第二章第二章 智能电器的一次设备智能电器的一次设备2.1 开关元件（常用低压电器）开关元件（常用低压电器）一、低压电器的分类一、低压电器的分类1 1、按用途分类、按用途分类 控制电器：控制电器：在电气控制系统中控制电路的接通、分断以及控制电在电气控制系统中控制电路的接通、分断以及控制电动机的各种运行状态。动机的各种运行状态。如接触器、继电器、按钮等。如接触器、继电器、按钮等。（配电电器：配电电器：用于配电系统中实现电能的输送与保护。用于配电系统中实现电能的输送与保护。如刀开关、如刀开关、转换开关、熔断器等转换开关、熔断器等）保护电器：保护电器：用来保护电源和线路或电动机，使他们不至于在短路状用来保护电源和线路或电动机，使他们不至于在短路状态和过载状态下运行。态和过载状态下运行。如熔断器、热继电器等。如熔断器、热继电器等。 2 2、按执行机理、按执行机理有触点电器有触点电器：具有动静触点，利用触点的接触和分离具有动静触点，利用触点的接触和分离 来实现电路的通断。来实现电路的通断。无触点电器：无触点电器：没有动、静触点，利用元器件的导通和没有动、静触点，利用元器件的导通和 截止来实现电路的通断。截止来实现电路的通断。3 3、按动作方式、按动作方式手动电器：手动电器：依靠外力直接操纵来进行通断电路。依靠外力直接操纵来进行通断电路。 如刀开关、转换开关、按钮等如刀开关、转换开关、按钮等自动电器：自动电器：依靠某种信号或物理量的变化而自动通断电路。依靠某种信号或物理量的变化而自动通断电路。 如接触器、各种继电器等如接触器、各种继电器等二、低压电器的组成 低压电器的组成：感受部分和执行部分 自动空气开关或热继电器之类还有中间传递部分，将感受自动空气开关或热继电器之类还有中间传递部分，将感受和执行两部分联系起来，使其协同一致，按一定规律动作。和执行两部分联系起来，使其协同一致，按一定规律动作。 （一）电磁机构 将电磁能将电磁能机械能机械能使触点闭合或断开使触点闭合或断开机构组成：机构组成： 吸引线圈、铁心（静铁心）、衔铁（动吸引线圈、铁心（静铁心）、衔铁（动铁心）铁心）三、三、电磁式低压电器的结构和工作原理电磁式低压电器的结构和工作原理1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。：多用于交流电磁系统。2 2）螺管式电磁铁：）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。3 3）拍合式电磁铁：）拍合式电磁铁：用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。 1、铁心直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁n通过恒定磁通通过恒定磁通n线圈产生热量线圈产生热量n铁心不产生热量铁心不产生热量 （无磁滞损耗与涡流损耗）（无磁滞损耗与涡流损耗）线圈无骨架且成细长形线圈无骨架且成细长形（增加其和铁心接触面积）（增加其和铁心接触面积） 有助于散热有助于散热交流励磁的电磁铁交流励磁的电磁铁n通过交变磁通通过交变磁通n线圈产生热量线圈产生热量n铁心产生热量铁心产生热量（有磁滞损耗与涡流损耗）（有磁滞损耗与涡流损耗）线圈有骨架且粗短形线圈有骨架且粗短形（与铁心分开）（与铁心分开） 以免铁心热量传给线圈以免铁心热量传给线圈（铁心为硅钢片叠成）（铁心为硅钢片叠成） 减少铁损耗减少铁损耗2、线圈 电压线圈电压线圈n跨接在电源上跨接在电源上n电流值由电路电压和电流值由电路电压和线圈阻抗决定线圈阻抗决定n线圈匝数多、导线细线圈匝数多、导线细 电流小、电压高电流小、电压高采用绝缘性能好的漆包采用绝缘性能好的漆包线线 电流线圈电流线圈n串接在主电路中串接在主电路中n电流值由电路负载决定电流值由电路负载决定n线圈匝数少、导线粗线圈匝数少、导线粗 电流大电流大 采用较粗的紫铜条和铜线采用较粗的紫铜条和铜线n3 3、电磁特性、电磁特性 n电磁吸力的近似计算公式： 式中：当（导线的截面积）为常数时，与成正比。n1) 1) 吸力特性吸力特性n吸力特性吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。n说明：说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。n直流电压线圈的吸力特性直流电压线圈的吸力特性n吸力F与气隙 n结论：结论：a a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大；n b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。成反比，所以特性为二次曲线形状： 交流电压线圈的吸力特性当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：数时：F F为常数为常数. . n结论：结论：a、交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随 的减少略有增加）。nB、交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小而减小。