實用電工學(xué)李源生第七章29

1、實用電工學(xué)實用電工學(xué)第七章第七章繼電器、接觸器控制系統(tǒng)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律第七章第七章 繼電器、接觸器控制系統(tǒng)繼電器、接觸器控制系統(tǒng) 就現(xiàn)代機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械而言，它們的運動部件大多是由電動機(jī)來帶動的。因此，在生產(chǎn)過程中要對電動機(jī)進(jìn)行自動控制，使生產(chǎn)機(jī)械各部件的動作按順序進(jìn)行，保證生產(chǎn)過程和加工工藝合乎預(yù)定要求。對電動機(jī)主要是控制它的起動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動。對電動機(jī)或其他電氣設(shè)備的電路的接通或斷開，當(dāng)前國內(nèi)還較多地采用繼電器、接觸器及按鈕等電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概

2、念和基本定律第七章第七章 繼電器、接觸器控制系統(tǒng)繼電器、接觸器控制系統(tǒng) 本章在介紹常用低壓電器的基礎(chǔ)上，著重說明了生產(chǎn)實際中常用的控制電動機(jī)運行的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)電路。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 通常，把用于接通和斷開電路以及對電路或用電設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測和保護(hù)的元器件稱為電器。要懂得一個控制線路的原理，必須了解其中各個電器元件的結(jié)構(gòu)、工作原理以及它們的控制作用。 刀開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用最廣泛的手動低壓電器。它是由操作手柄、觸刀、熔絲、靜插座和絕緣底板組成，依靠手動進(jìn)行觸刀插入插座與脫離插座的控制。為保證刀開關(guān)合閘時觸刀與插座有良好的接觸，觸刀與插座之間應(yīng)有一

3、定的接觸應(yīng)力。 刀開關(guān)的種類很多。按刀的極數(shù)可分為單極、雙極和三極；按刀的轉(zhuǎn)換方向可分為單擲和雙擲；按操作方式可分為直接手柄操作式和遠(yuǎn)距離連桿操縱式；按滅弧情況可分為有滅弧罩和無滅弧罩等。常用的刀開關(guān)有開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)荷開關(guān)。 開啟式負(fù)荷開關(guān)由瓷底板、靜觸頭、觸刀、瓷柄、熔體和膠殼等構(gòu)成，故又稱瓷底膠殼刀開關(guān)。圖7-1a所示為HK系列負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)，圖7-1b為開關(guān)的圖形符號。1開啟式負(fù)荷開關(guān)第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器圖7-1 HK系列負(fù)荷開關(guān)a)結(jié)構(gòu)圖 b)圖形符號1-瓷柄 2-觸刀 3-出線端子 4-瓷底板 5-靜觸頭 6-進(jìn)線端子 7-膠殼 這種開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，

4、常用作照明電路的電源開關(guān)，也可用來控制小容量異步電動機(jī)的起動和停止。但這種開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不宜于頻繁地分、合電路。安裝和使用開啟式負(fù)荷開關(guān)時應(yīng)注意下列事項：（1） 電源進(jìn)線應(yīng)接在靜觸頭一邊的進(jìn)線端(進(jìn)線座應(yīng)在上方)，出線應(yīng)接在動觸頭一邊的出線端。這樣，第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器當(dāng)開關(guān)斷開時，觸刀和熔體均不帶電，以保證更換熔體時的安全。（2）安裝時，刀開關(guān)在合閘狀態(tài)下手柄應(yīng)該向上，不能倒裝和平裝，以防止觸刀松動落下時誤合閘。2封閉式負(fù)荷開關(guān)圖7-2 HH系列封閉式負(fù)荷開關(guān)1-速動彈簧 2-轉(zhuǎn)軸 3-手柄 4-觸刀 5-靜插座 6-熔體第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 封

