電氣控制與可編程控制技術(shù)-2次課

接觸器電磁機(jī)構(gòu)；主觸點(diǎn)；滅弧裝置；輔助觸點(diǎn)；釋放彈簧或緩沖裝置；支架與底座1-滅弧罩

2-觸頭壓力彈簧片

3-主觸頭

4-反作用彈簧

5-線(xiàn)圈

6-短路環(huán)

7-靜鐵心8-彈簧

9-動(dòng)鐵心

10-輔助常開(kāi)觸頭

11-輔助常閉觸頭CJ0-20型交流接觸器

吸力特性

圖1交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性

圖2直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式電磁機(jī)構(gòu)由吸引線(xiàn)圈、鐵心和銜鐵組成，其結(jié)構(gòu)形式按銜鐵的運(yùn)動(dòng)方式可分為直動(dòng)式和拍合式。直動(dòng)式和拍合式電磁機(jī)構(gòu)的常用結(jié)構(gòu)形式。1-銜鐵2-鐵心3-吸引線(xiàn)圈反力特性電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖1-5中所示曲線(xiàn)3即為反力特性曲線(xiàn)。圖1-51-直流接觸器吸力特性

2-交流接觸器吸力特性

3-反力特性

其中1為電磁機(jī)構(gòu)氣隙的初始值；2為動(dòng)靜觸頭開(kāi)始接觸時(shí)的氣隙長(zhǎng)度。由于超行程機(jī)構(gòu)的彈力作用，反力特性在2處有一突變。反力特性與吸力特性的配合為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性配合好，如圖1-5所示。在整個(gè)吸合過(guò)程中，吸力都必須大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能過(guò)大或過(guò)小，吸力過(guò)大時(shí)，動(dòng)、靜觸頭接觸時(shí)以及銜鐵與鐵心接觸時(shí)的沖擊力也大，會(huì)使觸頭和銜鐵發(fā)生彈跳，導(dǎo)致觸頭的熔焊或燒毀，影響電器的機(jī)械壽命；吸力過(guò)小時(shí)，會(huì)使銜鐵運(yùn)動(dòng)速度降低，難以滿(mǎn)足高操作頻率的要求。因此，吸力特性與反力特性必須配合得當(dāng)。由于鐵磁材料有剩磁，它使電磁機(jī)構(gòu)的激磁線(xiàn)圈失電后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力隨氣隙的增大而減小。F21直流吸力特性交流吸力特性反力特性剩磁吸力特性yxfxcx1xe電磁機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性電磁機(jī)構(gòu)的輸入-輸出特性為一矩形曲線(xiàn)，稱(chēng)為繼電特性交流電磁機(jī)構(gòu)上短路環(huán)的作用由于單相交流電磁機(jī)構(gòu)上鐵心的磁通是交變的，故當(dāng)磁通過(guò)零時(shí)，電磁吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開(kāi)，磁通過(guò)零后電磁吸力又增大，當(dāng)吸力大于反力時(shí)，銜鐵又被吸合。這樣，交流電源頻率的變化，使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲，甚至使鐵心松散。因此交流電磁機(jī)構(gòu)鐵心端面上都安裝一個(gè)銅制的短路環(huán)。短路環(huán)包圍鐵心端面約2/3的面積，如圖1-6所示。(a)結(jié)構(gòu)圖(b)電磁吸力圖

