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【plc培训课程】低压电器的电磁机构及执行机构

发布时间:2023-10-25 22:35:09

控制、调节、检测、变换和保护电能生产、传输、分配和使用的电器称为电器。在AC(50Hz,额定电压小于1200V)和DC(额定电压小于1500V)电路中用于开关保护、控制或调节的电器称为低压电器。低压电器有各种规格和结构,按用途可分为配电和控制装置,按动作模式可分为自动装置和手动装置,按执行机构可分为非接触和非接触装置。考虑到各种电器的功能和结构特点,低压电器通常分为12类:刀开关、熔断器、断路器、接触器、主电器等。
电磁电器是指由电磁力驱动的电器,在低压电器中占有非常重要的地位,广泛应用于电气控制系统中。各种类型的电磁装置主要由电磁装置和执行机构组成,根据其电源类型可分为交流和直流,执行机构可分为接触器和灭弧装置。
(1)电磁机构
电磁机构的主要功能是将电磁能转换为机械能,将吸引线圈的电流转换为电磁力,驱动接触动作,完成开关电路的控制。
电磁机构通常采用电磁铁的形式,由吸引线圈、铁芯(又称静态铁芯或磁轭)和电枢(又称移动铁芯)三部分组成。其工作原理:当工作电流通过线圈时,电磁吸力克服弹簧反力,闭合电枢和铁芯,并通过连接机构驱动相应的接触动作。
铁芯和电枢的结构。从普通铁心的电枢运动形式来看,铁心可分为拍击型和直接型两大类。图1-1(a)是具有沿边缘和角旋转电枢的拍击铁心。它的核心材料是电工软铁。广泛用于直流电器。图1-1(b)是具有沿轴线旋转的电枢的拍击铁心。核心有两种形状:E形和U形。其芯材由硅钢片组成,主要用于接触容量较大的交流电器。图1-1(c)是电枢直线运动的双E形直线运动铁心。它也由硅钢片制成。主要用于中小容量的交流接触器和继电器。
图1-1通用磁路结构
1电枢;2芯;3吸引线圈
(2)线圈。电磁线圈由漆包线制成。它们也分为交流和直流。当线圈通过工作电流时,它们产生足够的磁动量在磁路中形成磁通,使得电枢能够获得足够的电磁力,克服反作用力来吸引。
(3)电磁吸力和吸力特性。电磁线圈通电后,磁芯吸引电枢的力称为电磁力,用F表示。吸力与空气隙的截面积和气隙中磁感应强度的平方成正比。
直流电磁铁吸收电枢前后的电磁吸引力不同。由于直流电磁铁的励磁电流大小只与附加电源电压U和线圈电阻R有关,当U和R都保持不变时,电流I是恒定的。当电磁铁不被吸入时,磁路中存在气隙,磁路中的磁阻变大,使磁通减小。当电磁铁被吸入时,气隙减小,磁路中的磁阻减小,磁通增加。在直流电磁铁的吸引过程中,电磁吸引力不断增加,当电磁铁完全吸收时,电磁吸引力最大。
交流电磁铁的线圈电压是按正弦规律变化的,气隙中的磁感应强度是按正弦规律变化的。交流电磁铁的电磁吸引力大小随时间变化,如图1-2曲线所示。其中,F’电磁铁吸力的瞬时值,Fm是电磁吸力的最大值,F是电磁吸力的平均值。当磁通为零时,电磁引力为零,当磁通为最大时,电磁引力达到最大。当电磁吸力小于作用于电枢上的弹簧反作用力时,电枢将从与铁心的闭合位置被拉开,当电磁吸力大于弹簧反作用力时,电枢将再次被吸收。随着电磁吸力的脉动,电枢振动。电枢的频繁振动不仅产生噪声,而且在铁心接触处产生磨损,降低了电磁铁的使用寿命。为了消除电枢的振动和噪声,在电磁铁芯的一端嵌入短路铜环,也称为分磁环,如图1-3所示。短路回路将磁芯中的磁通分成两部分,即内磁通1和外磁通2。1使铜环产生感应电动势和电流,防止1发生变化,并使磁芯中两部分磁通产生的电磁引力不为零,从而消除电枢的振动和噪声。
图1-2交流电磁铁的电磁吸力曲线
图1-3短路
对于电磁电器,电磁机构的作用是使触头自动工作。电磁机构本质上是一种电磁铁,电磁铁还有许多其他用途。例如,牵引电磁铁可用于各种机构的远程控制和操作;阀电磁铁可用于各种气动阀的远程控制,液压阀实现机械自动控制;制动电磁铁用于控制自动制动装置,实现快速停车;升降机ng电磁铁用于提升和搬运磁性物品。
(2)联系方式
触头的作用是接通或断开电路,因此要求触头具有良好的接触性能。银材料常用作小电流容量电器(如接触器、继电器等)中的触头。这是因为氧化银膜的电阻率与纯银的电阻率相近,可以避免由于接触表面氧化膜的电阻率增加而引起的不良接触。
接触结构有两种类型:桥式和指式。桥接触头分为两种类型,一种是点接触类型,如图1-4(a)所示,适用于低电流情况;另一种是表面接触类型,如图1-4(b)所示,适用于高电流情况。图1-4(c)是手指接触(也称为线接触)。手指接触在连接和断开时产生滚动摩擦,从而可以去除氧化膜。因此,该触头可以由铜制成,特别适合于触头数量大且电流大的场合。
图1-4接触的结构形式
(3)灭弧系统
在断开电流的瞬间,触头会在触头之间的气隙中产生电弧。电弧的高温会烧伤触头并引起其他事故。因此,应采取适当的措施快速熄灭电弧。
灭弧原理有两种:一是快速增加电弧长度(使电弧伸长),使单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不足,使电弧熄灭;二是使电弧与流体或固体介质接触,加强冷却和熄灭。电离效应,加速其熄灭。有两种电弧:直流电弧和交流电弧。交流电流具有自然过零点,电弧容易熄灭。
低压控制装置中常用的灭弧方法有多种。
机械灭弧可以通过机械装置迅速延长电弧。这种方法主要用于开关设备。
(2)在与触头串联的磁吹线圈产生的磁场的作用下,电弧被电磁力拉长,吹入由固体介质构成的灭弧罩中,与固体介质接触,冷却灭弧。
(3)窄缝(纵缝)灭弧可以在电弧形成的磁场电动力的作用下使电弧伸长,进入灭弧罩的窄缝(纵缝)。几个纵向狭缝可以将电弧分成若干段并与固体介质接触,电弧将迅速熄灭。这种结构主要用于交流接触器。
(4)当触头分开时,产生的电弧在电力的作用下被推入一组金属网格,并分成若干段。每个绝缘金属栅格对应于一个电极,因此存在许多阳极和阴极电压降。对于交流电弧,当电弧过零时,在阴极附近会有150-250V的介电强度,这使得电弧不能维持和熄灭。因为电网灭弧效果在交流中比在直流中更强,所以电网灭弧经常用在交流电器上,如图1-5所示。

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