船舶机械电力拖动

1、第一部分：电力拖动基础,1,“船舶机械电力拖动”主要内容,电力拖动基础：低压电器（继电器与接触器）；简单的继电器控制的电力拖动系统； 船舶甲板机械电力拖动系统：三速起货机（锚机）；液压起货机； 机舱辅助机械电力拖动控制系统：锅炉；冰机 船舶航向控制系统（自动舵）； 主机遥控系统,2,第1部分,电器的基本知识,第一部分：电力拖动基础,3,1.1.1 电器定义,电器 电气器具。,电器的定义：指能依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动接通和断开电路，连续或断续地改变电路参数，以实现对电路或用电设备的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件、设备和电工装置。,电器 一种能控制电的工具。,1.1

2、电器概述,第一部分：电力拖动基础,4,1. 按工作电压等级分,低压电器：工作电压在交流1200V（1000V）或直流1500V以下的各种电器。,高压电器：工作电压高于交流1200V或直流1500V的各种电器。,1.1.2 电器的分类（控制）,第一部分：电力拖动基础,5,安全电压,安全电压定义：为防止触电事故而采用特定电源供电的电压系列。,我国GB3805-83安全电压标准规定：安全电压的额定值为42、36、24、12、6V。（特低电压ELV）,有电击危险环境中，使用的手持式照明灯和局部照明灯应采用36V或24V安全电压； 金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持式照明灯应采用12V安全

3、电压； 在水上作业等场所工作应使用6V安全电压。 采用超过24V的安全电压时必须采取防止直接触及带电导体的防护措施,第一部分：电力拖动基础,6,2. 按动作原理分,手动电器：需要人工直接操作才能完成指令任务的电器。如刀开关、控制按钮、控制器、转换开关等。,自动电器：不需要人工操作，而是按照电或非电信号自动完成指令任务的电器。如交直流接触器、继电器、高压断路器等,第一部分：电力拖动基础,7,3. 按用途分,控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。,主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。,保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。,配电电器：用于电能的输送和分配的电器。,执行电器：用于

4、完成某种动作或传动功能的电器。,第一部分：电力拖动基础,8,4. 按工作原理分,电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。,非电量控制电器：电器的工作是依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器。,第一部分：电力拖动基础,9,5. 按电器的执行机构特点分,有触点电器：电器通断电路的功能由触点来实现。,无触点电器：电器通断电路的功能不是通过机械接触，而是根据输出信号的高低实现的（即半导体器件的开关效应，如可控硅的导通和阻断、三极管的饱和截止来实现电路的通断）。,第一部分：电力拖动基础,10,CJ10交流接触器,DZ10断路器,DW10多油断路器,第一部分：电力拖动基础,11,CJ20接触器,DZ

5、20断路器,DW15断路器,第二代电器产品,第一部分：电力拖动基础,12,CJ40接触器,DZS断路器,DW45断路器,第一部分：电力拖动基础,13,国外从20世纪90年代后期就推出了智能化、可通信的第四代产品。,如今，我国低压电器也已进入第四代的开发。 传统低压电器向着高性能、高可靠、小型化、多功能、组合化、模块化、电子化、智能化和零部件通用化的方向发展。,第一部分：电力拖动基础,14,1.2 继电器（relay）,1.2.1 继电器及分类,继电器是一种根据电量(电压、电流等)或者非电量(温度、时间、转速、压力)等信号的变化带动触点动作，来接通或断开所控制的电路或者电器，以实现自动控制和保护

6、电路或电器设备的电器。 继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。 可分为电磁式继电器和非电磁式继电器两大类。,第一部分：电力拖动基础,15,1.按用途可分为控制继电器和保护继电器。 其中：热继电器、过电流继电器、欠电压继电器属于保护型继电器；时间继电器、速度继电器、中间继电器属于控制型继电器。,2.按工作原理可分为电磁式继电器 、感应式继电器、热敏式继电器、机械式继电器、电动式继电器和电子式继电器等。,继电器的分类,第一部分：电力拖动基础,16,继电器的分类（续）,3.按反应的参数(动作信号)可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等。 4.按动作时间

7、可分为瞬时继电器(动作时间小于0.05s)和延时继电器(动作时间大于0.15s)。 5.按输出形式可分为有触点式继电器和无触点式继电器。 在电力拖动系统中，应用最多、最广泛的是电磁式继电器。,第一部分：电力拖动基础,17,1.2.2 电 磁 式 继 电 器,电磁式继电器是以电磁吸合力为驱动动力 源的继电器。 在输入至电磁线圈中的电流的作用下，由其机 械部件的相对运动而产生预定响应动作。 电磁式继电器所配装的电磁线圈有交流和直 流两种，各自构成交流电磁式继电器和 直流电磁式继电器。 电磁式继电器配装不同功能的电磁线圈后可 分别制成电流继电器、电压继电器和中 间继电器。,第一部分：电力拖动基础,1

