电机与电气控制教案第三章低压电器Word格式.docx
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第三章常用低压电器
3.1低压断路器
3.1.1低压断路器用途与分类
3.1.2低压断路器的结构
3.1.3低压断路器的工作原理
3.1.4低压断路器的选用
3.1.5低压断路器的安装维护及使用注意事项
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
组织教学
复习提问
新授
通过教室后墙上的终端配电箱中的低压断路器引入介绍
再引导学生回忆家庭电路中的总闸就是使用的低压断路器
分析介绍低压断路器的分类、结构形式和使用的场合
点名，整顿纪律
1.三相异步电动机堵转时会有什么后果？
2.三相异步电动机转动时，内部发出“沙沙”的声音，原因可能是哪些？
怎样来检修？
低压断路器，是低压配电网和电力拖动系统中非常重要的一种电器，除能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备的短路、过载及失压等进行保护，同时也可用于不频繁地启停电动机。
低压断路器电气图形和文字符号如图3.1所示。
（1）断路器的用途
断路器可以用来接通和分断正常的负载电流、电动机的工作电流和过载电流，也可以用来接通和分断短路电流，它在电路中可以起短路和过载保护作用，还可以起欠电压保护和远距离分断电路的作用，近年来有些断路器还具有接地故障保护。
（2）断路器的分类
据断路器的使用类别可以分为:
选择型和非选择型；
根据结构型式可以分为:
万能式和塑壳式；
根据采用的灭弧介质可以分为:
空气式和真空式；
根据断路器的安装方式可以分为：
固定式、插入式和抽屉式。
但根据人们的使用习惯，多按结构型式分类，分为万能式和塑壳式两大类。
（3）塑壳式断路器
塑壳式断路器的标准型式为DZ，如图3.2所示。
我国自行开发的塑壳式断路器系列有：
（4）万能式断路器
断路器一般由触头系统、灭弧系统、自由脱扣机构、操作机构、过电流脱扣器、欠电压（失压）脱扣器、分励脱口器、辅助触头、外壳或框架等组成，如图3.3所示。
（1）触头系统
（2）灭弧系统
（3）自由脱扣机构
（4）操作机构
（5）过电流脱扣器
（6）欠电压（失压）脱扣器
（7）分励脱扣器
（8）辅助触头
（9）外壳或框架
低压断路器的主触点是靠手动操作手柄或电动合闸的。
主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。
过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。
当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。
当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。
当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。
分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下启动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。
断路器的选用，首先应根据具体使用条件，选择其类别，然后进行具体参数的确定。
如可按额定工作电压、额定工作电流、脱扣器整定电流和欠压脱扣器的电压、电流等项分别进行。
（1）断路器的选用原则
断路器的额定电压应大于或等于被控电路的额定电压；
断路器的额定电流应大于或等于被控电路的计算负载电流；
脱扣器的额定电流应大于或等于电路计算电流；
极限分断能力应大于或等于被控电路中最大短路电流；
电路末端单相对地短路电流与断路器瞬时（或短延时）脱扣器整定电流之比应大于或等于1.5；
欠压脱扣器额定电压应等于电路额定电压。
（2）电动机保护用断路器的选用
电动机保护用断路器有两种不同的使用方式，一种是将断路器与其他开关电器（如刀开关，接触器等）串联后控制电动机，即断路器只作短路、过载或欠电压保护用，正常的操作则由其他电器承担;
另一种是指断路器不再串联其他开关电器，即起保护作用，又作不频繁操作开关使用。
