第1章电气工程精.ppt

第1章电气工程第1页，本讲稿共58页第第1 1章章 常用低压电器常用低压电器第2页，本讲稿共58页1.1 低压电器的电磁机构及执行机构v1.电磁机构 电磁机构是电磁式低压电器的检测部分，它的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而实现电路的接通或分断。电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁组成。其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图1-1和图1-2是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。图1-1 直动式电磁机构1-衔铁；2-铁心；3-吸引线圈112233213图1-2拍合式电磁机构1-衔铁；2-铁心；3-吸引线圈第3页，本讲稿共58页v吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电磁力的作用下产生机械位移使铁心吸合。通入交流电的线圈称交流线圈。v对于直流线圈，铁心不发热，直流线圈发热，因此线圈与铁心接触以利散热。线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁心和衔铁由软钢或工程纯铁制成。v对于交流线圈，除线圈发热外，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，在铁心与线圈之间留有散热间隙，而且把线圈做成有骨架的矮胖型。铁心用硅钢片叠成，以减少涡流。v还应指出，对电磁式电器而言，电磁机构的作用是使触头实现自动化操作，因电磁机构实质上是电磁铁的一种，电磁铁还有很多其他用途，例如牵引电磁铁，有拉动式和推动式两种，可以用于远距离控制和操作各种机构；阀用电磁铁，可以远距离控制各种气动阀、液压阀以实现机械自动控制；制动电磁铁则用来控制自动抱闸装置，实现快速停车等等。第4页，本讲稿共58页v2 触头系统 触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。由于铜具有良好的导电、导热性能，触头通常用铜制成。铜质表面容易产生氧化膜，使触头的接触电阻增大，从而使触头的损耗也增大。有些小容量电器的触头采用银质材料，与铜质触头相比，银质触头除具有更好地导电、导热性能外，触头的氧化膜电阻率与纯银相比相差无几，而且氧化膜的生成温度很高，所以，银质触头的接触电阻较小，而且较稳定。触头的结构有桥式和指式两类。桥式触头又分为点接触式（图1-3（a）和面接触式（图1-3（b）,点接触式适用于电流不大的场合，面接触式适用于电流较大的场合。图1-3（c）为指形触头，指形触头在接通与分断时产生滚动摩擦，可以去掉氧化膜，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。第5页，本讲稿共58页图1-3交流接触器触头的结构形式（a）点接触；（b）面接触；（c）线接触（c）（a）（b）触头在通电状态下动、静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。第6页，本讲稿共58页熄灭电弧的主要措施v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。v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，故其电弧较易熄灭。第7页，本讲稿共58页低压控制电器常用的具体灭弧方法 v(1)机械灭弧 通过机械装置将电弧迅速拉长。v(2)磁吹灭弧 在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，电弧受电磁力的作用而拉长，被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。v(3)窄缝(纵缝)灭弧法 在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可使电弧拉长并进入灭弧罩的窄(纵)缝中，几条纵缝可将电弧分割成数段且与固体介质相接触，电弧便迅速熄灭。v(4)栅片灭弧法 当触头分开时，产生的电弧在电动力的作用下被推入一组金属栅片中而被分割成数段，彼此绝缘的金属栅片的每一片都相当于一个电极，因而就有许多个阴阳极压降。对交流电弧来说，近阴极处，在电弧过零时就会出现一个150250V的介质强度，使电弧无法继续维持而熄灭。