空開接觸器熱繼電器按鈕等元器件的結構和原理

1、 空開、接觸器、熱繼電器、按鈕等元器件的結構和原理 授課人：王凱 控制電器按其工作電壓的高低，以交流1200V 、直流 1500V 為界，可劃分為高壓 控制電器和低壓控制電器兩大類。 今天我們所說的空開、接觸器、熱繼電器、按鈕都屬于低壓電器。低壓電器是一 種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實現(xiàn)對電路或非電對 象的切換、控制、保護、檢測、變換和調節(jié)的元件或設備。 一、空開的結構和原理 空開的全名叫做空氣開關，又稱自動空氣斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng) 中非常重要的一種電器，它集控制和多種保護功能于一身。除了能完成接觸和分斷電路外， 尚能對電路或電氣設備發(fā)生的短路 嚴重

2、過載及欠電壓等進行保護， 同時也可以用于不頻繁 地啟動電動機。 1、空氣開關的結構 DZ5-20 型自動空氣開關 以 DZ5 20 型自動空氣開關為例，其外形及結構如圖（一）（二）所示。 DZ5 20 型自動空氣開關其結構采用立體布置，操作機構在中間。外殼頂部突出紅色 分斷按鈕和綠色停止按鈕，通過貯能彈簧連同杠桿機構實現(xiàn)開關的接通和分斷；殼內 底座上部為熱脫扣器，由熱元件和雙金屬片構成，作過載保護，還有一電流調節(jié)盤， 用以調節(jié)整定電流；下部為電磁脫扣器，由電流線圈和鐵芯組成，作短路保護用，也 有一電流調節(jié)裝置，用以調節(jié)瞬時脫扣整定電流；主觸頭系統(tǒng)在操作機構的下面，由 動觸頭和靜觸頭組成，用以接

3、通和分斷主電路的大電流并采用柵片滅弧；另外，還有 常開和常閉觸頭各一對，可以作為信號指示或控制電路用；主輔觸頭接線柱伸出殼 外，便于接線。 2、空氣開關的動作原理 如圖（三）所示， 1、2 為自動空氣開關的三副主觸頭（1為動觸頭， 2 為靜觸頭）， 它們串聯(lián)在被控制的三相電路中。當按下接觸按鈕 14 時，外力使鎖扣 3 克服反力彈 簧 16 的斥力，將固定在鎖扣上面的動觸頭 1 與靜觸頭 2 閉合，并由鎖扣鎖住搭鉤4 ， 使開關處于接通狀態(tài)。 當開關接通電源后，電磁脫扣器熱脫扣器及欠電壓脫扣器若無異常反應，開關 運行正常。當線路發(fā)生短路或嚴重過載電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定電流值， 電磁脫

4、扣器 6 產生足夠大的吸力，將銜鐵 8 吸合并撞擊杠桿 7，使搭鉤 4 繞轉軸座 5 向上轉動與鎖扣 3 脫開，鎖扣在反力彈簧 16 的作用下將三副主觸頭分斷，切斷電源。 當線路發(fā)生一般性過載時， 過載電流雖不能使電磁脫扣器動作， 但能使熱元件 13 產生一定熱量，促使雙金屬片 12 受熱向上彎曲，推動杠桿 7 使搭鉤與鎖扣脫開，將 主觸頭分斷，切斷電源。 欠電壓脫扣器 11 的工作過程與電磁脫扣器恰恰相反，當線路電壓正常時電壓脫 扣器 11 產生足夠的吸力，克服拉力彈簧 9 的作用將銜鐵 10 吸合，銜鐵與杠桿脫離， 鎖扣與搭鉤才得以鎖住，主觸頭方能閉合。當線路上電壓全部消失或電壓下降至某一

5、 數(shù)值時，欠電壓脫扣器吸力消失或減小，銜鐵被拉力彈簧 9 拉開并撞擊杠桿，主電路 電源被分斷。 同樣道理， 在無電源電壓或電壓過低時， 自動空氣開關也不能接通電源。 3、使用原則 1、自動空氣開關的額定工作電壓線路額定電壓。 2、自動空氣開關的額定電流線路負載電流。 3、熱脫扣器的整定電流=所控制負載的額定電流。 4、電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流負載電路正常工作時的峰值電流。 二、接觸器的結構和原理 1、分類 通用接觸器可大致分以下兩類。 a 交流接觸器。 主要有電磁機構。 觸頭系統(tǒng)。 滅弧裝置等組成。 。常用的是 CJ10。CJ12。 CJ12B等系列。 b 直流接觸器， 一般用于控制直流電

6、器設備， 線圈中通以直流電， 直流接觸器的動作原 理和結構基本上與交流接觸器是相同的。 2、結構說明 交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導通控制回路。 主接點一般是常開接點，而輔助接點常有兩對常開接點和常閉接點，小型的接觸 器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。交流 接觸器動作的動力源于交流通過帶鐵芯線圈產生的磁場，電磁鐵芯由兩個山字形 的幼硅鋼片疊成，其中一個固定鐵芯，套有線圈，工作電壓可多種選擇。為了使磁力 穩(wěn)定，鐵芯的吸合面加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復位。 另一半是活動鐵芯，構造和固定鐵芯一樣，用

