第1章低压电器基本原理.ppt

南阳理工学院www.nyist.net,电子与电气工程学院 电气教研室,维修电工培训 -低压电器,个人资料,1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 低压断路器和刀开关 1.6 主令电器,第1章 常用低压控制电器,电气是：以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。 电器是：凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，继续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备。,什么是电气？ 电器与电气有什么区别？,1.1 概述,顺序控制器控制,PLC控制,电气控制系统的发展,继电器接触器控制,1.1.1 电气控制的发展,为什么电压直流1500，交流1200？,1.1.2 低压电器的分类,1.1.3 低压电器的组成,电磁机构是电器元件的感受部件，通常采用电磁铁的形式。,断电,电磁机构,交流电磁机构,直流电磁机构,异同 ？,vs,vs,电磁机构,电弧的产生,电弧产生的条件？,电弧产生的实质？,电弧产生的危害？,电流0.251 A，电压1220 V,气体放电绝缘气体就变成了导体,产生高温及强光，使触头烧损,使电路切断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故,桥式结构双断口灭弧,灭弧方法,触点分断时，在弧隙中产生两个彼此串联的电弧。 在电动力F的作用下，电弧向两侧方向运动，电弧拉长。 在拉长过程中电弧受到空气迅速冷却而很快熄灭。,栅片灭弧,灭弧方法,栅片彼此绝缘，片间距离23 mm。,栅片具有冷却作用，能导出电弧的热量。,弧要重燃，两栅片间要有150250V压降。,交流电压过零时，电弧自然熄灭。,窄缝灭弧,灭弧方法,灭弧罩采用耐高温的陶土和石棉水泥做成。,电弧进入灭弧罩后，可以降低弧温和隔弧。,在直流接触器的主触点上广泛采用这种灭弧装置。,磁吹灭弧,具有铁心的吹弧线圈和触点串联。,电弧在磁场中受电磁力F：一方面被拉长，另一方面又被冷却。,磁场力随电弧电流的大小而改变，电弧电流越大，灭弧能力越强。,磁吹力的方向与电流方向无关，该装置适用于交、直流控制电器。,灭弧方法,1、低压电器电磁机构的主要作用是将 电磁能 转换成 机械能 ，带动触头动作，从而实现电路的接通和分断。,2、低压电器通常是指工作在交流电压_1200_V_或直流电压1500V 电路中的电器。,3.交流接触器常用的灭弧方法是：桥式双断口灭弧、栅片灭弧、磁吹灭弧,4、为了降低铁心中的（ A ），叠片间要互相绝缘。 A、涡流损耗 B、空载损耗 C、短路损耗 D、无功损耗,5、容量较小的交流接触器采用双断口触点灭弧装置，容量较大的采用（A ）装置。 、栅片灭弧 、双断口触点灭弧 、电动力灭弧,（容量10A以下的是双断口触点和电动力灭弧，20A以上的是采用灭弧栅灭弧。）,6. 直流电弧稳定燃烧的条件是( A )。 A、输入气隙的能量大于因冷却而输出的能量 B、输入气隙的能量等于因冷却而输出的能量 C、没有固定规律 D、输入气隙的能量小于因冷却而输出的能量,7. ( × ) 磁吹式灭弧装置中的磁吹线圈利用扁铜线弯成，且并联在电路中,8、关于电弧熄灭的说法( A )是正确的。 A 在同样电参数下交流电弧比直流电弧更容易熄灭 B 熄灭交流电弧常用的是磁吹式灭弧装置 C 在同样电参数下直流电弧比交流电弧更容易熄灭 D 气隙内消游离速度小于游离速度电弧一定熄灭,9 . 熄灭直流电弧，常采取的途径是 ( A )。 (A)使电弧拉长和强冷的方法 (B)使电弧扩散 (C)复合 (D)窄缝灭弧,10. 小容量交流电器多采用多断点电动力综合灭弧。 ( Y ),11. 磁吹式灭弧装置的磁吹灭弧能力与电弧电流的大小关系是( )。 (A) 电弧电流越大磁吹灭弧能力越小 (B) 无关 (C) 电弧电流越大磁吹灭弧能力越强 (D) 没有固定规律,直流电磁铁的电磁吸力 直流电磁铁的电磁吸力根据麦克斯韦公式计算：,1.1.4 电磁吸力,F电磁铁磁极的表面吸力(N)； B工作气隙磁感应强度(T)； S铁心截面积(m2)； 气隙磁通； 磁路空气隙。,式中：,式中， 0 真空或空气中的磁导率； n 单个磁铁的线圈匝数； i 线圈中电流； S0 空气隙面积； 0空气隙厚度。,麦克斯韦公式,直流电磁铁的电磁吸力,直流电磁铁的吸力特性,直流电磁铁的电磁吸力,磁通势相当于电路中的电动势。环绕一闭合回路l对一载有电流I、匝数为W的励磁线圈，穿过线圈回路的磁通势FmWI。 在国际单位制（SI）中，磁通势的单位为安（A）或安匝。 