工业电气控制技术常用电器.docx

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工业电气控制技术常用电器

工业电气控制技术<常用电器）摘

吕厚余，邓力主编.—北京：

科学出版社2007

第一章基本控制原理

开环控制系统闭环控制系统<反馈）

第二章电器的基本知识

2.1电器概述

→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，是输配电和用电系统可靠运行的基础和重要保证。

1.按工作电压等级分

<1）低压电器：

工作电压在交流1200V或交流1500V以下的各种电器，如接触器、控制器、启动器、刀开关、自动开关、低压熔断器、继电器、电阻器、主令电器等。

<2）高压电器：

工作电压高于电流1200V或直流1500V的各种电器，如高压断路器、隔离开关、高压熔断器、避雷器等。

→

安全电压额定值为42V，36V，24V，12V，6V。

<1）42V可供有触电危险的场所使用，如手持电动工具的使用。

<2）36V可供在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等使用。

<3）24V、12V、6V可供某些人体可能偶然触及的带电体的设备选用。

3.按用途分

<1）控制电器：

用于控制电路和控制系统的电器，

如接触器、各种控制继电器、控制器、启动器等。

<2）主令电器：

用于自动控制系统中发送控制命令的电器，

如控制按钮、行程开关、万能转换开关等。

<3）保护电器：

用于电路及用电设备的电器，

如熔断器、热继电器、各种保护电器、避雷器等。

<4）配电电器：

用于电能的输送和分配的电器，

如高压断路器、隔离开关、刀开关、断路器、自动开关等。

<5）执行电器：

用于完成动作或传动功能的电器，

如磁铁、电磁隔离器等。

→

<1）有触点电器

由触点实现通断电路的功能，如刀开关、接触器等。

<2）无触点电器

电器通断电路的功能不是通过机械接触，而是根据输出信号的高低实现的<半导体器件的开关效应，如可控硅的导通和阻断、三极管的饱和和截止来实现电路的通断），如固态继电器、接近开关灯等。

2.2电器的基本理论

→在结构上，电器一般由三个部分组成，即感测部分、判断部分和执行机构。

感测部分接受外界输入的信号，通过转换、放大再由判断部分作出有规律的反应，执行机构动作，输出相应的指令实现控制目的。

2.2.1电磁式电器的工作原理

对于有触头的电磁式电器，感测和判断部分大都是电磁机构，而执行机构则是触头。

→按触头控制的电路又分为主触头和辅助触头。

主触头用于接通和断开主电路，允许通过较大的电流，一般装有灭弧罩；

辅助触头用于接通和断开控制电路，只允许通过较小电流。

→

桥式触头：

两个触点串于同一条电路中，电路的接通和断开由两个触点共同完成。

点接触形式，适用于电流不大，且触头压力小的场合。

面接触形式，适用于大电流的场合，多用于较大容量接触器的主触头。

指形触头：

触头的接触区为一直线，触头接通或分断时产生滚动摩擦，适用于通电次数多，电流大的场合，常用于刀开关。

→电接触的结构形式

<1）固定接触

两接触元件在工作时间内固定接触，无相对运动也不分离。

<2）滚动和滑动接触

如电阻器的滑动头，电机的电刷和滑环，电气机车的馈电弓和馈电线等。

<3）可分、合接触

触头/触点

→

固定接触常采用面接触的形式，且电连接一般采用螺钉或铆钉等压紧，以加大压力，使接触电阻减小。

由于面接触的散热面积及热容量大，多用于大电流。

可分、合接触考虑到装配检修的方便和工作可靠，多采用点接触或线接触的形式。

电连接一般采用触头弹簧压紧，压力较小。

继电器触点压力小，多采用点接触的形式。

为了保证必要的压强，最大限度地破坏和清除膜电阻的影响，要求触点曲率半径要小。

→

一般来说，点接触虽然膜电阻小，但是散热面积及热容量均小，所以多用于小电流。

线接触的压力集中，实际接触压力强度较大，在中等压力时接触电阻较小，线接触的优点还表现在可以使触头在闭合过程中有相对运动而自动净化、便于调整，因此广泛用于接触器、自动开关及高压开关电器的触头中。

