低壓電器及其控制系統(tǒng)課件教材課程

電器原理及控制技術(shù)

主講：網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所李中偉聯(lián)系電話：86413623

Email:lzw@9/27/20241RockwellAutomation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)9/27/20242RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作■用永久磁鐵操作干簧管可進(jìn)行的控制■用永久磁鐵操作干簧管時(shí)影響干簧管狀態(tài)的因素■用永久磁鐵操作干簧管可采用的運(yùn)動(dòng)方式6.干簧繼電器的設(shè)計(jì)■動(dòng)合繼電器的設(shè)計(jì)■用動(dòng)合干簧管設(shè)計(jì)動(dòng)斷繼電器■用動(dòng)合干簧管設(shè)計(jì)保持繼電器9/27/20243RockwellAutomation干簧管式自動(dòng)水位控制裝置6.1干式舌簧繼電器9/27/20245RockwellAutomation干簧管式門控自動(dòng)照明燈6.1干式舌簧繼電器9/27/20246RockwellAutomation干簧管式產(chǎn)品產(chǎn)量自動(dòng)計(jì)數(shù)6.1干式舌簧繼電器9/27/20247RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作

由于永久磁鐵與干簧管之間的磁場(chǎng)分布情況及其變化規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜，因此要對(duì)使干簧管的觸點(diǎn)閉合或斷開的兩者之間的位置關(guān)系進(jìn)行定量計(jì)算是比較困難的。目前，在實(shí)際使用中通常是根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定二者之間的位置關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，以保證干簧管的觸點(diǎn)在永久磁鐵的操作下產(chǎn)生所需要的閉合和斷開動(dòng)作。9/27/20248RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器

5.干簧管的永磁操作

圖6.15(a)、(b)分別為永久磁鐵與干簧管平行放置及垂直放置時(shí)干簧管的動(dòng)作區(qū)域。

閉合區(qū)域是指永久磁鐵與干簧管的相對(duì)位置在該區(qū)域內(nèi)時(shí)，干簧管的觸點(diǎn)閉合；

斷開區(qū)域是指當(dāng)兩者之間的相對(duì)位置在該區(qū)域內(nèi)時(shí)，干簧管的觸點(diǎn)斷開；

保持區(qū)域是指當(dāng)干簧管的觸點(diǎn)閉合(斷開)后，若將永久磁鐵移遠(yuǎn)(移近)，但兩者之間的相對(duì)位置在該域內(nèi)時(shí)，干簧管的觸點(diǎn)仍保持閉合(斷開)。9/27/20249RockwellAutomation注：圖中干簧管的操作區(qū)域是相對(duì)動(dòng)合干簧管的(a)永久磁鐵與干簧管平行放置(b)永久磁鐵與干簧管垂直放置圖6.15干簧管的操作區(qū)域9/27/202410RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作用永久磁鐵操作干簧管可采用的運(yùn)動(dòng)方式：

◆往復(fù)運(yùn)動(dòng)

◆旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

◆偏磁式動(dòng)作

◆屏蔽式動(dòng)作9/27/202411RockwellAutomation(a)永久磁鐵與干簧管平行放置(b)永久磁鐵與干簧管垂直放置圖6.16永久磁鐵作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)干簧管的通斷情況9/27/202412RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作用永久磁鐵操作干簧管可采用的運(yùn)動(dòng)方式：

◆旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(a)棒形磁鐵(b)雙極環(huán)形磁鐵圖6.17永久磁鐵作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)干簧管的通斷情況9/27/202413RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作用永久磁鐵操作干簧管可采用的運(yùn)動(dòng)方式：

◆偏磁式動(dòng)作

在干簧管的一側(cè)放置一個(gè)磁偏磁鐵，永久磁鐵在干簧管的另一側(cè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使干簧管的觸點(diǎn)接通與斷開。加磁偏磁鐵時(shí)干簧管的通斷情況9/27/202414RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器5.干簧管的永磁操作用永久磁鐵操作干簧管可采用的運(yùn)動(dòng)方式：

◆屏蔽式動(dòng)作永久磁鐵與干簧管間放有一塊屏蔽鐵板，當(dāng)屏蔽鐵板作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，干簧管的通斷情況如圖所示。圖6.19屏蔽鐵板作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)干簧管的通斷情況9/27/202415RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器6.干簧繼電器的設(shè)計(jì)用動(dòng)合干簧管設(shè)計(jì)動(dòng)斷繼電器的條件：（1）永久磁鐵放在動(dòng)合干簧管的閉合區(qū)內(nèi)。（2）線圈（控制）磁通與永磁磁通方向相反。9/27/202416RockwellAutomation6.1干式舌簧繼電器6.干簧繼電器的設(shè)計(jì)用動(dòng)合干簧管設(shè)計(jì)保持繼電器的條件：（1）永久磁鐵放在動(dòng)合干簧管的保持區(qū)內(nèi)。（2）使動(dòng)合干簧管的觸點(diǎn)閉合時(shí)，線圈磁通與永磁磁通方向相同；使動(dòng)合干簧管的觸點(diǎn)斷開時(shí)，線圈磁通與永磁磁通方向相反。