5、閉式負(fù)荷開關(guān)由觸刀、熔體、操作機(jī)構(gòu)和鐵外殼等構(gòu)成。由于整個開關(guān)裝于鐵殼內(nèi)，又稱鐵殼開關(guān)。圖7-2所示為HH系列封閉式負(fù)荷開關(guān)的外形與結(jié)構(gòu)圖。 從圖7-2可以看到，三把觸刀固定于一根絕緣的軸上，由手柄操縱。為保證安全，鐵殼與操作機(jī)構(gòu)裝有機(jī)械聯(lián)鎖，即蓋子打開時開關(guān)不能閉合或開關(guān)閉合時蓋子不能打開。操作機(jī)構(gòu)中，在手柄轉(zhuǎn)軸與底座之間裝有速動彈簧，能使開關(guān)快速接通與斷開，而開關(guān)的通斷速度與手柄操作速度無關(guān)，這樣有利于迅速滅弧。 使用封閉式負(fù)荷開關(guān)應(yīng)注意下列事項：（1）對于電熱和照明電路，封閉式負(fù)荷開關(guān)可以根據(jù) 額定電流選擇；對于電動機(jī)，開關(guān)額定電流可選 電動機(jī)額定電流的1.5 倍。（2）外殼應(yīng)可靠接地，

6、防止意外漏電造成觸電事故。 第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 組合開關(guān)是一種多檔式、控制多回路的手動電器，又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)。組合開關(guān)由分別裝在多層絕緣件內(nèi)的動、靜觸片組成。動觸片裝在附有手柄的絕緣方軸上，手柄沿任一方向每轉(zhuǎn)動900，觸片便輪流接通或分?jǐn)?。為了使開關(guān)在切斷電路時能迅速滅弧，在開關(guān)轉(zhuǎn)軸上裝有扭簧儲能機(jī)構(gòu)，使開關(guān)能快速接通與斷開，其通斷速度與手柄旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)。圖7-3 HZ系列轉(zhuǎn)換開關(guān)a)外形 b)圖形符號這種開關(guān)適用于交流50Hz、電壓380V以下和直流電壓220V以下的電氣設(shè)備中接通與分?jǐn)嚯娐?、電源開關(guān)或5kW以下異步電動機(jī)的直接起動和正反轉(zhuǎn)控制。使用時要根據(jù)電源的種類、電壓等

7、級、額定電流和觸頭數(shù)進(jìn)行選用。圖7-3所示為HZ系列轉(zhuǎn)換開關(guān)的外形和圖形符號。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器三、按鈕三、按鈕 按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單應(yīng)用極為廣泛的手動電器，通常用于控制電路中發(fā)出起動或停止等指令，以控制接觸器、繼電器等線圈的接通或斷開，繼而控制主電路。這種發(fā)出指令的電器，稱為主令電器。按鈕之間還可以實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。圖7-4 按鈕結(jié)構(gòu)及圖形符號a)結(jié)構(gòu)示意圖 b)圖形符號1-按鈕帽 2-復(fù)位彈簧 3-橋式動觸頭 4-常閉觸頭 5-常開觸頭 按鈕的形式很多，其結(jié)構(gòu)如圖7-4所示，一般由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成，有一對常閉觸頭和常開觸頭。當(dāng)按下按鈕帽時，常開觸頭閉合，

8、常閉觸頭斷開；松開按鈕帽，觸頭在彈簧的作用下復(fù)位。另外有一種自持式按鈕，按下后即可自動保持閉合位置，斷電后才能斷開。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 為了標(biāo)明各個按鈕的功能，避免誤操作，通常將按鈕帽做成不同的顏色，以示區(qū)別。如紅色表示停止按鈕，綠色表示起動按鈕等。常用國產(chǎn)按鈕產(chǎn)品有LAY3、LAY6、LA19、LA25、LA101、NP1等。國外進(jìn)口及引進(jìn)產(chǎn)品的型號亦很多。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 熔斷器在配電系統(tǒng)和用電設(shè)備中主要起短路保護(hù)作用。使用時熔斷器串接在被保護(hù)的電路中，在正常情況下它相當(dāng)于一根導(dǎo)線。當(dāng)流過它的電流超過規(guī)定值時，熔體產(chǎn)生的熱量使自身熔化而切斷電路。熔

