工厂常用电器基础知识优秀课件.ppt

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1、工厂常用电器基础知识第1页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念按电器适用的电路电压等级来分，可以分为高压电器和低压电器。按电器适用的电路电压等级来分，可以分为高压电器和低压电器。高压和低压是一个相对的概念，按国家标准关于电网额定电压等级高压和低压是一个相对的概念，按国家标准关于电网额定电压等级的规定，把额定电压在的规定，把额定电压在3 kV及以上的电压称为高压，有及以上的电压称为高压，有3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1 000 kV 等各电压等级；额定电压交流等各电压等级；额定电压交

2、流1.2 kV 及以下，直流及以下，直流1.5 kV 及以下的电压称为低压，有交流及以下的电压称为低压，有交流36 V、220 V、380 V、660 V、1 140 V 等电压等级，直流等电压等级，直流36 V、48 V、110 V、220 V、440 V、800 V 等电压等级。适用等电压等级。适用于高压电路中的电器称为高压电器，应用于低压电路中的电器就是于高压电路中的电器称为高压电器，应用于低压电路中的电器就是低压电器。电器的额定电压，是指作用于电路的主控部件的额定电低压电器。电器的额定电压，是指作用于电路的主控部件的额定电压，而不是指操作电源的额定电压。高压电器与低压电器虽然在功压，而

3、不是指操作电源的额定电压。高压电器与低压电器虽然在功能上有一些相似之处，但是二者在结构特征上有较大的差异。能上有一些相似之处，但是二者在结构特征上有较大的差异。上一页 下一页返回第2页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念按电器适用的电源性质分，可分为交流电器与直流电器。应用于交流电按电器适用的电源性质分，可分为交流电器与直流电器。应用于交流电路的电器是交流电器，应用于直流电路的电器则是直流电器。对于电磁路的电器是交流电器，应用于直流电路的电器则是直流电器。对于电磁系列和电动系列的电器，同样依据该电器所作用的电路性质来确定，而系列和电动系列的电器，同样依据该电器所作用的电路性质来

4、确定，而不能以输入该电器的操作电源的性质来确定其是交流电器还是直流电器。不能以输入该电器的操作电源的性质来确定其是交流电器还是直流电器。按电器在电路中所处的地位和作用分，可以分为配电电器和控制按电器在电路中所处的地位和作用分，可以分为配电电器和控制电器，用来分配和传输电能的电器是配电电器，如断路器、隔离电器，用来分配和传输电能的电器是配电电器，如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器等，控制电器是对电路和电能的质量进开关、负荷开关、熔断器等，控制电器是对电路和电能的质量进行控制、测量及保护作用的电器，如接触器、启动器、控制继电行控制、测量及保护作用的电器，如接触器、启动器、控制继电器、控制器、主令

5、器及互感器等。器、控制器、主令器及互感器等。上一页 下一页返回第3页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念按工作条件或使用环境可分为普通电器和特种电器，所谓特种电器按工作条件或使用环境可分为普通电器和特种电器，所谓特种电器是适应特殊环境，在结构上有特殊要求的电器，如：是适应特殊环境，在结构上有特殊要求的电器，如：船用电器，要求有一定耐潮湿、耐腐蚀和抗冲击、抗震性能，主船用电器，要求有一定耐潮湿、耐腐蚀和抗冲击、抗震性能，主要用于船舶和舰艇。要用于船舶和舰艇。矿用电器，应具有防爆、密封、耐潮湿、抗冲击的性能。矿用电器，应具有防爆、密封、耐潮湿、抗冲击的性能。化工电器，具有耐腐蚀、耐

6、潮湿和防爆性能。化工电器，具有耐腐蚀、耐潮湿和防爆性能。热带型电器，具有抗高温、抗盐雾、耐潮湿、耐腐蚀性能。热带型电器，具有抗高温、抗盐雾、耐潮湿、耐腐蚀性能。高原型电器，具有抗低气压、抗盐碱、防风沙、结构稳定、耐寒等特性。高原型电器，具有抗低气压、抗盐碱、防风沙、结构稳定、耐寒等特性。上一页 下一页返回第4页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念按其工作方式可分为自动电器、手动电器两类。自动电器是依据外来信号和按其工作方式可分为自动电器、手动电器两类。自动电器是依据外来信号和自身参数的变化，通过电磁机构或压缩空气来完成接通、分断、启动等动作，自身参数的变化，通过电磁机构或压缩空