圖1-6單相交流電磁鐵鐵心的短路環(huán)*當(dāng)交變磁通穿過(guò)短路環(huán)所包圍的截面積S2在環(huán)中產(chǎn)生渦流時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此渦流產(chǎn)生的磁通Φ2在相位上落后于短路環(huán)外鐵心截面S1中的磁通Φ1，由Φ1、Φ2產(chǎn)生的電磁吸力為F1、F2，作用在銜鐵上的合成電磁吸力是F1+F2，只要此合力始終大于其反力，銜鐵就不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。觸頭系統(tǒng)觸頭（觸點(diǎn)）是電磁式電器的執(zhí)行元件，用來(lái)接通或斷開(kāi)被控制電路。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開(kāi)主電路，允許通過(guò)較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開(kāi)控制電路，只能通過(guò)較小的電流。觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開(kāi)觸頭和常閉觸頭：原始狀態(tài)時(shí)（即線(xiàn)圈未通電）斷開(kāi)，線(xiàn)圈通電后閉合的觸頭叫常開(kāi)觸頭；原始狀態(tài)閉合，線(xiàn)圈通電后斷開(kāi)的觸頭叫常閉觸頭（線(xiàn)圈斷電后所有觸頭復(fù)原）。觸頭按其結(jié)構(gòu)形式可分為橋型觸頭和指型觸頭，如圖1-7所示。觸頭按其接觸形式可分為點(diǎn)接觸、線(xiàn)接觸和面接觸三種，如圖1-8所示。觸頭結(jié)構(gòu)形式(a)橋形觸頭(b)指形觸頭圖1-7觸頭結(jié)構(gòu)形式圖觸頭接觸形式點(diǎn)接觸：球面對(duì)球面、球面對(duì)平面線(xiàn)接觸：圓柱對(duì)平面、圓柱對(duì)圓柱面接觸：平面對(duì)平面(a)點(diǎn)接觸(b)線(xiàn)接觸(c)面接觸圖1-8觸頭接觸形式圖*單斷點(diǎn)指形觸頭只有一個(gè)斷口，一般多用于接觸器主觸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：閉合、斷開(kāi)過(guò)程中有滾滑運(yùn)動(dòng)，能自動(dòng)清除表面氧化物，接觸可靠；觸頭接觸力大，電動(dòng)穩(wěn)定性高；觸頭參數(shù)較易調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：觸頭開(kāi)距大，從而增大了體積；觸頭閉合時(shí)沖擊能量大，并有軟連接，不利于機(jī)械壽命的提高。雙斷點(diǎn)橋式觸頭優(yōu)點(diǎn)：具有兩個(gè)有效滅弧區(qū)域，滅弧效果良好。小容量交流接觸器或繼電器采用這種觸頭時(shí)，可利用兩個(gè)斷點(diǎn)，增長(zhǎng)了電弧長(zhǎng)度，有利于熄弧。觸點(diǎn)開(kāi)距小，使電器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小觸頭閉合時(shí)沖擊能量小，無(wú)軟連接，有利于提高機(jī)械壽命缺點(diǎn)：觸頭不能自動(dòng)凈化，觸頭材料必須用銀或銀基合金。每個(gè)觸頭接觸壓力小，電動(dòng)穩(wěn)定性較低。觸頭參數(shù)不易調(diào)節(jié)。電弧產(chǎn)生原因：氣體電離放電后果：燒觸頭、延長(zhǎng)分?jǐn)鄷r(shí)間消電離現(xiàn)象：主要通過(guò)正負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合進(jìn)行的，溫度越低，帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)越慢，越容易復(fù)合。觸點(diǎn)分?jǐn)噙^(guò)程就是電弧形成與抑制的過(guò)程滅弧滅弧原理：設(shè)法降低電弧區(qū)溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度，加強(qiáng)消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度時(shí)，電弧即逐漸熄滅。常用的滅弧方式有拉長(zhǎng)電弧、切斷或分割電弧磁吹式滅?。豪秒娀‰娏鞅旧頊缁。娀‰娏饔?，吹弧能力也越強(qiáng)。滅弧柵：有許多鍍銅薄鋼片組成，片間距離為2-3mm，安裝在滅弧罩內(nèi)。一般適合于交流滅弧滅弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分割各路電弧以防止發(fā)生短路；二是使電弧與滅弧罩的絕緣壁接觸，使電弧迅速冷卻而熄滅多斷點(diǎn)滅弧如橋式觸頭。一般交流繼電器和小電流接觸器采用此種方法繼電器的特性輸入-輸出特性：對(duì)繼電器來(lái)說(shuō)，是輸入線(xiàn)圈電流與觸點(diǎn)狀態(tài)間的關(guān)系繼電器特性：滯環(huán)繼電器輸入量x由零增至x2以前，輸出量y為零。當(dāng)輸入量x增加到x2時(shí)，繼電器吸合，輸出量為y1

；若x再增大，y1值保持不變。當(dāng)x減小到小于等于x1時(shí)，繼電器觸點(diǎn)釋放，輸出量由y1降至零。動(dòng)作值（吸合值）-x2返回值（釋放值）-x1返回系數(shù)：k=x1/x2一般控制：K=0.1～0.4，動(dòng)作可靠，但不夠靈敏；保護(hù)：0.6<K<1，動(dòng)作靈敏，但易誤動(dòng)作，不可靠；繼電器的結(jié)構(gòu)及原理電磁式繼電器1-底座2-反力彈簧3、4-調(diào)節(jié)螺釘

