电磁式低压电器课件

第一篇电器及继电接触器控制技术

第一章电磁式低压电器教学要求：掌握接触器、继电器、断路器、按钮、开关、主令电器等常规控制电器的动作特点、图形符号，并能够正确选择使用。一、电器的定义电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。二、电器的分类

1．按工作电压等级分

(1)高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。1.低压配电器用于供电系统中进行电能的输送和分配的电器。主要技术要求：分断能力强，限流效果好，动稳定及热稳定性能好。主要器件：低压断路器、隔离开关、刀开关、自动开关2.低压控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器。主要技术要求：具有一定的通断能力，操作频率高，电器和机械寿命要长。主要器件：接触器、继电器、启动器、各种控制器等。3.低压主令电器用于发送控制主令的电器。主要技术要求：操作频路高，抗冲击，电器的机械寿命要长。主要器件：按钮、主令开关、行程开关和万能转换开关等。5.低压执行器用于完成某种动作和传动功能的电器。主要器件：电磁铁、电磁离合器等。电动机是用得最多的执行电器。低压电器的其它分类：1.按使用场合分为一般工业用电器、特殊工矿用电器、安全电器、农用电器、牵引电器等。2.按操作方式分为手动电器和自动电器。3.按工作原理分为电磁式电器、非电量控制电器等。电磁式低压电器是采用电磁现象完成信号检测及工作状态转换的，是传统低压电器中结构最典型、应用最广泛的一类。二、低压电器的结构低压电器一般由工作机构、操动机构及灭弧机构三大部分组成。即触点系统+电磁系统+灭弧装置（一）工作机构（触头）触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。常见的触头结构图（a）为点接触的桥式触头，图（b）为面接触的桥式触头，图（c）为线接触的指形触头。(2)按控制的电路分按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。(3)按原始状态分按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧1-衔铁2-铁心3-线圈（a）直动式电磁机构（b）拍合式电磁机构原理当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触头动作。作用将电磁机构中线圈中的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。2.电磁特性（1）电磁吸力与吸力特性线圈电磁吸力：吸力特性电磁式电器在吸合或释放过程中，气隙是变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸力特性。B为气隙中磁感应强度（T）S为磁铁截面积1.直流电磁铁吸力特性2.交流电磁铁吸力特性3.反力特性吸力特性和反力特性

吸力过大，接触时冲击力大，会损坏铜片；吸力过小，衔铁动作慢，难以满足高频操作的要求。（2）交流接触器短路环的作用线圈通电后，电磁吸力要大于反力（由复位弹簧和触头产生）才能将衔铁吸附；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，衔铁被释放。当同交流电时，交流电变化一个周期，电磁铁会吸合两次，释放两次，电磁机构产生剧烈的震动和噪声，因而不能正常的工作。解决方法：在铁芯的端面开一个小槽，在槽内嵌入铜质短路环。加上短路环后，磁通被分成大小接近、相位相差90°电角度的两相磁通。（三）灭弧机构（1）电弧的产生触头在通电状态下动、定触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出，在高热和强电场的作用下，电子运动撞击空气分子，使之电离而产生电弧。电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾，所以必须迅速消除。（2）电弧的分类电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。（3）常用的灭弧原理a.迅速拉大电弧长度，从而降低单位长度电弧的电压。b.使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可以使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，交流电器常用栅片灭弧。我国低压电器产品大致可分为四代：第一代产品：20世纪60年代至70年代初第二代产品：20世纪70年代末一80年代第三代产品：20世纪90年代第四代产品：20世纪90年代末至今第1代低压电器（60年代一70年代初）主要产品为DW10，DZ10，CJ10等系列产品为代表的17个系列产品，性能水平相当于国外50年代水平，其性能指标低、体积大、耗材、耗能、保护特性单一、规格及品种少。现市场占有率为20％一30％(以产品台数计算)。第2代低压电器（70年代末一80年代）主要产品为DWl5，DZ20，CJ20为代表，共56个系列。技术引进产品以3TB、B系列为代表．共34个系列。达标攻关产品40个系列，技术指标明显提高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套装置要求。现有市场占有率为50％一60％。第3代低压电器（90年代）主要产品为DW45，S，CJ45(CJ40)等系列产品第三代电器产品具有高性能、小型化、电子化、智能化、模块化、组合化、多功能化等待征。但受制于通信能力的限制，不能很好地发挥智能产品的作用。现有市场占有率：5％一10％，如智能断路器、软起动器等。第4代低压电器（90年代末至今）不断开发现场总线低压电器产品。这种产品除了具有第三代低压电器产品的特征外，其主要技术特征是可通信，能与现场总线系统连接。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。（智能化可通信低压电器）第二节电磁式接触器电磁式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回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机、电焊机、电容器组等。能实现远距离控制，并具有低压释放的保护功能。交流接触器一、接触器的结构及工作原理1.交流接触器的结构组成：电磁机构+触头系统+灭弧装置+其他附件交流接触器结构示意图交流接触器触点系统三对常开主触点：容量较大，用于接通分断高电压、大电流的主电路。有1～2对辅助触点：容量较小，用于接通分断小电流的控制电路。灭弧装置大容量交流接触器采用栅片灭弧、灭弧罩灭弧；小容量交流接触器采用双断口桥式触点灭弧。~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧●线圈通电→产生电磁吸力→衔铁吸合→带动动触点动作：常闭触头断开，常开触头闭合。●线圈失电→电磁吸力消失→衔铁在反作用弹簧的作用下释放，带动触点复位，常开触头断开，常闭触头闭合