2.2.3开关电弧理论

开关触头在大气中断开电路时，如果电路的电流超过0.25A，电路断开后加在触头间的电压超过12V，则在触头间隙<又称弧隙）中便会产生一团温度极高，发出强光和能够导电的气体——电弧。

1.触头间的电弧

……

4.开关电器典型灭弧装置

1）简单灭弧

利用机械或电弧电流本身产生的电动力拉长电弧，使之运动中不断与新鲜空气接触，为其冷却，使电弧熄灭。

刀开关，直动式交流接触器交流→桥式触点

2>磁吹灭弧装置

当电弧需要较大的电动力吹入灭弧室时，就要采用专门的磁吹装置。

磁吹灭弧装置可以用于低压直流和交流接触器中。

3）弧罩和纵缝灭弧装置

常用耐弧塑料<如陶土、石英、三聚氰胺和MP-1塑料）制造的具有纵缝的灭弧室来限制弧区扩展并加速冷却以削弱热电离。

即可用于灭直流电流也可以用于灭交流电弧。

多用于低压开关电器，也可用于3-10kv的高压开关电器。

4）栅片灭弧装置

绝缘栅片灭弧装置是利用电弧自身磁场产生的电动力拉长电弧，并使电弧与绝缘栅片紧密接触的过程中迅速冷却。

金属栅片是将电弧分割为多段短弧，利用增大近极区电压降来加强灭弧效果。

→适用于高、低压直流和交流开关电器，以低压交流并联开关电器用的较多。

5）固体气体灭弧装置

利用能产生气体的固体绝缘材料，如钢纸、有机玻璃等兼作绝缘管和灭弧室，主要用于高、低压熔断器。

6）石英砂灭弧装置

主要用于高、低压熔断器。

石英砂填充在绝缘管内作灭弧介质。

7）油吹灭弧装置

以变压器油为介质。

产生电弧后，电弧将油气化、分解形成油气。

一般用于高低压电器中，如油开关。

8>气体吹弧装置

利用压缩空气来熄灭电弧；

空气，SF6。

9）真空灭弧装置

介质必须通过电子碰撞气体粒子使之电离才能产生更多的电子。

而真空中的气体很稀薄，电子的自由行程远大于触头间的距离。

10>无弧分断

一是在交流电流自然过零时，以极快的速度使动静触头分离。

二是采用电子灭弧装置。

在触头的两端并联晶闸管，让晶闸管承担电路的通断。

在触头断开时将其电压控制在极低的范围内，从而避免电弧的产生。

第三章常用电器

3.1控制电器

3.1.1接触器

接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。

在功能上，接触器除了能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和失压<或欠压）保护功能，它虽然具有一定的过载能力，但却不能切断短路电流，也不具备过载保护功能。

→直流接触器和电流20A以上的交流接触器均装有灭弧装置。

→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，只能通过较小的电流，且不设灭弧装置，因此不能用来分合主电路。

→电磁式接触器是根据电磁原理工作的，当吸引线圈通电后在静铁心中产生磁场，在衔铁气隙处产生电磁吸力，当电磁吸力大于反力时才能使衔铁产生闭合动作，主触头在衔铁的带动下闭合接通电路。

与此同时，衔铁还要带动辅助触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合。

当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱到小于反力时，衔铁在释放弹簧作用下复位，主、辅触头又恢复到原来状态。

