课题五-接-触-器

1课题五接触器任务目标：一、能正确认识、选择安装和使用交流接触器二、熟悉接触器的分类、功能、基本结构、工作原理以及型号和含义三、掌握接触器的图形符号和文字符号任务准备（知识储备）：1、接触器的作用接触器是一种自动的电磁式开关，适用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容置控制电路。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他负载，如电热设备，电焊机以及电容器组等。接触器不仅能实现远距离自动操作和欠电压释放保护功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作频率高、使用寿命长等优点，因而在电力拖动系统中得到了广泛应用。2、常用接触器的类型接触器按主触头通过的电流种类，分为交流接触器和直流接触器两种。任务进行一、交流接触器交流接触器的种类很多，目前常用的有我国自行设计生产的CJ0、CJ10和CJ20等系列以及引进国外先进技术生产的B(CJX8)系列、3TB(CJX1)系列等。各种新型接触器，如真空接触器、固体接触器等在电力拖动系统中也逐步得到推广和应用。本课题以CJ10系列为例介绍交流接触器。1.交流接触器的型号及含义2.交流接触器的结构2交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。CJ10－20型交流接触器的结构如图所示。（1）电磁系统交流接触器的电磁系统主要由线圈、铁心（静铁心）和衔铁（动铁心）三部分组成。其作用是利用电磁线圈的通电或断电，使衔铁和铁心吸合或释放，从而带动动触头与静触头闭合或分断，实现接通或断开电路的目的。CJ10系列交流接触器的衔铁运动方式有两种，对于额定电流为40A及以下的接触器，采用如图a所示的衔铁直线运动的螺管式；对于额定电流为60A及以上的接触器，采用如图b所示的衔铁绕轴转动的拍合式。3为了减少工作过程中交变磁场在铁心中产生的涡流及磁滞损耗，避免铁心过热，交流接触器的铁心和衔铁一般用E形硅钢片叠压铆成。尽管如此，铁心仍是交流接触器发热的主要部件。为增大铁心的散热面积，又避免线圈与铁心直接接触而受热烧毁，交流接触器的线圈一般做成粗而短的圆筒形，并且绕在绝缘骨架上，使铁心与线圈之间有一定间隙。另外，E形铁心的中柱端面需留有0.1～0.2mm的气隙，以减小剩磁影响，避免线圈断电后衔铁粘住不能释放。交流接触器在运行过程中，线圈中通入的交流电在铁心中产生交变的磁通，因而铁心与衔铁间的吸力也是变化的。这会使衔铁产生振动，发出噪声。为消除这一现象，在交流接触器铁心和衔铁的两个不同端部各开一个槽，槽内嵌装一个用铜、康铜或镍铬合金材料制成的短路环，又称减振环或分磁环，如图a所示。铁心装短路环后，当线圈通以交流电时，线圈电流I1产生磁通Φl，Φl的一部分穿过短路环，在环中产生感生电流I2，I2又会产生一个磁通Φ2，由电磁感应定律知，Φ1和Φ2的相位不同，即Φl和Φ2不同时为零，则由Φ1和Φ2产生的电磁吸力F1和F2不同时为零，如图b所示。这就保证了铁心与衔铁在任何时刻都有吸力，衔铁将始终被吸住，振动和噪声会显著减小。（2）触头系统交流接触器的触头按接触情况可分为点接触式、线接触式和面接触式三种，分别如图a、b和c所示。按触头的结构形式划分，有桥式触头和指形触头两种，如图所示。4CJ10系列交流接触器的触头一般采用双断点桥式触头。其动触头桥用紫铜片冲压而成。由于铜的表面易氧化并形成一层导电性能很差的氧化铜，而银的接触电阻小且其黑色氧化物对接触电阻的影响不大，所以在触头桥的两端镶有银基合金制成的触头块。静触头一般用黄铜板冲压而成，一端镶焊触头块，另一端为接线座。在触头上装有压力弹簧以减小接触电阻并消除开始接触时产生的有害振动。按通断能力划分，交流接触器的触头分为主触头和辅助触头。主触头用以通断电流较大的主电路，一般由三对接触面较大的常开触头组成。辅助触头用以通断电流较小的控制电路，一般由两对常开和两对常闭触头组成。所谓触头的常开和常闭，是指电磁系统未通电动作时触头的状态。常开触头和常闭触头是联动的。当线圈通电时，常闭触头先断开，常开触头随后闭合。