。2.交流接触器的工作原理当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动与衔铁固连在一起的触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，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：常开触头断开，常闭触头闭合。

目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20CJX1(3TB/3TF)CJX2(LCD-1)CJX3CJX4等系列。交流接触器CJ20系列-1CJ20系列交流接触器用于交流50Hz，额定电压至660V(个别等级至1140V)，电流至630A的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。交流接触器CJ20系列-5交流接触器B

系列-2B系列接触器为引进德国ABB公司技术制造的产品1.接触器型号的表达及含义

例如，CJl2-250／3:为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。CJl2T-250／3:为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。例，CZ0-100/20:为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。二、接触器的主要技术参数1.技术参数1）额定电压接触器的额定电压是指主触头的额定电压，应等于负载的额定电压。

直流接触器：110、220V、440V、660V

交流接触器：127、220V、380V、500V

如某负载是380V的三相感应电动机，则应选380V的交流接触器。2）额定电流接触器的额定电流是指主触头的额定电流，应等于或稍大于负载的额定电流。

直流接触器：25A、40A、60A、100A、

150A、250A、400A、600A。

交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、

150A、250A、400A、600A。3）线圈的额定电压电磁线圈的额定电压等于控制回路的电源电压。常用的等级为：直流线圈；24V、48V、220V、440V。交流线圈：36V、127V、220V、380V。一般交流线圈用于交流接触器，直流线圈用于直流接触器，但当交流负载在频繁动作时可以采用直流线圈的交流接触器。

