激光设备控制技术教材第二章第二节讲解.docx

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激光设备控制技术教材第二章第二节讲解

第二节　电磁式接触器

电磁式接触器是一种自动的电磁式开关。

它具有欠电压释放保护功能。

在电力拖动系统中被广泛应用。

由于交、直流电流产生电弧的不同，接触器按主触头通过的电流种类不同分为交流接触器和直流接触器两类。

一、交流接触器

交流接触器的种类很多，下面以CJT1系列（CJ10系列的替代品）为例进行介绍。

1.交流接触器的结构

图2-13为CJT1型交流接触器的实物图及外形结构示意图。

它主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置及辅助部件四部分组成。

（a）实物图（b）结构图

图2-13CJ10系列交流接触器的实物图和结构图

1-灭弧罩2-触头压力弹簧片3-主触头4-反作用弹簧5-线圈6-短路环

7-静触头8-弹簧9-动铁心10-辅助常开触头11-辅助常闭触头

（1）电磁机构电磁机构由线圈、铁心（静铁心）和衔铁三部分组成。

其作用是利用电磁线圈的通电或断电，使衔铁和铁心吸合或释放，从而带动动触头与静触头闭合或分断，来实现接通或断开电路的目的。

（2）触头系统按通断能力划分，交流接触器的触头分为主触头和辅助触头（小容量的无主、辅之分）。

主触头用于通断电流较大的主电路，一般由三对常开触头组成；辅助触头用以通断电流较小的控制电路，通常由两对常开和两对常闭触头组成，起电气联锁或控制作用。

常开触头和常闭触头是联动的。

当线圈通电时，常闭触头先断开，常开触头后闭合；而线圈断电时，常开触头先恢复断开，常闭触头后恢复闭合。

常开触头又称动合触头，常闭触头又称动断触头，本书统一使用常开触头和常闭触头的叫法。

两种触头在改变工作状态时，先后有个时间差，这个时间差对分析电路的工作原理起着至关重要的作用。

（3）灭弧装置交流接触器中常用的灭弧装置因电流等级而异，容量较小的接触器常采用双断口桥形触头以利于灭弧，并在触头上方安装陶土灭弧罩。

容量较大的接触器常采用纵缝灭弧罩和栅片灭弧装置。

（4）辅助部件交流接触器的辅助部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构、底座及接线柱等。

反作用弹簧安装在动铁心和线圈之间，其作用是线圈断电后，推动衔铁释放，使各触头恢复原状态。

缓冲弹簧安装在静铁心与线圈之间，其作用是缓冲衔铁在吸合时对静铁心和外壳的冲击力，保护外壳和底座。

触头压力弹簧安装在动触头上面，其作用是增加动、静触头间的压力，从而增大接触面积，以减小接触电阻，防止触头过热而灼伤。

传动机构的作用是在衔铁或反作用弹簧的作用下，带动动触头实现与静触头的接通和分断。

2.交流接触器的工作原理

交流接触器的工作原理如图2-14所示。

当给接触器的线圈两端加上一个交流电压后，线圈中的电流会产生磁场，使静铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合。

通过中间传动机构带动常闭（辅助）触头先断开，三对主触头和常开（辅助）触头后闭合。

当加在接触器线圈两端的电压为零或较低时，由于电磁吸力消失或过小，不足以克服反作用弹簧的反作用力，衔铁即会在反作用力下复位，带动常开触头（主、辅）先恢复断开，辅助常闭触头后恢复闭合。

