电气控制与可编程控制技术-2次课
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25 School of Electrical Engineering
电磁式继电器型号标识
J J表示继电器 T:表示通用 S:表示时间 Z:表示中间 L:表示电流 R:表示热
14 派生代号:J表示交流 Z表示直流 S表示手动复位
设计序号
常闭触头数 常开触头数
或表示 额定值
26
School of Electrical Engineering
32
School of Electrical Engineering
速度继电器的转轴应与被控电动机 的轴相联接，当电动机轴旋转时， 速度继电器的转子随之转动。这样 定子圆环内的绕组便切割转子旋转 磁场，产生使圆环偏转的转矩。偏 转角度与电动机的转速成正比。当 转速使定子偏转到一定角度时，与 定子圆环连接的摆锤推动触头，使 常闭触头分断，当电动机转速进一 步升高后，摆锤的继续偏转，使动 触头与静触头的常开触头闭合。当 电动机转速下降时，圆环偏转角度 随之下降，动触头在簧片作用下复 位（常开触头断开，常闭触头闭 合）。
其中1为电磁机构气隙的初始值； 2为动静触头开始接触时的气隙 长度。由于超行程机构的弹力作 用， 反力特性在2处有一突变。
图1-5 1-直流接触器吸力特性
2-交流接触器吸力特性
7
3-反力特性
School of Electrical Engineering
反力特性与吸力特性的配合
– 为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力 特性配合好，如图1-5所示。在整个吸合过程中，吸力都 必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能 过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁 与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳 ，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命； – 吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作 频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当 。 – 由于铁磁材料有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后 仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而 减小。
6-短路环
7-静铁心 9-动铁心 8-弹簧
10-辅助常开触头
11-辅助常闭触头
CJ0-20型交流接触器
4 School of Electrical Engineering
吸力特性
图1 交流电磁机构的吸力特性
5
图2 直流电磁机构的吸力特性
School of Electrical Engineering
(a)点接触
Baidu Nhomakorabea
(b)线接触
(c)面接触
图1-8 触头接触形式图*
15 School of Electrical Engineering
16
School of Electrical Engineering
单断点指形触头
– 只有一个断口，一般多用于接触器主触点。 – 优点：闭合、断开过程中有滚滑运动，能自动清除表面 氧化物，接触可靠；触头接触力大，电动稳定性高；触 头参数较易调节。 – 缺点：触头开距大，从而增大了体积；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。
接触器
电磁机构； 主触点； 灭弧装置； 辅助触点； 释放弹簧或缓冲装置； 支架与底座
1
School of Electrical Engineering
2
School of Electrical Engineering
3
School of Electrical Engineering
1-灭弧罩 2-触头压力弹簧片 3-主触头 4-反作用弹簧 5-线圈
继电器的定义
– 由特定形式的输入（电量或非电量）自动控制开闭的小 开关。
继电器与接触器的区别
– 继电器
o 只有辅助触点，切断小电流（控制回路） o 输入（控制量）可以是电量也可以是非电量
– 接触器
o 有主、辅触点之分，主触点可用于主电路 o 控制量为电量
27
School of Electrical Engineering
1-转轴 2转子
3-定子 4-绕组 5-摆锤 6、9-簧片
7、8-静触点
图1-28 速度继电器结构原理图
33 School of Electrical Engineering
热继电器
– 热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不 能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保 护的保护电器。热继电器可以根据过载电流的大小自动 调整动作时间，具有反时限保护特性，当电动机的工作 电流为额定电流时；热继电器应长期不动作。
19
School of Electrical Engineering
灭弧
– 灭弧原理：设法降低电弧区温度和电场强度，加强消电 离作用。当电离速度低于消电离速度时，电弧即逐渐熄 灭。常用的灭弧方式有拉长电弧、切断或分割电弧
o 磁吹式灭弧：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹
弧能力也越强。
20
School of Electrical Engineering
12
School of Electrical Engineering
触头系统
– 触头（触点）是电磁式电器的执行元件，用来接通或断 开被控制电路。 – 触头的结构形式很多，按其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。 – 触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状 态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫 常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常 闭触头（线圈断电后所有触头复原）。 – 触头按其结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图1-7 所示。 – 触头按其接触形式可分为点接触、线接触 和面接触三种 ，如图1-8所示。
10
School of Electrical Engineering
(a)结构图
(b)电磁吸力图
图1-6 单相交流电磁铁铁心的短路环 *
11
School of Electrical Engineering
– 当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡 流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2 在相位 上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1 ，由Φ1、Φ2 产生的电磁吸力为F1、F2 ，作用在衔铁上的合成电磁吸 力是F1+ F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会 产生振动和噪声。