对于后一类情况，需要考虑操作条件和寿命。
电动机保护用断路器一般按下列原则来选用：
长时间动作电流整定值应等于电动机的额定电流值。
用于保护笼型电动机的断路器，其瞬间整定电流应等于8〜15倍电动机额定电流。
至于取值大小则决定于电动机的型号、容量和启动条件。
用于保护绕线转子电动机的断路器，其瞬时整定电流应等于3〜6倍电动机额定电流。
同样，取值大小决定与电动机的型号、容量及启动条件。
（3）导线保护断路器的选用
照明、生活用导线保护断路器是指在生活建筑中用来保护配电系统的断路器，其选用原则是：
长延时动作电流整定值应小于或等于线路计算负载电流。
瞬时动作电流整定值应等于6〜20倍线路计算负载电流。
（1）低压断路器的安装接线
断路器应按规定垂直安装，以断路器面板上铭牌的字或标识做参照，将断路器上方的接线端作为电源的进线端，又名电源端，将断路器下方的接线端作为负载的连接端，又名负载端，其上、下导线端接点必须使用规定截面的导线或母线连接。
如果是用铝排搭接，则搭接端面最好用超声波搪锡或用钢丝刷刮擦后上一层锡，以保证端面接触良好。
（2）低压断路器的维护
断路器的结构比较复杂，设计时应选用得当，运行中还应进行精心维护，一般维护时应做到：
投入运行前，应将磁铁工作面的防镑油脂除净，以免影响其动作的可靠性；
投入运行前，应检查其安装是否牢固，各部件螺栓是否拧紧，电路连接是否可靠，外壳有无尘垢；
投入运行前，检查脱扣器的整定电流及整定时间是否满足电路要求，出厂整定值是否移动、变化；
运行中的断路器应定期进行清扫、检修，要注意有无异常声响和气味；
运行中的断路器触头表面不应有毛刺和烧蚀痕迹，当触头磨损到小于原厚度的三分之一时，应更换新的触头；
运行中的断路器在分断短路电流后或运行段时间后，应清除灭弧室内壁和栅片上的金属颗粒，灭弧室不应有破损现象；
带有双金属片式的脱扣器，因过载分断断路器后，不应立即“再扣”，需冷却几分钟使双金属片复位后，才能“再扣”；
运行中的传动机构应定期加润滑油；
（3）低压断路器使用注意事项断路器在使用中应注意以下几点：
工作时不能将灭弧罩取下不用，灭弧罩若有损坏，应立即更换，以免发生短路时不能切断电弧，酿成事故。
过电流脱扣器的整定值一经调好就不允许随意更动，而且使用日久后要检查其弹簧是否生镑卡住，以免影响其动作。
触头的长期工作电流不得大于开关的额定电流，以免使触头温升过高。
在断路器分断短路电流以后，应在切除上一级电源的情况下，及时地检查其触头。
若发现有弧烟痕迹，可用干布抹净;
若发现触头已烧毛，可用砂纸或细锉小心修整，但主触头一般不允许用锉刀修整。
使用前应将脱扣器电磁铁工作面的防镑油脂抹去，以免影响电磁机构的动作值。
每使用一定次数（一般为1/4机械寿命）后，应给操作机构添加润滑油。
应定期清除掉落在断路器上的尘垢，以免影响操作和绝缘。
应定期检查各种脱扣器的动作值，有延时者还要检查其延时。
9.23
3.2刀开关和转换开关
3.3主令电器
1.掌握刀开关和转换开关的基本原理和结构；
2.掌握刀开关和转换开关的特点和应用
3.掌握常见主令电器的用途和结构原理
各种低压电器的结构、基本原理和使用场合；
1.按钮的选用方法；
2.常用的熔断器有哪几种？
3.熔断器的几个主要参数是哪些？
刀开关、组合开关属于电源电器，按钮和行程开关属于主令电器。
从操作方式上来看，他们都属于手动电器，结构也较为简单易懂，通过拆装实物、图片和视频等教学方法让学生掌握其结构和原理，并在此基础上掌握原理、选用和参数。
3.2.1刀开关
3.2.2转换开关（组合开关）
3.3.1控制按钮
3.3.2行程开关
刀开关俗称闸刀开关，是结构最简单的一种手动电器。
它由操作手柄、触刀、静夹座和绝缘底板组成，推动手柄使动触刀插入静夹座中，电路就会被接通。
刀开关的电气图形符号和文字符号如图3.4所示。
刀开关的种类很多，这里只介绍一种带有熔断器的常用刀开关。
（1）刀开关的结构
图3.5为HK系列闸刀开关的结构图，它由刀开关和熔断器组成，均装在瓷底板上。
这种开关易被电弧烧坏，因此不宜带重负载接通或分断电路，但因其结构简单，价格低廉，常用于频率为50Hz、电压小于380V、电流小于60A的电力线路中，作为一般照明、电热等回路的控制开关;
也可作分支线路的配电开关。
三极胶盖闸刀开关适当降低容量时，可以直接用于不频繁地控制小型电动机，并借助熔丝起过载保护作用。
