常用低压电器与可编程序控制器第2章.ppt

第2章 常用低压电器 第2章 常用低压电器 2.1 常用低压电器的分类常用低压电器的分类 2.2 刀开关刀开关 2.3 熔断器熔断器 2.4 低压断路器低压断路器 2.5 接触器接触器 2.6 继电器继电器 2.7 主令电器主令电器 第2章 常用低压电器 2.1 常用低压电器的分类常用低压电器的分类 低压电器按所控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。低压配电电器主要用在配电系统中，对此类电器的要求是工作可靠，有足够的动稳定性与热稳定性。电器的动稳定性是指电器承受短路(冲击)电流的电动力作用而不致损坏的能力；电器的热稳定性是指电器承受规定时间内短路电流产生的热效应而不致损坏的能力。这类电器主要有刀开关、熔断器等。低压控制电器主要用于电力拖动自动控制系统和用电设备中，要求这类电器工作准确可靠，操作频率高，寿命长。这类电器主要有接触器、控制继电器、主令开关、启动器、电磁铁等。第2章 常用低压电器 低压电器按动作性质可分为自动切换电器和非自动切换电器。自动切换电器是指它在完成接通、分断、启动、反向和停止等动作时是依靠本身参数或外来信号自动进行的，不由人直接操作；非自动切换电器又称手控电器，它主要是用人手直接操作进行切换的。第2章 常用低压电器 图2-1 常用低压电器分类 第2章 常用低压电器 2.2 刀刀 开开 关关 2.2.1 常用刀开关常用刀开关 1.开启式刀开关开启式刀开关 开启式刀开关一般在额定电压为AC 380 V、DC 440 V，额定电流为1500 A以下的配电设备中作电源隔离之用。它带有各种杠杆操作机构及灭弧室的开关，可按其分断能力非频繁地切断负荷电路。图2-2所示为HD11100/38板前接线开启式刀开关。第2章 常用低压电器 图2-2 HD11100/38板前接线开启式刀开关 第2章 常用低压电器 图2-3 国产刀开关产品型号含义 第2章 常用低压电器 2.封闭式负荷开关封闭式负荷开关 封闭式负荷开关俗称铁壳开关，适合于额定电压为AC 380 V、DC 440 V，额定电流为60 A以下的电路。此开关用于手动非频繁地接通与分断负荷电路及短路保护，在一定条件下也可起连续过负荷保护作用，一般用于控制小容量的交流异步电动机。该开关是由刀开关及熔断器组合而成的，能快速接通和分断负荷电路；采用正面或侧面手柄操作，并装有联锁装置，保证箱盖打开时开关不能闭合及开关闭合时箱盖不能打开。开关的外壳分为钢板拉伸式和折板式两种，上下均有进出线孔。AA型负荷开关如图2-4所示。第2章 常用低压电器 图2-4 HH型负荷开关 第2章 常用低压电器 3.开启式负荷开关开启式负荷开关 开启式负荷开关俗称瓷底胶壳刀开关，是一种结构简单，应用广泛的手动电器，常用作交流额定电压为AC 380/220 V、额定电流为100 A的照明配电线路的电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。胶壳刀开关由操作手柄、熔断丝、触刀、触刀座和底座等组成，如图2-5所示。胶壳的作用是防止操作时电弧飞出灼伤操作人员，并防止极间电弧造成电源短路。因此操作前一定要将胶壳安装好。熔断丝主要起短路和严重过电流保护作用。第2章 常用低压电器 图2-5 胶壳刀开关结构示意图 第2章 常用低压电器 4.熔断器式隔离器熔断器式隔离器 熔断器式隔离器是一种新型电器，有多种结构型式，一般多由有填料熔断器和刀开关组合而成，广泛应用于开关柜或与终端电器配套的电器装置中，作为线路或用电设备的电源隔离开关及严重过载和短路保护之用。在回路正常供电的情况下，接通和切断电源由刀开关来承担，当线路或用电设备过载或短路时，熔断器的熔体熔断，及时切断故障电流。HG1系列熔断器式隔离器结构如图2-6所示。安装刀开关时，手柄要向上，不得倒装或平装。若倒装，手柄有可能会自动下滑而引起误合闸，造成人身伤害事故。接线时，应将电源进线端接在上端端子上，负载接在下端端子上。这样，拉开刀闸后，刀开关与电源隔离，便于检修。第2章 常用低压电器 图2-6 HG1系列熔断器式隔离器 第2章 常用低压电器 2.2.2 隔离器和刀开关的选用原则隔离器和刀开关的选用原则 隔离器、刀开关的主要功能是隔离电源。在满足隔离功能要求的前提下，选用隔离器和刀开关的主要原则是保证其额定绝缘电压和额定工作电压不低于线路的相应数据，额定工作电流不小于线路的计算电流。当要求有通断能力时，必须选用具备相应额定通断能力的隔离器。如需接通短路电流，则应选用具备相应短路接通能力的隔离开关。选择隔离器、刀开关电路特性时，要根据线路要求决定电路数、触头种类和数量。