低压电器的基本原理.ppt

1 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构 1.3 低压电器的主要技术性能和参数低压电器的主要技术性能和参数 1.4 电气控制技术中常用的图形和文字符号电气控制技术中常用的图形和文字符号 基本内容基本内容 第第1章章 低压电器的基本原理低压电器的基本原理 2 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类定义定义 3 2023/4/27 电器电器:electrical equipment(electrical appliance)电气电气:electrical 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类定义定义电气？电器？电气？电器？电气：以电能电气：以电能、电气设备和电气技术为手段来创造电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善维持与改善限定空间和环境的一门科学限定空间和环境的一门科学。涵盖电能的转换涵盖电能的转换、利用和研究三方利用和研究三方面面，包括基础理论包括基础理论，应用技术应用技术，设施设备等设施设备等。电器：根据外界特定的信号和要求电器：根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路自动或手动接通或断开电路，继续或连续地改变电路参数继续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换实现对电路的切换、控制控制、保护保护、检测及调节的电气设备检测及调节的电气设备。电气可以理解为一个学科电气可以理解为一个学科，电气工程等电气工程等。电气比较泛电气比较泛，电器也是电器也是电气工程下属的一个研究方向电气工程下属的一个研究方向。4 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类分类分类 电器的分类方法很多电器的分类方法很多，且相互交叉且相互交叉。某一电器某一电器，按不同的分类方按不同的分类方法可属于不同的种类法可属于不同的种类。5 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类分类分类按工作电压等级按工作电压等级 6 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类分类分类按动作原理按动作原理 7 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类分类分类按用途按用途 主令电器：主令电器：用于自动控制系统中发出控制指令的电器用于自动控制系统中发出控制指令的电器，如按如按钮钮、行程开关等行程开关等。控制电器：控制电器：用于控制电路和系统的电器用于控制电路和系统的电器，如接触器如接触器、继电器继电器等等。保护电器：保护电器：用于保护用电设备和电路的电器用于保护用电设备和电路的电器，如熔断器如熔断器、热热继电器继电器、避雷器等避雷器等。执行电器：执行电器：用于传动或完成某种动作功能的电器用于传动或完成某种动作功能的电器，如电磁铁如电磁铁、电磁离合器等电磁离合器等。配电电器：配电电器：用于电能的输送和分配的电器用于电能的输送和分配的电器，如高压断路器如高压断路器、隔离开关隔离开关、刀开关刀开关、电压断路器等电压断路器等。8 2023/4/27 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类分类分类按工作原理按工作原理 电磁式电器：电磁式电器：电器感测元件接收电流或电压等电量信号电器感测元件接收电流或电压等电量信号，依依据电磁感应原理来工作的电器据电磁感应原理来工作的电器，如接触器如接触器、各种类型的电磁式继各种类型的电磁式继电器等电器等。非电量控制电器：非电量控制电器：依靠外力或某种非电物理量的变化而动作依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器的电器，如刀开关如刀开关、形成开关形成开关、按钮按钮、速度继电器速度继电器、温度继电器温度继电器等等。9 2023/4/27 继电器继电器-接触器控制系统常用电器设备接触器控制系统常用电器设备 10 2023/4/27 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构 从结构上看从结构上看，低压电器一般都具有两个基本组成部分：低压电器一般都具有两个基本组成部分：感受部感受部分分与与执行部分执行部分。感受部分接受外界输入的信号感受部分接受外界输入的信号，并通过转换并通过转换、放大与判断做出放大与判断做出有规律的反应有规律的反应，使执行部分动作使执行部分动作，输出相应的指令输出相应的指令，实现控制实现控制的目的的目的。对于有触点的电磁式电器对于有触点的电磁式电器，感受部分大都是电磁机构感受部分大都是电磁机构，执行部执行部分则是触头系统分则是触头系统。11 2023/4/27 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构 电磁机构是电磁式电器的主要组成部分电磁机构是电磁式电器的主要组成部分，其工作原理是将电磁能其工作原理是将电磁能转换成为机械能转换成为机械能，从而带动执行部分触头动作从而带动执行部分触头动作。电磁机构由电磁机构由吸引线圈吸引线圈(励磁线圈励磁线圈)和和磁路磁路两部分组成两部分组成。磁路包括铁磁路包括铁心心、衔铁和空气隙衔铁和空气隙。当吸引线圈通入电流后当吸引线圈通入电流后，产生磁场产生磁场，磁通经铁心磁通经铁心、衔铁和工作气衔铁和工作气隙形成闭合回路隙形成闭合回路，产生电磁吸力产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心将衔铁吸向铁心。与此同时与此同时，衔铁还要受到反作用弹簧的拉力衔铁还要受到反作用弹簧的拉力，只有当电磁吸力大只有当电磁吸力大于弹簧拉力时于弹簧拉力时，衔铁才可靠地被铁心吸住衔铁才可靠地被铁心吸住。12 2023/4/27 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构结构示例结构示例 13 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构结构示例结构示例 14 2023/4/27 电磁机构按吸引线圈的通电种类可分为电磁机构按吸引线圈的通电种类可分为直流电磁线圈直流电磁线圈和和交流电交流电磁线圈磁线圈。