第1章电气工程精选文档.ppt
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1、第1章电气工程本讲稿第一页,共五十八页第第1 1章章 常用低压电器常用低压电器本讲稿第二页,共五十八页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-吸引线圈本讲稿第三页,共五十八页v吸引线圈的作用是将电能转换为磁能,
2、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
3、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。本讲稿第四页,共五十八页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
4、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。本讲稿第五页,共五十八页图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。本讲稿第六页,共五十八页熄灭电弧的主要措施v迅速增加
5、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。本讲稿第七页,共五十八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
6、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。本讲稿第八页,共五十八页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
7、.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本讲稿第九页,共五十八页 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。本讲稿第十页,共五十八
8、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
9、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。本讲稿第十一页,共五十八页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 组合开关结构本讲稿第十二页,共五十八
10、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。本讲稿第十三页,共五十八页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
11、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本讲稿第十四页,共五十八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
12、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。本讲稿第十五页,共五十八页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)四极本讲稿第十六页,共五十八页2.低压断路器的类型
13、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(
14、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。本讲稿第十七页,共五十八页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
15、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 熔断器的安秒特性本讲稿第十八页,共五十八页 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 本讲稿第十九页,共五十八页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
16、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。本讲稿第二十页,共五十八页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
17、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本讲稿第二十一页,共五十八页2.控制按钮的种类及动作原理(1)按结构形式可
18、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
19、点先复位(断开),动断触点后复位(闭合)。本讲稿第二十二页,共五十八页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。本讲稿第二十三页,共五十八页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
20、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本讲稿第二十四页,共五十八页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本讲稿第二十五页,共五十八页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
21、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本讲稿第二十六页,共五十八页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
22、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本讲稿第二十七页,共五十八页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。本讲稿第二十八页,共五十八页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
23、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
24、 5本讲稿第二十九页,共五十八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。本讲稿第三十页,共五十八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
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