7、气来完成接通、分断、启动等动作，如接触器、继电器等；而手动电器则是由手力操纵手柄带动执行机构完成上如接触器、继电器等；而手动电器则是由手力操纵手柄带动执行机构完成上述动作的，如刀开关、主令器、凸轮控制器等。述动作的，如刀开关、主令器、凸轮控制器等。按有无触点可分为有触点电器和无触点电器。有触点电器是通过按有无触点可分为有触点电器和无触点电器。有触点电器是通过触点的开闭完成对电路的接通与分断，或达到切换电路的目的，触点的开闭完成对电路的接通与分断，或达到切换电路的目的，它最显著的特点是能完全切断电流，隔离电源，有良好的分断能它最显著的特点是能完全切断电流，隔离电源，有良好的分断能力，但由于电弧和

8、机械磨损会影响其使用寿命。无触点电器是通力，但由于电弧和机械磨损会影响其使用寿命。无触点电器是通过改变电路的参数达到上述目的，这种电器的特点是无触点系统，过改变电路的参数达到上述目的，这种电器的特点是无触点系统，不会产生电弧，没有机械噪声，但是压降大，温升高，一般不能不会产生电弧，没有机械噪声，但是压降大，温升高，一般不能完全隔离电源。完全隔离电源。上一页 下一页返回第5页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念1.1.2 对电器的基本要求对电器的基本要求电器种类繁多，结构千差万别，但不论其差异如何，对电器的基本电器种类繁多，结构千差万别，但不论其差异如何，对电器的基本要求都是相同

9、的，这也是设计和使用电器的基本原则。应该根据本要求都是相同的，这也是设计和使用电器的基本原则。应该根据本地区的供、配电条件，用电容量、负荷性质和类别，做到合理选型，地区的供、配电条件，用电容量、负荷性质和类别，做到合理选型，从而保障供电可靠，技术先进，经济合理。从而保障供电可靠，技术先进，经济合理。（1）安全性。所有的电器不但能正常地满足负荷电流做功的需要，）安全性。所有的电器不但能正常地满足负荷电流做功的需要，还能承受住故障时短路电流的热效应、电磁效应产生的破坏力，满还能承受住故障时短路电流的热效应、电磁效应产生的破坏力，满足热稳定性和动稳定性的要求。这就要求电器的额定电压、额定电足热稳定性

10、和动稳定性的要求。这就要求电器的额定电压、额定电流、额定频率都应与电网相符合，以满足电器在正常状态下的稳定流、额定频率都应与电网相符合，以满足电器在正常状态下的稳定工作要求。而且当电力系统发生故障，如短路、过载、过压等非正工作要求。而且当电力系统发生故障，如短路、过载、过压等非正常状态时，要求电器从生故障到保护装置将故障线路切除这一段时常状态时，要求电器从生故障到保护装置将故障线路切除这一段时间内，不会损坏。间内，不会损坏。上一页 下一页返回第6页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念电器的热稳定性是指电器在运行过程中，会有各种损耗而发热，如果发电器的热稳定性是指电器在运行过程中

11、，会有各种损耗而发热，如果发热超过电器的极限允许温度，则电器的性能就会受到极大的影响，甚至热超过电器的极限允许温度，则电器的性能就会受到极大的影响，甚至损毁电器。在正常情况下，电器一方面由于有电流通过而发热产生热量损毁电器。在正常情况下，电器一方面由于有电流通过而发热产生热量积累，另一方面电器又通过传导、对流和辐射向周围散热，当二者达到积累，另一方面电器又通过传导、对流和辐射向周围散热，当二者达到平衡时，电器的温度达到稳定值。但是在短路时，由于电流剧增而电器平衡时，电器的温度达到稳定值。但是在短路时，由于电流剧增而电器又来不及与周围介质发生热交换，电器在这种状态时，温度快速上升。又来不及与周围

12、介质发生热交换，电器在这种状态时，温度快速上升。在故障未排除前，电器必须能承受短路电流所产生的热效应。电器在规在故障未排除前，电器必须能承受短路电流所产生的热效应。电器在规定使用条件下，短时间内通过最大电流而不损坏的性能，称为电器的热定使用条件下，短时间内通过最大电流而不损坏的性能，称为电器的热稳定性。稳定性。上一页 下一页返回第7页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念热稳定电流热稳定电流 是指电器在规定的使用条件和时限范围是指电器在规定的使用条件和时限范围t 内，在闭合位内，在闭合位置上保证不超过极限允许温度的最大电流。置上保证不超过极限允许温度的最大电流。t 分别取分别取2

13、 s、4 s、10 s，称为，称为2 s、4 s、10 s 热稳定电流。电器的热稳定电流热稳定电流。电器的热稳定电流是否满足实际需要，必须进行热稳定性校验。其条件为是否满足实际需要，必须进行热稳定性校验。其条件为式中式中 短路电流的最大值，一般按三相短路电流计算；短路电流的最大值，一般按三相短路电流计算；短路开始至自动切除为止的时间；短路开始至自动切除为止的时间；t s热稳定电流。热稳定电流。上一页 下一页返回第8页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念电器在通过电流时，在其周围空间会产生磁场，磁场反过来又对电电器在通过电流时，在其周围空间会产生磁场，磁场反过来又对电流产生作用力