8、8,线圈端子,线圈,铁心,轭铁,衔铁,支杆,触点,触点端子,用较小的电流控制较大电流,电磁式继电器的结构,第一部分：电力拖动基础,19,动断（NC）触点,动合（NO）触点,工 作 原 理 演 示,第一部分：电力拖动基础,20,电磁式继电器主要种类,(1)交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。 (2)直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。 (3)磁保持继电器：利用永久磁铁或具有很高剩磁特性的铁芯，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后仍能保持在线圈通电时的位置上的继电器。磁保持继电器具有两个稳定状态。 (4)舌簧继电器：利用密封在管形外壳内并具有触点簧片和衔铁磁路双

9、重作用的舌簧的动作来开、闭或转换线路的继电器。,第一部分：电力拖动基础,21,1电磁式电压继电器,电磁式电压继电器是根据线圈两端电压大小而接通或断开控制电路的继电器。这种继电器线圈的导线细、匝数多、阻抗大，并联在电路中。 电压继电器有过电压、欠电压和零电压继电器之分。,第一部分：电力拖动基础,22,2电磁式电流继电器,电磁式电流继电器的线圈串接在电路中以反映电路中电流的变化。为了不影响电路的正常工作，电流继电器线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。 电磁式电流继电器除了有用于一般控制的电流继电器外，还有作为保护用的过电流继电器和欠电流继电器 。,第一部分：电力拖动基础,23,过电流继电器与欠电流继电

10、器,1.过电流继电器：线圈电流高于整定值时动作的继电器称为过电流继电器。过电流继电器在电路正常工作时衔铁不吸合，当电路中的电流超过整定值时衔铁才吸合(动作) 。 2.欠电流继电器：当线圈电流低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。,第一部分：电力拖动基础,24,电磁式过电流继电器结构示意图,第一部分：电力拖动基础,25,3中间继电器,中间继电器在结构上是一个电压继电器，但它的触点数多、触点容量大(额定电流5-10A A) ，是用来转换控制信号的中间元件。 中间继电器的输入是线圈的通电或断电信号，输出信号形式为触点的动作。 中间继电器主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继

11、电器来扩大它们的触点数或触点容量。,第一部分：电力拖动基础,26,中间继电器实物图片,3TH 中间继电器,JZ7系列中间继电器,第一部分：电力拖动基础,27,继 电 器 的 触 点 形 式,动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。 动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。 转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目

12、的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。,第一部分：电力拖动基础,28,继电器的图形与文字符号,过电流继电器符号,欠电压继电器符号,第一部分：电力拖动基础,29,电磁式继电器的主要参数(1),1.灵敏度：使继电器动作的最小功率称为继电器的灵敏度。 2.额定电压和额定电流：对于电压继电器，它的线圈额定电压为该继电器的额定电压;对于电流继电器，它的线圈额定电流为该继电器的额定电流。 3.吸合电压或吸合电流：使继电器衔铁开始运动时线圈的电压(电压继电器)或电流(电流继电器)值，称为吸合电压或吸合电流，用UXH或IXH表示。,第一部分：电力拖动基础,30,电磁式继电器的主要参数(

13、2),4.释放电压或释放电流：继电器衔铁开始释放时线圈的电压或电流，用USF或ISF表示。 5.返回系数：释放电压(或电流)与吸合电压(或电流)的比值，用K表示，K值恒小于1。（偏高？偏低？） 电压继电器的返回系数 K=USF/UXH 电流继电器的返回系数 K=ISF/IXH,第一部分：电力拖动基础,31,电磁式继电器的主要参数(3),6.吸合时间和释放时间：吸合时间是从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间;释放时间是线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。 7.整定值：根据控制系统的要求，预先使继电器达到某一个吸合值或释放值，这个预先设定的吸合值(电压或电流)或释放值(电压或电流)就叫整定值。,

14、额定、吸合、释放值、设定大小？中间继电器？,第一部分：电力拖动基础,32,几种继电器实物图片1,温度继电器,磁簧继电器,风速继电器,直流固态继电器,交流固态继电器,工业大功率固态继电器,第一部分：电力拖动基础,33,几种继电器实物图片2,压力继电器,光电继电器,温度继电器,第一部分：电力拖动基础,34,几种继电器实物图片3（小型）,第一部分：电力拖动基础,35,4电磁时间继电器,在电力拖动控制系统中，不仅需要动作迅速的继电器，而且需要当吸引线圈通电或断电以后其触点经过一定时间延时后再动作的继电器，这种继电器称为时间继电器。 时间继电器按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电

