电工学 教学课件 作者 常文平 第16章常用低压电器.ppt

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1、第16章常用低压电器16.1低压电器基本知识低压电器是指交流1200V、直流1500V以下的电气设备。本章主要介绍熔断器、刀开关、断路器、接触器、继电器和主令电器。16.1.1低压电器的分类按其结构用途及所控制的对象不同，可以有不同的分类方式。按用途和控制对象不同，将低压电器分为配电电器和控制电器。2.按操作方式不同，将低压电器分为自动电器和手动电器。3.按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。16.1.2低压电器的基本结构电磁式低压电器大都有两个主要部分组成，即：电磁机构和触头系统。1.电磁机构电磁机构由吸引线圈、铁芯和衔铁三个基本部分组成。常用的电磁机构如图16-1所示，可分

2、为三种型式。（1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如图16-1（a）所示。这种型式广泛应用于直流电器中。（2）衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，如图16-1（b）所示。其铁芯形状有E形和U形两种。此种结构多用于容量较大的交流电器中。（3）衔铁直线运动的双E型直动式铁芯，如图16-1（c）所示。多用于交流接触器、继电器中。直流电磁铁的电磁吸力公式为：F=4B2S×105(16-1)式中：F——电磁吸力（N）；B——气隙磁感应强度（T）；S——磁极截面积（m2）。1）直流电磁铁和交流电磁铁按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁由于通入的是直流电，其铁芯不发热，

3、只有线圈发热，铁芯和衔铁由软钢和工程纯铁制成。交流电磁铁由于通入的是交流电，铁芯中存在磁滞损耗和涡流损耗，这样线圈和铁芯都发热，。铁芯用硅钢片叠加而成，以减小涡流损耗。电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移。由上式知：当线圈中通以直流电时，B不变，F为恒值。当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，即B=Bmsinωt(16-2)由式（16-1）和式（16-2）可得：F＝4B2S×105＝4S×105Bm2sin2ωt＝2Bm2S×105－2Bm2S×105cos2ωt(16-3)由（16-3）式可知：交流电磁铁的电磁吸力在0（最小值）～Fm（最

4、大值）之间变化，其吸力曲线如图16-2所示。在一个周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁芯吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁芯释放。所以电源电压变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪音，因而不能正常工作。2）短路环的作用为了消除交流电磁铁产生的振动和噪音，在铁芯的端面开一小槽，在槽内嵌入铜制短路环，如图16-3所示。加上短路环后，磁通被分成大小相近、相位相差约90°电角度的两相磁通φ1和φ2，因此两相磁通不会同时为零。由于电磁吸力与磁通的平方成正比，所以由两相磁通产生的合成电磁吸力较为平坦，在电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，使铁芯牢牢吸合，这

5、样就消除了振动和噪音。2.触头系统触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。通常触头用铜制成。有些小容量电器的触头采用银制材料，以减小接触电阻。触头主要有两种结构型式：桥式触头和指形触头。桥式触头（见图16-4a和16-4b）的两个触点串于同一条电路中，电路的通断由两个触头共同完成。桥式触头多为面接触，常用于大容量电器中。指形触头（见图16-4c）的接触区为一直线，触头接通或分断时产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜。同时缓冲触头闭合时的撞击能量，改善触头的电器性能。16.1.3灭弧系统在大气中分断电路时，由于电场的存在，使触头表面的大量电子溢出而产生电弧。电弧一经产生，就会产生大量

6、热能。电弧的存在既烧蚀触头金属表面，降低电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速把电弧熄灭。常用的灭弧方法有：1.电动力灭弧图16-5是一种桥式结构双断口触头系统。当触头分断时，在断口产生电弧。电弧电流在两电弧之间产生如图所示的磁场，根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用，使电弧向外运动并拉长，另一方面使电弧温度降低，有助于熄灭电弧。2.磁吹灭弧磁吹灭弧的原理如图16-6所示。在触头电路中串入一个磁吹线圈，该线圈产生的磁通经过导磁夹板5引向触头周围，如图中的“×”符号所示；当触头断口产生电弧后，电弧电流产生的磁通如图中符号所示。可见在弧柱下方两个磁通是

7、相加的，而在弧柱上方彼此相减，因此，电弧在下强上弱的磁场作用下，被拉长并吹入灭弧罩6中，引弧角与静触头相连接，其作用是引导电弧向上运动，将热量传递给罩壁，使电弧冷却熄灭。3．金属栅片灭弧图16-7为金属栅片灭弧装置示意图。灭弧栅是由多片镀铜薄钢片（称为栅片）组成，它们安放在电器触头上方的灭弧栅内，彼此之间互相绝缘。当电器的触头分离时，所产生的电弧在吹磁电动力作用下被推向灭弧栅内。当电弧进入栅片后被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极。每两片灭弧栅片之间都有