电器学基础学习.pptx
第2章 电器学基础掌握了解电力工程中的常用开关电器、变换电器及限制电器的外型、原理、性能，并能够正确选择使用。 学习目标：第1页/共66页教学内容： 1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 主令电器 第2页/共66页1.1 概述 发电机产生电流，把机械能转换成电能，电动机接收电能，把电能转换成机械能或其他形式的能量。然而，从电能的产生、输送到应用，并不是一个简单的过程。 1、发电机的端电压随负载而变化，必须有稳定电压的设备，才能符合用户的要求。又如：高压输电系统中出现短路时，数以万安计的电流可以将电气设备烧坏，所以必须有自动切断故障的自动装置。 2、电动机在起动时会产生较大的起动电流，影响电力系统的稳定，也要设法弥补这一缺点。 3、在电力拖动与自动控制系统中，需要电动机有很好的调速性能，对起动、制动、反向和调速等能简便而迅速地控制，并且要求对生产过程能进行检测和自动控制。 总之，从发电机到负载之间还必须有许多其他电气设备的配合，才能顺利实现电能的生产和应用。第3页/共66页 而凡是对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护等作用的工具之总称,如开关、熔断器、变压器等都属于电器。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛 。 能够按照外界指定信号手动或自动地接通和断开电路，实现对电路控制的电器称为控制电器。如熔断器、开关、电磁式控制电磁铁都属于控制电器。第4页/共66页按工作电压等级分（1）高压电器：交流1200V、直流1500V及以上。 （2）低压电器：交流1200V、直流1500V以下。 按动作原理分（1）手动电器：手工操作发出动作指令，刀开关、按钮等。（2）自动电器：用电磁吸力完成动作，接触器、继电器等。按用途分 （1）控制电器：用于控制电路和控制系统，接触器、继电器等。（2）配电电器：用于电能的输送和分配，高压断路器。（3）主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令。按钮、转换开关等。（4）保护电器：用于保护电路及用电设备，熔断器、热继电器等。 （5）执行电器：用于完成某种动作或传送功能，电磁铁、电磁离合器等。 电器的分类 第5页/共66页按职能分（1）开关电器（刀开关、隔离开关、高低压断路器等）（2）保护电器（熔断器、避雷器、保护电器等）、控制电器（接触器、 控制继电器、电磁铁等）（3）调压器（起动器、变阻器、电压调整器）按元件与系统关系分 （1）配电电器（高低压断路器、隔离开关、刀开关、熔断器等）（2）控制电器（接触器、继电器、起动器等）（3）弱电电器（微型继电器、逻辑元件等）手动电器：手工操作发出动作指令，刀开关、按钮等。按结构工艺分 （1）自动电磁元件（各种继电器、传感器、逻辑元件等）（2）成套电器（高低压开关柜等）。第6页/共66页我国电器工业的发展概况 在电磁学及自动学方面，有悠久的发展历史。 远在公元前340年，已经利用天然磁石作为指南针。公元1500年左右，就能利用继电器性质的触发元件制成自动爆炸的地雷。 解放以前，我国电机与电器工业十分薄弱。1949年以前所造电机容量不超过20kW，变压器容量未超过2000kV -A，更没有独立的电器工业。仅在电机厂中仿制一些小型低压电器，如刀开关及熔断器等， 1949年以来，我国电机与电器工业迅速发展。 1975年刘家峡黄河水电站建立，厂区内有我国自制的300MW双水内冷发电机组。 1986年葛洲坝电厂安装了我国制造三相360MV-A, 500kV自藕有载调压联络变压器和300MV - A、500kV三相双绕组升压变压器。 各种高压电器及组合柜的问世.第7页/共66页电器学主要内容 电器的发热与电动力理论 电接触和电弧理论 电磁机构理论 高低压电器的介绍第8页/共66页、低压电器 用于交流额定电压1200V以下和直流额定电压1500V以下电路中是起 通断、保护、控制或调节作用的电器。低压配电电器：主要用于低压配电电路，对线路和设备进行保护，以及 通断、转换电源或负载。 包括：低压熔断器、刀开关、刀熔开关和转换开关以及低压断路器低压控制电器：主要用于低压电力拖动系统中，对电动机的运行进行控 制、调节与保护的电器。 包括：接触器、控制继电器、主令电器、凸轮控制器及频敏变阻器 第9页/共66页1.2 接触器 接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大且面广的一种低压控制电器。用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。 主要控制对象是电动机，能实现远距离控制。 具有欠压、零压保护作用。第10页/共66页结构和工作原理 接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构简图如图1-1所示。第11页/共66页结构和工作原理电磁系统：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.触点系统：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。