2.接触器的符号和型号的意义

a）线圈

b）常开触头

c）常闭触头

2）接触器的型号和分类

<1）型号意义

CJ□—□—□/□

接触器极数

交流额定电流

设计序号B表示栅片灭弧

CZ□—□—□/□

接触器常闭触头数

直流常开触头数

设计序号额定电流

<2）接触器的分类

电磁接触器，液压接触器，气动接触器；

交流接触器，直流接触器

3.接触器的主要技术参数

<1）额定电压

指接触器铭牌上的额定电压，也就是主触头的额定电压。

选用时必须与被控制的负载回路的额定电压相同。

<2）额定电流

主触头的额定工作电流

<3）吸引线圈的额定电压

直流：

24V，48V，110V，220V，440V；

交流：

36V，127V，220V，380V。

→考虑到电网电压的波动，允许接触器的线圈电压超过额定值的5%，线圈的温升不会超过绝缘材料的允许温升。

2）接触器的选择

<1）接触器的类型选择

根据接触器所控制的负载性质，选择直流接触器或交流接触器。

交流负载→交流接触器；直流负载→直流接触器

如果控制系统中主要是交流电动机，且直流负载的容量比较小时，也可全用交流接触器。

3.1.2控制继电器

→继电器是一种根据电或非电信号的变化来接通或断开小电流电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电路。

输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度等非电量，而输出则是触头的动作或电参数的变化。

1.继电器的分类

<1）按动作原理分：

电磁式、磁电式、感应式、电动式、温度<热）、光电式、压电式继电器。

<7）按用途分：

控制、保护继电器、信号继电器和安全继电器

2.电磁式继电器的结构和型号

→继电器和接触器的主要区别是：

①接触器只有在一定的电压信号下动作；而继电器的输入量可以是各种物理量。

②接触器的主要任务是控制主电路的通断，强化执行功能；继电器实现对各种信号的感测，强化感测的灵敏性，动作的准确性及反应的快速性，其触点无主、辅助触头之分，通常接在小容量的控制电路中，一般不用灭弧装置。

2）电磁式继电器的型号

继电器的种类：

T——通用继电器；L——电流继电器；Z——中间继电器；S——时间继电器

J□□—□□

常闭触点处

常开触点处

设计序号

继电器的种类

继电器

3）电磁式继电器的的图形符号

3.继电器的主要技术参数

1）额定参数

<1）继电器的额定电压<电流）：

指继电器线圈电压<电流）的额定值。

<2）吸合电压<电流）：

指使继电器衔铁开始运动时线圈电压<电流）值。

<3）释放电压<电流）：

指衔铁开始返回时，线圈的电压<电流）值。

2）动作时间吸合时间，释放时间

一般电磁式继电器的动作时间为0.05～0.2s，快速继电器的动作时间小于0.05s，动作时间大于0.2s的为延时继电器。

3）整定值

根据控制要求，对继电器的吸合<释放）电压或电流进行人为的调节的数值。

一般电磁继电器是通过调节调整弹簧的松紧程度，改变非磁性垫片的厚度和改变初始气隙的大小来调节整定值。

4）返回系数

返回系数为释放电压<电流）与吸合电压<电流）之比，用K表示。

不同继电器的K值不同。

控制继电器，K<0.4，以避免电源电压短时间的降低而自行释放。

保护继电器，要求较高的返回系数K>0.6，使之能反映较小输入量的波动范围。

4.几种控制继电器

1）电压继电器和电流继电器

→

电压继电器：

用于电力拖动系统的电压保护和控制，其触点的动作范围与线圈的电压大小有关，使用时电压继电器的线圈与负载并联。

过电压继电器，欠电压继电器，零电压继电器。

电压继电器的文字符号位KV。

→

电流继电器：

广泛用于电机、变压器和输电线路的过负荷及短路保护线路中。

电流继电器的文字符号位KI。

由于直流电路一般不会出现过电压，所以产品中没有直流过电压继电器。

2）中间继电器

电磁式中间继电器实质上是一种电磁式电压继电器，其特点是触头多、触头容量较大<额定电流5～10A）和动作灵敏<动作时间小于0.05s）。

其主要用途为当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数或触头容量，起到中间转换作用。

中间继电器只要求线圈电压为零时可靠释放，对动作参数无要求，所以没有调节装置。

中间继电器的文字符号位KA。

→电压和电流继电器的线圈符号

3>时间继电器

→时间继电器是指从接受信号到执行元件<触头）动作有一定时间间隔的继电器。

其特点是接受信号后，执行元件能够按照预定时间延时工作，广泛用于