电接触件与保护元.ppt

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1、第4章 电接触器件与保护元件,原因：造成故障的主要原因是温度、潮湿、盐雾、工业气 体及机械振动等。高温可影响弹性材料的机械性能，使应力松弛、氧化，使 电阻增大，也会使绝缘性能变差。潮湿、盐雾及工业废气都使金属触点加速被腐蚀。动作过多，电流过大，会损坏镀层，造成接触不良。,4.1 开关,开关的主要功能就是接通、断开和电路转换，其种类繁多，其常见分类方法如下：一、开关分类 1.按结构分 可分为：旋转开关、按钮开关、钮子开关、双列直插 开关和滑动开关。2.按用途分 可分为：键盘开关、微动开关、电子开关、电源开关、波段开关、多位开关、转换开关、拨码开关 及控制开关。3.按驱动方式 可分为手动、机械控制

2、、声、光、磁等控制。,二、开关的基本概念 我们所说的开关，已不再是习惯中手动开关。像压力控制，光电控制，超声控制等具有控制作用的开关，实际已不再是一个简单的开关，而是包括较复杂的电子控制单元，对于我们常说的电子开关，则主要是指利用晶体管，可控硅等器件的开关特性构成的控制电路单元，从范围划分上，它们不属于机电元件的范畴，但由于功能上与开关相同，所以也常将它们列入开关行列，我们本节主要介绍的是机械开关。,开关的“极”和“位”是了解开关类型必须掌握的概念。所谓的“极”指的是开关的活动触点。（习惯上也常叫“刀”）。“位”则是指开关的静止触点（习惯上也常叫“掷”）。如平常说的，单极单位开关，是指只能接通

3、或断开一条电路；双极双位开关，可选择接通（或断开）两条电路中的一条。,（5）三极三 位开关,（1）单极单 位开关,（3）双极单 位开关,（2）单极双 位开关,（4）双极双 位开关,三、开关的符号,常用的各种开关的电路符号及外形,四、开关的主要参数,1.额定电压 正常工作状态时开关可以承受的最大电压，对交流电源开 关则指交流电压有效值。2.额定电流 正常工作时，开关所允许通过的最大电流，在交流电 路 中，指交流电流的有效值。3.接触电阻 开关接通时，相通的两个接点之间的电阻值，此值越小越 好，一般开关接触电阻应小于20m。,4.绝缘电阻 开关不相接触的各导电部分之间的电阻值。如两个电极之间的电阻

4、，此值越大越好，一般开关在100 M以上，好的应达到500 M。5.耐压，又叫抗电强度 指开关不相接触的导体之间所能承受的电压值。一般在安全电压下使用的开关耐压应大于100V，而对于电源开关，要求耐压不小于500V。6.工作寿命 开关在正常工作条件下，使用次数，一般开关为500010000次，要求较高的开关可达51045105次。,五、常用开关,1.单极单位、双极双位、多极多位 常用的有：旋转式开关、推动式开关、扭子开关、拨动 开关等。,扭子式、旋转式 推拉式 手动操作,2.按纽开关、键盘开关、微动开关、有簧片式、导电橡胶 式及薄膜式等。,3.按键类开关 有单键、多键、自锁、互锁、无锁等。,4

5、.2 连接器,连接器是电子产品中用于电气连接的一类机电元件，使用十分广泛。习惯上将连接器称为接插件。在电子产品中，常有下列几类连接。A类：元器件与印制板的连接。B类：印制板与印制板或导线间的连接。C类：同一机壳内各功能单元相互连接。D类：系统内各种设备之间的连接。采用连接器连接，方便装配、调试及维修，但易出现接触不良。,一、连接器的分类,1.按频率分类（1）低频接插件：通常指在100MHz以下频率工作的连 接器。（2）高频接插件：通常指在100MHz以上频率工作的连 接器。高频接插件在结构上需要考虑高频电场的泄 漏，反射问题，一般采用同轴带屏蔽的结构，也叫 同轴连接器。,2.按外形分（1）圆形

