第2章 常用低壓控制電器

2.1 繼電器

2.1.1 繼電器概述

1.繼電器的特點及作用

繼電器是根據某一輸入量(電、磁、聲、光、熱)達到一定值時,輸出量將發生跳躍式變化的自動控制器件。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件,具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點,廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。

與接觸器相比,繼電器具有觸點額定電流很小,不需要滅弧裝置,觸點種類和數量較多,體積小等特點,但對其動作的準確性要求較高。

一般來說,繼電器主要用來反映各種控制信號,其觸點通常接在控制電路中,不直接控制電流較大的主電路,而是通過接觸器或其他電器對主電路進行控制。作為控制元件,概括起來,繼電器的作用見表2-1。

表2-1 繼電器的作用

2.繼電器的分類

繼電器的種類很多,常見繼電器見表2-2。

表2-2 繼電器的種類

3.繼電器的主要技術參數

繼電器的種類及型號很多,歸納起來,其主要技術參數見表2-3。

表2-3 繼電器的主要技術參數

友情提示

繼電器選用要點如下:

1)了解必要的條件:

①控制電路的電源電壓,能提供的最大電流。

②被控制電路中的電壓和電流。

③被控電路需要幾組、什么形式的觸點。

選用繼電器時,一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流,否則繼電器吸合是不穩定的。

2)查閱有關資料確定使用條件后,可查找相關資料,找出需要的繼電器的型號和規格號。若手頭已有繼電器,可依據資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。

3)注意器具的容積。若是用于一般用電器,除考慮機箱容積外,小型繼電器主要考慮電路板的安裝布局。

應用技巧

在安裝、維護、維修繼電器時,可通過對繼電器的一些參數進行測試,以鑒定其質量好壞,其參數項目見表2-4。

表2-4 測試繼電器

2.1.2 電流繼電器

1.電流繼電器的原理及特性

電流繼電器是反映電流變化的控制電器,主要用于監控電氣線路中的電流變化。

電磁式繼電器一般由鐵心、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵心,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(動合觸點)吸合。當線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(動斷觸點)吸合。這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中導通、切斷的目的。

電流繼電器的線圈匝數少且導線粗,使用時將電磁線圈串聯于被監控的主電路中,與負載相串聯,動作觸點串聯在輔助電路中。當電路電流的變化超過設定值時,電流繼電器便會動作,觸點狀態切換,發出信號。

2.電流繼電器的類型

采用不同的分類方法,電流繼電器有多種類型,見表2-5。

表2-5 電流繼電器的類型

3.過電流繼電器

過電流繼電器正常工作時線圈中雖有負載電流,但銜鐵不產生吸合動作;當出現超出整定電流的吸合電流時,銜鐵才產生吸合動作。在電氣控制線路中出現沖擊性過電流故障時,過電流使過電流繼電器銜鐵吸合,利用其動斷觸點斷開接觸器線圈的通電回路,從而切斷電氣控制線路中電氣設備的電源。JT4系列過電流繼電器的結構及原理如圖2-1所示。

交流過電流繼電器整定值I_x的整定范圍為

I_x=(1.1～3.5)I_N式中I_x—吸合電流;

I_N—額定電流。

4.欠電流繼電器

欠電流繼電器正常工作時銜鐵處于吸合狀態,當電路的負載電流降低至釋放電流時,銜鐵釋放。在直流電路中,當負載電流降低或消失往往會導致嚴重后果(如直流電動機勵磁回路斷線等),但交流電路中一般不會出現欠電流故障,因此低壓電器產品中有直流欠電流繼電器而無交流欠電流繼電器。

圖2-1 JT4系列過電流繼電器的結構及原理

直流欠電流繼電器吸合電流I_x=(0.3～0.65)I_N。

釋放電流I整定范圍為I

FF=(0.1～0.2)I_N。

5.電流繼電器的選型

在電力保護、二次回路中,電流繼電器選型條件如下:

1)有輔助源電流繼電器需要提供的條件:觸點形式(動合點、動斷點和轉換點的組數)、輔助電壓等級,電流整定范圍,以及安裝方式(柜內安裝,面板開孔式,導軌式)。

2)無輔助源電流繼電器需要提供的條件:觸點形式(動合點、動斷點和轉換點的組數)、電流整定范圍,以及安裝方式(柜內安裝,面板開孔式,導軌式)。

6.過電流繼電器的選用

過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流。額定電流應不低于被保護電動機的額定電流,動作電流可根據電動機工作情況按電動機起動電流的1.1～1.3倍整定。一般繞線轉子異步電動機的起動電注按2.5倍額定電流考慮,籠型異步電動機的電流按額定電流的5～8倍考慮。