n综上：综上：a a、衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。、衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。n b b、直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。、直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。n c c、交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。、交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。n n说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。压线圈可能烧毁。n对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。流电磁机构，而不采用交流电磁机构。n2 2）反力特性）反力特性n反力特性反力特性：指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线n电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重衔铁的重量量。n电磁机构的反力特性如图所示： n4 4反力特性与吸力特性的配合反力特性与吸力特性的配合nF吸 略大于F反n电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命 n5 5短路环短路环n1 1）单相交流电磁机构存在的问题）单相交流电磁机构存在的问题n磁通是交变：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。n2 2）短路环的作用）短路环的作用n短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。n2 2、触点接触形式：、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。n点接触：小电流的触点n线接触：中等容量的触点n面接触：大容量的触点（二）触点系统（二）触点系统 1 1、触点（执行元件）作用：、触点（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。（a）点接触（b）线接触(c) 面接触n3 3、电接触（接触电阻）、电接触（接触电阻）n 电接触电接触：动、静触点完全接触并有工作电流通过。n 触点的接触过程：（a）最终拉开位置（b）刚接触位置（c）最终闭合位置（三）、电弧的产生和灭弧装置1.电弧的产生电弧的产生触点接通后存在接触电阻，有温升，分断电路时触点接通后存在接触电阻，有温升，分断电路时热电子发射热电子发射 造成电路延时断开造成电路延时断开 气体游离产生电弧气体游离产生电弧 烧损触点烧损触点强电场作用强电场作用 缩短电器使用寿命缩短电器使用寿命2.常用灭弧方法常用灭弧方法a、电动力灭弧、电动力灭弧b、磁吹灭弧、磁吹灭弧c、窄缝灭弧、窄缝灭弧d、栅片灭弧、栅片灭弧 为加强灭弧效果往往同时采取几种灭弧措为加强灭弧效果往往同时采取几种灭弧措施施n电动力灭弧电动力灭弧n触头断开时，两个断口处产生电弧触头断开时，两个断口处产生电弧n根据左手定则电弧受根据左手定则电弧受F作用向外运动作用向外运动 电弧被拉长电弧被拉长 迅速熄灭迅速熄灭 受冷却作用受冷却作用 机械性拉弧 窄缝灭弧装置 栅片灭弧示意图四、四、 常用低压电器常用低压电器接触器接触器n接触器接触器: : 频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。n特点：特点：频繁操作和远距离控制。n接触器按主触点通过的电流种类可分为：交流接触器、交流接触器、直流接触器直流接触器。接触器接触器l一电磁机构2主触点和灭弧装置3释放弹簧4一辅助触点5一底座（一）接触器结构（二）、接触器的符号及型号含义n接触器的型号及代表意义接触器的型号及代表意义n例如，例如，CJl2250CJl22503 3为为CJl2CJl2系列交流接触器，额定电流系列交流接触器，额定电流250A250A，三个主触点。，三个主触点。nCJl2T250CJl2T2503 3为为CJl2CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流系列改型后的交流接触器，额定电流250A250A，三个主触点。，三个主触点。n接触器的图形和文字符号接触器的图形和文字符号（三）、接触器的主要技术参数n额定电压额定电压 接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。n通常用的电压等级为：直流接触器：220V、440V、660V交流接触器：220V、380V、500Vn额定电流额定电流 接触器铭牌额定电流指主触点的额定电流。