图2-14交流接触器的工作原理示意图

二、直流接触器

直流接触器适用于远距离频繁的接通和分断直流电路以及控制直流电动机。

其结构和工作原理与交流接触器基本相同，常用的有CZ0系列和CZ18系列。

图2-15为其实物图。

（a）CZ0系列直流接触器（b）CZ18系列直流接触器

图2-15CZ0系列和CZ18系列直流接触器实物图

直流接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置三部分组成，图2-16为其结构示意图。

图2-16直流接触器的结构图

1-静触头2-动触头3-接线柱4-线圈5-铁心6-衔铁7-辅助触头8-反作用弹簧9-底板

1.电磁系统

直流接触器的电磁系统由线圈、静铁心和动铁心（衔铁）组成。

具有绕棱角转动的拍合式电磁机构。

由于直流接触器的线圈通的是直流电，铁心中不会因产生涡流和磁滞损耗而发热，因此铁心可用整块的铸铁或铸钢制成，铁心端面也不需安装短路环。

但为了保证线圈断电后衔铁能可靠地释放，磁路中垫有非磁性垫片，以减少剩磁的影响。

2.触头系统

直流接触器的触头也有主、辅之分。

由于主触头接通和断开的电流比较大，多采用滚动接触的指形触头，以延长触头的使用寿命。

辅助触头的通断电流较小，多采用双断点桥式触头，并可有若干对。

为了减小运行时的线圈功耗及延长吸引线圈的使用寿命，容量较大的直流接触器线圈经常采用串联双绕组，其接线如图2-17所示。

接触器的一个常闭触头与保持线圈并联。

在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短路，可使起动线圈获得较大的电流和吸力。

当接触器动作后，起动线圈和保持线圈串联通电，由于电压不变，所以电流较小，但仍可保持衔铁被吸合，从而达到省电的目的。

图2-17直流接触器双绕组线圈接线图

1-保持线圈2-常闭辅助触头3-启动线圈

3.灭弧装置

直流接触器的主触头在分断较大直流电流时，会产生强烈的电弧，所以必须设置灭弧装置以迅速熄灭电弧。

对于开关电器而言，采用何种灭弧装置主要取决于电弧的性质。

交流接触器触头间产生的电弧在自然过零时能自动熄灭，而直流电弧因为不存在自然过零点，所以只能靠拉长电弧和冷却电弧来熄灭电弧。

因此在同样的电气参数下，熄灭直流电弧要比熄灭交流电弧困难的多，故直流灭弧装置一般比交流灭弧装置复杂，这也是为什么对直流接触器触头的要求比交流接触器要高，接触器按触头通断电流的种类进行分类（而不是按线圈通过电流的种类），且交、直流接触器不能相互替代的原因。

前面已经介绍过直流接触器一般采用磁吹式灭弧装置结合其他灭弧方法灭弧。

归纳起来说，直流接触器与交流接触器的不同之处主要表现在铁心结构、线圈形状、触头数量、灭弧方式以及吸力特性等方面。

三、接触器的主要技术数据

接触器的主要技术数据有：

接触器额定电压和额定电流、接触器线圈额定电压、主触头接通与分断能力、接触器机械寿命与电气寿命、接触器额定操作频率、接触器线圈的动作值等。

1.接触器额定电压

接触器的额定电压指的是主触头的额定电压。

交流接触器主要有220V、380V（500V）和660V，直流接触器主要有110V、220V和440V。

2.接触器额定电流

接触器的额定电流指的是主触头的额定工作电流。

它是在额定电压、使用类别和操作频率一定的条件下规定的，目前常用的电流等级为10~800A。

3.电气寿命和机械寿命

电气寿命是指接触器带额定负荷的情况下能够动作的次数，机械寿命是指接触器不带负荷的情况下能够动作的次数。

由于接触器是频繁操作电器，所以要求它具备较高的电气和机械寿命。

4.操作频率

操作频率指的是接触器每小时的操作次数，一般为300、600、1200次/h几种。

5.线圈的额定电压

交流有110V（127V）、220V、380V；直流有110V、220V、440V。

其中交流127V属于淘汰等级。

6.动作值

所谓动作值指的是接触器的吸合电压和释放电压。

规定加在接触器线圈两端的吸合电压达到其额定电压的85%或以上时，衔铁应可靠地吸合；反之，如果线圈两端电压低于其额定电压的70%或突然消失时，衔铁就要可靠地释放。

四、接触器主要产品介绍

1.常用的交流接触器

常用的交流接触器产品：

国内的有CJ0、CJ10、CJ10X、CJ12、CJ20、CJ40、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC-D等系列。

其中CJ0、CJ10系列得到广泛使用，为早期全国统一设计产品，其主要技术参数见表2-1。

CJ20系列是我国在20世纪80年代初统一设计的产品。

该系列产品具有结构合理、体积小、重量轻、机械寿命长、易于维护等优点。

主要用于交流50HZ、电压600V及以下（部分产品可用于1140V），电流在630A及以下的电力电路中。

CJ20系列交流接触器的主要技术数据见表2-2。

另有一些厂家按照自己的习惯进行产品命名，如正泰集团使用NC命名本公司研制和生产的交流接触器，有NC1、NC2、NC3、NC6、NC7、NC8等系列交流接触器，NCk5系列空调用交流接触器、NCH8系列家用交流接触器，同时还有国标的CJ各系列交流接触器，产品种类达20多个系列。

