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      【plc培訓課程】低壓電器的電磁機構及執行機構

      發布時間:2023-10-25 22:35:09

      控制、調節、檢測、變換和保護電能生產、傳輸、分配和使用的電器稱為電器。在AC(50Hz,額定電壓小于1200V)和DC(額定電壓小于1500V)電路中用于開關保護、控制或調節的電器稱為低壓電器。低壓電器有各種規格和結構,按用途可分為配電和控制裝置,按動作模式可分為自動裝置和手動裝置,按執行機構可分為非接觸和非接觸裝置??紤]到各種電器的功能和結構特點,低壓電器通常分為12類:刀開關、熔斷器、斷路器、接觸器、主電器等。
      電磁電器是指由電磁力驅動的電器,在低壓電器中占有非常重要的地位,廣泛應用于電氣控制系統中。各種類型的電磁裝置主要由電磁裝置和執行機構組成,根據其電源類型可分為交流和直流,執行機構可分為接觸器和滅弧裝置。
      (1)電磁機構
      電磁機構的主要功能是將電磁能轉換為機械能,將吸引線圈的電流轉換為電磁力,驅動接觸動作,完成開關電路的控制。
      電磁機構通常采用電磁鐵的形式,由吸引線圈、鐵芯(又稱靜態鐵芯或磁軛)和電樞(又稱移動鐵芯)三部分組成。其工作原理:當工作電流通過線圈時,電磁吸力克服彈簧反力,閉合電樞和鐵芯,并通過連接機構驅動相應的接觸動作。
      鐵芯和電樞的結構。從普通鐵心的電樞運動形式來看,鐵心可分為拍擊型和直接型兩大類。圖1-1(a)是具有沿邊緣和角旋轉電樞的拍擊鐵心。它的核心材料是電工軟鐵。廣泛用于直流電器。圖1-1(b)是具有沿軸線旋轉的電樞的拍擊鐵心。核心有兩種形狀:E形和U形。其芯材由硅鋼片組成,主要用于接觸容量較大的交流電器。圖1-1(c)是電樞直線運動的雙E形直線運動鐵心。它也由硅鋼片制成。主要用于中小容量的交流接觸器和繼電器。
      圖1-1通用磁路結構
      1電樞;2芯;3吸引線圈
      (2)線圈。電磁線圈由漆包線制成。它們也分為交流和直流。當線圈通過工作電流時,它們產生足夠的磁動量在磁路中形成磁通,使得電樞能夠獲得足夠的電磁力,克服反作用力來吸引。
      (3)電磁吸力和吸力特性。電磁線圈通電后,磁芯吸引電樞的力稱為電磁力,用F表示。吸力與空氣隙的截面積和氣隙中磁感應強度的平方成正比。
      直流電磁鐵吸收電樞前后的電磁吸引力不同。由于直流電磁鐵的勵磁電流大小只與附加電源電壓U和線圈電阻R有關,當U和R都保持不變時,電流I是恒定的。當電磁鐵不被吸入時,磁路中存在氣隙,磁路中的磁阻變大,使磁通減小。當電磁鐵被吸入時,氣隙減小,磁路中的磁阻減小,磁通增加。在直流電磁鐵的吸引過程中,電磁吸引力不斷增加,當電磁鐵完全吸收時,電磁吸引力最大。
      交流電磁鐵的線圈電壓是按正弦規律變化的,氣隙中的磁感應強度是按正弦規律變化的。交流電磁鐵的電磁吸引力大小隨時間變化,如圖1-2曲線所示。其中,F’電磁鐵吸力的瞬時值,Fm是電磁吸力的最大值,F是電磁吸力的平均值。當磁通為零時,電磁引力為零,當磁通為最大時,電磁引力達到最大。當電磁吸力小于作用于電樞上的彈簧反作用力時,電樞將從與鐵心的閉合位置被拉開,當電磁吸力大于彈簧反作用力時,電樞將再次被吸收。隨著電磁吸力的脈動,電樞振動。電樞的頻繁振動不僅產生噪聲,而且在鐵心接觸處產生磨損,降低了電磁鐵的使用壽命。為了消除電樞的振動和噪聲,在電磁鐵芯的一端嵌入短路銅環,也稱為分磁環,如圖1-3所示。短路回路將磁芯中的磁通分成兩部分,即內磁通1和外磁通2。1使銅環產生感應電動勢和電流,防止1發生變化,并使磁芯中兩部分磁通產生的電磁引力不為零,從而消除電樞的振動和噪聲。
      圖1-2交流電磁鐵的電磁吸力曲線
      圖1-3短路
      對于電磁電器,電磁機構的作用是使觸頭自動工作。電磁機構本質上是一種電磁鐵,電磁鐵還有許多其他用途。例如,牽引電磁鐵可用于各種機構的遠程控制和操作;閥電磁鐵可用于各種氣動閥的遠程控制,液壓閥實現機械自動控制;制動電磁鐵用于控制自動制動裝置,實現快速停車;升降機ng電磁鐵用于提升和搬運磁性物品。
      (2)聯系方式
      觸頭的作用是接通或斷開電路,因此要求觸頭具有良好的接觸性能。銀材料常用作小電流容量電器(如接觸器、繼電器等)中的觸頭。這是因為氧化銀膜的電阻率與純銀的電阻率相近,可以避免由于接觸表面氧化膜的電阻率增加而引起的不良接觸。
      接觸結構有兩種類型:橋式和指式。橋接觸頭分為兩種類型,一種是點接觸類型,如圖1-4(a)所示,適用于低電流情況;另一種是表面接觸類型,如圖1-4(b)所示,適用于高電流情況。圖1-4(c)是手指接觸(也稱為線接觸)。手指接觸在連接和斷開時產生滾動摩擦,從而可以去除氧化膜。因此,該觸頭可以由銅制成,特別適合于觸頭數量大且電流大的場合。
      圖1-4接觸的結構形式
      (3)滅弧系統
      在斷開電流的瞬間,觸頭會在觸頭之間的氣隙中產生電弧。電弧的高溫會燒傷觸頭并引起其他事故。因此,應采取適當的措施快速熄滅電弧。
      滅弧原理有兩種:一是快速增加電弧長度(使電弧伸長),使單位長度內維持電弧燃燒的電場強度不足,使電弧熄滅;二是使電弧與流體或固體介質接觸,加強冷卻和熄滅。電離效應,加速其熄滅。有兩種電?。褐绷麟娀『徒涣麟娀?。交流電流具有自然過零點,電弧容易熄滅。
      低壓控制裝置中常用的滅弧方法有多種。
      機械滅弧可以通過機械裝置迅速延長電弧。這種方法主要用于開關設備。
      (2)在與觸頭串聯的磁吹線圈產生的磁場的作用下,電弧被電磁力拉長,吹入由固體介質構成的滅弧罩中,與固體介質接觸,冷卻滅弧。
      (3)窄縫(縱縫)滅弧可以在電弧形成的磁場電動力的作用下使電弧伸長,進入滅弧罩的窄縫(縱縫)。幾個縱向狹縫可以將電弧分成若干段并與固體介質接觸,電弧將迅速熄滅。這種結構主要用于交流接觸器。
      (4)當觸頭分開時,產生的電弧在電力的作用下被推入一組金屬網格,并分成若干段。每個絕緣金屬柵格對應于一個電極,因此存在許多陽極和陰極電壓降。對于交流電弧,當電弧過零時,在陰極附近會有150-250V的介電強度,這使得電弧不能維持和熄滅。因為電網滅弧效果在交流中比在直流中更強,所以電網滅弧經常用在交流電器上,如圖1-5所示。

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