1、YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 前前 言言 随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计算机控制技术的发展，生产设备的控制策略、控制方算机控制技术的发展，生产设备的控制策略、控制方法、控制手段日新月异，越来越多地采用了可编程序法、控制手段日新月异，越来越多地采用了可编程序控制器（控制器（PLC）、）、数字控制等先进的控制技术。数字控制等先进的控制技术。但由于传统的继电但由于传统的继电-接触器控制系统，结构简单，接触器控制系统，结构简单，价格便宜，并为广大的工程技术人员所熟悉，加上新价格便宜，并为广大的工程技术人员所熟悉，加上新型电器元件的采
2、用，提高了系统的可靠性，因而目前型电器元件的采用，提高了系统的可靠性，因而目前仍然还在大量使用，仍然还在大量使用，传统与现代并存的局面还会长期传统与现代并存的局面还会长期存在。存在。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术电器种类繁多，用途也很广，常用低压电器主电器种类繁多，用途也很广，常用低压电器主要
3、有配电电器、控制电器。这里主要介绍自动控制要有配电电器、控制电器。这里主要介绍自动控制系统用低压电器。系统用低压电器。按电压等级分按电压等级分：工作电压以交流：工作电压以交流1000V、直流直流1200V为界划分为高压电器、低压电器为界划分为高压电器、低压电器。按使用系统分按使用系统分：电力系统用电器、电力拖动及：电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。按电器组合分按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化：单个电器、成套电器与自动化装置。装置。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按工作职能分按工作职能分：手动操作
4、电器、自动控制电器：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其它电器（稳压及调压电器、起动与调速电器、检测其它电器（稳压及调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器）。与变换电器、牵引与传动电器）。按电器的输出形式分按电器的输出形式分：有触头（点）电器有触头（点）电器通断电路的功能由触头来通断电路的功能由触头来实现，如刀开关、接触器等。实现，如刀开关、接触器等。无触头电器无触头电器通断功能不是通过接触，而是根通断功能不是通过接触，而是根据输出信号的高低电平来实现的，如晶闸管的导通与据输出信号的高低电平来
5、实现的，如晶闸管的导通与截止、三极管的导通与截止等。截止、三极管的导通与截止等。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按使用场合分按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、家用电器、其它场合（如航空、电器、农用电器、家用电器、其它场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。船舶、热带、高原）用电器。按控制系统作用分按控制系统作用分：信号电器信号电器是将非电量，如位移、压力、温是将非电量，如位移、压力、温度等的变化转化为电信号的电器度等的变化转化为电信号的电器。这类电器有按钮、。这类电器有按钮、压力继电器、行程开关、热继电器等；压力继电器、行程开关
6、、热继电器等；控制电器控制电器是一种电器逻辑门。常见的为是一种电器逻辑门。常见的为“与门与门”、“或门或门”和和“非门非门”，其输入和输出都，其输入和输出都是电信号，如电磁式继电器、接触器等。是电信号，如电磁式继电器、接触器等。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术电器的分类方法很多，且相互交叉、覆盖。即电器的分类方法很多，且相互交叉、覆盖。即某一电器按不同分类方法，分属于不同的种类。如某一电器按不同分类方法，分属于不同的种类。如工作电压为工作电压为380伏的交流接触器，按不同分类方法分伏的交流接触器，按不同分类方法分属：低压电器、有触头电器、电器控制系统用电器。属：低压电器、有触头
7、电器、电器控制系统用电器。从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部分：感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电分：感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分是触头。器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分是触头。对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。不同而各有差异，但执行部分仍是触头。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1 电磁式控制电器的电磁机构电磁式控制电器的电磁机构1.1.1.1 电磁机构的组成电磁机构的组成电
