第1章常用电磁式低压电器.ppt

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1、电气控制及PLC,第1章 常用电磁式低压电器,1.1 概述,低压电器就是根据外界施加的信号和要求，能以自动或手动方式对额定交直流电压1200V及以下的电路，继续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、变换和调节的电工器械，采用电磁现象完成上述作用的低压电器称为电磁式低压电器。,1.1.1 低压电器的分类1按用途分 低压电器按它在电路中所处的地位和作用可分为低压配电电器、低压控制电器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器。,2按动作方式分 低压电器按它的动作方式可分为自动切换电器和非自动切换电器。3按执行机理分 低压电器按它有无触点可分为有触点电器和无触点电器两大类。

2、4 按使用场合分 工业用电器、特殊工矿用电器、安全电器、农用电器及牵引电器等。,1.1.2低压电器的主要技术数据1额定电流2额定电压3操作频率及通电持续率4机械寿命和电气寿命,1.1.3选择低压电器的注意事项 在选择时首先考虑安全原则，其次是经济性，另外，在选择低压电器时还应注意以下几点。（1）了解电器的正常工作条件（2）了解电器的主要技术性能（3）明确控制对象及使用环境（4）明确相关的技术数据,1.1.4低压电器的型号表示法 国产常用低压电器的全型号组成形式如下：,1.2 电磁式低压电器的结构和工 作原理,1.2.1 电磁机构1组成 电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等几部分组成。按通过线圈的电

3、流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。,图1-1 常用的电磁机构,（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯,（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯,（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯,交流电磁机构和直流电磁机构的铁芯（衔铁）有所不同，直流电磁机构的铁芯为整体结构，以增加磁导率和增强散热；交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时（滞后90）电磁吸力不足使衔铁振动。,2原理 当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反

4、作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触头动作。,电磁吸力：由电磁机构产生,作用在衔铁上的两个力,反力：由复位弹簧和触头产生,当线圈中通过直流电时，F为恒值；当线圈中通过交流电时，磁感应强度为交变量。电磁吸力按正弦的平方规律变化。一个周期内电磁铁吸合两次、释放两次，电磁机构会产生剧烈的振动和噪声，因此不能正常工作。,通过交流电时，一个周期内电磁铁吸合两次、释放两次，从而产生剧烈的振动和噪声，加速动静铁心接触面积的磨损，引起结合不良，严重时还会使触点烧蚀。为了消除这一弊端，在铁心柱面的一部分，嵌入一只铜环，名为短路环。,3作用 将电磁机构中线圈中的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断

5、电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。,1.2.2 触头系统 触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。1按其接触形式分 按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。,图1-2 触头的接触形式,图1-3 常见的触头结构,（a）为点接触的桥式触头（b）为面接触的桥式触头（c）为线接触的指形触头点接触允许通过的电流较小，面接触和线接触允许通过的电流较大。,2按控制的电路分 按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。,3按原始状态分 按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的

6、称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。,由于动、静触头闭合时在过度区域所形成的电阻，称为接触电阻。由于接触电阻的存在，不仅会造成一定的电压损失，还会使铜耗增加，造成触头温升超过允许值。这样，触头在较高温度下很容易产生熔焊现象使触头工作不可靠。采取的措施：增加接触压力、降低接触材料电阻率、改善触头表面状况（滑动接触）,（a）最终拉开位置,（b）刚接触位置,（c）最终闭合位置,图1-4 触头的接触过程,1.2.3灭弧系统1电弧的产生 电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。2电弧的分类 电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零

7、点，故其电弧较易熄灭。,3灭弧的方法（1）机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。,（2）磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。,图1-5 磁吹灭弧示意图,（3）窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如图1-6所示，该方式主要用于交流接触器中。,图1-6 窄缝灭弧室的断面,图1-7 金属栅片灭弧示意图,（4）栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说

8、，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如图1-7所示，交流电器常用栅片灭弧。,1.3 电磁式接触器,1.3.1接触器的作用与分类 接触器是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。具有大的接通和关断能力，但不能分段短路电流。按其主触头控制的电路中电流种类分为直流接触器和交流接触器。而其线圈电流种类也许不同。,1.3.2接触器结构和工作原理 图1-8为交流接触器的结构剖面示意图，它由以下五个部分组成。电磁机构主触头和灭弧装置辅助触头反力装置支架和底座,图1-8 交流接触器的结构,目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列，引进产