由于栅片灭弧效应在交流时要比直流时强得多，所以交流电器常常采用栅片灭弧。第8页，本讲稿共58页1.2 刀开关与自动开关1.2.1 刀开关 刀开关又称闸刀开关，是结构最简单、应用最广泛的一种手控电器。刀开关在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电路与电源，故又称“隔离开关”。1.刀开关的结构和工作原理 刀开关由绝缘底板、静插座、手柄、触刀和铰链支座等组成。如图1-5所示为其结构简图。图15低压刀开关结构1操纵手柄；2触刀；3静插座；4支座；5绝缘底板53241第9页，本讲稿共58页 低压刀开关的图形符号和文字符号如图1-6所示。图1-6低压刀开关的图形符号和文字符号（）单极；（）双极；（）三极（）（）（）刀开关在分断有负载的电路时，其触刀与插座之间会产生电弧。为此采用速断刀刃的结构，使触刀迅速拉开，加快分断速度，保护触刀不至被电弧所灼伤。对于大电流刀开关，为了防止各极之间发生电弧闪烁，导致电源相间短路，刀开关各极间设有绝缘隔板，有的设灭弧罩。第10页，本讲稿共58页2.刀开关的种类及主要参数（1）胶盖闸刀开关 胶盖闸刀开关又称开启式负荷开关，由瓷底板、熔丝、胶盖及触头、触刀等组成。主要用于50Hz，电压至380V、电流60A的电力线路中，作为一般照明、电热等回路的控制开关；也可作分支线路的配电开关。三极胶盖刀开关适当降低容量时可直接用于不频繁地控制小型电动机。常用型号有HKl、HK2系列。（）封闭式负荷开关 封闭式负荷开关又称铁壳开关，交流50Hz、380V、60A以下的开关，可作为异步电动机的非频繁全电压启动的控制开关。常用型号有和等系列。（）熔断器式刀开关 熔断器式刀开关用于50Hz，电压至660V的有高短路电流的配电电路和电动机电路中，做电动机保护和电源开关、隔离开关及应急开关，但一般不用于直接通、断电动机。常用型号有、等系列。第11页，本讲稿共58页1.2.2 组合开关v组合开关又称转换开关。它的刀片是转动式的，操作比较轻巧，它的动触头（刀片）和静触头装在封装的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头数量决定，动触头装在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触头的通断状态，组合开关的结构如图1-7所示。它一般用于非频繁的接通和分断电路、接通电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和/起动等。1手柄；2转轴；3弹簧；4凸轮；5绝缘杆；6绝缘垫板；7动触片8静触片；9接线柱图1.7 组合开关结构第12页，本讲稿共58页v其图形、文字符号如图1-8所示。单极图1-8组合开关的图形和文字符号三极 组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。其中额定电流有10A、25A、60A等几级。全国统一设计的常用产品有HZ5、HZ10系列和新型组合开关HZ15等系列。第13页，本讲稿共58页1.2.3 低压断路器 低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁的起动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过流、欠压、热继电器等的组合，而且在分断故障电流后一般不需要更换零部件，因而获得了广泛的应用。1.低压断路器的结构和工作原理 低压断路器主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作机构等组成。图1-9为其结构原理图。图1-9 低压断路器的工作原理1-释放弹簧；2-主触点；3-钩子；4-过流脱扣器；5-失压脱扣器12345第14页，本讲稿共58页自动开关的脱扣器 v（1）电磁脱扣器。当流过开关的电流在整定值以内时，电磁脱扣器4的线圈所产生的吸力不足以吸动衔铁。当发生短路时，电流超过整定值，此时的吸力足以克服弹簧的拉力拉动衔铁，顶开钩子，使开关跳闸。v（2）热脱扣器。发热元件与主电路相串联，有电流流过时发出热量使脱扣器6的左端向上弯曲，发生过载时弯曲到足以将钩子顶开，使开关跳闸。v（3）失压脱扣器。其工作过程与电磁脱扣器相反。当电源电压正常时，并励线圈产生足够吸力将衔铁吸住，使开关保持合闸状态。当电源电压下降到低于整定值或降为零时，吸力不够，衔铁释放，顶开钩子使开关跳闸。v（4）分离脱扣器。用于远距离操作。正常工作时，其线圈断电，在需要远方操作时，使线圈通电，电磁铁带动操作机构动作，使开关跳闸。