电气控制技术第2讲.ppt
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1、电气控制技术电气控制技术第第2讲讲济南大学控制科学与工程学院2011-03-162021/9/151济南大学控制科学与工程学院回顾:回顾:n1.1 常用电器的作用与分类常用电器的作用与分类n1.2 接触器(功能、主要组成部分、触点)接触器(功能、主要组成部分、触点)2021/9/152济南大学控制科学与工程学院本课主要内容:本课主要内容:n1.2.1 接触器 电弧的产生与灭弧装置 电磁机构 主要技术数据2021/9/153济南大学控制科学与工程学院(二)电弧的产生与灭弧装置(二)电弧的产生与灭弧装置1)电弧的产生)电弧的产生电弧是一种气体放电现象。接触器触点切断电路时,电路中电压超过电弧是一种
2、气体放电现象。接触器触点切断电路时,电路中电压超过10-20V和电流超过和电流超过80-100mA时,拉开的两个触头之间出现强烈火花。时,拉开的两个触头之间出现强烈火花。气体放电:气体中有大量的带电粒子作定向运动。气体放电:气体中有大量的带电粒子作定向运动。电弧产生原因电弧产生原因:气体电离放电气体电离放电 2021/9/154济南大学控制科学与工程学院电弧的产生过程:电弧的产生过程:强强电电场场发发射射:触触点点分分离离的的瞬瞬间间,由由于于动动、静静触触头头的的距距离离很很小小,触触头头间间的的电电场场强强度度就就非非常常大大,使使触触头头内内部部的的电电子子在在强强电电场场的的作作用用下
3、下被被拉拉出出来来,就就形成强电场发射。形成强电场发射。碰碰撞撞游游离离:从从阴阴极极表表面面发发射射出出在在电电场场力力的的作作用用下下高高速速向向阳阳极极运运动动,在在运运动动过过程程中中不不断断地地与与中中性性质质点点(原原子子或或分分子子)发发生生碰碰撞撞。当当高高速速运运动动的的电电子子积积聚聚足足够够大大的的动动能能时时,就就会会从从中中性性质质点点中中打打出出一一个个或或多多个个电电子子,使使中中性性质质点点游离,这一过程成为碰撞游离。也叫游离,这一过程成为碰撞游离。也叫撞击电离撞击电离。热热电电子子发发射射:碰撞游离的正离子向阴极运动,撞在阴极上使阴极温度逐渐升高。当阴极温度达
4、到一定程度时,一部分电子从阴极逸出再参与碰撞游离。由于高温而使电极发射电子的现象称为热电子发射。热热游游离离:当电弧的温度达到3000。或更高时,弧柱中的原子以很高的速度作不规则的运动并相互剧烈碰撞,结果原子也将产生电离,因高温使原子撞击产生的电离称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。2021/9/155济南大学控制科学与工程学院强强电电场场发发射射、撞撞击击电电离离、热热电电子子发发射射和和热热游游离离的的结结果果,使使得得在两触点间呈现大量向阳极飞驰的电子流,就是所谓的在两触点间呈现大量向阳极飞驰的电子流,就是所谓的电弧。电弧。电孤有两个特点:电孤有两个特点:一一是是电电弧弧中中有有大
5、大量量的的电电子子、离离子子,因因而而是是导导电电的的,电电孤孤不不熄熄灭灭电电路路继继续续导通,电弧熄灭后电路才正式断开;导通,电弧熄灭后电路才正式断开;二二是是电电弧弧的的温温度度很很高高,弧弧心心温温度度达达40005000摄摄氏氏度度以以上上,高高温温电电弧弧会会烧坏设备造成严重事故,所以必须采取措施,迅速熄灭电弧。烧坏设备造成严重事故,所以必须采取措施,迅速熄灭电弧。电弧的后果电弧的后果:烧触头、延长分断时间烧触头、延长分断时间2021/9/156济南大学控制科学与工程学院消电离现象:消电离现象:主要通过正负带电质点的复合进行的,温度越低,带电质点主要通过正负带电质点的复合进行的,温
6、度越低,带电质点运动越慢,越容易复合。运动越慢,越容易复合。触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程。触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程。2021/9/157济南大学控制科学与工程学院2)灭弧装置)灭弧装置灭弧原理灭弧原理:设法降低电弧区温度和电场强度,加强消电离作用。当电离速度低于:设法降低电弧区温度和电场强度,加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度时,电弧即逐渐熄灭。常用的灭弧方式有消电离速度时,电弧即逐渐熄灭。常用的灭弧方式有拉灭弧法 冷却灭弧法 用气体吹动灭弧 采用多断口灭弧 利用真空灭弧 将电弧分为多个串联的短弧 2021/9/158济南大学控制科学与工程学院2)灭弧装置)灭弧装置1