8、磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动触头使部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动触头使之闭合或断开。之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。电磁机构分类如下：电磁机构分类如下：按衔铁的运动方式分类：按衔铁的运动方式分类：YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术衔铁绕棱角转动的拍合式衔铁绕棱角转动的拍合式铁心：衔铁绕铁轭的棱角铁心：衔铁绕铁轭的棱角而转动，磨损较小。铁心而转动，磨损较小。铁心用软铁
9、，适用于直流接触用软铁，适用于直流接触器、继电器。器、继电器。衔铁绕轴转动的拍合式衔铁绕轴转动的拍合式铁心：衔铁绕轴转动，铁心：衔铁绕轴转动，用于触头容量较大的交用于触头容量较大的交流接触器，铁心用硅钢流接触器，铁心用硅钢片叠成。片叠成。衔铁直线运动的直动式衔铁直线运动的直动式铁心：衔铁在线圈内作铁心：衔铁在线圈内作直线运动，多用于交流直线运动，多用于交流接触器中。接触器中。按磁系统形状分类：按磁系统形状分类：电磁机构可分为电磁机构可分为U形和形和E形形两种。两种。按线圈的连接方式分类：按线圈的连接方式分类：可分为并联（电压线圈）可分为并联（电压线圈）和串联（电流线圈）两种。和串联（电流线圈）
10、两种。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按吸引线圈电流的种类分类：按吸引线圈电流的种类分类：可分为直流线圈可分为直流线圈和交流线圈两种。和交流线圈两种。直流电磁机构，铁心不发热，只线圈发热，因直流电磁机构，铁心不发热，只线圈发热，因而吸引线圈做成高而薄的瘦长型，且不设线圈骨架，而吸引线圈做成高而薄的瘦长型，且不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触，易于散热。使线圈与铁心直接接触，易于散热。交流电磁机构，其铁心存在磁滞和涡流损耗，交流电磁机构，其铁心存在磁滞和涡流损耗，线圈和铁心都发热，因而吸引线圈设有骨架，使铁心线圈和铁心都发热，因而吸引线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而
11、厚的矮胖型，有利于铁与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，有利于铁心和线圈散热。心和线圈散热。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.2 电磁机构的吸力特性电磁机构的吸力特性 电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力F为为SBSBF2 25 52 20 01 10 04 42 21 1=（1-1）式中式中 F 电磁吸力（电磁吸力（N）；）；B 气隙中磁感应强度（气隙中磁感应强度（T）；）；S 磁极截面积（磁极截面积（m2）；04107Hm。当当S为常数
12、时，为常数时，F与与B2成正比。成正比。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术（1）直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性因外加电压和线圈电阻不变，则流过线圈的电因外加电压和线圈电阻不变，则流过线圈的电流为常数，与磁路的气隙大小无关。流为常数，与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律根据磁路定律 mmRRIN1 1=（1-2）2 22 21 1)(mRF（1-3）吸力吸力F与与R2m成反比，亦即与气隙成反比，亦即与气隙2成反比，故成反比，故吸力特性为二次曲线形状，如图吸力特性为二次曲线形状，如图1-2。衔铁闭合前后吸力变化很大。衔铁闭合前后吸力变化很大。YXSH现代电气自动控制技术现
13、代电气自动控制技术激励线圈断电时，磁势激励线圈断电时，磁势NI急速变为接近零，磁急速变为接近零，磁通也发生相应的急速变化，因而会在线圈中感生很通也发生相应的急速变化，因而会在线圈中感生很大的反电动势，此反电势可达线圈额定电压的大的反电动势，此反电势可达线圈额定电压的1020倍，易使线圈因过电压而损坏。倍，易使线圈因过电压而损坏。为此在激励线圈上并联一个放电电阻为此在激励线圈上并联一个放电电阻R。在线在线圈断电时圈断电时，该电阻与线圈形成一个放电电路，该电阻与线圈形成一个放电电路，使原，使原储存于磁场中的能量储存于磁场中的能量转换成转换成热能消耗于电阻，不致产生热能消耗于电阻，不致产生过电压。过