9、品应用较多的有：德国BBC的B系列，德国SIEMENS的3TB、3TF和3TK系列，法国TE的LC1系列，日本富士的SC系列，ABB的A系列，EB的ESB系列等。常用直流接触器有：CZ18、CZ21、CZ22和CZ10、CZ2，引进产品应用较多的是：ABB的AE和EH系列，SIEMENS的3TC系列等。,河南施耐德交流接触器LC1D系列,CJ40-1000交流接触器,CJ40-63交流接触器,LC1-N系列机械联锁交流接触器,CZ0直流接触器,CZ0-40CA,CZ0-40C 220直流接触器,1.3.3 接触器的主要技术参数 1额定电压 接触器铭牌上标注的额定电压是指主触头的额定电压。通常用

10、的是额定电压等级。2额定电流 接触器铭牌上标注的额定电流是指主触头的额定电流。通常用的是额定电流等级。,3线圈的额定电压 直流线圈；24V、48V、220V、440V。交流线圈：36V、127V、220V、380V。选用时一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流线圈的交流接触器。4额定操作频率 指每小时的操作次数。交流最高1000次，直流最高1500次。,5接通和分段能力 指主触头在规定条件下能可靠地接通和分断电流值。若超出此电流值，其分断则是熔断器、热继电器、断路器等保护电器的任务。接触器的使用类别代号通常标注在产品的铭牌或工作手册中。,1.3.4接触器

11、的符号,线圈,主触头,常开触头,常闭触头,1.3.5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、根据负载情况确定接触器使用类别。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1020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1025，若箱柜安装，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。,1.3.6接触器的维护

12、、常见故障及处理1、应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。2、触头表面应经常保持清洁。1）触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲除。2）触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只剩下 13时，应及时调换触头。3）银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，不会造成接触不良现象，因此不必锉修，否则将会大大缩短触头寿命。、原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用，以免发生短路事故。,1.4 电磁式继电器,1.4.1 继电器的结构组成、作用、分类和特性1继电器的结构组成 电磁式继电器是应用最早同时也应用最多的一种继电器。它由电磁机构和触点系统组成，如图1-9所示

13、。,1-静触点；2-动触点；3-簧片；4-衔铁；5-极靴；6-空气气隙；7-反力弹簧；8-铁轭；9-线圈；10-铁芯,图1-9 电磁式继电器机构图,2继电器的作用 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的触头不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器与接触器的作用的区别。继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用下动作

14、。,3继电器分类 按输入信号不同有电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、信号继电器和相序继电器。按线圈电流种类不同有交流继电器和直流继电器。按使用范围不同有控制继电器、保护继电器、通信继电器和安全继电器。按动作的原理不同有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。,4继电器特性 1）输入输出特性：释放值x1与动作值x2的比值叫做反馈系数 继电器的返回系数 2）继电器的吸合时间和释放时间。,1.4.2 电磁式电压及电流继电器1电磁式电压继电器 电磁式电压继电器触点的动作与线圈所加电压大小有关，使用时和负载并联。电压继电器又分过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电

15、器。1）作用：电压保护和控制,2）分类过电压继电器：Ux=(1.05 1.2)UN欠电压继电器：直流欠电压继电器：Ux=(0.3 0.5)UN Uf=(0.07 0.2)UN交流欠电压继电器：Ux=(0.6 0.85)UN Uf=(0.1 0.35)UN注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以在产品中没有直流过电压继电器,3）电压继电器的选用及动作电压的整定电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与控制电路一致 由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。按要求选择触头的类型和数量。动作电压的整定 吸合电压：调节反作用弹簧 释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度(如吸合电压没有固定

16、要求，也可调节反作用弹簧),4）电压继电器的符号,DY-20CE系列电压继电器,DPB01CM48三相电压保护继电器功能：过/欠电压相序/缺相监控继电器 3相N（自供电源）2独调节点 延时调节 N型无相序功能 W型功过L-N供电,韩国三和 EOCR电压继电器EOVR 紧凑型设计，使产品体积进一步减小记忆24小时动作原因多种保护功能，满足多种保护需求手动/上电复位（5秒）跳闸原因显示，方便查看故障原因环境适应性强，适用不同的工作环境保护项目过压、缺相、反相,JL-400电压继电器|电压保护器是一种多功能三相电源系统或三相用电设备的监测和保护仪器。集三相电压显示、过电压保护、欠电压保护、缺相保护（