6、连接器：主要用于系统间设备的连接。（2）矩形连接器：主要用于同一机壳内各功能单元间的 连接。（3）条形连接器：主要用于印制板之间，印制板与导线 之间的连接。（4）印制板连接器：主要用于印制板互联。如声卡、显卡等微机板上用。（5）IC连接器：主要用于元器件与印制板的连接。（6）导电橡胶连接器：主要用于液晶显示屏与印制板的 连接。,3.按用途分（1）电缆连接器：连接多根电缆导线，并由固定的配对器 组成（如：插头、插座）。（2）机柜连接器：由固定配对的连接器组成。（3）音视频设备连接器。（4）电源连接器：常称电源插头、插座。（5）射频同轴连接器：也称高频连接器，用于射频、视频 及脉冲电路。（6）光纤

7、光缆连接器（7）其它专用连接器：如仪器仪表、办公设备、汽车电器 等专用设备连接器。,二、常用连接器,1.圆形连接器圆形连接器主要有插接式和螺接式两大类。插接式通常用于插拔较频繁，连接点数少且电流不超过1A的电路连接。螺纹连接式俗称航空插头、插座，它有一个标准的螺旋锁紧机构，特点是插点多和插拔力大，连接方便，抗震性好。容易实现防水密封及电磁屏蔽等特殊要求。适用于大电流连通，不需要经常插拔的电路连接。本类连接器接点数量从2个到近百个，额定电流可以从1A到数百安培，工作电压均在300500V之间,2.矩形连接器 矩形连接器体积较大，电流容量也大，且能够充分利用 空间位置，被广泛用于印刷线路板上大电流

8、（安培级）信号的互连。本类插头座，可分插针式和双曲线簧片式；有带外壳和 不带外壳的，有锁紧式和非锁紧式。接点数目、电流、电压均有多种规格，应根据电路要求选用。,3.印制板连接器 用于直接连接印制电路板，结构形式有直接型、绕接型、间接型等，目前常见的有单排、双排两种，引线从7100 多线不等。计算机主板上用的最多，显卡、声卡就是通过 这种插座与主机板实现连接的，连接器的簧片有镀金、镀 银之分，要求较高的一般用镀金的。4.D形连接器 具有非对称定位和连接锁紧机构，常见的连接点数为9、15、25、37等几种，可靠性高，定位准确，广泛用于各种 产品机内及机外连接。,5.带状电缆连接器 带状电缆是一种扁

9、平电缆，从外观看像是几十根塑料导线并排粘合一起。占用空间小，轻巧柔韧，布线方便，不易混淆，带状电缆插头是用于电缆两端的连接器。它与电缆的连接不需要焊接，而是用专用的压线工具，靠压力使连接端内的刀口刺破电缆的绝缘层实现电气连接。其插座直接装配焊接在印制电路板上。主要用于低电压、小电流场合，能同时连接几路至几十路微弱信号，但不适合用于高频电路中。计算机中主机板与硬盘、软盘驱动器等外部设备之间的电气连接几乎全部使用这种接插件。,6.AV连接器 AV是英文Audio(音频)与英文ideo（视频）的缩写，叫音视频连接器，用于各种音响、录放像设备、CD、VCD等，以及多媒体计算机声卡、图象卡等部件的连接，

10、其种类有：（1）音频连接器 主要指我们常说的耳机插头座，规格有2.5、3.5、6.35三种，微型耳机用2.5，3.5用于便捷式，6.35用于台式设备，一般使用屏蔽线与插头连接。工作电压在30V、电流在50mA以下。不宜用于电源连接。,（2）直流电源连接器 是一种用于小型电器产品与外用直流电源的连接器，其规格是以插头外经内孔直径区分的，有3.41.35、5.52.5和5.52.1三种规格，选用时注意与插座配套，传输电流一般在2A以下。（3）同心连接器 俗称莲花插头座，常用于传输音视频信号。一般使用屏蔽线，芯线与插头座中心电极相接，工作电压一般为50V（AC），电流0.5A，寿命100次。,（4）

11、射频同轴连接器 用于射频信号和通讯、网络等数字信号的传输，与专用射频同轴电缆连接，其中卡口式插头座（通称Q9型）,也用于示波器信号的传输。7.条形连接器 主要用于印制板与导线的连接。在各种电子产品中被广泛应用。按插针间距有2.54和3.96（mm）两种，工作电压为250V，工作电流1.2A（2.54）、3A（3.96），此种连接器插头与导线一般采用压接，机械寿命约30次。,4.3 继电器,继电器是一种常用的机电元件，它是利用小电流去控制 高电压或大电流的自动控制开关。广义上，可将它定义 为：是一种由输入参量（电、磁、光、声等物理量）控 制的开关。在电路中具有自动调节、自动操作、安全保护和监测机