有些产品是可以改装的，制造厂可在一定范围内按订货要求满足不同的需要。第2章 常用低压电器 熔断器组合电器的选用，需在上述隔离器、刀开关的选用要求之外再考虑熔断器的特点(参见熔断器的选用原则)。目前常用的刀开关产品有两大类：一类是带杠杆操作机构的单投或双投刀开关。这种刀开关能切断额定电流值以下的负载电流，主要用于低压配电装置中的开关板或动力箱等产品。另一类是中央手柄式的单投或双投刀开关。这种刀开关不能分断电流，只能作为隔离电源的隔离器，主要用于一般的控制屏。常用的熔断器组合电器和负荷开关(也称铁壳开关或钢壳开关)的最大额定电流可达400 A，有二极和三极两种形式。这种开关的外壳上一般都装有门联锁机构，当门打开时开关不能合闸。第2章 常用低压电器 2.3 熔熔 断断 器器 电气设备的电流保护有两种主要形式：过载延时保护和短路瞬时保护。过载一般是指10倍额定电流以下的过电流，而短路则是指超过10倍额定电流以上的过电流。过载延时保护和短路瞬时保护有三点不同：一是电流的倍数不同；二是特性不同，过载需反时限保护特性，而短路则需要瞬时保护特性；三是参数不同，过载要求熔化系数小，发热时间常数大，而短路则要求较大的限流系数，较小的发热时间常数，较高的分断力和较低的过电压。从工作原理看，过载动作的物理过程主要是熔化过程，而短路则主要是电弧的熄灭过程。第2章 常用低压电器 2.3.1 熔断器的结构及工作原理熔断器的结构及工作原理 熔断器结构上一般由熔断管(或座)、熔断体、填料及导电部件等部分组成(见图2-7)。其中，熔断管一般是由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成的封闭或半封闭式管状外壳。熔断体装于其内，并有利于熔断体熔断时熄灭电弧。熔断体是由金属材料制成的，可以是丝状、带状、片状或笼状。除丝状外，其他熔断体通常制成变截面结构，目的是改善熔断体材料性能及控制不同故障情况下的熔化时间。第2章 常用低压电器 图2-7 密封管式熔断器(a)无填料密封管式熔断器；(b)有填料密封管式熔断器 第2章 常用低压电器 熔断体材料分为低熔点材料和高熔点材料两大类。目前常用的低熔点材料有锑铅合金、锡铅合金、锌等，高熔点材料有铜、银和铝等。铝比银的熔点低，而比铅、锌的熔点高。铝的电阻率比银、铜的大。铜的熔点最高为1083，而锡的熔点最低为232。对于高分断能力的熔断器通常用铜作主体材料，而用锡及其合金作辅助材料，以提高熔断器的性能。熔断体是熔断器的心脏部件，它应具备的基本性能是功耗小、限流能力强和分断能力高。填料也是熔断器中的关键材料，目前广泛应用的填料是石英砂。石英砂主要有两个作用，作为灭弧介质和帮助熔体散热，从而有助于提高熔断器的限流能力和分断能力。第2章 常用低压电器 熔断体串接于被保护电路中，当电路发生短路或过电流时，通过熔断体的电流使其发热，当达到熔断体金属熔化温度时就会自行熔断。这期间伴随着燃弧和熄弧过程，随之切断故障电路，起到保护作用。因为当电路正常工作时，熔断体在额定电流下不应熔断，所以其最小熔化电流必须大于额定电流。最小熔化电流是指当通过熔断体的电流等于这个电流值时，熔断体能够达到其稳定温度并且熔断。第2章 常用低压电器 熔断器的主要特性为熔断器的安秒特性，即熔断器的熔断时间t与熔断电流I的关系曲线。因t1/I2，所以熔断器的安秒特性如图2-8所示。图中，I为最小熔化电流或称临界电流，即通过熔体的电流小于此电流时不会熔断，所以选择的熔体额定电流IN应小于I。通常，IN/I1.52，称为熔化系数，该系数反映熔断器在过载时的保护特性。若要使熔断器能保护小过载电流，则熔化系数应低些；为避免电动机启动时的短时过电流，熔体熔化系数应高些。第2章 常用低压电器 图2-8 熔断器的安秒特性 第2章 常用低压电器 2.3.2 常用典型熔断器常用典型熔断器 1.插入式熔断器插入式熔断器 插入式熔断器又称瓷插式熔断器，如图2-9所示。这种熔断器一般用于民用交流50 Hz、额定电压至380 V、额定电流200 A以下的低压照明线路末端或分支电路中，用于短路保护及高倍过电流保护。熔断器所用熔体材料主要是软铅丝和铜丝，使用时应按产品目录选用合适的规格。第2章 常用低压电器 图2-9 插入式熔断器 第2章 常用低压电器 2.螺旋式熔断器螺旋式熔断器 螺旋式熔断器(如图2-10所示)广泛应用于工矿企业低压配电设备、机械设备的电气控制系统中，用于短路和过电流保护。螺旋式熔断器由瓷座、熔体、瓷帽等组成。熔体是一个瓷管，内装有石英砂和熔丝，熔丝的两端焊在熔体两端的导电金属端盖上，其上端盖中有一个染有红漆的熔断指示器。当熔体熔断时，熔断指示器弹出、脱落，透过瓷帽上的玻璃孔可以看见。熔断器熔断后，只要更换熔体即可。第2章 常用低压电器 图2-10 螺旋式熔断器 第2章 常用低压电器 3.