o 灭弧栅：有许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安
装在灭弧罩内。一般适合于交流灭弧
21
School of Electrical Engineering
o 灭弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其
作用一是分割各路电弧以防止发生短路；二是使电弧与灭 弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭
y1
x1
» 一般控制：K=0.1～0.4，动作可靠，但不够灵敏； » 保护：0.6<K<1，动作灵敏，但易误动作，不可靠；
24
x2
x
School of Electrical Engineering
继电器的结构及原理
– 电磁式继电器
1-底座 2-反力弹簧 3、4-调节螺钉 5-非磁性垫片 6-衔铁 7-铁心 8-极靴 9-电磁线圈 10-触头系统 图 电磁式继电器的典型结构
1-热元件
2-双金属片
3-导板
4-触头
图 热继电器工作原理示意图
34 School of Electrical Engineering
(a)通电以前
(b)三相通有额定电流 (d)电动机发生一相断线故障
(c)三相均衡过载 图
差动式断相保护装置动作原理图
35 School of Electrical Engineering
– 缺点：
o 触头不能自动净化，触头材料必须用银或银基合金。 o 每个触头接触压力小，电动稳定性较低。 o 触头参数不易调节。
18
School of Electrical Engineering
电弧
– 产生原因：气体电离放电 – 后果：烧触头、延长分断时间 – 消电离现象：主要通过正负带电质点的复合进行的，温 度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。 – 触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程
o o o o
继电器输入量x由零增至x2以前，输出量y为零。 当输入量x增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1 ； 若x再增大，y1值保持不变。 当x减小到小于等于x1时，继电器触点释放，输出量由y1降至零。 y
o 动作值（吸合值）- x2 o 返回值（释放值） - x1 o 返回系数：k= x1 / x2
8
School of Electrical Engineering
y
F
直流吸力特性
1
x
交流吸力特性 反力特性
xf
xc
xe
电磁机构的输入输出特性
剩磁吸力特性
电磁机构的输入-输 出特性为一矩形曲
1
2
线，称为继电特性
School of Electrical Engineering
9
交流电磁机构上短路环的作用
22
School of Electrical Engineering
多断点灭弧
– 如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种 方法
23
School of Electrical Engineering
继电器的特性
– 输入-输出特性：对继电器来说，是输入线圈电流与触点 状态间的关系 – 继电器特性：滞环
磁电式继电器
28
School of Electrical Engineering
舌簧继电器
29
School of Electrical Engineering
电动机式
– 电动机式时间继电器是用微型同步电动机带动减速齿轮 系获得延时的，分为通电延时和断电延时型两种。它由 微型同步电动机、电磁离合系统、减速齿轮机构及执行 机构组成。 – 就延时范围和准确度而言，是电磁式、空气阻尼式、晶 体管式时间继电器无法比拟的。电动机式的主要缺点是 结构复杂、体积大、寿命低、价格贵、准确度受电源频 率的影响等。所以，这种时间继电器不宜轻易选用，只 有在要求延时范围较宽和精度较高的场合才选用。
30
School of Electrical Engineering
半导体式
31
School of Electrical Engineering
速度继电器
– 速度继电器是根据电磁感应原理制成的，常用于笼型异 步电动机的反接制动控制线路中，也称反接制动继电器。 是一种利用速度原则对电动机进行控制的自动电器。它 主要由转子、定子和触头组成。转子是一个圆柱形永久 磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装 有笼型的绕组。其结构原理如图1-28所示。 – 当电动机制动转速下降到一定值时，由速度继电器切断 电动机控制电路。
– 由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁 通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧 的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸 力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的 变化，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。 因此交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环 。短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-6所示。
17
School of Electrical Engineering
双断点桥式触头
– 优点：
o 具有两个有效灭弧区域，灭弧效果良好。小容量交流接触器或继电器采
用这种触头时，可利用两个断点，增长了电弧长度，有利于熄弧。 o 触点开距小，使电器结构紧凑，体积小 o 触头闭合时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命
电磁机构
– 电磁机构的结构形式
o 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔
铁的运动方式可分为直动式和拍合式。 o 直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。
1-衔铁
2-铁心
3-吸引线圈
6 School of Electrical Engineering
反力特性
– 电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。 反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图15中所示曲线3即为反力特性曲线。
13 School of Electrical Engineering
触头结构形式
(a)桥形触头 (b)指形触头
图1-7 触头结构形式图
14
School of Electrical Engineering
触头接触形式
– 点接触：球面对球面、球面对平面 – 线接触：圆柱对平面、圆柱对圆柱 – 面接触：平面对平面
电磁式继电器型号标识
J J表示继电器 T:表示通用 S:表示时间 Z:表示中间 L:表示电流 R:表示热