14、电压。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术从降低过电压出发，电阻宜小些，为解决这个从降低过电压出发，电阻宜小些，为解决这个矛盾，可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电矛盾，可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的68倍。倍。直流电磁机构适合于动作频繁的场合，且吸合直流电磁机构适合于动作频繁的场合，且吸合后电磁吸力大，工作可靠性好。后电磁吸力大，工作可靠性好。（2）交流电磁机构的吸力特性）交流电磁机构的吸力特性若外加电压不变，线若外加电压不变，线圈的阻抗主要决定于线圈的圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻可忽略，
15、则电抗，电阻可忽略，则YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 当频率当频率f、匝数匝数N和电压和电压U均为常数时，均为常数时，为常数，为常数，由式（由式（1-3）知）知F亦为常数，说明亦为常数，说明F与与大小无关。实大小无关。实际上考虑到漏磁的作用，际上考虑到漏磁的作用，F随随的减小略有增加。的减小略有增加。当气隙当气隙变化时，由于变化时，由于不变时由式（不变时由式（1-2）可）可知知IN将随将随Rm（亦即亦即）正比变化，正比变化，I与与呈线性关系。呈线性关系。NfEU4 44 44 4.=NfU4 44 44 4.=（1-4）（1-5）YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技
16、术由上述结论可看出，对于可靠性高或频繁动作由上述结论可看出，对于可靠性高或频繁动作的控制系统一般采用直流电磁机构，而不采用交流的控制系统一般采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。一般电磁机构。一般U形交流电磁机构，在线圈通电而衔形交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的56倍，倍，E形电磁机构将达到形电磁机构将达到1015倍。如果衔铁卡住不倍。如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。由于铁磁物质由于铁磁物质有剩磁，它使电磁机有剩磁，它使电磁机构的激励线圈失电后构的激励线圈失电
17、后仍有一定的磁性吸力仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。气隙的增大而减小。剩磁的吸力特性如图剩磁的吸力特性如图1-5中曲线中曲线4。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.3 电磁机构的反力特性电磁机构的反力特性 电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力以及衔铁质量有关。以及衔铁质量有关。电磁机构使衔铁释放的力有两种：电磁机构使衔铁释放的力有两种：利用弹簧的反力利用弹簧的反力 利用衔铁自身的重力利用衔铁自身的重力
18、F反反1K1x F反反2K2mg YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术反力特性曲线如反力特性曲线如图图1-5曲线曲线3所示。所示。1为电磁机构为电磁机构气隙的初始值气隙的初始值 2为动静触头开始为动静触头开始接触时的气隙长度。接触时的气隙长度。这时触头上的初压这时触头上的初压力作用到衔铁上，力作用到衔铁上，由于超行程机构的由于超行程机构的弹力作用，反力特弹力作用，反力特性在性在2处有一突变。处有一突变。在在20的区域内，气的区域内，气隙越小，触头压得越隙越小，触头压得越紧，反力越大。紧，反力越大。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.4 电磁机构吸力电磁机构吸
19、力特性与反力特性的配合特性与反力特性的配合电磁机构在整个吸合过电磁机构在整个吸合过程中，吸力需大于反力，吸程中，吸力需大于反力，吸力特性在反力特性的上方力特性在反力特性的上方,这这样触头才能闭合接通电路。样触头才能闭合接通电路。但也不能过大，否则会影响但也不能过大，否则会影响电器的机械寿命。电器的机械寿命。当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时，其反当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时，其反力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的，对于单相交流电磁机构，由于磁通是