15、子式等时间继电器。,第一部分：电力拖动基础,36,直流电磁式时间继电器,直流电磁式时间继电器一般在直流电气控制电路中应用较广，其表现形式只能实现直流断电延时动作。,其结构是在形静铁心的另一柱上装上阻尼铜套，即构成直流电磁式时间继电器。,第一部分：电力拖动基础,37,直流电磁式时间继电器结构,加入阻尼铜套（11）后，在正常工作中感应电流与形静铁心亦产生磁场。该磁场在断电后将阻碍原主磁场的快速减弱过程，从而达到“延时”的目的。,第一部分：电力拖动基础,38,空气阻尼式时间继电器,空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用获得延时的，线圈电压为交流，因交流继电器不能象直流继电器那样依靠断电后磁阻尼延时，

16、因而采用空气阻尼式延时。,空气阻尼式时间继电器分为通电延时型和断电延时型两种类型。,第一部分：电力拖动基础,39,空气阻尼式时间继电器（通电延时）,1线圈 2静铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推版 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧,10橡皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15微动开关 （延时） 16微动开关 （不延时）17微动按钮,17,瞬动触点：,延时动触点,第一部分：电力拖动基础,40,空气阻尼式时间继电器（断电延时）,1线圈 2静铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推版 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧,10橡皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔

17、15微动开关 （延时） 16微动开关 （不延时） 17顶杆,17,第一部分：电力拖动基础,41,空气阻尼式时间继电器实物图片,第一部分：电力拖动基础,42,1.2.3 其它类型继电器： 1 电子式时间继电器,电子式时间继电器又称为半导体时间继电器。按其构成可分为式晶体管时间继电器和数字式时间继电器。,电子式时间继电器多用于电力传动、自动顺序控制及各种过程控制系统中，并以其延时范围宽、精度高、体积小、工作可靠的优势逐步取代传统的电磁式、空气阻尼式等时间继电器。,第一部分：电力拖动基础,43,电子式时间继电器电气原理图,第一部分：电力拖动基础,44,时间继电器图形与文字符号,通 电 延 时 型,断

18、 电 延 时 型,第一部分：电力拖动基础,45,电子时间继电器实物,目前电子时间继电器多采用数字式，精度高定时范围大功能灵活,第一部分：电力拖动基础,46,2 热继电器（thermal realy）,热继电器是一种具有过载保护特性的过电流型继电器。 电动机在运行过程中，如果长期过载、频繁起动、欠电压运行或者断相运行等都可能使电动机的电流超过它的额定值。如果超过额定值的量不大，熔断器在这种情况下不会熔断，这样将引起电动机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至烧坏电动机。因此，采用热继电器用于电动机的过载保护以及断相保护，也适用于对其他电气设备的过载保护。,第一部分：电力拖动基础,

19、47,热继电器的基本结构示意图,1、双金属片固定件； 2、双金属片； 3、热原件； 4、导板； 5、补偿双金属片； 6、7、9、触点； 8、复位调节螺钉； 10、复位按钮； 11、调节旋钮； 12、支撑件；,快速分断装置,第一部分：电力拖动基础,48,热继电器图片,第一部分：电力拖动基础,49,热继电器图形及文字符号,热继电器的型号及含义：,第一部分：电力拖动基础,50,断相保护型热继电器,断相保护型热继电器是在热继电器的结构基础上增加了断相保护装置的一种保护型热继电器。 在三相交流电动机的工作电路中若三相中有一相断线而出现过载电流，则因为断线那一相的双金属片不弯曲而使热继电器不能及时动作，有

20、时甚至不动作，故不能起到保护作用。这时就需要使用带断相保护的热继电器，,第一部分：电力拖动基础,51,断相保护型热继电器原理示意图,1、上导板； 2、下导板； 3、双金属片； 4、动断触点； 5、杠杆机构。,L1,L2,L3,L3,L3相断相（线）保护示意图,第一部分：电力拖动基础,52,热继电器的选用与维护（）,星形接法的电动机及电源对称性较好的情况可选用两相或三相结构的热继电器;三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。 原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流来选择。但对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器(主要是发热元件)的额定电流应适当小些，一般选取热继电器的