1)過電流繼電器線圈的額定電流一般可按電動機長期工作的額定電流來選擇。對于頻繁起動的電動機,考慮到起動電流在繼電器中的熱效應,因此額定電流可選大一級。

2)過電流繼電器的動作電流可根據電動機工作情況,一般按電動機起動電流的1.1～1.3倍整定,頻繁起動場合可取2.25～2.5倍。一般繞線轉子異步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型異步電動機的起動電流按額定電流的5～8倍考慮。

2.1.3 電壓繼電器

1.電壓繼電器的特性

電壓繼電器為輸入量(激勵量)是電壓,并當其達到規定的電壓值時做出相應動作的一種繼電器,即反映電壓變化的控制電器,如圖2-2所示。

電壓繼電器的線圈匝數多且導線細,使用時將電壓繼電器的電磁線圈并接于所監控的電路中,與負載并聯,將動作觸點串聯在控制電路中。當電路的電壓值變化超過設定值時,電壓繼電器便會動作,觸點狀態產生切換,發出信號。

2.電壓繼電器的類型

采用不同的分類方法,電壓繼電器有多種類型,見表2-6。

圖2-2 電壓繼電器

表2-6 電壓繼電器的類型

3.過電壓繼電器

過電壓繼電器的線圈在額定電壓時,銜鐵不產生吸合動作,只有當線圈電壓高于其額定電壓時銜鐵才產生吸合動作,并利用其動斷觸點斷開,從而實現電路過電壓保護功能。

交流過電壓繼電器吸合電壓U_x的調節范圍為

U_x=(1.05～1.2)U_N式中U_x—吸合電壓;

U_N—額定電壓。

4.欠電壓繼電器

欠電壓繼電器在額定電壓時銜鐵處于吸合狀態,一旦所接電氣控制線路中的電壓降低至線圈釋放電壓時,銜鐵由吸合狀態轉為釋放狀態,欠電壓繼電器利用其動合觸點斷開需要保護電器的電源。

直流欠電壓繼電器吸合電壓U_x=(0.3～0.5)U_N;釋放電壓U_F整定范圍為U_F=(0.07～0.2)U_N。

交流欠電壓繼電器吸合電壓U_x=(0.6～0.85)U_N;釋放電壓U_F的整定范圍為U_F=(0.1～0.35)U_N。

5.電壓繼電器的選用

1)選用過電壓繼電器主要是看額定電壓和動作電壓等參數,過電壓繼電器的動作值一般按系統額定電壓的1.1～1.2倍整定。

2)電壓繼電器線圈的額定電壓一般可按電路的額定電壓來選擇。

2.1.4 中間繼電器

1.中間繼電器的作用

中間繼電器是傳輸或轉換信號的一種低壓電器元件,它可將控制信號傳遞、放大、翻轉、分路、隔離和記憶,以達到一點控多點、小功率控大功率的目標。

中間繼電器的主要作用是解決觸點容量、數目與繼電器靈敏度的矛盾。

友情提示

中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同,與接觸器的主要區別在于,接觸器的主觸點可以通過大電流,而中間繼電器的觸點只能通過小電流。所以,它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的,因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸點,數量比較多,其額定電流約為5A。

中間繼電器的常見故障及檢修方法與接觸器類似。

2.中間繼電器的類型

中間繼電器有通用型繼電器、電子式小型通用繼電器、接觸器電磁式中間繼電器、采用集成電路構成的無觸點靜態中間繼電器等。

3.中間繼電器的選用

中間繼電器的品種規格很多,常用的有J27系列、J28系列、JZ11系列、JZ13系列、JZ14系列、JZ15系列、JZ17系列和3TH系列。

選用中間繼電器時,主要應根據被控制電路的電壓等級、所需觸點數量、種類、容量等要求來選擇。

由于中間繼電器的觸點容量較小,所以一般不能在主電路中應用。

2.1.5 速度繼電器

1.速度繼電器的結構

速度繼電器又稱反接制動繼電器,它的主要結構是由轉子、定子及觸點三部分組成。轉子是一個圓柱形永久磁鐵,定子是一個籠型空心圓環,并裝有籠型繞組。速度繼電器的結構及符號如圖2-3所示。

