第二章 智能电器的一次设备 2.1 开关元件（常用低压电器）

1. 第二章 智能电器的一次设备 2.1 开关元件（常用低压电器） 一、低压电器的分类 1、按用途分类 控制电器：在电气控制系统中控制电路的接通、分断以及控制电动机的各种运行状态。如接触器、继电器、按钮等。 （配电电器：用于配电系统中实现电能的输送与保护。如刀开关、转换开关、熔断器等） 保护电器：用来保护电源和线路或电动机，使他们不至于在短路状态和过载状态下运行。如熔断器、热继电器等。

2. 2、按执行机理 有触点电器：具有动静触点，利用触点的接触和分离 来实现电路的通断。 无触点电器：没有动、静触点，利用元器件的导通和 截止来实现电路的通断。 3、按动作方式 手动电器：依靠外力直接操纵来进行通断电路。 如刀开关、转换开关、按钮等 自动电器：依靠某种信号或物理量的变化而自动通断电路。 如接触器、各种继电器等

3. 二、低压电器的组成低压电器的组成：感受部分和执行部分二、低压电器的组成低压电器的组成：感受部分和执行部分 自动空气开关或热继电器之类还有中间传递部分，将感受和执行两部分联系起来，使其协同一致，按一定规律动作。

4. 三、 电磁式低压电器的结构和工作原理 （一）电磁机构 将电磁能⇒机械能⇒使触点闭合或断开 机构组成： 吸引线圈、铁心（静铁心）、衔铁（动铁心）

6. 1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。 2）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。 3）拍合式电磁铁：用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。

7. 1、铁心 直流励磁的电磁铁 • 通过恒定磁通 • 线圈产生热量 • 铁心不产生热量 （无磁滞损耗与涡流损耗） 线圈无骨架且成细长形 （增加与铁心接触面积） 有助于散热 交流励磁的电磁铁 • 通过交变磁通 • 线圈产生热量 • 铁心产生热量 （有磁滞损耗与涡流损耗） 线圈有骨架且粗短形 （与铁心分开） 以免铁心热量传给线圈 （铁心为硅钢片叠成） 减少铁损耗

8. 2、线圈 电压线圈 • 跨接在电源上 • 电流值由电路电压和线圈阻抗决定 • 线圈匝数多、导线细 电流小、电压高 采用绝缘性能好的漆包线 电流线圈 • 串接在主电路中 • 电流值由电路负载决定 • 线圈匝数少、导线粗 电流大 采用较粗的紫铜条和铜线

9. 3、电磁特性 • 电磁吸力的近似计算公式： 式中： 当Ｓ（导线的截面积）为常数时，Ｆ与Ｂ２成正比。 • 1) 吸力特性 • 吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。 • 说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。

10. ▲直流电压线圈的吸力特性 • 吸力F与气隙 成反比，所以特性为二次曲线形状： • 结论：a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大； • b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。

11. ▲交流电压线圈的吸力特性 当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：F为常数. • 结论：a、交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随 的减少略有增加）。 • B、交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小而减小。

12. 综上：a、衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。综上：a、衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。 • b、直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。 • c、交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。 • 说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。 • 对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。

13. 2）反力特性 • 反力特性：指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线 • 电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。 • 电磁机构的反力特性如图所示：

14. 4．反力特性与吸力特性的配合 • F吸略大于F反 • 电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命。 • 5．短路环 • 1）单相交流电磁机构存在的问题 • 磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。 • 2）短路环的作用 • 短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。

16. （二）触点系统 1、触点（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。 • 2、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。 • 点接触：小电流的触点 • 线接触：中等容量的触点 • 面接触：大容量的触点

17. （a）点接触 （b）线接触 (c) 面接触

18. 3、电接触（接触电阻） • 电接触：动、静触点完全接触并有工作电流通过。 • 触点的接触过程： （a）最终拉开 　　位置 （b）刚接触位 　　置 （c）最终闭 　　合位置