14 派生代号:J表示交流 Z表示直流 S表示手动复位
设计序号
常闭触头数 常开触头数
或表示 额定值
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School of Electrical Engineering
速度继电器的转轴应与被控电动机 的轴相联接，当电动机轴旋转时， 速度继电器的转子随之转动。这样 定子圆环内的绕组便切割转子旋转 磁场，产生使圆环偏转的转矩。偏 转角度与电动机的转速成正比。当 转速使定子偏转到一定角度时，与 定子圆环连接的摆锤推动触头，使 常闭触头分断，当电动机转速进一 步升高后，摆锤的继续偏转，使动 触头与静触头的常开触头闭合。当 电动机转速下降时，圆环偏转角度 随之下降，动触头在簧片作用下复 位（常开触头断开，常闭触头闭 合）。
其中1为电磁机构气隙的初始值； 2为动静触头开始接触时的气隙 长度。由于超行程机构的弹力作 用， 反力特性在2处有一突变。
图1-5 1-直流接触器吸力特性
2-交流接触器吸力特性
7
3-反力特性
School of Electrical Engineering
反力特性与吸力特性的配合
– 为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力 特性配合好，如图1-5所示。在整个吸合过程中，吸力都 必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能 过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁 与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳 ，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命； – 吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作 频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当 。 – 由于铁磁材料有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后 仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而 减小。
6-短路环
7-静铁心 9-动铁心 8-弹簧
10-辅助常开触头
11-辅助常闭触头
CJ0-20型交流接触器
4 School of Electrical Engineering
吸力特性
图1 交流电磁机构的吸力特性
5
图2 直流电磁机构的吸力特性
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(a)点接触
Baidu Nhomakorabea
(b)线接触
(c)面接触
图1-8 触头接触形式图*
15 School of Electrical Engineering
16
School of Electrical Engineering
单断点指形触头
– 只有一个断口，一般多用于接触器主触点。 – 优点：闭合、断开过程中有滚滑运动，能自动清除表面 氧化物，接触可靠；触头接触力大，电动稳定性高；触 头参数较易调节。 – 缺点：触头开距大，从而增大了体积；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。
接触器
电磁机构； 主触点； 灭弧装置； 辅助触点； 释放弹簧或缓冲装置； 支架与底座
1
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2
School of Electrical Engineering
3
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1-灭弧罩 2-触头压力弹簧片 3-主触头 4-反作用弹簧 5-线圈
继电器的定义
– 由特定形式的输入（电量或非电量）自动控制开闭的小 开关。
继电器与接触器的区别
– 继电器
o 只有辅助触点，切断小电流（控制回路） o 输入（控制量）可以是电量也可以是非电量
– 接触器
o 有主、辅触点之分，主触点可用于主电路 o 控制量为电量
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1-转轴 2转子
3-定子 4-绕组 5-摆锤 6、9-簧片
7、8-静触点
图1-28 速度继电器结构原理图
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热继电器
– 热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不 能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保 护的保护电器。热继电器可以根据过载电流的大小自动 调整动作时间，具有反时限保护特性，当电动机的工作 电流为额定电流时；热继电器应长期不动作。
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灭弧
– 灭弧原理：设法降低电弧区温度和电场强度，加强消电 离作用。当电离速度低于消电离速度时，电弧即逐渐熄 灭。常用的灭弧方式有拉长电弧、切断或分割电弧
o 磁吹式灭弧：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹
弧能力也越强。
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触头系统
– 触头（触点）是电磁式电器的执行元件，用来接通或断 开被控制电路。 – 触头的结构形式很多，按其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。 – 触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状 态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫 常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常 闭触头（线圈断电后所有触头复原）。 – 触头按其结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图1-7 所示。 – 触头按其接触形式可分为点接触、线接触 和面接触三种 ，如图1-8所示。
10
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(a)结构图
(b)电磁吸力图
图1-6 单相交流电磁铁铁心的短路环 *
11
School of Electrical Engineering
– 当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡 流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2 在相位 上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1 ，由Φ1、Φ2 产生的电磁吸力为F1、F2 ，作用在衔铁上的合成电磁吸 力是F1+ F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会 产生振动和噪声。
