电气控制系统与可编程控制器_常晓玲第1章.

第一章低压电器第一章低压电器第一节低压熔断器第二节低压隔离器第三节主令电器第四节断路器第五节接触器第六节继电器第一章低压电器低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。低压电器种类繁多，用途广泛，按应用场所提出的不同要求可以分为配电电器与控制电器两大类。配电电器主要用于低压配电系统中。配电系统对电器的要求是：在系统发生故障的情况下，动作准确，工作可靠，有足够的热稳定性和电稳定性。常见的配电电器有低压隔离器（刀开关）、熔断器、断路器等。控制电器主要用于电力拖动控制系统和用电设备的通断控制，对控制电器的要求是：工作准确可靠，操作频率高，寿命长等。第一章低压电器第一章低压电器电器按工作电压等级分：高压电器和低压电器按动作原理分:手动电器和自动电器按用途分：控制电器(继电器，接触器，按钮等）、配电电器（低压隔离器，熔断器，断路器等）、执行电器(电磁铁，电磁离合器等）按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器……….电器分类第一章低压电器常见的控制电器：继电器、接触器、按钮、行程开关、变阻器、主令开关、热继电器、起动器、电磁铁等。低压电器产品包括以下12大类：刀开关和刀形转换开关、熔断器、断路器、控制器、接触器、起动器、控制继电器、主令电器、电阻器及变阻器、调整器、电磁铁、其它低压电器（触电保护器、信号灯与接线盒等）。第一章低压电器一、概述熔断器的用途：利用金属导体为熔体,串联于电路，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路的电器。熔断器主要作短路保护之用，有时也可作为过载保护。熔断器的结构简单，分断能力高、使用方便、体积小、重量轻、价格便宜，在工农业生产中使用极为广泛。第一节低压熔断器二、熔断器的种类和型号熔断器主要由熔体（保险丝）和熔管（熔座）组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、银、铜及其合金制成，通常制成丝状和片状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。第一章低压电器几种常用的熔断器以及熔断器的图形符号第一章低压电器熔断器的型号说明R熔体额定电流熔断器额定电流设计代号熔断器类型代号熔断器的常用型号有：RL6、RL7、RT12、RT14、RT15、RT16（NT）、RT18、RT19（AM3）、RO19、RO20、RTO等，在选用时可根据使用场合酌情选择。第一章低压电器熔断器工作的物理过程熔断器工作的物理过程是指熔断器分断过载或短路电流时的物理过程，可分为四个阶段：三、熔断器的工作过程和特性1．熔体升温阶段t1。2．熔体熔化阶段t2。3．熔体金属气化阶段t3。4．燃弧阶段t4。t1、t2、t3之和称为熔断时间。第一章低压电器熔断器的主要技术参数和特性1．额定电压指熔断器长期工作时和熔断后所能承受的电压。熔断器的交流额定电压（单位为V）有：220，380，415，500，600,1140；直流额定电压（单位为V）有：110，220，440，800，1000，1500。2．额定电流熔断器在长期工作制下，各部件温升不超过极限允许温升所能承载的电流值，习惯上，把熔断体支持件的额定电流简称为熔断器额定电流。熔体额定电流规定（单位为A）有2，4，6，8，10等3．极限分断能力指熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。4．截断电流特性指在规定的条件下，截断电流与预期电流的关系特性。截断电流是指熔断体分断期间电流到达的最大瞬时值。第一章低压电器5．时间—电流特性熔断器的时间—电流特性亦称保护特性，它是熔断器的基本特性，表示熔断器的熔断时间与流过熔体电流的关系。是反时限特性，流过熔体的电流越大，熔化（或熔断）时间越短。6.I2t特性当分断电流甚大时，以弧前时间—电流特性表征熔断器的性能已不够了，当熔断器弧前时间小于0.1s时，熔断器的保护特性用I2t特性表示。