第15页，本讲稿共58页v低压断路器的图形符号和文字符号如图1-10所示。QAQAQAQA(a)(b)(d)(c)图1-10 低压断路器的图形符号和文字符号(a)单极；（b）双极；（c）三极；（d）四极第16页，本讲稿共58页2.低压断路器的类型及其主要参数v（1）万能式低压断路器。又称敞开式低压断路器，具有绝缘衬底的框架底座，所有的构件组装在一起，用于配电网络的保护。主要型号有DW10和DW15两个系列。v（2）装置式低压断路器。又称塑料式低压断路器，具有用模压绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起。用作配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等控制开关。主要型号有DZ5、DZ10、DZ20等系列。v（3）快速断路器。具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护。主要型号有DS系列。v（4）限流断路器。利用短路电流产生巨大的吸力，使触点迅速断开，能用在交流短路电流相当大（高大70kA）的电路中。主要型号有DWX15和DZX10两种系列。v另外，近年来引进的低压短路器有德国西门子公司的3VE系列、C45N系列等产品，我国生产的带漏电保护功能的低压断路器有DZL25系列漏电断路器等。第17页，本讲稿共58页1.3 熔断器1.3.1 熔断器的结构与工作原理 熔断器熔体中的电流为熔体的额定电流时，熔体长期不熔断；当电路发生严重过载时，熔体在较短时间内熔断；当电路发生短路时，熔体能在瞬间熔断。熔体的这个特性称为反时限保护特性，即电流为额定值时长期不熔断，过载电流或短路电流越大，熔断时间越短。电流与熔断时间的关系曲线称为安秒特性，如图1-11所示。熔断器的图形符号和文字符号如图1-12所示。FU图1-12 熔断器的图形符号和文字符号t0I/IN图1-11 熔断器的安秒特性第18页，本讲稿共58页 1.3.2 常用熔断器v1.RC1A系列瓷插式熔断器v2.RL1系列螺旋式熔断器v3.RM10无填料封闭管式熔断器v4.RT0系列有填料封闭管式熔断器 第19页，本讲稿共58页1.3.3 熔断器的选择 熔断器的选择主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器的额定电流和熔体额定电流等。熔断器的种类主要由电控系统整体设计时确定，熔断器的额定电压应大于或等于实际电路的工作电压，因此确定熔体电流是选择熔断器的主要任务，具体有下列几条原则。v（1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.61。v（2）对于照明线路或电阻炉等没有冲击性电流的负载，熔体的额定电流应大于或等于电路的工作电流。v（3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算：IfN (1.52.5)INv（4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：IfN (1.52.5)INmax+IN 式中 INmax容量最大的一台电动机的额定电流；IN其余电动机额定电流的总和。第20页，本讲稿共58页1.4 主令电器v 主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制，其主要类型有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、凸轮控制器等。v1.4.1 控制按钮 控制按钮是一种典型的主令电器，其作用通常是用来短时间地接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。1.控制按钮的结构与符号其典型结构如图1-13所示。其图形符号和文字符号如图1-14所示。图1-13 典型控制按钮的结构示意图1、2-常闭触头 3、4-常开触头5-桥式触头 6-复位弹簧7-按钮帽1234567图1-14 控制按钮的图形符号和文字符号SBSB动合按钮动合按钮动合按钮SB第21页，本讲稿共58页2.控制按钮的种类及动作原理（1）按结构形式可分为：旋钮式用手动旋钮进行操作。指示灯式按钮内装入信号灯显示信号。紧急式装有蘑菇型钮帽，以示紧急动作。（2）按触点形式可分为：动合按钮外力未作用时（手未按下），触点是断开的，外力作用时，触点闭合，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复原来的断开状态。