n常用的电流等级为： 直流接触器：25A、40A、60A、100A、l50A、250A、400A、600A。交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。n线圈的额定电压线圈的额定电压 接触器线圈正常工作的电压n常用的等级为： 直流线圈: 24V、48V、220V、440V。 交流线圈：36V、127V、220V、380V。n说明：n1）交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。n2）常用的额定电压是直流110v，220v；交流127v，220v，380v。n额定操作频率额定操作频率 额定操作频率是指每小时接通次数。n说明：交流接触器最高为600次h；直流接触器可高达1200次h。（四）接触器的选用n1、根据负载性质选择接触器类型。（交/直流接触器）； n2、根据类别确定接触器系列(参考电工标准)。n3、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。n 交流接触器的电压大于或等于线路电压。n4、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际条件加以修正。n1）接触器安装在箱柜内，电流要降低1020使用（冷却条件变差）；n2）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过40时，若敞开安装，电流允许提高1025，若箱拒安装，允许提高5%10。n5、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。n6、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之内。五五 、常用低压电器、常用低压电器继电器继电器 n（一）继电器: 根据外界输入信号(电量或非电量)的变化来接通或断开被控电路,以实现控制和保护作用的自动电器。 输入信号：电量（电流、电压） 非电量（转速、时间、温度） 输出：触点的动作或电量的变化。n（二）继电器分类：n1）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。n2）原理分：电磁式、感应式、热继电器等n3）参数分：电流、电压、速度、压力继电器n4 4）动作时间分：）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器n5 5）输出形式分：）输出形式分：有触点、无触点继电器（三）电磁式继电器（三）电磁式继电器 1. 1.中间继电器：它是控制电器，触头容量较小，可以看作是中间继电器：它是控制电器，触头容量较小，可以看作是小容量接触器小容量接触器 （1 1）组成：）组成：与接触器相同与接触器相同，无主、辅，无主、辅触点触点之分；触头之分；触头数量数量较多，容量多，容量较小小 (3) (3) 型号型号: : J Z J Z - - 继电器继电器 常闭触头数常闭触头数 中间中间 - - 设计序号设计序号- - - - 常开触头数常开触头数 （2 2）功能：）功能： a.a.当电压或电流继电器触头容量不够时，可借助中间继电器来控当电压或电流继电器触头容量不够时，可借助中间继电器来控 制。制。 b. b.当其他继电器或接触器触头数量不够时当其他继电器或接触器触头数量不够时, ,可利用中间继电器来可利用中间继电器来 切换多条电路。切换多条电路。 c. c.对于电动机额定电流不超过对于电动机额定电流不超过 5A 5A 的电气控制系统，可以由中间的电气控制系统，可以由中间 继电器代替接触器来实现控制。继电器代替接触器来实现控制。2 2、电流继电器：、电流继电器： 反映电流变化的控制电器反映电流变化的控制电器 。 电流继电器的线圈匝数少、导线粗、阻抗小，使用时线圈被控电路电流继电器的线圈匝数少、导线粗、阻抗小，使用时线圈被控电路串联串联。根据用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。根据用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。 工作过程：工作过程： 欠电流继电器欠电流继电器过电流继电器过电流继电器释放电流释放电流:(:(1010%-%-2020%)%)I IN吸合电流吸合电流:(:(110110%-%-400400%)%)I IN3 3、电压继电器：、电压继电器： 反映电压变化的控制电器反映电压变化的控制电器 。 电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大，使用时线圈被控电路电压继电器的线圈匝数多、导线细、阻抗大，使用时线圈被控电路并联并联。根据用途可分为过电压继电器和欠电压继电器。根据用途可分为过电压继电器和欠电压继电器。 工作过程：工作过程： 欠电压继电器欠电压继电器过电压继电器过电压继电器释放电压释放电压:(:(4040%-%-7070%)%)U UN吸合电压吸合电压:(:(110110%-%-115115%)%)U UN （四）、时间继电器：（四）、时间继电器： 按时间原则动作的继电器，按工作方式分为通电延按时间原则动作的继电器，按工作方式分为通电延时时间继电器时时间继电器 和断电延时时间继电器，一般都具有瞬和断电延时时间继电器，一般都具有瞬时触点和延时触点这两种触点。