14、，人们把这种安培力称为电动力。电动力对电器有很流产生作用力，人们把这种安培力称为电动力。电动力对电器有很强的破坏力。如载流线圈受到向外的张力，会使线圈散包，如强的破坏力。如载流线圈受到向外的张力，会使线圈散包，如图图1-11-1所示；也会使载流平行导体变形或使电气连接处松脱，如所示；也会使载流平行导体变形或使电气连接处松脱，如图图1-21-2所示。当所示。当平行导体通以同方向电流时相互吸引，通以反方向电流时相互排平行导体通以同方向电流时相互吸引，通以反方向电流时相互排斥。斥。电器的动稳定性是指导体和电器承受短路电流电动力作用的能力，电器的动稳定性是指导体和电器承受短路电流电动力作用的能力，一般

15、称为动稳定。电器的动稳定是否满足实际要求，也要进行校验，一般称为动稳定。电器的动稳定是否满足实际要求，也要进行校验，其条件是其条件是上一页 下一页返回第9页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念式中式中 三相短路冲击电流的幅值及有效值；三相短路冲击电流的幅值及有效值；电器允许通过动稳定电流的峰值和有效值。电器允许通过动稳定电流的峰值和有效值。（2）可靠性。所有的电器不但在正常状态下能可靠地工作，还在线）可靠性。所有的电器不但在正常状态下能可靠地工作，还在线路和设备发生故障时，能够利用电器具备的功能迅速地对故障线路路和设备发生故障时，能够利用电器具备的功能迅速地对故障线路或设备有效

16、地切除、隔离，迅速恢复非故障区的供电，而且要求误或设备有效地切除、隔离，迅速恢复非故障区的供电，而且要求误动作少。动作少。（3）适应性。电器的结构要适应工作环境和控制的要求特殊环境要）适应性。电器的结构要适应工作环境和控制的要求特殊环境要使用特种电器，普通环境也要考虑其结构与工作条件的关系，如，使用特种电器，普通环境也要考虑其结构与工作条件的关系，如，是室内还是室外、是自动还是手动等是室内还是室外、是自动还是手动等上一页 下一页返回第10页，本讲稿共58页1.1 电器的基本概念电器的基本概念1.1.3电器的学习方法电器的学习方法学习本篇，要求掌握工厂常用电器的工作原理，主要产品的结构、用途、电

17、学习本篇，要求掌握工厂常用电器的工作原理，主要产品的结构、用途、电路符号和运行特点。可以采用类比的方法学习，高压电器和低压电器在功能路符号和运行特点。可以采用类比的方法学习，高压电器和低压电器在功能上有许多相似之处，也有相对应功能的产品，本教材采用按适用电压等级分上有许多相似之处，也有相对应功能的产品，本教材采用按适用电压等级分类方法安排章节，这样把复杂问题简单化，有利于类比学习。类方法安排章节，这样把复杂问题简单化，有利于类比学习。上一页返回第11页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构电磁式电器在电气控制系统中使用量是最大的，类型也最多电磁式电器在电气控制系统中使

18、用量是最大的，类型也最多.各类电磁式电器各类电磁式电器的工作原理基本相同，其结构也大同小异，就结构而言，主要由检测部分的工作原理基本相同，其结构也大同小异，就结构而言，主要由检测部分（电磁机构）和执行部分（触点系统）及灭弧系统和缓冲机构等几部分组成。（电磁机构）和执行部分（触点系统）及灭弧系统和缓冲机构等几部分组成。下一页返回第12页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构1.2.1电磁机构的组成和分类电磁机构的组成和分类电磁机构是电磁式电器的主要部件之一，它的作用是将电磁能转电磁机构是电磁式电器的主要部件之一，它的作用是将电磁能转化为机械能，带动执行机构动作。化为机械

19、能，带动执行机构动作。1.电磁机构的组成电磁机构的组成电磁机构由铁芯（包括衔铁）、线圈、返回系统三部分组成电磁机构由铁芯（包括衔铁）、线圈、返回系统三部分组成（1）铁芯的作用是构成磁路，并通过衔铁的运动带动触点动作。铁芯）铁芯的作用是构成磁路，并通过衔铁的运动带动触点动作。铁芯有有U形、形、E形、筒形等基本形式，衔铁有条形、形、筒形等基本形式，衔铁有条形、U形、形、E形、圆柱形形、圆柱形等基本形式。衔铁的运动有转动式和直动式。等基本形式。衔铁的运动有转动式和直动式。上一页 下一页返回第13页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构（2）线圈是电磁式电器的励磁系统，其作用

