西门子课程第2次课讲解.ppt

常用低压控制电器 •掌握接触器、继电器、熔断器、断 路器、低压开关、主令电器等常规 控制电器的结构、工作原理、动作 特点， 并能够正确选择和使用 学习目标 ： 第1章 常用低压控制电器 教学内容： 1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 低压开关与低压断路器 1.6 主令电器 1.7 低压电器的产品型号 1.1 概述 • 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控 制、调节、检测和保护的作用低压电器在电力 拖动自动控制系统中应用极为广泛 • 随着电子技术、自控技术和计算机应用的迅猛 发展，一些电器元件可能被电子线路所取代，但 是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展（表现 在提高元件的性能、生产新型的元件，实现机、 电、仪一体化，扩展元件的应用范围等），且有 些电器元件有其特殊性，是不可能完全被取代的 • 定义－－电器是接通和断开电路或调节、控制和 保护电路及电气设备用的电工器具 • 分类－－电器的功能多，用途广，品种规格繁多 ，其分类如下： Ø 1. 按工作电压等级分 （1）高压电器(交流1200V\直流1500V及以上); （2）低 压电器(交流1200V\直流1500V以下); Ø 2. 按动作原理分 （1）手动电器; （2）自动电器（勿需人工操作） Ø 3. 按用途分 （1）控制电器; （2）配电电器; （3）主令电器; （4）保护电器; （5）执行电器 1.1.1 电器的分类 1.1.2 常用低压控制电器 Ø 接触器：分交流接触器与直流接触器 Ø 继电器：有电磁式继电器（如电压继电器、电流继 电器、中间继电器）；时间继电器（分直流电磁式 、空气阻尼式、半导体式等）；热继电器；干簧继 电器；速度继电器等 Ø 熔断器：分瓷插式、螺旋式、有填料封闭管式、无 填料密闭管式、快速熔断器、自复式等 Ø 低压断路器：分框架式、塑料外壳式、快速直流断 路器、限流式、漏电保护器等 Ø 位置开关：有直动式、滚动式、微动式等 Ø 按钮、刀开关等 1.1.3 我国低压控制电器的发展趋势 • 现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传统 的低压配电与控制系统及其装置，给传统低压电器 带来改革性变化。

发展智能化可通信低压电器势在 必行 其产品的特征是： Ø产品中装有微处理器； Ø产品带有通信接口，能与现场总线连接； Ø采用标准化结构，具有互换性，采用模数化结构； Ø保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故障 自诊断、进行双向通信等 1.2 接触器 • 1、作用： 接触器是电力拖动和自动控制系统中使 用量大且面广的一种低压控制电器用来频繁地接 通和分断交直流主电路和大容量控制电路；能实现 远距离控制，并具有欠（零）电压自动释放保护功 能主要控制对象是电动机 • 2、分类： · 交流接触器（包括真空接触器） · 直流接触器 1.2.1 结构和工作原理 • 接触器是利用电磁 吸力的原理工作的 接触器主要由电磁系 统、触头系统和灭弧 装置组成，结构简图 如图1-1所示 1. 电磁系统 • 其作用是将电磁能 转换成机械能，产生 电磁吸力带动触头动 作 图1-1 接触器结构简图 1—主触头 2—常闭辅助触头 3—常开辅助触头 4—动铁心 5—电磁线圈 6—静铁心 7—灭弧罩 8—弹簧 1.2.1 结构和工作原理 • 作用在衔铁上的力有 两个：电磁吸力与反力 电磁吸力由电磁机构 产生，反力则由释放弹 簧和触点弹簧所产生。