21、额定电流(实际上是选取发热元件的额定电流)为电动机额定电流的60%-80%。,第一部分：电力拖动基础,53,原理（星形接法带不带断相保护都可）,设额定电流为Ie，热继电器设定电流也为Ie，断W相： 对于星形接法：线电流等于相电流，热继电器动作时，相电流不会超过Ie；无论带不带断相保护影响不大； 当然带断相保护动作更快更好。 当然实际上电机电流由于负载情况，断相后电流会增加；,第一部分：电力拖动基础,54,三角形接法,设电机额定电流为Ie，热继电器设定电流也为Ie，此时相电流(绕组额定)为Ip=Ie/1.732=0.58Ie; 断B相后： 对于三角形接法：普通热继电器动作时,三个相电流分别为Ie

22、/3， Ie/3, Ie*2/3，一相绕组已经超过Ip(14%), 可能已经烧坏； 实际上电机电流由于负载情况，断相后电流会增加；带断相保护时动作值保护变小，保护提前从而安全,第一部分：电力拖动基础,55,热继电器的选用与维护（）,对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机，以及虽然长期工作但发生过载现象的可能性很小的电动机，可以不设过载保护。 双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机，则可用过电流继电器(延时动作型的)作它的过载保护和短路保护。因为热元件受热变形需要时间，故热继电器不能作短路保护用。,第一部分：电力拖动基础,56,热继电器的选用与维护

23、（3）,在安装和使用保护型热继电器的过程中，必须按照产品说明书规定的方式安装。当与其他电器安装在一起时，应将热继电器安装在其他电器的下方，以免其动作受其他电器发热的影响。 使用中应定期除去尘埃和污垢。若双金属片出现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻揩拭，禁用砂纸打磨。另外，当主电路发生短路事故后，应检查发热元件和双金属片是否己经发生永久性变形。在作调整时，绝不允许弯折双金属片。,第一部分：电力拖动基础,57,3 速度继电器,速度继电器常用于三相异步电动机按速度原则控制的反接制动线路中，亦称反接制动继电器。 速度继电器主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由

24、硅钢片叠成，并装有笼型绕组。 速度继电器的作用是与接触器配合使用，对笼型异步电动机进行反接制动控制。 在机床控制线路中，常用的速度继电器主要由JY1和JFZ0系列。,第一部分：电力拖动基础,58,速度继电器结构示意图,第一部分：电力拖动基础,59,速度继电器工作原理,速度继电器的转子轴与电动机轴相连接，定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转子(永久磁铁)随之转动，在空间产生旋转磁场，切割定子绕组，而在其中感应出电流。此电流又在旋转磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动方向而旋转一定的角度。此时，与定子装在一起的摆锤推动触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。当电动机转速低于某一值时，定

25、子产生的转矩减小，动触点复位。,第一部分：电力拖动基础,60,速度继电器,速度继电器的 图形与文字符号,第一部分：电力拖动基础,61,4 干式舌簧继电器,干式舌簧继电器简称干簧继电器，是近年来迅速发展起来的一种新型密封触点的继电器。,干簧继电器的主要部件是由铁镍合金制成的干簧片，它即能导磁又能导电，兼有普通电磁继电器的触点和磁路系统的双重作用。,第一部分：电力拖动基础,62,干式舌簧继电器基本结构,干簧片装在密封的玻璃管内，管内充有纯净干燥的惰性气体，以防止触点表面氧化。为了提高触点的可靠性和减小接触电阻，通常在干簧片的触点表面镀有导电性良好，耐磨的贵重金属(如金、铂、铑及合金)。在于簧管外面

26、套一励磁线圈就构成一只完整的干簧继电器，,第一部分：电力拖动基础,63,5 固态继电器SSR,固态继电器简称SSR，是一种无触点通断电子开关，因为可以实现电磁继电器的功能，故称“固态继电器”；又因其“断开”和“闭合”均为无触点，无火花，因而又称其为“无触点开关”。 固态继电器从外观结构上看，是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件； 固态继电器从内部电路的组成来看，是在其输入端与输出端之间采用隔离器件来实现输入输出的电隔离的一种控制电器。,第一部分：电力拖动基础,64,固态继电器继电器,由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，各电子元件履行各自功能而又无机械运动状态、输

27、入和输出相互隔离的一种继电器。所以固态继电器与电磁继电器相比，它具有体积小、重量轻、工作可靠、寿命长，对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快、使用方便等一系列优点。因此，固态继电器作为“继电器”类电子产品的更新换代品种已被广泛地应用于自动控制系统中。,第一部分：电力拖动基础,65,固态继电器的分类（1）,固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。 按开关型式可分为常开型和常闭型。 按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型。其中，以光电隔离型为最多。,第一部分：电力拖动基础,66,固态继电器的分类（2）,按负载电源类型分类，固态继电器可分为交流型固态继电器(AC-S

