晋中职业技术学院 电气设计中低压交流接触器的选用 毕业论文.doc

晋中职业技术学院 电气中低压交流接触器的选用 毕业论文.doc 电气设计中低压交流接触器的选用 所属系部 机电工程系 所学专业 机电一体化 班 级 高机电0803班 学生姓名 马明路 指导教师 赵文杰 职 称 高 工 2011 年 6月 电器设计中低压交流接触器的选用 要:本论文通过对低压交流接触器的结构原理及应用的分析～得出电气设计中低压交流接摘 触器应如何选用。论文中详细的叙述了交流接触器的应用、结构参数、选用原则及不同负载下 交流接触器的选用。 关键词: 低压,交流接触器,选用,安装,维护 In the design of electric low voltage ac contactor of choice Abstract: This thesis will pick through the low voltage ac contactor structure principles and applications, the paper gives the electrical design low voltage ac contactor should be how to select. The paper describes in detail the application of ac contactor, structure parameters, the selection principle of different load and under the selection of ac contactor. Keywords: low voltage, ac contactor, selection, installation and maintenance 目 录 前 言 ………………………………………………………………………………………………………………… 1 第一章 交流接触器的概述 …………………………………………………………………………………………… 2 1.1交流接触器 ……………………………………………………………………………………………… 2 1.2交流接触器的基本组成 …………………………………………………………………………… 2 1.3交流接触器工作原理 ……………………………………………………………………………… 2 1.4交流接触器的作用 ………………………………………………………………………………………2 第二章 交流接触器的结构参数 ………………………………………………………………………………………3 第三章 交流接触器的选用原则 ………………………………………………………………………………………4 第四章 不同负载下交流接触器的选用 ………………………………………………………………………… 5 4.1控制照明设备时交流接触器的选用 ………………………………………………………… 5 4.2控制电热设备时交流接触器的选用 ……………………………………………………………5 4.3控制电动机时交流接触器的选用 ……………………………………………………………… 5 4.4控制电焊变压器用接触器选用 ………………………………………………………………… 6 4.5电容器用接触器的选用 ………………………………………………………………………………6 第五章 有特殊要求的情况下交流接触器的选用 …………………………………………………………… 7 5.1防晃电型交流接触器 ………………………………………………………………………………… 7 5.2节能型交流接触器 …………………………………………………………………………………… 7 5.3带有附加功能交流接触器 ………………………………………………………………………… 8 第六章 交流接触器的安装及维护 …………………………………………………………………………………… 8 6.1安装 …………………………………………………………………………………………………………… 8 6.2维护 …………………………………………………………………………………………………………… 8 结 论 ……………………………………………………………………………………………………………………10 参考文献 …………………………………………………………………………………………………………… 11 致 谢 ……………………………………………………………………………………………………………… 12 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 前 言 在低压电器设计中对交流接触器的选用是很重要的，可往往又是被忽略的。低压交流接触器主要用于通断电气设备电源，可以远距离控制动力设备，在接通断开设备电源时避免人身伤害。在电力系统中交流接触器起到了举足轻重的作用，不论是控制电路、保护电路还是起到辅助功能等都是离不开交流接触器的。所以对它的选用是直观重要的，并且应了解它的结构参数和选用原则。我的论文内容是根据在电器设计中不能合理选用适当的交流接触器所造成的事故和伤害为前提，通过了解交流接触器的结构、工作原理、应用及工作参数可知，接触器的选用应满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控制设备的额定工作电压相同外，被控制设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。通常来说，接触器的选型有诸多因素也与负载密切相关，儿负载种类繁多，不同负载有不同的电流特性。我们必须了解不同负载的不同起动电流。不同的用电设备其负载性质和通断过程的电流变化相差很大，因此对接触器的要求也有所不同。对此做了大量的实验，通过一系列的实验现象和结论来总结在低压条件下交流接触器的选用。紧接着通过对交流接触器的使用原理及应用的分析，完成了不同负载下交流接触器的选用。并详细分析了选用的主要原因。 1 晋中职业技术学院毕业论文 第一章 交流接触器的概述 1.1交流接触器 低压交流接触器主要用于通断电气设备电源，可以远距离控制动力设备，在接通断开设备电源时避免人身伤害。交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。住接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，中型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。 1.2交流接触器基本组成 交流接触器主要有四部分组成: (1)电磁系统 电磁系统包括电磁线圈和铁芯，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触电的闭合与断开。 (2)触头系统 触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，儿辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。 (3)灭弧装置 灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封闭式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。 (4)绝缘外壳及附件 有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。 1.3 流接触器工作原理 当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力儿分离，使触头断开，从而切断电源。 1.4 交流接触器的作用 交流接触器广泛用于电力的开断和控制电路。交流接触器利用主触点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点通常有两对常开和常闭功能的接点，从而起到远程控制或弱电控制强电的功能。主要用作控制交流电动机2 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 的起动、停止、反转、调速，并可与热继电器或其他适当的保护装置组合，保护电动机可能发生的过载或断相，也可用于控制其它电力负载如:电热器、电照明、电焊机、电容器组等。 第二章 交流接触器的结构与参数 一般使用时要求交流接触器装置结构紧凑，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。按照灭弧方式分为空气式和真空式，按照操动方式分为电磁式，气动式和电磁气动式。 接触器额定电压参数分为高压和低压，低压一般为380V、500V、660V、1140V等。电流按型式分为交流、直流。 电流参数有额定工作电流，约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。一般接触器型号参数给出的是约定发热电流，约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。比如CJ20-63，主触头的额定工作电流分为63A，40A，型号参数中63指的是约定发热电流，它和接触器的外壳绝缘结构有关，而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。 交流接触器线圈按照电压分为36V、127V、220V、380V等。接触器的极数分为2、3、4、5极等。辅助触头更具常开常闭各有几对，根据控制需要选择。 其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线经以及外形尺寸和按章尺寸等。接触器的分类见表2-1。 表2-1 常用接触器类型 使用类别代号 适用典型负载举例 典型设备 AC-1 无感或微感负载、电阻性负载 电阻炉、加热器等 AC-2 绕线式感应电动机的启动、分断 起重机、压缩机、提升机等 AC-3 笼型感应电动机的启动、分断 风机、泵等 AC-4 笼型感应电动机的启动、反接制动 风机、泵、机床等 AC-5a 放电灯的通断 高压气体放电灯如汞灯、卤素 灯等 AC-5b 白炽灯的通断 白炽灯 AC-6a 变压器的通断 电焊机 AC-6b 电容器的通断 电容器 3 晋中职业技术学院毕业论文 AC-7a 家用电器和类似用途的低感负载 微波炉、烘手机等 AC-7b 家用的电动机负载 电冰箱、洗衣机等电源通断 AC-8a 具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压压缩机 缩机的电动机 AC-8b 具有手动复位过载脱口器的密封制冷压压缩机 缩机的电动机 第三章 交流接触器的选用原则 接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下: (1) 交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。 (2) 负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。 (3) 按短时的动、热稳定校检。线路的三相短路电流不应超过接触器运行的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校检接触器的分断能力。 (4) 接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85~110%的额定电压值下工作。如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映，由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。 (5) 根据操作次数校检接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。 (6) 短路保护元件单数应该和接触器参数配合选用，选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保护接触器。实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1~1.38之间，儿断路器的反时限过载系数参数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，需要实际核算。 4 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 第四章 不同负载下交流接触器的选用 为了是接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因素，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电流特点和此电力系统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。 4.1 控制照明设备时交流接触器的选用 照明设备的种类很多，不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b。如果启动时间很短，可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。启动时间较长以及功率因数较低，可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。表4-1为不同照明设备用接触器的选用原则。 