低压电器与电工测量

第二章低压电器与电工测量目录2.1电路测量设计说明2.2低压电器基础知识2.3常用低压电器2.4电工仪表2.5电工工具2.6照明电路的安装过程与故障处理2.7电路测量的设计过程本章要点1.了解低压电器的定义、分类和技术指标。2.了解低压电器元件的结构和用途，掌握其图形符号、文字符号、工作原理及使用要点。3.了解电工仪表和电工工具的结构、用途和种类，掌握它们的使用方法。4.了解照明电路的组成和工作原理。2.1电路测量设计说明1.设计目的掌握测量电路的设计方法。2.设计内容做电路实验时需要测量约0.5A的电流，但是实验室内当时只有一个量程为0.3A的电流表。如果手边有12V电源、0～50的滑动变阻器、电炉用的电阻丝，以及导线和开关，请你设计一个简单电路，可以把电表的量程临时近似扩展为0.6A。要求画出电路图，并简述设计步骤。2.2低压电器基础知识在我国经济建设和人民生活中，电能的应用越来越广泛。为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种起调节、分配、控制和保护作用的电气设备称为电器。从生产或使用的角度，可以把电器分为高压电器和低压电器两大类。本章主要介绍低压电器。2.2.1低压电器的分类与用途1.低压电器的分类我国现行标准将工作电压交流1200V、直流1500V以下的电气设备称为低压电器。低压电器种类繁多，功能、构造各异，工作原理各不相同，分类方法也很多。1)按用途或控制对象分：配电和控制电器。2)按动作方式分：自动和手动电器。3)按触点类型分：有触点和无触点电器。4)按工作原理分：电磁式和非电量控制电器。2.低压电器的用途象生活中在送水的管路上，装阀门对水流进行控制和调节一样。输送电能也要使用不同的电器来控制通、断，调节各种参数，只是电能的输送比水输送要复杂得多。低压电器是根据外界信号或要求，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。随着科学技术的发展，新功能、新设备将不断出现，低压电器的主要种类和用途也再不断扩展。2.2.2低压电器的主要技术指标为保证电器设备安全、可靠地工作，我国对低压电器的设计、制造规定了严格的标准。使用时，须按照说明书中规定的技术条件选用。低压电器主要技术指标有：(1)绝缘强度；(2)耐潮湿性能；(3)极限允许温升；(4)操作频率；(5)寿命。为保证低压电器产品的规格、性能和质量一致，通用和互换性好，设计和制造须严格执行国标，基本系列的各类开关电器须保证三化(标准化、系列化、通用化)，四统一(型号规格、技术条件、外形及安装尺寸、易损零部件统一)。购置和选用时，要特别注意检查是否符合标准。2.2.3低压电器的组成一般有两个基本组成部分：感受部分和执行部分。感受部分接收外界输入的信号，并通过转换、放大、判断做出有规律的反应，使执行部分动作，实现控制的目的。有触点的电磁式电器，感受部分大都是电磁机构，而执行部分则是触点。非电磁式的电动电器，感受部分因其工作原理不同而各有差异，执行部分仍是触点。自动开关类电器，还具有中间部分，把两部分联系起来，使它们按一定的规律动作。1.电磁机构:是电磁式电器的重要组成部分，它的工作好坏将直接影响电器的可靠性和使用寿命。电磁机构常采用电磁铁，由吸引线圈、铁心和衔铁组成，按衔铁的运动方式一般可分为直动式和转动式(拍合式)两种，如图2-1和2-2所示，转动式又分为衔铁沿棱角和沿轴转动两种。图2-1图2-22.触头：是电磁式电器的执行部分，起接通或断开电路的作用。按所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。电磁式触头在线圈未通电状态时有常开和常闭两种状态，称为常开和常闭触头。触头在闭合状态下，动、静触头完全接触，并有电流通过时，称为电接触。接触形式有点接触、线接触和面接触3种，如图2-3所示。图2-3w3.电弧切断电路时，如果电路中电压超过10～12V或电流超过80～100mA，在拉开两个触头时将出现强烈火花，这种气体放电现象，称“电弧”。电弧是有害的，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用而灭弧。当电离速度低于消电离速度时，电弧熄灭。据此，常用灭弧装置有磁吹式灭弧、灭弧栅、灭弧罩、多断点灭弧四种。常用桥式触点灭弧，其有两处断开点，相当于两对电极，一处断点要使电弧熄灭后重燃，需150～250V，两处断点就需300～500V，故小容量交流电器可采用桥式触点灭弧。若有特殊需要，可将两个或三个极串联起来当一个触点使用，这组触点便成为多断点，加强了灭弧效果。2.3常用低压电器2.3.1接触器接触器是用来自动接通或断开大电流电路的电器。可频繁地接通或分断交直流负载电路，并可实现中远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等。它还具有低电压释放保护功能。接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，使用最广泛电器元件之一。1.交流接触器下图所示为交流接触器的结构示意图及图形符号。交流接触器由电磁机构、触头系统、灭弧装置和其他部件四部分组成。电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成。触头系统包括主触头和辅助触头。主触头有3对或4对常开触头；辅助触头有两对常开和常闭触头。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。小容量的接触器，常用双断口桥形触头灭弧；大容量接触器，常用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构及外壳等。接触器标有端子标号，线圈为A1、A2，主触头1、3、5接电源侧，2、4、6接负荷侧。辅助触头用两位数表示，前一位为顺序号，后一位的3、4表示常开触头，1、2表示常闭触头。接触器控制原理：当线圈接通额定电压时，产生电磁力，克服弹簧反力，吸引动铁心向下运动，动铁心带动绝缘连杆和动触头向下运动使常开触头闭合，常闭触头断开。当线圈失电或电压低于释放电压时，电磁力小于弹簧反力，常开触头断开，常闭触头闭合。2.直流接触器直流接触器与交流基本相同，结构上是由电磁机构、触头系统和灭弧装置等组成。由于直流电弧比交流电弧难熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。3.