20、是将电能转化为磁能，）线圈是电磁式电器的励磁系统，其作用是将电能转化为磁能，产生磁场，衔铁在电磁力的作用下发生机械位移与之吸合。通以直产生磁场，衔铁在电磁力的作用下发生机械位移与之吸合。通以直流电的线圈称为直流线圈，通以交流电的线圈称为交流线圈。流电的线圈称为直流线圈，通以交流电的线圈称为交流线圈。对于直流线圈，其铁芯通常由软钢或工程纯铁制成，铁芯不发热，对于直流线圈，其铁芯通常由软钢或工程纯铁制成，铁芯不发热，只有线圈发热，因此直流线圈做成高而薄的瘦高型，而且不设骨只有线圈发热，因此直流线圈做成高而薄的瘦高型，而且不设骨架，线圈直接与铁芯接触，有利于散热。架，线圈直接与铁芯接触，有利于散热。

21、对于交流线圈，由于其铁芯中有磁滞和涡流损耗，所以铁芯和线圈都发对于交流线圈，由于其铁芯中有磁滞和涡流损耗，所以铁芯和线圈都发热，交流线圈一般都设有骨架，使铁芯与线圈隔离，并将线圈设计成短热，交流线圈一般都设有骨架，使铁芯与线圈隔离，并将线圈设计成短而厚的矮胖型，而且铁芯通常由电工钢片叠压而成，在端口处还加有分而厚的矮胖型，而且铁芯通常由电工钢片叠压而成，在端口处还加有分磁环，也叫短路环，以减小涡流损耗和电磁振动。磁环，也叫短路环，以减小涡流损耗和电磁振动。上一页 下一页返回第14页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构1.2.1电磁机构的组成和分类电磁机构的组成和分类

22、（3）返回系统的作用是使被吸合的衔铁在线圈断电后能够复原的重）返回系统的作用是使被吸合的衔铁在线圈断电后能够复原的重要装置。电磁式电器的返回系统通常利用弹簧的弹力或衔铁自身的要装置。电磁式电器的返回系统通常利用弹簧的弹力或衔铁自身的重力作用，既简单又灵敏。重力作用，既简单又灵敏。2.电磁机构的分类电磁机构的分类（1）按衔铁的运动方式可分为拍合式和直动式，常用的结构形式有）按衔铁的运动方式可分为拍合式和直动式，常用的结构形式有以下几种，如以下几种，如图图1-3所示所示。衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如图图1-3（a）所示，这种结构的磁所示，这种结构的磁路气隙可以有路气

23、隙可以有13个，返回系统多用弹簧返回，该结构广泛应用于个，返回系统多用弹簧返回，该结构广泛应用于直流电器中。直流电器中。衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，如衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，如图图1-3（b）所示，其铁芯的形所示，其铁芯的形状有状有E形和形和U形两种，磁路气隙形两种，磁路气隙13个，返回系统可以用弹簧也个，返回系统可以用弹簧也可以用自身重力返回，该结构多用于触点容量较大的交流电器中。可以用自身重力返回，该结构多用于触点容量较大的交流电器中。上一页 下一页返回第15页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构（2）按线圈与电路的连接方式可分为电流型电磁机构和电压型电磁机）按

24、线圈与电路的连接方式可分为电流型电磁机构和电压型电磁机构。构。电流型电磁机构的线圈串联接入电路中，如电流型电磁机构的线圈串联接入电路中，如图图1-4（a）所示，流过所示，流过线圈的电流较大，为了减小其对电路的分压作用，线圈所用的导线线圈的电流较大，为了减小其对电路的分压作用，线圈所用的导线粗，匝数少，线圈的阻抗小，该线圈被称为粗，匝数少，线圈的阻抗小，该线圈被称为 电流线圈。电流线圈。电压型电磁机构的线圈并联接入电路中，如电压型电磁机构的线圈并联接入电路中，如图图1-4（b）所示，为了减所示，为了减小线圈对电路的分流作用，降低对电路的影响，线圈的阻抗要求较大，小线圈对电路的分流作用，降低对电路

25、的影响，线圈的阻抗要求较大，所以线圈的线径细，匝数多，该线所以线圈的线径细，匝数多，该线 圈被称为电压线圈。圈被称为电压线圈。上一页 下一页返回第16页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构1.2.2电磁机构的吸力特性与反力特性电磁机构的吸力特性与反力特性电磁式电器的基本工作原理如电磁式电器的基本工作原理如图图1-5所示，当线圈中通以电流时，线所示，当线圈中通以电流时，线圈中产生的磁场作用于衔铁，衔铁受到力的作用而产生机械位移，圈中产生的磁场作用于衔铁，衔铁受到力的作用而产生机械位移，带动触点动作。带动触点动作。当线圈断电后，衔铁失去电磁吸引力，由复位弹簧将其拉回原位

