第2章常用其他低压电器..ppt

1、电气控制及PLC,第2章 常用其他低压电器,2.1 热继电器,2.1.1 热继电器的作用和分类 电动机长时间过载，绕组超过允许温升时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会将电动机烧毁。 过流的原因：长期过载、频繁起动、欠电压、断相运行均会引起过电流。 热继电器：电动机或其他设备的过载保护、断相保护。 热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。因此它不同于过电流继电器和熔断器。,按相数来分，热继电器有单相、两相和三相共三种类型。 按智能来分，三相式热继电器又有不带断相保护和带断相保护两种类型。,2.1.2电动机的过载特性和热继电器的保护特性,2.

2、1.3 热继电器的工作原理 热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步电动机的过载保护。,1）正常：i=ie 位移小 触点不动作 2）过载：iie 位移增大 触点动作,双金属片,双金属片的受热方式 a 直接受热方式 b 复合受热方式 c 间接受热方式 d互感器受热方式,1接线端子 2、5双金属片 3热元件 4导板 6、9常闭触头 7常开触头 8复位螺钉 10按钮 11调节旋钮 12支撑件 13压簧转动偏心轮 14推杆,注意： 1）继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后，按下复位按钮10才能复位； 2）改变压动螺钉8的位置，还可以用来调节动作电流。,当电动机

3、发生一相断电时 1）星形接法（线电流 = 相电流） 断相时，流过电动机绕组的电流等于流过热继电器的电流，故可以采用两相或三相热继电器保护。 2）三角形接法（线电流= 相电流） 断相时，流过电动机绕组的电流小于流过热继电器的电流，必须采用带断相保护的热继电器保护。 带断相保护的热继电器是在普通的热继电器上加一个差动机构。,差动式断相保护热继电器 1上导板 2下导板 3双金属片 4常闭触头 5杠杆,2.1.4 热继电器的符号,FR,FR,热元件,常闭触头,2.1.5 热继电器的主要技术数据 1）热元件额定电流：热元件的最大整定电流值。 2）整定电流：热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电

4、流值。 3）热继电器额定电流：热继电器中，可以安装的热元件的最大整定电流值。,2.1.6 热继电器的接线 1）电动机定子绕组星形接法: 带断电保护和不带断电保护的热继电器均可接在线电路中。 2）电动机定子绕组三角形接法: 带断电保护接在线电路中。 不带断电保护热继电器的热元件必须串接在电动机每相绕组上。,2.1.7 热继电器的选用 热继电器的保护对象是电动机，故选用时应了解电动机的技术性能、启动情况、负载性质以及电动机允许过载能力等。 热继电器只适用于不频繁启动、轻载启动的电动机进行过载保护。对于正、反转频繁转换以及频繁通断的电动机，如起重用电动机则不宜采用热继电器作过载保护。,2.1.8 热

5、继电器的使用 1）热继电器本身的额定电流等级并不多，但其发热元件编号很多。 2）热继电器有手动复位和自动复位。 3）热继器安装的方向、使用环境和所用连接线都会影响动作性能 4）使用中定期去除尘埃和污垢。 5）使用中注意安全检查。,JR20系列热继电器,JR28系列热继电器,施耐德LR9F系列热继电器,2.2 信号继电器,2.2.1 温度继电器 1电动机绕组升温的原因 电动机过载，会使其绕组温升过高； 电网电压升高，铁损增加，而使铁心发热； 电动机环境温度过高及通风不良。,2温度继电器具有“全热保护”作用 温度继电器是埋设在电动机的发热部位，如电动机定子槽内、绕组端部等，可直接反应发热情况，对任

