低壓電器及其控制系統(tǒng)6課件

電器原理及控制技術(shù)

聯(lián)系電話(huà)：86413623Email:2/6/20231RockwellAutomation第5章電磁式繼電器5.1電磁式繼電器的機(jī)械特性電磁式繼電器機(jī)械特性的定義電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念電磁式繼電器機(jī)械特性的類(lèi)型2/6/20232RockwellAutomation電磁式繼電器機(jī)械特性的定義繼電器的機(jī)械特性是其簧片系統(tǒng)的反作用力（或力矩）在氣隙處的歸算值與銜鐵行程/工作氣隙（或銜鐵轉(zhuǎn)角）之間的關(guān)系。機(jī)械特性中的反作用力均系指氣隙處的歸算值，這是為了便于與電磁吸力相比較。繼電器簧片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，因此繼電器的機(jī)械特性亦為多種類(lèi)型，但一般均由若干折線(xiàn)組成。2/6/20233RockwellAutomation電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念開(kāi)距：動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)間的最大距離。開(kāi)距分為動(dòng)合開(kāi)距與動(dòng)斷開(kāi)距。動(dòng)合開(kāi)距：動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)合靜觸點(diǎn)之間的最大距離，即銜鐵處于初始位置(＝)、動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)斷靜觸點(diǎn)完全接觸時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)合靜觸點(diǎn)之間的距離。若無(wú)特別說(shuō)明，開(kāi)距一般即指動(dòng)合開(kāi)距。2/6/20235RockwellAutomation

開(kāi)距：動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)間的最大距離。開(kāi)距分為動(dòng)合與開(kāi)距動(dòng)斷開(kāi)距。動(dòng)斷開(kāi)距：動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)斷靜觸點(diǎn)之間的最大距離，即銜鐵處于最終位置(＝)、動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)合靜觸點(diǎn)完全接觸時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)斷靜觸點(diǎn)之間的距離。電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念2/6/20236RockwellAutomation

超程：觸點(diǎn)的超額行程。超程分為動(dòng)合超程與動(dòng)斷超程。動(dòng)合超程：動(dòng)觸點(diǎn)從與動(dòng)合靜觸點(diǎn)剛剛接觸時(shí)起運(yùn)動(dòng)到最終位置(＝)時(shí)的位移。一般超程即指動(dòng)合超程。電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念2/6/20237RockwellAutomation

觸點(diǎn)動(dòng)斷初壓力：初始位置(＝)時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)斷靜觸點(diǎn)間的壓力，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為觸點(diǎn)初壓力。電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念2/6/20239RockwellAutomation觸點(diǎn)動(dòng)合終壓力：最終位置(＝)時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)與動(dòng)合靜觸點(diǎn)間的壓力，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為觸點(diǎn)終壓力。電磁式繼電器機(jī)械特性的有關(guān)概念2/6/202310RockwellAutomation電磁式繼電器機(jī)械特性的類(lèi)型

1.無(wú)初始跳躍的三段式機(jī)械特性

機(jī)械特性及有關(guān)參數(shù)在到的距離內(nèi)——1段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)斷靜觸點(diǎn)壓力，負(fù)反力。2/6/202311RockwellAutomation電磁式繼電器機(jī)械特性的類(lèi)型

1.無(wú)初始跳躍的三段式機(jī)械特性

機(jī)械特性及有關(guān)參數(shù)在到的距離內(nèi)——3段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)合靜觸點(diǎn)壓力，正反力。2/6/202313RockwellAutomation

電磁式繼電器機(jī)械特性的類(lèi)型

2.有初始跳躍的三段式機(jī)械特性

初始位置反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力；動(dòng)斷靜觸點(diǎn)壓力，負(fù)反力；剛性限位點(diǎn)壓力，負(fù)反力。1段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力；動(dòng)斷靜觸點(diǎn)壓力，負(fù)反力。2段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力。3段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力；動(dòng)合靜觸點(diǎn)壓力，正反力。2/6/202314RockwellAutomation

電磁式繼電器機(jī)械特性的類(lèi)型

3.有初始跳躍的四段式機(jī)械特性

初始位置反力組成：彈簧力，正反力；剛性限位點(diǎn)壓力，負(fù)反力。1段反力組成：彈簧力，正反力。2段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力；動(dòng)斷靜觸點(diǎn)壓力，負(fù)反力。3段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力。4段反力組成：彈簧力，正反力；動(dòng)簧片壓力，正反力；動(dòng)合靜觸點(diǎn)壓力，正反力。2/6/202315RockwellAutomation第6章舌簧繼電器6.1干式舌簧繼電器特點(diǎn)結(jié)構(gòu)與材料工作原理基本關(guān)系式干簧管的永磁操作干簧繼電器的設(shè)計(jì)2/6/202317RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：觸點(diǎn)密封于充有有利于滅弧的惰性氣體的玻璃管中，大大減少了觸點(diǎn)開(kāi)閉過(guò)程中火花引起的碳化和氧化作用，觸點(diǎn)工作可靠性高。(2)動(dòng)作時(shí)間短：(0.4～2)ms

，特別適用于遠(yuǎn)距離話(huà)路的傳輸設(shè)備及檢測(cè)采樣。(3)簧片的接觸部分——觸點(diǎn)采用貴金屬或貴金屬合金鍍層，使觸點(diǎn)耐磨性提高，簧片彎曲輕微，壽命較長(zhǎng)，可達(dá)107~108次。(4)接觸電阻低而穩(wěn)定，為（50~200）