I2t特性在产品标准中有规定。第一章低压电器四、熔体材料与形状1．熔体材料熔体材料有低熔点和高熔点金属两类。低熔点材料有锡、锌、铅及其合金。高熔点材料有铜、银，近年来也采用铝来代替银。2．冶金效应由于低熔点材料和高熔点材料各具有其优缺点，克服其缺点，从而同时满足两种不同的要求。为达到这个目的，通常采用“冶金效应”，即在高熔点的金属熔体上焊纯锡（或锡镉合金）。当熔体通过过载电流时，首先锡溶剂熔化，然后高熔点的金属原子溶解于锡溶剂中，而成为合金，其熔点比高熔点金属低，同时它的电阻率也增大，致使局部发热剧增而首先熔断，缩短了熔化时间。过载保护性能大为改善。另一方面，固有的高分断能力依然得以保持。应该指出，当通过短路电流时，由于熔体熔化时间极短，“冶金效应”不起作用。第一章低压电器3．熔体形状熔体的形状大体有两种：丝状和片状。丝状熔体多用于小电流场合，片状的熔体是用薄金属片冲成，有宽窄不等的变截面，也有在带形薄片上冲出一些孔，不同的熔体形状可以改变熔断器的时间——电流特性。对变截面熔体而言，其狭窄部分的段数取决于额定电流和电压，熔断器额定电压高时，要求狭窄部分的段数就多。4．填充材料在绝缘管中装入填充材料（简称填料）是加速灭弧，提高熔断器分断能力的有效措施。目前，常用的填料有石英砂（SiO2）和三氧化二铝砂（Al2O3）。尽管三氧化二铝砂的性能优于石英砂，但由于石英砂的价格较为便宜，目前均多采用石英砂。第一章低压电器5．熔管材料熔管是熔断体主要零件之一，起包容熔体和填料并起散热和隔弧的作用，因而要求熔管机械强度高，耐热性及耐弧性好。目前，有填料熔断器的熔管一般采用的是瓷、氧化铝电瓷和高频电瓷材料。无填料熔断器的熔管材料为钢纸管、三聚氰胺玻璃管或硅有机玻璃布管。熔管的形状以方管形和圆管形为主，但熔管的内型腔均为圆形或近似圆形，以能在相同的几何尺寸下，有最大的容积，同时圆形的内腔能均匀承受电弧能量造成的压力，有利于提高熔断器的分断能力。常用的熔断器技术参数见表1-1～表1-6第一章低压电器表1-1RT12系列熔断器技术数据)2.0~1.0(cos额定电压/V415熔断器代号A1A2A3A4熔断器额定电流/A203263100熔体额定电流/A4，6，10，16，2020，25，3232,40,50，6363，80，100极限分断能力/kA80RT12系列熔断器技术数据第一章低压电器五、熔断器的选用与维护1．熔断器的选用1）熔断器类型的选择主要根据使用场合来选择不同的类型。例如，作电网配电用，应选择一般工业用熔断器；作硅元件保护用，应选择保护半导体器件熔断器；供家庭使用，宜选用螺旋式或半封闭插入式熔断器。2）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器安装处的电路额定电压。3）电路保护用熔断器熔体的额定电流基本上可按电路的额定负载电流来选择，但其极限分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。第一章低压电器4）在电动机回路中作短路保护时，应考虑电动机的起动条件，按电动机的起动时间长短选择熔体的额定电流。①对起动时间不长的场合，可按下式决定熔体的额定电流式中，—电动机的起动电流，—电动机的额定电流。②对起动时间长或较频繁起动的场合，按下式决定熔体的额定电流)5.2~5.1()3~5.2/(NQfuIIIQINI)2~6.1/(QfuII第一章低压电器③对于多台并联电动机的电路，考虑到电动机一般不同时起动，故熔体的电流可按下式计算：或式中—最大一台电动机的起动电流；NQNfuIII)3~5.2/(NNfuIII)5.2~5.1(QNI——其余电动机额定电流之和。NI第一章低压电器5）为了防止越级熔断、扩大停电事故范围，各级熔断器间应有良好的协调配合，使下一级熔断器比上一级的先熔断，从而满足选择性保护要求。选择时，上下级熔断器应根据其保护特性曲线上的数据及实际误差来选择。一般，老产品的选择比为2:1，新型熔断器的选择比为1.6:1。例如，下级熔断器额定电流为100A，上级熔断器的额定电流最小也要为160A，才能达到1.6:1的要求，若选择比大于1.6:1会更可靠地达到选择性保护。