28、SR)和直流型固态继电器(DC-SSR)两种。AC-SSR以双向可控硅作为开关元件，而DC-SSR一般以功率晶体管作为开关元件，分别用来接通或关断交流或直流负载电源。 若以安装形式来分类，则固态继电器又可分为装配式固态继电器、焊接式固态继电器和插座式固态继电器。装配式SSR可装配在电路板上，焊接式SSR可直接焊装在印刷电路板上。,第一部分：电力拖动基础,67,交流固态继电器原理,第一部分：电力拖动基础,68,原理,当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使

29、V1截止。此时若V3两端电压在-(1025)V或1025V范围内时，只要适当选择分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这样使V3触发导通，从而使V 4的控制极上得到从R6URV 3URR7或反方向的触发脉冲，而使V4导通，使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2中的区内时，则因V2饱和而抑制V3和V4的导通，而使SSR被抑制，从而实现了过零触发控制。由于1025V幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就将过零电压粗略地定义为025V，即认为在此区域内，只要加入输入信号，过零触发型ACSSR都能导通。当输入端电压信号撤除后，光耦合器中的光敏晶体管截止，V1饱和，V3截止，但此时V4仍

30、保持导通，直到负载电流随电源电压减小到小于双向晶闸管的维持电流时，SSR才转为截止。SSR的输出端器件可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联形式。若负载为电动机一类的感性负载，则其静态电压上升率dv/dt是一个重要参数。由于单向晶闸管静态电压上升率(200V/s)大大高于双向晶闸管的换向指标(10V/s)，因此若采用两只大功率单向晶闸管反并联代替双向晶闸管，一方面可提高输出功率；另一方面也可提高耐浪涌电流的冲击能力，这种SSR称为增强型SSR。,第一部分：电力拖动基础,69,固态继电器使用注意事项,固态继电器的输入端的驱动电流约在100mA左右，最小工作电压为3V。直流固态继电器可通过功率晶体

31、管(交流固态继电器通过双向晶闸管)再驱动负载。 固态继电器的负载能力(最大负载电流)随温度升高而降低，因此使用时必须注意散热或降低电流使用。 限制其开通瞬间的浪涌电流值(一般为负载电流的7倍)，以防止损坏固态继电器。 固态继电器SSR的内部电子元件均具有一定的漏电流，其值通常在5-10mA。因此，它的输出回路不能实现电气隔离，这一点在使用中应特别注意。,第一部分：电力拖动基础,70,固态继电器优点,（1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，由固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

32、 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。 （4）电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。,第一部分：电力拖动基础,71,固态继电器的缺点,（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达12V，大功率晶体管的饱和压降也在12V之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机

33、械触点的接触电阻大。（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。,第一部分：电力拖动基础,72,固态继电器型号及应用电路,第一部分：电力拖动基础,73,1.3 接触器（contactor）,接触器是一

34、种应用广泛的开关电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作、联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。 根据主触点通过的电流的种类的不同，接触器有交流接触器与直流接触器之分。 按操作机构分为电磁式接触器 、液压式接触器、气动式接触器 电磁式接触器-继电接触器，结构与原理同电磁式继电器相同，不过触头容量大，体积大。最广泛的是交流接触器。,第一部分：电力拖动基础,74,接触器有关符号：,第一部分：电力拖动基础,75,交流继电接

35、触器的参数,1）额定电压 指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。常用的额定电压值为220V、380V、660V等。 （2）额定电流 接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。 （3）通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流

36、。一般通断能力是额定电流的510倍。当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。 （4）动作值 可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85，释放电压不高于线圈额定电压的70% （5）吸引线圈额定电压 接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。 （6）操作频率 接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定

37、电流大57倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。 （7）寿命 包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%20。,第一部分：电力拖动基础,76,1.4 电磁机构的工作特性,第一部分：电力拖动基础,77,电磁吸力,如果空气隙中的磁场均匀分布，根据麦克斯韦电磁力计算公式：,真空的磁导率,当端面面积S为常数时，电磁吸力与B2或2成正比。,第一部分：电力拖动基础,78,电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来描述。,吸力特性：电磁机构的吸引线圈通电后，铁心