。(5)吸合功率小，靈敏度高。(6)在多觸點(diǎn)繼電器中，屬小型(體積小)。(7)軸向結(jié)構(gòu)，高頻傳輸特性好。(8)可通過(guò)線(xiàn)圈反應(yīng)各種電的信號(hào)，還可通過(guò)永久磁鐵反應(yīng)各種非電信號(hào)。(9)使用過(guò)程中不需調(diào)整，維護(hù)方便。(10)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率極高。(11)價(jià)格低廉。2/6/202318RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器1.特點(diǎn)缺點(diǎn)：(1)觸點(diǎn)易產(chǎn)生冷焊而出現(xiàn)粘牢現(xiàn)象。(2)觸點(diǎn)切換容量低。(3)過(guò)載能力低(鍍層薄所致)，不耐大電流沖擊。(4)因觸點(diǎn)開(kāi)距小，故耐壓較低，只適用于電壓較低的電路。(5)具有多組觸點(diǎn)的干簧繼電器存在觸點(diǎn)不同時(shí)接觸的現(xiàn)象。(6)簧片在斷開(kāi)時(shí)有機(jī)械顫抖現(xiàn)象。2/6/202319RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器2.結(jié)構(gòu)與材料干簧管是干簧繼電器的核心部分，它可以做成動(dòng)合(常開(kāi))(H型或A型)、動(dòng)斷(常閉)(D型)與轉(zhuǎn)換(Z型或C型)三種型式，其結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。圖6.2干簧管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(a)H型(A型)(b)D型(c)Z型(C型)1(d)Z型(C型)22/6/202321RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器2.結(jié)構(gòu)與材料干簧管由一組舌簧片(其形似舌，故稱(chēng)為舌簧片，舌簧繼電器即由此得名)與玻璃封結(jié)而成，管內(nèi)充以惰性氣體(一股為氮?dú)?。簧片兼有導(dǎo)磁、導(dǎo)電及作為彈性元件等多種作用，它是觸點(diǎn)又是磁驅(qū)動(dòng)部分。因此，簧片材料應(yīng)按下列原則來(lái)選?。?1)飽和(最大)磁感應(yīng)強(qiáng)度要大，矯頑力要小。(2)導(dǎo)電性好。(3)有良好的彈性。(4)能與玻璃實(shí)現(xiàn)氣密性封結(jié)，工藝加工性好。通常采用IJ50鐵鎳合金絲作為簧片材料。可用作干簧簧片絲的材料還有IJ79及含金鈷合金的材料。但由于這些材料在處理工藝上有難度和價(jià)格等因素，因此工業(yè)生產(chǎn)中極少采用。簧片與玻璃管的封結(jié)方法有三種：火焰加熱法；紅外線(xiàn)聚光封結(jié)法；電加熱法。2/6/202322RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器3.工作原理上圖所示的動(dòng)合舌簧片是分別固定在玻璃管的兩端的，當(dāng)線(xiàn)圈通電后，在線(xiàn)圈內(nèi)部及其周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，簧片在磁場(chǎng)中被磁化，兩簧片處于管中的自由端呈現(xiàn)出相反的極性，即一端為N極、另一端為S極，因此兩簧片相互吸引，當(dāng)吸引力大于反力時(shí)，兩簧片的自由端就吸合在一起而相互接觸，從而將被控的外電路接通。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失，兩簧片間的吸引力隨之消失，兩簧片在其本身彈力的作用下分開(kāi)而脫離接觸、返回原位，被控電路便被切斷。(a)H型(A型)2/6/202323RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器3.工作原理圖(d)給出的轉(zhuǎn)換型干黃管的工作原理如下：動(dòng)斷舌簧片a中的自由端是由非導(dǎo)磁材料制成的，其長(zhǎng)度為a2，由于a2大于動(dòng)合舌簧片b與動(dòng)舌簧片c之間的氣隙a1，因此線(xiàn)圈通電后，通過(guò)a1的磁通大于通過(guò)a2的磁通，這使得動(dòng)合舌簧片b與動(dòng)舌簧片c之間的電磁吸力F1大于動(dòng)斷舌簧片a與動(dòng)舌簧片c之間的電磁吸力F2，當(dāng)F1增加到大于F2與動(dòng)舌簧片c的簧片反力F3之和(F1>F2+F3)時(shí)，b與c就會(huì)吸合在一起。(d)Z型(C型)22/6/202325RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器3.工作原理圖6.3水久磁鐵驅(qū)動(dòng)干簧管干簧管觸點(diǎn)的開(kāi)閉不但可用線(xiàn)圈的通電與斷電來(lái)控制，也可用永久磁鐵(通常所說(shuō)的磁鋼)來(lái)控制，如圖6.3所示。圖中永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通使簧片磁化，當(dāng)永久磁鐵移近至一定距離時(shí)，兩簧片的自由端就吸合；當(dāng)永久磁鐵遠(yuǎn)離干簧管至一定距離時(shí)，兩簧片將返回原位。2/6/202326RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器4.基本關(guān)系式(a)磁場(chǎng)分布(b)等效磁路圖6.4干簧繼電器的磁場(chǎng)分布與等效磁路研究干簧繼電器的磁路及電磁吸力、簧片反力和觸點(diǎn)壓力的基本關(guān)系式。2/6/202327RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器4.基本關(guān)系式簧片間的電磁吸力可Fx

近似用麥克斯韋電磁力計(jì)算公式（6.3）

式中——簧片搭接部分的面積，；——?dú)庀吨械拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度，；——真空中的磁導(dǎo)率，。2/6/202329RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器4.基本關(guān)系式簧片受電磁吸力作用而相互吸引后產(chǎn)生彎曲變形，由此產(chǎn)生企圖使簧片回到原位的簧片反力Ff

，F(xiàn)f由下式給出

（6.