时触点和延时触点这两种触点。 图示为图示为DS33DS33时间继电器时间继电器 图示为图示为JSM8JSM8时间继电器时间继电器下面以气囊式时间继电器为例讲解工作过程下面以气囊式时间继电器为例讲解工作过程通电延时时间继电器通电延时时间继电器断电延时时间继电器断电延时时间继电器延时触点延时触点 通电延时动作，断电迅速复位通电延时动作，断电迅速复位瞬时触点瞬时触点 通电迅速动作，断电迅速复位通电迅速动作，断电迅速复位1 1、工作过程、工作过程延时触点延时触点 通电迅速动作，断电延时复位通电迅速动作，断电延时复位瞬时触点瞬时触点通电迅速动作，断电迅速复位通电迅速动作，断电迅速复位2.2.功能：功能： （1 1）用于需要按时间顺序进行控制的电气控制系统中；）用于需要按时间顺序进行控制的电气控制系统中； （2 2）接受控制信号后，触头能按要求延时动作；）接受控制信号后，触头能按要求延时动作；3.3.型号型号: : J S 7 - J S 7 - A A 结构设计稍有改动结构设计稍有改动 基本规格代号基本规格代号 设计序号设计序号 时间时间 继电器继电器（五）热继电器：（五）热继电器： 热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。其外形如图所示其外形如图所示: :1.1.组成：组成：双金属片、热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置等部分组双金属片、热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置等部分组成。下图为实现两相过载保护的热继电器的结构示意图成。下图为实现两相过载保护的热继电器的结构示意图 。2.2.工作过程：工作过程：热元件热元件串接在主电路中，常闭触点串接在主电路中，常闭触点串接在控制电路中。串接在控制电路中。当电动机过载时：当电动机过载时：主电路电流主电路电流II热元件发热热元件发热双金属片弯曲双金属片弯曲推动动作机构推动动作机构常闭触点断开常闭触点断开切断控制电路切断控制电路切断主电路失电。切断主电路失电。故障排除后，按下复位按钮，使热继电器触点复位。故障排除后，按下复位按钮，使热继电器触点复位。 热继电器不能替代熔断器，反之亦然热继电器不能替代熔断器，反之亦然（从两个方面：动作电流、动作时间）（从两个方面：动作电流、动作时间）3.3.功能功能: : （1）电动机过载保护）电动机过载保护 （2 2）其他电气设备的发热状态控制。）其他电气设备的发热状态控制。 4.4.型号型号: : J R J R - - / / D D 继电器继电器- - 带断相保护带断相保护 热热- - -极数极数 设计序号设计序号- - -额定电流额定电流（六）速度继电器：（六）速度继电器：速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。速度继电器是用来反映转速与转向变化的继电器。 nJYlJYl型速度继电器结构原理：型速度继电器结构原理： 右图 速度继电器结构原理图 l转子 2一电动机轴 3一定子 4一绕组 5一定子柄 6一静触点 7一动触点 8一簧片工作过程：工作过程： 速度继电器的转轴和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器速度继电器的转轴和电动机的轴通过联轴器相连，当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，定子内的绕组便切割磁力线，产生感应电流，此电流与转子磁场作用的转子随之转动，定子内的绕组便切割磁力线，产生感应电流，此电流与转子磁场作用产生转矩，使定子随转子方向开始转动。产生转矩，使定子随转子方向开始转动。电动机转速达到某一值时，产生的转矩能使定子转到一定角度使摆杆推动常闭触点电动机转速达到某一值时，产生的转矩能使定子转到一定角度使摆杆推动常闭触点动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧动作；当电动机转速低于某一值或停转时，定子产生的转矩会减小或消失，触点在弹簧的作用下复位。的作用下复位。功能：功能：(1) (1) 通过观察速度继电器触点的动作与否，来判断电动机的通过观察速度继电器触点的动作与否，来判断电动机的 转向与转速。转向与转速。(2) (2) 经常被用在电动机的反接制动回路中。经常被用在电动机的反接制动回路中。通常当速度继电器转轴的转速达到通常当速度继电器转轴的转速达到120r/min120r/min时，时，触头即动作触头即动作；当转速当转速低于低于100r/min100r/min时时, ,触头即复位触头即复位。