哈工大电器课件第7讲-低压电器及其控制系统.ppt

1、2020/11/11,哈尔滨工业大学,1,问题,1、水银湿式舌簧继电器的工作原理？相比干簧继电器的优点？,工作原理： 在毛细作用下水银通过动簧片的细槽上升到静触点，在静触点表面形成导电薄膜。动触点在电磁吸力的作用下进行接通和断开的转换操作。,优点： 断开容量大、接触电阻小、耐压高、触点无回跳、寿命长、转换深度大、控制系数大等。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,2,问题,2、铁氧体剩磁舌簧继电器的工作原理？,当两个励磁线圈同时通以相同极性和幅值的脉冲（微秒级）时，两个铁氧体将并联磁化至饱和，大部分磁通通过两舌簧片及其间的气隙，气隙中的磁通产生的电磁吸力使两舌簧片吸合。 当两个线圈中的任意一

2、个通以电流脉冲时，两个铁氧体将串联磁化，此时通过两舌簧片及其间气隙的磁通几乎减小至零，电磁吸力亦几乎减小至零，两舌簧片在自身弹力作用下分开，使继电器释放。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,3,问题,3、什么是磁滞回线？什么是回复线？,2020/11/11,哈尔滨工业大学,4,电器原理及控制技术,鄂鹏 Email- ,2020/11/11,哈尔滨工业大学,5,7.7 极化继电器,极化继电器是一种能够反映输入信号极性的继电器，广泛应用于各种检测和控制系统中。 一般的直流电磁继电器是没有极性的，亦即不能反映线圈电流的方向。这是因为，虽然线圈电流反向后，磁通也随之反向，但是磁通所产生的吸力的方向

3、却总是企图使气隙减小。 极化继电器则不同，它的工作气隙内作用有两个独立的磁通：其一为由永久磁铁产生的极化磁通；其二为由工作线圈所产生的控制磁通，其大小和方向取决于工作线圈的电流大小和方向。因此，极化继电器能反应工作线圈电压(或电流)的极性(方向)。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,6,7.7 极化继电器,极化继电器具有以下特点： (1)能反映输人信号的极性； (2)灵敏度高； (3)动作快； (4)热稳定性高； (5)可多绕组操作； (6)可制成双位式、偏倚双位式、三位式等动作方式； (7)过载能力强 ； (8)操作频率高。 极化继电器的主要缺点是触点的切换容量小，一般体积较大，通常只有

4、一组转换触点。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,7,当工作线圈通过图示极性(方向)的电流 I 时，则 I 产生的控制磁通 将贯穿地通过气隙 和气隙 ，使得气隙 中的合成磁通 与气隙 中的合成磁通 分别为,1.工作原理,它们将分别对衔铁产生吸力 与,式中 S 左或右气隙的截面积。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,8,2.分类与结构,（1）极化继电器按其调整状态(衔铁位置)及工作方式，可分为三类：双位式(E式)、偏倚双位式(Y式)和三位式(S式)，如表7.4所示(表中还给出了其继电特性及特点)。,表7.4 极化继电器的三种调整方式,2020/11/11,哈尔滨工业大学,9,双位式的左、

5、右静触点对称地调整在中间位置(中线)的两侧，衔铁从一侧移向另一侧的吸动电流值(绝对值)相同。当工作线圈没有通电时，衔铁处于前次动作过后的那一侧；当工作线圈中的输入信号与前次信号极性相反时，衔铁就将倒向另一侧。 偏倚双位式的两个静触点调整在中线的同一侧(表7.4中均调整在左侧)。当工作线圈中无电流时，衔铁总是倒向远离中线的位置，使动触点与远离中线的那个静触点(表7.4中为静触点1)接触。只有当工作线圈通以某一方向的电流时，衔铁才会倒向另一侧，使动触点与靠近中线的那个静触点(表7.4中为静触点2)接触。 三位式的两个静触点也对称地调整在中线的两侧，但其衔铁张挂在簧片上或被两个反力弹簧拉紧。当工作线