7、、磁吹式灭弧、磁吹式灭弧:利用电弧电流本身灭弧,电弧电流愈大,吹弧能力也越强。:利用电弧电流本身灭弧,电弧电流愈大,吹弧能力也越强。广泛用于直流接触器中广泛用于直流接触器中2021/9/159济南大学控制科学与工程学院2)灭弧装置)灭弧装置2、灭弧栅、灭弧栅:有许多镀铜薄钢片组成,片间距离为:有许多镀铜薄钢片组成,片间距离为2-3mm,安装在灭弧罩内。一般,安装在灭弧罩内。一般适合于交流灭弧装置。适合于交流灭弧装置。2021/9/1510济南大学控制科学与工程学院3、灭弧罩、灭弧罩:通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是分割各路电:通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用一是
8、分割各路电弧以防止发生短路;二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触,使电弧迅速冷却而熄灭。弧以防止发生短路;二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触,使电弧迅速冷却而熄灭。2)灭弧装置)灭弧装置2021/9/1511济南大学控制科学与工程学院4、多断点灭弧、多断点灭弧如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种方法。如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种方法。2021/9/1512济南大学控制科学与工程学院(三)电磁机构作用:将电磁能转换为机械能,带动触头使之闭合或断开。作用:将电磁能转换为机械能,带动触头使之闭合或断开。1、电磁机构的结构形式、电磁机构的结构形式:由吸引线圈(激磁线圈)和磁路(包
9、括铁芯、铁轭、由吸引线圈(激磁线圈)和磁路(包括铁芯、铁轭、衔铁和空气气隙)两部分组成。衔铁和空气气隙)两部分组成。2021/9/1513济南大学控制科学与工程学院(1)按衔铁运动方式分为:)按衔铁运动方式分为:a、衔铁沿棱角转动的拍和式铁芯。、衔铁沿棱角转动的拍和式铁芯。b、衔铁沿轴转动的拍和式铁芯。、衔铁沿轴转动的拍和式铁芯。c、衔铁沿直线运动的直动式铁芯。、衔铁沿直线运动的直动式铁芯。电磁机构的分类如下:电磁机构的分类如下:2021/9/1514济南大学控制科学与工程学院转动式2021/9/1515济南大学控制科学与工程学院(2)按磁系统形状分类:)按磁系统形状分类:U形和形和E形。形。
10、(3)按激磁线圈种类:交流线圈和直流线圈。)按激磁线圈种类:交流线圈和直流线圈。2021/9/1516济南大学控制科学与工程学院(4)按激磁线圈的连接方式:并联(电压线圈)按激磁线圈的连接方式:并联(电压线圈)和串(电流线圈)。和串(电流线圈)。2021/9/1517济南大学控制科学与工程学院2、电磁机构的工作原理、电磁机构的工作原理吸力特性:吸力特性:电磁机构的吸力与气隙的关系曲线。电磁机构的吸力与气隙的关系曲线。反力特性:反力特性:电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线。电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线。(1)反力特性:)反力特性:反力由利用弹簧拉力和衔铁自重两种方式产生:反力由
11、利用弹簧拉力和衔铁自重两种方式产生:1)弹簧反力与引起形变的位移弹簧反力与引起形变的位移x成正比,反力特性:成正比,反力特性:2)自重的反力与气隙大小无关自重的反力与气隙大小无关,反力特性:,反力特性:2021/9/1518济南大学控制科学与工程学院上述二中反力特性曲线如图上述二中反力特性曲线如图所示。其中所示。其中 1为电磁机构气为电磁机构气隙的初始值;隙的初始值;2为动静触头为动静触头开始接触时的气隙长度。由开始接触时的气隙长度。由于超行程机构的弹力作用,于超行程机构的弹力作用,反力特性在反力特性在 2处有一突变。处有一突变。反力特性2021/9/1519济南大学控制科学与工程学院(2)吸
