常用低壓電器----接觸器

一、 接觸器的結構和工作原理

接觸器是一種能頻繁地接通和斷開遠距離用電設備主迴路及其他大容量用電迴路的自動控制電器。它分為直流和交流兩類。

主要由電磁機構、觸頭系統、滅弧裝置三部分組成。

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接觸器

1.電磁機構

電磁機構包括電磁線圈和鐵心,鐵心由靜鐵心和動鐵心(即銜鐵)組成,鐵心的活動部分與受控電路的觸頭系統相連。在線圈中通以勵磁信號,鐵心中就會產生磁場,從而吸引銜鐵,帶動觸頭系統斷開或接通受控電路。斷電釋放。

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內部結構

常見的磁路結構

a)為沿稜角轉動的拍合式鐵心,主要應用於直流電磁機構。

b)為沿軸轉動的拍合式鐵心,多用於觸點容量較大的交流電磁機構。

c)為雙E形直動式鐵心,多用於交流接觸器、繼電器中。

交流電磁機構的鐵心由硅鋼片疊鉚而成,有磁滯和渦流損耗,由於鐵心和線圈都發熱,所以在鐵心和線圈之間設有骨架,鐵心、線圈整體作成矮胖型,利於各自散熱。

直流電磁機構的鐵心由整塊鋼材或工程純鐵製成,無磁滯和渦流損耗,線圈發熱鐵心不發熱,所以線圈直接接觸鐵心並通過鐵心散熱,鐵心、線圈整體作成瘦高型。

2.電磁機構的吸力特性

電磁線圈通電後,鐵心吸引銜鐵的力,稱為電磁吸力。電磁吸力的計算公式為

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式中 Φ為空氣隙中的磁通,可近似看作與鐵心的磁通相等,單位是韋伯(Wb);S 為空氣隙的有效面積,單位是米2(m2); F為電磁吸力,單位是牛頓(N)。

直流電磁機構的勵磁電流是恆定不變的直流,其磁動勢 也是恆定不變的。但隨著銜鐵的吸合,空氣隙變小,吸合後空氣隙將消失,磁路的磁阻顯著減小,因而磁通 要增大。由F表達式可知,吸合後的電磁力要比吸合前大得多。

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交流電磁機構的勵磁電流是交變的,它所產生的磁場也是交變的,因此電磁力的大小也是交變的。設空氣隙處的磁通為

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將其代入F表達式中,可得交流電磁機構的電磁吸力為:

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電磁吸力的最大值

交流電磁機構的電磁吸力是脈動的,電磁吸力的瞬時值曲線如左圖,其平均值為

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下圖為吸力與空氣隙的關係曲線。在交流鐵心線圈、變壓器及交流電動機中,有一個共同的外加電壓公式:

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由該式可知

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因此,外加電壓一定的條件下,交流磁路中主磁通的最大值基本不變。因此,交流電磁鐵在吸合銜鐵的過程中,電磁吸力的平均值隨空氣隙的變化較小。又由於主磁通等於磁動勢與磁阻之比,而吸合過程中磁路的磁阻顯著減小,可知隨著空氣隙的減小,磁動勢必然減小,所以交流電磁機構吸合後的勵磁電流要比吸合前顯著減小。也就是說,交流電磁鐵吸合前的勵磁電流要比吸合後的勵磁電流大得多。因此,交流電磁鐵在工作時銜鐵和鐵心之間一定要吸合好,否則,線圈中會因長期通過較大的電流而過熱燒燬。

其中曲線3為彈簧的反力特性曲線。無論交流或直流電磁機構,當吸力>反力時,電磁機構吸合,否則釋放。

3.觸頭系統與滅弧方法

(1)觸頭系統

觸頭系統由主觸頭和輔助觸頭組成。主觸頭接在控制對象的主迴路中(常常串在低壓斷路器之後)控制其通斷,輔助觸頭一般容量較小,用來切換控制電路。每對觸頭均由靜觸頭和動觸頭共同組成,動觸頭與電磁機構的銜鐵相連,當接觸器的電磁線圈得電時,銜鐵帶動動觸頭動作,使接觸器的常開觸頭閉合,常閉觸頭斷開。