用户通过企业网站就可十分方便的查找其用途和产品技术参数。

图2-18为CJ20和CJ40系列交流接触器的实物图。

（a）CJ20系列交流接触器（b）CJ40系列交流接触器

图2-18交流接触器实物图

有时将两只接触器并联在一起，并用机械机构实现两者之间的互锁，用于实现电动机的可逆运行，称为并联接触器。

如CJX1系列接触器就可并联使用。

表2-1　CJ0和CJ10系列交流接触器主要技术数据

型号

主触头

辅助触头

线圈

可控制三相异步电动机的最大功率（KW）

额定操作频率（次/h）

对数

额定电流（A）

额定电压（V）

对数

额定电流（A）

额定电压（V）

电压（V）

功率（V·A）

220V

380V

CJ0-10

3

10

380

均为2常开、2常闭

5

380

可为36

110

（127）

220

380

14

2.5

4

≤1200

CJ0-20

3

20

33

5.5

10

CJ0-40

3

40

33

11

20

CJ0-75

3

75

55

22

40

≤600

CJ10-10

3

10

11

2.2

4

CJ10-20

3

20

22

5.5

10

CJ10-40

3

40

32

11

20

CJ10-60

3

60

70

17

30

表2-2　CJ20系列交流接触器的主要技术数据

型号

极数

额定工作电压Un（V）

额定发热电流Ith（A）

额定工作电流In（A）

额定操作频率（次/h）

机械寿命（万次）

辅助触头

额定发热电流Ith（A）

触头组合

CJ20-10

3

220

10

10

1200

1000

10

2常开、2常闭

380

10

1200

660

5.8

600

CJ20-16

220

16

16

1200

380

16

1200

660

13

600

CJ20-25

220

32

25

1200

380

25

1200

660

16

600

CJ20-40

220

55

40

1200

380

40

1200

660

25

600

CJ20-63

220

80

63

1200

380

63

1200

660

40

600

CJ20-100

220

125

100

1200

380

100

1200

660

63

600

CJ20-160

220

200

160

1200

380

160

1200

660

100

600

CJ20-160/11

1140

200

80

300

2.常用的直流接触器

常用的直流接触器有CZ0、CZ17、CZ18、CZ21等多个系列。

其中CZ0系列产品的结构紧凑、体积小、易于维修保养，其零部件的通用性强，被广泛应用。

表2-3为CZ0系列直流接触器的主要技术数据。

表2-3　CE0系列直流接触器的主要技术数据

型号

额定电压（V）

额定电流（A）

额定操作频率（次/h）

主触头形式及数目

分断电流（A）

辅助触头形式及数目

吸引线圈电压（V）

吸引线圈消耗功率（W）

常开

常闭

常开

常闭

CZ0-40/20

440

40

1200

2

—

160

2

2

24，48

110，220

440

22

CZ0-40/02

40

600

—

2

100

2

2

24

CZ0-100/10

100

1200

1

—

400

2

2

24

CZ0-100/01

100

600

—

1

250

2

1

180/24

CZ0-100/20

100

1200

2

—

400

2

2

30

CZ0-150/10

150

1200

1

—

600

2

2

CZ0-150/01

150

600

—

1

375

2

1

300/25

CZ0-150/20

150

1200

2

—

600

2

2

40

CZ0-250/10

250

600

1

—

1000

可以在5常开、1常闭与5常闭、1常开之间任意组合

230/31

CZ0-250/20

250

600

2

—

1000

290/40

CZ0-400/10

400

600

1

—

1600

350/28

CZ0-400/20

400

600

2

—

1600

430/43

CZ0-600/10

600

600

1

—

2400

320/50

3.B系列交流接触器

B系列交流接触器是更新换代产品。

它是引进德国BBC公司生产线和生产技术而生产的交流接触器，采用了合理的结构设计，有“正装式”和“倒装式”两种结构布置形式。

其中“正装式”结构与普通接触器无异，即触头系统在前面，电磁系统在后面靠近安装面，属于这种结构形式的有B9、B12、B16、B25、B30、B460及K型七种。

而“倒装式”结构是指触头系统在后面，电磁系统在前面，这种布置由于磁系统在前面，具备了更换线圈方便、接线方便（使接线距离缩短）等优点；另外，便于安装多种附件，如辅助触头、TP型气囊式延时继电器、VB型机械连锁装置、WB型自锁继电器及连接件，从而扩大了使用功能。

