低压电器的基本原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,1,章 低压电器的基本原理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,低压电器的基本原理,图,1-1,电磁机构得几种形式,(a),单,E,型电磁铁;,(b),螺管型电磁铁;,(c),转动式,电磁机构按吸引线圈得通电种类可分为直流电磁线圈与交流电磁线圈。当交流电磁线圈接通交流电源时,铁心中有磁滞损失与涡流损失。为了减小由此造成得能量损失与温升,铁心与衔铁用硅钢片叠成,而且线圈粗短并有线圈骨架将线圈与铁心隔开,以免铁心发热传给线圈,使其过热而烧毁。当直流电磁线圈接通直流电源时,铁心中没有磁滞损失与涡流损失,只有线圈本身得铜损,所以直流电磁铁线圈没有骨架,且成细长形,铁心与衔铁可以用整块电工软钢做成。,线圈就是电磁铁得心脏,也就是电能与磁场能量转换得场所。大多数电磁铁线圈并接在电源电压两端,称为电压线圈。它得特点就是匝数多,线径较细,阻抗大,电流小,常用绝缘性能好得电磁线绕制而成。当需反映电路电流时,则将线圈串接于电路中,成为电流线圈。它得特点就是匝数少,线径较粗,常用扁铜带或粗铜线绕制。,电磁机构得工作特性常用吸力特性与反力特性来表达。电磁机构使衔铁吸合得力与气隙得关系曲线称为吸力特性。电磁机构使衔铁释放得力与气隙得关系曲线称为反力特性。,1、1、2,触头与电弧,1、,触头得接触电阻,触头亦称触点,起接通与分断电路得作用。在有触头得电器元件中,电器元件得基本功能就是靠触头来完成得,所以要求触头导电、导热性能良好。触头通常用铜、银、镍及其合金材料制成,有时也在铜触头表面电镀锡、银或镍。铜得表面容易氧化而生成一层氧化铜,它将增大触头得接触电阻,使触头得损耗增大,温度上升。所以,有些特殊用途得电器,如微型继电器与小容量得电器,触头常采用银质材料。这不仅因为其导电与导热性能均优于铜触头,更主要得原因就是其氧化膜电阻率很低,仅就是纯铜得十几分之一,甚至还小,而且要在较高得温度下才会形成,并容易粉化。因此,银触头具有较低且稳定得接触电阻。在大、中容量得低压电器结构设计上,触头采用滚动接触,可将氧化膜去掉,这种结构得触头常采用铜质材料。,触头之间得接触电阻包括“膜电阻”与“收缩电阻”。“膜电阻”就是触头接触表面在大气中自然氧化而生成得氧化膜造成得。氧化膜得电阻要比触头本身得电阻大几十到几千倍,导电性能极差,甚至不导电,而且受环境得影响较大。“收缩电阻”就是由于触头得接触表面不光滑造成得。在接触时,实际接触得面积总就是小于触头原有得可接触面积,这样使有效导电截面减小,当电流流经时,就会产生电流收缩现象,从而使电阻增加及接触区得导电性能变差。,如果触头之间得接触电阻较大,则会在电流流过触头时造成较大得电压降,这对弱电控制系统影响较严重。另外,电流流过触头时电阻损耗大,将使触头发热而致温度升高,导致触头表面得“膜电阻”进一步增加及相邻绝缘材料老化,严重时可使触头熔焊,造成电气系统故障。因此,对各种电器得触头都规定了它得最高环境温度与允许温升。,除此之外,触头在运行时还存在触头磨损得情况。触头得磨损包括电磨损与机械磨损。电磨损就是由于在通断过程中触头间得放电作用使触头材料发生物理性能与化学性能变化而引起得。电磨损得程度决定于放电时间内通过触头间隙得电荷量得多少及触头材料得性质等。电磨损就是引起触头材料损耗得主要原因之一。机械磨损就是指由于机械作用而使触头材料产生得磨损与消耗。机械磨损得程度取决于材料硬度、触头压力及触头得滑动方式等。为了使接触电阻尽可能地小,要注意三个方面得问题:一就是要选用导电性好、耐磨性好得金属材料作触头,使触头本身得电阻尽量减小;二就是要使触头接触得紧密一些;另外,在使用过程中尽量保持触头清洁,在有条件得情况下应定期清理触头表面。,2、,触头得接触形式,触头得接触形式及结构形式很多,通常按其接触形式归为三种,即点接触、线接触与面接触,如图,1-11,所示。触头得结构形式有指形触头与桥形触头等。显然,面接触时得实际接触面要比线接触得大,而线接触得又要比点接触得大。,图,1-11,触点得三种接触形式,(a),点接触;,(b),线接触;,(c),面接触,图,1-12,桥式触头闭合过程位置示意图,(a),最终断开位置;,(b),初始接触位置;,(c),最终闭合位置,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,触头按其原始状态可分为常开触头与常闭触头。