电磁式低压电器的结构和工作原理.docx
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电磁式低压电器的结构和工作原理
第一章常用低压电器
电器:
电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。
根据外界的信号和要求,自动或手动接通或断开电路,断续或连续地改变电路参数,以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备.
定义:
一种能控制电能的器件。
第一节电磁式低压电器的结构和工作原理
●低压电器:
用于交流1200V、直流1500V以下电路的器件
●高压电器:
用于交流1200V、直流1500V以上电路的电器。
电力传动系统的组成:
1)主电路:
由电动机、(接通、分断、控制电动机)接触器主触点等电器元件所组成.特点:
电流大
2)控制电路:
由接触器线圈、继电器等电器元件组成.
特点:
电流小
●任务:
按给定的指令,依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。
一、低压电器的分类
1、按使用的系统
1)低压配电电器
用于低压供电系统.电路出现故障(过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等)起保护作用,断开故障电路.(动动稳定性、热稳定性)
例如:
低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。
2)低压控制电器
用于电力传动控制系统.能分断过载电流,但不能分断短路电流。
(通断能力、操作频率、电气和机械寿命等)
例如:
接触器、继电器、控制器及主令电器等.
2、按操作方式
1)手动电器:
刀开关、按钮、转换开关
2)自动电器:
低压断路器、接触器、继电器
3、按工作原理
1)电磁式电器:
电磁机构控制电器动作
2)非电量控制电器:
非电磁式控制电器动作
◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。
感测部分(电磁机构):
接受外界输入的信号,使执行部分动作,实现控制的目的。
执行部分:
触点系统。
二、电磁机构
电磁机构:
通过电磁感应原理将电能转化成机械能.
电磁机构输入的电信号:
电压、电流
1、电磁机构的结构形式
电磁机构组成:
线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动铁心),
1)E形电磁铁:
多用于交流电磁系统.
2)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)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。
2、电磁机构的线圈
线圈分类:
电流线圈
电压线圈
1)电流线圈:
串接在主电路,
特点:
扁铜条带或粗铜线绕制,匝数少,内阻小。
讨论:
a衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。
b衔铁动作不改变线圈电流。
2)电压线圈:
并联在电路
特点:
细铜线绕制,匝数多,阻抗大,电流小,常用绝缘较好的电线绕制。
讨论:
衔铁动作与否取决于线圈的电压大小.
从结构上看,线圈大抵可分为有骨架和无骨架两种.
▲交流电磁铁的线圈:
有骨架式,线圈形状做成矮胖型(考虑到铁心中有磁滞损耗和涡流损耗,为便于散热之故)。
▲直流电磁机构的线圈:
无骨架式,线圈形状做成瘦高型
3、电磁特性
电磁吸力的近似计算公式:
(1-1)
式中:
。
当S为常数时,F与B2成正比。
1)吸力特性:
电磁吸力与气隙的关系曲线。
说明:
吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。
▲直流电压线圈的吸力特性
电流为常数(与磁路的气隙大小无关,取决于线圈的电阻),根据磁路定律
(1-2)
∝
则有
吸力F与气隙成反比,所以特性为二次曲线形状:
结论:
a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大;
b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。
▲交流电压线圈的吸力特性
交流电压线圈的阻抗主要决定与线圈的电抗,电阻可以忽略:
当频率、匝数和电压都为常数时,磁通为常数时:
为常数,
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)。
b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。
综上:
a衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。
b直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。
C交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。
eg:
U型:
6~7倍
E型:
10~15倍
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.
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.
2)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
电磁机构的反力:
作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。
电磁机构的反力特性如图所示:
4、反力特性与吸力特性的配合
F吸略大于F反
电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中,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
5、短路环
1)单相交流电磁机构存在的问题
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。
2)短路环的作用
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。
短路环的示意图:
三、触点系统
1、触点(执行元件)作用:
分断和接通电路的作用。
2、触点接触形式:
点接触、线接触和面接触。
点接触:
小电流的触点
线接触:
中等容量的触点
面接触:
大容量的触点
3、电接触(接触电阻)
电接触:
动、静触点完全接触并有工作电流通过。
触点的接触过程:
(c)最终闭合位置
四、电弧的产生和灭弧装置
1、电弧的产生及危害
1)电弧的产生
触点由闭合到断开时,当电压超过10~20V和电流超过80~100mA,在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花,实质是气体放点的现象,通常称之为“电弧”.
撞击电离热电子发射热电离形成电弧
2)电弧的危害
a烧灼触点,降低电器的寿命和电器工作的可靠性.
b使触点的分断时间延长,严重的会产生事故。
2、灭弧装置
灭弧措施:
降低电弧温度和电场强度。
常用的灭弧方法有:
拉长电弧、冷却电弧和电弧分段
常用的灭弧装置:
1)磁吹式灭弧装置(广泛应用于直流接触器中)
磁吹灭弧装置:
利用电弧电流本身灭弧,电弧电流愈大,吹弧能力也越强.
2)灭弧栅(常用作交流灭弧装置)
3)灭弧罩(用于交流和直流灭弧。
)
采用一个用陶土和石棉水泥做的雨高温的灭弧罩,用以降温和隔弧。
4)多断点灭弧
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