动断按钮外力未作用时（手未按下），触点是闭合的，外力作用时，触点断开，但外力消失后，在复位弹簧作用下恢复原来的闭合状态。复合按钮既有动合按钮，又有动断按钮的按钮组，称为复合按钮。按下复合按钮时，所有的触点都改变状态，即动合触点要闭合，动断触点要端开。但是，这两对触点的变化是有先后次序的，按下按钮时，动断触点先断开，动合触点后闭合；松开按钮时，动合触点先复位（断开），动断触点后复位（闭合）。第22页，本讲稿共58页3.控制按钮型号的含义 结构形式代号(K、S、J、H、F、Y和D)常闭触点数常开触点数主令电器 按钮设计序号 L A-括号中结构形式代号的意义为：K-开启式，S-防水式，J-紧急式，X-旋钮式，H-保护式，F-防腐式，Y-旋钮式，D-带灯按钮。第23页，本讲稿共58页1.4.2 行程开关 行程开关又称限位开关，当其与生产机械的运动部件发生碰撞，行程开关便发出控制信号，实现对生产机械的电气控制。行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等。1.行程开关的结构与符号行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。直动式行程开关的结构原理如图1-15所示，它的动作原理与按钮相同。行程开关的图形符号和文字符号如图1-16所示。图1-15 直动式行程开关的结构图1-顶杆；2-弹簧；3-常闭触点；4-触点弹簧；5-常开触点12345常开触点常闭触点图1-16 行程开关的图形符号和文字符号SQSQ第24页，本讲稿共58页2.行程开关的型号含义J L X K 动断触点对数动合触点对数滚轮数目设计序号快速行程开关主令电器机床电器第25页，本讲稿共58页1.4.3 万能转换开关 万能转换开关是一种多档位、多段式、控制多回路的主令电器，当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从而使触头按规定顺序闭合或断开。一般作为多种配电装置的远距离控制，也可作为小容量电动机的起动、制动、调速及正反向转换的控制。由于其触头档数多、接环线路多、用途广泛，故有“万能”之称。目前我国生产的主要有LW5、LW6系列。图1-17是LW6系列万能转换开关单层的结构示意图。图1-17 万能转换开关单层结构示意图第26页，本讲稿共58页1.4.4 凸轮控制器 凸轮控制器是一种大型的手动控制电器，也是多档次、多触点，利用手动操作，转动凸轮去接通和分断允许通过大电流的触头转换开关。主要用于起动设备，直接控制中、小型绕线转子异步电动机的起动、制动、调速和换向。1.凸轮控制器的结构凸轮控制器主要由触头、手柄、转轴、凸轮、灭弧罩及定位机构等组成，其结构原理如图1-18所示。图1-18 凸轮控制器结构原理图1-静触头；2-动触头；3-触头弹簧；4-复位弹簧；5-滚子；6-绝缘方轴；7-凸轮1234567第27页，本讲稿共58页2.凸轮控制器图形符号和文字符号凸轮控制器的图形和文字符号及触头通断表示方法如图1-19。图1-19 凸轮控制器的图形和文字符号向左2 11234向右 1 2我国生产的凸轮控制器系列有KL10、KT14、及KT15系列，其额定电流有25A、60A及32A、63A等规格。第28页，本讲稿共58页1.5 电磁式接触器 电磁式接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或分断电动机电路或其他负载电路的控制电器。它不同于刀开关类手动切换电器，因为它具有手动切换电器不能实现的远距离操作功能和低电压保护功能；它也不同于自动开关，因为它虽然具有一定的过载能力，但却没有短路保护的功能。由于接触器的控制容量大、价格低和维护方便，因而用途十分广泛。接触器按其主触点控制的电路中电流的种类分类，有直流接触器和交流接触器。1.5.1 交流接触器 交流接触器是用于远距离控制电压至380V、电流至600A的交流电路以及频繁地起动和控制交流电动机的控制电器。1.交流接触器的结构与符号图1-20为交流接触器的结构剖面示意图。图1-20 交流接触器的结构示意图1-铁心；2-衔铁；3-线圈；4-常开触点；5-常闭触点 1 2 3 4 5第29页，本讲稿共58页它由以下五部分组成：（1）电磁机构。电磁机构用来操作触点的闭合和分断。它由静铁心、线圈和衔铁三部分组成。（2）主触点和灭弧系统。主触点用以通断电流较大的主电流，一般由接触面积较大的常开触点组成。（3）辅助触点。辅助触点用以通断小电刘的控制电路，它由常开触点和常闭触点成对组成。（4）反力装置。由释放弹簧和触点弹簧组成，且它们均不能进行弹簧松紧的调节。（5）支架和底座。用于接触器的固定和安装。