9/27/202417RockwellAutomation干簧管式自動(dòng)水位控制裝置6.1干式舌簧繼電器9/27/202418RockwellAutomation干簧管式門控自動(dòng)照明燈6.1干式舌簧繼電器9/27/202419RockwellAutomation干簧管式產(chǎn)品產(chǎn)量自動(dòng)計(jì)數(shù)6.1干式舌簧繼電器9/27/202420RockwellAutomation第7章帶永久磁鐵的繼電器7.1概述帶永久磁鐵的繼電器包括以下幾種：①帶永磁的舌簧繼電器②極化磁系統(tǒng)繼電器

◆極化磁系統(tǒng)電磁繼電器

◆極化繼電器

◆磁保持繼電器③磁電式繼電器④永磁返回式繼電器9/27/202421RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線1.永磁材料的去磁曲線

永磁材料也稱“硬磁材料”，具有磁滯現(xiàn)象，它的矯頑力Hc遠(yuǎn)比軟磁的高，可達(dá)幾百甚至幾千A/cm(軟磁材料Hc的一般小于1A/cm)，而它的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度卻并不一定比軟磁的高，因此它具有很寬的磁滯回線。9/27/202422RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線1.永磁材料的去磁曲線（1）永久磁鐵的制造過程和極限磁滯回線

圖7.1所示的開口永久磁鐵環(huán)上均勻地繞著磁化線圈，以保證環(huán)中各截面的磁感應(yīng)強(qiáng)B一致，在環(huán)的開口處加上一軟磁材料的磁化鐵塊，以使磁路容易飽和，從而減小激磁電流。圖中，。給線圈通以足夠大的電流i，使磁環(huán)磁化至非常飽和，其磁場(chǎng)強(qiáng)度的值應(yīng)為（7.1）反復(fù)改變電流i的方向若干次后，永久磁鐵的工作點(diǎn)就在一穩(wěn)定的極限磁滯回線(圖7.2)上變化。圖7.1永久磁鐵的制造過程圖7.2極限磁滯回線9/27/202423RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線1.永磁材料的去磁曲線（2）永久材料的去磁曲線切斷激磁電流，則由安培環(huán)路定律

即（7.2）由于磁化鐵塊由軟磁材料制成，故可認(rèn)為其磁導(dǎo)率為無窮大，即有，由式(7.2)可得，；而H＝0時(shí)，永久磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度或，因此切斷激磁電流后，永久磁鐵的工作點(diǎn)就應(yīng)在(0，Br)上或(0，-Br)上。9/27/202424RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線1.永磁材料的去磁曲線（2）永久材料的去磁曲線為建立工作氣隙磁場(chǎng)，取下磁化鐵塊，應(yīng)有

（7.3）或

（7.4）因（7.5）故（7.6）式中

——?dú)庀洞艑?dǎo)，。上式表明，建立氣隙磁場(chǎng)后，安培環(huán)路定律便要求永久磁鐵內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的比值為一負(fù)數(shù)，即B、H一正一負(fù)(在永久磁鐵內(nèi)部，與方向相反(見圖7.1))，只能處于極限磁滯回線的第二象限或第四象限上。

B與H的關(guān)系在B-H平面內(nèi)為一通過原點(diǎn)的直線(圖7.2)，斜率為該直線稱為負(fù)載線或磁導(dǎo)線，它與極限磁滯回線的交點(diǎn)或即是永久磁鐵的工作點(diǎn)。9/27/202425RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線1.永磁材料的去磁曲線（2）永久材料的去磁曲線

由于永磁材料的工作點(diǎn)只能處于極限磁滯回線的第二象限部分或第四象限部分，而這兩部分是對(duì)稱的，因此我們一般只討論永磁材料工作于第二象限的情況。

永磁材料極限磁滯回線第二象限的部分稱為去磁曲線(或退磁曲線)，如圖7.3中Brmm’Hc

所示。

各種永磁材料的去磁曲線可以用實(shí)驗(yàn)方法求得。圖7.3去磁曲線和回復(fù)線9/27/202426RockwellAutomation7.2永磁材料的去磁曲線與回復(fù)線2、回復(fù)線和回復(fù)磁導(dǎo)率若永磁材料退磁到m點(diǎn)后，再使退磁磁場(chǎng)減小到零，則磁狀態(tài)不是沿去磁曲線回升，而是沿mpr曲線回升，當(dāng)H為零時(shí)回升到點(diǎn)r(低于Br)。若再度加上退磁磁場(chǎng)，則磁狀態(tài)的改變是沿rqm曲線回到接近m的工作點(diǎn)。多次反復(fù)后形成mprqm回線，稱為局部磁滯回線或回復(fù)回線。由于回復(fù)回線的兩個(gè)分支非常接近，因此一般可近似地用直線mr代替該回線，mr線即稱為回復(fù)線，其斜率tanβ稱為回復(fù)磁導(dǎo)率uret(也稱回復(fù)系數(shù)