直流电磁机构线圈闭合前后安匝数不变，适合动作频繁的场合。,断电时会发生什么情况？ 如何解决呢？,直流电磁铁的电磁吸力,直流线圈并联放电电路,直流电磁铁的电磁吸力,断电时，反电动势为额定电压的1020倍。,交流电磁铁的电磁吸力：,交流电磁机构的电磁吸力,交流电磁铁吸力的变化情况,交流电磁机构的电磁吸力,吸引力过零点，会发生什么情况？ 如何解决呢？,短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音,交流电磁机构的电磁吸力,磁通不同时为零,短路环,交流电磁机构的电磁吸力,交流电磁机构的吸力特性 交流电磁机构励磁线圈的阻抗主要取决于线圈的电抗(电阻相对很小)，则,式中：U线圈电压(V)； E线圈感应电势(V)； f线圈外加电压的频率(Hz)； 气隙磁通(Wb)； W线圈匝数。,虽然交流电磁机构的气隙磁通 近似不变，但气隙磁阻随气隙长度 而变化。根据磁路定律：,得出交流励磁线圈的电流与气隙成正比。,一般当U形交流电磁机构的励磁线圈通电而衔铁尚未动作时，其电流可达到吸合后额定电流的56倍；E形电磁机构电流则达到额定电流的1015倍。因此，当衔铁卡住不能吸合或者频繁动作时，交流励磁线圈很可能因过电流而烧毁。所以在可靠性要求高或操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构。,1、交流接触器铁心上的短路环断裂后会使动静铁心不能释放。（ ）,2、电磁式交流接触器和直流接触器都装有短路环，以消除铁心的振动和噪音（ ）,3、交流电磁铁动作过于频繁，将使线圈过热以至烧毁的原因是（ ） A、消耗的动能增大 B、自感电动势变化过大 C、穿过线圈中的磁通变化太大 D、衔铁吸合前后磁路总磁阻相差很大。,4、检修交流电磁铁发现交流噪声很大，应检查的部位是( )。 A、线圈直流电阻 B、工作机械 C、铁心及衔铁短路环 D、调节弹簧,5、线圈电压过低也会使交流接触器烧毁。（ ）,( )6. 接触器为保证触头磨损后仍能保持可靠地接触，应保持一定数值的超程。,1.1.6 电气控制技术中常用的图形和文字符号,图形符号,文字符号,符号要素,一般符号,限定符号,基本文字符号,辅助文字符号,补助文字符号,通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。,用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。,一、图形符号和文字符号,GB/T 4728.11985电气图用图形符号总则 GB/T 4728.2-131996-2000电气简图用图形符号 GB/T5094-85， 电气技术中的项目代号 GB/T6988.1-41997-2002 电气技术用文件的编制 GB/T6988.61993 控制系统功能表图的绘制 GB/T5226-96，工业机械电气设备通用技术条件,1.1.7 常用的电气制图国家标准,1.1.8 电气图的分类和作用,1.1.8 电气图的分类与作用,1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。,1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。,2.表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。,3.主电路的电源电路一般绘制成水平线。,D,6,5,详细绘制出电器元件安装位置。,三相鼠笼异步电动机单向运行控制线路安装图,1.2 接触器（Contactor）,实物图,1 绘制电气原理图时，通常把主线路和辅助线路分开，主线路用粗实线画在辅助线路的左侧或上部，辅助线路用( B )画在主线路的右侧或下部。 A、粗实线 B、细实线 C、点画线 D、虚线,2. 按实物测绘机床电气设备控制线路图时，应先绘制(C)。 A、电气原理图 B、框图 C、接线图草图 D、位置图,3. 电气测绘前，先要了解原线路的控制过程、控制顺序、( A )和布线规律等。 A、控制方法 B、工作原理 C、元件特点 D、工艺 4. 电气测绘时，一般先测绘( A )，后测绘输出端。 A、输入端 B、各支路 C、某一回路 D、主线路,5. 电气测绘中，发现接线错误时，首先应( A )。 A、作好记录 B、重新接线 C、继续测绘 D、使故障保持原状,6. 根据实物测绘机床电气设备电气控制原理图时，同一电器的各元件( D )。 要画在1处 (B) 要画在2处 (C) 要画在3处 (D) 根据需要画在多处,7. 根据实物测绘机床电气设备电气控制线路的布线图时，应按( D )绘制。 (A) 实际尺寸 (B) 比实际尺寸大 (C) 比实际尺寸小 (D) 一定比例,结构及工作原理,灭弧装置,1.2 接触器（Contactor）,1.2 接触器（Contactor）,结构及工作原理,图形符号和文字符号,1.2 接触器（Contactor）,主要性能指标,额定电压,额定电流,吸引线圈额定电压,1.2 接触器（Contactor）,接触器铭牌电压/主触点的额定电压,接触器铭牌电流/主触点的额定电流,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压； 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级 一致； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。,选用原则,1.2 接触器（Contactor）,接触器的常用故障及排除方法,若电动机的参数如下:Pn=2.2Kw,In=4A,Un=380V.Y接法.控制电路采用220V电源.请回答以下问题: 1.接触器的额定电压与额定电流分别取多少?线圈的额定电压取多少?上网查询或查阅电器手册选择一款合适的接触器. 2.接触器虽然结构比较复杂,但是与我们的电路发生关系的只有触点和线圈,对吗?,1.2 接触器（Contactor ）,1. 检修接触器，当线圈工作电压在( A )UN以下时交流接触器动铁心应释放，主触头自动打开切断电路，起欠压保护作用。 (A)85 (B)50 (C)30 (D)90,2. ( × ) 接触器触头为了保持良好接触，允许涂以质地优良的润滑油。,3. CJ0-20型交流接触器，采用的灭弧装置是( A )。 (A) 半封闭绝缘栅片陶土灭弧罩 (B) 半封闭式金属栅片陶土灭弧罩 (C) 磁吹式灭弧装置 (D) 窄缝灭弧装置 4. CJ20系列交流接触器是全国统一设计的新型接触器，容量从6.3A至25A的采用 ( D)灭弧罩的型式。 (A) 纵缝灭弧室 (B) 栅片式 (C) 陶土 (D) 不带,36. 对检修后的电磁式继电器的衔铁与铁心闭合位置要正，其歪斜度要求 ( B)，吸合后不应有杂音、抖动。 (A) 不得超过1毫米 (B) 不得歪斜 (C) 不得超过2毫米 (D) 不得超过5毫米,1.3 继电器（relay）,实物图,结构及工作原理,定义：继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路， 实现远距离控制和保护的自动控制电器。 组成：感测机构、输出执行机构 分类： 按用途分 ：控制继电器和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器,1.3 继电器（relay）,电磁式继电器,定义:以电磁力为驱动力的继电器称为电磁式继电器。 组成：电磁结构、触点 。 1）电磁机构：与接触器完全相同 2）触点： 电磁式继电器的触点容量小、且容量均相同，无主触点和辅助触点 之分，也没有灭弧装置。,问题：电磁式继电器与接触器在结构上有何异同？,1、相同点： 电磁机构完全相同。 2、不同点： 触点不同，电磁式继电器触点容量小，且触点容量 均相同，没有主触点和辅助触点之分，无灭弧装置； 接触器有主触点和辅助触点之分，有灭弧装置。,电磁式继电器,一）电压继电器,图形符号和文字符号,一）电压继电器,定义：触点的动作与线圈电流大小有关的继电器 特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、 阻抗小。 结构：电磁机构、触点 分类：过电流继电器 欠电流继电器,二）电流继电器,图形符号和文字符号,二）电流继电器,中间继电器实质上是一种电压继电器 结构和工作原理与接触器相同 触点数量较多 作用：扩展触点的数量；将信号放大。,三）中间继电器,图形符号和文字符号,中间继电器,三）中间继电器,四）热继电器,定义：热继电器是随过载程度而改变动作时间的一种电器。 作用：电动机起过载保护。,四）热继电器,图形符号和文字符号,（a）热元件,（b）常闭触点,四）热继电器,热继电器在电路中可以起短路保护吗?为什么?,答:不可以.因为热继电器是利用电流的热效应原理和发热元件的热膨胀原理设计的,由于发热元件的热惯性,所以热继电器在电路中只能起过载保护,不能起短路保护。,四）热继电器,五）时间继电器,定义：从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始，经过一定的延时后，才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器，叫时间继电器。 作用：在控制电路中按整定时间长短通断电路的作用。