当交流电磁线圈接通交流电源时当交流电磁线圈接通交流电源时，铁心中有磁滞损失与涡流损铁心中有磁滞损失与涡流损失失。为了减小由此造成的能量损失和温升为了减小由此造成的能量损失和温升，铁心和衔铁用硅钢铁心和衔铁用硅钢片叠成片叠成，而且线圈粗短并有线圈骨架将线圈与铁心隔开而且线圈粗短并有线圈骨架将线圈与铁心隔开，以免以免铁心发热传给线圈铁心发热传给线圈，使其过热而烧毁使其过热而烧毁。当直流电磁线圈接通直流电源时当直流电磁线圈接通直流电源时，铁心中没有磁滞损失与涡流铁心中没有磁滞损失与涡流损失损失，只有线圈本身的铜损只有线圈本身的铜损，所以直流电磁铁线圈没有骨架所以直流电磁铁线圈没有骨架，且成细长形且成细长形，铁心和衔铁可以用整块电工软钢做成铁心和衔铁可以用整块电工软钢做成。1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构电磁线圈电磁线圈 15 2023/4/27 线圈是电磁铁的心脏线圈是电磁铁的心脏，也是电能与磁场能量转换的场所也是电能与磁场能量转换的场所。大多大多数电磁铁线圈并接在电源电压两端数电磁铁线圈并接在电源电压两端，称为电压线圈称为电压线圈。它的特点它的特点是匝数多是匝数多，线径较细线径较细，阻抗大阻抗大，电流小电流小，常用绝缘性能好的电常用绝缘性能好的电磁线绕制而成磁线绕制而成。当需反映电路电流时当需反映电路电流时，则将线圈串接于电路中则将线圈串接于电路中，成为电流线圈成为电流线圈。它的特点是匝数少它的特点是匝数少，线径较粗线径较粗，常用扁铜带或粗铜线绕制常用扁铜带或粗铜线绕制。1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构电磁线圈电磁线圈 16 2023/4/27 吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线 交流电磁机构吸力特性：交流电磁机构吸力特性：F随着随着的减少略有增加的减少略有增加 I与与成正比成正比 直流电磁机构吸力特性：直流电磁机构吸力特性：F与与的平方成反比的平方成反比 I与与无关无关 mRIWfWEUSBF44.4104251.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸力特性吸力特性 17 2023/4/27 F12IW1IW2IW1IW2O图1-2 直流电磁铁的吸力特性 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸力特性吸力特性 18 2023/4/27 F IFf()O12If()图1-8 交流吸力特性 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸力特性吸力特性 19 2023/4/27 一般当一般当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其电流可达到吸合后额定电流的56倍；倍；E形电磁机构电流则达形电磁机构电流则达到额定电流的到额定电流的1015倍倍。因此因此，当衔铁卡住不能吸合或者频繁动作时当衔铁卡住不能吸合或者频繁动作时，交流励磁线圈很交流励磁线圈很可能因过电流而烧毁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一般不采用交流电磁机构机构。1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸力特性吸力特性 20 2023/4/27 电磁铁中的衔铁除受电磁吸力作用外电磁铁中的衔铁除受电磁吸力作用外，同时还受到与电磁吸力同时还受到与电磁吸力方向相反的作用力方向相反的作用力。这些反作用力通常包括反作用弹簧力这些反作用力通常包括反作用弹簧力、触触点弹簧所产生的力点弹簧所产生的力、运动部分的重力与摩擦力等几部分运动部分的重力与摩擦力等几部分。电磁吸力与气隙的关系曲线：电磁吸力与气隙的关系曲线：吸合：吸力特性必须始终处于反力特性上方吸合：吸力特性必须始终处于反力特性上方 释放：吸力特性必须位于反力特性下方释放：吸力特性必须位于反力特性下方 注意：吸合过程中吸力特性位于反力特性上方不能太高注意：吸合过程中吸力特性位于反力特性上方不能太高，否则否则会影响到电磁机构寿命会影响到电磁机构寿命 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸反力配合特性吸反力配合特性 21 2023/4/27 OF121吸 合 时 最 小 吸 力 特 性；2释 放 时 允 许 的 最 大 吸 力 特 性 图1-10 吸力特性与反力特性的配合 1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构吸反力配合特性吸反力配合特性 22 2023/4/27 在单相交流电磁铁铁心极面上加装短路环可消除衔铁吸合时产在单相交流电磁铁铁心极面上加装短路环可消除衔铁吸合时产生的振动和噪声生的振动和噪声。1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构电磁机构电磁机构短路环的作用短路环的作用 23 2023/4/27 触头亦称触点触头亦称触点，起接通和分断电路的作用起接通和分断电路的作用。在有触头的电器元件在有触头的电器元件中中，电器元件的基本功能是靠触头来完成的电器元件的基本功能是靠触头来完成的，所以要求触头导电所以要求触头导电、导热性能良好导热性能良好。触头通常用铜触头通常用铜、银银、镍及其合金材料制成镍及其合金材料制成，有时也在铜触头表面有时也在铜触头表面电镀锡电镀锡、银或镍银或镍。1.2 低压电器的基本结构低压电器的基本结构触头和电弧触头和电弧触头触头 24 2023/4/27 触头之间的接触电阻包括触头之间的接触电阻包括“膜电阻膜电阻”和和“收缩电阻收缩电阻”。“膜电阻膜电阻”是触头接触表面在大气中自然氧化而生成的氧化膜造是触头接触表面在大气中自然氧化而生成的氧化膜造成的成的。氧化膜的电阻要比触头本身的电阻大几十到几千倍氧化膜的电阻要比触头本身的电阻大几十到几千倍，导电导电性能极差性能极差，甚至不导电甚至不导电，而且受环境的影响较大而且受环境的影响较大。“收缩电阻收缩电阻”是由于触头的接触表面不光滑造成的是由于触头的接触表面不光滑造成的。在接触时在接触时，实际接触的面积总是小于触头原有的可接触面积实际接触的面积总是小于触头原有的可接触面积，这样使有效导这样使有效导电截面减小电截面减小，当电流流经时当电流流经时，就会产生电流收缩现象就会产生电流收缩现象。为了使接触电阻尽可能地小为了使