觸頭有點接觸、面接觸、線接觸三種,接觸面越大則通電電流越大。觸頭材料有銅和銀,銀質觸頭更好。

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為了消除觸頭在接觸時的振動,減小接觸電阻,在觸頭上裝有接觸彈簧,該彈簧在觸頭剛閉合時產生較小的壓力,閉合後壓力增大。

(2)電弧的產生與滅弧

當一個較大電流的電路突然斷電時,如觸頭間的電壓超過一定數值,觸頭間空氣在強電場的作用下會產生電離放電現象,在觸頭間隙產生大量帶電粒子,形成熾熱的電子流,被稱為電弧。電弧伴隨高溫、高熱和強光,可能造成電路不能正常切斷、燒燬觸頭、引起火災等其它事故,因此對切換較大電流的觸頭系統必須採取滅弧措施。

常用的滅弧裝置有:滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。主要用於熄滅觸頭在分斷電流的瞬間動靜觸頭間產生的電弧,以防止電弧的高溫燒壞觸頭或出現其它事故。

直流接觸器工作原理與交流接觸器基本相同,在結構上也由電磁機構、主觸頭、輔助觸頭、滅弧裝置等組成,但在鐵心結構、線圈形狀、觸頭形狀和數量、滅弧方式等方面也有所不同。

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接觸器型號說明

如CJ12T-250,該型號的意義為CJ12T系列交流接觸器,額定電流250A,主觸頭為三極。

CZ0-100/20為CZ0系列直流接觸器,額定電流100A,雙極動合主觸頭。

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交流接觸器外形圖

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原理圖及電氣符號

二、接觸器的主要技術參數

1.額定電壓

接觸器銘牌上額定電壓是指主觸頭的額定工作電壓,其等級有:

直流接觸器:220V,440V,660V。

交流接觸器:220V,380V,500V,660V,1140V。

2.額定電流

接觸器銘牌上額定電流是指在正常工作條件下主觸頭中允許通過的長期工作電流,一般按下面等級製造:

直流接觸器:25A,40A,60A,100A,150A,250,400A,600A。

交流接觸器:10,15,25,40,60,100,150,250,400,600A。

3.線圈的額定電壓 其等級

直流線圈:24V,48V,220V。

交流線圈:36V,127V,220V,380V。

4.動作值

是指接觸器的吸合電壓與釋放電壓。部頒標準規定接觸器在額定電壓85%以上時,應可靠吸合。釋放電壓不高於線圈額定電壓的70%。

5.接通與分斷能力

指接觸器的主觸頭在規定的條件下能可靠地接通和分斷的電流值,而不應該發生熔焊,飛弧和過分磨損等。

6.機械壽命和電氣壽命

接觸器是頻繁操作電器,應有較長的機械壽命和電器壽命。目前有些接觸器的機械壽命已達一千萬次以上;電氣壽命是機械壽命的5%~20%。

7.操作頻率

是指每小時接通的次數。交流接觸器最高為600次/h;直流接觸器可高達1200次/h。

三、接觸器的選用

接觸器的選用

交流負載應使用交流接觸器,直流負載使用直流接觸器;如果控制系統中主要是交流電動機,而直流電機或直流負載的容量比較小時,也可以選用交流接觸器進行控制,但觸頭的額定電流應選大些。

接觸器主觸頭的額定電壓:其值應大於或等於負載迴路的額定電壓。

接觸器主觸頭的額定電流:按手冊或說明書上規定的使用類別使用接觸器時,接觸器主觸頭的額定電流應等於或稍大於實際負載額定電流。在實際使用中還應考慮環境因素的影響,如櫃內安裝或高溫條件時應適當增大接觸器額定電流。

接觸器吸引線圈的電壓 一般從人身和設備安全角度考慮,該電壓值可以選擇低一些;但當控制線路比較簡單,用電不多時,為了節省變壓器,則選用220V、380V。

接觸器的觸頭數量、種類等應滿足控制線路的要求。


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