而线圈断电时，常开触头首先恢复断开，随后常闭触头恢复闭合。两种触头在改变工作状态时，先后有个时间差，尽管这个时间差很短，但对分析线路的控制原理却很重要。（3）灭弧装置交流接触器在断开大电流或高电压电路时，在动、静触头之间会产生很强的电弧。电弧是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，电弧的产生，一方面会灼伤触头，减少触头的使用寿命；另一方面会使电路切断时间延长，甚至造成弧光短路或引起火灾事故。因此我们希望触头间的电弧能尽快熄灭。实验证明，触头开合过程中的电压越高、电流越大、弧区温度越高，电弧就越强。低压电器中通常采用拉长电弧、冷却电弧或将电弧分成多段等措施，促使电弧尽快熄灭。在交流接触器中常用的灭弧方法有以下几种。1）双断口电动力灭弧5双断口结构的电动力灭弧装置如图a所示。这种灭弧方法是将整个电弧分割成两段，同时利用触头回路本身的电动力F把电弧向两侧拉长，使电弧热量在拉长的过程中散发、冷却而熄灭。容量较小的交流接触器，如CJ10－10型等，多采用这种方法灭弧。2）纵缝灭弧纵缝灭弧装置如图b所示。由耐弧陶土、石棉水泥等材料制成的灭弧罩内每相有一个或多个纵缝，缝的下部较宽以便放置触头；缝的上部较窄，以便压缩电弧，使电弧与灭弧室壁有很好的接触。当触头分断时，电弧被外磁场或电动力吹入缝内，其热量传递给室壁，电弧被迅速冷却熄灭。CJ10系列交流接触器额定电流在20A及以上的，均采用这种方法灭弧。3）栅片灭弧栅片灭弧装置的结构及工作原理如图所示。金属栅片由镀铜或镀锌铁片制成，形状一般为人字形，栅片插在灭弧罩内，各片之间相互绝缘。当动触头与静触头分断时，在触头间产生电弧，电弧电流在其周围产生磁场。由于金属栅片的磁阻远小于空气的磁阻，因此电弧上部的磁通容易通过金属栅片而形成闭合磁路，这就造成了电弧周围空气中的磁场上疏下密。这一磁场对电弧产生向上的作用力，将电弧拉到栅片间隙中，栅片将电弧分割成若干个串联的短电弧。每个栅片成为短电弧的电极，将总电弧压降分成几段，栅片间的电弧电压都低于燃弧电压，同时栅片将电弧的热量吸收散发，使电弧迅速冷却，促使电弧尽快熄灭。容量较大的交流接触器多采用这种方法灭弧，如CJ0－40型交流接触器。（4）辅助部件交流接触器的辅助部件有反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及底座、接线柱等。反作用弹簧安装在动铁心和线圈之间，其作用是线圈断电后，推动衔铁释放，使各触头恢复原状态。缓冲弹簧安装在静铁心与线圈之间，其作用是缓冲衔铁在吸合时对静铁心和外壳的冲击力，保护外壳。触头压力弹簧安装在动触头上面，6其作用是增加动、静触头间的压力，从而增大接触面积，以减小接触电阻，防止触头过热灼伤。传动机构的作用是在衔铁或反作用弹簧的作用下，带动动触头实现与静触头的接通或分断。3.交流接触器的工作原理当接触器的线圈通电后，线圈中流过的电流产生磁场，使铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合，通过传动机构带动三对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开。当接触器线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在反作用弹簧力的作用下复位，带动各触头恢复到原始状态。常用的CJ0、CJ10等系列的交流接触器在0.85～1.05倍的额定电压下，能保证可靠吸合。电压过高，磁路趋于饱合，线圈电流会显著增大。电压过低，电磁吸力不足，衔铁吸合不上，线圈电流会达到额定电流的十几倍，因此，电压过高或过低都会造成线圈过热而烧毁。交流接触器在电路图中的符号如图所示。二、直流接触器直流接触器是用于远距离接通和分断直流电路及频繁地操作和控制直流电动机的一种自动控制电器。其结构及工作原理与交流接触器基本相同，但也有一些区别。目前生产中常用的直流接触器有CZ0、CZ17、CZ18、CZ21等多个系列，其中CZ0系列具有结构紧凑、体积小、重量轻、维护检修方便和零部件通用性强等优点，得到了广泛应用。1．直流接触器的型号及含义2．