电气控制技术基础

电气控制技术基础电气控制技术基础2.1低压电器的基本知识2.2低压控制电器2.3低压保护电器2.4三相笼形异步电动机电气控制电路基本知识2.5三相笼形异步电动机的起动控制电路2.6三相笼形异步电动机的制动控制电路2.7电气控制电路技能实验电气控制技术基础2.1低压电器的基本知识常用低压电器主要介绍低压电器的基本知识和分类，低压控制电器和低压保护电器的概念、结构与动作原理等内容，为以后正确使用与维护打下基础。2.1.1低压电器的定义及分类凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械称为电器。电气控制技术基础用于交流50HZ或60HZ额定电压1200V以下，直流额定电压1500V以下的电路内起接通、断开、保护、控制或调节作用的电器称为低压电器。常用的低压电器有刀开关、转换开关、自动开关、熔断器、接触器、继电器和主令电器等。低压电器的种类较多，分类方法有多种，就其在电气线路中所处的地位、作用以及所控制的对象可分为低压配电电器、低压控制电器两大类。电气控制技术基础（1）低压配电电器主要用于低压配电系统中。对于这类电器的要求是系统发生故障时，动作准确、工作可靠，在规定的时间内，通过允许的短路电流时，其电动力和热效应不会损坏电器。如：刀开关、断路器和熔断器等。（2）低压控制电器主要用于电气传动系统中。对于这类电器的要求是有相应的转换能力，操作频率高，电寿命和机械寿命长，工作可靠。如：接触器、继电器、主令电器等。电气控制技术基础2.1.2电磁式电器电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位，在电气控制系统中应用最为普遍。如接触器、自动空气开关（断路器）、电磁式继电器等。但它们的工作原理基本上相同。就其结构而言主要由电磁机构和执行机构所组成，电磁机构按其电源种类可分为交流和直流两种，执行机构则可分为触头系统和灭弧装置两部分。电气控制技术基础1—铁心2—衔铁3—吸引线圈图2-1电磁机构几种结构形式电气控制技术基础（1）电磁机构电磁机构由线圈、铁心（静铁心）和衔铁（动铁心）等部分组成。从常用铁心的衔铁运动形式上看，其结构形式大致可分为拍合式和直动式两大类，如图2-1所示。图2-1a为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，其铁心材料由电工硅钢片制成，它广泛用于直流电器中；图2-1b为衔铁沿轴转动的拍合式铁心，铁心形状有E形和U形两种，其铁心材料由电工硅钢片叠成，多用于触头容量较大的交流电器中；图2-1c为衔铁直线运动的双E形直动式铁心，它也是由硅钢片叠压而成，也分为交、直流两大类。电气控制技术基础（2）作用原理其作用原理：当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。在交流电流产生的交变磁场中，为避免因磁通过零点造成衔铁的抖动，需要在交流电器铁心的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零，使电磁吸力F总是大于弹簧的反作用力，因而可以消除交流铁心的抖动。电气控制技术基础2.1.3电器的触头系统和灭弧装置2.1.3.1电器的触头系统在工作过程中可以分开与闭合的电接触称为可分合接触，又称为触头，触头是成对的，一为动触头，一为静触头。触头有时又包含主触头、副触头和弧触头。触头的作用是接通或分断电路，因此要求触头要具有良好的接触性能，电流容量较小的电器（如接触器、继电器）常采用银质材料作触头，这是因为银的氧化膜的电阻率与纯银相似，可以避免表面氧化膜电阻率增加而造成接触不良。电气控制技术基础触头的结构有桥式和指式两类。图2-2a所示是两个点接触的桥式触头，图2-2b是两个面接触的桥式触头。两个触头串于同一电路中，电路的接通与断开由两个触点共同完成，点接触形式适用于电流不强且触头压力小的场合；面接触形式适用于电流较强的场合。图2-2c所示是为指形触头，其接触区为一直线，触头接通或分断时产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜，故其触头可以用紫铜制造，特别适合于触头分合次数多、电流大的场合。