第30页，本讲稿共58页交流接触器的图形符号和文字符号如图1-21所示。线圈 常开触头 常闭触头KMKMKM图1-21 接触器的图形符号和文字符号 2.交流接触器的工作原理 当交流接触器线圈通电后，在铁心中产生磁通。由此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生闭合动作，主触点在衔铁的带动下也闭合，于是接通了主电路。同时衔铁还带动辅助触点动作，使原来打开的辅助触点闭合，并使原来闭合的辅助触点打开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在释放弹簧的作用下打开，主、副触点又恢复到原来状态。目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列，引进产品应用较多的有：引进德国BBC公司制造技术生产的B系列，德国SIEMENS公司的3TB系列，法国TE公司的LC1系列等。第31页，本讲稿共58页1.5.2直流接触器v直流接触器主要用于远距离接通与分断额定电压达440V、额定电流达600A的直流电路，或频繁地操作和控制电动机。v直流接触器的结构和工作原理与交流接触器基本相同。所不同的是除触头电流和线圈电压为直流外，其触头大都采用滚动接触的指形触头，辅助触头则采用电接触的桥形触头。铁心由整块钢或铸铁制成，线圈制成薄而长的圆筒形。为保证衔铁可靠地释放，常在铁心与衔铁之间垫有非铁磁性垫片。v由于直流电弧不像交流电弧有自然过零点，所以更难熄灭，因此，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置。v直流接触器的常用型号有CZ0系列，可取代CZ1、CZ2、CZ3等系列。第32页，本讲稿共58页1.5.3接触器的主要技术参数及型号的含义1.技术参数（1）额定电压。接触器的额定电压是指主触头的额定电压。（2）额定电流。指主触头的额定电流。主触头的额定电流就是当接触器装在常开的控制屏上，在间断-长期工作制下而且温升不超过额定温升时，流过触头的额定电流值。（3）吸引线圈的额定电压。交流吸引线圈的额定电压一般有36、127、220和380V四种。（4）额定操作频率。由于交流吸引线圈在接电瞬间有很大的起动电流，如果接通次数过多，就会引起线圈过热，所以限制了每小时的接电次数。一般交流接触器的额定操作频率最高为600次/h，因此，对于频繁操作的场合，就采用了具有直流吸引线圈、主触头为交流的接触器。它们的额定操作频率可高达1200次/h。第33页，本讲稿共58页2.型号含义有TH表示湿热带额定工作电压代号（03 380V,06 660V,11 1140V)用K表示组成矿用起动器的接触器额定工作电流（380V AC3时）接触器 交流设计代号C J 20 /第34页，本讲稿共58页1.6继电器 继电器是一种根据某种物理量的变化，使其自身的执行机构动作的电器。它由输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件）组成，执行元件触点通常接在控制电路中。当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通或断开控制电路，以达到控制或保护的目的。继电器的种类很多，主要按以下方法分类：v（1）按用途可分为：控制继电器、保护继电器。v（2）按动作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式机电器、和电子式机电器等。v（3）按动作信号可分为：电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、温度继电器、压力继电器等。v（4）按动作时间可分为：瞬时继电器和延时继电器。在电力系统中，用得最多的是电磁式继电器。本节主要讲述电磁式电流、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器及速度继电器。第35页，本讲稿共58页1.6.1电磁式电流、电压和中间继电器 以电磁力为驱动的继电器称为电磁式继电器，其结构和工作原理与接触器相似，结构上是由电磁机构和触头机构组成。但是，继电器控制的小功率信号系统，流过触头的电流很弱，所以不需要灭弧装置；另外，继电器可以对各种输入量做出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作。1.电流继电器 根据线圈中电流的大小通断电路的继电器称为电流继电器。电流继电器按用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。