《电气与可编程控制技术》第章.ppt

低压电器是机电设备电气控制系统中的基本组成元件，控制系统的优劣与所用的低压电器直接相关。电气技术人员只有掌握低压电器的基本知识和常用低压电器的结构及工作原理，才能正确选用、检测和调整常用低压电器元件。 2. 低压控制电器 低压控制电器主要用于电力传动控制系统。这类低压电器有接触器、继电器、控制器及主令电器等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，操作频率要高，电气和机械寿命要长。 低压电器按使用场合可分为一般工业用电器、特殊工矿用电器、安全电器、船用电器以及牵引电器等；按操作方式分为自动电器和手动电器；按工作原理分为电磁式电器、非电量控制电器等。 1.2.1 电磁机构的基本结构 电磁机构的主要作用是通过电磁感应原理将电能转化成机械能。当给电磁机构输入一定的电信号（电压或电流）时，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心，带动触头动作，完成接通或分断电路的功能。 电磁机构由线圈、铁心（亦称静铁心）和衔铁（亦称动铁心）三部分组成。电磁铁的结构形式大致有如下几种：（如图1-1与1-2所示），根据衔铁相对于铁心的运动方式，电磁机构有直动式和拍合式。 1. 电磁机构的基本结构 2．电磁机构的线圈 线圈是电磁机构的重要组成部分。线圈按连线方式可分为串联和并联两种，前者称为电流线圈，串接在主电路中。后者称为电压线圈，并联在电路中。如图所示。 a)串联方式 b)并联方式图1-3 电磁机构线圈接入电路方式 3．电磁机构工作原理 电磁机构实质上是一种将电能转换为机械能的转换装置。电磁吸力是电磁式电器的一个重要参数。电磁吸力的近似计算公式为： 电磁机构的工作情况常用吸力特性和反力特性来表征。电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力特性。电磁吸力随线圈励磁电流种类、线圈连接方式的不同而有所差异。电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力以及衔铁的重量有关。 当气隙变化时，I与 成线性关系。如图为  与 的关系曲线。 对于具有电压线圈的交流电磁机构，其吸力特性与直流电磁机构有所不同。设外加电压不变，交流吸引线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻可以忽略，则: 图1-4 交流电磁机构的吸力特性 4．反力特性与吸力特性 为了保证吸合过程中衔铁能正常闭合，吸力在各个位置上必须大于反力，但也不能过大，否则会影响电器的机械寿命。反映在图上就是要保证吸力特性高于反力特性。 电磁机构返回系数是指电磁机构返回电压（电流）与动作电压（电流）的比值。其反映了电磁机构吸力特性与反力特性的紧密配合程度。即当电压或电流达到一定值时，电磁铁动作，动作后当电压或电流减小到某一值时，电磁铁释放而返回。 图1-5 电磁吸力特性与反力特性的配合1-—直流吸力特性 2—交流吸力特性 3—反力特性 5．短路环的作用 在单相交流电磁机构中，由于磁通是交变的，磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反作用弹簧的作用下将被拉开；磁通过零后吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。由于交流电源频率的变化，衔铁的吸力随之每个周期两次过零，从而使衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散，寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。因此在交流电磁铁的铁心端面上嵌装一个铜制的分磁环，也称其为短路环（如图1-6）。从而消除了振动和噪音。 图1-6 交流电磁机构短路环 1.2.2 电磁式低压电器的触头系统 触头机构的形式很多，按其接触形式可分为三种，即点接触、线接触和面接触，如图1-8所示。 触头的结构形式主要有桥式触头和指形触头，如图1-9所示。 1.2.2 电弧的产生和灭弧装置 电弧是在触头由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的。当触头在分断电路时，如果电路中的电压超过10~20V和电流80~100mA超过，在拉开的两个触头之间将出现强烈的火花，这实际上是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。 根据电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧的温度和电场强度。常用的灭弧装置有： 1. 磁吹灭弧装置 磁吹式灭弧装置的原理如图1-10所示。在触头电路中串一个磁吹线圈，它产生的磁场通过导磁铁片引向触头周围。在弧柱下吹弧线圈产生的磁通与电弧产生的磁通是相加的，而在弧柱上面则彼此抵消，因此就产生一向上运动的力将电弧拉长并吹入灭弧罩中，引弧角和静触头相连接，其作用是引导电弧向上运动，将热量传递给罩壁，促使电弧熄灭。 图1-10 磁吹灭弧装置 1—磁吹线圈磁场 2—电弧电流磁场 3—动触头 4—灭弧罩5—引弧角 6—导磁夹板 7—铁心 8—磁吹线圈 2. 灭弧栅 灭弧栅是一种常用的交流灭弧装置，其示意图如图1-11所示。灭弧栅由许