2.速度繼電器的作用及原理

速度繼電器主要用于三相異步電動機反接制動的控制電路中,它的任務是當三相電源的相序改變以后,產生與實際轉子轉動方向相反的旋轉磁場,從而產生制動力矩。因此,使電動機在制動狀態下迅速降低速度。在電動機轉速接近零時立即發出信號,切斷電源使之停車(否則電動機開始反方向起動)。

由于繼電器工作時是與電動機同軸的,不論電動機正轉或反轉,電器的兩個動合觸點,就有一個閉合,準備實行電動機的制動。一旦開始制動時,由控制系統的聯鎖觸點和速度繼電器的備用的閉合觸點,形成一個電動機相序反接(俗稱倒相)電路,使電動機在反接制動下停車。

圖2-3 速度繼電器的結構及符號

a)外形 b)內部結構 c)內部結構示意圖d)符號 1—調節螺釘 2—反力彈簧 3—動斷觸點 4—動合觸點 5—動觸點6—推桿 7—返回杠桿 8—擺桿 9—籠型導條 10—圓環 11—轉軸 12—永磁轉子

而當電動機的轉速接近零時,速度繼電器的制動動合觸點分斷,從而切斷電源,使電動機制動狀態結束。

常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型兩種,它們具有兩個動合觸點、兩個動斷觸點,觸電額定電壓為380V,額定電流為2A。一般速度繼電器的轉軸在130r/min左右即能動作,在100r/min時觸點即能恢復到正常位置。可以通過螺釘的調節來改變速度繼電器動作的轉速,以適應控制電路的要求。

3.速度繼電器的選用

1)選用速度繼電器時,應根據觸點額定電壓、觸點額定電流、觸點數量及額定轉速來選擇。

2)速度繼電器的轉軸應與電動機同軸連接,如圖2-4所示。

圖2-4 速度繼電器與電動機的連接

3)速度繼電器安裝接線時,正反向的觸點不能接錯,否則不能起到在反接制動時接通和斷開反向電源的作用。

4)速度繼電器的金屬外殼應可靠接地。

2.1.6 熱繼電器

1.熱繼電器的作用

熱繼電器是由流入熱元件的電流產生熱量,使有不同膨脹系數的雙金屬片發生形變,當形變達到一定距離時,就推動連桿動作,使控制電路斷開,從而使接觸器失電,主電路斷開,實現電動機的過載保護。

熱繼電器主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡運行及其他電氣設備發熱狀態的控制,也可用于其他電氣設備發熱狀態的控制。

熱繼電器的熱元件與被保護電動機的主電路串接,熱繼電器的觸點串接在接觸器線圈所在的控制電路中。

2.熱繼電器的結構和原理

熱繼電器主要由熱元件、觸點、動作機構、復位按鈕和整定電流調節裝置等組成,如圖2-5所示。

圖2-5 熱繼電器的結構

熱繼電器的基本工作原理是利用兩種金屬的熱膨脹率差異以及電流的熱效應共同構成一個由于電流超限使觸點動作的裝置,即電流→熱量→金屬熱膨脹→彎曲變形→位移→觸點動作,如圖2-6所示。

圖2-6 雙金屬片受熱變形與信號觸點狀態的改變

a)實物圖 b)原理圖

發熱元件是一段阻值不大的電阻絲,串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數的金屬片輾軋而成。圖中所示的雙金屬片,下層一片的熱膨脹系數大,上層的小。當電動機過載時,通過發熱元件的電流超過整定電流,雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板,使動斷觸點斷開。由于動斷觸點是接在電動機的控制電路中的,它的斷開會使得與其相接的接觸器線圈斷電,從而使接觸器主觸點斷開,電動機的主電路斷電,實現了過載保護。

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熱繼電器動作后,雙金屬片經過一段時間冷卻,按下復位按鈕即可復位。

3.熱繼電器的整定電流

熱繼電器的主要技術數據是整定電流。整定電流是指長期通過發熱元件而不致使熱繼電器動作的最大電流。當發熱元件中通過的電流超過整定電流值的20%時,熱繼電器應在20min內動作。

熱繼電器的整定電流大小可通過整定電流旋鈕來改變。選用和整定熱繼電器時一定要使整定電流值與電動機的額定電流一致。

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熱繼電器和熔斷器比較

由于熱繼電器是受熱而動作的,熱慣性較大,因而即使通過發熱元件的電流短時間內超過整定電流幾倍,熱繼電器也不會立即動作。只有這樣,在電動機起動時熱繼電器才不會因起動電流大而動作,否則電動機將無法起動。反之,如果電流超過整定電流不多,但時間一長也會動作。

