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常规电器元件及其功能分类

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了控制电气传动装置,必须使用各种常规电器元件。这里所说的常规电器元件是指通用的机电类低压电器产品,不包括整流器、变频器、软起动器等半导体装置,也不包括变压器、高压开关柜上的特殊电器。从使用功能上划分,这些电器元件可以分为控制类、保护类、检测类和操作显示类。接触器控制容量大,适用于频繁操作和远距离控制,是自动控制系统中的重要电器元件之一。

常规电器元件及其功能分类

为了控制电气传动装置,必须使用各种常规电器元件。这里所说的常规电器元件是指通用的机电类低压电器产品,不包括整流器、变频器、软起动器等半导体装置,也不包括变压器、高压开关柜上的特殊电器。从使用功能上划分,这些电器元件可以分为控制类、保护类、检测类和操作显示类。很多电器同时具备两种以上的功能,例如空气自动开关既是控制电源通断的器件,又具有过电流跳闸分断电路的功能。

控制类电器——常用的有电源开关、各类继电器、接触器等;

保护类电器——熔断器、热继电器、过电流(过电压)继电器、接地继电器等;

检测类电器——各种传感器,常用的有电流检测器、电压检测器、速度检测器、位置检测器、行程开关、热(冷)金属检测器等;

操作显示类电器——提供人机接口的电器,操作电器有操作按钮转换开关、操作手柄、脚踏开关等;显示电器有指示灯、电压(电流)表、各种数字显示表等。

以下分别介绍各类电器的特点和用途。

电源开关用于接通/切断电路。通常在工业中使用的有断路器(空气开关)和隔离开关两类,二者的区别就在于前者具有消弧的能力,具有保护性自动分断功能;后者不具备消弧能力,只起到隔离作用,所以不要带负荷分断隔离开关!

断路器(见图10-1a)是低压配电网络和电力传动系统中常用的一种电源开关,它既有手动开关作用,又具有失电压、欠电压、过载、和短路等故障发生时自动跳闸的功能。因为断路器是利用空气来熄灭开关过程中产生的电弧,所以也叫做空气开关。因为在发生过电流等故障时能够自动跳闸,所以也称之为自动开关。断路器的额定电流值分为10A,16A,25A,40A,63A,100A,160A,250A,400A,630A,1000A等系列值。

隔离开关(见图10-1b),顾名思义就是在电路中起到隔离作用。它的特点是结构简单,可靠性高,无灭弧能力,对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。隔离开关的主要特点是无灭弧能力,只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关在分断时建立一个可靠的绝缘间隙,将需要检修的设备与电源之间用一个明显断开点隔离开来,以保证检修人员和设备的安全。由于隔离开关的外形好像铡刀的形状,有时也称为刀(闸)开关。附带熔断器的隔离开关也叫做刀熔开关。

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图10-1 断路器、接触器和隔离开关

接触器是由电磁系统(衔铁,静铁心,电磁线圈)、触点系统(常开触点和常闭触点)和灭弧装置组成。接触器的动作原理是当电磁线圈通电后,会产生很强的磁场,使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁,并带动触点动作:常闭触点断开;常开触点闭合,两者是联动的。当线圈断电时,电磁吸力消失,衔铁在释放弹簧的作用下释放,使触点复原:常闭触点闭合;常开触点断开。接触器可以快速地切断交流或直流主电路,也可以频繁地接通大电流控制的装置,常用于控制电动机或各种电气设备的起停。接触器不仅能接通和切断电路,而且还具有低电压释放保护作用。接触器的主触头用来开闭电路,辅助接点来用来接通或断开控制电路。接触器控制容量大,适用于频繁操作和远距离控制,是自动控制系统中的重要电器元件之一。

通用接触器按照使用的电源种类可分为以下两类:

交流接触器(见图10-1c)——用于控制交流电气设备。线圈中通以交流电,主触点用来通断交流电路。

直流接触器——用于控制直流电气设备。线圈中通以直流电(也有通以交流电的产品),直流接触器主触点用来通断直流电流。直流电流要比交流电流更难灭弧,所以直流接触器的灭弧装置更为复杂。

继电器(见图10-2)是一种用小电流(或其他输入量如温度、压力、速度、光等)去控制电路通断动作的一种“自动开关”,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的输出接点分为三种:常开触点(NO)、常闭触点(NC)和常开常闭触点之间相互转变的转换触点(CO—Change Over condact)。