5-非磁性墊片6-銜鐵7-鐵心8-極靴9-電磁線(xiàn)圈10-觸頭系統(tǒng)

圖

電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)電磁式繼電器型號(hào)標(biāo)識(shí)繼電器的定義由特定形式的輸入（電量或非電量）自動(dòng)控制開(kāi)閉的小開(kāi)關(guān)。繼電器與接觸器的區(qū)別繼電器只有輔助觸點(diǎn)，切斷小電流（控制回路）輸入（控制量）可以是電量也可以是非電量接觸器有主、輔觸點(diǎn)之分，主觸點(diǎn)可用于主電路控制量為電量磁電式繼電器舌簧繼電器電動(dòng)機(jī)式電動(dòng)機(jī)式時(shí)間繼電器是用微型同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速齒輪系獲得延時(shí)的，分為通電延時(shí)和斷電延時(shí)型兩種。它由微型同步電動(dòng)機(jī)、電磁離合系統(tǒng)、減速齒輪機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。就延時(shí)范圍和準(zhǔn)確度而言，是電磁式、空氣阻尼式、晶體管式時(shí)間繼電器無(wú)法比擬的。電動(dòng)機(jī)式的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、壽命低、價(jià)格貴、準(zhǔn)確度受電源頻率的影響等。所以，這種時(shí)間繼電器不宜輕易選用，只有在要求延時(shí)范圍較寬和精度較高的場(chǎng)合才選用。半導(dǎo)體式速度繼電器速度繼電器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，常用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制線(xiàn)路中，也稱(chēng)反接制動(dòng)繼電器。是一種利用速度原則對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的自動(dòng)電器。它主要由轉(zhuǎn)子、定子和觸頭組成。轉(zhuǎn)子是一個(gè)圓柱形永久磁鐵，定子是一個(gè)籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片疊成，并裝有籠型的繞組。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-28所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)速下降到一定值時(shí)，由速度繼電器切斷電動(dòng)機(jī)控制電路。速度繼電器的轉(zhuǎn)軸應(yīng)與被控電動(dòng)機(jī)的軸相聯(lián)接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣定子圓環(huán)內(nèi)的繞組便切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生使圓環(huán)偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。偏轉(zhuǎn)角度與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速使定子偏轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，與定子圓環(huán)連接的擺錘推動(dòng)觸頭，使常閉觸頭分?jǐn)?，?dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高后，擺錘的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，使動(dòng)觸頭與靜觸頭的常開(kāi)觸頭閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，圓環(huán)偏轉(zhuǎn)角度隨之下降，動(dòng)觸頭在簧片作用下復(fù)位（常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，常閉觸頭閉合）。1-轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)子3-定子4-繞組

5-擺錘6、9-簧片7、8-靜觸點(diǎn)

圖1-28速度繼電器結(jié)構(gòu)原理圖

熱繼電器熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)不能承受的過(guò)載時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電路，為電動(dòng)機(jī)提供過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器。熱繼電器可以根據(jù)過(guò)載電流的大小自動(dòng)調(diào)整動(dòng)作時(shí)間，具有反時(shí)限保護(hù)特性，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作電流為額定電流時(shí)；熱繼電器應(yīng)長(zhǎng)期不動(dòng)作。1-熱元件2-雙金屬片3-導(dǎo)板4-觸頭圖

熱繼電器工作原理示意圖

(a)通電以前(b)三相通有額定電流

(c)三相均衡過(guò)載(d)電動(dòng)機(jī)發(fā)生一相斷線(xiàn)故障圖

差動(dòng)式斷相保護(hù)裝置動(dòng)作原理圖

交流固態(tài)繼電器教材19熔斷器熔斷器是一種利用熔化作用而切斷電路的保護(hù)電器。在使用時(shí)，熔斷器中的熔體(也稱(chēng)為保險(xiǎn)絲)串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)該電路發(fā)生過(guò)載或短路故障時(shí)，如果通過(guò)熔體的電流達(dá)到或超過(guò)了某一值，則在熔體上產(chǎn)生的熱量便會(huì)使其溫度升高到熔體的熔點(diǎn)，導(dǎo)致熔體自行熔斷，達(dá)到保護(hù)的目的。熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器，廣泛用于供電線(xiàn)路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)。熔斷器由熔體和安裝熔體的熔斷管（或座）等部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常用低熔點(diǎn)的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設(shè)計(jì)成滅弧柵狀和具有變截面片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流超過(guò)一定數(shù)值并經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而分?jǐn)嚯娐?，從而保護(hù)了電路和設(shè)備。