由此可見,熱繼電器與熔斷器的作用是不同的,熱繼電器只能作過載保護而不能作短路保護,而熔斷器則只能作短路保護而不能作過載保護。在一個較完善的控制電路中,特別是容量較大的電動機中,這兩種保護都應具備。

4.熱繼電器的選用

1)一般電動機輕載起動或短時工作,可選擇兩相結構的熱繼電器;當電源電壓的均衡性和工作環境較差或多臺電動機的功率差別較顯著時,可選擇三相結構的熱繼電器;對于三角形聯結的電動機,應選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。

2)熱繼電器的額定電流應大于電動機的額定電流。

3)一般將整定電流調整到等于電動機的額定電流;對過載能力差的電動機,可將熱元件整定值調整到電動機額定電流的0.6～0.8倍;對起動時間較長,拖動沖擊性負載或不允許停車的電動機,熱元件的整定電流應調節到電動機額定電流的1.1～1.15倍。絕對不允許彎折雙金屬片。

應用技巧

熱繼電器的調節方法如下:

(1)調節整定電流

熱繼電器的工作電流可以在一定范圍內調整,稱為整定。

整定熱繼電器工作電流,是通過調節雙金屬片初始位置來實現的。整定電流值應是被保護電動機的額定電流值,其大小可以通過調節整定電流旋鈕來實現,如圖2-7所示。

圖2-7 調節整定電流旋鈕

(2)復位調節

熱繼電器的側面有一個調整螺釘,通過調整,可實現觸點的自動或手動復位,如圖2-8 所示。

圖2-8 熱繼電器的復位調整

友情提示

熱繼電器工作電流整定的基本要求是,使熱繼電器必須在電動機因過載而過熱燒毀以前動作,否則它就沒有起到保護作用。

2.1.7 時間繼電器

1.時間繼電器的類型

時間繼電器實質上是一個定時器,在定時信號發出之后,時間繼電器按預先設定好的時間、時序延時接通和分斷被控電路。

時間繼電器按工作方式可分為通電延時時間繼電器和斷電延時時間繼電器兩種,前者較為常用。

時間繼電器按動作原理可分為電磁阻尼式、空氣阻尼式、晶體管式和電動式等。

近年來,電子式時間繼電器發展很快,它具有延時時間長、精度高、調節方便等優點,有的還帶有數字顯示,非常直觀,所以應用很廣。

2.JSZ3系列時間繼電器

JSZ3系列時間繼電器如圖2-9所示,其控制電路采用了集成電路,具有體積小、重量輕、結構緊湊、延時范圍廣、延時精度高、可靠性好、壽命長等優點,適用于機床自動控制,成套設備自動控制等要求高精度,高可靠性的自動控制系統作延時控制元件。

圖2-9 JSZ3系列時間繼電器

3.JSZ3系列時間繼電器的安裝

1)按開孔尺寸及安裝孔尺寸進行安裝。

2)按如圖2-10所示接線圖正確接線,各個接線端接好后需用絕緣套管將連接線套牢。安裝插頭、插座時一定對要準腳位,以防電源短路造成意外。

圖2-10 JSZ3系列時間繼電器安裝接線圖

圖2-10 JSZ3系列時間繼電器安裝接線圖(續)

友情提示

時間繼電器操作注意事項如下:

1)時間繼電器的使用工作電壓應在額定工作電壓范圍內。

2)當負載功率大于繼電器額定值時,請加中間繼電器。

3)嚴禁在通電的情況下安裝、拆卸時間繼電器。

4)對可能造成重大經濟損失或人身安全的設備,設計時請務必使技術特性和性能數值有足夠余量,同時應該采用二重電路保護等安全措施。

5)斷電延時型時間繼電器,通電時間必須大于3s,以使內部電容充足電能。

應用技巧

延時時間的設定方法如下:

1)檢查供電電源須與產品額定工作電壓一致,再預置所需的延時時間,然后接通電源,此時繼電器開始工作,當計時時間達到所預置的時間時,延時觸點實行轉換,實現定時控制。

2)JSZ3系列時間繼電器多擋式規格具有不同的延時擋,可以由時間繼電器前部的轉換開關很方便地轉換。當需要變換延時擋時,首先取下設定旋鈕,接著卸下刻度板,然后參照銘牌上的延時范圍示意圖撥動轉換開關,再按原樣裝上刻度板與設定旋鈕,轉換開關位置應與刻度板上開關位置標記相一致。