26、，从而带动当线圈断电后，衔铁失去电磁吸引力，由复位弹簧将其拉回原位，从而带动触点复位。因此作用于衔铁的力有两个，即电磁吸力与反力，电磁吸力由电触点复位。因此作用于衔铁的力有两个，即电磁吸力与反力，电磁吸力由电磁机构产生，而反力由复位弹簧和触点弹簧产生。磁机构产生，而反力由复位弹簧和触点弹簧产生。电磁吸力可以由式（电磁吸力可以由式（1-3）表示，即）表示，即上一页 下一页返回第17页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构式中式中F电磁吸力，电磁吸力，N；B气隙的磁感应强度，气隙的磁感应强度，T；S磁极横截面积，磁极横截面积，m2。当线圈中通以直流电时，当线圈中通以直流电

27、时，F为一恒定值。当线圈中通以正弦交流为一恒定值。当线圈中通以正弦交流电时，其气隙的磁感应强度也按正弦规律变化，即电时，其气隙的磁感应强度也按正弦规律变化，即代入式（代入式（1-3）得电磁吸力的瞬时值）得电磁吸力的瞬时值上一页 下一页返回第18页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构由式（由式（1-5）知，电磁吸力的最大值为）知，电磁吸力的最大值为电磁吸力的最小值为电磁吸力的最小值为上一页 下一页返回第19页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构吸力特性是指电磁吸力吸力特性是指电磁吸力F随衔铁与铁芯间气隙随衔铁与铁芯间气隙变化的关系曲线。气隙

28、越变化的关系曲线。气隙越大，吸力越小，大，吸力越小，F与与成反比例关系。成反比例关系。不同的电磁机构，有不同的吸力特性，实验表明，螺管式的吸力不同的电磁机构，有不同的吸力特性，实验表明，螺管式的吸力F随随变化较小，拍合式的吸力变化较小，拍合式的吸力F随随变化最大。变化最大。图图1-6所示为电磁机构的吸所示为电磁机构的吸力与反力最典型的特性曲线。力与反力最典型的特性曲线。对于直流线圈，其励磁电流的大小与气隙无关，衔铁运动过程中是对于直流线圈，其励磁电流的大小与气隙无关，衔铁运动过程中是恒磁势工作，所以吸力特性曲线比较陡峭（恒磁势工作，所以吸力特性曲线比较陡峭（如图如图1-6中的中的1所示）。所示

29、）。而交流线圈的励磁电流与气隙成正比，衔铁在运动过程中为恒磁通工作，而交流线圈的励磁电流与气隙成正比，衔铁在运动过程中为恒磁通工作，但考虑到漏磁和线圈电阻的影响，其吸力平均值随气隙的增大而略有减但考虑到漏磁和线圈电阻的影响，其吸力平均值随气隙的增大而略有减小，所以吸力特性曲线比较平坦，如小，所以吸力特性曲线比较平坦，如图图1-6中的中的2所示。所示。上一页 下一页返回第20页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构其反力特性是指反力其反力特性是指反力Fr随气隙随气隙变化的关系曲线，如图变化的关系曲线，如图1-6中的中的3所示，由电磁机构的吸力与反力特性曲线可知，电磁机构

30、要正所示，由电磁机构的吸力与反力特性曲线可知，电磁机构要正常工作，其吸力特性与反力特性必须配合得当；否则，电磁机构常工作，其吸力特性与反力特性必须配合得当；否则，电磁机构就会动作混乱。在衔铁吸合的全过程中，其吸力特性曲线必须在就会动作混乱。在衔铁吸合的全过程中，其吸力特性曲线必须在反力特性曲线上方，即吸力大于反力，如反力特性曲线上方，即吸力大于反力，如图图1-7（a）所示。而所示。而在衔铁释放的全过程中，其反力特性曲线必须在吸力特性曲线的在衔铁释放的全过程中，其反力特性曲线必须在吸力特性曲线的上方，亦反力大于吸力，如上方，亦反力大于吸力，如图图1-7（b）所示。所示。在吸合的过程中同时还必须注

31、意吸力特性曲线位于反力特性曲线上方不能太在吸合的过程中同时还必须注意吸力特性曲线位于反力特性曲线上方不能太高，一方面会无谓浪费能量，另一方面会由于衔铁对铁芯的碰撞而产生振动高，一方面会无谓浪费能量，另一方面会由于衔铁对铁芯的碰撞而产生振动甚至影响到电器的机械寿命，合理配合的基本原则是：在满足吸力特性曲线甚至影响到电器的机械寿命，合理配合的基本原则是：在满足吸力特性曲线在反力特性曲线上方的原则下，应使二者尽量靠近，甚至允许有少量交叉。在反力特性曲线上方的原则下，应使二者尽量靠近，甚至允许有少量交叉。上一页 下一页返回第21页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构1.2.