6、圈的输入信号为零时，衔铁在簧片或反力弹簧的作用下总是稳定地保持在中间位置。当工作线圈通电且电流达到某一值时，衔铁才偏向一侧；若再通入与前次方向相反的电流，则衔铁将偏向另一侧。,2.分类与结构,2020/11/11,哈尔滨工业大学,10,2.分类与结构,(2) 极化继电器按触点系统(舌片)结构的不同，可分为硬舌片与软舌片两类，如下图所示。,(a)硬舌片,(b)软舌片,2020/11/11,哈尔滨工业大学,11,2.分类与结构,(3)极化继电器按其衔铁的 固定与转动方式，通常 可分为两类： 衔铁靠簧片固定的极化 继电器； 衔铁靠轴固定的极化继 电器，如右图所示。 这两类极化继电器的衔铁 均由两片导

7、磁片(电工钢等) 铆合而成。,(a)靠簧片固定,(b)靠轴固定,2020/11/11,哈尔滨工业大学,12,2.分类与结构,第一类极化继电器，是将其衔铁的两片导磁片中间夹入弹簧片后铆紧，并将弹黄片固定于吊架上，则当衔铁偏转时，弹簧片发生扭转，从而产生簧片反力。当簧片较硬、反力较大时，就可使极化继电器成为三位式(S式)；当簧片较软、反力较小时，极化继电器即成为双位式(E式)或偏倚双位式(Y式)。这种簧片吊架式衔铁上常固定着软舌片的触点系统。 第二类极化继电器，是在其衔铁的两片导磁片中间夹入转轴。这种结构通常只能使极化继电器成为双位式；若要做成三位式，则需在衔铁两侧另加反力弹簧将其拉紧。这类极化继

8、电器的衔铁为硬舌片，其动触点就直接焊在它的上面。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,13,2.分类与结构,(4)极化继电器按磁系统结构(永久磁铁在磁系统中的相对位置)，主要分为三类：串联磁路、并联磁路(差动式磁路)、桥式磁路。 串联磁路式磁系统是极化继电器发展初期采用的结构，其原理图及等值磁路如下图所示。,(a)原理图,(b)等效磁路,灵敏度较低、工作点不稳定,2020/11/11,哈尔滨工业大学,14,2.分类与结构,并联磁路式磁系统是极化继电器的进一步发展形式。,原理图,等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,15,2.分类与结构,桥式磁路磁系统是极化继电器更进一步的发展形式，

9、也是较完善的一种。,(a)原理图,(b)等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,16,2.分类与结构,另一种桥式磁路如下图。,(a)原理图,(b)等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,17,2.分类与结构,另一种桥式磁路如下图。,(a)原理图,(b)等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,18,3、典型极化继电器,极化继电器主要追求的指标： 高灵敏度 快速动作 因而其触点系统多采用 小的接触压力：(26) g 小的开距：(0.060.1 ) mm ，特殊用途也有采用较大开 距的。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,19,7.8 磁保持继电器,国家标准GB2900.

10、17对磁保持继电器的定义是：保持继电器(patching relay)是在去除激励量后，仍保持激励时状态的一种双稳态继电器。以硬磁或半硬磁材料的磁力保持激励时状态的称为磁保持继电器。 前面介绍的双位式极化继电器具有这种功能。 磁保持继电器系指触点容量与一般电磁继电器相近（比极化继电器的大）的具有保持功能的继电器。 磁保持继电器有时又称为磁闭锁继电器或脉冲继电器。目前，国内生产的磁保持继电器按其内部结构中使用硬磁或半硬磁材料的不同，划分成两大系列品种：带有永久磁铁的磁保持继电器和不带永久磁铁、而是含有半硬磁材料的磁保持继电器。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,20,1. 带有永久磁铁的磁保

11、持继电器,带有永久磁铁的磁保持继电器的结构原理与连接方式如下图7.46所示。,带有永久磁铁的磁保持继电器的结构原理与连接方式如下图7.46所示。,(a)基于线圈电流方向变换而动作的连接,(b)差动式连接,(c)自保持和复原线圈分开,2020/11/11,哈尔滨工业大学,21,1. 带有永久磁铁的磁保持继电器,分类 根据线圈的连接方式，带有永久磁铁的磁保持继电器可分为三种： 第一种是两个线圈串联(上图 (a)）； 第二种是差动式连接(上图 (b)； 第三种是将自保持与复原线圈分开(上图 (c)。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,22,1. 带有永久磁铁的磁保持继电器,特点 带有永久磁铁的磁