半导体器件保护熔断器半导体器件保护熔断器 半导体器件保护熔断器是一种快速熔断器。通常，半导体器件的过电流能力极低，它们在过电流时只能在极短时间(数毫秒至数十毫秒)内承受过电流。如果其工作于过电流或短路条件下，则PN结的温度急剧上升，硅元件将迅速被烧坏。一般熔断器的熔断时间是以秒计的，所以不能用来保护半导体器件，为此，必须采用能迅速动作的快速熔断器。半导体器件保护熔断器采用以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。目前，常用的快速熔断器有RS、NGT和CS系列等。RS0系列快速熔断器用于大容量硅整流元件的过电流和短路保护，而RS3系列快速熔断器用于晶闸管的过电流和短路保护。此外，还有RLS1和RLS2系列的螺旋式快速熔断器，其熔体为银丝，它们适用于小容量的硅整流元件和晶闸管的短路或过电流保护。第2章 常用低压电器 2.3.3 熔断器的选用原则熔断器的选用原则 作一般用途的熔断器的选用：(1)用于保护负载电流比较平稳的照明或电热设备，以及一般控制电路的熔断器，其熔断体额定电流IN一般按线路计算电流确定。第2章 常用低压电器 (2)用于保护电动机的熔断器，应将电动机的启动电流倍数作为考虑因素，一般选熔断体额定电流IFN为电动机额定电流IMN的倍。对于不经常启动或启动时间不长的电动机，选较小倍数；对于频繁启动的电动机，选较大倍数。对于给多台电动机供电的主干线母线处的熔断器的熔断体额定电流，可按下式计算：IFN(2.02.5)IMNmax+第2章 常用低压电器 式中：IFN熔断器的额定电流；IMN电动机的额定电流；IMNmax多台电动机中容量最大的一台电动机的额定电流；其余电动机额定电流之和。为防止发生越级熔断，上、下级(即供电干、支线)熔断器间应有良好的协调配合，宜进行较详细的整定计算和校验。第2章 常用低压电器 2.4 低压断路器低压断路器 2.4.1 低压断路器的结构和工作原理低压断路器的结构和工作原理 图2-11 低压断路器的结构示意图 第2章 常用低压电器 低压断路器由以下三个基本部分组成：(1)触头和灭弧系统。这一部分是执行电路通断的主要部件。(2)具有不同保护功能的脱扣器。由具有不同保护功能的各种脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。(3)自由脱扣器和操作机构。这一部分是联系以上两部分的中间传递部件。第2章 常用低压电器 除此以外，尚有实现远距离控制使之断开的分励脱扣器，其电路如图2-12所示。在低压断路器正常工作时，分励脱扣器线圈不通电，衔铁处于打开位置。当需要实现远距离操作时，可按下停止按钮，或在保护继电器动作时，使分励脱扣线圈通电，其衔铁动作，使低压断路器断开。电路中串联的低压断路器常开辅助触点，是供分励脱扣线圈断电时用的。低压断路器还可附装辅助触点，用于欠压脱扣器及分励脱扣器电路和信号灯电路。第2章 常用低压电器 图2-12 分励脱扣电路第2章 常用低压电器 2.4.2 典型低压断路器简介典型低压断路器简介 1.万能框架式断路器万能框架式断路器 万能框架式断路器一般有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架底座内，具有多段式保护特性，主要用于配电网络的总开关和保护。万能框架式断路器容量较大，可装设较多的脱扣器，辅助触头的数量也较多。不同的脱扣器组合可产生不同的保护特性，有选择型或非选择型配电用断路器及具有反时限动作特性的电动机保护用断路器。容量较小(如600 A以下)的万能框架式断路器多用电磁机构传动；容量较大(如1000 A以上)的万能框架式断路器则多用电动机机构传动(无论采用何种传动机构，都装有手柄，以备检修或传动机构发生故障时使用)。极限通断能力较高的万能框架式断路器还采用储能操作机构，以提高通断速度。第2章 常用低压电器 2.塑料外壳式断路器塑料外壳式断路器 塑料外壳式断路器的主要特征是有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭型外壳中。其接线方式分为板前接线和板后接线两种。大容量产品的操作机构采用储能式，小容量(50 A以下)则常采用非储能式闭合，操作方式多为手柄扳动式。塑料外壳式断路器多为非选择型，根据断路器在电路中的不同用途，分为配电用断路器、电动机保护用断路器和其他负载(如照明)用断路器等。它常用于低压配电开关柜(箱)中，作配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制开关及保护。在正常情况下，断路器可分别作为线路的非频繁转换及电动机的非频繁启动之用。