32、3交流电磁机构上短路环的作用交流电磁机构上短路环的作用由式（由式（1-5）可知，交流电磁机构的电磁吸力是一个周期性变力，）可知，交流电磁机构的电磁吸力是一个周期性变力，其频率是电源频率的其频率是电源频率的2倍，其变化关系如倍，其变化关系如图图1-8所示。所示。当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合，反之衔铁释放。电源电压变化当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合，反之衔铁释放。电源电压变化一个周期，衔铁吸合两次，释放两次，若励磁电源为工频，则衔铁每秒将有一个周期，衔铁吸合两次，释放两次，若励磁电源为工频，则衔铁每秒将有100次振动，同时也会产生噪声，为此必须采取有效的措施，消除振动与噪次振动，

33、同时也会产生噪声，为此必须采取有效的措施，消除振动与噪声。声。上一页 下一页返回第22页，本讲稿共58页1.2 电磁式电器的电磁机构电磁式电器的电磁机构具体的办法就是在铁芯端面的具体的办法就是在铁芯端面的2/3处开个小槽，在槽内安装一个处开个小槽，在槽内安装一个铜质的短路环，又称分磁环，如铜质的短路环，又称分磁环，如图图1-9（a）所示，加了分磁环后，所示，加了分磁环后，铁芯的磁场被分成两部分，即环外部分铁芯的磁场被分成两部分，即环外部分B1和环内部分和环内部分B2，由于磁，由于磁场的变化，在铜环内就产生感应电流，该变化的电流产生的磁场场的变化，在铜环内就产生感应电流，该变化的电流产生的磁场阻

34、碍了阻碍了B2的变化，如果设计合理，可以使的变化，如果设计合理，可以使B2的相位滞后的相位滞后B1约约90，而电磁吸力与，而电磁吸力与B的平方成正比，所以使得电磁吸力的合力始终的平方成正比，所以使得电磁吸力的合力始终大于反力，使衔铁牢牢被铁芯吸合，这样就消除了振动与噪声。大于反力，使衔铁牢牢被铁芯吸合，这样就消除了振动与噪声。其形成的合力如其形成的合力如图图1-9（b）所示。所示。上一页返回第23页，本讲稿共58页1.3 电器的触点系统电器的触点系统1.3.1触点的概念和触点材料触点的概念和触点材料触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下

35、起接通和分断电路的作用，触点总是成对出现，其中固定不动的称为静触点，随衔铁运动用，触点总是成对出现，其中固定不动的称为静触点，随衔铁运动的称为动触点。根据它在电路中所起的作用，要求触点具有良好的的称为动触点。根据它在电路中所起的作用，要求触点具有良好的导电和导热性能，同时还要有良好的接触性能。触点通常用铜、银、导电和导热性能，同时还要有良好的接触性能。触点通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触点的表面电镀银、锡或者镍。镍及其合金材料制成，有时也在铜触点的表面电镀银、锡或者镍。铜容易氧化在触点的表面生成氧化铜，它将增大触点的接触电阻，铜容易氧化在触点的表面生成氧化铜，它将增大触点的接触电

36、阻，使触点的损耗加大，电器的温度上升。使触点的损耗加大，电器的温度上升。下一页返回第24页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回所以有些特殊用途的电器或者电流容量较小的电器的触点常采用银质材料，所以有些特殊用途的电器或者电流容量较小的电器的触点常采用银质材料，这不仅因为银质触点的导电、导热性能优于铜质触点，而且银质触点的氧化这不仅因为银质触点的导电、导热性能优于铜质触点，而且银质触点的氧化物的电阻率很低，与纯银的电阻率几乎相同，银的氧化要在较高的温度下才物的电阻率很低，与纯银的电阻率几乎相同，银的氧化要在较高的温度下才可进行，而且形成的氧化膜极易粉末化，随触点的运

37、动很容易可进行，而且形成的氧化膜极易粉末化，随触点的运动很容易 自洁，这样可以有效地避免因触点表面氧化而引起的接触不良。自洁，这样可以有效地避免因触点表面氧化而引起的接触不良。对于大容量和中等容量的电器，在结构设计上，触点常采用滚动设对于大容量和中等容量的电器，在结构设计上，触点常采用滚动设计，可将氧化膜去掉，一般常采用铜质材料，这样既计，可将氧化膜去掉，一般常采用铜质材料，这样既 经济又能满足电器的导电和容量要求。经济又能满足电器的导电和容量要求。第25页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回1.3.2触点的接触电阻触点的接触电阻触点的电阻不仅取决于构成触点的导