电磁系统的工作情况常 用吸力特性和反力特性 来表示 • 为了保证使衔铁能牢 牢吸合，反力特性必须 与吸力特性配合好，如 图1-3所示 图1-3 吸力特性与反力特性的配合 1—直流电磁铁吸力特性 2—交流电磁铁吸力特性3 —反力特性 直流电 磁铁吸 力特性 交流电 磁铁吸 力特性 释放弹 簧反力 （释放弹簧+触点）合成反力 1.2.1 结构和工作原理 2. 触头系统 触头是接触器的执行元 件，用来接通或断开被 控制电路触头按其原 始状态可分为常开触头 和常闭触头：原始状态 时（即线圈未通电）断 开，线圈通电后闭合的 触头叫常开触头；原始 状态闭合，线圈通电后 断开的触头叫常闭触头 （线圈断电后所有触头 复原） 图1-4 触头结构形式图 a）桥形触头 b）指形触 头 1.2.1 结构和工作原理 3. 灭弧装置 • 常用的灭弧装置有: 电动力灭弧、 金属栅片灭弧和磁吹灭弧 • 常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷 却电弧和将电弧分段 • ⑴电动力灭弧 • 对于电弧较弱的接触器，采用灭弧 罩由电动力 和灭弧栅灭弧 图1-6 电动力灭弧原理 1—静触头 2—动触头 u 图1-6所示的是一种桥式结构双断口触头，当触头打开时 ，在断口处产生电弧，电弧电流在两电弧间产生图中所示的 磁场（右手定则），根据左手定则，电弧电流要产生一个指 向外侧的电动力，使电弧向外运动并拉长，迅速穿越冷却介 质而加快冷却并熄灭。

磁场 方向 电动力方向 磁场 方向 • 电弧产生的条件： 1、触头断开后电流在0.25~1A之间 2、触头断开后电压在12~20V之间 上述两条件同时满足时即产生电弧 ⑵ 金属栅片灭弧 1—灭弧栅片 2—触点 3—电弧 外 磁 场 内 磁 场 金属 栅片 分离后 的电弧 触头分离瞬间 产生的电弧 1.2.1 结构和工作原理 4. 接触器的工作原理－－播放动画 • 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生 电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头先断开，常 开触头后闭合，两者是联动的当线圈断电时，电磁吸力消 失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头 先断开，常闭触头后闭合 图1-9 接触器的图形、文字符号 a）线圈 b）主触头 c）常开辅助触头 d）常闭辅助触头 图形水 平放置 时逆时 针旋转 90度 1.3 继电器 定义－－ 继电器是一种根据某种输入信号（电压、电流 、温度、压力、时间、速度等）的变化而接通或断开控制电 路，实现自动控制和保护电力拖动装置的自动电器输出信 号可为触头动作，电参数的变化量 分类： Ø 按用途分：有控制继电器和保护继电器 Ø 按动原理作分：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。

Ø 按输入信号的不同来分：有电压继电器、中间继电器、电流 继电器、时间继电器、速度继电器等 1.3.1 电磁式继电器 u 常用的电磁式继 电器有电压继电器、 中间继电器和电流继 电器 图1-12 电磁式继电器原理图 1—铁心 2—旋转棱角 3—释放弹簧 4—调节螺母 5—衔铁 6—动触头 7—静触头 8—非磁性垫片 9—线圈 图1-13 电磁式继电器 图形、文字符号 1. 电磁式继电器的结构与工作原理 1.3.1 电磁式继电器 2. 电磁式继电器的 特性 • k称为继电器的返回 系数，它是继电器重 要参数之一一般继 电器K=0.1－0.4,欠电 压继电器K=0.6以上 图1-14 继电特性曲线 吸 合 值 释 放 值 1 0 1.3.2 热继电器 图1-17 热继电器图形、文字符号 a）发热元件 b）常闭触点 • 定义－－热继电器是利用电流流过热元件时产生 的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动 作的一种保护电器 图1-15 热继电器原理图 1—热元件 2—双金属片 3—导板 4—触头 主双金 属片 • 工作原理 －－ 在图1-15中发热元件1通电发热后， 主双金属片2受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行 机构发生一定的运动。