当线圈电流高于整定值时动作的继电器称为过电流继电器。过电流继电器在正常工作时电磁吸力不足以克服反力弹簧的作用，衔铁动作，常开触点闭合，常闭触点断开。过电流继电器的动作电流整定范围，交流过电流继电器为110%350%IN,直流过流继电器为70%300%IN。当线圈电流低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。欠电流继电器在电流处于正常值时衔铁吸合，当电流低于某一整定值时，衔铁释放，于是常开触点断开，常闭触点闭合。欠电流继电器动作电流整定范围，吸合电流为30%50%IN，释放电流为10%20%IN，欠电流继电器一般是自动复位的。第36页，本讲稿共58页过电流继电器的图形符号和文字符号如图1-22所示。欠电流继电器的图形符号和文字符号如图1-23所示。线圈 常开触点 常闭触点KAI KAKA图1-22 过电流继电器符号 KAI KVKV线圈 常开触点 常闭触点图1-25 过电压继电器符号U KVKVKV第38页，本讲稿共58页3.中间继电器中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）的继电器。其实质为电压继电器，但它的触头数量较多（可达8对），触头容量较大（5-10A），动作灵敏。中间继电器的图形符号和文字符号如图1-26所示。线圈 常开触点 常闭触点KAKAKA图1-26 中间继电器符号 第39页，本讲稿共58页1.6.2时间继电器 继电器感受部分在感受外界信号后，经过一段时间才能使执行部分动作的继电器，叫做时间继电器。时间继电器的种类很多，主要有电磁式、空气阻尼式、电动式、电子式等几大类。延时方式有通电延时和断电延时两种。1.电磁式时间继电器 电磁式时间继电器一般在直流控制电路中应用较广。它是利用电磁阻尼原理，在直流电压继电器的线圈电路上或结构上采用措施以达到延时的目的。（1）利用短路线圈产生延时。如图1-27所示，在继电器线圈与电源断开的同时，使线圈短接或通过小电阻而构成闭合回路。由于线圈断电时自感电动势的作用，线圈中的电流按指数规律下降，因而磁通也缓慢下降，当降到电磁力不足以克服反力时，衔铁释放。所以从线圈断电到衔铁释放带动触头动作有一段时间，这就获得释放延时。图1-27 线圈短接的延时释放电路+KMKMKT_第40页，本讲稿共58页（2）利用阻尼套产生延时。如图1-28所示，在继电器铁心上再套一个砸数少、截面大而两端短接的阻尼铜套。当继电器通电、断电过程中铜套内将感生涡流，阻碍穿过铜套内磁通的变化，因而对原磁通起了阻尼的作用。当继电器通电吸合时，由于衔铁处于释放位置，气隙大、磁阻大、磁通小，铜套阻尼作用也小，因此铁心吸合时的延时不显著，一般可忽略不计。当继电器断电时，磁通量的变化大，铜套的阻尼作用也大。因此，这种继电器仅用作断电延时，其延时动作触点有延时打开常开触点和延时闭合常闭触点两种。图1-29 带阻尼铜套的铁心结构1-铁心；2-阻尼铜套；3-线圈套；4-绝缘层1234第41页，本讲稿共58页2.空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼作用达到延时的目的的。它由电磁机构、延时机构和触点组成。空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型。JS7-A系列时间继电器如图1-29所示。1112113114115116117111011911811131112111411图1-29 JS7-A系列时间继电器1-线圈；2-铁心；3-衔铁；4-反力弹簧；5-推板；6-活塞；7-杠杆；8-塔形弹簧；9-弱弹簧；10-橡皮膜；11-空气室壁；12-活塞；13-调节螺钉；14-进气孔；15、16-微动开关（a）通电延时型（b）断电延时型1611151111121131141151161181171191110111111111112111311141115111611第42页，本讲稿共58页 现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1得电后衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔型弹簧8的作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气息大小来决定。经一段延时后活塞杆通过杠杆7压动微动开关15，使其触点动作，起到通电延时的作用。当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触点动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺钉13调节进气孔气隙大小来改变。