机床电器与可编程序控制器课件作者姚永刚第1章节机床常用低压电器.ppt

第一章 机床常用低压电器 第一节 低压电器的基本知识 一、低压电器的分类 低压电器通常指工作在交流1200V以下，直流1500V以下电路中的电器。低压电器种类繁多，构造各异，用途广泛。分类方法很多，通常有如下分类： （一）按动作方式分 1．自动电器　依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作。如接触器、继电器等。 2．手动电器　主要是用外力(如人力)直接操作来进行切换的电器。如刀开关、转换开关、按钮等。 （二）按用途分 1．控制电器　用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、各种控制继电器、电动机启动器等。 2．主令电器　用于自动控制系统中发出控制指令的电器。如控制按钮、主令开关、行程开关、万能转换开关等。 3．配电电器　用于电能的输送和分配的电器。如隔离开关、刀开关、断路器等。 4．执行电器　用于完成某种动作或传动功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。 5．保护电器　用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器、热继电器等。 二、低压电器的基本结构 低压电器中大部分为电磁式电器，各类电磁式电器的工作原理基本相同，由电磁机构（检测部分）和触头系统（执行部分）两部分组成。 （一）电磁机构 电磁机构的作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，实现对电路的通、断控制。 1．电磁机构的结构及工作原理　电磁机构由铁心、衔铁和线圈等部分组成，其结构按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。其作用原理是：当线圈中有电流通过时，产生电磁吸力，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使衔铁与铁心闭合，衔铁带动连接机构运动，从而带动相应触头动作，完成通、断电路的控制作用。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。 电磁式电器分为直流与交流两大类。直流电磁铁铁心由整块铸铁铸成，而交流电磁铁的铁心则用硅钢片叠成，以减小铁损(磁滞损耗及涡流损耗)。 吸引线圈的作用是将电能转化为磁场能。按通入线圈电流性质的不同，分为直流线圈和交流线圈两种。 实际应用中，由于 直流电磁铁仅有线圈发热，所以线圈匝数多、导线细，制成细长型，且不设线圈骨架，线圈与铁心直接接触，利于线圈的散热。而交流电磁铁由于铁芯和线圈均发热，所以线圈匝数少、导线粗，制成短粗型，吸引线圈设有骨架，且铁心与线圈隔离，利于铁心和线圈的散热。 2．电磁机构的吸力特性和反力特性 电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。因此作用在衔铁的力有两个：电磁吸力和反力。 电磁吸力由电磁机构产生，反力由弹簧和触头产生。铁心吸合时要求电磁吸力大于反力，即衔铁位移的方向与电磁吸力方向相同，衔铁复位时情况刚好相反。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表示。 （1）吸力特性是指电磁机构的电磁吸力与气隙的关系曲线。 电磁铁的吸力公式为 F= 1）交流电磁机构吸力特性分析。假设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的感抗，若线圈电阻忽略不计，则 U≈E＝4.44 由于气隙磁通Φ不变，则流过线圈的电流 I 随气隙磁阻(也即随气隙δ)的变化成正比变化，其电磁机构吸力特性如图1-3所示。 图1-4　直流电磁机构的吸力特性 （2）反力特性是指电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。如图1-5所示，曲线3为反力特性曲线。 图中δ1为起始位置，δ2为动、静触头相接触时的位置。在δ1～δ2区域内，反作用力随气隙减小略有增大，到达δ2时，动、静触头将接触，此时触头上初压力作用到衔铁上，反作用力骤增，曲线发生突变。在δ2～0区域内，气隙越小，触头压得越紧，反作用力也越大，其曲线比δ1～δ2段陡。 （3）为使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合良好。 如图1-5所示，在整个吸合过程中，吸力都应大于反作用力，即吸力特性曲线高于反力特性曲线，但也不能过大或过小。吸力过大，接触时冲击力大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头熔焊或烧毁，影响电器机械寿命；吸力过小，会使衔铁运动速度降低，难以满足高频操作的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当，才有助于电器性能的改善。在实际应用中，可通过调整反力弹簧或触头初压力来改变反力特性，使之与吸力特性有良好的配合。 3．交流电磁系统的短路环　 对于单相交流电磁机构，由于通过其铁心的磁通是时刻随电流变化的，当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下有被拉开趋势，过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样随交流电源电压的变化，使衔铁产生强烈的振动和噪声，甚至使铁心松散。因此通常在交流电磁机构铁芯和衔铁的端面上开一个槽，在槽内安置一个铜制的短路环(也叫分磁环)，短路环包围铁心和衔铁端面约2/3的面积，