38、吸引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线。 反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线。,第一部分：电力拖动基础,79,1）直流电磁铁的吸力特性,空气隙的磁阻,在IN一定时，电磁吸力Fat与气隙大小的平方成反比。,第一部分：电力拖动基础,80,直流电磁机构的吸力特性,电磁铁未吸合时，磁路中有空气隙磁路中的磁阻较大，所以磁通较小，电磁吸力Fat也较小； 电磁铁吸合后，气隙减小磁路中的磁阻也减小，磁通增大电磁吸力也增大。,在直流电磁铁吸合过程中，电磁吸力是逐渐增加，完全吸合时电磁吸力最大。对于要求可靠性高或频繁动作的控制系统常采用直流电磁机构。,第一部分：电力拖动基础,81,当气隙相同时，安匝数大

39、的电磁铁其电磁吸力越大。,当然电磁线圈的励磁电压U的升高或降低，即励磁电流I的增大或减小，以及气隙的大小都将影响到电磁铁的吸力特性，从而影响电磁铁的工作。,第一部分：电力拖动基础,82,2）交流电磁铁的吸力特性,设，气隙中的电磁感应强度按正弦规律变换。,交流电磁铁吸力瞬时值的表达式：,第一部分：电力拖动基础,83,交流电磁吸力,交流电磁铁电磁吸力的大小是随时间周期性的变化。,第一部分：电力拖动基础,84,交流电磁吸力的平均值,交流电磁铁电磁吸力的大小取决于电流变化的一个周期内电磁吸力的平均值。,当励磁电压U、频率f和线圈匝数N不变时，交流电磁铁的电磁力F0也不变。,第一部分：电力拖动基础,85

40、,交流励磁电流I将随气隙长度成正比增大,气隙磁阻Rm要随气隙长度的加大成正比增加。,当励磁电压U、频率f和线圈匝数N不变时，交流电磁铁的磁通最大值m几乎不变 。,第一部分：电力拖动基础,86,交流电磁机构的吸力特性,F0=f(),i=f(),交流电磁铁吸合前后m的值是不变的，故电磁力F0也不变。考虑到漏磁的影响，其吸力随气隙的减小略有增加.,第一部分：电力拖动基础,87,结论,交流电磁机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚未动作时，电流比额定工作电流大得多。 若发生衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流线圈将可能因过电流而烧毁。 在可靠性要求高或频繁操作的场合，一般不采用交流电磁机构。 思考：交流线

41、圈换成直流线圈？,第一部分：电力拖动基础,88,交流机构瞬时吸力,吸力最大,吸力为0,电磁吸力为零将小于弹簧的反作用力，衔铁将从与铁心闭合处被拉开； 当电磁吸力大于弹簧反作用力时，衔铁又被吸合。,第一部分：电力拖动基础,89,短路环,解决交流电磁铁产生振动和噪音的措施,第一部分：电力拖动基础,90,20,i21/ 21,2,1,短路环的作用：只要合成吸力始终大于弹簧反作用力Ff，就能消除衔铁的振动，从而消除噪音。 短路环通常包围的铁心截面，一般用铜、康铜或铬合金等材料制成。,第一部分：电力拖动基础,91,3）反力特性,电磁机构中与电磁吸力方向相反的力，如释放弹簧的弹力、触点弹簧的弹力、运动部件

42、的重力和摩擦力统称为电磁机构的反力。,电磁机构使衔铁释放的力主要是利用弹簧反力 。,弹簧的反力特性：,问题：吸力特性反力特性如何配合？,f,2,1,dc,ac,第一部分：电力拖动基础,92,4）电磁机构的输入输出特性,输入量x 线圈电压或电流 输出量y 衔铁的位置。,衔铁吸合时的动作值x0,当输入信号下降到复归值xr时，衔铁释放,继电器特性曲线！,第一部分：电力拖动基础,93,1.5 电磁机构分类,1铁心 2吸引线圈 3衔铁 虚线磁路,第一部分：电力拖动基础,94,吸引线圈,吸引线圈：将电能转换为磁场能。,吸引线圈的分类：,第一部分：电力拖动基础,95,1.6 电器的触头系统,执行机构,触头（

43、又称触点）的作用接通和分断电路。,第一部分：电力拖动基础,96,1 对触头的要求,导电、导热性良好，接触电阻小。,触头通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触头表面镀一层锡、银或镍。,触头上装有接触弹簧，并在安装时将弹簧预先压缩一段，使动触头刚与静触头接触时就产生一个初压力。,接触弹簧,作用：触头接触得更加紧密，减小接触电阻，消除开始接触时产生的振动。,第一部分：电力拖动基础,97,常用的触头材料： 纯金属材料 金属合金材料 复合材料,复合材料：是一种机械混合物。采用高导电材料和高熔点材料制成粉末后烧结而成，其制造方法类似于陶瓷，所以也称粉末合金材料或金属陶瓷材料。,复合材料既有较低的接