20、交变的，当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹当磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合。由于交电源频率的变力大于反力时，衔铁又吸合。由于交电源频率的变化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁化，衔铁的吸力随之每个周波二次过零，因而衔铁产生强烈振动与噪声，甚至使铁心松散。因此交流产生强烈振动与噪声，甚至使铁心松散。因此交流接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环（或称接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环（或称短路环），使铁心通过两个在时间上不相同的磁通，短路环），使铁心通
21、过两个在时间上不相同的磁通，矛盾就解决了。矛盾就解决了。图图 1-6 加短路环后的磁通和电磁吸力图加短路环后的磁通和电磁吸力图（a a）磁通示意图磁通示意图 （b）电磁吸力图电磁吸力图 Ftt O O 1F1 2F2F电磁机构的交变磁通穿电磁机构的交变磁通穿过短路环所包围的截面过短路环所包围的截面S2，在环中产生涡流在环中产生涡流此涡流产生的磁通此涡流产生的磁通2在相位上落后于在相位上落后于截面截面S1中的磁通中的磁通1由由1、2产生吸力为产生吸力为F1+F2，只要此合力始终只要此合力始终超过其反力，衔铁的振超过其反力，衔铁的振动现象就消失。动现象就消失。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自
22、动控制技术1.1.1.5 电磁机构的输入电磁机构的输入-输出特性输出特性 x=0 xc 时，时，y=0，当当 xxc 时时,y=1。x xc 时，时，y=1，当当 x xf 时，时，y=0。xc吸合值，吸合值，xc 释放值。释放值。cfxx 返回系数返回系数电磁机构激励线圈的电电磁机构激励线圈的电压或电流为其输入量压或电流为其输入量x，衔铁衔铁的位置为其输出量的位置为其输出量y，y=f（x）称为输入称为输入-输出特性。这类矩输出特性。这类矩形特性曲线统称为继电特性。形特性曲线统称为继电特性。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.2 执行机构执行机构低压电器的执行机构一般由触头
23、及其灭弧装置低压电器的执行机构一般由触头及其灭弧装置组成。组成。1.1.2.1 触头触头触头（触点）是电器的执行部分，起接通和分触头（触点）是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。触头通常由动、静触头组合而成。断电路的作用。触头通常由动、静触头组合而成。触头的接触形式有点接触如球面对球面、球面触头的接触形式有点接触如球面对球面、球面对平面等；线接触如圆柱对平面、圆柱对圆柱等和对平面等；线接触如圆柱对平面、圆柱对圆柱等和面接触如平面对平面三种，如图面接触如平面对平面三种，如图l-8所示。所示。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 球形球形-球形球形 球形球形-平面平面它常用于小电流
24、它常用于小电流的电器中，如接的电器中，如接触器的辅助触头触器的辅助触头或继电器触头。或继电器触头。圆柱圆柱-平面平面 圆柱圆柱-圆柱圆柱多用于中等多用于中等容量的触头容量的触头，如接触器，如接触器的主触头的主触头开始接触时，动静触头开始接触时，动静触头在在A点接触，靠弹簧的压点接触，靠弹簧的压力经力经B点滚到点滚到C点（工作点（工作电）；断开时作相反运电）；断开时作相反运动。这样可以清除触头动。这样可以清除触头表面的氧化膜。表面的氧化膜。平面平面-平面平面允许通过大电流。触头允许通过大电流。触头接触表面上镶有合金，接触表面上镶有合金，以减小触头接触电阻和以减小触头接触电阻和提高耐磨性，多用于较
25、提高耐磨性，多用于较大容量接触器主触头。大容量接触器主触头。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术在常用继电、接触器中，触头的在常用继电、接触器中，触头的结构形式主要有单断点指形和双断点结构形式主要有单断点指形和双断点桥式触头。桥式触头。单断点单断点该触头的特点是只有一个该触头的特点是只有一个断口，一般多用于接触器的主触头。断口，一般多用于接触器的主触头。其优点为：合、断过程有滚滑运动，自动清除其优点为：合、断过程有滚滑运动，自动清除表面的氧化物。可采用铜或铜基合金触头材料；触表面的氧化物。可采用铜或铜基合金触头材料；触头接触压力大，电动稳定性高；触头参数较易调节。头接触压力大，电动