第2章 常用低压电器 3.模数式小型断路器模数式小型断路器 模数式小型断路器是终端电器中的一大类，是组成终端组合电器的主要部件之一。终端电器是指装于线路末端的电器，该处的电器对有关电路和用电设备应进行配电、控制和保护等。模数式小型断路器在结构上具有外形尺寸模数化(9 mm的倍数)和安装导轨化的特点。断路器由操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器、触头系统和灭弧室等部件组成，所有部件都置于绝缘外壳中。有的产品备有报警开关、辅助触头组、分励脱扣器、欠压脱扣器和漏电脱扣器等附件，供需要时选用。该系列断路器可作为线路和交流电动机等的电源控制开关，也可起过载、短路等保护作用，广泛应用于工矿企业、建筑及家庭等场所。第2章 常用低压电器 2.4.3 低压断路器的选用原则低压断路器的选用原则 低压断路器的选用应根据具体使用条件选择使用类别、额定工作电压、额定电流、脱扣器整定电流和分励、欠压脱扣器的电压电流等，参照产品样本提供的保护特性曲线选用保护特性，并需对短路特性和灵敏系数进行校验。当与另外的断路器或其他保护电器之间有配合要求时，应选用选择型断路器。第2章 常用低压电器 2.5 接接 触触 器器 2.5.1 接触器的结构及工作原理接触器的结构及工作原理 接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触头及基座等几部分组成，如图2-13所示。接触器是利用电磁系统控制衔铁的运动来带动触头，使电路接通或断开的。交流接触器和直流接触器的结构和工作原理基本相同，但也有不同之处。第2章 常用低压电器 图2-13 接触器结构简图 第2章 常用低压电器 在电磁机构方面，交流接触器为了减小因涡流和磁滞损耗造成的能量损失和温升，铁心和衔铁用硅钢片叠成。线圈绕在骨架上做成扁而厚的形状，与铁心隔离，有利于铁心和线圈的散热。而直流接触器由于铁心中不会产生涡流和磁滞损耗，因此不会发热。铁心和衔铁用整块电工软钢做成，为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成高而薄的圆筒状，且不设线圈骨架，使线圈和铁心直接接触以利于散热。对于大容量的直流接触器，往往采用串联双绕组线圈，一个为启动线圈，另一个为保持线圈。接触器本身的一个常闭辅助触头与保持线圈并联连接。在电路刚接通的瞬间，保持线圈被常闭触头短接，可使启动线圈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，因此电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以减少能量损耗，延长电磁线圈的使用寿命。中、小容量的交、直流接触器的电磁机构一般都采用直动式结构，大容量的接触器采用转动式结构。第2章 常用低压电器 接触器的触头分为两类，主触头和辅助触头。中、小容量的交、直流接触器的主、辅助触头一般都采用直动式双断点桥式结构设计，大容量的主触头采用转动式单断点指型触头。交流接触器的主触头流过交流主回路电流，产生的电弧也是交流电弧，常采用多纵缝灭弧装置灭弧。直流接触器的主触头流过直流主回路电流，产生的电弧也是直流电弧。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，因此直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。接触器的辅助触头用于控制回路，可根据需要按使用类别选用。对于商品接触器，由于其所用材料、结构等已经确定，因此选用时不得任意将交、直流接触器互换使用，否则将可能使灭弧发生困难，引起故障及事故。第2章 常用低压电器 2.5.2 常用典型交流接触器常用典型交流接触器 1.空气电磁式交流接触器空气电磁式交流接触器 表2-1 CJ20系列交流接触器主要技术数据(一)第2章 常用低压电器 表表2-2 CJ20系列交流接触器主要技术数据系列交流接触器主要技术数据(二二)第2章 常用低压电器 2.机械联锁机械联锁(可逆可逆)交流接触器交流接触器 机械联锁(可逆)交流接触器实际上是由两个相同规格的交流接触器再加上机械联锁机构和电气联锁机构所组成的，可以保证在任何情况下(如机械振动或错误操作而发出的指令)都不能使两台交流接触器同时吸合；只能当一台接触器断开后，另一台接触器才能闭合，这样可有效地防止电动机正、反向转换时出现相间短路，比仅在电器控制回路中加接联锁电路的方式更安全可靠。机械联锁接触器主要用于电动机的可逆控制、双路电源的自动切换，也可用于需要频繁地进行可逆换接的电器设备上。