17、断相保护）、电压不平衡保护、相序保护（错相保护）于一体，采用功能强大的微处理器芯片和非易失存储技术，显示采用高清晰宽温中文液晶，具有功能齐全，性能稳定，显示直观、操作简便的特点,2电磁式电流继电器 电磁式电流继电器触点的动作与线圈通过的电流大小有关，使用时电流继电器和负载串联。电流继电器又分欠电流继电器、过电流继电器。1）作用：电流保护和控制。,2）分类 过电流继电器：IX=(1.1 3.5)IN 正常时触点不动作 欠电流继电器：IX(0.3 0.65)IN 正常时触点动作 If=(0.1 0.2)IN 3）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与控制电路一致 根据在控制电路中的作用（过电流、

18、欠电流保护）进行选型 按要求选择触头的类型和数量。,4）电流继电器的符号,JL-10、20、30系列静态电流继电器,JL-30电流继电器,单相过电流继电器,电流保护继电器AKC-01A，AKC-01D AKC01A/AKC01D过流/欠流保护继电器是通过调整过流/欠流，及2个延时调整（启动及继电器输出延时）来对用电系统进行保护。启动延时是防止用电系统启动时导致错误保护动作的发生。AKC01A：过流保护：0.55AAKC01D：欠流保护：0.55A（AKC01系列可通过接驳互感器来保护更大电流的系统）,EOCR-SS电子式过电流继电器 密集型设计 电子式多保护功能 宽的电流调整范围(10:1)电

19、流表功能 LED跳闸指示 高精度 手动即时复位 电动远距离复位 自检功能 强的环境适应性 低能耗 失效-安全工作方式(无电压释放)保护项目 过流、缺相、堵传,韩国三和EOCR-PMZ电动机保护器 基于MCU的产品/配电盘分体式安装型 三个集成组装的电流互感器 过电流、欠电流、缺相、相不平衡、逆相、接地、堵转保护和（4-20mA）电流输出 数字表和查找故障原因方便 带有电流幅值指示棒的LED显示屏 跳闸的时间-电流特性是可选择的 启动延迟时间和跳闸动作时间是分别调整的,1.4.3时间继电器1时间继电器的作用及分类 从得到输入信号（线圈通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触头的闭合或断开

20、）的继电器称为时间继电器。按其动作原理与构造的不同可分为电磁式、电动式、空气阻尼式和电子式等类型。按延时方式：通电延时型；断电延时型。,通电延时，接收输入信号后延迟一定的时间，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，接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。,2直流电磁式时间继电器 工作原理：当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大，磁阻大，磁通小，所以阻尼铜(铝)套的作用很小，衔铁吸合延时作用不明显，故延时可以不计。这种继电器仅以用作断电延时。特点：延时较短，准确度较低，用于要求不高的场合，如电动机的延时起动。,3空气阻尼

21、式时间继电器 空气式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。它主要由电磁系统、工作触点、气室和传动机构等组成。延时时间的长短可通过延时调节螺钉，调节空气室进气孔的大小来改变。优点：延时范围大(0.4180s)、结构简单、寿命长、价格低廉。缺点：延时误差大(土10土20)，无调节刻度指示，难以精确整定延时时间。,4、电动机式时间继电器：结构：同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统、执行机构 特点：延时时间可达数十小时、精度高、结构复杂 5、电子式时间继电器：结构（数字式）：脉冲发生器、计数器、显示器等 特点：延时时间长、精度高、调节方便,6时间继电器的图形符号 时间继电器的触头图形符号主要

22、是触头的半圆符号的开口的指向，遵循的原则是：半圆开口方向是触头延时动作的指向。,DS-20系列时间继电器,欧姆龙时间继电器H3BA,H3Y,H3DE,H3CR,OMRON H5CR-B 时间继电器 特 点：采用LCD显示，附有注重辨识性的背景灯，4位数显示，9种输出模式，4种复归方式，有停电记忆功能。电 压：AC100-240V AC24V时间范围：0.001S-9.999S 0.01S-99.99S 0.1S-999.9S 1S-999S 1S-9999S 1S-99m59S 0.1m-999.9m 1m-9999m 1m-99H59m 0.1h-999.9h 1h-9999h,1.4.4中间继电器（一种电压继电器）UX=(0.85 1.05)UN 1）特点：触点多(六对甚至更多)触点电流大(额定电流为5 10A)动作灵敏(动作时间小于0.05s)2）作用：放大触点容量、数量。3）图形和文字符号,JZ7中间继电器,JZ14系列中间继电器,DZS-10B(DCS-10BG)系列中间继电器,欧姆龙继电器MY2NJ,