26、稳定性高；触头参数较易调节。其缺点是：触头开距大，从而增大了电器体积；其缺点是：触头开距大，从而增大了电器体积；触头闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械触头闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械寿命的提高。寿命的提高。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术双断点桥式双断点桥式触头的优点：具有两个有效灭弧区触头的优点：具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好。小容量交流接触器或继电器采域，灭弧效果很好。小容量交流接触器或继电器采用这种触头时，有利于熄弧；触头开距小，使电器用这种触头时，有利于熄弧；触头开距小，使电器结构紧凑，体积小；触头闭合时冲击能量小，无软结构紧凑，体积小；触头闭合时
27、冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命。连接，有利于提高机械寿命。缺点：触头不能自动净化，触头材料必须用银缺点：触头不能自动净化，触头材料必须用银或银基合金；每个触头的接触压力小，电动稳定性或银基合金；每个触头的接触压力小，电动稳定性较低；触头参数不易调节。较低；触头参数不易调节。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术触头一般都是选用导电率高的金属材料做成的，触头一般都是选用导电率高的金属材料做成的，两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才能两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才能真正接触上。当触头接通电路时，触头实际上通电截真正接触上。当触头接通电路时，触头实际上通电截
28、面很小。此外，金属在空气中不免要氧化或硫化，在面很小。此外，金属在空气中不免要氧化或硫化，在其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属本体大得多，这都使得触头接触处的电阻增大。此电本体大得多，这都使得触头接触处的电阻增大。此电阻称为触头接触电阻。希望接触电阻尽量小些。接触阻称为触头接触电阻。希望接触电阻尽量小些。接触面积大、接触压力大、触头材料电阻率小、塑性形变面积大、接触压力大、触头材料电阻率小、塑性形变好、表面光滑的触头接触电阻较小。好、表面光滑的触头接触电阻较小。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术触头在从分离到闭合的接通过程
29、中，经常发生触头在从分离到闭合的接通过程中，经常发生机械振动，即触头的闭合机械振动，即触头的闭合-分离分离-再闭合过程的重复。再闭合过程的重复。触头闭合瞬间，动触头撞击静触头，动触头在触头闭合瞬间，动触头撞击静触头，动触头在反力作用下被反弹，压缩动触头弹簧被。一旦弹簧反力作用下被反弹，压缩动触头弹簧被。一旦弹簧的张力大于反作用力，动触头又被推向与静触头接的张力大于反作用力，动触头又被推向与静触头接触。这样，动静触头又碰撞、反弹。但弹回的距离触。这样，动静触头又碰撞、反弹。但弹回的距离一次比一次小，直到弹跳完全停歇，触头完全闭合。一次比一次小，直到弹跳完全停歇，触头完全闭合。除机械碰撞外，触头电
30、流仅从两触头间少数接除机械碰撞外，触头电流仅从两触头间少数接触点流过，形成收缩状电流线，触头间的收缩电流触点流过，形成收缩状电流线，触头间的收缩电流产生的电动力也能导致触头振动，特别是当接通较产生的电动力也能导致触头振动，特别是当接通较大电流时，电动力的影响更加显著。大电流时，电动力的影响更加显著。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术触头的机械振动会使触头表面产生电气磨损，触头的机械振动会使触头表面产生电气磨损，当触头接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程当触头接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量结束后，熔化了的金属便因失去电弧产
31、生的大量热量而凝固，使动、静触头粘在一起，再也不能分开，而而凝固，使动、静触头粘在一起，再也不能分开，而发生熔焊现象。适当增大触头弹簧的初压力、减小触发生熔焊现象。适当增大触头弹簧的初压力、减小触头质量、降低触头的接通速度都可减少振动。头质量、降低触头的接通速度都可减少振动。为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要为了减小接触电阻及减弱接触头的振动，需要在触头间加一定的压力。此压力一般由弹簧产生。在触头间加一定的压力。此压力一般由弹簧产生。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术当动触头与静触头刚接触时，当动触头与静触头刚接触时，由于安装时动触头的弹簧已经被由于安装时动触头的弹簧已经被