6、何情况引起的电动机温度升高都可以起到保护作用。 两种类型：双金属片式温度继电器；热敏电阻式温度继电器,3温度继电器图形符号,常开触头,常闭触头,JUC-31F 超小型温度继电器,温度继电器 螺纹温度开关KSD301,JUC-2M 超小型密封温度继电器,2.2.2 速度继电器 1速度继电器的结构和工作原理 感应式速度继电器是依靠电磁感应原理实现触头动作的。 速度继电器主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一块永久磁铁，固定在轴上。 当转子的速度下降到接近零时(约100转min)，定子柄在动触点弹簧力的作用下恢复到原来的位置。,JYl型速度继电器结构原理： 1转子 2电动机轴 3定子 4绕组 5

7、定子柄 6静触点 7动触点 8簧片,JYl型能在3000rmin以下可靠的工作， JFZ01型适用于300-1000rmin； JFZ02用于10003600rmin。 速度继电器主要根据电动机的额定转速进行选择，还可以通过调节螺钉(图中没有画出)的松紧，调节反力弹簧的反作用力，来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。,2速度继电器的符号,JY-1速度继电器,CT-822速度继电器,SKJ-C 电子速度继电器,2.2.3 压力继电器 压力继电器广泛用于各种气压和液压控制系统中，通过检测气压或液压的变化，发出信号。,1微动开关 2滑杆 3弹簧 4橡皮膜 5入油口,德国HYDAC压力继电

8、器,JCS柱塞式压力继电器,2.2.4 液位继电器 液位继电器用来检测液位是否达到某一高度。,JYF-02液位继电器,JYF系列液位继电器,JYB系列晶体管液位继电器,浮球开关,2.2.5 干簧管继电器 1干簧管 干簧管（Reed Switches），也称磁簧开关或舌簧开关及磁控管，它是一种气密式密封的磁控性，机械开关，可以作为磁接近开关、液位传感器、干簧管继电器使用。干簧管比一般的机械开关结构简单、体积小、速度快、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。 在手机、程控交换机、复印机、洗衣机、电冰箱、照相机、消毒碗柜、电磁继电器、电子衡器、液位计、煤气表、水

9、表中都得到很好的应用，电子电路中，只要使用自动开关，基本上都可以使用干簧管。,2干簧管的工作原理 当永久磁铁靠近单簧管或者有绕在单簧管的线圈通电形成的磁场使簧片磁化，簧片的接点部分就感应出极性相反的磁极。异性相吸，当吸引力大于弹簧的弹力时，接点就会吸合；当磁力较小到一定程度时，接点被弹簧的弹力打开。,A型（常开型）,C型（转换型，单极双投）,3干簧管继电器 在同一干簧继电器中可同时放置24个单簧管，以得到多对极点的干簧继电器。 4 干簧继电器的优点 1)体积小，质量轻； 2)簧片轻而短，有固有频率，可提高接点的通断速度，通断的时间仅为13ms，比一般的电磁继电器快510倍； 3)接点与大气隔绝

10、，管内有稀有气体，可减少接点的氧化合碳化,并且由于密封，可防止外界有机蒸气和尘埃杂质对接点的侵蚀。,2.2.6固态继电器 固态继电器（SSR）是一种无触点通断电子开关，是一种四端有源器件其中二个端子为输入控制端，另外二端为输出受控制，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，实现了相当于电磁继电器一样的功能。具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。,固态继电器用于控制

11、直流电动机时，应在负载两端接入二极管，以阻断反电势。控制交流负载时，则必须估计过电压冲击的程度，并采取相应保护措施（如加装RC吸收电路或压敏电阻等）。当控制电感性负载时，固态继电器的两端还需加压敏电阻。,2.2.7 光电继电器 光电继电器是利用光电元件把光信号转换成电信号的光电器材光电继电器分亮通和暗通两种电路。 使用光电继电器必须注意，光电继电器安装、使用时，应避免振动及阳光、灯光等其他光线的干扰。,对射式光电继电器,2.3 主令电器,主令电器是用来闭合和断开控制电路，主令电器不允许分合主电路。 2.3.1 控制按钮 简称按钮，结构简单、使用广泛。 控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳

12、等组成，通常做成复合式，即具有常闭触点和常开触点。按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点；按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触点自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触点电器的触点动作顺序均为“先断后合”。,控制按钮结构示意图： 1按钮 2复位弹簧 3动触头 4常闭触头 5常开触头,控制按钮图形及文字符号：,消防防水按钮开关,防爆按钮开关,16 LA39-E系列按钮开关,30 LA39-C系列按钮开关,2.3.2 行程开关 行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行

13、程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。,直动式,滚轮式,微动式,行程开关的图形符号,接近开关,接近开关具有定位精度高、操作频率高、寿命长、耐冲击振荡、耐潮湿、能适应恶劣工作环境等优点。,2.3.3 万能转换开关 万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控

14、等。万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。,万能转换开关 1触头 2触头弹簧 3凸轮 4转轴,万能转换开关的图形符号 a）画“”标记表示 b）接通表示,2.3.4 主令控制器 主令控制器是一种频繁对电路进行接通和切断的电器。通过它的操作，可以对控制电路发布命令，与其它电路联锁或切换。常配合磁力起动器对绕线式异步电动机的起动、制动、调速及换向实行远距离控制，广泛用于各类起重机械的拖动电动机的控制系统中。 主令控制器一般由外壳、触点、凸轮、转轴等组成，与万能转换开关相比，它的触点容量大些，操纵档位也较多。主令控制器的动作过程与万能转换开关相类似，也是由一块可转动的凸轮带动触

15、点动作。,2.4 熔断器,熔断器是低压电路及电动机控制电路中用作短路保护的电器，它串联在线路中，当线路或电气设备发生短路（或严重过流）时，熔断器中的熔体首先因电路电流增大而过热熔断，自动切断电路，以保护电气设备,2.4.1 熔断器的结构组成和分类 熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。,1、插入式熔断器,2、螺旋式熔断器,3、封闭管式熔断器,4、快速熔断器 它主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲

16、制的有V形深槽的变截面熔体。 5、自复熔断器 采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。,常用熔断器的特点及用途如表2-1所示。,表2-1,常用熔断器的特点、用途,续表,熔断器的图形和符号,2.4.2 熔断器的保护特性 熔断器的安秒特性 熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。因此

17、对熔体来说，其动作电流和动作时间特性即熔断器的安秒特性，为反时限特性。,最小融化电流Ir应大于熔体额定电流Ire，Ir和Ire之比称为熔断器的熔化系数Kr。,常用熔体的熔化系数大于1.25，也就是说额定电流为10A的熔体在电流12.5A以下时不会熔断。,2.4.3 熔断器的主要参数,额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。 额定电流：指熔断器长期工作时，各部件温升不超过规定指时所能承受的电流。熔断管的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多。 极限分断能力 ：指熔断器的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值，在电路中

18、出现的最大电流值一般是指短路电流值。,IdIrIgeIre。,（1）熔断器的额定电流Ige； （2）熔体的额定电流Ire （3）熔体的熔断电流Ir （4）熔断器的断流能力Id,如果线路电流大于熔断器的断流能力，熔丝熔断时电弧不能熄灭，可能引起爆炸或其他事故。,2.4.4 一般熔断器的选用,主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；

19、当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。,表2-2,熔体额定电流选择,熔断器的级间配合 为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大12个级差。,2.4.5 快速熔断器的选择,从结构上来说，普通熔断体的熔丝是具有一定几何形状的金属丝构成；而快速熔断器的熔丝除了具有一定形状的金属丝外，还会在上面点上某种材质的焊点，其目的为了使熔丝在过载情况下迅速断开 从功能上来说，普通熔断体在适当的过载情况下会有一定的允通时间，实际电流超过额定电流值越大熔断时间就越短，相