熔斷器熔體熔斷的電流值與熔斷時(shí)間的關(guān)系稱(chēng)為熔斷器的保護(hù)特性曲線(xiàn)，也稱(chēng)為熔斷器的安-秒特性，如圖1-15所示。由特性曲線(xiàn)可以看出，流過(guò)熔體的電流越大，熔斷所需的時(shí)間越短。熔體的額定電流IfN是熔體長(zhǎng)期工作而不致熔斷的電流。圖1-15

熔斷器的安-秒特性熔斷器熔體中的電流為熔體的額定電流時(shí)，熔體長(zhǎng)期不熔斷；當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，熔體在較短時(shí)間內(nèi)熔斷；當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，熔體能在瞬間熔斷。熔體的這個(gè)特性稱(chēng)為反時(shí)限保護(hù)特性，即電流為額定值時(shí)長(zhǎng)期不熔斷，過(guò)載電流或短路電流越大，熔斷時(shí)間越短。電流與熔斷時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為安秒特性。因此：由于熔斷器對(duì)過(guò)載反應(yīng)不靈敏，不宜用于過(guò)載保護(hù)，主要用于短路保護(hù)。確定熔體電流是選擇熔斷器的主要任務(wù)，具體來(lái)說(shuō)有下列幾條原則：對(duì)于照明線(xiàn)路或電阻爐等電阻性負(fù)載，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流，即

IfN≥I

式中IfN為熔體的額定電流，I為電路的工作電流。保護(hù)一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮電動(dòng)機(jī)沖擊電流的影響，熔體的額定電流按下式計(jì)算:

IfN≥（1.5～2.5）IN

式中，IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流。保護(hù)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，若各臺(tái)電動(dòng)機(jī)不同時(shí)起動(dòng)，則應(yīng)按下式計(jì)算：

IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN

式中，INmax為容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流，ΣIN為其余電動(dòng)機(jī)額定電流的總和。為防止發(fā)生越級(jí)熔斷，上、下級(jí)（即供電干、支線(xiàn)）熔斷器間應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配合，為此，應(yīng)使上一級(jí)（供電干線(xiàn)）熔斷器的熔體額定電流比下一級(jí)（供電支線(xiàn)）大1～2個(gè)級(jí)差。主令電器主令電器是用來(lái)發(fā)布命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器，它可以直接作用于控制電路，也可以通過(guò)電磁式電器的轉(zhuǎn)換對(duì)主電路實(shí)現(xiàn)控制，其主要類(lèi)型有按鈕、行程開(kāi)關(guān)、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、主令控制器、腳踏開(kāi)關(guān)等。按鈕的圖像和文字符號(hào)(a)常開(kāi)按鈕(b)常閉按鈕(c)復(fù)合按鈕圖1-31按鈕的圖形、文字符號(hào)

刀開(kāi)關(guān)的圖形、文字符號(hào)(a)單極(b)雙極(c)三極

圖1-13刀開(kāi)關(guān)的圖形、文字符號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(凸輪控制器)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一種具有多個(gè)操作位置和觸點(diǎn)、能進(jìn)行多個(gè)電路的換接的手動(dòng)控制電器。它可用于配電裝置的遠(yuǎn)距離控制、電氣控制線(xiàn)路的換接、電氣測(cè)量?jī)x表的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換以及小容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱(chēng)為萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（a）畫(huà)“?”標(biāo)記表示（b）接通表表示

組合開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形、文字符號(hào)圖1-14組合開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和圖形、文字符號(hào)行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)主要用于檢測(cè)工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長(zhǎng)短。行程開(kāi)關(guān)也稱(chēng)位置開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開(kāi)關(guān)。接觸式行程開(kāi)關(guān)靠運(yùn)動(dòng)物體碰撞行程開(kāi)關(guān)的頂桿而使行程開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸頭接通和常閉觸頭分?jǐn)?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制作用，其結(jié)構(gòu)如圖1-32所示。(a)直動(dòng)式(b)滾輪式(c)微動(dòng)式