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低压电器及其控制系统
作者:澳门威斯人app下载    发布日期:2020-08-03 22:49


  低压电器及其控制系统_电力/水利_工程科技_专业资料。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 联系电线2019/5/20 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 联系电线 Email: .cn 2019/5/20 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 1 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 2019/5/20 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 2 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 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有关概念 衔铁/动簧片运动过程中气隙 ? 的变化: lk Fk (1)动触点与动断静触点完全接触—— 初始位置:? ? ?m lf l? (2)动触点与动断静触点刚刚分离: ? ? ? ?2 Ff (3)动触点与动合静触点刚刚接触: ? ? ?1 (4)动触点与动合静触点完全接触—— 最终位置:? ? ?0 2019/5/20 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 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。 lf l? Ff ? 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(? =?m )、动触点 与动断静触点完全接触 F 时,动触点与动合静触 点之间的距离。 ?c ? 若无特别说明,开距 Fk ? pko 3 一般即指动合开距。 ?c ?归算动断超程;?c ? 归算动断开距; ?h ? 归算动合超程;?h ? 归算动合开距。Fk ? pko 3 3 O ?0 ?1 ?h lk ? 2 ?h ?c 1 1 ?2 ?m 1 Fk Ff ? Ffk ? pkc ? Ff ? Ffk ? pkc 电磁式继电器机械特性的有关概念 lk 开距:动触点和静触点间 lf l? Fk 的最大距离。开距分为动 合与开距动断开距。 Ff ? – 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 (? =? 0)、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。 F ?c ?c Fk ? pko ?c ?归算动断超程;?c ?归算动断开距; ?h ?归算动合超程;?h ? 归算动合开距。 Fk ? pko 3 3 3 O ?0 ?h ? 2 1 1 Ff ? Ffk ? pkc ?1 ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 电磁式继电器机械特性的有关概念 lk lf l? Fk 超程:触点的超额行程。 超程分为动合超程与动 Ff 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。 0 F ? 一般超程即指动合超程。 ? ?c ?c Fk ? pko 3 ?c ?归算动断超程;?c ? 归算动断开距; ?h ?归算动合超程;?h ?归算动合开距。 3 Fk ? pko 3 O ?0 ?1 ?h 2 1 1 Ff ? Ffk ? pkc ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 电磁式继电器机械特性的有关概念 lf 超程:触点的超额行 程。超程分为动合超 Ff 程与动断超程。 – 动断超程:动触点从 初始位置( ? = ?m )运 动到与动断静触点刚 F 刚离开时的位移。 lk l? ? ?c Fk ?c ?c ? 归算动断超程;?c ? 归算动断开距; Fk ? pko 3 ?h ?归算动合超程;?h ? 归算动合开距。 3 Fk ? pko 3 O ?0 ?1 ?h 2 1 1 Ff ? Ffk ? pkc ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 电磁式继电器机械特性的有关概念 lk Fk lf l? ? ? 触点动断初压力: Ff 初始位置(? =?m ) 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。 F ?c ?c pkc ? 触点动断初压力 Fk ? pko 3 3 Fk ? pko 3 O ?0 ?1 ?h 2 1 1 Ff ? Ffk ? pkc ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 电磁式继电器机械特性的有关概念 lk lf l? Fk 触点动合终压力:最 终位置( ? = ? 0 )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。 pko ? 触点动合终压力 Ff ? F ?c ?c Fk ? pko 3 3 2 Fk ? pko 3 1 1 Ff ? Ffk ? pkc O ?0 ?1 ?h ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc lf l? Ff lf l? Ff 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 lk Fk F ?c ?c ? Fk ? pko 3 lk ? 3 2 Fk ? pko 3 1 1 Ff ? Ffk ? pkc O ?0 ?1 ?h ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 机械特性及有关参数 Fk ?c ?归算动断超程;?c ? 归算动断开距; ?h ?归算动合超程;?h ? 归算动合开距。 pko ? 触点动合终压力;pkc ? 触点动断初压力 在 ? m到 ? 2 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。 lk lf l? 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 Fk F ? ?c ?c Ff Fk ? pko 3 lk lf l? Ff ? 3 2 Fk ? pko 3 1 1 Ff ? Ffk ? pkc Fk O ?0 ?1 ?h ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 机械特性及有关参数 ?c ?归算动断超程;?c ? 归算动断开距; ?h ?归算动合超程;?h ? 归算动合开距。 pko ? 触点动合终压力;pkc ? 触点动断初压力 在 ? 2 到 ?1的距离内——2段 反力组成:弹簧力,正反力。 lk lf l? Ff ? lk lf l? Ff ? 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 Fk F ?c ?c Fk ? pko 3 3 2 Fk ? pko 3 1 1 Ff ? Ffk ? pkc Fk O ?0 ?1 ?h ? ?h ?2 ?m 1 Ff ? Ffk ? pkc 机械特性及有关参数 ?c ?归算动断超程;?c ? 归算动断开距; ?h ?归算动合超程;?h ? 归算动合开距。 pko ? 触点动合终压力;pkc ? 触点动断初压力 在 ?1 到 ? 0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。 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。 2019/5/20 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 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。 2019/5/20 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 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。 2019/5/20 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 16 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 2019/5/20 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 17 6.1 干式舌簧继电器 1. 特点 优点: (1) 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107~108次。 (4) 接触电阻低而稳定,为(50~200)mΩ 。 (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。 2019/5/20 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 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。 2019/5/20 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 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 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 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。 (a) H型(A型) (b) D型 (c) Z型(C型)1 (d) Z型(C型)2 图6.2 干簧管结构简图 2019/5/20 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。 2019/5/20 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 3. 工作原理 (a) H型(A型) 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。 2019/5/20 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 (b) D型 (c) Z型(C型)1 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。 2019/5/20 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 (d) Z型(C型)2 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。 2019/5/20 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 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。 图6.3 水久磁铁驱动干簧管 2019/5/20 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 4. 基本关系式 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。 (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 2019/5/20 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 ?Z ? Rw IN ? Rm ? Rδ (6.1) 式中 IN ——线圈磁势; Rw——线圈外部空间磁通路径的磁阻; Rm——簧片的磁阻; Rδ——簧片间气隙磁阻。 k? Rδ ? ?0ab 式中 ? ——簧片间气隙长度; (6.2) b ——簧片宽度; a ——簧片搭接部分长度(见下图),称为簧片重叠度; k ——比例系数,其值与气隙大小有关,气隙较小时,k ?1 。 2019/5/20 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 簧片间的电磁吸力可Fx 近似用麦克斯韦电磁力计算公式 Fx ? ?Z2 2?0S? ? B?2S? 2?0 N (6.3) 式中 S? ——簧片搭接部分的面积,S? ? ab, m2 ; B? ?0 ——气隙中的磁感应强度,B? ? ?Z / S? (?Z , ——线 H/m Wb),T 。 ; 2019/5/20 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由下式给出 3 EJ Ff ? l3 y N (6.5) 式中 E ——簧片材料的弹性模量(MPa); J ——簧片截面对中性铀的惯性矩(截面惯性矩),J ? bh3 mm4 ; l ——簧片自由端至固定端的长度(mm); 12 y ——簧片自由端的挠度(mm)。 触点压力Fz等于两簧片端部相互吸合后的吸力Fx与簧片反力Ff 之差,即 Fz ? Fx ? Ff (6.6) 2019/5/20 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 30

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