9、體是用低熔點的金屬絲或金屬薄片做成的。 熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便以及價格低廉等優(yōu)點，其應(yīng)用極為廣泛。 熔斷器主要由熔體和絕緣底座組成。熔體材料基本上分為兩類：一類由鉛、鋅、錫及錫鉛合金等低熔點金屬制成，主要用于小電流電路；另一類由銀或銅等較高熔點金屬制成，用于大電流電路。圖7-5 熔斷器的安秒特性第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 熔斷器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、熔體額定電流和極限分?jǐn)嗄芰Φ?。極限分?jǐn)嗄芰κ侵溉蹟嗥髟陬~定電壓下能分?jǐn)嗟淖畲箅娏髦?，它取決于熔斷器的滅弧能力，與熔體額定電流無關(guān)。 常用的熔斷器有：無填料瓷插式熔斷器、無填料封閉管式熔斷器、有填料螺旋式熔斷器和快速熔

10、斷器等。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器1無填料瓷插式熔斷器 瓷插式熔斷器又名插入式熔斷器，常用的為RClA系列插入式熔斷器，它由瓷蓋、瓷底座、靜觸頭、動觸頭和熔體組成。這種熔斷器一般用于民用交流50Hz、額定電壓380V以下、額定電流200A以下的低壓線路中，作為短路保護(hù)及高倍過電流保護(hù)。額定電流為15A及以下的熔斷器，其觸頭采取線接觸形式，其余各電流等級產(chǎn)品的觸頭均采取面接觸形式，并在靜觸頭兩側(cè)設(shè)置彈簧夾以產(chǎn)生所需的接觸壓力。熔斷器所用熔體材料主要是軟鉛絲和銅絲。2有填料螺旋式熔斷器 螺旋式熔斷器廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)低壓配電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)中作短路和過電流保護(hù)。常用產(chǎn)品系列

11、有RLS、RL6系列螺旋式熔斷器，如圖7-6所示。螺旋式熔斷器由瓷座、熔體、瓷帽等組成。熔體是一個瓷管，內(nèi)裝有石英砂和熔絲，熔絲的兩端焊在熔體兩端的導(dǎo)電金屬端蓋上，其上端蓋中有一個染有紅漆的熔斷指示器，當(dāng)熔體熔斷時，熔斷指示 器彈出脫 落，透過瓷帽上的玻璃孔可以看見。熔斷器熔斷后，只要更換熔體瓷管即可。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器圖7-6 螺旋式熔斷器1-瓷座 2-熔體 3-瓷帽3其他熔斷器 快速熔斷器具有快速分?jǐn)嘈阅?，主要用作電力半?dǎo)體變流裝置內(nèi)部短路保護(hù)。自復(fù)熔斷器是一種新型限流元件(限流器)，本身不能分?jǐn)嚯娐?，常與低壓斷路器串聯(lián)使用，可提高斷路器的分?jǐn)嗄芰?。這種熔斷器在故障電流

12、切除后即自動恢復(fù)到初始狀態(tài)，可繼續(xù)使用。4熔斷器的選用和維護(hù) 根據(jù)被保護(hù)電路的需要，首要選擇熔體的規(guī)格，再根據(jù)熔體去確定熔斷器的規(guī)格。（1）熔體額定電流的選擇第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器1）對于電爐和照明等電阻性負(fù)載，可用作過載保護(hù)和短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)稍大于或等于負(fù)載的額定電流。2）電動機(jī)的起動電流很大，熔體的額定電流因考慮起動時熔體不能熔斷而應(yīng)選得較大，因此對電動機(jī)只宜作短路保護(hù)而不能作過載保護(hù)。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器（2） 熔斷器的選擇熔斷器的額定電壓和額定電流應(yīng)不小于線路的額定電壓和所裝熔體的額定電流。類型根據(jù)線路要求和安裝條件而定。熔斷器在使用過程中應(yīng)