12、保持继电器的最显著的特点是，只需在线圈中通以一定方向和大小的电流脉冲，就可以实现工作状态的转换，即采用脉冲来驱动，并且在线圈断电(脉冲消失)后可自保持。采用脉冲驱动的主要优点为： 节约电能； 使线圈发热降到最低限度； 可采用过激励，以便继电器获得更快的动作速度。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,23,1. 带有永久磁铁的磁保持继电器,特点 灵敏度高 动作迅速 磁效率高 触点的接触稳定性好 能耐受高的冲击与振动 可靠性高,2020/11/11,哈尔滨工业大学,24,1. 带有永久磁铁的磁保持继电器,磁保持继电器的输入脉冲： 简单的矩形波 直流电压通过电容器对其线圈产生充电或放电的两种极性相

13、反的脉冲 继电器本身的动断触点串接到线圈回路里的信号：在动断触点动作后，直流电源即被切断。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,25,2. 含半硬磁材料的磁保持继电器,实际上就是一般的电磁通用继电器，只不过是将它的铁心材料由工程纯铁改为半硬磁材料，并尽量减小非工作气隙及闭合主气隙磁压降，以增大剩磁磁通。 存在的问题： 当继电器线圈通过正向脉冲时，继电器衔铁吸合并自保持；要使继电器衔铁返回释放位置，必须在线圈中通以反向脉冲，但如果反向脉冲幅值太小，可能不足以消除铁心中的剩磁而使衔铁不能释放，而反向脉冲幅值太大时，又可能使铁心中产生较大的反向剩磁而使衔铁不能释放。,2020/11/11,哈尔滨工

14、业大学,26,7.9 磁电式继电器,磁电式继电器灵敏度极高。 工作原理：（图7.48） 当动圈3中通入电流后，这个电流就在永磁磁场的作用下受到力的作用，从而产生一转矩并推动载流动圈3旋转。当动圈3中的电流达到某一数值而使动圈3转过一定角度时，动触点与静触点接触。若将动圈3中的电流减小到某一数值，动圈就将在返回弹簧（图中未画出）的反力作用下返回，动静触点开始分离；电流减小至零后，动圈就返回至原位。如果将动圈中的电流反向，那么动圈也将会向反方向旋转。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,27,7.9 磁电式继电器,磁电式继电器的特点： 灵敏度极高，吸合功率小至1.0E-10W； 返回系数高，可达

15、0.99 能反映输入信号的方向（极性），具有一般极化继电器的作用，但更灵敏 具有较好的稳定性 触点材料为白金或金镍合金，因触点压力小，故控制功率低 输入信号应连续平稳变化，因可动部分不能承受冲击负荷,2020/11/11,哈尔滨工业大学,28,7.9 磁电式继电器,磁电式继电器的分类： 外磁式：永久磁铁位于动圈的外面； 内磁式：永久磁铁位于动圈的里面； 动圈式结构：永磁固定、线圈运动； 动磁式结构：线圈固定、永磁运动。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,29,7.10 永磁返回式继电器,永磁返回式继电器是一种依靠永久磁铁磁通产生的吸力使衔铁返回到打开位置的电磁继电器。 工作原理： 在磁极A

16、和B之间放一块永久磁铁，当线圈断电、衔铁打开接近磁极A时，由永久磁铁产生的磁通使衔铁吸合于磁极A。当线圈通电时，铁心中由线圈激磁磁势所产生的磁通的方向与永磁产生的磁通的方向相反。激磁磁势所产生的磁通绝大部分通过衔铁与磁极B之间的空气隙，使衔铁受到一个很大的吸向磁极B的电磁吸力的作用，它克服动合触点的压力，而使衔铁迅速达到闭合位置（与磁极B紧密接触）。,永磁铁起到弹簧的作用。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,30,7.11 极化磁系统的磁路计算,1. 差动式极化磁系统,(a)磁系统结构,(b)等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,31,7.11 极化磁系统的磁路计算,以B=f(H

17、)表示永磁的回复线。由等效磁路可得：,(7.89),(7.90),(7.91),(7.92),式中 永磁长度。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,32,7.11 极化磁系统的磁路计算,令,即,则式(7.90) (7.91)变为,(7.93),(7.94),(7.95),由式(7.89) 、(7.94) 、(7.95)消去 ，求得永磁的B与H关系的方程式，再与式 (7.92)联立求解，即可求出永磁的工作点。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,33,7.11 极化磁系统的磁路计算,由式(7.95) (7.94)得,将式(7.98)代入上式，有,即,令,有,(7.96),(7.97),(7.

