《电机与电气控制》——常用低压控制电器

第4章 常用低压控制电器
图4-13 CJ10-20型交流接触器 1－灭弧罩；2、3－主触头；4－反作用弹簧；5－线圈；6－短路环； 7－静铁芯；8－弹簧；9－动铁芯；10－辅助常开触头；11－辅助常闭触头
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2.电磁式交流接触器的基本工作原理 电磁式交流接触器的基本工作原理 当电磁线圈通电后，产生电流I，在铁芯中产生磁通Φ及电磁吸力。电 磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触头机构动作，常闭触头分开， 常开触头接通，实现互锁或接通电路。当线圈失电或线圈两端电压显著降 低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触头机构复位，线路被断 开或互锁解除。 接触器的文字符号为KM，接触器的图形符号如图4-14所示。
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2.电弧的危害 电弧的危害 电弧产生以后，产生很高的温升并发出强烈的光，使触头烧灼，降低电器的 寿命和工作的可靠性，延长了分断电路的时间，甚至使触头熔焊不能断 开，造成严重事故。因此必须采取一定的方法来消灭电弧。 3.灭弧的基本方法 灭弧的基本方法 消灭电弧的基本方法如下： (1)拉长电弧，降低电场强度。 (2)用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低电弧柱周围的温度。 (3)将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中，以冷却电弧。 (4)将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临界电压降。 4.常用的灭弧装置 常用的灭弧装置 1)电动力灭弧 2)磁吹灭弧 3)金属栅片灭弧 4)灭弧罩灭弧
图4-7
1－衔铁；2－铁芯；3－线圈；4－短路环
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4.2.2 触头系统 触头也称为触头，通常由铜及其合金制成。它是电磁式电器的执行部 分，用来接通或断开被控制的电路。触头的接触形式有点接触、线接触 和面接触三种，如图4-8所示。
(a) 点接触 (b) 线接触 (c) 面接触 图4-8 触头的接触形式
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4.3 接触器
接触器是用来自动接通或断开大电流电路的控制电器。可以频繁地接通 或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机， 也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。接触器具有控制容量 大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，还具有低电压释放保护 功能，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件之一。 接触器按控制电路的种类可分为交流接触器和直流接触器；按操作方式 可分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质可分为空 气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头极数可分为单 极、双极、三极、四极和五极接触器。
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4.4.3组合开关 组合开关 组合开关又称为转换开关，也是一种刀开关。组合开关的结构示 意图如图4-19所示。
图4-19 组合开关结构示意图
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4.5 继电器
继电器也是一种常用的控制电器，它是根据特定的输入信 号而作出动作的自动控制电器。继电器与接触器的不同在于， 继电器触头容量较小，而触头较多，所以一般用于反映控制 信号。一般利用继电器的触头来接通和断开控制电路，以实 现检测、调节及保护等控制作用。
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4.5.1 电磁式继电器 1.电磁式继电器的结构及工作原理 电磁式继电器的结构及工作原理 电磁式继电器是以电磁力为驱动力 的继电器，是电气控制中使用最多的 一种。由于继电器通常用于控制电路 中，通断电流较小，因此其触头一般 采用桥式触头，没有灭弧装置。 电磁式继电器的典型结构如图4-20 所示，它由铁芯、衔铁、线圈、反力 弹簧和触头等部分组成。
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4.3.1 接触器的结构及工作原理
1.交流接触器的结构 交流接触器的结构 如图4-13所示为交流接触器的外形与结构示意图，其主要由以下四部分 组成： (1)电磁机构。 (2)触头系统。 (3)灭弧装置。 (4)其他部件。 其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳 等。
图4-17 HK开启式负荷开关 1－操作手柄；2－触刀；3－静插座；4－出线端；5－上胶盖；6－下胶盖
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4.4.2 封闭式负荷开关 封闭式负荷开关俗称铁壳开关，也是一种手动电器。如图4-18所示为HH 型封闭式负荷开关的外形结构。
图4-18 HH型封闭式负荷开关外形结构 1－速断弹簧；2－转轴；3－操作手柄；4－触刀；5－静插座；6－熔断器
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图4-15 刀开关的典型结构 1-操作手柄；2-闸刀；3、4-静插座；5-绝缘底板
(a)单极
(b)双极 图4-16 刀开关的符号
(c)三极
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4.4.1 开启式负荷开关 开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关，它是一种手动电器。 如图4-17所示为HK开启式负荷开关的外形与结构示意图。