19. （三）、电弧的产生和灭弧装置 1.电弧的产生 触点接通后存在接触电阻，有温升，分断电路时 热电子发射造成电路延时断开 }气体游离产生电弧→烧损触点 强电场作用缩短电器使用寿命 2.常用灭弧方法 a、电动力灭弧 b、磁吹灭弧 c、窄缝灭弧 d、栅片灭弧 为加强灭弧效果往往同时采取几种灭弧措施

20. 电动力灭弧 • 触头断开时，两个断口处产生电弧 • 根据左手定则电弧受F作用向外运动 电弧被拉长 { }迅速熄灭 受冷却作用

21. 机械性拉弧

22. 窄缝灭弧装置

23. 栅片灭弧示意图

24. 四、 常用低压电器——接触器 • 接触器:频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。 • 特点：频繁操作和远距离控制。 • 接触器按主触点通过的电流种类可分为：交流接触器、直流接触器。

25. 接触器

26. （一）接触器结构 l一电磁机构　　2—主触点和灭弧装置 3—释放弹簧　　4一辅助触点 5一底座

28. （二）、接触器的符号及型号含义 • 接触器的型号及代表意义 • 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。

29. 接触器的图形和文字符号

30. （三）、接触器的主要技术参数 • 额定电压 接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。 • 通常用的电压等级为： 　　　　直流接触器：220V、440V、660V 　　　　交流接触器：220V、380V、500V • 额定电流 接触器铭牌额定电流指主触点的额定电流。 • 常用的电流等级为： 　　　直流接触器：25A、40A、60A、100A、 l50A、250A、400A、600A。 　　　交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、 100A、150A、250A、400A、600A。

31. 线圈的额定电压 接触器线圈正常工作的电压 • 常用的等级为： 直流线圈: 24V、48V、220V、440V。 　　　 交流线圈：36V、127V、220V、380V。 • 说明： • 1）交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。 • 2）常用的额定电压是直流110v，220v； 　　　　　　　　　　交流127v，220v，380v。 • 额定操作频率 额定操作频率是指每小时接通次数。 • 说明：交流接触器最高为600次／h； 　　　　直流接触器可高达1200次／h。

32. （四）接触器的选用 • 1、根据负载性质选择接触器类型。（交/直流接触器）； • 2、根据类别确定接触器系列(参考电工标准)。 • 3、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。 • 交流接触器的电压大于或等于线路电压。 • 4、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际条件加以修正。 • 1）接触器安装在箱柜内，电流要降低10％～20％使用（冷却条件变差）； • 2）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过40％时，若敞开安装，电流允许提高10％～25％，若箱拒安装，允许提高5%～10％。 • 5、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。 • 6、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之内。

33. 五 、常用低压电器——继电器 • （一）继电器: 根据外界输入信号(电量或非电量)的变化来接通或断开被控电路,以实现控制和保护作用的自动电器。 输入信号：电量（电流、电压） 非电量（转速、时间、温度） 输出：触点的动作或电量的变化。 • （二）继电器分类： • 1）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。 • 2）原理分：电磁式、感应式、热继电器等 • 3）参数分：电流、电压、速度、压力继电器

34. 4）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器 • 5）输出形式分：有触点、无触点继电器 （三）电磁式继电器 1.中间继电器：它是控制电器，触头容量较小，可以看作是小容量接触器 （1）组成：与接触器相同，无主、辅触点之分；触头数量较多，容量较小

35. （2）功能： a.当电压或电流继电器触头容量不够时，可借助中间继电器来控 制。 b.当其他继电器或接触器触头数量不够时,可利用中间继电器来 切换多条电路。 c.对于电动机额定电流不超过 5A 的电气控制系统，可以由中间 继电器代替接触器来实现控制。 (3) 型号: J Z ⁠ - ⁠ ⁠ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣继电器 ┘ ∣ ∣ ∣ └ 常闭触头数 中间 -─┘ ∣ ∣ 设计序号----─┘ └─- 常开触头数

36. 2、电流继电器： 反映电流变化的控制电器 。 电流继电器的线圈匝数少、导线粗、阻抗小，使用时线圈被控电路串联。 根据用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。