动铁心（衔铁）静铁心电磁线圈按所控制电路 主触点 辅助触点按原始状态 常开触点 常闭触点电动力灭弧磁吹式灭弧灭弧栅灭弧罩图1-1 电磁接触器结构示意图 1-主触点 2-常闭辅助触点 3-常开辅助触点 4-动铁心 5-线圈 6-静铁心 7-灭弧罩 8-弹簧 第12页/共66页结构和工作原理 a)衔铁绕棱角转动拍合式 b)衔铁绕轴转动拍合式 c)衔铁直线运动螺管式 图1-2 接触器电磁系统结构1、电磁系统：按铁心形状分为U型（a图）和E型（图b、c）。第13页/共66页结构和工作原理 作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力与反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力则由释放弹簧和触点弹簧所产生。电磁系统的工作情况常用吸力特性和反力特性来表示。 为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好， 如图1-3所示。 图1-3 吸力特性与反力特性的配合1-直流电磁铁吸力特性 2-交流电磁铁吸力特性 3-反力特性 第14页/共66页结构和工作原理2. 触头系统 触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。 触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。 图1-4 触头结构形式图a）桥形触头 b）指形触头 第15页/共66页触头系统第16页/共66页结构和工作原理3、灭弧装置 电弧：当触头断开瞬间，触头间距离极小，电场强度极大，触头间产生大量的带电粒子，形成炽热的电力流，产生弧光放电现象，称为电弧。 第17页/共66页灭弧装置 电弧的产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。 分类：根据电流性质不同，分为直流电弧和交流电弧。 原因：延误电路断开；烧损触点，缩短电器寿命。 灭弧 原理：抑制游离因素，增强去游离因素。 方法：迅速增加电弧长度；加速冷却电弧和将电弧分段。 根据以上灭弧方法，主要的灭弧装置有电动力灭弧、磁吹式灭弧装置、灭弧栅以及灭弧罩等。 第18页/共66页 电动力灭弧灭弧方法及原理当触点断开时，断口处产生的电弧，在电动力F 的作用下，被向外拉长，加快冷却并被熄灭。广泛用于交流接触器中。第19页/共66页灭弧方法及原理在触点电路中串入一个磁吹线圈，负载电流产生的磁场方向如图中“”所示。当触点断开产生电弧后，电弧电流产生的磁场方向如图中“ ” 所示。电弧电流两侧磁力线密度不同，内测强、外侧弱，从而产生磁吹力F。在磁吹力作用下电弧被拉长并吹入灭弧罩中，使得电弧迅速冷却熄灭。 广泛用于直流接触器中。 磁吹式灭弧第20页/共66页灭弧方法及原理 灭弧栅电弧在电动力作用下被推入一组金属栅片中，电弧被栅片割成数段，栅片彼此绝缘，每片相当于电极。对于交流电弧，电压过零时自然熄灭。电弧若要重燃，两栅片间须有150-250V的电弧压降。这样一是电压不足维持电弧，二是栅片散热，电弧熄灭后很难重燃。 常用于交流接触器中。第21页/共66页第22页/共66页结构和工作原理 4、接触器根据电磁原理工作： 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。 当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。第23页/共66页结构和工作原理图1-9 接触器的图形、文字符号a）线圈 b）主触头 c）常开辅助触头 d）常闭辅助触头第24页/共66页交、直流接触器的特点 1. 交流接触器 交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。 铁心交变，磁通过零时，电磁吸力为零，有振动和噪声。 通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。交变磁通穿过短路环时，在其中产生涡流，涡流产生磁通2在相位上落后环外磁通1，这两个磁通之间产生相位差，使它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。 2s第25页/共66页交、直流接触器的特点图1-10 交流接触器铁心的短路环a）结构图 b）电磁吸力图第26页/共66页交、直流接触器的特点2. 直流接触器 直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。 对于250A以上的直流接触器往往采用串联双绕组线圈，如图1-11所示。 图1-11 直流接触器双绕组线圈接线图 在电路刚接通瞬间，保持线圈2被常闭触头短接，可使起动线圈1获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。 第27页/共66页接触器的主要技术参数与选用1. 接触器的型号及代表意义第28页/共66页接触器的主要技术参数与选用 2. 接触器选用原则 1. 额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压，应等于负载的额定电压。 2. 额定电流 接触器的额定电流是指主触头的额定电流，应等于或稍大于负载的额定电流。 3. 电磁线圈的额定电压 电磁线圈的额定电压等于控制回路的电源电压。 4. 触头数目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求。 5. 额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次数。 