32、预压了一段，因而产生一个初压预压了一段，因而产生一个初压力力FC，初压力削弱接触振动，通初压力削弱接触振动，通过调节触头弹簧预压缩量来增减。过调节触头弹簧预压缩量来增减。触头闭合后弹簧在运动机构触头闭合后弹簧在运动机构作用下被进一步压缩，运动机构作用下被进一步压缩，运动机构运动终止时，弹簧产生终压力运动终止时，弹簧产生终压力FZ。终压力减小接触电阻。终压力减小接触电阻。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术弹簧被进一步压缩的距离弹簧被进一步压缩的距离l称为触头的超程，超程称为触头的超程，超程越大终压力亦越大。有了超程，使触头在被磨损的情越大终压力亦越大。有了超程，使触头在被磨损的情况
33、下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。况下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。1.1.2.2 灭弧装置灭弧装置 两个触头之间的接触，本质上说两个触头之间的接触，本质上说是许多个点的接触。因此，在两个触是许多个点的接触。因此，在两个触头分开时头分开时 ，势必最终要出现只，势必最终要出现只有一个有一个点在接触的现象，此时该点处的电流密度可达点在接触的现象，此时该点处的电流密度可达103108Acm2，致使触头金属熔化，并随着触头的致使触头金属熔化，并随着触头的互相分离形成高温金属液桥。互相分离形成高温金属液桥。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术金属液桥被拉断，触头才能完全
34、分开，这时在断金属液桥被拉断，触头才能完全分开，这时在断口处立即产生电弧，随着触头的分离，电弧被熄灭，口处立即产生电弧，随着触头的分离，电弧被熄灭，相应的电路才被断开。相应的电路才被断开。（1 1）电弧的产生电弧的产生 电弧实际上是一种气体放电现象，就是气体中有电弧实际上是一种气体放电现象，就是气体中有大量的带电质点作定向运动。大量的带电质点作定向运动。当触头分离的瞬间，动、静触头的间隙很小，电当触头分离的瞬间，动、静触头的间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头之间，在触头间形成很高路电压几乎全部降落在触头之间，在触头间形成很高的电场强度，以致发生场发射。的电场强度，以致发生场发射。发射的自由电
35、子在电场作用下向阳极加速运动。发射的自由电子在电场作用下向阳极加速运动。高速运动的电子撞击气体原子时产生高速运动的电子撞击气体原子时产生“撞击电离撞击电离”。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术电离出的电子在向阳极运动过程中又将撞击其电离出的电子在向阳极运动过程中又将撞击其它原子，使其它原子电离。撞击电离的正离子则向它原子，使其它原子电离。撞击电离的正离子则向阴极加速运动，撞在阴极上会使阴极温度逐渐升高，阴极加速运动，撞在阴极上会使阴极温度逐渐升高，到达一定温度时，会发生到达一定温度时，会发生“热电子发射热电子发射”。在高温下，触头间的气体原子已很高的速度做在高温下，触头间的气体原
36、子已很高的速度做不规则运动并相互剧烈撞击，结果原子也将造成电不规则运动并相互剧烈撞击，结果原子也将造成电离，称为离，称为“热游离热游离”。撞击电离、热电子发射、热游离的结果，在触撞击电离、热电子发射、热游离的结果，在触头间隙中形成了炽热的电子流即电弧。头间隙中形成了炽热的电子流即电弧。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术显然，电压越高、电流越大，即电弧功率越大、显然，电压越高、电流越大，即电弧功率越大、弧区温度越高、游离程度越烈，电弧亦越强。弧区温度越高、游离程度越烈，电弧亦越强。伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电离主要是通过正质点
37、的复合进行的。温度越低，带电质离主要是通过正质点的复合进行的。温度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。点运动越慢，越容易复合。带电触头的分断过程就是电弧形成及抑制的过程。带电触头的分断过程就是电弧形成及抑制的过程。电弧产生后，伴随高温产生并发出强光，将触头电弧产生后，伴随高温产生并发出强光，将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时还会引起火灾烧损，并使电路的切断时间延长，严重时还会引起火灾或其他事故。应采取措施熄灭电弧。或其他事故。应采取措施熄灭电弧。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法
38、降低电弧温度和电场强度，以加强消电离灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根据上述灭弧原则，常用的灭弧方法及装置有：据上述灭弧原则，常用的灭弧方法及装置有：（2）灭弧方法及灭弧装置灭弧方法及灭弧装置 多断点灭弧多断点灭弧：在交流继电器和接触器中常采用：在交流继电器和接触器中常采用桥式触头（如图桥式触头（如图l-10所示），这种触头有两个断点。所示），这种触头有两个断点。交流电路在过零后，若一对断点处电弧重燃需要交流电路在过零后，若一对断点处电弧重燃需要150250V电压，则两对断点就电压，则两对断