电气控制技术基础图2-2触头的结构的型式电气控制技术基础2.1.3.2灭弧系统触头在分断电流的瞬间，在触头间的气隙中就会产生电弧，电弧的温度很高，能将触头烧损，并可能造成其它事故，因此，应采用适当措施迅速熄灭电弧。熄灭电弧的主要措施有：①迅速增加电弧长度（拉长电弧），使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而使电弧熄灭。②使电弧与流体介质或固体介质相接触，加强冷却和去游离作用，使电弧加快熄灭。电弧有直流电弧和交流电弧两类，交流电流有自然过零点，故其电弧较容易熄灭。低压控制电器常用的灭弧方法有以下几种：电气控制技术基础（1）速拉灭弧法通过机械装置将电弧迅速拉长，从而加快电弧的熄灭。这种灭弧方法是开关电器中普遍采用的最基本的一种灭弧方法。（2）冷却灭弧法降低电弧的温度，可使电弧中的热游离减弱，正负离子的复合增加，有助于电弧迅速熄灭。（3）磁吹灭弧法利用永久磁铁或电磁铁产生的磁场对电流的作用力来拉长电弧；或者利用气流使电弧拉长和冷却被熄灭。电气控制技术基础（4）窄缝灭弧法这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一条纵缝，缝的下部宽些上部窄些。当触头断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将电弧弧柱直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，加强冷却和去游离作用，使电弧熄灭加快。（5）金属栅片灭弧法利用栅片对电弧的吸引作用及磁吹线圈的作用将电弧引入栅片中，栅片将电弧分割成许多串联的短弧。这样每两片灭弧栅片可以看作一对电极，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强。而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压，同时吸收电弧热量，使电弧迅速冷却，所以电弧进入灭弧栅片后就很快地熄灭。如图2-3所示。电气控制技术基础2-3栅片灭弧示意图电气控制技术基础2.1.4低压电器的主要技术参数电器要可靠地接通和分断被控制电路，而不同的被控制电路工作在不同的电压或电流等级、不同的通断频繁程度及不同性质负载的情况下，对电器提出了各种技术要求。如触点在分断状态时要有一定的耐压能力以防止漏电或介质击穿，因而电器有额定工作电压这一基本参数；触头闭合时，总有一定的接触电阻，负载电流在接触电阻产生的压降和热量不应过大，因此对电器触点规定了额定电流值，被控负载的工作情况对电器的要求有着重要的影响，如笼型异步电动机反接触制动及反向时的电流峰值约大两倍，所以电动机频繁反向时，控制电器的工作条件较差。电气控制技术基础于是，有些控制电器被制成能使用在较恶劣的条件下，而有些不能，这就使电器有不同的使用类别。配电电器担负着接通和分断电路电流的任务，相应地规定了极限通、断能力；电器在分断电流时，出现的电弧要烧损触点甚至熔焊，因此电器都有一定的使用寿命。2.1.4.1使用类别按国标GB2455—85，将控制电器主触点和辅助触点的标准使用列于表2-1中。电气控制技术基础触点电流种类使用类别典型用途举例主触点交流AC—1AC—2AC—3AC—4无感或微感负载、电阻炉绕线转子异步电动机的起动、分断笼型异步电动机的起动、运转中分断笼型异步电动机的起动、反接制动、反向、点动直流DC—1DC—3DC—5无感或微感负载、电阻炉并励电动机的起动、点动与反接制动串励电动机的起动、点动与反接制动辅助触点交流AC—11AC—14AC—15控制交流电磁铁控制小容量（≦72VA）电磁铁负载控制容量大于72VA的电磁铁负载直流DC—11DC—13DC—14控制直流电磁铁控制直流电磁铁，即电感与电阻的混合负载控制电路中有经济电阻的直流电磁铁负载表2-1控制电器触点的标准使用类别电气控制技术基础2.1.4.2主参数—额定工作电压和额定工作电流额定工作电压是指在规定的条件下，能保证电器正常工作的电压值，通常是指触点的额定电压值。有电磁机构的控制电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。额定工作电流是指根据电器的具体使用条件确定的电流值，它和额定电压、电网频率、额定工作制、使用类别、触点寿命及防护等级等因素有关，同一开关电器可以对应不同使用条件以规定不同的工作电流值，具体内容可参见表2-2。