电流越大，执行机构的运动幅 度也越大当电流大到一定程度时，执行机构发生跃 变，即触点发生动作从而切断主电路插入动画 • 用途－－广泛用于三相异步电动机的长期过载保护、 断相及电流不平衡运行的保护及其他电器设备发热状 态的控制 1.3.2 热继电器 1.3.3 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（触头的 闭合或断开）的继电器，称为时间继电器 • 分类： 1、通电延时：接受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 2、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，延迟一定的时间， 输出才复原 1.3.3 时间继电器 • 空气阻尼式时间继电器 • 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而 达到延时的目的它由电磁机构、延时机构和触 头组成 • 分类－－电磁机构有交流、直流两种延时方 式有通电延时型和断电延时型（改变电磁机构位 置，将电磁铁翻转1800安装） 1.3.3 时间继电器 图1-18 JS7-A系列时间继电器原理图 a）通电延时型 b）断电延时形 1－线圈 2—铁心 3—衔铁 4—反力弹簧 5—推板 6—活塞杆 7—杠杆 8—塔形弹簧 9—弱弹簧 10—像皮膜 11—空气室壁 12—活塞 13—调节螺钉 14—进气孔 15、16—微动开关 瞬动 触头 延时 触头 橡 皮 膜 进 气 孔 活 塞 排 气 延 时 调 节 1.3.3 时间继电器－－插入动画 • 工作原理（空气阻尼时间继电器）－－当线圈1得电 后衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带 动活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气 变得稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由 进气孔气隙大小来决定。

经一段延时后，活塞杆通过杠杆 7压动微动开关15，使其触头动作，起到通电延时作用 • 当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气 通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠 杆、微动开关等迅速复位由线圈得电到触头动作的一段 时间即为延时时间，其大小可以通过调节螺钉13调节进气 孔气隙大小来改变 • 圈通电和断电时，微动开关16为时间继电器的瞬动 触头 1.3.3 时间继电器 • 时间继电器的图形、文字符号 图1-20 速度继电器结构原理图 1—转子 2—电动机轴 3—定子 4—绕组 5—定子柄 6—静触头 7—动触头 8—簧片 图1-21 速度继电器的图形、文字符号 a）转子 b）常开触头 c）常闭触头 1.3.4 速度继电器 •速度继电器主要用于笼型异步电 动机的反接制动控制，也称反接 制动继电器其结构原理如图1- 20所示 1.3.4 速度继电器－－插入动画 • 工作原理－－速度继电器的轴与电动机的轴相 连接转子固定在电动机轴上，定子与轴同心 当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动， 绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和 永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转 动方向偏摆，通过定子柄拨动触头，使常闭触头 断开、常开触头闭合。

当电动机转速下降到接近 零时(100RPM)，转矩减小，定子柄在触头弹簧力 的作用下恢复原位，触头也复原 • 用速度继电器控制反接制动时，其转速在 100RPM以下才能接通反接制动接触器，则反接 制动电流减小 1.4 熔断器 • 熔断器是一种简单 而有效的保护电器 在电路中主要起短路 保护作用使用时， 熔体串接于被保护的 电路中，当电路发生 短路故障时，熔体被 瞬时熔断而分断电路 ，起到保护作用 图1-23 熔断器的图形、文字符号 1.4.1 熔断器的工作原理 1. 安秒特性 • 熔断器的熔体串联在被保 护电路中当电路严重过 载时，熔体能在较短时间 内熔断；而当电路发生短 路故障时，熔体能在瞬间 熔断 • 熔断器的特性可用通过熔 体的电流和熔断时间的安 －秒特性来描述 图1-22 熔断器的 安-秒特性 正常工作电 流小于 最小 熔断 电流 1.4.1 熔断器的工作原理 2. 极限分断能力 u 通常是指在额定电压及一定的功率因数（或时间常数） 下切断短路电流的极限能力，常用极限断开电流值（周期 分量的有效值）来表示 u熔断器的极限分断能力必须大于线路中可能出现的最大短 路电流 3. 。