13、當(dāng)注意下列幾點：1） 熔斷器的插座與插片的接觸要保持良好。如果發(fā)現(xiàn)插口處過熱或觸頭變色，則說明插口處接觸不良，應(yīng)及時修復(fù)。2） 熔體燒斷后，應(yīng)首先查明原因，排除故障。熔斷器是在一般的過載電流下熔斷，還是在分?jǐn)鄻O限電流時熔斷，可憑經(jīng)驗。一般在過載電流下熔斷時，響聲不大，熔體僅在一兩處熔斷，管子內(nèi)壁沒有燒焦的現(xiàn)象，也沒有大量的熔體蒸發(fā)物附在管壁上。如果是在分?jǐn)鄻O限電流時熔斷的，情況與上述的相反。更換熔體時，應(yīng)使新熔體的規(guī)格與換下來的一致。3） 更換熔體或熔管時，必須把電源斷開，以防觸電。尤其不允許在負(fù)載未斷開時帶電更換，以免發(fā)生電弧燒傷。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器4） 安裝熔體時不要把

14、它碰傷，也不要將螺釘擰得太緊，使熔體軋傷。5） 如果連接處的螺釘損壞而擰不緊，則應(yīng)更換新的螺釘。6） 安裝熔絲時，熔絲應(yīng)順時針方向彎過來，這樣在擰緊螺釘時就會越擰越緊。熔絲只需彎一圈就可以，不要多彎。 自動空氣斷路器也稱為低壓斷路器等，其相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種自動切斷電路故障用的保護(hù)電器。 自動空氣斷路器的主要參數(shù)是額定電壓、額定電流和允許切斷的極限電流。選擇時空氣斷路器的允許切斷極限電流應(yīng)略大于線路最大短路電流。1自動空氣斷路器的工作原理 圖7-7所示為自動空氣斷路器工作原理示意圖，主要由觸頭系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)元件三部分組成。第一節(jié)第一節(jié)

15、常用低壓電器常用低壓電器主觸頭由耐弧合金(如銀鎢合金)制成，采用滅弧柵片滅弧。主觸頭是由操作機(jī)構(gòu)和自由脫扣器操縱其通斷的，其通斷可用操作手柄操作（圖中未畫出），也可用電磁機(jī)構(gòu)操作，故障時自動脫扣。觸頭通斷瞬時動作與手柄的操作速度無關(guān)。圖7-7 自動空氣斷路器a)工作原理示意圖 b)圖形符號1-觸頭 2-傳動桿 3-搭鉤 4-轉(zhuǎn)軸 5-導(dǎo)桿 6-彈簧 7-銜鐵 8-欠電壓脫扣器 9-加熱電阻絲 10-熱脫扣器雙金屬片11-銜鐵 12-過電流脫扣器 13-彈簧電路正常工作時，過電流脫扣器12線圈電流所產(chǎn)生的磁力不能將其銜鐵吸合。當(dāng)電路發(fā)生短路或較大的過電流時，磁力增加將銜鐵11吸合，撞擊杠桿5，搭

16、鉤3松開，觸頭1分?jǐn)?；?dāng)電路電壓下降較多或失去電壓時，欠電壓脫扣器8磁力減小或失去，其銜鐵7釋放，撞擊杠桿5，搭鉤3松開，觸頭1分?jǐn)啵划?dāng)電路發(fā)生過載時，加熱電阻絲9發(fā)熱，第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器雙金屬片10彎曲，撞擊杠桿5，搭鉤3松開，觸頭1分?jǐn)?。空氣斷路器具有體積小、安裝方便、操作安全的特點。脫扣時將三相電源同時切斷，可避免電動機(jī)斷相運行。在短路故障排除以后，可重復(fù)使用，不像熔斷器需 更換新熔體。2空氣斷路器的分類和選擇（1）分類 自動空氣斷路器分塑料外殼式(裝置式)與萬能式(框架式)兩種。塑料外殼式常用的有DZl0系列(分100、200、600A三個等級)；小容量的有DZ5(