20、反超过额定熔断电流越小，熔断时间就越长；而快速熔断器就突出“快”，也就是灵敏度高，当电路电流一过载，熔丝在焊点的作用下，迅速发热，迅速断开熔丝，好的快速熔断体其效率相当高 。,快速熔断器接入整流电路的方式 a）接入交流侧 b）接入整流侧 c）接入直流侧,快速熔断器熔体的额定电流是以有效值表示的，而硅整流元件和晶闸管的额定电流却是用平均值表示的。,当快速熔断器接在交流侧时熔体的额定电流为： Ire k1Izhmax 式中，Izhmax为可能使用的最大整流电流，k1为系数,当快速熔断器接入整流桥臂时熔体的额定电流为： Ire 1.5Ige 式中，Ige为硅整流元件或晶闸管的额定电流,快速熔断器分断

21、电流的瞬间，最高电弧电压可达电源电压的1.52倍。因此，硅整流元件或晶闸管的反向峰值电压必须大于此电压值才能安全工作，即：,式中，Uf为硅整流元件或晶闸管的反向峰值电压； Ure为快速熔断器额定电压；k2为安全系数，其值一般为1.52.,RS0系列有填料快速熔断器,DMM-B-44/100圆管型快速熔断器 最大分断电流： 10 KA,最后，还应指出，采用快速熔断器保护虽然具有结构简单、价格低廉、维修方便等特点，但也有局限性，主要是更换比较麻烦，故适用于负载波动不大，事故不多的场合。当负载波动大且事故较多的场合，宜采用快速断路器代替快速熔断器。,2.5 低压开关和低压断路器,开关是最普通、使用最

22、早的电器。其作用是分合电路、开断电流。常用的有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关(组合开关)、自动空气开关(空气断路器)等。 开关有有载运行操作、无载运行操作、选择性运行操作之分；又有正面操作、侧面操作、背面操作几种；还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分。刀口接触有面接触和线接触两种，线接触形式，刀片容易插入，接触电阻小，制造方便。开关常采用弹簧片以保证接触良好。,2.5.1 低压刀开关,刀开关是手动电器中结构最简单的一种，主要用作电源隔离开关，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电线路。接线时应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故发生。,1刀开关的图形

23、文字符号,2塑壳刀开关,HKl、HK2系列开启式负荷开关（胶壳刀开关）,用作电源开关和小容量电动机非频繁起动的操作开关。,3熔断器式刀开关,熔断器式刀开关、具有刀开关和熔断器的双重功能，采用这种组合开关电器可以简化配电装置结构，经济实用，越来越广泛地用在低压配电屏上。,HR5系列熔断器式刀开关,HR3系列熔断器式刀开关,4隔离开关,QA系列、QF系列QSA（HH15）系列隔离开关用在低压配电中，HY122带有明显断口的数模化隔离开关，广泛用于楼层配电、计量箱、终端组电器中。,QSA（HH15）系列隔离开关,5铁壳开关,HH3、HH4系列封闭式负荷开关（铁壳开关）,操作机构具有速断弹簧与机械联锁

24、，用于非频繁起动、28kW以下的三相异步电动机。,刀开关选择时应考虑以下两个方面： （1）刀开关结构形式的选择 应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择如是否带灭弧装置，若分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。根据装置的安装形式来选择，是否是正面、背面或侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线的结构形式。 （2）刀开关的额定电流的选择 一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以应选用额定电流大一级的刀开关。若再考虑电路出现的短路电流，还应选用额定电流更大一级的刀开关。,2.5.2 低压断路器,低压断路器也称为自动空气开关，

25、可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。,1低压断路器结构原理,2低压断路器的图形、文字符号,3低压断路器典型产品,（1）框架式低压断路器（万能式低压断路器）框架式断路器一般容量较大，具有较高的短路分断能力和较高的动稳定性。适用于交流50Hz，额定电流380V的配电网络中作为配电干线的主保护。 框架式断路器主要由触点系统、操作机构、过电流脱扣器、分励脱扣器及欠压脱扣器、附件及框架等部分组成，全部组件进行绝缘后装于框架结构底座中。 目前我国常用的有D

