电工电子低压电器基础讲解

电器是所有电工器件的简称。生产机械中所用的控制电器多属低压电器，它是指电压在1500v（DC）/1200V（AC）以下、用来接通或断开电路，以及用来控制、调节和保护用电设备的电气器件。1.低压电器的定义一.常用低压电气介绍22.低压电器的分类（1）按用途和控制对象分类低压配电电器。用于低压供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，如刀开关、转换开关、空气断路器、熔断器等。低压控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠，如：接触器、继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。3低压保护电器：用来保护电动机，使其安全运行，以及保护生产机械使其不受损坏。如：熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。低压执行电器：用来操纵带动生产机械和支撑与保持机械装置在固定位置上的一种执行元件。如：电磁铁、电磁离合器等。低压主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器。如：按钮、主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。可通信电器：可与计算机网络连接的电器。如：智能化断路器、智能化接触器及电动机控制器等。（1）按用途和控制对象分类4（2）按动作方式分类自动电器。依靠外来信号或物理量（如电流、电压等）的变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。非自动电器。无动力机构，通过人工或外力直接操作而动作的电器，如按钮、行程开关等。（3）按工作原理分类电磁式电器。依据电磁感应原理工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。非电量控制电器。依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。51.1.2电磁式电器结构及工作原理（1）电磁机构结构型式组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。常用电磁机构的结构形式a)、b)、c)直动式电磁机构d)、e)拍合式电磁机构1-衔铁2-铁心3-线圈1.电磁机构动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转换成机械能，带动衔铁运动使触头动作。61.1.3电器的触头系统与电弧电器的触头系统触头的接触形式a)点接触b)线接触c)面接触（2）触头接触形式（1）触头接触电阻7（3）触头结构形式触头的结构形式a)桥式触头b)指形触头触头的材料银铜8触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。减小接触电阻的方法91.1.4电弧的产生和灭弧方法（1）电弧的产生及危害在自然环境中断开电路时，如果被断开的电路的电流（电压）超过某一个数值时，触头间隙中就会产生电弧，电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。在动静触头脱离接触时，强电场使触头间隙中气体游离，产生大量的电子和离子，并作定向运动，使绝缘的气体变成导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转换成热能和光能，产生高温并发出强光，烧损触头金属表面，降低电器寿命，延长电路分断时间，甚至不能断开，造成严重事故。101）电动力吹弧。拉长电弧，降低电场强度，电弧热量在拉长的过程中散发冷却而迅速熄灭。双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧（2）灭弧方法112）栅片灭弧栅片灭弧装置将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降，同时栅片将电弧的热量散发，使电弧迅速熄灭。12接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。1.2电磁式接触器13接触器是继电器-接触器控制系统中最重要和常用的元件之一，它的工作原理如图所示。当按钮按下时，线圈通电，静铁心被磁化，并把动铁心（衔铁）吸上，带动转轴使触头闭合，从而接通电路。当放开按钮时，过程与上述相反，使电路断开。接触器的结构和工作原理如下：14电磁部分：线圈＋静铁心+衔铁；静铁心线圈释放弹簧触头系统接触器的结构接触器工作原理接触器执行部分：触头。主、辅触点内部结构不一样，主触点（一般有3个）连接到主电路中，能通以大电流；辅触点（一般4个，2个常开、2个常闭）则用在控制回路中。主触点设有专门的灭弧装置。触头按通过的电流的大小分主触头和辅助触头两种。动铁心（衔铁）15接触器的主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载，如电热设备、照明线路、电焊机、电容器组等，是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。接触器按其主触点控制电路中电流的种类，分为交流接触器和直流接触器两大类。交流接触器：主要用以控制远距离、频繁地接通和分断额定电压至1140v、额定电流至630A的交流电路（主电路、控制电路、激磁电路）直流接触器：主要用以控制额定电压至440v、额定电流至630A的直流电路（主电路、控制电路、激磁电路）16M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧17接触器的图形、文字符号18线圈得电，衔铁吸合触点动作常开触点－合常闭触点－断线圈失电，衔铁释放触点复位常开触点－断常闭触点－合表示符号：线圈KM动合(常开)主触点KMKM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置)用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置)191.2.1接触器的结构及工作原理图1-13交流接触器的外形及结构a)外形b）结构1.交流接触器外形及结构主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置、反力装置、支架与底座等组成20电磁系统：由吸引线圈、铁心及衔铁组成。