低压电器及其控制系统课件

2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,1,电器原理及控制技术,主讲：网络与电气智能化研究所 李中伟 联系电话：86413623 Email: lzwhit.edu.cn,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,2,第5章 电磁式继电器,5.1 电磁式继电器的机械特性 电磁式继电器机械特性的定义 电磁式继电器机械特性的有关概念 电磁式继电器机械特性的类型,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,3,电磁式继电器机械特性的定义,继电器的机械特性是其簧片系统的反作用力（或力矩）在气隙处的归算值与衔铁行程/工作气隙（或衔铁转角）之间的关系。 机械特性中的反作用力均系指气隙处的归算值，这是为了便于与电磁吸力相比较。 继电器簧片系统的结构是多种多样的，因此继电器的机械特性亦为多种类型，但一般均由若干折线组成。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,4,电磁式继电器机械特性的有关概念,衔铁/动簧片运动过程中气隙 的变化： （1）动触点与动断静触点完全接触初始位置： （2）动触点与动断静触点刚刚分离： （3）动触点与动合静触点刚刚接触： （4）动触点与动合静触点完全接触最终位置：,电磁式继电器机械特性的有关概念,开距：动触点和静触点间的最大距离。开距分为动合开距与动断开距。 动合开距：动触点与动合静触点之间的最大距离，即衔铁处于初始位置( )、动触点与动断静触点完全接触时，动触点与动合静触点之间的距离。 若无特别说明，开距 一般即指动合开距。,开距：动触点和静触点间的最大距离。开距分为动合与开距动断开距。 动断开距：动触点与动断静触点之间的最大距离，即衔铁处于最终位置( )、动触点与动合静触点完全接触时，动触点与动断静触点之间的距离。,电磁式继电器机械特性的有关概念,超程：触点的超额行程。超程分为动合超程与动断超程。 动合超程：动触点从与动合静触点刚刚接触时起运动到最终位置( )时的位移。 一般超程即指动合超程。,电磁式继电器机械特性的有关概念,超程：触点的超额行程。超程分为动合超程与动断超程。 动断超程：动触点从初始位置( )运动到与动断静触点刚刚离开时的位移。,电磁式继电器机械特性的有关概念,触点动断初压力：初始位置( )时动触点与动断静触点间的压力，有时也简称为触点初压力。,电磁式继电器机械特性的有关概念,触点动合终压力：最终位置( )时动触点与动合静触点间的压力，有时也简称为触点终压力。,电磁式继电器机械特性的有关概念,电磁式继电器机械特性的类型 1.无初始跳跃的三段式机械特性,机械特性及有关参数,在 到 的距离内1段 反力组成：弹簧力，正反力；动断静触点压力，负 反力。,电磁式继电器机械特性的类型 1.无初始跳跃的三段式机械特性,机械特性及有关参数,在 到 的距离内2段 反力组成：弹簧力，正反力。,电磁式继电器机械特性的类型 1.无初始跳跃的三段式机械特性,机械特性及有关参数,在 到 的距离内 3段 反力组成：弹簧力，正反力；动合静触点压力， 正反力。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,14,电磁式继电器机械特性的类型 2.有初始跳跃的三段式机械特性,初始位置反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力， 负反力；刚性限位点压力，负反力。 1段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力， 负反力。 2段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力。 3段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动合静触点压力， 正反力。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,15,电磁式继电器机械特性的类型 3.有初始跳跃的四段式机械特性,初始位置反力组成：弹簧力，正反力；刚性限位点压力，负反力。 1段反力组成：弹簧力，正反力。 2段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力， 负反力。 3段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力。 4段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动合静触点压力， 正反力。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,16,电磁式继电器机械特性的类型 4.有初始跳跃的五段式机械特性,初始位置反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力， 负反力；刚性限位点压力，负反力。 1段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力，负反力。 2段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动断静触点压力，负反力； 限位片压力，正反力。 3段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力。 4段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动合静触点压力，正反力； 限位片压力，负反力。 5段反力组成：弹簧力，正反力；动簧片压力，正反力；动合静触点压力， 正反力。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,17,第6章 舌簧继电器,6.1 干式舌簧继电器,特点 结构与材料 工作原理 基本关系式 干簧管的永磁操作 干簧继电器的设计,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,18,6.1 干式舌簧继电器,特点 优点： 触点密封于充有有利于灭弧的惰性气体的玻璃管中，大大减少了触点开闭过程中火花引起的碳化和氧化作用，触点工作可靠性高。 (2) 动作时间短：(0.4 2) ms ，特别适用于远距离话路的传输设备及检测采样。 (3) 簧片的接触部分触点采用贵金属或贵金属合金镀层，使触点耐磨性提高，簧片弯曲轻微，寿命较长，可达107108次。 (4) 接触电阻低而稳定，为（50200） 。 (5) 吸合功率小，灵敏度高。 (6) 在多触点继电器中，属小型(体积小)。 (7) 轴向结构，高频传输特性好。 (8) 可通过线圈反应各种电的信号，还可通过永久磁铁反应各种非电信号。 (9) 使用过程中不需调整，维护方便。 (10) 结构简单，零件少，易于实现自动化生产，生产效率极高。 (11) 价格低廉。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,19,6.1 干式舌簧继电器,1. 特点 缺点： (1) 触点易产生冷焊而出现粘牢现象。 (2) 触点切换容量低。 (3) 过载能力低(镀层薄所致)，不耐大电流冲击。 (4) 因触点开距小，故耐压较低，只适用于电压较低的电路。 (5) 具有多组触点的干簧继电器存在触点不同时接触的现象。 (6) 簧片在断开时有机械颤抖现象。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,20,6.1 干式舌簧继电器,2. 结构与材料 图6.1所示为具有一对动合触点的干簧继电器的结构简图。,图6.1 干簧继电器结构简图 1屏蔽罩；2干簧管；3线圈；4引出线,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,21,6.1 干式舌簧继电器,2. 结构与材料 干簧管是干簧继电器的核心部分，它可以做成动合(常开)(H型或A型)、动断(常 闭)(D型)与转换(Z型或C型)三种型式，其结构如图6.2所示。,图6.2 干簧管结构简图,(a) H型(A型),(b) D型,(c) Z型(C型)1,(d) Z型(C型)2,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,22,6.1 干式舌簧继电器,2. 结构与材料 干簧管由一组舌簧片(其形似舌，故称为舌簧片，舌簧继电器即由此得 名)与玻璃封结而成，管内充以惰性气体(一股为氮气)。簧片兼有导 磁、导电及作为弹性元件等多种作用，它是触点又是磁驱动部分。 因此，簧片材料应按下列原则来选取： (1)饱和(最大)磁感应强度要大，矫顽力要小。 (2)导电性好。 (3)有良好的弹性。 (4)能与玻璃实现气密性封结，工艺加工性好。 通常采用IJ50铁镍合金丝作为簧片材料。 可用作干簧簧片丝的材料还有IJ79及含金钴合金的材料。但由于这些 材料在处理工艺上有难度和价格等因素，因此工业生产中极少采用。 簧片与玻璃管的封结方法有三种：火焰加热法；红外线聚光封结法； 电加热法。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,23,6.1 干式舌簧继电器,3. 工作原理,上图所示的动合舌簧片是分别固定在玻璃管的两端的，当线圈通电后，在线圈内部及其周围空间产生磁场，簧片在磁场中被磁化，两簧片处于管中的自由端呈现出相反的极性，即一端为N极、另一端为S极，因此两簧片相互吸引，当吸引力大于反力时，两簧片的自由端就吸合在一起而相互接触，从而将被控的外电路接通。当线圈断电时，磁场消失，两簧片间的吸引力随之消失，两簧片在其本身弹力的作用下分开而脱离接触、返回原位，被控电路便被切断。,(a) H型(A型),2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,24,6.1 干式舌簧继电器,3. 工作原理,图(b)所示的动断舌簧片是固定在玻璃管的同一端的，它们在通电线圈所产生的磁场的作用下，其自由端所呈现的磁极性相同(图(b)中均为S极)，因此就“同性相斥”而断开。在动断舌簧片的基础上再加一个动合舌簧片，就构成了转换型式的触点，如图(c)所示。,(b) D型,(c) Z型(C型)1,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,25,6.1 干式舌簧继电器,3. 工作原理,图(d)给出的转换型干黄管的工作原理如下：动断舌簧片a中的自由端是由非导磁材料制成的，其长度为a2，由于a2大于动合舌簧片b与动舌簧片c之间的气隙a1，因此线圈通电后，通过a1的磁通大于通过a2的磁通，这使得动合舌簧片b与动舌簧片c之间的电磁吸力F1大于动断舌簧片a与动舌簧片c之间的电磁吸力F2，当F1增加到大于F2与动舌簧片c的簧片反力F3之和(F1 F2+ F3)时，b与c就会吸合在一起。,(d) Z型(C型)2,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,26,6.1 干式舌簧继电器,3. 工作原理,图6.3 水久磁铁驱动干簧管,干簧管触点的开闭不但可用线圈的通电与断电来控制，也可用永久磁铁(通常所说的磁钢)来控制，如图6.3所示。图中永久磁铁所产生的磁通使簧片磁化，当永久磁铁移近至一定距离时，两簧片的自由端就吸合；当永久磁铁远离干簧管至一定距离 时，两簧片将返回原位。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,27,6.1 干式舌簧继电器,4. 基本关系式,(a)磁场分布 (b)等效磁路 图6.4干簧继电器的磁场分布与等效磁路,研究干簧继电器的磁路及电磁吸力、簧片反力和触点压力的基本关系式。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,28,6.1 干式舌簧继电器,4. 基本关系式,式中 IN 线圈磁势； 线圈外部空间磁通路径的磁阻； 簧片的磁阻； 簧片间气隙磁阻。,（6.2）,（6.1）,式中 簧片间气隙长度； 簧片宽度； 簧片搭接部分长度(见下图)，称为簧片重叠度； 比例系数，其值与气隙大小有关，气隙较小时， 。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,29,6.1 干式舌簧继电器,4. 基本关系式 簧片间的电磁吸力可Fx 近似用麦克斯韦电磁力计算公式,（6.3）,式中 簧片搭接部分的面积， ； 气隙中的磁感应强度， ； 真空中的磁导率， 。,2019/7/16,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,30,6.1 干式舌簧继电器,4. 基本关系式 簧片受电磁吸力作用而相互吸引后产生弯曲变形，由此产生企图使簧 片回到原位的簧片反力Ff ，Ff由下