值得注意的是这样将会牺牲保护的快速性，因此实际应用中应综合来考虑。第一章低压电器6）保护半导体器件用熔断器的选择。在变流装置中作短路保护时，应考虑到熔断器熔体的额定电流是用有效值表示，而半导体器件的额定电流是用通态平均电流表示的，应将乘以1.57换算成有效值。因此，熔体的额定电流可按下式计算：)(AvTI)(AvTI)(57.1AvTfuII2．熔断器的安装和维护1）安装熔断器除保证足够的电气距离外，还应保证足够的间距，以保证拆卸、更换熔体方便。2）安装前应检查熔断器的型号、额定电压、额定电流、额定分断能力等参数是否符合规定要求。3）安装熔体必须保证接触良好，不能有机械损伤。4）安装引线要有足够的截面积，而且必须拧紧接线螺钉，避免接触不良。第一章低压电器5）在运行中应经常注意熔断器的指示器，以便及时发现—相熔体熔断的情况，防止缺相运行。如果检查发现熔体已经腐蚀、损伤或熔断，应更换同一型号规格的熔断器，不允许用其它型号熔断器代用（除非已通过验证）。6）熔断器插入与拔出要用规定的把手，不要直接用手拔熔体（熔断后外壳温度很高，以免烫伤），也不可用不合适的工具插入与拔出。更换时，必须在不带电的情况下进行。7）使用时应经常清除熔断器上及导电插座上的灰尘和污垢。几款常用熔断器第一章低压电器第二节低压隔离器低压隔离器也称刀开关，主要用于电气线路中隔离电源，也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。刀开关按极数分，有单极、双极和三极；按结构分，有平板式和条架式；按操作方式分，有直接手柄操作、正面旋转手柄操作、杠杆操作和电动机操作；按转换方式分，有单投、双投。另外，还有一种采用叠装式触头元件组成旋转操作的称为组合开关或转换开关。第一章低压电器一、刀开关的结构刀开关由静插座、手柄、动触刀、铰链支座和绝缘底板组成，典型结构如图。在低压电路中，用于不频繁接通和分断电路，或用来将电路与电源隔离。第一章低压电器组合开关结构图及电气符号。它是一种凸轮式的作旋转运动的刀开关。组合开关也有单极、双极、三极和多极结构，主要用于电源引入或5.5KW以下电动机的直接起动、停止、反转、调速等场合。第一章低压电器二、刀开关的型号及主要技术参数1．刀开关的型号刀开关的型号及含义第一章低压电器2．主要技术参数1）额定电压在长期工作中能承受的最大电压称为额定电压。目前生产的刀开关的额定电压，一般为交流500V以下，直流440V以下。2）额定电流刀开关在合闸位置允许长期通过的最大工作电流称为额定电流。小电流刀开关的额定电流有10，15，20，30，60A等五级。3）操作次数刀开关的使用寿命分机械寿命和电寿命两种：机械寿命指不带电的情况下所能达到的操作次数。电寿命指刀开关在额定电压下能可靠地分断额定电流的总次数。4）电稳定性电流发生短路事故时，不产生变形、破坏或触刀自动弹出的现象时的最大短路电流峰值就是刀开关的电稳定性电流。为其额定电流的数十倍。5）热稳定性电流发生短路事故时，如果能在一定时间（通常是1s）内通以某一短路电流，并不会因温度急剧上升而发生熔焊现象，则这一短路电流就称为刀开关的热稳定性电流。通常，刀开关的1s热稳定性电流为其额定电流的数十倍。第一章低压电器三、刀开关的选用与安装1．刀开关的选用：①按用途和安装位置选择合适的型号和操作方式。②额定电压和额定电流必须符合电路要求。③校验刀开关的动稳定性和热稳定性，如不满足要求，就应选大一级额定电流的刀开关。2．刀开关的安装：①应做到垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向应从下向上合，断开操作时的手柄操作方向应从上向下分，不允许采用平装或倒装，以防止产生误合闸。②安装后检查闸刀和静插座的接触是否成直线和紧密。③母线与刀开关接线端子相连时，不应存在极大的扭应力，并保证接触可靠。在安装杠杆操作机构时，应调节好连杆的长度，使刀开关操作灵活。（一）HK2系列胶盖瓷底刀开关•1、作用：•电路的隔离开关•小容量电路的电源开关•小容量电动机非频繁起动的操作开关•2、组成：熔丝