继电器的使用注意事项：继电器的使用注意事项： (1) (1) 核对铭牌数据是否符合要求核对铭牌数据是否符合要求 (2) (2) 活动部分是否灵活可靠活动部分是否灵活可靠 (3) (3) 清除部件表面污垢清除部件表面污垢 (4) (4) 安装是否牢固、到位安装是否牢固、到位 (5) (5) 使用中应定期检查使用中应定期检查六六 、常用低压电器、常用低压电器熔熔 断断 器器 n 熔断器作用熔断器作用：在电路中主要起短路保护，由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。 1 1）电流保护形式）电流保护形式：过载延时保护、短路瞬时保护。 过载一般是指l0倍额定电流以下的过电流。 短路则是指超过l0倍额定电流以上的过电流。 2 2）熔体：）熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在被保护的电路中。 熔体是有低熔点的金属材料（铅、锡、铜、银及其合金）丝状、带壮、片壮。 3 3）熔管：）熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。 七、常用低压电器七、常用低压电器主令电器主令电器 1、按钮、按钮 主令电器是一种用来发出指令的控制电器。主令电器是一种用来发出指令的控制电器。 2、行程开关、行程开关 它的作用与按钮相同，利用生产机械某一运动部件（即机它的作用与按钮相同，利用生产机械某一运动部件（即机械挡铁）的碰撞使其触头动作来通、断控制电路，而不是靠械挡铁）的碰撞使其触头动作来通、断控制电路，而不是靠手来操作。手来操作。 3、万能转换开关、万能转换开关 万能转换开关是一种可以控制多个回路的主令电器。可作万能转换开关是一种可以控制多个回路的主令电器。可作为电压表、电流表的换相开关，也可作为小容量电动机的控为电压表、电流表的换相开关，也可作为小容量电动机的控制开关。制开关。 八、常用低压电器八、常用低压电器刀开刀开关（低压隔离器）关（低压隔离器） 多用在一般的照明电路和功率在及以下电动机的控制电路中。多用在一般的照明电路和功率在及以下电动机的控制电路中。HK系列由刀开关和保险丝组合而成。系列由刀开关和保险丝组合而成。 九、常用低压电器九、常用低压电器组合开关组合开关 主要用在交流主要用在交流50Hz380V以下、直流以下、直流220V及以下作电源及以下作电源开关，也可以作为开关，也可以作为5KW以下小容量电动机的直接起动控制，以下小容量电动机的直接起动控制，以及电动机控制线路及机床照明控制电路中。以及电动机控制线路及机床照明控制电路中。 ZM30ZZM30Z系列智能型塑壳断路器系列智能型塑壳断路器 空气断路器又称为自动空气开关，是一具有保护功能的电器，空气断路器又称为自动空气开关，是一具有保护功能的电器，能自动切断短路、过载等故障，在正常情况下，用来不频繁地能自动切断短路、过载等故障，在正常情况下，用来不频繁地通、断电路。通、断电路。 十、常用低压电器十、常用低压电器空气断路器空气断路器 1.7 应用举例应用举例1、正反转控制、正反转控制 三相异步电动机的反转只需将任意两相电源调换就能实现。三相异步电动机的反转只需将任意两相电源调换就能实现。 2、点动控制、点动控制 3、长动控制、长动控制 4、时间继电器控制的降压起动控制线路、时间继电器控制的降压起动控制线路 供电电路由直流电源、操作机构操作主电路及控制器组成。供电电路由直流电源、操作机构操作主电路及控制器组成。 十一、一次元件的智能化控制十一、一次元件的智能化控制1、永磁操作机构的智能控制、永磁操作机构的智能控制 控制目标：控制目标： 1、通过对接通过程中操作线圈电压的动态控制，实现对接通、通过对接通过程中操作线圈电压的动态控制，实现对接通过程电磁力的动态调节，以控制铁芯撞击能量，减小接点接通过程电磁力的动态调节，以控制铁芯撞击能量，减小接点接通时弹跳，并提高其机械寿命。时弹跳，并提高其机械寿命。 2、在接点接通后，减小操作线圈的供电电压，降低线圈的损、在接点接通后，减小操作线圈的供电电压，降低线圈的损耗，节省电能，减小铁芯的交流噪声。耗，节省电能，减小铁芯的交流噪声。 3、减小主节点在接通、分断操作过程中的电弧能量，提高接、减小主节点在接通、分断操作过程中的电弧能量，提高接点的电器寿命。点的电器寿命。 2、接触器的智能控制、接触器的智能控制一、成套开关设备的定义一、成套开关设备的定义 是一种将一次开关元件按一定主接线形式连在是一种将一次开关元件按一定主接线形式连在一起，并与控制、测量、保护和调整等二次装置以一起，并与控制、测量、保护和调整等二次装置以及电气连接、辅件、外壳等组装为一体构成的电器及电气连接、辅件、外壳等组装为一体构成的电器设备。设备。2.2 成套开关设备及智能化成套开关设备及智能化二、常用成套开关设备及其智能控制二、常用成套开关设备及其智能控制 1 1、金属封闭开关柜（高压成套开关设备）、金属封闭开关柜（高压成套开关设备） 2 2、预装式（箱式）变电站、预装式（箱式）变电站 3 3、气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘金属封闭开关设备 4 4、熔断器、熔断器- -接触器组合开关柜（接触器组合开关柜（F-CF-C回路开关回路开关 柜）柜） 5 5、低压成套开关设备及智能化、低压成套开关设备及智能化作业：整理所学电器的图形符号与文字符号作业：整理所学电器的图形符号与文字符号