B系列接触器还有一个显著特点就是通用件多，不同规格的产品，除触头系统外，其他零部件基本通用。

各零部件的连接多采用卡装和螺钉连接，便于使用维护。

B系列接触器还有派生产品，如B75C系列，为切换电容接触器，它主要适用于可补偿回路中接通和分断电力电容器，以调整用电系统的功率因数，接触器可抑制接通电容时出现的冲击电流。

图2-19B系列交流接触器实物图

B系列交流接触器的技术数据见表2-4。

表2-4B系列接触器的主要技术数据

型号

交流操作

B9

B16

B25

B37

B65

B85

B170

B370

B460

带叠片式铁心的直流操作

—

—

—

BE37

BE65

BE85

BE170

BE370

—

带整块式铁心的直流操作

—

—

—

BC37

—

—

—

—

—

额定绝缘电压（V）

750

750

750

750

750

750

750

750

750

最高工作电压（V）

660

660

660

660

660

660

660

660

660

额定发热电流（Ith/A）

16

25

40

45

80

100

230

410

600

额定工作电流（A）

380V时AC-3、AC-4

8.5

15.5

22

37

65

85

170

370

475

660V时AC-3、AC-4

3.5

6.7

13

21

44

53

118

268

337

380V时AC-3（600次/h）AC-4（300次/h）条件下

控制三相电动机最大功率/KW

4

7.5

11

18.5

33

45

90

200

250

AC-3电寿命/百万次

1

1

1

1

1

1

1

1

1

AC-4电寿命/百万次

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.03

0.03

0.01

660V时AC-3（600次/h）AC-4（300次/h）条件下

控制三相电动机最大功率/KW

3

5.5

11

18.5

40

50

110

250

315

AC-3电寿命/百万次

—

—

—

—

—

—

—

—

—

AC-4电寿命/百万次

—

—

—

—

—

—

—

—

—

380V接通能力（A）

105

190

270

445

780

1020

2040

4450

5700

380V分断能力（A）

85

155

220

370

650

850

1700

3700

4750

机械寿命（1800次/h）/（百万次）

B型

10

10

10

10

10

10

10

3

—

BE型

—

—

—

5

5

5

3

3

—

BC型

—

—

—

30

—

—

—

—

—

各种工作制下的操作频率/（次·h-1）

交流AC-1工作制

600

600

600

600

600

600

600

400

—

交流AC-2、AC-3工作制

600

600

600

600

600

600

600

400

300

交流AC-2、AC-4工作制

300

300

300

300

300

300

150

100

150

线圈吸持功率

B型（V·A/W）

7.6/2.2

7.6/2.2

—

22

30

30

60/15

100/27

—

BE型/W

—

—

—

12

17

17

9

14

—

BC型/W

—

—

—

19

—

—

—

—

—

最多辅助触头数

5

5

6

8

8

8

8

8

8

4.真空接触器

常用的交流真空接触器有CJK系列产品，它具备体积小，通断能力强，寿命长，可靠性高等优点，主要适用于交流50Hz、额定电压达600V或1140V，额定电流为600A的电力电路中。

图2-20CJK5真空接触器实物图

5.固体接触器

固体接触器又叫半导体接触器，它是由晶闸管和交流接触器组合而成的混合式交流接触器。

目前生产的CJW1-200A/N型是由晶闸管和交流接触器组装而成的。

固体接触器属新产品，在生产中的应用才刚开始，必将随着电子技术的发展得到广泛应用。

五、接触器的选用原则

在选用接触器时，应遵循下面的原则进行：

1.接触器类型的选择

交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器。

由于交、直流接触器的灭弧能力的差异，一般情况下，交、直流接触器不可相互替代。

2.主触头的额定电压的确定

主触头的额定电压应大于或等于主电路的工作电压。

3.主触头额定电流的确定

当接触器控制电阻性负载时，主触头额定电流应不小于被控负载的额定电流；当接触器控制不频繁起动、制动及正反转的电动机时，主触头额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流；当接触器控制频繁起动、制动及正反转的电动机时，应适当增大接触器主触头的额定电流（可按2倍的额定电流进行选择）。