原始状态时断开,(,即线圈未通电,),线圈通电后闭合得触头叫常开触头。原始状态闭合,线圈通电后断开得触头叫常闭触头。线圈断电后所有触头复原。按触头控制电路得不同可将其分为主触头与辅助触头。主触头用于接通或断开主电路,允许通过较大得电流;辅助触头用于接通或断开控制电路,只能通过较小得电流。,3、,触头得工作过程,触头得工作可分为三种工作状态:闭合过程、闭合状态与分断过程。,1),载流情况下触头得闭合,在触头闭合得过程中,往往会发生运动部分得弹跳,而触头得这一机械振动又使触头表面产生电气磨损,严重时将发生触头熔焊。为此,可适当增大触头弹簧得初压力,减小触头质量,降低触头得接通速度,即采用指式触头等。,2),闭合状态运行得触头,触头闭合工作时,由于“收缩电阻”及氧化膜得影响,致使损耗增大,温度升高;而温度得升高又反过来使触头表面氧化膜加剧。因此,触头工作在闭合状态时得主要问题就是减小接触电阻,限制温升。,3),载流情况下触头得分断,两触头之间得接触实质上就是许多个点得接触,触头在分断时最终将出现一个点接触得现象。这时,该点处得电流密度可达到,107,1012 A/m,2,致使金属熔化,并随着触头得分离形成熔化了得高温金属液桥。一旦触头完全分开,金属液桥被拉断,会在断口处产生电弧。因此,在载流情况下触头分断时得主要问题就是电弧得熄灭。,4、,电弧得产生及灭弧方法,在自然环境中断开电路时,如果被断开电路得电流,(,电压,),超过某一数值,(,根据触头材料得不同,其值约在,0、25,1 A,12,20 V),则触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上就是触头间气体在强电场作用下产生得放电现象。所谓气体放电,就就是触头间隙中得气体被游离而产生大量得电子与离子,在强电场作用下,大量得带电粒子作定向运动,于就是绝缘气体就变成了导体。电流通过这个游离区时所消耗得电能转换为热能与光能,发出光与热得效应,产生高温及强光,使触头烧损,并使电路切断时间延长,甚至不能断开,造成严重事故。电弧对电器得影响主要有以下几个方面:,(1),触头虽已打开,但由于电弧得存在,使要断开得电路实际上并没有断开。,(2),电弧得温度很高,严重时可使触头熔化。,(3),电弧向四周喷射,会使电器及其周围物质损坏,甚至造成短路,引起火灾。,1),电弧得产生过程,强电场放射。,(2),撞击电离。,(3),热电子发射。,(4),高温游离。,2),灭弧方法,电离与消电离作用就是同时存在得,当电离速度大于消电离速度时,电弧就增强;当电离速度与消电离速度相等时,电弧就稳定燃烧;当消电离速度大于电离速度时,电弧就熄灭。因此,熄灭电弧一方面就是减弱电离作用,另一方面就是增强消电离作用。实际上,作为减弱电离作用得措施,同时也往往就是增强消电离作用得途径。,熄灭电弧得基本途径有:,(1),拉长电弧以降低电场强度。,(2),用电磁力使电弧在冷却介质中运动,降低弧柱周围得温度。,(3),将电弧挤入绝缘壁组成得窄缝中以冷却电弧。,(4),将电弧分成许多串联得短弧,增加对维持电弧所需得临界电压降得要求。,(5),将电弧密封于高气压或真空得容器中。,5、,常用得灭弧方法与装置,1),桥式结构双断口灭弧,流过触头两端得电流方向相反,将产生互相推斥得电动力。当触头打开时,在断口中产生电弧。电弧电流在两电弧之间产生图中以“”表示得磁场,根据左手定则,电弧电流要受到一个指向外侧得电动力,F,得作用,使电弧向外运动并拉长,电弧电流迅速穿越冷却介质而使电弧加快冷却并熄灭。此外,还可将一个电弧分为两个来削弱电弧得作用。这种灭弧方法效果较弱,故一般多用于小功率得电器中。但就是,当其配合栅片灭弧后,也可用于大功率得电器中。交流接触器常采用这种灭弧方法。,图,1-13,桥式触头灭弧原理,2),栅片灭弧,灭弧栅一般由多片镀铜薄钢片,(,称为栅片,),与石棉绝缘板组成,它们安放在电器触头上方得灭弧室内,彼此之间互相绝缘,片间距离约为,2,5 mm,。当触头分断电路时,在触头之间产生电弧,电弧电流产生磁场。由于钢片磁阻比空气磁阻小得多,因此,电弧上方得磁通非常稀疏,而下方得磁通却非常密集。这种上疏下密得磁场将电弧拉入灭弧室中。