（2）刀开关的安装
电源进线应接在静触点一边的进线端（进线座应在上方），用电设备应接在出线端，这样当开关断开时，闸刀和熔丝均不带电，以保证更换熔丝时的安全。
刀开关应垂直安装在开关板上，并要使静触座位于上方，即刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装和平装，以防止闸刀松动落下时误合闸。
（3）刀开关的操作
刀开关作电源隔离开关使用时，合闸顺序是:
先合上刀开关，再合上其他用以控制负载的开关;
分闸顺序则相反。
刀开关在合闸时，应保证三相同时合闸而且接触良好，否则常会造成断路，当负载是三相异步电动机时，便可能发生电动机因缺相运转而烧坏的事故。
应尽量缩短刀开关的合闸与分闸时间。
（4）刀开关的使用注意事项
没有灭弧罩的刀开关，不能切断负载电流，只能切断较小的负荷电流或空载电流。
因此，一般应与断路器、熔断器或接触器配合使用，送电时，先合上刀开关，后合断路器或接触器;
停电时，先拉断路器或接触器，后拉刀开关。
带灭弧罩的刀开关，可切断额定电流，但只适用于不频繁操作的场合。
带灭弧罩的熔断器式刀开关，可切断额定电流，并用熔断器切断短路电流，是一种组合电器，一般与接触器配合使用。
除刀熔开关外，刀开关可与断路器配合使用。
选用刀开关应注意其允许通断电流的能力。
组合开关实质上也是一种刀开关，不过它的刀片是转动的。
它由装在一根轴上的单个或多个单极旋转开关叠装在一起组成。
有单极、双极、三极和多极结构，根据动触片和静触片的不同组合，有许多接线方式，图3.6为常用的HZ10系列组合开关，它有三对静触片，每个触片的一端固定在绝缘垫板上，另一端伸出盒外，连在接线上。
三个动触片套在装有手柄的绝缘轴上，转动手柄就可将三个触点同时接通或断开。
组合开关常用作交流50Hz、380V和直流220V以下的电源引入开关，用于5kW以下的电动机直接启动和正反转控制，以及用作机床照明电路中的控制开关。
主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，故称为主令电器，主要用来接通和分断控制电路以达到发号施令的目的。
主令电器应用广泛，种类繁多，最常见的有按钮、行程开关、万能转换开关、主令开关和主令控制器等。
按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器，一般情况下它不直接控制主电路的通断，主要利用按钮开关远距离发出手动指令或信号去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路;
也可用于电气联锁等线路中。
按钮开关的结构一般都是由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头、外壳及支柱连杆等组成。
按钮根据静态时触头分合状况，可分为常开按钮（启动按钮）、常闭按钮（停止按钮）及复合按钮（常开、常闭组合一体），按钮开关的结构、符号如图7.7所示。
按钮的主要技术要求:
规格、结构形式、触点对数和按钮的颜色。
通常选用的规格为交流额定电压500V，允许持续电流为5A。
按钮的颜色有红、绿、黑、黄以及白、蓝几种，供不同场合选用。
全国统一设计的按钮新型号为LA25系列，其他常用的有LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等系列。
行程开关又称位置开关或限位开关，是一种很重要的小电流主令电器。
它利用生产设备的某些运动部件的机械位移而碰撞位置开关，使其触头动作，将机械信号变为电信号，接通、断开或变换某些控制电路的指令，借以实现对机械设备的电气控制要求，这类开关常被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动或自动往返运动等。
行程开关电气图形和文字符号如图7.8所示。
行程开关的结构形式很多，但基本是以某种位置开关元件为基础，装置不同的操作头得到各种不同的形式。
行程开关按运动形式分为直动式和转动式；
按结构可分为直动式、滚动式和微动式;
按触,点性质可分为有触点式和无触点式。
（1）直动式行程开关
图7.9为直动式行程开关结构图。
其动作与控制按钮类似，只是它通过运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。