生产厂通常将机械联锁机构和电气联锁机构以附件的形式提供。第2章 常用低压电器 3.切换电容器接触器切换电容器接触器 切换电容器接触器是专用于低压无功补偿设备中的投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因数。切换电容器接触器带有抑制浪涌装置，能有效地抑制接通电容器组时出现的合闸涌流对电容的冲击和开断时的过电压。其灭弧系统采用封闭式自然灭弧。接触器的安装既可采用螺钉安装，又可采用标准卡轨安装。常用产品有CJ16、CJ19、CJ41、CJX4、CJX2A、LC1D系列等。第2章 常用低压电器 4.真空交流接触器真空交流接触器 真空交流接触器是以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。真空开关管(又称真空灭弧室)以真空作为绝缘和灭弧介质，位于真空中的触头一旦分离，触头间将产生由金属蒸气和其他带电粒子组成的真空电弧。真空电弧依靠触头上蒸发出来的金属蒸气来维持，因真空介质具有很高的绝缘强度且介质恢复速度很快，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，在第一次过零时真空电弧就能熄灭(燃弧时间一般小于10 ms)。由于熄弧过程是在密封的真空容器中完成的，电弧和炽热的气体不会向外界喷溅，因此其开断性能稳定可靠，不会污染环境，特别适用于在矿山、冶金、建材、化工石油及重工业部门等许多重任务场合和较为恶劣的环境下使用。真空开关管是真空开关的核心元件，其主要技术参数决定真空开关的主要性能。常用的真空接触器有CKJ和EVS系列等。第2章 常用低压电器 5.直流接触器直流接触器 直流接触器应用于直流电力线路中，可提供远距离接通与分断电路，以及直流电动机的频繁启动、停止、反转或反接制动控制等。直流接触器有立体布置和平面布置两种结构。电磁系统多采用绕棱角转动的转动式结构，主触头采用双断点桥式结构或单断点转动式结构。由于有的产品是在交流接触器的基础上派生的，因此直流接触器的工作原理基本上与交流接触器相同。常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。第2章 常用低压电器 6.智能化接触器智能化接触器 智能化接触器的主要特征是装有智能化电磁系统，并具有与其他设备相互通信的功能，其本身还具有对运行工况自动识别、控制和执行的能力。智能化接触器一般由基本系列的电磁接触器及附件构成。附件包括智能控制模块、辅助触头组、机械联锁机构、报警模块、测量显示模块、通信接口模块等，所有智能化功能都集成在一块以微处理器为核心的控制板上。从外形结构上看，与传统产品不同的是，智能化接触器在出线端位置增加了一块带微处理器及测量线圈的机电一体化线路板。第2章 常用低压电器 智能化接触器可对接触器的电磁系统进行智能化的动态控制，根据接触器动作过程中检测到的电磁系统的参数(如线圈电流、电磁吸力、运动位移、速度、加速度、正常吸合门槛电压和释放电压等)，进行实时数据处理，并选取事先存储在控制芯片中的相应控制方案实现“确定”的动作，从而同步吸合、保持和分断三个过程，保证触头开断过程的电弧能量最小，实现三过程的最佳实时控制。检测元件主要采用高精度的电压互感器和电流互感器，但这种互感器与传统的互感器有所区别。如电流互感器通过测量一次侧电流周围产生的磁通量并使之转化为二次侧的开路电压，从而确定一次侧的电流，再通过计算得出I2及I2t值，从而获取与控制对象相匹配的保护特性，并具有记忆、判断功能和能够自动调整、优化的保护特性。经过对被控制电路的电压和电流信号的检测、判别和变换过程，可实现对接触器电磁线圈的智能化控制，并可实现过载、断相或三相不平衡、短路、接地故障等保护功能。第2章 常用低压电器 2.5.3 接触器的选用原则接触器的选用原则 1型式的确定型式的确定 型式的确定主要确定极数和电流种类。电流种类由系统主电流种类确定。三相交流系统中一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时，则选用四极交流接触器。单相交流和直流系统中则常有两极或三极并联的情况。一般场合下，选用空气电磁式接触器；易燃易爆场合应选用防爆型及真空接触器等。第2章 常用低压电器 2主电路参数的确定主电路参数的确定 主电路参数的确定主要确定额定工作电压、额定工作电流(或额定控制功率)、额定通断能力和耐受过载电流能力。接触器可以在不同的额定工作电压和额定工作电流下工作，但在任何情况下，额定工作电压都不得高于接触器的额定绝缘电压，额定工作电流(或额定控制功率)也不得高于接触器在相应工作条件下规定的额定工作电流(或额定控制功率)。接触器的额定通断能力应高于通断时电路中实际可能出现的电流值。