)。對(duì)應(yīng)于不同的工作點(diǎn)如m’點(diǎn)，將有不同的回復(fù)線和回復(fù)磁導(dǎo)率，但實(shí)驗(yàn)表明，不同點(diǎn)的回復(fù)磁導(dǎo)率相差不大，并且近似等于在Br點(diǎn)對(duì)去磁曲線所作的切線(見圖7.3)的斜率。9/27/202427RockwellAutomation7.4永磁磁路的計(jì)算1.永久磁鐵的兩種工作狀態(tài)永久磁鐵的工作狀態(tài)有兩種：（1）工作點(diǎn)位于去磁曲線上，有時(shí)稱為靜態(tài)式；（2）工作點(diǎn)位于回復(fù)線上，有時(shí)稱為動(dòng)態(tài)式。在計(jì)算永磁磁路時(shí)，首先應(yīng)明確永磁的工作狀態(tài)。9/27/202428RockwellAutomation(1)永久磁鐵的工作點(diǎn)位于去磁曲線上

圖7.1所示的充磁完畢的永久磁鐵環(huán)在取下磁化鐵塊而建立工作氣隙磁場(chǎng)后，如果氣隙磁阻是不變的，則永久磁鐵的工作點(diǎn)就在去磁曲線上(圖7.2中的點(diǎn)a)，其負(fù)載線的斜率由式(7.6)所確定。

現(xiàn)再以圖7.8所示的永磁磁路為例來說明這種情況。圖7.8永磁磁系統(tǒng)9/27/202429RockwellAutomation(1)永久磁鐵的工作點(diǎn)位于去磁曲線上如圖7.9(a)所示，首先將棒狀永久磁鐵置于充磁機(jī)內(nèi)磁化，使之工作在極限磁滯回線上。然后斷開充磁機(jī)線圈電流，此時(shí)永久磁鐵的工作點(diǎn)在去磁曲線的Br點(diǎn)。將已充磁的永久磁鐵從充磁機(jī)上取下來以前，先用一塊軟磁材料的短路器將其兩個(gè)磁極短路(見圖7.9(b))，使其在取出后的工作點(diǎn)仍在Br附近。將永久磁鐵裝入圖7.8所示的磁系統(tǒng)后再取去短路器。這時(shí)，由于工作氣隙磁阻的影響，永久磁鐵內(nèi)的磁通(或B值)將會(huì)沿著去磁曲線下降，即其工作點(diǎn)在去磁曲線上。

（a）充磁機(jī)（b）短路器圖7.9充磁機(jī)與短路器9/27/202430RockwellAutomation(1)永久磁鐵的工作點(diǎn)位于去磁曲線上注意：在上述情況下，只有在工作過程中磁路內(nèi)的磁阻（主要取決于氣隙磁阻）不變，且磁系統(tǒng)不再經(jīng)受磁性穩(wěn)定的退磁處理時(shí)，永久磁鐵才能穩(wěn)定地工作于去磁曲線上。

歸納起來，永磁工作在去磁曲線上的條件是：①磁系統(tǒng)的部分裝配磁導(dǎo)大于完全裝配磁導(dǎo)；②磁系統(tǒng)在工作過程中無去磁效應(yīng)(電流去磁或磁導(dǎo)去磁)。9/27/202431RockwellAutomation(2)永久磁鐵的工作點(diǎn)位于回復(fù)線上大多數(shù)電器和電機(jī)中永久磁鐵的工作點(diǎn)都不在去磁曲線上，而在回復(fù)線上，因?yàn)楣ぷ髟谌ゴ徘€上很容易受到外界磁場(chǎng)的干擾而改變其工作點(diǎn)，原因如下：假定永久磁鐵原來工作于去磁曲線上的點(diǎn)a，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba,如圖7.10所示。如果有一干擾磁場(chǎng)使永久磁鐵去磁，導(dǎo)致工作點(diǎn)沿去磁曲線下降至點(diǎn)c，那么當(dāng)此干擾磁場(chǎng)消失后，永久磁鐵的工作點(diǎn)不會(huì)再回到點(diǎn)a，而是沿以點(diǎn)c為起始點(diǎn)的回復(fù)線cc’上升到a’點(diǎn)(設(shè)氣隙磁導(dǎo)不變，即負(fù)載線斜率不變)，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba’?？梢?，在干擾磁場(chǎng)作用后，永久磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度由Ba下降為Ba’，因而使工作氣隙中的磁通發(fā)生變化。圖7.10干擾磁場(chǎng)對(duì)工作點(diǎn)的影響9/27/202432RockwellAutomation(2)永久磁鐵的工作點(diǎn)位于回復(fù)線上為了使永久磁鐵的工作點(diǎn)不受