39、点就需要需要300500V电压。若断电压。若断点电压达不到此值，电弧点电压达不到此值，电弧过零后因不能重燃而熄灭，过零后因不能重燃而熄灭，所以有利于灭弧。所以有利于灭弧。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触头灭一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触头灭弧，而不再加设其它灭弧装置。弧，而不再加设其它灭弧装置。根据需要可灵活地将二个极或三个极串联起来当根据需要可灵活地将二个极或三个极串联起来当做一个点使用，这组触头便成为多断点，加强了灭弧效做一个点使用，这组触头便成为多断点，加强了灭弧效果。果。磁吹式灭弧磁吹式灭弧在触头回路中串入吹弧线圈（较粗的几
40、匝导线，在触头回路中串入吹弧线圈（较粗的几匝导线，其间穿以铁心增加导磁性），通电流后产生较大磁通。其间穿以铁心增加导磁性），通电流后产生较大磁通。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术触头分开的瞬间产触头分开的瞬间产生的电弧就是载流生的电弧就是载流体，它在磁通的作体，它在磁通的作用下产生电磁力用下产生电磁力F，把电弧拉长并冷却把电弧拉长并冷却从而灭弧。从而灭弧。由于这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧，由于这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。它广泛应因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。它广泛应用于直流接触器中。用于直流接触器中。YXSH现代电气自动控
41、制技术现代电气自动控制技术电动力灭弧电动力灭弧：如图如图1-12所示，所示，是一种桥式结构双断口触头。当是一种桥式结构双断口触头。当触头打开时，在断口中产生电弧，触头打开时，在断口中产生电弧，在电动力在电动力F的作用下，使电弧向的作用下，使电弧向外运动并拉长，加快冷却并熄灭。外运动并拉长，加快冷却并熄灭。这种灭弧方法一般用于交流接触这种灭弧方法一般用于交流接触器等交流电器中。器等交流电器中。灭弧栅灭弧灭弧栅灭弧：如图：如图1-13所示。所示。灭弧栅片由许多镀铜薄钢片组成，灭弧栅片由许多镀铜薄钢片组成，片间距离为片间距离为23mm，安放在触头安放在触头上方的灭弧罩内。上方的灭弧罩内。YXSH现代
42、电气自动控制技术现代电气自动控制技术一旦发生电弧，电一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，使导弧周围产生磁场，使导磁的钢片上涡流产生，磁的钢片上涡流产生，将电弧吸入栅片，电弧将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联被栅片分割成许多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭，两栅的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭，两栅片间必须有片间必须有150250V电压，电弧才能重燃。这样一电压，电弧才能重燃。这样一来，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅来，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种常用的交流灭弧装置。
43、种常用的交流灭弧装置。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术灭弧罩灭弧罩：采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高温的灭弧罩，用以降温和隔弧，用于交流和直流灭弧。温的灭弧罩，用以降温和隔弧，用于交流和直流灭弧。上面提到的磁吹式和灭弧栅装置都带有灭弧罩。上面提到的磁吹式和灭弧栅装置都带有灭弧罩。窄缝灭弧窄缝灭弧：利用灭弧罩的窄缝来实现灭弧的。：利用灭弧罩的窄缝来实现灭弧的。灭弧罩内只有一个纵缝，缝的下部宽些上部窄些。灭弧罩内只有一个纵缝，缝的下部宽些上部窄些。如图如图1-14所示。当触头断开时，电弧所示。当触头断开时，电弧在电动力作用下进入缝内，窄缝可将电弧在电动力作用下进入缝内，窄缝可将电弧弧柱直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，弧柱直径压缩，使电弧同缝壁紧密接触，加强冷却和消电离作用，使电弧熄灭加快。加强冷却和消电离作用，使电弧熄灭加快。常用于交流和直流接触器上。常用于交流和直流接触器上。45 结束语结束语