耐受过载电流能力也应高于电路中可能出现的工作过载电流值。第2章 常用低压电器 3控制电路参数和辅助电路参数的确定控制电路参数和辅助电路参数的确定 接触器的线圈电压应按选定的控制电路电压确定。交流接触器的控制电路电流种类分交流和直流两种。一般情况下多用交流，当操作频繁时则常选用直流。接触器的辅助触头种类(常开或常闭)、数量和组合式一般应根据系统控制要求确定，同时应注意辅助触头的通断能力和其他额定参数。当接触器的辅助触头数量和其他额定参数不能满足系统要求时，可增加接触器式继电器以扩大功能。第2章 常用低压电器 2.6 继继 电电 器器 2.6.1 继电器的结构及工作原理继电器的结构及工作原理 任何一种继电器，不论它们的动作原理、结构形式、使用场合如何千变万化，都具备两个基本机构：一是能反应外界输入信号的感应机构；二是对被控电路实现通断控制的执行机构。继电器的感应机构将输入的电量或非电量变换成适合执行机构动作的机械能，继电器的执行机构实现对电路的通断控制。由此可见，“感应”与“执行”对任何继电器都是不可缺少的。继电器的特性称为输入输出特性，常用继电器特性曲线表示。此曲线是一种矩形曲线，如图2-14所示。第2章 常用低压电器 图2-14 继电器特性曲线 第2章 常用低压电器 当输入量XXc时，衔铁不动作，其输出量Y0；当XXc时，衔铁吸合，输出量Y从“0”跃变为“1”；再进一步增大输入量使XXc，则输出量仍为Y1。当输入量X从Xc开始减小的时候，在XXf的过程中虽然吸力特性降低，但因衔铁在吸合状态下的吸力仍比反力大，所以衔铁不会释放，输出量Y1。当XXf时，因吸力小于反力，衔铁释放，输出量由“1”突变为“0”；再减小输入量，输出量仍为“0”。图中Xc称为继电器的动作值，Xf称为继电器的复归值，它们均为继电器的动作参数。第2章 常用低压电器 继电器的动作参数可根据使用要求进行整定。为了反映继电器吸力特性与反力特性配合的紧密程度，引入了返回系数概念。返回系数是继电器复归值Xf与动作值Xc的比值，即 式中：电流返回系数；复归电流(A)；动作电流(A)。第2章 常用低压电器 同理，电压返回系数为 式中：复归电压(V)；动作电压(V)。第2章 常用低压电器 2.6.2 常用典型继电器常用典型继电器 1.电磁式继电器电磁式继电器 电磁式继电器的种类很多，如前所述的电压继电器、中间继电器、电流继电器、电磁式时间继电器、接触器式继电器等。接触器式继电器是一种作为控制开关电器使用的接触器。实际上，各种和接触器的动作原理相同的继电器如中间继电器、电压继电器等都属于接触器式继电器。接触器式继电器在电路中的作用主要是扩展控制触头的数量或增加触头的容量。第2章 常用低压电器 电磁式继电器反映的是电信号。当其线圈反映电压信号时，称其为电压继电器。电压继电器线圈应和电压源并联。当其线圈反映电流信号时，称其为电流继电器。电流继电器线圈应和电流源串联。为了不影响负载电路，电压继电器的线圈匝数多、导线细，而电流继电器的线圈匝数少、导线粗。电磁式继电器有交、直流之分，是按线圈中通过的是交流电源还是直流电源来决定的。交流继电器的线圈通以交流电源，它的铁心用硅钢片叠成，磁极端面装有短路环；直流继电器的线圈通以直流电源，它的铁心用电工软钢做成，不需要装短路环。第2章 常用低压电器 电流继电器和电压继电器根据用途的不同，又可以分为过电流(或过电压)继电器和欠电流(或欠电压)继电器。前者的电流(电压)超过规定值时铁心才吸合，如整定范围为6倍的额定值；后者的电流(电压)低于规定值时铁心才释放，如整定范围为倍的额定值。第2章 常用低压电器 2.时间继电器时间继电器 时间继电器按其延时原理有电磁式、机械空气阻尼式、电动机式、电子式、可编程式和数字式等。它是一种实现触头延时接通或断开的自动控制电器，主要作为辅助电器元件，用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时，应用十分广泛。一般电磁式时间继电器的延时时间在十几秒以下，多为断电延时，其延时整定精度和稳定性不是很高。但继电器本身适应能力较强，在一些要求不太高，工作条件又比较恶劣的场合中，多采用这种时间继电器。常用的电磁式时间继电器有JT3系列时间继电器。第2章 常用低压电器 机械阻尼式(气囊式)时间继电器的延时时间可以增加到数分钟，但整定精度往往较差，只适用于一般场合。常用的机械阻尼式有JS7A系列气囊式时间继电器。同步电动机式时间继电器的主要特点是延时时间长，可长达数十小时，重复精度也较高。常用的同步电动机式则有JS11系列时间继电器。电子式、可编程式和数字式时间继电器的延时时间长，整定精度高，有通电延时、断电延时、复式延时、多制式延时等类型，应用广泛。