其优点是结构简单，成本较低;
缺点是触点的分合速度取决于撞块移动速度，若撞块移动太慢，则触,点就不能瞬间切断电路，使电弧在触点上停留时间过长，易于烧灼触点。
（2）微动开关
为克服直动式结构的缺点，采用具有弯片状弹簧瞬动机构，如图3.10所示。
当推杆被压下时，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移，当达到预定的临界点时，弹簧片连同动触点产生瞬时跳跃，从而导致电路的接通、分断或转换。
同样，减小操作力时，弹簧片会向相反方向跳跃。
微动开关体积小、动作灵敏，适合在小型机构中使用。
（3）接近开关（无触点行程开关）
这种开关不是靠挡块碰压开关发出信号，而是在移动部件上装一金属片，在移动部件需要改变工作状态的位置处安装接近开关的感应头，其感应面正对金属片。
当移动部件的金属片移动到感应头上面（不需接触）时，接近开关就输出一个指令信号，使控制电路改变工作状态。
9.24
3.4接触器
1.掌握接触器的基本工作原理；
2.掌握交流接触器的基本结构和各个部分的作用；
3.掌握接触器的图形符号及文字符号；
交流接触器的基本工作原理、结构和符号说明
1.交流接触器由哪几部分组成？
各个组成部分有什么作用？
2.短路环有什么作用？
3.常见的灭弧方法有哪几种？
交流接触器是一种应用最广泛、较为复杂的自动电器。
交流接触器的原理结构较难，在讲解原理的时候要辅以图片、视频来讲解，并在讲解之后引导学生自行拆装交流接触器，实际看到他的结构和原理。
3.4交流接触器
3.4.1交流接触器的结构
3.4.2交流接触器的工作原理
3.4.3接触器的主要技术数据
3.4.4接触器的选择
3.4.5接触器的安装及使用注意事项
播放电工仿真软件讲解接触器基本原理
1.按钮由哪几部分组成？
2.按钮的图形符号和文字符号是什么？
3.行程开关的图形符号和文字符号是什么？
接触器是一种用来接通或分断带有负载的交流或直流主电路或大容量控制电路的电器元件。
它主要控制的对象是电动机、变压器等电力负载，可实现远距离接通或分断电路，可频繁操作，工作可靠。
另外，它还具有零压保护、欠压释放保护等作用。
接触器的电气图形和文字符号如图3.11所示。
接触器按其流过触点工作电流的种类不同，可分为交流接触器（CJ）和直流接触器（CZ）两类，直流接触器的结构及工作原理与交流接触器基本相同。
交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等部分组成，结构如图3.12所示。
（1）电磁系统
电磁系统用来操纵触点的闭合与分断，它由静铁芯、线圈及衔铁三部分组成，铁芯及衔铁形状均为E形，一般由硅钢片叠压后铆成，以减小交变磁场在铁芯中产生的涡流和磁滞损耗，防止铁芯过热。
交流接触器的电磁机构在实际运行过程中，衔铁不但受释放弹簧及其他机构阻力的作用，同时还受到交流励磁电流过零时的影响，使衔铁振动，发出噪声。
消除振动和噪声的措施是在铁芯上加装短路环，又称减振环或分磁环。
加装短路环后，交变磁通Φ1的一部分通过短路环，在短路环中产生感应电流，该电流在短路环中也要产生磁通，使得短路环中的磁通变成Φ2，Φ1与Φ2的相位不同，即Φ1与Φ2不会同时过零，由它们产生的电磁力F1和F2也不会同时为零，从而使铁芯始终吸引衔铁，振动和噪声会显著减小。
（2）触头系统
接触器的触头用来接通或断开电路，按其接角虫情况可以分为点接触式、线接触式和面接触式三种。
根据用途不同，触点分为主触点和辅助触点两种。
主触点用来接通或断开电流较大的主电路，一般由接触面较大的常开触点组成。
辅助触点用来接通或断开小电流的控制电路，它由常开和常闭触点成对组成。
当接触器未工作时，处于断开状态的触点称为常开（或动合）触点；
当接触器未工作时，处于接通状态的触点称为常闭（或动断）触点。
（3）灭弧装置
交流接触器在分断大电流电路时，会在动、静触点之间产生很强的电弧，电弧是触点间气体在强电场作用下产生的放电现象。
电弧一方面会烧伤触点，另一方面会使电路的切断时间延长，甚至引起其他事故。
因此，灭弧是接触器的主要任务之一。
电弧的熄灭方法一般采用双断口结构的电动力灭弧和半封闭式绝缘栅片陶土灭火罩。
前者适用于容量较小（10A以下）的接触器，后者适用于容量较大的接触器。