4）触头数目接触器的触头数目应能满足控制线路的要求。

5）额定操作频率接触器额定操作频率是指每小时接通次数。交、直流接触器最高为1200次/h。6）接通和分断能力指主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通时主触点不应发生熔焊；分断时主触点不应发生长时间燃弧。电路中超出此电流值的分断任务则由熔断器、自动开关等保护电器承担。接通及分断能力与使用类别有关。因而接触器用于不同负载时，对主触点的接通和分断能力的要求不一样。接触器在电力拖动系统使用时，常见的类别是：AC交流：AC1AC2AC3AC4DC直流：DC1DC3DC5AC-1和DC-1类允许接通和分断额定电流。AC-2、DC-3、DC-5类允许接通和分断4倍额定电流。AC-3类允许接通和分断6倍额定电流和分断额定电流。AC-4类允许接通和分断6倍额定电流。2.接触器图形符号和文字符号三、接触器的选用1.根据负载性质确定工作类别生产中广泛使用中小容量的笼型电动机，而且是一般负载，它相当于AC-3使用类别。控制机床电动机的接触器，负载比较复杂，有用AC-3、AC-4，也有用AC-1和AC-4混合的。2.根据电动机（或者其他负载）的功率和操作情况来确定接触器主触点的电流等级。当接触器的使用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般应使主触点的电流等级与所控制的负载的电流等级相当，或者稍大一些。总体来说：根据负载性质确定工作类别；根据类别确定接触器系列。根据负载额定电压确定接触器额定电压。根据负载额定电流确定接触器额定电流，并根据外界条件加以修正。选定吸引线圈的额定电压。根据负载情况复核操作频率。第三节电磁式继电器一、电磁式继电器的结构和特性继电器是一种根据电气量(电压、电流等)或非电气量(温度、压力、转速、时间等)的变化接通或断开控制电路的电气元件，被广泛用于电动机或线路的保护以及生产过程自动化的控制中。一、中间继电器二、电压、电流继电器三、时间继电器四、热继电器五、速度继电器1.电磁式继电器的结构1-线圈；2-铁芯；3底座；4-反力弹簧；5，6-调节螺钉；7-衔铁；8-非磁性垫片；9-常闭触点；10-常开触点电磁式继电器主要由电磁机构和触点系统组成。电磁机构1.交流电磁机构形式主要有：U形拍和式和E形直动式，其铁芯和衔铁一般由硅钢片组成。2.直流电磁机构形式主要为：U形拍和式，其铁芯和衔铁一般由电工软铁组成。触点系统触点一般为桥式触点，有常开和常闭两种形式。因为交、直流继电器的触点均接在控制电路上，且电流小，故不装灭弧装置。2.电磁式继电器的特性当继电器输入量由零增至x2以前，继电器输出量为零。当输入量增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1，若再增大，值保持不变。当减小到x1时，继电器释放，输出量由y1降到零，再减小，值均为零。

在图中，X2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于x2；x1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于x1。

继电特性曲线

继电器的主要参数1.返回系数K为释放值和吸合值的比值，称为继电器的返回系数。K的值可以通过调节释放弹簧来调节；或者是通过调整铁芯和衔铁之间的非磁性垫片的厚度来达到所要求的值。不同的场合要求不同的K值。例如：一般继电器要求低的返回系数，K的值应该在0.1-0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时，不至于引起误操作。2.吸合和释放时间吸合时间：指线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需要的时间。释放时间：指线圈失电到衔铁完全释放所需要的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为：0.05——0.15S，它的大小影响继电器的操作频率。2.继电器的作用继电器主要用于控制与保护电路或作信号转换用。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。注意：1、继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。2、触电无主、辅触点之分。3.继电器的分类按输入信号的不同分为：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。按线圈电流种类不同分为：交流继电器和直流继电器。按使用范围不同分为：控制继电器和保护继电器、通讯继电器和安全继电器。按动原理不同分为：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。常用的电磁式继电器：电压继电器、电流继电器和中间继电器电压继电器和电流继电器可用于电压量和电流量的检测。两者的电磁系统的主要差别：电压继电器线圈的导线细，而且匝数多。电流继电器线圈的导线粗，而且匝数少。电压继电器在接入电路时，并联在待测量的电路端点。电流继电器在接入电路使用串接在待检测的电路中。二、电压继电器及电流继电器1.电磁式电压继电器触点的动作与电压有关的继电器称为电压继电器。作用：用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。按线圈电流的种类可分为：交流型和直流型按吸合电压相对额定电压的多少可分为：过电压和欠电压继电器。二、电压继电器及电流继电器（1）过电压继电器作用：在电路中用于过电压保护。正常工作时衔铁不产生吸合动作。当线圈的电压高于其额定电压时，衔铁才会产生吸合动作。常利用常闭触点断开需要保护的电路的负荷开关。（2）欠电压继电器作用：在电路中用于欠电压保护。正常工作时衔铁处于吸合状态。当电路中电压降至线圈的释放电压时，衔铁释放。控制电路中常利用欠电压继电器常开触点电压继电器的图形符号及文字