第2章 常用低压电器 1)直流电磁式时间继电器 在直流电磁式电压继电器的铁心上增加一个阻尼铜套，即可构成直流电磁式时间继电器，其结构示意图如图2-15所示。它是利用电磁阻尼原理产生延时的。由电磁感应定律可知，在继电器线圈通、断电过程中，铜套内将感应电势并流过感应电流，此电流产生的磁通总是阻止原磁通的变化。当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大、磁阻大、磁通小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著(一般忽略不计)。而当继电器断电时，磁通变化量大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，这种继电器仅用作断电延时。这种时间继电器延时较短，而且准确度较低，一般只用于要求不高的场合，如电动机的延时启动等。第2章 常用低压电器 图2-15 直流电磁式时间继电器结构示意图 第2章 常用低压电器 2)空气阻尼式时间继电器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原理获得延时的。它由电磁机构、延时机构、触头三部分组成。电磁机构为直动式双E形；触头系统采用微动开关；延时机构采用气囊式阻尼器。空气阻尼式时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。图2-16为JS72 A系列通电延时型空气阻尼式时间继电器的结构原理图。轴线左边部分为延时单元，右边部分为电磁机构。将图中右边部分的电磁机构旋出固定螺钉后再旋转180，即为断电延时型。第2章 常用低压电器 图2-16 JS72A型空气阻尼式时间继电器的结构原理图 第2章 常用低压电器 工作原理如下，当线圈通电时，衔铁连同L形托板被铁心吸引而右移，微动开关的触头迅速转换，L形托板的尾部便伸出支持件尾部至A点；同时，连接在气室的橡皮膜上的活塞杆也右移，由于杠杆形撞块连接在活塞杆上，故撞块的上部左移，由于橡皮膜向右运动时，橡皮膜下方气室的空气稀薄形成负压，起到空气阻尼作用，因此经缓慢右移一定的时间后，撞块上部的行程螺钉才能压动微动开关，使微动开关的触头转换，达到通电延时的目的。其移动的速度即延时时间的长短，视进气孔的大小、进入空气室的空气流量而定，可通过延时调节螺钉进行调整。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反力弹簧的作用下释放，并通过活塞杆将活塞推向下端。这时橡皮膜下方气室内的空气通过橡皮膜、弹簧和活塞的肩部所形成的单向阀，迅速从气室缝隙中排掉，因此杠杆形撞块和微动开关能迅速复位。在线圈通电和断电时，微动开关在推板的作用下瞬时动作，即为时间继电器的瞬动触头。第2章 常用低压电器 空气阻尼式时间继电器的优点是，延时时间长，结构简单，寿命长，价格低廉；其缺点是误差大(10%20%)，无调节刻度指示，难以精确地整定延时值。在对延时精度要求高的场合，不宜使用这种时间继电器。第2章 常用低压电器 3)电子式时间继电器电子式时间继电器 电子式时间继电器在时间继电器中已成为主流产品。电子式时间继电器是采用晶体管或集成电路和电子元件等构成的，目前已有采用单片机控制的时间继电器。电子式时间继电器具有延时时间长，精度高，体积小，耐冲击和耐振动，调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，应用广泛。晶体管式时间继电器是利用RC电路电容器充电时电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。因此改变充电电路的时间常数(改变电阻值)，即可整定其延时时间。继电器的输出形式有两种：有触头式，采用晶体管驱动小型电磁式继电器；无触头式，采用晶体管或晶闸管输出。图2-17为JSJ型晶体管时间继电器的原理图。半导体时间继电器是利用RC电路电容器充电原理实现延时的。第2章 常用低压电器 图2-17 JSJ型晶体管时间继电器原理图 第2章 常用低压电器 3.热继电器热继电器 1)热继电器的主要技术要求热继电器的主要技术要求 作为电动机过载保护装置的热继电器，应能保证电动机既不超过容许的过载，又能最大限度地利用电动机的过载能力，还要保证电动机的正常启动。为此，对热继电器提出了如下技术要求：(1)应具有可靠而合理的保护特性。一般电动机在保证绕组正常使用寿命的条件下，具有反时限的容许过载特性。作为电动机过载保护装置的热继电器，应具有一条相似的反时限保护特性曲线，其位置应居电动机容许过载特性曲线之下。热继电器保护特性如表2-3所示。