表4-1不同照明设备用接触器选用原则 序号 照明设备名称 启动电源 功率因数 启动时间 接触器选用原则 1 白炽灯 15le 1 Ith?1.1le 2 混合照明 1.3le ?1 3 Ith?1.1×1.3le 3 荧光灯 ?2.1le 0.4~0.6 Ith?1.1le 4 高压水银灯 ?2.1le 0.4~0.6 3~5 Ith?1.1×1.4le 5 金属卤素灯 1.4le 0.4~0.5 5~10 Ith?1.1×2le 6 带功率因数补偿的灯 20le 0.5~0.6 5~10 按补偿电容启动电流选用 4.2 控制电热设备时交流接触器的选用 这类设备有电阻炉、调温设备等，其电热元件负载中用的绕线电阻元件，接通电流可达额定电流的1.4倍，如果考虑到电压升高等，电流还会变大。此类负载的电流波动范围很小，操作也不频繁，选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。 4.3 控制电动机时交流接触器的选用 电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分为选用AC-2~4，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。 绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流，一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流，增加启动转矩，使用类别AC-2，可选用转动式接触器。 当电动机处于电动，需方向运转及制动时，几桶电流为6le，使用类别为AC-4，它 5 晋中职业技术学院毕业论文 比AC-3严酷的多。可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。如下:pe=3UeIeCOS,ηUe:电动机额定电流，Ie:电动机额定电压，COS,:功率因数，η:电动机效率。 如果允许触头寿命短，AC-4电流可适当加大，在很低的通断频率下改为AC-3类。 根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。大多数Y系列电动机的堵转电流?7Ie，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规定:电动机运行在AC-3下，接触器额定电流不大于630A时，接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。 对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的4,7倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用4倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流2倍，所以对于此工况要选用8倍额定电流。 4.4 控制电焊变压器用接触器的选用 当接通低压变压器负载时，变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流，在一次侧出现较大电流，可达额定电流的15,20倍。当电焊机频繁地产生突发性的强电流，从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流，所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。此类负载使用类别为AC-6a。表4-2为选用参考表。 表4-2 电焊变压器选用接触器参考表 选用接触器 变压器额定工作电流 变压器额定功率变压器一侧短路电流 le(A) Se(KVA) Id(A) 220V 380V 220V 380V CJ20-63 30 11 20 300 300 CJ20-100 53 20 30 450 450 CJ20-160 66 25 40 600 600 CJ20-250 105 40 70 1050 1050 CJ20-250 130 50 90 1800 1800 4.5 电容器用接触器选用 电容器接通时电容器产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着很高的电流频率振荡，此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定(即与此馈电变压器和连接导线有关)，因此触头闭合过程中可能烧蚀严重，应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择，这样6 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 才能保证正确安全的操作使用。 选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等，一般达到50至100 额定电流. 如果电容器组没有放电装置，可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器，如ABB公司的B25C、B275C系列。国产的CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计，也采用了串联电阻抑制涌流的措施。 选用时参见样本，而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的20倍以下(JB7113,1993低压并联电容器装置规定);还应考虑最大稳态电流下电容器运行，电容器组运行时的谐波电压加上高达1.1倍额定工作时的工频过电压，会产生较大的电流。 电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过1.3倍额定电流下连续运行，由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1倍，故此电流可达1.43倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。 第五章 有特殊要求情况下交流接触器的选用 5.1 防晃电型交流接触器 电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。 在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断(晃电)就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备:FS系列防晃电交流接触器。 FS系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源，不依赖辅助机械装置，具有体积小、可靠性高，它采用强力吸合装置，双绕组线圈，接触器在吸合释放时无有害抖动，避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因此减少了触头磨损。