38、体电阻，更重要的是取决于触触点的电阻不仅取决于构成触点的导体电阻，更重要的是取决于触点之间的接触电阻。点之间的接触电阻。触点间的接触电阻包括触点间的接触电阻包括“表面膜电阻表面膜电阻”和和“收缩电阻收缩电阻”。“表面膜表面膜电阻电阻”是触点接触表面在介质中形成的氧化物、硫化物、有机聚合是触点接触表面在介质中形成的氧化物、硫化物、有机聚合物、纤尘及油水等所形成的电阻，物、纤尘及油水等所形成的电阻，“表面膜电阻表面膜电阻”可能比导体本身可能比导体本身的电阻大几十甚至几千倍，导电性能极差，且受环境的影响大。的电阻大几十甚至几千倍，导电性能极差，且受环境的影响大。“收缩电阻收缩电阻”是由于触点的接触面

39、并不绝对光滑，在接触时，其实际是由于触点的接触面并不绝对光滑，在接触时，其实际接触面积总是小于触点的可接触面积，这样有效导电截面积减小，接触面积总是小于触点的可接触面积，这样有效导电截面积减小，当电流流过触点时，会形成电流收缩现象，从而使电阻增大，导电当电流流过触点时，会形成电流收缩现象，从而使电阻增大，导电性能变差，由于这种原因增加的电阻称为性能变差，由于这种原因增加的电阻称为“收缩电阻收缩电阻”。第26页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回如果触点的接触电阻变大，当电流流过触点时，压降增大，电阻损耗加如果触点的接触电阻变大，当电流流过触点时，压降增大，电阻损

40、耗加大，温度升高，这样会导致大，温度升高，这样会导致“表面膜电阻表面膜电阻”进一步增大，形成恶性循环，进一步增大，形成恶性循环，使相邻的绝缘材料老化，严重时会使触点熔焊，造成电力设备和电力系使相邻的绝缘材料老化，严重时会使触点熔焊，造成电力设备和电力系统发生事故。所以减小接触电阻并使之保持稳定是电器对触点的必然要统发生事故。所以减小接触电阻并使之保持稳定是电器对触点的必然要求，接触电阻的大小与接触面的大小、压力、温度、材料、化学性质、求，接触电阻的大小与接触面的大小、压力、温度、材料、化学性质、接触面的粗糙程度等都有密切关系，通常可以采用以下措施减小接触电接触面的粗糙程度等都有密切关系，通常可

41、以采用以下措施减小接触电阻：阻：（1）触点闭合时保持一定的压力。）触点闭合时保持一定的压力。（2）设计触点时应使其具有自清洁功能。）设计触点时应使其具有自清洁功能。（3）合理选择触点材料的硬度及电化学性能。）合理选择触点材料的硬度及电化学性能。（4）触点表面镀覆盖层。）触点表面镀覆盖层。第27页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回1.3.3触点的分类触点的分类按开闭电流的大小，可分为弱电流触点、中电流触点、强电流触点。开闭电按开闭电流的大小，可分为弱电流触点、中电流触点、强电流触点。开闭电流在流在10 A以下的触点称为弱电流触点，以下的触点称为弱电流触点，10

42、A以上以上100 A以下的触点以下的触点称为中电流触点，称为中电流触点，100 A及以上的触点称为强电流触点。中、强电流及以上的触点称为强电流触点。中、强电流触点又被称为触头。弱电流触点也被称为接点。触点又被称为触头。弱电流触点也被称为接点。按工作状态，触点可分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点，按工作状态，触点可分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点，任何触点都有两个状态，即开和闭，而触点的开和闭是由操动机构任何触点都有两个状态，即开和闭，而触点的开和闭是由操动机构来实现的，相应的操动机构也有两个状态，即分闸和合闸，人们把来实现的，相应的操动机构也有两个状态，即分闸和合闸，人们把操动机构的

43、分闸状态称为自然状态，合闸状态称为操作状态。一般操动机构的分闸状态称为自然状态，合闸状态称为操作状态。一般情况下，操动机构的分、合状态与触点的开、闭状态是对应的，但情况下，操动机构的分、合状态与触点的开、闭状态是对应的，但是有时也有相悖的情况出现。是有时也有相悖的情况出现。第28页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回在自然状态时开断，在操作状态时闭合的触点称为动合触点；而在自然状态在自然状态时开断，在操作状态时闭合的触点称为动合触点；而在自然状态时闭合，在操作状态时断开的触点称为动断触点。在电路图中都应按照其自时闭合，在操作状态时断开的触点称为动断触点。在电路图

44、中都应按照其自然状态下的实际情形画出，其图形符号如然状态下的实际情形画出，其图形符号如图图1-10所示。所示。按照触点所处在电路中的位置，可分为主触点和辅助触点，处在主电路中的按照触点所处在电路中的位置，可分为主触点和辅助触点，处在主电路中的触点称为主触点，一般容量较大，有灭弧装置，在一具电器中，其数目一般触点称为主触点，一般容量较大，有灭弧装置，在一具电器中，其数目一般较少；处在辅助电路中的触点称为辅助触点，一般容量较小，没有灭弧装置，较少；处在辅助电路中的触点称为辅助触点，一般容量较小，没有灭弧装置，在电路中起控制、保护、测量主电路的作用，在一具电器中，其数目较多，在电路中起控制、保护、测