它的作用是将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。触点系统：触点是接触器的执行元件，用来接通和断开电路。接触器触点系统包括主触点和辅助触点。主触点容量大，用于接通或断开主电路，根据其容量大小，有桥式触点和指形触点两种形式。辅助触点容量小，用于通断控制电路。21灭弧装置：接触器主触点分断大电流电路时，在动、静触点之间往往会出现强烈火花，这实际上是一种气体放电现象，称为“电弧”。电弧一方面会烧坏触点，另一方面会使电路切断时问延长，甚至会引起事故，因此灭弧是接触器的重点任务。对于小容量的接触器(10A以下)，常采用双断口桥形触点以利于灭弧。容量较大(20A以上)的接触器常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。22反力装置：由反力弹簧、缓冲弹簧和触点弹簧组成。反力弹簧的作用是当吸引线圈断电时，迅速使主触点和辅助触点断开。缓冲弹簧的作用是缓冲衔铁在吸合时对铁心和外壳的冲击力。触点弹簧的作用是增大动、静触点之间的压力，使之良好接触以降低接触电阻，避免因触点接触不良而产生的故障现象。支架与底座：用于接触器的固定和安装。231.2.2常用典型交流接触器介绍1.空气电磁式交流接触器典型产品有：CJ10、CJ12、CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。2.切换电容器接触器专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX4、CJX2A、LC1-D、6C系列等。243.真空交流接触器以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。常用真空交流接触器有：CKJ和EVS系列等。4.智能化接触器装有智能化电磁系统，具有与数据总线及其它设备通信功能，有对运行工况自动识别、控制和执行能力产品：日本富士NewSC系列、美国西屋“A”系列、ABB公司AF系列、金钟－默勒的DIL－M系列智能化接触器等。国内有单片机控制的交流接触器。25常见交流接触器：CJX1系列交流接触器CJX2系列交流接触器常见直流接触器：CZO系列直流接触器CJT1系列交流接触器注：电器元件的各部分，在外观上看是一个整体，但电气原理图中同一电器的各部分是分散的，分散的各部分都用相同的文字符号表示。261.2.4接触器主要技术参数接触器的主要技术参数有：1、极数和电流种类2、额定工作电压3、额定工作电流4、线圈消耗功率4、动作值5、线圈额定电压6、额定操作频率7、机械寿命和电寿命1.2.5接触器的选用原则271.3继电器接触器虽已将电动机的控制由手动变为自动，但还不能满足复杂生产工艺过程自动化的要求，如对大型龙门刨床的工作，不仅要求工作台能自动地前进和后退、而且要求前进和后退的速度不同，能自动地减速和加速，这些要求，必须要有整套自动控制设备才能满足．而继电器就是这种控制设备中的主要元件。是一种根据某种输入信号（电流、电压、时间、速度和温度等）的变化，接通或断开控制电路，实现控制目的的自动控制电器。28继电器的分类：按它反应信号的种类分：电流、电压、时间、速度、压力、热继电器等按动作时间分：瞬时动作和延时动作继电器等按作用原理分：电磁式、感应式、电动式、光电式、压电式、机械式等应用最广（90％以上继电器为电磁式）29继电器外形图301.3.1继电器的结构原理1．结构感应机构：反映外界输入信号，由变换机构和比较机构组成。执行机构：对被控电路实现通断控制的执行机构，触头的接通与断开，晶体管的截止与饱和（半导体继电器）中间机构1．工作原理继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。31感应机构：感测输入量的高低。执行机构：触头。无主辅之分，一般较小（5A以下），用于控制回路输入信号电量：电流、电压、功率等非电量：热、光、声、速度等主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。321.3.4中间继电器实质是一种电压继电器，但触点数量较多，容量较大，起增加触头数量（控制多条线路）以及信号的放大、传递作用。图1-19JZ7系列中间继电器的外形及结构33原理与小型交流接触器基本相同，但触头没有主、辅之分，且无灭弧装置，每对触头允许通过的电流大小相同，触头容量与接触器的辅助触头差不多，其额定电流一般为5A。常用：交流JZ7系列，直流JZ12系列，交、直流两用JZ8系列。图1－19中间继电器的图形、文字符号K线圈常开触头K常闭触头K34热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护。1.3.5热继电器35发热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FR热继电器的符号FR36使用热继电器时注意几个问题：动作时间不应过分小于电动机的允许发热时间，应充分发挥电动机的过载能力热继电器只能用作长期过载保护，不能作短路保护用热继电器保护三相异步电动机时，至少要有两相接热元件M注意热继电器所处的周围环境温度，应保证它与电动机有相同的散热条件。热继电器的主要参数：热元件的额定电流指热元件能够长期通过而不致于引起热继电器动作的最大电流值。（有一定的整定范围，如IN=5A,整定范围3.2-5A)。同一种热继电器有多种规模的热元件系列。热元件的额定电流与电动机的额定电流相等时，然继电器能准确地反映电动机发热。371.4熔断器熔断器俗称保险丝FU，是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。组成：熔体——熔点低，易于熔断，导电性能良好的合金材料。熔管——安装熔体的外壳。38熔断器的典型产品按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器39熔断器的选配：无冲击电流的电路——熔断器的额定电流=电路的额定电流有冲击电流的电路——熔断器的额定电流电路的额定电流如：交流电机三相绕组中，熔断器的额定=电路启动电流/K（K：1.6~2.5）熔断器的特点：结构简单、价廉，但动作准确性较差。熔断后须更换熔体，若只断一相会引起电机断相运行。适用于要求不高的电器控制系统中。电路符号FU401.5主令电器用来接通或断开控制电路，发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用：控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。1.5.1控制按钮图1-30控制按钮结构及外形图a）结构图