,分类：按构成原理分：电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式 数字式 按延时方式分：通电延时型 断电延时型,五）时间继电器,通电延时：从接受输入信号后延时一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。 断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延时一定的时间才复原。,五）时间继电器,图形符号和文字符号,KT,延时闭合的常开触点,KT,通电延时时间继电器,线圈,KT,延时断开的常闭触点,KT,延时断开的常开触点,KT,断电延时时间继电器,线圈,KT,延时闭合的常闭触点,五）时间继电器,六）速度继电器,复位转速：100rpm,根据速度的大小通断电路，主要用于三相笼型异步电动机的反接制动。,按速度原则动作的继电器叫速度继电器。,动作转速：120rpm,作用：,参数：,定义：,六）速度继电器,图形符号和文字符号,a）转子 b）常开触点 c）常闭触点,六）速度继电器,1.4 熔断器（fuse）,作用：短路和严重过载保护 应用：串接于被保护电路的首端 优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻 熔断器的主要结构：熔断管(盖、座) 、熔体 熔体的作用：感测元件 、执行元件。 熔断管(盖、座)的作用：安装熔体、熔体熔断时起灭弧作用。,额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压值。,主要性能指标,熔体的额定电流：熔体长期通电而不会熔断的最大电流。,极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数(时 间常数）的条件下，能分断的最大电流值。,额定电流：指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定 值时所能承受的电流。,1.4 熔断器（fuse）,图形符号和文字符号,FU（FA）,熔断器的图形符号和文字符号,1.4 熔断器（fuse）,电流越大 时间越短,熔断器的反时限特性,：熔体的额定电流 ：熔体最小熔断电流 ：熔化系数,1.4 熔断器（fuse）,高压跌落式熔断器工作过程,1.4 熔断器（fuse）,选用原则,1.4 熔断器（fuse）,坚固接触面,熔体两端接触不良,熔体未熔电路不通,3,安装时要认真细心，更换熔管,熔管里的填料洒落或瓷插座的隔热物（石棉垫）丢掉。,管体烧损、爆裂,2,整修动、静接触部位 更换熔体 加强通风,动静触头（RC1型）、触片与插座（RM1型）、熔体与底座（RL1型）接触不良，使接触部位过热。 熔体氧化腐蚀或安装时有机械损伤，使熔体截面变小，电阻增加。 熔断器周围介质温度与被保护对象介质温度相差太大。,误熔断,1,维修方法,故障原因,故障现象,序号,熔断器的故障诊断与维修,实物图,1.5.1 低压断路器,自动开关的原理图 1弹簧 2过电流脱扣器 3欠电压脱扣器 4过热脱扣器 5搭钩 6触点 7顶杆,结构及工作原理,1.5.1 低压断路器,1.5.1 低压断路器,图形符号和文字符号,低压断路器的图形符号和文字符号符号,1.5.1 低压断路器,选用原则,低压断路器的额定电压和额定电流应等于或大于线路或设备的正常 工作电压和工作电流。 热脱扣器的整定电流应与所控制的负载电流一致。 欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。 过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路中的最大负载电流。,1.5.1 低压断路器,低压断路器在投入使用之前。按照要求整定热脱扣器和过电流脱扣器的动作电流。 安装时，应把来自电源的母线接到带灭弧侧的端子上，来自电器设备的母线接到另外一侧端子上。 在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，清除灰尘。 因电路发生短路故障跳闸后，应立即对触点进行清理，检查触点有无熔焊，清除熔焊的小的金属颗粒，粉尘等。,使用注意事项,1.5.1 低压断路器,1.5.2 刀开关,实物图,图形符号和文字符号,1.5.2 刀开关,1.额定绝缘电压和额定工作电压不低于线路的相应数据。 2.额定工作电流不小于线路的计算电流。 3.当要求有通断能力时，必须选用具备相应额定通断能力的隔离器。 4.如需接通短路电流，则应选用具备相应短路接通能力的隔离开关。 5.根据线路要求决定电路数、触头种类和数量。,1.5.2 刀开关,选用原则,安装时应垂直安装，合闸时操作手柄向上，不得倒装或平装。 接线时，电源线接在进线座，而负载接在出线座。 一般情况下刀开关不带负载操作，若带负载操作，分合闸时动作 一定要迅速。