17、分20、50A兩個等級)、DZ6、DZl2、DZl5等系列。萬能式有DWl0、DWl5、DWXl5等系列。（2）自動空氣斷路器的選擇1）斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)不小于電路正常工作電壓和電流。2）熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制的電動機(jī)額定電流或負(fù)載額定電流相等。3）電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載電路正常工作時的尖峰電流。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器 接觸器是一種自動控制電器，可用來頻繁地接通和斷開主電路(作用于被控對象如電動機(jī)的電路，可通過大電流)，并具有低電壓釋放保護(hù)功能，能遠(yuǎn)距離控制。接觸器在電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。 接觸器按其線圈通過電流種類不同，分為交流接

18、觸器和直流接觸器。本節(jié)只介紹交流接觸器。常用的交流接觸器的CJ20、B、3TB、LC-5D系列。1.觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理 接觸器由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸頭及基座等幾部分組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖7-8a所示。中小容量的交、直流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)一般都采用直動式磁系統(tǒng)，大容量的采用繞棱角轉(zhuǎn)動的拍合式電磁鐵結(jié)構(gòu)。接觸器的觸頭系統(tǒng)分為兩類：主觸頭和輔助觸頭。中小容量的交流接觸器的主、輔觸頭一般都采用直動式雙斷點橋式結(jié)構(gòu)，大容量的主觸頭線圈采用轉(zhuǎn)動式單斷點指型觸頭。交流接觸器常采用多縱縫滅弧裝置滅弧。第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器圖7-8 交流接觸器結(jié)構(gòu)及圖形符號a)外形結(jié)

19、構(gòu) b)主觸頭 c)輔助觸頭 d)接觸器1-主觸頭接線端 2-滅弧罩 3-輔助常閉觸頭4-輔助常開觸頭 5-線圈接線端 6-底座電磁線圈通電后，鐵心中產(chǎn)生磁通，于是在銜鐵氣隙處產(chǎn)生電磁吸力，將銜鐵吸合，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)帶動主觸頭和輔助觸頭動作，常開觸頭閉合接通主電路，同時輔助常開觸頭閉合、常閉觸頭斷開，在控制電路起聯(lián)鎖作用。當(dāng)電磁線圈斷電或電磁線圈電壓顯著降低時，電磁吸力消失或減弱，釋放彈簧反力大于吸力，銜鐵釋放，使接觸器主觸頭和輔助觸頭都恢復(fù)原來的狀態(tài)。2交流接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有：接觸器額定電壓、額定電流，接觸器線圈額定電壓，主觸頭接通與分?jǐn)嗄芰?，接觸器機(jī)械壽命與電壽命等。

20、第一節(jié)第一節(jié) 常用低壓電器常用低壓電器（1）額定電壓 指接觸器主觸頭之間的正常工作電壓值，該值標(biāo)注在接觸器銘牌上。 交流接觸器常用的額定電壓等級為：220、380、660V。 （2）額定電流 指接觸器主觸頭正常工作電流值。該值也標(biāo)注在接觸器銘牌上。常用的交流接觸器額定電流等級為：10、20、40、60、100、150、250、400及600A。 (3) 線圈額定電壓 指接觸器電磁線圈正常工作電壓值。常用的交流接觸器線圈額定電壓等級為：36V、110、220及380。（4）主接觸頭接通與分?jǐn)嗄芰?指接觸器主觸頭在規(guī)定條件下能可靠地接通和分?jǐn)嗟碾娏髦怠Ｔ诖穗娏髦迪陆油娐窌r，主觸頭不會發(fā)生熔焊;在此電流值下斷開電路時，主觸頭不應(yīng)有長時間的電弧產(chǎn)生。電路電流