按照作用原理划分,继电器可以分为

电磁继电器——在输入电路电流的作用下,由电磁线圈带动机械部件运动而产生接点动作。这种继电器用途最广,种类很多。直流继电器的线圈额定电压为12,24,48,110,220V等系列值。交流继电器的线圈额定电压多为110,220V的系列值。

固态继电器——输入、输出电路均由电子元件构成,没有机械运动部件,提高了可靠性。

时间继电器——当加上或去除输入信号时,输出部分需延时或限时到规定的时间方可动作的继电器。常见的时间继电器分为导通延时继电器和关断延时继电器。从延时原理上分类,有利用电子电路延时和利用气囊延时等不同类型的时间继电器。

温度继电器——当外界温度达到规定值时而动作的继电器,可根据设定的温度动作报警。

风速继电器——当风的速度达到一定值时,被控电路将接通或断开,常用于检测通风冷却的风速。

其他类型的继电器,如光继电器、声继电器、热继电器、加速度继电器等。

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图10-2 继电器(www.xing528.com)

熔断器(见图10-3)是利用金属导体作为熔体串联于电路中,当短路电流或者过大电流通过时,引起熔体发热而熔断,从而分断电路的一种保护类电器。熔断器结构简单,使用方便,作为保护器件广泛应用于电力系统、各种电气设备和家用电器中。

按照熔断器的结构划分可以分为

螺旋式熔断器(RL)——在熔断管内装有石英砂,熔体埋于其中。熔体熔断时,石英砂起到降温和灭弧作用。熔断管端部有一色点标志,可透过螺旋瓷帽上面的玻璃孔观测到色点标志状态判断熔体是否熔断。螺旋式熔断器额定电流为5~200A,额定电压为500V以下,常用于普通电气设备中(见图10-3a)。

有填料管式熔断器(RT)——具有限流作用的熔断器。由填有石英砂的瓷熔管、触点和镀银铜栅状熔体组成。填料管式熔断器均装在特别的底座上,如装在以熔断器作为隔离刀的底座上或与刀熔开关配合使用。填料管式熔断器额定电流为50~1000A,主要用于短路电流较大的电路中或有易燃气体的场所(见图10-3b)。

无填料管式熔断器(RM)——熔丝管是由纤维物制成,使用的熔体为变截面的锌合金片。熔体熔断时,纤维熔管的部分纤维物因受热分解,产生高压气体,迫使电弧很快熄灭。无填料管式熔断器具有结构简单、保护性能好、使用方便等特点,一般与刀熔开关或刀开关组合使用(见图10-3c)。

有填料封闭管式快速熔断器(RS)——有填料封闭管式快速熔断器是一种快速动作型的熔断器,由熔断管、触点底座、动作指示器和熔体组成。熔体为银质窄截面或网状形式,熔体为一次性使用,不能自行更换。由于其具有快速动作性,简称快熔,一般作为半导体整流元件的保护器件(见图10-3d)。

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图10-3 熔断器

热继电器(见图10-4)主要用来对异步电动机进行过载保护。它的工作原理是过载电流通过发热电阻丝后,使双金属片受热弯曲去推动连杆来带动触点动作,从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车,起到过载保护的作用。热继电器的优点是体积小,结构简单、成本低,所以,作为电动机保护器件而广泛应用于生产之中。由于双金属片受热弯曲过程需要较长的热传导时间,因此,热继电器不能用作短路保护,而只能用作过载保护。

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图10-4 热继电器

热继电器的主要技术参数有

额定电压:热继电器能够正常工作的最高的电压值,一般为交流220V,380V,600V。

额定电流:热继电器的额定电流是指通过热继电器的正常电流。

额定频率:一般的热继电器的额定频率为45~62Hz。

整定电流范围:是指在一定的电流条件下,热继电器的动作时间和电流的平方成反比的双曲线特性。

热继电器主要用于电动机的过载保护,选用时必须了解电动机的工作情况,如工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等等。以下是使用热继电器的几个原则:

(1)原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近电动机的过载特性,当电动机短时过载和起动的瞬间,热继电器不应动作。

(2)电动机用于长期工作制或间断长期工作制时,一般按电动机的额定电流来选用热继电器。热继电器的整定电流值可等于0.95~1.05倍的电动机的额定电流,或者取热继电器整定电流的中间值等于电动机的额定电流,然后进行调整。

(3)当电动机用于反复短时工作制时,热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多,就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

(4)对于正反转和频繁起动的特殊工作制电动机,不宜采用热继电器作为过载保护装置,而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

图10-5所示为利用常规电器控制的交流电动机起动/停止的电路图。原理很简单,可以自己分析动作过程。

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图10-5 交流电动机起动/停止电路图

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