第29页/共66页第30页/共66页1.3 控制继电器 功能：继电器是一种自动电器，它的功能是当输入的激励量达到规定要求时，在电气输出电路中，被控参量发生预定阶跃变化的电器。其中用于电力拖动系统以实现控制过程自动化和实行保护的继电器称为控制继电器。继电器的执行机构(触头等)均用于控制电路，其额定电流较小。第31页/共66页 分类：1.电压继电器：在控制电路电压达到规定值时动作，以接通或分断被控电路。2.电流继电器：在控制电路电流达到规定值时动作，以接通或分断被控电路。3.中间继电器：本质上仍属电压继电器，但加在某一电器与被控电路之间，以扩大前一电器所控制的电路数量及容量。4.时间继电器：在得到输入的动作信号后，到触头动作(或输出电路的参数发生阶跃变化)，需经过一定的时间(一般大于0.2s)，以实现控制系统的时序控制。5.热继电器：它的输入量是电流通过加热元件产生的热量，当热量达到一定值时动作，以接通或分断被控电路。6.温度继电器：它的输入量是温度，当温度达到规定值时动作，以接通或分断被控电路。7.速度继电器：它的输入量是机械的速度，当速度达到规定值时动作，以接通或分断被控电路。第32页/共66页直流电磁式继电器JT3系列 适用范围 JT3系列直流电磁继电器用于电力拖动线路中作为时间(仅在产品断电时延时) 电压、欠电流及中间继电器之用。第33页/共66页电磁式继电器 1. 电磁式继电器的结构与工作原理u 常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。电磁式继电器原理图1铁心 2旋转棱角 3释放弹簧 4调节螺母 5衔铁 6动触头 7静触头 8非磁性垫片 9线圈 电磁式继电器图形、文字符号 第34页/共66页电流继电器JL5系列 用于磁力控制器或保护开关板上，反应电流信号。继电器线圈与负载串联。 作为交流电动机过载和短路保护之用。不适于在下列条件下工作：有腐蚀性气体及充满导电尘埃或水蒸气的地方。有剧烈震动或强力颠簸及与垂直倾斜度超过5的地方。第35页/共66页电流继电器JL5系列第36页/共66页小型继电器HH系列 小型通用继电器适用于电气电子控制设备，家用电器、办公、自动化、试验、测试、保安（密）、通信设备、机床、建筑设备、仪器仪表、可作为遥控、中间转换或放大元件，端子间距和外形尺寸已标准化、系列化、国内、外通用。 HH5系列小型通用继电器，适用于电子设备、通讯设备、电子计算机控制设备中，作切换电路及扩大控制范围之用。第37页/共66页中间继电器JZ7系列 适用于交流50Hz、或60Hz、额定电压至380V或直流额定电压至220V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号扩大或将信号同时传送给有关控制元件。第38页/共66页中间继电器JZ7系列第39页/共66页热继电器 一、热继电器：是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。二、应用场合： 1、主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发热状态的控制。 2、还常和交流接触器配合组成电磁起动器，广泛用于三相异步电动机的长期过载保护。 第40页/共66页三、热继电器结构与原理 发热元件1通电发热后，主双金属片2受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。 断相保护热继电器原理热继电器原理图1热元件 2双金属片 3导板 4触头 第41页/共66页四、 热继电器技术参数1、热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定其型号和热元件的额定电流。热继电器额定电流应等于或稍大于电动机额定电流，每一种额定电流的继电器可以装入若干不同额定电流的热元件。表1-52、图形、符号3、注意：热继电器不能用于短路保护。图 热继电器图形、文字符号a）发热元件 b）常闭触点 第42页/共66页热继电器JR20系列JR20系列金属片式热继电器适用范围热继电器主要适用于交流50Hz，主电路额定绝缘电压至660V，电流至160A电力系统中作为三相交流电动机的过载、断相保护。第43页/共66页时间继电器 一、时间继电器 从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触头的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。 第44页/共66页二、 时间继电器的延时方式 有两种： 1、通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。 2、断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。 第45页/共66页三、空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器：是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触头组成。 空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。 延时方式有通电延时型和断电延时型。 当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间位置时为通电延时型； 当静铁心位于动铁心和延时机构之间位置时为断电延时型。JS7-A系列时间继电器如图所示。 