12、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电磁吸力公式:当端面积当端面积S为常数时,为常数时,F与与 成正比成正比2021/9/1520济南大学控制科学与工程学院式中:式中:U-线圈电压(线圈电压(V)E-线圈感应电势(线圈感应电势(V)f-线圈外加电压的频率(线圈外加电压的频率(Hz)-气隙磁通(气隙磁通(wb)N-线圈匝数线圈匝数a、交流电磁机构的吸力特性:、交流电磁机构的吸力特性:2021/9/1521济南大学控制科学与工程学院分析:分析:分析:当分析:当f、N、U为常数时为常数时-为常数为常数-F为常数(幅值不变)
13、;为常数(幅值不变);因因U与与 无关,所以无关,所以F亦与亦与 无关无关,考虑到漏磁通的影响,吸力考虑到漏磁通的影响,吸力F随气隙随气隙 的的减小略有增加。减小略有增加。根据磁路定律可知:交流激磁线圈的电流与气隙根据磁路定律可知:交流激磁线圈的电流与气隙 成正比。成正比。F 2 1 F=f()I=f()2021/9/1522济南大学控制科学与工程学院b、直流电磁机构的吸力特性特点:激磁电流不受气隙变化的影响,特点:激磁电流不受气隙变化的影响,即磁势即磁势WI与气隙大小无关,因此:与气隙大小无关,因此:F 2 (1/)2即直流电磁机构的吸力即直流电磁机构的吸力F与气隙与气隙 的平方的平方成反比
14、。成反比。气隙越小,吸力越大。气隙越小,吸力越大。F 2 1 F=f()I=f()2021/9/1523济南大学控制科学与工程学院c、剩磁的吸力特性:由由于于铁铁磁磁材材料料有有剩剩磁磁,它它使使电电磁磁机机构构的的激激磁磁线线圈圈失失电电后后仍仍有有一一定定的的磁磁性性吸吸力力存存在在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。2021/9/1524济南大学控制科学与工程学院(3)吸力特性与反力特性的配合)吸力特性与反力特性的配合F 2 1 直流吸力特性直流吸力特性交流吸力特性交流吸力特性反力特性反力特性剩磁吸力特性剩磁吸力特性电磁机构欲使衔铁吸合,吸力电磁机构欲使衔铁吸合
15、,吸力必须大于反力;但也不宜过大,必须大于反力;但也不宜过大,否则会造成电器的机械寿命缩否则会造成电器的机械寿命缩短。短。当衔铁释放时,其反力必须大当衔铁释放时,其反力必须大于剩磁吸力,才能可靠释放。于剩磁吸力,才能可靠释放。如图所示如图所示2021/9/1525济南大学控制科学与工程学院作用:对于单相交流电磁机构由于交流磁通过零时吸力为零,作用:对于单相交流电磁机构由于交流磁通过零时吸力为零,吸合后的衔铁在反力作用下将被拉开;磁通过零后吸力增大,吸合后的衔铁在反力作用下将被拉开;磁通过零后吸力增大,当吸力大于反力时衔铁又吸合。这样交流电每周期内衔铁吸当吸力大于反力时衔铁又吸合。这样交流电每周
16、期内衔铁吸力要两次过零,使衔铁产生强烈震动和噪音,甚至使铁心松力要两次过零,使衔铁产生强烈震动和噪音,甚至使铁心松散。为此在铁心端面上装一个铜制的分磁环(短路环)散。为此在铁心端面上装一个铜制的分磁环(短路环)(4)短路环)短路环2021/9/1526济南大学控制科学与工程学院(5)电磁机构的输入输出特性电磁机构激磁线圈的电压(或电流)为其输入量,衔铁的位电磁机构激磁线圈的电压(或电流)为其输入量,衔铁的位置为其输出量,两者之间的关系称为输入置为其输出量,两者之间的关系称为输入-输出特性输出特性若以若以y代表电磁机构的输出量,并将衔铁处于吸合位置记作代表电磁机构的输出量,并将衔铁处于吸合位置记
17、作y=1;将衔铁处于释放位置记作;将衔铁处于释放位置记作y=0;当吸力特性处于反力特;当吸力特性处于反力特性上方时,衔铁吸合;当吸力特性处于反力特性上下方时,性上方时,衔铁吸合;当吸力特性处于反力特性上下方时,衔铁释放。衔铁释放。若以若以x代表电磁机构的输入量,使吸力特性处于反力特性上代表电磁机构的输入量,使吸力特性处于反力特性上方的最小输入量以方的最小输入量以xc表示,称为电磁机构的动作值;表示,称为电磁机构的动作值;使吸力使吸力特性处于反力特性下方的最大输入量以特性处于反力特性下方的最大输入量以xf表示,称为电磁机表示,称为电磁机构的返回值。为使电器工作可靠一般的额定输入量构的返回值。为使
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