o 灭弧栅：有许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安
装在灭弧罩内。一般适合于交流灭弧
21
School of Electrical Engineering
o 灭弧罩：通常用耐弧陶瓷、石棉水泥或耐弧塑料制成。其
作用一是分割各路电弧以防止发生短路；二是使电弧与灭 弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭
y1
x1
» 一般控制：K=0.1～0.4，动作可靠，但不够灵敏； » 保护：0.6<K<1，动作灵敏，但易误动作，不可靠；
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继电器的结构及原理
– 电磁式继电器
1-底座 2-反力弹簧 3、4-调节螺钉 5-非磁性垫片 6-衔铁 7-铁心 8-极靴 9-电磁线圈 10-触头系统 图 电磁式继电器的典型结构
1-热元件
2-双金属片
3-导板
4-触头
图 热继电器工作原理示意图
34 School of Electrical Engineering
(a)通电以前
(b)三相通有额定电流 (d)电动机发生一相断线故障
(c)三相均衡过载 图
差动式断相保护装置动作原理图
35 School of Electrical Engineering
– 缺点：
o 触头不能自动净化，触头材料必须用银或银基合金。 o 每个触头接触压力小，电动稳定性较低。 o 触头参数不易调节。
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电弧
– 产生原因：气体电离放电 – 后果：烧触头、延长分断时间 – 消电离现象：主要通过正负带电质点的复合进行的，温 度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。 – 触点分断过程就是电弧形成与抑制的过程
o o o o
继电器输入量x由零增至x2以前，输出量y为零。 当输入量x增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1 ； 若x再增大，y1值保持不变。 当x减小到小于等于x1时，继电器触点释放，输出量由y1降至零。 y
o 动作值（吸合值）- x2 o 返回值（释放值） - x1 o 返回系数：k= x1 / x2
8
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F
直流吸力特性
1
x
交流吸力特性 反力特性
xf
xc
xe
电磁机构的输入输出特性
剩磁吸力特性
电磁机构的输入-输 出特性为一矩形曲
1
2
线，称为继电特性
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9
交流电磁机构上短路环的作用
22
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多断点灭弧
– 如桥式触头。一般交流继电器和小电流接触器采用此种 方法
23
School of Electrical Engineering
继电器的特性
– 输入-输出特性：对继电器来说，是输入线圈电流与触点 状态间的关系 – 继电器特性：滞环
磁电式继电器
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舌簧继电器
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电动机式
– 电动机式时间继电器是用微型同步电动机带动减速齿轮 系获得延时的，分为通电延时和断电延时型两种。它由 微型同步电动机、电磁离合系统、减速齿轮机构及执行 机构组成。 – 就延时范围和准确度而言，是电磁式、空气阻尼式、晶 体管式时间继电器无法比拟的。电动机式的主要缺点是 结构复杂、体积大、寿命低、价格贵、准确度受电源频 率的影响等。所以，这种时间继电器不宜轻易选用，只 有在要求延时范围较宽和精度较高的场合才选用。
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半导体式
31
School of Electrical Engineering
速度继电器
– 速度继电器是根据电磁感应原理制成的，常用于笼型异 步电动机的反接制动控制线路中，也称反接制动继电器。 是一种利用速度原则对电动机进行控制的自动电器。它 主要由转子、定子和触头组成。转子是一个圆柱形永久 磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装 有笼型的绕组。其结构原理如图1-28所示。 – 当电动机制动转速下降到一定值时，由速度继电器切断 电动机控制电路。
– 由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁 通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧 的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸 力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的 变化，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。 因此交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环 。短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-6所示。
17
School of Electrical Engineering
双断点桥式触头
– 优点：
o 具有两个有效灭弧区域，灭弧效果良好。小容量交流接触器或继电器采
用这种触头时，可利用两个断点，增长了电弧长度，有利于熄弧。 o 触点开距小，使电器结构紧凑，体积小 o 触头闭合时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命
电磁机构
– 电磁机构的结构形式
o 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔
铁的运动方式可分为直动式和拍合式。 o 直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。
1-衔铁
2-铁心
3-吸引线圈
6 School of Electrical Engineering
反力特性
– 电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。 反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图15中所示曲线3即为反力特性曲线。
13 School of Electrical Engineering
触头结构形式
(a)桥形触头 (b)指形触头
图1-7 触头结构形式图
14
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触头接触形式
– 点接触：球面对球面、球面对平面 – 线接触：圆柱对平面、圆柱对圆柱 – 面接触：平面对平面