第2章 常用低压电器 表表2-3 热继电器保护特性热继电器保护特性 第2章 常用低压电器 (2)具有一定的温度补偿。为避免环境温度变化引起双金属片弯曲而带来的误差，应引入温度补偿装置。(3)具有手动复位与自动复位功能。当热继电器动作后，可在其后2 min内按下手动复位按钮进行复位，或在5 min内可靠地自动复位。(4)热继电器的动作电流可以调节。通过调节凸轮，在66%100%的范围内可调节动作电流。第2章 常用低压电器 2)热继电器的结构及工作原理热继电器的结构及工作原理 图2-18为双金属片热继电器的结构示意图。主双金属片与热元件串联，通电后双金属片受热向左弯曲，推动导板，导板向左推动补偿双金属片。补偿双金属片与推杆固定在一起，它可绕轴顺时针方向转动。推杆推动片簧向右，当向右推动到一定位置后，弓簧的作用方向改变，使片簧向左运动，将触点分断。由片簧及弓簧构成了一组跳跃机构。第2章 常用低压电器 图2-18 双金属片热继电器的结构示意图 第2章 常用低压电器 3)具有断相保护的热继电器 三相感应电动机运转时，若发生一相断路，电动机各相绕组电流的变化情况将与电动机绕组接法有关。对于星形连接的电动机，由于相电流等于线电流，因此当电源一相断路时，其他两相的电流将过载，使热继电器动作。而对于三角形连接的电动机(见图2-19)，在正常情况下，线电流为相电流的 倍。但当电动机一相电源断路，且为额定负载的58%时，则流过跨接于全电压下的一相绕组的相电流Ip3等于1.15倍额定相电流，而流过串联的两相绕组的电流Ip1、Ip2仅为额定相电流的58%。因而可能有这种情况：电动机在58%额定负载下运行时，若发生一相断线，未断线相的线电流正好等于额定线电流，而全电压下的那一相绕组中的电流可达1.15倍额定相电流。这时绕组内的电流已超过其额定值，但流过热继电器发热元件的线电流却小于其动作电流，因此不会动作。第2章 常用低压电器 图图2-19 电动机为三角形连接时电动机为三角形连接时U相断路时的电流情况相断路时的电流情况 第2章 常用低压电器 为了对三相感应电动机进行断相保护，可将热继电器的导板改成差动机构，如图2-20所示。图图2-20 断断相相保保护护机机构构及及其其工工作作原原理理 第2章 常用低压电器 表表2-4 带断相保护热继电器的保护特性带断相保护热继电器的保护特性 第2章 常用低压电器 4)热继电器的主要技术参数及常用型号 热继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、相数、热元件编号、整定电流调节范围、有无断相保护等。热继电器的额定电流是指允许装入的热元件的最大额定电流值。热元件的额定电流是指该元件长期允许通过的电流值。每一种额定电流的热继电器可分别装入若干种不同额定电流的热元件。热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期通过，但又刚好不致引起热继电器动作的电流值。为了便于用户选择，某些型号中的不同整定电流的热元件需用不同编号来表示。对于某一热元件的热继电器，可通过调节其电流旋钮，在一定范围内调节电流整定值。常用的热继电器有JRS1、JR20、JR9、JR15、JR14等系列；引进产品有T系列、3UA系列。第2章 常用低压电器 4.速度继电器速度继电器 图图2-21 速度继电器的结构示意图速度继电器的结构示意图 第2章 常用低压电器 速度继电器主要由转子、定子和触头系统三部分组成。转子是一块永久磁铁，其转轴与被控电动机连接。定子结构与笼型电动机转子的结构相同，由硅钢片叠制而成，并嵌有笼型导条，套在转子外围，且经杠杆机构与触头系统连接。当被控电动机旋转时，速度继电器转子随着旋转，永久磁铁形成旋转磁场，定子中的笼型导条切割磁场而产生感应电动势、感应电流，并在磁场作用下产生电磁转矩，使定子随转子旋转方向转动。但由于有返回杠杆挡位，故定子只能随转子转动一定角度。定子的转动经杠杆作用使相应的触头动作，并在杠杆推动触头动作的同时，压缩反力弹簧，其反作用力也阻止定子转动。当被控电动机转速下降时，速度继电器转子的速度也随之下降，于是定子导体内的感应电动势、感应电流、电磁转矩减小。当电磁转矩小于反作用弹簧的反作用力矩时，定子返回到原来的位置，对应触头恢复到原来的状态。第2章 常用低压电器 调节螺钉的位置可以调节反力弹簧的反作用力大小，从而调节触头动作时所需转子的转速。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中，JY1型可在7003600 r/min范围内可靠地工作；JFZ01型适用于3001000 r/min；JFZ02型适用于10003600 r/min。它们具有两个常开