，就是气体中有 大量的带电质点作定向运动。大量的带电质点作定向运动。 当触头分离的瞬间，动、静触头的间隙很小，电当触头分离的瞬间，动、

42、静触头的间隙很小，电 路电压几乎全部降落在触头之间，在触头间形成很高路电压几乎全部降落在触头之间，在触头间形成很高 的电场强度，以致发生场发射。的电场强度，以致发生场发射。 发射的自由电子在电场作用下向阳极加速运动。发射的自由电子在电场作用下向阳极加速运动。 高速运动的电子撞击气体原子时产生高速运动的电子撞击气体原子时产生“撞击电离撞击电离” 。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 电离出的电子在向阳极运动过程中又将撞击其电离出的电子在向阳极运动过程中又将撞击其 它原子，使其它原子电离。撞击电离的正离子则向它原子，使其它原子电离。撞击电离的正离子则向 阴极加速运动，撞在阴极上

43、会使阴极温度逐渐升高，阴极加速运动，撞在阴极上会使阴极温度逐渐升高， 到达一定温度时，会发生到达一定温度时，会发生“热电子发射热电子发射” 。 在高温下，触头间的气体原子已很高的速度做在高温下，触头间的气体原子已很高的速度做 不规则运动并相互剧烈撞击，结果原子也将造成电不规则运动并相互剧烈撞击，结果原子也将造成电 离，称为离，称为“热游离热游离” 。 撞击电离、热电子发射、热游离的结果，在触撞击电离、热电子发射、热游离的结果，在触 头间隙中形成了炽热的电子流即电弧。头间隙中形成了炽热的电子流即电弧。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 显然，电压越高、电流越大，即电弧功率越大

44、、显然，电压越高、电流越大，即电弧功率越大、 弧区温度越高、游离程度越烈，电弧亦越强。弧区温度越高、游离程度越烈，电弧亦越强。 伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电 离主要是通过正质点的复合进行的。温度越低，带电质离主要是通过正质点的复合进行的。温度越低，带电质 点运动越慢，越容易复合。点运动越慢，越容易复合。 带电触头的分断过程就是电弧形成及抑制的过程。带电触头的分断过程就是电弧形成及抑制的过程。 电弧产生后，伴随高温产生并发出强光，将触头电弧产生后，伴随高温产生并发出强光，将触头 烧损，并使电路的切断时间延长，严重时还会引起火灾烧损，并使电路

45、的切断时间延长，严重时还会引起火灾 或其他事故。应采取措施熄灭电弧。或其他事故。应采取措施熄灭电弧。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄 灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离 作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根 据上述灭弧原则，常用的灭弧方法及装置有：据上述灭弧原则，常用的灭弧方法及装置有： （2）灭弧方法及灭弧装置灭弧方法及灭弧装置 多断点灭弧多断点灭弧：在交流继电器和接触器中常采用：在交流继电器和接触器中常采用 桥式触头（如图桥式触头（如图l-10所示），这种触头有两个断点。所示），这种触头有两个断点。 交流电路在过零后，若一对断点处电弧重燃需要交流电路在过零后，若一对断点处电弧重燃需要150 250V电压，则两对断点就电压，则两对断点就 需要需要300500V电压。若断电压。若断 点电压达不到此值，电弧点电压达不到此值，电弧 过零后因不能重燃而熄灭，过零后因不能重燃而熄灭， 所以有利于灭弧。所以有利于灭弧。 Y XSH 现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触头灭一般交流继电器和小电流接触器采用