44、触电阻，又耐弧、耐磨损和抗熔焊。一般作大容量触头材料。,第一部分：电力拖动基础,98,2 电弧的形成弧柱中自由电子的主要来源（1）,（1）热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。 （2）强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来 ，就形成强电场发射。,第一部分：电力拖动基础,99, 电弧的形成 弧柱中自由电子的主要来源（2）,（3）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运

45、动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。 （4）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。,第一部分：电力拖动基础,100, 电弧的形成 电弧形成的过程,断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，

46、加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。,第一部分：电力拖动基础,101,3 电弧的熄灭 电弧的去游离形式（1）,电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。 1. 复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸

47、附后，再被正离子捕获成为中性质点。,第一部分：电力拖动基础,102, 电弧的熄灭 电弧的去游离形式（2）,2. 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。,第一部分：电力拖动基础,103, 电弧的熄灭 影响去游离的因素（1）,

48、1. 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离， 减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动 速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动 电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温 度。 2.介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去 游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温 度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电 弧就越容易熄灭。,第一部分：电力拖动基础,104, 电弧的熄灭 影响去游离的因素（2）,3. 气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的压力越大，电弧中质

49、点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。在高度的真空中，由于发生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因此，真空是很好的灭弧介质。 4. 触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。 除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。,第一部分：电力拖动基础,105, 电弧的危害,延长了电路的切断时间。当开关分断短路电流时，触头间的电弧延长了短路电流持续的时间，使短路故障蔓延，从而给供配电系统造成了更大的损坏。 电弧的高温可能烧损开关触头或使其变形，从而导

50、致接触不良甚至损坏。 强烈的弧光可能损害人的视力甚至使人失明、造成人员灼伤等较严重后果。 引起电路的弧光短路，严重时会引起火灾和造成爆炸事故,第一部分：电力拖动基础,106,4. 开关电器典型灭弧装置,1）简单灭弧,在大气中分开触头时，借机械力或电弧电流本身产生的电动力拉长电弧，使之在运动中不断与新鲜空气接触为其冷却，使电弧熄灭。,低压电器中的刀开关和直动式交流接触器均为简单灭弧。,第一部分：电力拖动基础,107,桥式双断开触点,两处断开点相当于两对电极，若要使该处电弧熄灭后重燃需要2（150250）V电压，而通常低压电器断点间的电压达不到此值，实际上起到了灭弧的作用。,第一部分：电力拖动基础

51、,108,2）磁吹灭弧装置,磁吹线圈,铁心,磁吹线圈磁场,动触头,电动力F,当电弧需要较大的电动力吹入灭弧室时，就要采用专门的磁吹装置,第一部分：电力拖动基础,109,3）弧罩与纵缝灭弧装置,常用耐弧塑料（如陶土、石英、三聚氰胺和MP-1塑料）制造的具有纵缝的灭弧室来限制弧区扩展并加速冷却以削弱热电离。,第一部分：电力拖动基础,110,4）栅片灭弧装置,栅片灭弧装置有绝缘栅片与金属栅片两种： 绝缘栅片灭弧装置：是利用电弧自身磁场产生的电动力拉长电弧，并使电弧在与绝缘栅片紧密接触的过程中迅速冷却； 金属栅片灭弧装置：是将电弧分割为多段短弧、利用增大近极区电压降（特别是交流时的近阴极效应）来加强灭

52、弧效果。栅片灭弧装置适用于高低压直流和交流开关电器，以低压交流开关电器用得较多。,第一部分：电力拖动基础,111,第一部分：电力拖动基础,112,5）固体产气灭弧装置,固体产气灭弧装置：是利用能产生气体的固体绝缘材料如钢纸、有机玻璃等兼作绝缘管和灭弧室。 电弧产生时的高温使绝缘材料迅速分解汽化，产生大量含氢及其化合物的高压气体，将电弧分成若干串联短弧，同时产生的气体使绝缘管内的压力增加，则电弧便在近阴极效应和高压气态介质共同作用下很快熄灭。 固体产气灭弧装置主要用于高、低压熔断器中。,第一部分：电力拖动基础,113,6）石英砂灭弧装置,石英砂充填在绝缘管内作为灭弧介质。 石英砂灭弧装置也是主要