12、 器运转等功用。一、继电器的命名、分类及参数 1.继电器型号命名 继电器型号命名不是单一的，常用的命名方法是分五 部分,第一部分：主称，用J。第二部分：分类，R小功率；Z中功率；大功率；电磁；V温度；S时间；A舌簧；M脉冲；J特种。第三部分：形状，X小型；C超小型；Y微型。第四部分：序号，用数字表示。第五部分：防护特性。F封闭式；M密封式。,2.继电器分类继电器种类繁多，分类方法也不一样，按用途可分为控 制、保护及时间继电器。按功率可分为微功率、小功率、中功率、大功率继电器。3电磁继电器的主要参数（1）额定工作电压 继电器工作时加在线圈上的电压。额定工作电压可以是交流电压，也可以是直流电压。（

13、2）直流电阻 指线圈的直流电阻。可用万用表测量。,（3）吸合电压或吸合电流。继电器能够产生吸合动作的最小电压或最小电流。使用时，实际电流必须大于吸合电流，吸合动作才可靠。吸合电压可略高于额定电压，但不能超过额定电压的1.5倍，否则易烧线圈。（4）释放电压或电流 继电器由吸合状态转换为释放状态，所需的电压或电流值。其值一般为吸合值的1/101/2。（5）触点负荷 继电器触点允许承受的电压，电流值。,二、几种常用的继电器,1.电磁继电器：是一种应用较广泛的小型继电器，其构 造主要有铁心，线圈、动触点、静触点，返回弹簧组 成。如下图所示。符号为：,当线圈中有电流流过时，线圈产生磁场，铁芯被磁化，其磁

14、力将衔铁吸合，并带动动触点，使动触点与静触点接通或断开。电磁继电器一般分为交流和直流两大类。,2.舌簧继电器 舌簧继电器又称干簧继电器，其构造是由线圈及导磁 材料制成的舌簧片组成的。密闭的玻璃管内充有惰性 气体。工作原理：当线圈中流过电流时，产生磁场，舌簧片 被磁化、吸合、触点接通。,也可用永久磁铁代替线圈，叫干簧管继电器，利用永久 磁铁的位置变化，控制继电器的闭合。当磁铁与簧管对齐时触点吸合，离开时，触点断开。优点：灵敏、动作快、体积小，成本低。缺点：流过触点电流小。,3.固态继电器 固态继电器是一种由固态半导体器件组成的无触点电子开关器件，它是利用晶体管或晶闸管等元件的开关特性，用微弱的信

15、号对几十安培以上的负载电路进行无触点接通和断开。具有体积小，功率小，快速，灵敏，无触点，无电火花干扰等。固态继电器（SSR）依靠半导体器件和电子元件的电磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能。目前固态继电器已被广泛应用于工业自动化控制，如电炉加热系统，遥控机械，电机，电磁阀以及信号灯，闪烁器，舞台灯光控制系统，医疗器械，消防保安系统等都有大量应用。,SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关；按工作功能分直流输入-交流输出型、直流输入-直流输出型、交流输入-交流输出型、交流输入-直流输出型；按安装方式有装置式（面板安装），线路板安装式；按元件分普通型和增

16、强型。,SSR由于是全固态电子元件组成，与“线圈簧片触点式”继电器（简称MER）相比，它没有任何可动的机械部件，工作中也没有任何机械动作；SSR由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能，没有电接触点，因而它有一系列MER所不具备的优点：（1）工作可靠性高、寿命长，开关次数多；（2）无动作噪声；（3）耐振、耐机械冲击；（4）安装位置灵活无限制；（5）体积小，很容易用绝缘、防水材料灌封做成全密封形 式，而且具有良好的防潮、防霉、防腐性能；（6）在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳；此外，SSR还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右 的浪涌电流的特点。,固态继电器的工作原理,下面以交流型的S