如图3.12所示，当电磁线圈通电后产生磁场，使铁芯产生足够的吸力，克服反作用弹簧与动触头压力弹簧片的反作用力，将衔铁吸合，同时带动传动杠杆使动触头和静触头的状态发生改变，其中三对常开触头闭合。
另外，常闭辅助触点首先断开，接着常开辅助触点闭合。
当电磁线圈断电后，由于铁芯电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头也随之恢复到原始状态。
（1）额定电压
接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压，选择主触头的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。
（2）额定电流
接触器铭牌上的额定电流是指主触头的额定电流，选择主触头的额定电流应大于或等于电动机的额定电流。
（3）吸引线圈的额定电压吸引线圈的额定电压等于控制回路的电压，交流有36V、110V、127V、220V、380V;
直流有24V、48V、220V、440V等。
（4）额定操作频率
接触器的额定操作频率是指接触器每小时允许的操作次数。
（1）接触器的类型
根据被控制电动机或负载电流类型来选择，交流负载应使用交流接触器，直流负载应使用直流接触器。
如果整个控制系统中主要是交流负载，而直流负载的容量较小时，也可以全部使用交流接触器，但触点的额定电流应适当选大些。
（2）接触器的额定电压
一般选择接触器触点的额定电压大于或等于负载回路的额定电压。
（3）接触器主触点的额定电流
接触器主触点的额定电流应大于或等于电动机或负载的额定电流。
由于电动机的额定电流与其额定功率有关，因此也可根据电动机的额定功率进行选择。
（4）接触器线圈的电压
一般应使接触器线圈电压与控制回路的电压等级相同。
（5）接触器的辅助触点
接触器辅助触点的额定电流、数量和种类应能满足控制线路的要求，如不能满足时，可选用中间继电器来扩充。
（1）接触器的安装安装前的检查
检查接触器的铭牌及线圈的技术数据，如额定电压、电流、操作频率和通电持续率等，是否符合实际使用要求；
将铁芯极面上的防镑油擦净，以免油垢黏滞造成接触器线圈断电后铁芯不能释放；
用手分合接触器的活动部分，要求动作灵活、无卡阻现象；
检查与调整触点的工作参数，如开距、超程、初压力和终压力等，并要求各级触点接触良好、分合同步。
安装
接触器安装前应先检查线圈的额定电压等技术数据是否与实际使用相符；
接触器安装时，一般应安装在垂直面上，其斜度不得超过5°
；
安装有散热孔的接触器时，应将散热孔放于向下位置，以利于散热和降低线圈的温度；
安装接线时，应注意勿使螺钉、垫圈、接线头等零件失落，以免落入接触器内部造成卡住或短路现象，并将螺钉拧紧，以免振动松脱；
检查接线正确无误后，应在主触点不带电的情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查其动作是否可靠，然后才能投入使用。
（2）接触器的使用注意事项
使用中，应定期检查接触器的各部件，要求可动部分无卡住现象、紧固件无松脱现象，如有损坏，应及时检修；
触点表面应经常保持清洁，不允许涂油；
当触点表面因电弧作用形成金属小珠时，应及时铲除，但银及银基合金触点表面产生的氧化膜其接触电阻很小，不必挫修，否则将缩短触点的寿命；
原来有灭弧室的接触器，一定要带灭弧室使用。
9.25
3.5继电器
1.掌握各种电磁式继电器（含电流、电压和中间）的原理和基本结构；
2.掌握时间继电器的结构和基本原理；
电磁式继电器、时间继电器的基本工作原理和结构组成；
1.安装中间继电器应该注意哪些问题？
2.过电流继电器的工作过程。
继电器是低压电器中种类最广泛的一类电器，主要应用在控制、保护电路中。
本次课仅讲授继电器中的中间继电器、电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器。
这些继电器常常出现在电动机控制线路中，掌握这些继电器的原理对于以后读电路图和设计控制电路是非常有用的。
3.5.1电磁式（电流、电压和中间）继电器
3.5.2时间继电器
3.5.3热继电器
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