37. 工作过程： 过电流继电器 欠电流继电器 释放电流:(10%--20%)IN 吸合电流:(110%--400%)IN

38. 3、电压继电器： 反映电压变化的控制电器 。 电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大，使用时线圈被控电路并联。 根据用途可分为过电压继电器和欠电压继电器。

39. 工作过程： 欠电压继电器 过电压继电器 释放电压:(40%--70%)UN 吸合电压:(110%--115%)UN

40. （四）、时间继电器： 按时间原则动作的继电器，按工作方式分为通电延 时时间继电器 和断电延时时间继电器，一般都具有瞬 时触点和延时触点这两种触点。 图示为DS33时间继电器 图示为JSM8时间继电器 下面以气囊式时间继电器为例讲解工作过程

42. 1、工作过程 通电延时时间继电器 断电延时时间继电器 延时触点 通电迅速动作，断电延时复位 瞬时触点 通电迅速动作，断电迅速复位 延时触点 通电延时动作，断电迅速复位 瞬时触点 通电迅速动作，断电迅速复位

43. 2.功能： （1）用于需要按时间顺序进行控制的电气控制系统中； （2）接受控制信号后，触头能按要求延时动作； 3.型号:J S 7 - ⁠ A ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ └─ 结构设计稍有改动 ∣ ∣ ∣ └─── 基本规格代号 ∣ ∣ └────── 设计序号 ∣ └──────── 时间 └────────── 继电器

44. （五）热继电器： 　 热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。 其外形如图所示:

45. 1.组成： 　双金属片、热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置等部分组成。下图为实现两相过载保护的热继电器的结构示意图。 2.工作过程： 热元件———串接在主电路中，常闭触点———串接在控制电路中。 　　当电动机过载时：　主电路电流I↑→热元件发热→双金属片弯曲→推动动作机构→常闭触点断开→切断控制电路→切断主电路失电。 　　故障排除后，按下复位按钮，使热继电器触点复位。 　　热继电器不能替代熔断器，反之亦然 （从两个方面：动作电流、动作时间）

46. 3.功能: （1）电动机过载保护 （2）其他电气设备的发热状态控制。 4.型号:J R 　⁠ - ⁠ / ⁠ D 　　　　 ∣ ∣ ∣ 　　∣ 　∣ ∣ 　　　　　　　继电器-┘ ∣ ∣ 　　∣ ∣ └──带断相保护 　　 　热----┘　∣ 　　∣ └──----极数 　　 设计序号-------┘　　 └--------─额定电流

47. （六）速度继电器： 速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。

48. JYl型速度继电器结构原理： 右图 速度继电器结构原理图 l—转子 2一电动机轴 3一定子 4一绕组 5一定子柄 6一静触点 7一动触点 8一簧片 工作过程： 速度继电器的转轴和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器 的转子随之转动，定子内的绕组便切割磁力线，产生感应电流，此电流与转子磁场作用产生转矩，使定子随转子方向开始转动。 　　电动机转速达到某一值时，产生的转矩能使定子转到一定角度使摆杆推动常闭触点动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧的作用下复位。

49. 通常当速度继电器转轴的转速达到120r/min时，触头即动作；通常当速度继电器转轴的转速达到120r/min时，触头即动作； 当转速低于100r/min时,触头即复位。 ※功能： (1) 通过观察速度继电器触点的动作与否，来判断电动机的 转向与转速。 (2) 经常被用在电动机的反接制动回路中。 ※继电器的使用注意事项： (1) 核对铭牌数据是否符合要求 (2) 活动部分是否灵活可靠 (3) 清除部件表面污垢 (4) 安装是否牢固、到位 (5) 使用中应定期检查　

50. 六 、常用低压电器——熔 断 器 • 熔断器作用：在电路中主要起短路保护，由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。 1）电流保护形式：过载延时保护、短路瞬时保护。 过载一般是指l0倍额定电流以下的过电流。 短路则是指超过l0倍额定电流以上的过电流。 2）熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在被保护的电路中。 熔体是有低熔点的金属材料（铅、锡、铜、银及其合金）丝状、带壮、片壮。 3）熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。