第46页/共66页图 JS7-A系列时间继电器原理图a）通电延时型 b）断电延时形1线圈 2铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推板 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧10像皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15、16微动开关第47页/共66页 通电延时型工作原理： 当线圈1得电后衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经一段延时后，活塞杆通过杠杆7压动微动开关15，使其触头动作，起到通电延时作用。 当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺钉13调节进气孔气隙大小来改变。1线圈 2铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推板 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧10像皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15、16微动开关第48页/共66页四、时间继电器的图形及文字符号四、时间继电器的图形及文字符号第49页/共66页其他时间继电器JS20系列 JS20系列晶体管时间继电器 本系列继电器是全国统一设计产品。与国内同类产品相比，它有通用性、系列性强，工作稳定可靠精度高、延时范围广、输出接点容量较大等特点。 继电器适用于交流50赫、电压380V伏及以下或直流电压110伏及以下的控制电路中，作为控制时间的元件，以延时接通或开断电路。第50页/共66页时间继电器JS20系列第51页/共66页时间继电器JS20系列第52页/共66页1.4 主令电器 主令电器是用来接通与断开控制电路，以发出命令或作程序控制的电器。 其主要类型有按钮、行程开关、接近开关、主令控制器和万能转换开关等。第53页/共66页一、 按钮 起动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。起动按钮的按钮帽采用绿色。 停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。停止按钮的按钮帽采用红色。 复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触头先后复位。 图1-32 按纽的结构图1、2常闭静触头 3、4常开静触头5桥式触头 6 按纽帽 7复位弹簧 图1-33 按纽的图形、文字符号a）起动按纽 b）停止按纽 c）复合按纽 第54页/共66页 按钮是用人力操作，并具有储能弹簧)复位的主令电器。是应用最广泛的一种电器。在低压控制电路中，用于给出控制信号。 按钮的一般结构示意图见图，当按下按钮帽1时，动触头3向下运动，先与动断静触头5分开，再与动合静触头4闭合;当按钮帽上的压力去掉以后，在复位弹簧2的作用下，动触头向上运动，恢复初始位置。在复位过程中，先是动合触头分断，然后是动断触头闭合。根据需要触头数量可以从一动合一动断到六动合六动断。接线时也可以只接动合触头或只接动断触头。 目前生产的按钮产品有LA1D, LA18、LA19、LA2D和LA25等系列，引进产品有LAY3系列等。第55页/共66页按钮LA18系列 LA18系列按钮适用于交流50Hz电压至380V及直流电压至220V的磁力起动器、接触器、继电器及其它电气线路中作遥远控制之用。第56页/共66页按钮LA18系列第57页/共66页二、行程开关 行程开关是一种由工作机械直接驱动的主令电器，用以反映工作机械的行程，发出命令以控制其运动方向或行程大小和进行程序控制。如果将行程开关安装在工作机械行程终处，以限制其行程，就称为限位开关或终点开关。行程开关是一种很重要的主令电器，它将机械信号转变为电信号，以实现对工作机械的电气控制。 行程开关主要由传动头、传动机构及触头系统组成。行程开关触头结构及运动示意图见图，工作机械碰撞传动头时，经传动机构使顶杆4向下移动，到达一定行程时，改变了弹簧2弹簧力的方向，其垂直方向分力由向下变为向上，则动触头3向上跳，使动断触头分断，动合触头闭合。当外力去掉以后，在复位弹簧5的作用下，顶杆4上升，动触头3义向下跳动，恢复初始状态。 目前生产的产品有LX19, LX22, LX32及LX33等系列行程开关，引进产品有3SE3系列行程开关。第58页/共66页行程开关LX2系列 LX2系列行程开关适用于交流50Hz电压至380V，直流220V的控制电路中，作为控制运动机构的行程或变换其运动方向或速度之用。第59页/共66页未撞击撞击(b)示意图(a)外形图行程开关的外形符号第60页/共66页行程开关LX2系列 第61页/共66页三、接近开关 接近开关是近来新出现的一种主令电器，当运动的物体接近它，到达一定距离范围内它就发出信号，起到行程控制或计数控制的作用。u控制器是按照预定的次序转换主电路和控制电路的接线以及变更电路参数的电器。常用干控制电动机的起动、调速、反转和制动等。u用于交流三相绕线转子异步电动机的起动。它是一种可以使电动机平滑起动的变阻器。第62页/共66页接近开关JM/JG/JR系列第63页/共66页凸轮控制器KT14系列第64页/共66页BP3系列频敏变阻器第65页/共66页感谢您的观看！第66页/共66页