7、以帶動主接點和輔助接點的閉合斷 開。20 安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用電路斷開時產生的電磁力， 快速拉斷電弧， 保護接點。 接觸器具可高頻率操作，做為電源開啟與切斷控制時最高操作頻率可達每小 時 1200 次，接觸器的使用壽命很高機械壽命通常為數(shù)百萬次至一千萬次，電壽命 一般則為數(shù)十萬次至數(shù)百萬 3、動 作原理 接觸器 （Contactor） 是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制 負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸 頭）和滅弧裝置組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后， 會產生很強的磁場， 使靜鐵心 產生電磁吸力吸引銜鐵

8、，并帶動觸頭動作；常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。 當線圈斷電時， 電磁吸力消失， 銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放， 使觸頭復原： 常閉觸頭閉合； 常開觸頭斷開。 三、熱繼電器的結構和工作原理 1、結構 它由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調整機構組成。發(fā)熱元件是一段阻 值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù) 的金屬片輾壓而成。圖中所示的雙金屬片，下層一片的熱膨脹系數(shù)大，上層的小。當 電動機過載時， 通過發(fā)熱元件的電流超過整定電流， 雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板， 使常閉觸點斷開。由于常閉觸點是接在電動機的控制電路中的，它的斷開會使得與其 相接的接

9、觸器線圈斷電，從而接觸器主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現(xiàn)了過載 保護。 熱繼電器動作后，雙金屬片經過一段時間冷卻，按下復位按鈕即可復位。 2、工作原理 熱繼電器是用于電動機或其它電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。 電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現(xiàn)不正常的 情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電 動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫 升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過 允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒 毀

10、。所以，這種過載是電動機不能承受的。 熱繼電器就是利用電流的熱效應原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電 動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。 使用熱繼電器對電動機進行過載保護時，將熱元件與電動機的定子繞組串聯(lián)，將 熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中， 并調節(jié)整定電流調 節(jié)旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當距離。當電動機正常工作時，通過熱元件的 電流即為電動機的額定電流，熱元件發(fā)熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字 形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態(tài)，交流接觸器保持吸 合，電動機正常運行。 若電動機出現(xiàn)過載情況，繞組中電流增大，通過熱繼電

11、器元件中的電流增大使雙 金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭， 使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機的電源，電動機 停車而得到保護。 熱繼電器其它部分的作用如下：人字形撥桿的左臂也用雙金屬片制成，當環(huán)境溫 度發(fā)生變化時，主電路中的雙金屬片會產生一定的變形彎曲，這時人字形撥桿的左臂 也會發(fā)生同方向的變形彎曲，從而使人字形撥桿與推桿之間的距離基本保持不變，保 證熱繼電器動作的準確性。這種作用稱溫度補償作用。 螺釘 8 是常閉觸頭復位方式調節(jié)螺釘。當螺釘位置靠左時，電動機過載后，常 閉觸頭斷開，電動機停車后，熱繼電器雙金屬片冷卻復位。常閉觸

12、頭的動觸頭在彈簧 的作用下會自動復位。此時熱繼電器為自動復位狀態(tài)。將螺釘逆時針旋轉向右調到一 定位置時，若這時電動機過載，熱繼電器的常閉觸頭斷開。其動觸頭將擺到右側一新 的平衡位置。電動機斷電停車后，動觸頭不能復位。必須按動復位按鈕后動觸頭方能 復位。此時熱繼電器為手動復位狀態(tài)。若電動機過載是故障性的，為了避免再次輕易 地起動電動機，熱繼電器宜采用手動復位方式。若要將熱繼電器由手動復位方式調至 自動復位方式，只需將復位調節(jié)螺釘順時針旋進至適當位置即可。 3、熱繼電器的選擇方法 熱繼電器主要用于保護電動機的過載，因此選用時必須了解電動機的情況，如工 作環(huán)境、啟動電流、負載性質、工作制、允許過載能

13、力等。 1、原則上應使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機的過載特性，或 者在電動機的過載特性之下，同時在電動機短時過載和啟動的瞬間，熱繼電器應不受 影響 （ 不動作 ） 。 2、當熱繼電器用于保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動 機的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于 0.951.05 倍的電動機的額定 電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動機的額定電流，然后進行調整。 3、當熱繼電器用于保護反復短時工作制的電動機時，熱繼電器僅有一定范圍的 適應性。如果短時間內操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 4、對于正反轉和通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保 護裝置，而應使用埋人電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。 四、按鈕的結構、動作原理和符號 按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開 控制電路 （其中電流很?。?從而達到控制電動機或其他電氣設備運行目的的一種開關。 如圖 1 所示，控制按鈕由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成，通常做成復合 式，即具有常閉觸點和常開觸點。按下按鈕時，先斷開常閉觸點，后接通常開觸點；按鈕釋 放后， 在復位彈簧的作用下，按鈕觸點自動復位的先后順序相反。通常，在無特殊說明的情 況下，有觸點電器的觸點動作順序均為“先斷后合”。 圖 l 按鈕開關結構示意圖