低压电器的基本原理1.ppt

* 第1章 低压电器的基本原理 第1章 低压电器的基本原理 1.1 低压电器的基本结构 1.2 低压电器的主要技术性能和参数 1.3 电气控制技术中常用的图形和文字符号 1.1 低压电器的基本结构 1.1.1 电磁机构 电磁机构是电磁式电器的主要组成部分，其工作原理是将电磁能转换成为机械能，从而带动执行部分触头动作。 电磁机构由吸引线圈(励磁线圈)和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁和空气隙。当吸引线圈通入电流后，产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。与此同时，衔铁还要受到反作用弹簧的拉力，只有当电磁吸力大于弹簧拉力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。其结构型式按铁心型式分有单E型、螺管型等；按动作方式分有直动式、转动式等，见图1-1。 图1-1 电磁机构的几种形式 (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的通电种类可分为直流电磁线圈和交流电磁线圈。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。为了减小由此造成的能量损失和温升，铁心和衔铁用硅钢片叠成，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，只有线圈本身的铜损，所以直流电磁铁线圈没有骨架，且成细长形，铁心和衔铁可以用整块电工软钢做成。 线圈是电磁铁的心脏，也是电能与磁场能量转换的场所。大多数电磁铁线圈并接在电源电压两端，称为电压线圈。它的特点是匝数多，线径较细，阻抗大，电流小，常用绝缘性能好的电磁线绕制而成。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。它的特点是匝数少，线径较粗，常用扁铜带或粗铜线绕制。 电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表达。电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特性。电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线称为反力特性。 1.1.2 触头和电弧 1. 触头的接触电阻 触头亦称触点，起接通和分断电路的作用。在有触头的电器元件中，电器元件的基本功能是靠触头来完成的，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。铜的表面容易氧化而生成一层氧化铜，它将增大触头的接触电阻，使触头的损耗增大，温度上升。所以，有些特殊用途的电器，如微型继电器和小容量的电器，触头常采用银质材料。这不仅因为其导电和导热性能均优于铜触头，更主要的原因是其氧化膜电阻率很低，仅是纯铜的十几分之一，甚至还小，而且要在较高的温度下才会形成，并容易粉化。因此，银触头具有较低且稳定的接触电阻。在大、中容量的低压电器结构设计上，触头采用滚动接触，可将氧化膜去掉，这种结构的触头常采用铜质材料。 触头之间的接触电阻包括“膜电阻”和“收缩电阻”。“膜电阻”是触头接触表面在大气中自然氧化而生成的氧化膜造成的。氧化膜的电阻要比触头本身的电阻大几十到几千倍，导电性能极差，甚至不导电，而且受环境的影响较大。“收缩电阻”是由于触头的接触表面不光滑造成的。在接触时，实际接触的面积总是小于触头原有的可接触面积，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的导电性能变差。 如果触头之间的接触电阻较大，则会在电流流过触头时造成较大的电压降，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，导致触头表面的“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，对各种电器的触头都规定了它的最高环境温度和允许温升。 除此之外，触头在运行时还存在触头磨损的情况。触头的磨损包括电磨损和机械磨损。电磨损是由于在通断过程中触头间的放电作用使触头材料发生物理性能和化学性能变化而引起的。电磨损的程度决定于放电时间内通过触头间隙的电荷量的多少及触头材料的性质等。电磨损是引起触头材料损耗的主要原因之一。机械磨损是指由于机械作用而使触头材料产生的磨损和消耗。机械磨损的程度取决于材料硬度、触头压力及触头的滑动方式等。为了使接触电阻尽可能地小，要注意三个方面的问题：一是要选用导电性好、耐磨性好的金属材料作触头，使触头本身的电阻尽量减小；二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，在有条件的情况下应定期清理触头表面。 2. 触头的接触形式 触头的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、线接触和面接触，如图1-11所示。触头的结构形式有指形触头和