4.吸引线圈的额定电压和频率的确定

吸引线圈的额定电压和频率要与所在控制电路的电压和频率保持一致。

5.触头数量的确定

根据在电路中使用接触器触头数量和种类的实际情况来确定接触器的触头数量和种类。

当触头数量和种类不能满足要求时，要想法解决。

六、接触器的维护

接触器在运行过程中要进行定期的维护，做到：

（1）定期检查应定期检查接触器的零件，要求可动部分灵活，紧固件无松动。

对损坏的零部件应及时修理或更换。

（2）注意触头保持触头表面的清洁，不允许粘有油污。

当触头表面因电弧烧灼而附有金属小颗粒时，应及时去掉。

触头若已磨损，应及时调整以消除过大的超程；若触头厚度只剩下原有厚度的1/3时，应及时更换。

当银或银合金触头表面因电弧作用而生成黑色氧化膜时，不必处理，因为银的氧化物接触电阻很小，不会造成接触不良，经常修锉反而会缩短触头的使用寿命。

（3）注意灭弧罩接触器不允许在去掉灭弧罩的情况下使用，因为这样容易发生相间短路。

用陶土制成的灭弧罩易碎，拆装时应小心，避免碰撞造成损坏。

（4）及时更换若接触器一旦不能修复应及时更换。

更换前应检查接触器的铭牌和线圈标牌上标出的参数。

更换后的接触器的有关数据应符合技术要求，接触器的可动部分活动应灵活，并将铁心柱表面上的防锈油擦净，以免油污粘滞造成接触器不能释放。

有的接触器还需检查和调整触头的开距、超程、压力等，并使各个触头的动作同步。

七、接触器的常见故障及处理方法

接触器在长期使用过程中，由于自然磨损或使用维护不当，会产生故障而影响其正常工作。

掌握接触器的常见故障处理办法可缩短电气设备的维修时间，提高生产效率。

接触器的常见故障及处理方法见表2-5。

表2-5　接触器的常见故障及处理方法

故障现象

产生故障的原因

排除方法

触头过热

1、通过动、静触头间的电流过大

2、触头压力不足

3、触头表面接触不良

减小负载或更换触头容量大的接触器；调整触头压力弹簧或更换新触头；清洗修整触头使其接触良好

触头磨损

1、电弧或电火花的高温使触头金属气化

2、触头闭合时的撞击及触头表面的相对滑动摩擦

限制电弧以减少烧蚀，当触头厚度只剩下原有厚度的1/3时，更换新触头。

衔铁不释放

1、触头熔焊粘在一起

2、铁心端面有油污

3、铁心剩磁太大

4、机械部分卡阻

修理或更新触头

清理铁心端面

调整铁心的防剩磁间隙或更换铁心

修理调整，消除机械卡阻现象

衔铁振动或噪声大

1、衔铁或铁心接触面上有锈垢、油污、灰尘等或衔铁歪斜

2、短路环损坏

3、可动部分卡阻或触头压力过大

4、电源电压偏低

清理或调整铁心端面

更换短路环

调整可动部分及触头压力

提高电源电压

线圈过热或烧毁

1、线圈匝间短路

2、铁心与衔铁闭合时有间隙

3、电源电压过高或过低

更换线圈

调整间隙或更换铁心

调整电源电压

吸力不足

1、电源电压过低或波动太大

2、线圈额定电压大于电路实际工作电压

3、反作用弹簧压力过大

4、可动部分卡阻、铁心歪斜

调整电源电压

更换线圈，使其电压值与电源电压匹配

调整反作用压力弹簧

调整可动部分及铁心

八、接触器的图形和文字符号

接触器的图形符号如图2-31所示（有时为区分主、辅触头，常在主触头上画上半圆），文字符号为KM。

（a）线圈（b）主触头（c）辅助常开触头（d）辅助常闭触头

图2-21接触器的符号