断电延时型的结构、工作原理与通电延时型相似，只是电磁铁安装方向不同，即当衔铁吸合时推动活塞复位，排出空气。当衔铁释放时活塞杆在弹簧作用下使活塞向下移动，实现断电延时。在线圈通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都能瞬时动作，其触点即为时间继电器的瞬时动触点。第43页，本讲稿共58页3.电动机式时间继电器 它由同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执行机构组成，电动机式时间继电器延时时间长，可达数十小时，延时精度高，但结构复杂，体积较大，常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。时间继电器的图形符号和文字符号如图1-30所示。图1-31 时间继电器的图形符号和文字符号（a）通电延时线圈；（b）断电延时线圈；（c）通电延时常开触头；（d）通电延时断开的长闭触头（e）断电延时断开的常开触头；（f）断电延时闭合的常闭触头；（g）瞬动常开、常闭触头（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）第44页，本讲稿共58页1.6.3热继电器1.热继电器的结构及工作原理 热继电器主要由加热元件、双金属片、触头组成。双金属片是它的测量元件，它是由两种具有不同线膨胀系数的金属通过机械辗压而使之形成一体，线膨胀系数大的称为主动层，小的称为被动层。双金属片受热后产生线膨胀，由于两层金属的线膨胀系数不同，且两层金属又紧密地结合在一起，因此，使得双金属片向被动层一侧弯曲，由双金属片弯曲产生的机械力便带动触点动作。双金属片的受热方式有4种：双金属片直接受热式；热元件间接受热式；复合式受热式和电流互感器受热式。第45页，本讲稿共58页v图1-31是热继电器的结构原理图。热继电器的发热元件和触点的图形符号和文字符号如图1-32所示。图1-31 热继电器的结构原理图1234567891011121314FRFR(a)(b)(c)FR图1-33 热继电器的图形符号和文字符号(a)热元件；(b)常开触点；(c)常闭触点第46页，本讲稿共58页2.热继电器的主要参数及常用型号 热继电器的主要参数有：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。热继电器的额定电流是指热继电器中，可以安装的热元件的最大整定电流值。热元件的额定电流是指热元件的最大整定电流值。热继电器的额定电流是指热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。通常热继电器的整定电流是按电动机的额定电流整定的。对于某一热元件的热继电器，可手动调节整定电流旋钮，通过偏心轮机构，调整双金属片与导板的距离，能在一定范围内调节其电流的整定值，使热继电器更好地保护电动机。JR16、JR20系列是目前广泛应用的热继电器。第47页，本讲稿共58页1.6.4速度继电器 速度继电器常用于电动机反接制动线路中，当速度达到规定值时继电器动作，当速度下降到接近零时能自动及时切断电源。感应式电磁继电器是根据电磁感应原理制成的，在结构上主要由转子、定子和绕组组成，图1-33为其结构原理图。图1-33 速度继电器结构原理图1-转轴；2-转子；3-定子；4-绕组；5-摆锤；6、9-簧片；7、8-静触点第48页，本讲稿共58页 速度继电器的图形符号和文字符号如图1-34所示。速度继电器的动作速度一般不低于120r/m，复位转速约在100r/m以下，该数值可以调整。工作时，允许的转速高达10003600r/m。由速度继电器的正转和反转切换触点的动作，来反映电动机转向和速度的变化。常用的型号有JY1和JFZ0型。KSKSn (a)(b)图1-34 速度继电器的图形符号和文字符号(a)常开触点 (b)常闭触点n第49页，本讲稿共58页1.7 电子电器1.7.1晶体管时间继电器 晶体管时间继电器又称半导体时间继电器，由于其除了执行机构外，均由电子元件组成，没有机械部件，因而具有较高的寿命和精度、体积小、延时范围大、调节范围宽、控制功率小等优点，所以发展很快，使用日益广泛。晶体管时间继电器是利用电容对电压变化的阻尼作用作为延时的基础。大多数阻容式延时电路都有类似图1-35所示的结构形式，电路由四部分组成：阻容环节、鉴幅器、出口电路及电源。图1-35 阻容延时电路基本结构形式ERR1WDUdC第50页，本讲稿共58页v以JS20系列单结晶体管通电延时电路为例进行说明。