45、量主电路的作用，在一具电器中，其数目较多，要求灵敏度高。要求灵敏度高。第29页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页 下一页返回1.3.4触点的接触形式和典型结构形式触点的接触形式和典型结构形式触点的接触形式有很多，常见的有三种，即点接触、线接触和面触点的接触形式有很多，常见的有三种，即点接触、线接触和面接触。接触。图图1-11（a）所示为点接触，它是由两个半球形的触点或一个半球与一所示为点接触，它是由两个半球形的触点或一个半球与一个平面触点构成，可以提高接触压力，减小接触电阻，多用于小电流电个平面触点构成，可以提高接触压力，减小接触电阻，多用于小电流电路中；路中；图图1-1

46、1（b）所示为线接触，触点的通断一般是通过滚动或者滑所示为线接触，触点的通断一般是通过滚动或者滑动来实现的，以利于清除触点表面的氧化膜，这种触点多用于通断次数动来实现的，以利于清除触点表面的氧化膜，这种触点多用于通断次数多、电流较大的场合，多用于中等容量的电器中；多、电流较大的场合，多用于中等容量的电器中；图图1-11（c）所示为所示为面接触，这种触点一般在接触表面镶有合金，以减小其接触电阻，面接触，这种触点一般在接触表面镶有合金，以减小其接触电阻，增强抗熔焊性能和抗磨损的性能，允许通过较大电流。增强抗熔焊性能和抗磨损的性能，允许通过较大电流。第30页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的

47、触点系统上一页 下一页返回触点的结构形式常见的有桥式触点、指形触点、瓣形触点和盘形触触点的结构形式常见的有桥式触点、指形触点、瓣形触点和盘形触点等形式，点等形式，如图如图1-12所示。所示。图图1-12（a）所示为桥式触点，动触点为所示为桥式触点，动触点为直动式，两个触点串联在电路中，构成一个桥路，电路的接通与断直动式，两个触点串联在电路中，构成一个桥路，电路的接通与断开由两个触点共同完成，该结构灵敏度高，适于快速操作；开由两个触点共同完成，该结构灵敏度高，适于快速操作；图图1-12（b）所示为指形触点，动触点为转动式，最大的优点是具有自所示为指形触点，动触点为转动式，最大的优点是具有自清洁功

48、能，接触点的压力大，电动稳定性好；清洁功能，接触点的压力大，电动稳定性好；图图1-12（c）所示为盘所示为盘形触点，动触点是直动式，电动稳定性好，该类触点在高压断路形触点，动触点是直动式，电动稳定性好，该类触点在高压断路器中有广泛的应用。器中有广泛的应用。第31页，本讲稿共58页1.3电器的触点系统电器的触点系统上一页返回1.3.5触点的磨损触点的磨损触点的磨损包括机械磨损和电气磨损两方面，其中电气磨损是引起触点损坏触点的磨损包括机械磨损和电气磨损两方面，其中电气磨损是引起触点损坏的主要原因，电气磨损是由于在通断过程中触点间放电作用，使触点材料及的主要原因，电气磨损是由于在通断过程中触点间放电

49、作用，使触点材料及相邻的绝缘材料的力学性质和化学性质发生变化而引起的，电气磨损的程度相邻的绝缘材料的力学性质和化学性质发生变化而引起的，电气磨损的程度取决于放电时间内流过触点间隙的电荷量的多少及触点材料的性质；机械磨取决于放电时间内流过触点间隙的电荷量的多少及触点材料的性质；机械磨损是由于机械作用使触点材料发生磨损和消耗，机械磨损的程度取决于材料损是由于机械作用使触点材料发生磨损和消耗，机械磨损的程度取决于材料的性质、接触的压力和触点的接触方式等因素。合理选材是减小触点磨损的的性质、接触的压力和触点的接触方式等因素。合理选材是减小触点磨损的关键所在。关键所在。电弧是一种气体放电现象，也就是气体

50、导电，此时物质呈现出等离子态。电弧是一种气体放电现象，也就是气体导电，此时物质呈现出等离子态。第32页，本讲稿共58页1.4电器的灭弧系统电器的灭弧系统上一页 下一页返回1.4.1电弧的产生电弧的产生在开关断开的过程中，由于动触点的运动，使触点间的接触面积减小，电流在开关断开的过程中，由于动触点的运动，使触点间的接触面积减小，电流密度增大，接触电阻增大，发热量增大，触点的温度急剧升高，为电子的发密度增大，接触电阻增大，发热量增大，触点的温度急剧升高，为电子的发射创造了条件；同时由于触点刚分离时触点间间隙极小，触点间电压很低，射创造了条件；同时由于触点刚分离时触点间间隙极小，触点间电压很低，但电