26、W15、ME、AE、AH等系列的框架式低压断路器。DW15系列断路器是我国自行研制生产的，全系列具有1000、1500、2500和4000A等几个型号。 ME、AE、AH等系列断路器是利用引进技术生产的。它们的规格型号较为齐全(ME开关电流等级从630A5000A共13个等级)，额定分断能力较DWl5更强，常用于低压配电干线的主保护。,DW15系列-万能式低压断路器,AE2000-SWA 三菱低压断路器,DW17（ME）系列万能式空气断路器,（2）装置式断路器（塑料外壳式低压断路器） 装置式断路器有绝缘塑料外壳，内装触点系统、灭弧室及脱扣器等，可手动或电动(对大容量断路器而言)合闸。有较高的分

27、断能力和动稳定性，有较完善的选择性保护功能，广泛用于配电线路。 目前常用的有DZ15、DZ20、DZX10和C65N等系列产品。其中C65N断路器具有体积小，分断能力高、限流性能好、操作轻便，型号规格齐全、可以方便地在单极结构基础上组合成二极、三极、四极断路器的优点，广泛使用在60A及以下的民用照明支干线及支路中(多用于住宅用户的进线开关及商场照明支路开关)。,DZ15低压断路器,DZ20低压断路器,DZX10低压断路器,C65N低压断路器,（3）智能化断路器 目前国内生产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。框架式智能化断路器主要用于智能化自动配电系统中的主断路器，塑料外壳式智能化断路器主

28、要用在配电网络中分配电能和作为线路及电源设备的控制与保护，亦可用作三相笼型异步电动机的控制。智能化断路器的特征是采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器(智能脱扣器)，它不仅具备普通断路器的各种保护功能，同时还具备实时显示电路中的各种电气参数(电流、电压、功率、功率因数等)，对电路进行在线监视、自行调节、测量、试验、自诊断、可通信等功能，能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，保护电路动作时的故障参数能够存储在非易失存储器中以便查询，国内DW45、DW40、DW914(AH)、DWl8(AE-S)、DW48、DWl9(3WE)、DWl7(ME)等智能化框架断路器和智能化塑壳断路器。

29、,RKW1（DW45）系列智能型万能式断路器，适用于交流50Hz，额定电压至690V，额定电流400A4000A的配电网络中，用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害，断路器具有智能化保护功能，故障判断准确，选择性好，灵敏度高，能提高供电可靠性，避免不必要的停电。同时也可带有通讯接口，可实现远距离四遥，以满足控制中心和自动化系统的要求。该断路器具有隔离器功能。,4低压断路器的选用,1）根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式确定选用框架式、装置式或限流式等。 2）断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。 3）断路器欠压脱扣器额定电压应等于

30、被保护线路的额定电压。 4）断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。 5）断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。 6）配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。 7）断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。,2.5.3 组合开关,组合开关在电气控制线路中，一种常被作为电源引入的开关，可以用它来直接启动或停止小功率电动机或使电动机正反转。局部照明电路也常用它来控制。组合开关有单极、双极、三极、四极几种，额定持续电流有10、25、60、100A等多种。,组合开关的图形和文字符号,组合开关的

31、选择 1）适合于小容量电动机起停控制，额定电流为电动机额定电流的3倍。 2）作电源开关，额定电流稍大于电动机额定电流。,2.6 漏电断路器,漏电断路器是一种最常用的漏电保护电器。它既能控制电路的通与断，又能保证其控制的线路或设备发生漏电或人身触电时迅速自动掉闸，切断电源，从而保证线路或设备的正常运行及人身安全。,2.6.1 触电的形成及其危害,电动机因绝缘损坏而使一相碰壳，电动机外壳接地松动，当人触及电动机外壳时，触电电流就经过大地和线路的对地分布电容构成回路。当线路很长时，线路对地分布电容增加，通过分布电容构成的回路电流也增大，人体就有触电危险。,中性点不接地系统,中性点接地系统,PE线具有下列功能： 保障人身安全，防止发生触电及带电外壳时的触电事故。通过保护线PE，将设备的外露可导电部分的金属外壳接到