电气控制技术基础型号操作频率次/h通电持续率(%)AC-3使用类别辅助触点吸引线圈额定工作电流(IN/A)可控制三相异步电动机的功率（P/KW）控制功率功率（P/W）额定控制电压UN/VAC-3AC-4380(V)660(V)220(V)380(V)500(V)660(V)AC(VA)DC(W)起动吸持CJX2-9120030040972.245.55.53003080824、36CJX2-12120030012935.55.57.580848、110CJX2-16600120161247.5991009127、220CJX2-256001202518.551111151009380、660表2-2CJX2系列小容量交流接触器技术数据电气控制技术基础2.1.4.3通断能力通断能力以表2-3中非正常负载时能接通和断开的电流值来衡量。接通能力是指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力。断开能力是指开关断开时能可靠灭弧的能力。2.1.4.4寿命包括机械寿命和电寿命。机械寿命是指电器在无电流情况下能操作的次数；电寿命是指在所规定的使用条件下不需要修理或更换零件的负载操作次数。电气控制技术基础类别正常负载非正常负载接通分断接通分断I/INU/UNcosφI/INU/UNcosφI/INU/UNcosφI/INU/UNcosφAC-1AC-2AC-3AC-412.56611110.950.650.350.35111610.40.1710.950.650.350.351.5410101.11.11.11.10.950.650.350.351.54881.11.11.11.10.950.650.350.35表2-3相应于使用类别的接通与分断条件电气控制技术基础2.2低压控制电器低压控制电器主要用于低压电力拖动系统中，对电动机的运行进行控制、调节和保护的电器，常用的低压控制电器有刀开关、组合开关、按钮、位置开关、接触器和继电器等。电气控制技术基础2.2.1刀开关低压刀开关适用于不经常操作的低压电路中，主要用于手动接通与断开交、直流电路，也可用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，或作电源隔离开关。如小型电动机、电阻炉等。刀开关按极数划分有单极、双极与三极几种；按刀开关转换方向分，单投、双投两种；按操作方式分有直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式三种；按灭弧结构分，有带有灭弧罩和不带有灭弧罩两种。其结构由操作手柄、刀片（动触点）、静刀座（静触点）和底板等组成，见图2-4a。电气控制技术基础2.2.1.1胶盖刀开关这种开关由带有灭弧罩的刀开关和熔断器串联组合而成，如图2-4所示为HK2系列开启式负荷开关（也称为胶盖刀开关）。它能有效地通断负荷电流，而且能进行短路保护，且有既操作方便，又安全经济的优点，主要用于交流50HZ、电压380V、电流60A以下的电力线路中。电气控制技术基础（a）外形结构（b）图形符号文字符号图2-4刀开关的结构图、图形符号与文字符号电气控制技术基础2.2.1.2熔断器式刀开关熔断器式刀开关（又称刀熔开关），是一种新型组合开关，它利用RT0型熔断器的具有刀形触头的熔管作为刀刃，具有刀开关和熔断器的双重功能，适用于农村配电网络中，但开关中所用的熔断器之间熔体不能更换，维护不方便。刀开关常用的产品有HD11-HD14和HS11-HS13系列刀开关；HK1、HK2系列开启式负荷开关；HH3、HH4系列封闭式负荷开关；HR3系列熔断器式刀开关等。电气控制技术基础刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。只有安装正确，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，才能促使电弧迅速拉长而熄灭；反之，两者方向相反电弧就不易熄灭，严重时会使触点及刀片烧灼，甚至造成极间短路。此外，如果倒装，手柄可能因自动下落而误动作合闸，将可能造成人身和设备的安全事故。在安装使用铁壳开关时应注意安全，既不允许随意放在地上操作，也不允许面对着开关操作，以免万一发生故障，而开关又在分断不下时铁壳爆炸飞出伤人。应按规定