接触器的主要技术参数(1)接触器的极数和电流种数：有两极、三极和四极接触器；种类分为交流接触器和直流接触器。(2)额定工作电压：主触头之间正常工作的电压值。即主触头所在电路的电源电压。直流接触器的额定电压有110V、220V、440V、660V；交流接触器的额定电压有220V、380V、500V、660V等。(3)额定电流：接触器触头在额定工作条件下的电流值。直流接触器的额定电流有40A、80A、100A、150A、250A、400A及600A；交流接触器的额定电流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A及600A。(4)通断能力：接触器主触头在规定条件下能可靠接通和分断的电流值。在该电流值下接通电路时，主触头不应造成熔焊。在此电流值下分断电路时，主触头不应发生长时间燃弧。一般额定电流的5～10倍。(5)线圈额定电压：接触器正常工作时线圈上所加电压。(6)操作频率：接触器单位时间(1h)允许操作次数的最大值。(7)寿命：包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%～20%。(8)使用类别：接触器用于不同负载时，其对主触头的接通与分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。4.接触器的选择(1)根据负载性质选择接触器的类型。(2)额定电压应大于或等于主电路工作电压。(3)额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。对于电动机负载，还应根据其运行方式适当增大或减小。(4)吸引线圈的额定电压与频率要与所控制电路的选用电压和频率相一致。2.3.2继电器继电器：根据特定形式的输入信号转变为触点开合状态的电器元件。由承受机构、中间机构和执行机构3部分组成。承受机构反映输入量，并传递给中间机构，与预定的量(整定量)进行比较，当达到整定量时，使执行机构动作，触点闭合或断开实现控制。继电器作为系统各种状态或参量判断和逻辑运算的电器元件，主要起信号转换和传递作用，触点容量较小。继电器分类：按反映信号种类分为电流、电压、速度、压力、温度继电器等；按动作原理分为电磁式、感应式、电动式和电子式继电器；按动作时间分为瞬时和延时动作继电器。电磁式继电器有直流和交流之分，其结构和工作原理与接触器基本相同。1.电磁式继电器图2-6为部分电磁式继电器的实物图。在控制电路中用的继电器大多数是电磁式继电器。电磁式继电器具有结构简单、价格低廉、使用维护方便、触点容量小、体积小、动作迅速、准确、控制灵敏、可靠等特点，广泛地应用于低压控制系统中。常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。图2-6电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，主要由电磁机构和触点组成。电磁式继电器也有直流和交流两种。继电器的主要技术参数包括额定参数、吸合时间和释放时间、整定参数(继电器的动作值，大部分控制继电器可调)、灵敏度(一般指继电器对信号的反应能力)、触头的接通和分断能力、使用寿命等。常用电磁式继电器(1)电流继电器。(2)电压继电器。2.时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器，图示为部分时间继电器实物图。时间继电器种类：空气阻尼型、电动型和电子型等，在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器。空气阻尼型时间继电器电子型时间继电器空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，它由电磁机构、延时机构和触头系统三部分组成。空气阻尼式时间继电器可以做成通电延时型，也可改成断电延时型，电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。如果将通电延时型时间继电器的电磁机构反向安装，就可以改为断电延时型时间继电器。空气阻尼式时间继电器优点是结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉，且不受电源电压及频率波动的影响，缺点是延时误差大、无调节刻度指示，一般适用延时精度要求不高的场合。时间继电器在选用时应根据控制要求选择其延时方式，根据延时范围和精度选择继电器的类型。3.热继电器热继电器主要用于电气设备(主要是电动机)的过负荷保护。其利用电流热效应原理工作。具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。图示为部分热继电器实物图。部分热继电器实物图。三相异步电动机实际运行中，常会遇到过载和断相现象。如果过电流持续时间短，绕组不超过允许温升，是允许的；如果过电流持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机。电动机回路中应设置电动机保护装置。使用最多的是双金属片式热继电器。双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压，使之形成一体的金属片。膨胀系数大的称为主动层，膨胀系数小的称为被动层。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，带动触头动作。热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种。热元件串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流。当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过额定值时，双金属片的热量增大而发生弯曲，经过一定时间后，使触点动作，通过控制电路切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。调节旋钮为一个偏心轮，旋转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。热继电器复位方式有自动复位和手动复位两种，将复位螺钉旋入，使常开的静触点向动触点靠近，这样动触点在闭合时处于不稳定状态，在双金属片冷却后动触点也返回，为自动复位方式。如果将复位螺钉旋出，触