17、SR为例来说明它的工作原理，下图是它的工作原理框图。,图中部件-构成交流SSR的主体，从整体结构上看，SSR只有两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D)，是一种四端器件。工作时只要在A、B上加上一定的控制信号，就可以控制C、D两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能。,SSR中各个组成部分的功能如下：耦合电路：其功能是为A、B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电气上断开SSR中输入端和输出端之间的电联系，以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光耦合器”，它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高；由于输入端的负载是发光二极管，这使得SSR的输

18、入端很容易做到与输入信号电平相匹配，从而可直接与计算机输出接口相接，即受“1”与“0”的逻辑电平控制。,触发电路：其功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作，但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰脉冲等污染电网，为此特设“过零控制电路”。所谓“过零”是指，当加入控制信号（交流电压）过零时，SSR即为通态；而当断开控制信号后，SSR要等待交流电的正半周与负半周的交界点(零电位)时，SSR才为断态。这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。,吸收电路：其功能是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌电压等纹波成分对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰(甚至误动作)而设计的，

19、一般是用“R-C”串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。直流型的SSR与交流型的SSR相比，无过零控制电路，也不必设置吸收电路，开关器件一般用大功率开关三极管。直流型SSR在使用时应注意：负载为感性负载（如直流电磁阀 或电磁铁）时，应在负载两端并 联一只二极管，极性如图所示。SSR工作时应尽量把它靠近负载，其输出引线应满足负荷电流的需要。当电源是交流降压整流所得时，其滤波电解电容应足够大。,直流型的SSR,固态继电器的应用举例,如图4A和4B分别为三相异步电动机的开关控制电路和正反转控制电路。图4A中，当控制电源电路接通时，即给SSR的端施加直流电压时，SSR的、端便犹如一根导线导通了，从而

20、把三相电源引入到电动机的定子电路中；图4B中，电动机定子绕组的一相是直接加以火线S的，若要改变电动机的转向，只要改变其相序即可，图中，通过两个SSR(for reverse rotation)将R、T换接加到电动机的不同定子接入端进而实现电动机反转的目的。,图4A 三相异步电动机的开关控制电路,图4B 三相异步电动机的正反转控制电路,图4C为计算机控制三相交流电机正反转的接口及驱动电路，图中采用了4个与非门（与非门的逻辑作用是当输入端只要出现低电平信号，输出端便呈现高电平；电平的跳变是从低到高时为上升沿，从高到低为下降沿），用二个信号通道分别控制电动机的起动、停止和正转、反转。,图4C 计算机

21、控制三相交流电机正反转的接口及驱动电路,固态继电器的使用注意事项,固态继电器的特性参数包括输入和输出参数，根据输入电压参数值大小，可确定工作电压大小。如采用TTL或CMOS等逻辑电平控制时，最好采用有足够带载能力的低电平驱动，并尽可能使“0”电平低于0.8 V如在噪声很强的环境下工作，不能选用通、断电压值相差小的产品，必需选用通、断电压值相差大的产品(如选接通电压为8 V或12 V的产品)，这样不会因噪声干扰而造成控制失灵。1.额定输出电压 它是指在特定条件下能承受的稳态阻性负载的最大允许电压有效值。如果受控负载是非稳态或非阻性的，必需考虑所选产品是否能承受工作状态或条件变化时(冷热转换、静动

22、转换、感应电势、瞬态峰值电压、变化周期等)所产生的最大合成电压。,2.额定输出电流 额定输出电流是指在给定条件下(环境温度、额定电压、功率因素、有无散热器等)所能承受的电流最大的有效值。一般生产厂家都提供热降额曲线。如周围温度上升，应按曲线作降额使用。3.浪涌电流 浪涌电流是指在给定条件下(室温、额定电压、额定电流和持续的时间等)不会造成永久性损坏所允许的最大非重复性峰值电流。交流继电器的浪涌电流为额定电流的5-10倍(一个周期)，直流产品为额定电流的1.5-5倍(一秒)。在选用时，如负载为稳态阻性，SSR可全额或降额10%使用。,光电耦合元件广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开

23、关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数位仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机电接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦回馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。,光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输资讯中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在电脑数位通信及即时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加其工作之可靠性。,光电开关,对射式光电开关,光电开关,光电开关,光电开关,