,使用时注意事项：,1.5.2 刀开关,1.6 主令电器,定义：用于自动控制系统中发送和转换控制命令的电器,例如 按钮、行程开关、万能转换开关等。 分类：控制按钮/万能转换开关/主令控制器/行程开关/接近 开关。,-控制按钮,1.6.1 主令电器,按钮的选择：,根据使用场合选择按钮的类型； 按钮的额定电压和额定电流应与所控制的电致； 根据所控制的回路数来选择按钮的常开触点和常闭触点数量； 根据按钮在控制电路中的用途选择按钮的颜色。,-控制按钮,1.6.1 主令电器,控制按钮的图形符号和文字符号,-控制按钮,1.6.1 主令电器,-控制按钮,1.6.1 主令电器,1.6.2 主令电器,-转换开关,定义:是一种多档位、控制多回路的主令电器。 作用：用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关,还可控制小容量的电动机。 结构：操作机构、定位装置、触点,SA,SA,转换开关的图形符号和文字符号的表示法,1.6.2 主令电器,-转换开关,1.6.3 主令电器,-限位开关,定义：是利用生产机械的某些运动部件的碰撞发出控制命令的主令电器。 作用：主要用来控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置。 类型:直动式、滚动式、微动式,行程开关结构图 (a) 直动式；(b) 滚轮式,1.6.3 主令电器,-限位开关,a）常开触头 b）常闭触头,SQ（BG）,SQ（BG）,行程开关的图形符号和文字符号：,1.6.3 主令电器,-限位开关,行程开关的选择：,根据使用场合确定行程开关的类型； 根据行程开关的用途选择行程开关触点的类型和数量； 根据行程开关所控制的电路的电压和电流选择行程开关的额定电压和额定电流。,1.6.3 主令电器,-限位开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关的图形符号和文字符号,接近开关,1.6.4 现代低压电器,变送器,类型：,定义:,组成: 测量部分、放大器、反馈部分,变换成控制器或控制系统能够使用的统一标准的,电压(1-5V）或电流（4-20mA）信号。,把各种工艺变量（压力、温度、 流量、等信号,压力检测及变送器 流量检测及变送器 温度检测及变送器,1.6.4 现代低压电器,变送器的图形符号和文字符号,变送器,1.6.4 现代低压电器,电子时间继电器,1.6.4 现代低压电器,固态继电器,1.6.4 现代低压电器,固体继电器的工作原理框图 (a) 直流固体继电器；(b) 交流固体继电器,1.6.4 现代低压电器,本章小结,1低压电器的定义（直流1500V，交流1200V）、低压电器的基本结构（电磁机构、触点系统）以及灭弧方法（桥式结构双断口灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧，磁吹灭弧等）。,2直流电磁机构和交流电磁机构的差异（结构、使用场合）,3低压电器的性能指标（额定电压、额定电流、电气寿命、机械寿命、分断能力）,4电气图中符号的构成（图形符号，文字符号）,5电气图的构成（电气原理图、电气布置图、电气接线图）以及绘图识图原则,在本章，我们学了：,6接触器、继电器、熔断器、断路器、主令电器的工作原理/图形符号/文字符号/选用原则。,7常用现代低压电器。,作业和思考题,1. 启动按钮优先选用( )色按钮；急停按钮应选用( )色按钮，停止按钮优先选用( )色按钮。 ( c ) A、绿、黑、红 B、白、红、红 C、绿、红、黑 D、白、红、黑,2. 用快速熔断器时，一般按( B )来选择。 A、IN =1.03IF B、IN =1.57 IF C、IN =2.57 IF D、IN =3IF,3. 快速熔断器的额定电流指的是( A )。 A、有效值 B、最大值 C、平均值 D、瞬时值,4. ( ) Z37摇臂钻床零压继电器可起到失压保护。,5. 当检修继电器发现触头接触部分磨损到银或银基合金触头厚度的( D)时，应更换新触头。 (A)1/3 (B)2/3 (C)1/4 (D)3/4,6. 接近开关功能用途除行程控制和限位保护外，还可检测金属的存在、高速计数、测速、定位、变换运动方向、检测零件尺寸、液面控制及用作无触点按钮等 ( ),7. 高压负荷开关的用途是( A )。 (A) 主要用来切断和闭合线路的额定电流 (B) 用来切断短路故障电流 (C) 用来切断空载电流 (D) 既能切断负载电流又能切断故障电流,8. 高压熔断器是人为的在电网中设置一个最薄弱的发热元件，当过负荷电流或短路电流流过该元件时，利用其熔体本身产生的热量将自己熔断，从而使电路断开，达到保护电网和电气设备的目的。 ( ),本章结束,