当电弧进入灭弧室后,被灭弧栅分割成数段串联得短弧,这样,每两片灭弧栅片都可以瞧做一对电极。维持每对电极间得电弧都需要一定得电压,同时栅片吸收电弧热量。当栅片间得电压不足以维持电弧燃烧电压时,电弧迅速冷却并很快熄灭。,图,1-14,栅片灭弧示意图,当触头上加交流电压时,产生得交流电弧要比直流电弧容易熄灭。因为交流电压每个周期有两次过零点,显然电压为零时电弧容易熄灭。另外,灭弧栅对交流电弧还有“阴极效应”,更有利于电弧熄灭,即当电弧电流过零后,间隙中得电子与正离子得运动方向要随触头电极极性得改变而改变。由于正离子比电子质量大得多,因此在触头电极极性改变后,(,即原阳极变为新阴极,原阴极变为新阳极,),原阳极附近得电子能很快地回头向相反得方向运动,(,走向新阳极,),而正离子几乎还停留在原来得地方,这样使得新阴极附近缺少电子而造成断流区,从而使电弧熄灭。若要使电压过零后电弧重新燃烧,两栅片间必须要有,150,250 V,得电压,显然灭弧栅总得重燃电压所需值将大于电源电压,因此电弧自然熄灭后就很难重燃。所以,灭弧栅装置常用作交流灭弧。,3),磁吹灭弧,图,1-15,磁吹灭弧原理,(a),磁吹线圈对电弧产生推力;,(b),顶视图,4),窄缝灭弧,窄缝灭弧通过灭弧室灭弧。灭弧室由耐弧陶土、石棉、水泥或耐弧塑料制成,用来引导电弧纵向吹出并防止相间短路,同时通过电弧与灭弧室得绝缘壁接触,使其迅速冷却,增强去游离作用,使电弧熄灭。为此制成窄缝灭孤室,如图,1-16,所示。,图,1-16,窄缝灭弧室,1、2,低压电器得主要技术性能与参数,1、2、1,开关电器得通断工作类型及相关参数,1,、开关电器得通断工作类型,(1),隔离。隔离指开关电器具有将电器设备与电源“隔开”得功能,在对电器设备得带电部分进行维修时以确保人员与设备得安全。隔离不仅要求各电流通路之间、电流通路与邻近得接地零部件之间应保持规定得电气间隙,而且要求电器得动、静触头之间也应保持规定得电气间隙。能满足隔离功能得开关电器就是隔离器。如果在维修期间需要确保电器设备一直处于无电状态,应选用操作机构分断位置能上锁得隔离器。,(2),无载,(,空载,),通断。无载,(,空载,),通断指接通或分断电路时不分断电流,分开得两触头间不会出现明显电压得情况。选用无载通断得开关电器时,必须有其她措施可以保证不会出现有载通断得可能性,否则有造成事故,损坏设备,甚至危及人身安全得危险。无载通断得开关电器仅在某些专门场所使用,如隔离器。,(3),有载通断。有载通断就是相对于无载通断而言得,其开关电器需接通与分断一定得负载电流,(,具体负载电流得数据因负载类型而异,),。有得隔离器产品也能在非故障条件下接通与分断电路,其通断能力大致与其需要通断得额定电流相同。产品样本中隔离器与熔断器式隔离器得通断能力常按额定电流得倍数给出,因此,有些隔离器也能分断各种工作过电流,如电动机得启动电流。,(4),控制电动机通断。控制电动机通断通常指电动机开关。电动机开关就是指用来接通与分断电动机得开关电器或电路,其通断能力应能满足各种型号得电动机按不同工作制,(,如点动与反接,),工作得控制要求。电动机开关有控制开关、电动机用负荷开关、接触器、电动机用断路器及其组合控制电路等。,(5),在短路条件下通断。在短路条件下通断负载应选用有短路保护功能得开关电器。断路器就就是一种不仅可以接通与分断正常负载电流、电动机工作电流与过载电流,而且可以接通与分断短路电流得开关电器。,1、3,电气控制技术中常用得图形与文字符号,表,1-3,常用电气图形与文字符号表,表,1-3,常用电气图形与文字符号表,表,1-3,常用电气图形与文字符号表,表,1-3,常用电气图形与文字符号表,表,1-3,常用电气图形与文字符号表,在绘制电气控制线路时,应遵循电流方向自上而下,(,垂直方位画时,),或自左向右,(,水平方位画时,),得原则;绘制动合触头与动断触头时,应遵循左开右闭,(,垂直方位画时,),、下开上闭,(,水平方位画时,),得原则,即静触头在上或左,动触头在下或右。对于开关电器,如果按图面布置得需要,采用得图形符号得方位与表,1-3,中所示得一致,则直接采用;若方位不一致,应遵循按图例逆时针旋转,90,得原则绘制,但文字与指示方向不得颠倒。图形符号得矩形长边与圆得直径宜设计为,2M,得倍数,一般取,M=2、5 mm,。对于较小得图形符号,则可选用,1、5M,、,1、0M,或,0、5M,。,