单结晶体管通电延时电路如图1-37所示，全部电路由延时环节、鉴幅器、输出电路、电源和指示灯等五部分组成。图1-37 JS20单结晶体管时间继电器电路TKR1+V1NKR2R3R4R5+V2V3R6VTR7RW1RW2+C1C2C3C4V4第51页，本讲稿共58页1.7.2固态继电器 固态继电器（简称SSR）是采用固体半导体元件组装而成的一种新颖的无触点开关。由于它的接通和断开没有机械接触部件，因而具有开关速度快、工作频率高、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点。因此，它不仅在许多自动控制装置中代替了常规电磁式继电器，而且广泛用于数字程控装置、数据处理系统及计算机终端接口电路，尤其适用于动作频繁、防爆耐潮和耐腐蚀等特殊场合。固态继电器按切换负载性质分，有直流固态继电器和交流固态继电器；按输入与输出之间的隔离分，有光电隔离固态继电器和磁隔离固态继电器；按控制触发信号方式分有过零型和非过零型、有源触发和无源触发。固态继电器的主要技术参数有：输入电压范围、输入电流、接通电压、关断电压、绝缘电阻、介质耐压、额定输出电流、额定输出电压、输出电压降、输出漏电流、最大浪涌电流等。第52页，本讲稿共58页以光电耦合式SSR为例介绍一下固态继电器的工作原理，如图1-38所示。电源负载图1-38 固态继电器的工作原理输入+R1R2R3R4R5R6R8R9R10BCCD1D2D6D7D8D9T3T4T5VT1输出AVT2第53页，本讲稿共58页1.7.3热敏电阻式温度继电器 热敏电阻式温度继电器的外形同一般晶体管时间继电器相似，但作为温度检测元件的热敏电阻是装在电动机定子槽内或绕组的端部，而不装在继电器中。一个热敏电阻只能检测一相电动机绕组的温度，因此，一台三相电动机至少需要三个热敏电阻。每相绕组的各部分温升不会完全相同，热敏电阻应埋在温升最高的绕组端部，当发生匝间、相间的断路或接地故障时，绕组各处的温差很大，如果埋设的热敏电阻并非处于过热部位，则保护就会失效。因此对于大中型电动机和某些特种电动机，可在每相绕组的几个地方埋设热敏电阻。第54页，本讲稿共58页热敏电阻并联组成的温度继电器电路如图1-39所示。图 1-39 热敏电阻并联接线的温度继电器UUTVR1R2+R3R4R5R6R7C1C2C3C4RtARtBRtCtttD3D5WD6UdT1T2BCAD7KERPARPBRPC第55页，本讲稿共58页1.7.4接近开关 接近开关又称无触点行程开关，其功能是当某物体与之接近到一定距离时就发出动作信号，而不像机械行程开关那样需要施加机械力。接近开关是通过其感辨头与被测物体间介质能量的变化来获取信号的。接近开关的应用已超出一般行程控制和限位保护的范畴，例如，用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存在、零件尺寸以及无触点按钮等。接近开关的形式有多种，不论哪一种都是由接近信号发生机构以及后极的检波、鉴幅和出口电路所构成。下面介绍一种接近开关电路晶体管停振型接近开关。晶体管停振型接近开关属于高频振荡型。高频振荡型接近信号的发生机构实际上是一个LC振荡器，其中L是电感式感辨头。当金属检测体接近感辨头时，在金属检测体中将产生涡流，由于涡流的去磁作用使感辨头的等效参数发生变化，改变振荡器回路的谐振阻抗和谐振频率，使振荡停止，并以此发出接近信号。LC振荡器由LC谐振回路、放大器和反馈电路构成。按反馈方式可分为电感分压反馈式、电容分压反馈式和变压器反馈式。第56页，本讲稿共58页图1-40为晶体管停振型接近开关电路。图1-40 晶体管停振型接近开关电路WDR1R2R3R4R5R6R7C1C2C3C4C5RfT1T2T3KD5D6D7220V+L24V第57页，本讲稿共58页本章小结 低压电器的种类繁多，本章首先介绍了低压电器的触头机构和执行机构，然后分别介绍了刀开关、自动开关、熔断器、主令电器、电磁式接触器、继电器和一些常用电子电器的用途、基本结构、工作原理、图形符号、主要技术参数及常用型号等。每一种电器都有一定的使用范围，要根据使用的具体条件正确选用。在选用电器时，其技术参数是最主要的依据，详细内容可参阅电器产品的电工技术手册及产品说明。保护电器（如热继电器、熔断器等）及某些控制电器（如时间继电器等）的使用，除了要根据保护要求、控制要求正确选择电器的类型外，还要根据被保护、被控制电路的具体条件，进行必要的调整整定动作值，同时还要考虑各保护电器之间的配合特性的要求。随着电器技术的发展，各种新型及引进电器不断出现。为优化系统，提高系统可靠性应尽量选用新型电器元件。第58页，本讲稿共58页