图4-20 电磁式继电器典型结构示意图 1－铁轭；2－反力弹簧； 3－调节螺母； 4－调节螺丝； 5－衔铁；6－非磁性垫片； 7－常闭触头； 8－常开触头；9－线圈
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2.电磁式继电器的整定 电磁式继电器的整定 继电器在使用之前，根据保护要求，应先对继电器的吸 合值和释放值整定到所需要的值。现以电磁式继电器（见图 4-20） 为例予以说明。 （1）转动调节螺母3，改变反力弹簧2的松紧程度可以调 整吸合电流（电压）。反力弹簧调得越紧，吸合电流（电压） 值就越大；反之越小。 （2）调整非磁性垫片6的厚度，可以改变释放电流（或电 压）值。非磁性垫片越厚，衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻就 越大，释放电流（或电压）值也就越大；反之越小，而吸合 值不变。 （3）转动调节螺钉4，可以改变初始气隙的大小，进而可 以改变吸合电流（或电压）的值。气隙越大，吸合电流（或 电压）值就越大；反之越小，而释放值不变。
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4.3.4 接触器的选用和维护 1.接触器的选用 接触器的选用 接触器使用广泛，但随使用场合及控制对象不同，接触器的操作条件与 工作任务的繁重程度也不同。接触器的选用应按如下原则： (1)根据主触头所控制电路的电流性质来选择直流或交流接触器。 (2)根据被控负载的工作状态和其工作性质来选择相应使用类别的接触器。 如对于笼型异步电动机的启动、运转和分断等一般任务则选用AC-3使用类 别；对于笼型异步电动机的启动、反接制动与反向、点动等重任务时选用 AC-4使用类别。 (3)根据所控制负载的容量或额定电流来确定接触器主触头的电流等级。 (4)接触器的额定电压应大于等于被控负载电路的额定电压。 (5)接触器吸引线圈的额定电压等级应根据控制电路的电压来确定。 (6)接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。
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4.2 低压电器的基础知识
低压电器一般都是由感受部分与执行部分组成。对于有触头的电 磁式感应器，其感受部分为电磁机构；执行部分为触头系统。
4.2.1 电磁机构 1.电磁机构的结构形式 电磁机构的结构形式
电磁机构可以将电磁能转换为机械能，带动触头动作，完成接通 和分断电路。电磁机构主要由吸引线圈、铁芯、衔铁组成。 电磁机构按动作方式可分为直动式电磁机构和拍合式电磁机构。按 铁芯的结构形式还可分为U型电磁机构和E型电磁机构，分别如图4-1 和4-2所示。
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4.单向交流电磁机构过零点的问题 4.单向交流电磁机构过零点的问题 如图4-7所示，电磁机构的交变磁通穿过短路环所包围的截面S2，从而在 环中产生涡流，此涡流产生的磁通Ф2在相位上滞后于截面S1穿过的磁通Ф1。 设Ф1、Ф2产生的吸力分别为F1、F2，则作用于衔铁上的合力为F1+F2。只要 此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生机械振动现象。
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4.4 刀开关
刀开关又称为闸刀开关，是低压配电电器中结构最简单、使用最早 的电器。如图4-15所示为刀开关的典型结构，它是由操作手柄、闸刀(动 触头)、静插座(静触头)、和绝缘底板等组成。刀开关是一种手动电器，一 般用于不频繁地手动接通和分断的交、直流低压电路中，常用作接通、切 断电源或作隔离开关用。 刀开关的种类很多。按刀的极数可分为单极、双极和三极；按转换 方向可分为单掷和双掷；按操作方式可分为直接手柄操作式、杠杆操作机 构式和电动操作机构式等。常用的刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷 开关。刀开关的图形及文字符号如图4-16所示。
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2.接触器的维护 接触器的维护 接触器的运行维护应注意以下几点： (1)可动部分的动作应灵活，通电时，在闭合过程中不能有卡住或滞缓现 象；断电后，可动部分应完全恢复到原位。在吸合时不应有噪音和振动现象。 (2) 在动作过程中，可动部分不得与灭弧罩摩擦、相碰，应有适当的间隙。 (3) 所有触头的表面及铁芯、衔铁的表面应保持清洁、无油污，相互接触 要紧密。短路环应完整、牢固。 (4)各个触头上不能涂润滑油。严重磨损、烧伤的触头应当及时更换。 (5)在吸合时，应先断开常闭触头，然后接通常开触头。 (6)线圈的固定要牢固，可动部分不能碰线圈，绝缘电阻应符合要求。 (7)各个紧固螺钉、连接螺钉应拧紧。
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4.2.3 电弧的产生和灭弧装置 1.电弧的产生 电弧的产生
当触头分断电路时，触头由闭合状态过渡到断开状态。触头的断开过程 是逐步进行的，接触面积逐渐减少，接触电阻随之增加。在触头切断电路 时，如果触头间的电压为10~20 V、电流为80~100 mA，触头之间将会出现 强烈的火花和弧光，这就是电弧。电弧实际上是触头之间的气体在强电场 作用下产生的放电现象。所谓气体放电现象，就是气体中大量的带电粒子 作定向运动。
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图4-1 直动式电磁机构 1－源自铁；2－铁芯； 3－吸引线圈(a) 图4-2 拍合式电磁机构 1－衔铁；2－铁芯；3－吸引线圈
(b)
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2.电磁机构工作原理 电磁机构工作原理 当电磁线圈两端加上电压U后，在铁芯中产生磁通Φ。磁通经过铁芯、 气隙和衔铁产生电磁吸力，将衔铁吸合(直动或转动)，带动触头动作。 3.电磁机构的工作特性 电磁机构的工作特性 电磁机构按线圈通入的电流可分为直流电磁机构和交流电磁机构。电磁 机构的工作情况通常用吸力特性和反力特性来描述。 1)电磁机构的吸力特性 2) 电磁机构的反力特性 3)吸力特性与反力特性的配合