18、98),(7.99),2020/11/11,哈尔滨工业大学,34,7.11 极化磁系统的磁路计算,令,可得,即,式中S为永磁的截面积。令,则式(7.103)可写成,I=0时，式(7.106)变为,(7.100),(7.101),(7.102),(7.103),(7.106),(7.107),上式称为空载特性。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,35,7.11 极化磁系统的磁路计算,由于永磁的工作点在回复线上，故可将表示永磁回复线特性 关系的式(7.9)与式(7.106)联立，求出永磁的工作点(H，B)，即,(7.108),2020/11/11,哈尔滨工业大学,36,7.11 极化磁系统的磁

19、路计算,也可用作图的方法求出(H，B)，如图7.52所示(分 和 两种情况)。图中,(7.109),(7.110),2020/11/11,哈尔滨工业大学,37,图7.52 差动式极化磁系统磁路图解,2020/11/11,哈尔滨工业大学,38,7.11 极化磁系统的磁路计算,将式(7.101)代入式(7.105)，再代入式(7.106)，有,其原因如下：,实际上，单就求解永磁的工作点来说，只要根据式(7.106)画出斜率为 的直线即可； 图7.52中所以画出了斜率为 、 的直线，是为了更好地理解式(7.111) 与式(7.106)的关系。,2020/11/11,哈尔滨工业大学,39,7.11 极

20、化磁系统的磁路计算,2.桥式极化磁系统 (1)磁系统结构的磁路计算,（a）磁系统结构,(a)磁系统结构 的等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,40,7.11 极化磁系统的磁路计算,(7.114),(7.115),(7.116),(7.117),(7.118),(7.119),先研究 与 , 与 的关系。,由式(7.116)、(7.117)得,由式(7.114)、(7.115)得,(7.120),2020/11/11,哈尔滨工业大学,41,7.11 极化磁系统的磁路计算,将式(7.120)代入上式,有,即,一般,故,同样地,根据以上两式,式(7.114),(7.116),(7.118

21、)变为,消去 ,求出表示永磁的H与B关系的方程式,(7.121),(7.122),(7.123),(7.124),(7.125),(7.126),2020/11/11,哈尔滨工业大学,42,7.11 极化磁系统的磁路计算,由式(7.124),(7.126)得,又由式(7.124),(7.126)得,式(7.127)乘以 减去式(7.128)乘以 ,并考虑到式(7.125),得,即,因而,由上式及永磁的回复线,可得永磁工作点(H,B)的图解,如图7.55所示。,(7.127),(7.128),(7.129),(7.130),2020/11/11,哈尔滨工业大学,43,7.11 极化磁系统的磁路计

22、算,由式(7.127),(7.128)可求得工作气隙磁通 ,(7.131),(7.132),2020/11/11,44,图7.55 桥式磁系统结构I的永磁工作点图解,2020/11/11,哈尔滨工业大学,45,7.11 极化磁系统的磁路计算,（2）磁系统结构的磁路计算,(b)磁系统结构,(b)磁系统结构等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,46,7.11 极化磁系统的磁路计算,整理后得H和B的关系,气隙磁通,(7.133),(7.134),(7.135),(7.139),永磁工作点(H,B)的图解如图7.56所示.,(7.140),(7.141),2020/11/11,47,图7.56 桥式磁系统结构的永磁工作点图解,2020/11/11,哈尔滨工业大学,48,7.11 极化磁系统的磁路计算,（3）磁系统结构的磁路计算,(c)磁系统结构,(c)磁系统结构等效磁路,2020/11/11,哈尔滨工业大学,49,7.11 极化磁系统的磁路计算,整理后得H和B的关系,气隙磁通,(7.142),(7.143),(7.14