接触器线圈带有储能机构，当晃电发生时，接触器线圈延迟释放，其辅助触点延迟发出断开的控制信号，由此躲开晃电时间，晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。 5.2 节能型交流接触器 交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有63A以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般所耗有功功率铁芯约占65,75,，短路环约占25,30,，线圈约占3,5,，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等，可以节省铁芯及短路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善 7 晋中职业技术学院毕业论文 环境。 根据原理一般分为三大类:节电器、节点线圈、节电型交流接触器。 电磁系统采用节电装置，使电磁无噪声及温升低，并解决了使用节电装置有释放延时的缺点，如国产的CJ40系列。 5.3 带有附加功能的交流接触器 电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护，断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占11,，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。 接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁，可用于变频器的变频/工频切换;加气延时头和辅助触头组可以实现电动机星,三角启动;加空气延时头可以构成延时接触器。 可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护，其控制回路宜由电动机主回路供电，如由其他电源供电，则主回路失压时，应自动断开控制电源。 第六章 交流接触器的安装及维护 6.1 安装: 安装接线时，应注意勿使螺钉、垫圈、接线头等零件遗漏，以免落入接触器内造成卡主或短路现象。安装时，应将螺钉拧紧，一方振动松脱。 检查接线正确无误后，应在主触头不带电的情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查产品动作是否可靠，然后才能投入使用。 用于可逆转换的接触器，为保证连锁可靠，除装有电气联动锁外，还应加装订装机械连锁机构。 交流接触器的吸合、断开时振动比较大，在安装时尽量安装在柜子下部。交流接触器的安装环境要符合产品要求，安装尺寸应该符合电气安全距离、接线规程，而且要检修方便。 6.2 维护: 在电气设备进行维护工作时，应一并对接触器进行维护工作。 1) 外部维护: a 清扫外部灰尘: b 检查各紧固件是否松动，特别是导体连接部分，防止接触松动而发热。 2) 触点系统维护 a 检查动、静触点未知是否对正，三相是否同时闭合，如有问应调节触点弹簧 8 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 b 检查触点磨损程度，磨损深度不得超过1mm，触点有烧损，开焊脱落时，需及时更换。轻微烧伤时，一般不影响使用。清理触点时不允许使用砂纸，应使用整形锉; c 测量相间绝缘电阻，阻值不低于10MΩ; d 检查辅助触点动作是否灵活，触点行程应符合规定值，检查触点有无松动脱落，发现问题时，应及时修理或更换。 3) 铁芯部分维护 a 清扫灰尘，特别是运动部件及铁芯吸合接触面间 b 检查铁芯的紧固情况，铁芯松散会引起运行噪音加大 c 铁芯短路环有脱落或断裂要及时修复 4) 电磁线圈绝缘电阻 a 测量线圈绝缘电阻 b 线圈绝缘无有无变色、老化现象，线圈表面温度不应超过65? c 检查线圈引线连接，有有开焊、烧损应及时修复 5) 灭弧罩部分维护 a 检查灭弧罩是否破损 b 灭弧罩位置有无松脱和位置变化 c 清除灭弧罩缝隙内的金属颗粒及杂物 9 晋中职业技术学院毕业论文 结 论 通过对本论文的设计，对电器及交流接触器本身进行分析，对不同负载下和特殊情况下的交流接触器的选用加以注意。由于交流接触器自身的结果特点使其在远距离控制电路，并安全的断开电路。这一点的设计中是有其重要的，经过实训验证，得出大量的具体数据，通过这些数据和交流接触器自身的工作原理相结合，分析出交流接触器的选用是有规律的，得出了交流接触器的选用原则，不同负载下对其的选用及特殊情况下对其选用。交流接触器的选用不仅和所通断的负载有关，和接触器所在回路的电力系统各阻抗参数有关，还和控制方式，使用环境及使用要求有关，所以选择交流接触器时要全面考虑，具备计算各参数数值，达到选用合理、使用方便。所以在选用交流接触器时应合理的分析具体情况，然而在安装时，应注意勿使螺钉、垫圈、接线头等零件遗漏，以免落入接触器内造成卡住或短路现象。因为在交流接触器工作时会产生振动，所以应将螺钉拧紧，以防止振动松脱。在电气设备进行维护工作是要重点对铁芯、线圈及外部进行维护。 经过这次论文的设计不仅使我对交流接触器的本身有了进一步的了解，而且使我在电气设计中如何选用交流接触器有了自己的见解。通过本次论文的分析使我更加的了解到大量的数据对设计结果的重要性，以及在分析过程中遇到的种种困难和对应措施。 10 马明路:电气设计中低压交流接触器的选用 参考文献 [1] 张 琳 主编 《电工电子技术》 [M] 北京 北京大学出版社 2008-2 [2] 徐建俊主编 《电机与电气控制》 [M] 北京 机械工业出版社 2008-9 [3] 周乐挺主编 《工厂供配电技术》 [M] 北京 高等教育出版社 2007-6 11 晋中职业技术学院毕业论文 致 谢 本课题在论证和研究的过程中得到了赵老师的悉心指导。并为我指点迷津～帮助我开拓研究思路～精心点拨、热忱鼓励。赵老师一丝不苟的作风～严谨求实的态度～踏踏实实的精神～不仅授我以文～而且教我做人～对赵老师的感激之情是无法用言语表达的! 感谢学院及机电工程系给我这次机会～使我能够独立地完成这样一个设计～作为检验这些年来学习的成果。在这个过程当中～系里给予我们各种方便～使我们在即将离校的最后时间里～能够更多学习一些实践应用知识～增强了我们实践操作和动手应用能力～提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。 感谢我的同学和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们～正是因为有了你们的帮助～才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识～更让我感觉到了知识以外的东西～那就是团结的力量。 12