直流接触器的结构直流接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置三部分组成，其结构如图所示。7（1）电磁系统直流接触器的电磁系统由线圈、铁心和衔铁组成。其电磁系统采用衔铁绕棱角转动的拍合式。由于线圈通过的是直流电，铁心中不会因产生涡流和磁滞损耗而发热，因此铁心可用整块铸钢或铸铁制成，铁心端面也不需嵌装短路环。为保证线圈断电后衔铁能可靠释放，在磁路中常垫有非磁性垫片，以减少剩磁影响。直流接触器线圈的匝数比交流接触器多，电阻值大，铜损大，是接触器中发热的主要部件。为使线圈散热良好，通常把线圈做成长而薄的圆筒形，且不设骨架，使线圈与铁心间距很小，以借助铁心来散发部分热量。（2）触头系统直流接触器的触头也有主、辅之分。由于主触头接通和断开的电流较大，多采用滚动接触的指形触头，以延长触头的使用寿命。其结构如图所示，在触头闭合过程中，动触头与静触头先在A点接触，然后经B点滑动过渡到C点。辅助触头的通断电流小，多采用双断点桥式触头，可有若干对。为了减小运行时的线圈功耗及延长吸引线圈的使用寿命，容量较大的直流接触器线圈往往采用串联双绕组，其接线如图所示。接触器的一个常闭触头与保持线圈并联。在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短路，可使启动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，启动线圈和保持线圈串联通电，由于电压不变，所以电流较小，但仍可保持衔铁被吸合，从而达到省电的目的。8（3）灭弧装置直流接触器的主触头在分断较大直流电流时，会产生强烈的电弧，必须设置灭弧装置以迅速熄灭电弧。对开关电器而言，采用何种灭弧装置取决于电弧的性质。交流接触器触头间产生的电弧在电流过零时能自然熄灭，而直流电弧不存在这个自然过零点，只能靠拉长电弧和冷却电弧来灭弧。因此在同样的电气参数下，熄灭直流电弧比熄灭交流电弧要困难，直流灭弧装置一般比交流灭弧装置复杂。直流接触器一般采用磁吹式灭弧装置结合其他灭弧方法灭弧。磁吹式灭弧装置主要由磁吹线圈、铁心、两块导磁夹板、灭弧罩和引弧角等部分组成，其结构如图所示。磁吹式灭弧装置的工作原理是：当接触器的动、静触头分断时，在触头间产生电弧，短时间内电弧通过自身仍维持负载电流I继续存在，此时该电流便在电弧未熄灭之前形成两个磁场。一个是该电流在电弧周围形成的磁场，其方向可用安培定则确定，如图所示，在电弧的上方是引出纸面的，用“⊙”表示；在电弧的下方是进入纸面的，用“╳”表示。另外，在电弧周围同时还存在一个由该电流流过磁吹线圈在两导磁夹板间形成的磁场，该磁场经过铁心，从一块导磁夹板穿过夹板间的空气隙进入另一块导磁夹板，形成闭合磁路，磁场的方向可由安培定则确定，如图所示，显然外面一块导磁夹板上的磁场方向是进入纸面的。可见，在电弧的上方，导磁夹板间的磁场与电弧周围的磁场方向相反，磁场强度削弱；在电弧下方两个磁场方向相同，磁场强度增强。因此，电弧将从磁场强的一边被拉向弱的一边，于是电弧向上运动。电弧在向上运动的过程中被迅速拉长并和空气发生相对运动，使电弧温度降低。同时电弧被吹进灭弧罩上部时，电弧的热量又被传递给灭弧罩，进一步降低了电弧温度，促使电弧迅速熄灭。另外，电弧在向上运动的过程中，在静触头上的弧根将逐渐转移到引弧角上，从而减轻了触头的灼伤。引弧角引导弧根向上移动又使电弧被继续拉长，当电源电压不足以维持电弧燃烧时，电弧就熄灭。由此可见，磁吹式灭弧9装置的灭弧是靠磁吹力的作用使电弧拉长，并在空气和灭弧罩中快速冷却，从而使电弧迅速熄灭的。这种串联式磁吹灭弧装置，其磁吹线圈与主电路是串联的，且利用电弧电流本身灭弧，所以磁吹力的大小决定于电弧电流的大小，电弧电流越大，吹灭电弧的能力越强。而当电流的方向改变时，由于磁吹线圈产生的磁场方向同时改变，磁吹力的方向不变，即磁吹力的方向与电弧电流的方向无关。直流接触器在电路图中的符号与交流接触器相同。三、接触器的选择1、选择接触器的类型根据接触器所控制的负载性质选择接触的类型。2、选择接触器主触头的额定电压接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。3、选择接触器主触头的额定电流接触器控制电阻性负载时，主触头的额定电流应等于负载的额定电