53、用于高、低压熔断器。 熔断器的熔体熔化后产生的金属蒸气受周围石英砂的限制无法自由扩散，遂形成高压气体，使电离了的金属蒸气扩散在石英砂缝隙内，并在弧隙中冷却和消电离。 这种装置灭弧能力强，限流作用很显著。,第一部分：电力拖动基础,114,7）油吹灭弧装置,油吹灭弧装置是以变压器油为介质。 产生电弧后，电弧将油汽化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧，使电弧在其中燃烧。利用氢气的高导热性和低粘度加强对弧柱的冷却作用，使电弧的热量散发。另外，由于存在着温度差，使气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。 若再要提高其灭弧效果，可在油箱中加设一定机构，使电弧定向运动，这就是油

54、吹灭弧。 由于电弧在油中灭弧能力比大气中拉长电弧大得多，所以这种方法一般用于高压电器中，如油开关。,第一部分：电力拖动基础,115,8）气吹灭弧装置,气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。 开断电路时，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区猛烈吹弧。 压缩空气作用于电弧，一方面带走大量热量、降低弧区温度，另一方面则吹散电离气体用新鲜高压气体补充空间。,第一部分：电力拖动基础,116,六氟化硫（SF6）气体,用六氟化硫（SF6）气体来代替空气进行气吹灭弧。 六氟化硫具有优良的电绝缘性和灭弧特性，相同条件下，其绝缘能力为空气、氮气的2.5倍以上，灭弧能力为空气的100倍。所以用SF6气体吹弧时，可采

55、用不太高的压力和吹弧速度，就能在高电压下断开相当大的电流。 此外在SF6气体中工作的触头由于不和氧气接触，不会发生氧化，接触电阻可以保持稳定。同时由于不需要采取措施去氧化层所以可以减少触头的磨损。 SF6气体灭弧已广泛用于高压断路器，同时SF6气体还广泛用于全封闭式高压组合及成套设备中作为灭弧和绝缘的介质。,第一部分：电力拖动基础,117,9）真空灭弧装置,当真空度为510 mm汞柱时，电子的自由行程达43 m。自由电子在弧隙中作定向运动时几乎不会和气体分子或原子相碰撞，也就不会发生撞击电离或电场电离。,将触头置于真空中断开时产生的电弧只能是由阴极发射电子和产生的金属蒸气形成的。当电弧电流接近

56、零时，阴极发射的电子和金属蒸气减少，弧隙中残留的金属蒸气和等离子体向周围真空迅速扩散，弧隙可以在数微秒之内由导电状态恢复到真空间隙的绝缘水平。 采用真空灭弧触头使用期限长，尤其适用于操作频繁的场合。其缺点主要是限流能力过强，灭弧时易产生很高的过电压。,第一部分：电力拖动基础,118,10）无弧分断,实现无弧分断一般有两种方法： 在交流电流自然过零时，以极快的速度使动静触头分离，使触头分断过程中电弧能量最小，致使电弧很弱或根本无法产生电弧，以达到无弧分断电路的目的。 采用电子灭弧装置。在触头的两端并联晶闸管，让晶闸管承担电路的通断，在触头断开时将其电压控制在极低的范围内，从而避免电弧的产生。,第

57、一部分：电力拖动基础,119,电子灭弧装置的原理框图,第一部分：电力拖动基础,120,第2章 简单接触器控制的电力拖动电路,基本控制线路 保护环节 原理图、接线图,第一部分：电力拖动基础,121,2.1 异步机的直接起动（1）,A,B,C,KM,FU,QS,B,C,KM,SB,点动控制,动作过程,控制电路,主电路,第一部分：电力拖动基础,122,异步机的直接起动（2）,电动机连续运行,自保的作用,第一部分：电力拖动基础,123,2.2 电动机的保护,电动机保护 的类型：,失压保护：防止失电后重启动 采用继电器、接触器控制,短路保护：加熔断器fuse,过载保护：加热继电器,欠压保护：电压过低，影响 生产质量或烧坏电机；85%,第一部分：电力拖动基础,124,A,B,C,KM,FU,QS,主 电 路,一、失压保护和欠压：采用继电器、接触器控制,第一部分：电力拖动基础,125,二、短路保护：加熔断器,频繁起动 的电机：,异步电动机的起动电流 （ Is t）约为额定电流（IN）的 ( 57 ）倍。选择熔体额定电流 （ ）时，必须 躲开起动电流，但对短路电流仍能起保护作用。通常用以下关系：,一般电机：,平稳负载：,第一部分：电力拖动基础,126,熔断器及反时限特性,速熔、中熔、缓熔,