哈工大電器課件第7講-低壓電器及其控制系統(tǒng)課件

問題1、水銀濕式舌簧繼電器的工作原理？相比干簧繼電器的優(yōu)點(diǎn)？工作原理：在毛細(xì)作用下水銀通過動(dòng)簧片的細(xì)槽上升到靜觸點(diǎn)，在靜觸點(diǎn)表面形成導(dǎo)電薄膜。動(dòng)觸點(diǎn)在電磁吸力的作用下進(jìn)行接通和斷開的轉(zhuǎn)換操作。優(yōu)點(diǎn)：

斷開容量大、接觸電阻小、耐壓高、觸點(diǎn)無(wú)回跳、壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)換深度大、控制系數(shù)大等。2/5/20231問題2、鐵氧體剩磁舌簧繼電器的工作原理？當(dāng)兩個(gè)勵(lì)磁線圈同時(shí)通以相同極性和幅值的脈沖（微秒級(jí)）時(shí)，兩個(gè)鐵氧體將并聯(lián)磁化至飽和，大部分磁通通過兩舌簧片及其間的氣隙，氣隙中的磁通產(chǎn)生的電磁吸力使兩舌簧片吸合。當(dāng)兩個(gè)線圈中的任意一個(gè)通以電流脈沖時(shí)，兩個(gè)鐵氧體將串聯(lián)磁化，此時(shí)通過兩舌簧片及其間氣隙的磁通幾乎減小至零，電磁吸力亦幾乎減小至零，兩舌簧片在自身彈力作用下分開，使繼電器釋放。2/5/20232問題3、什么是磁滯回線？什么是回復(fù)線？

2/5/20233電器原理及控制技術(shù)

鄂鵬Email----2/5/202347.7極化繼電器極化繼電器是一種能夠反映輸入信號(hào)極性的繼電器，廣泛應(yīng)用于各種檢測(cè)和控制系統(tǒng)中。一般的直流電磁繼電器是沒有極性的，亦即不能反映線圈電流的方向。這是因?yàn)椋m然線圈電流反向后，磁通也隨之反向，但是磁通所產(chǎn)生的吸力的方向卻總是企圖使氣隙減小。極化繼電器則不同，它的工作氣隙內(nèi)作用有兩個(gè)獨(dú)立的磁通：其一為由永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通；其二為由工作線圈所產(chǎn)生的控制磁通，其大小和方向取決于工作線圈的電流大小和方向。因此，極化繼電器能反應(yīng)工作線圈電壓(或電流)的極性(方向)。2/5/202357.7極化繼電器極化繼電器具有以下特點(diǎn)：

(1)能反映輸人信號(hào)的極性；

(2)靈敏度高；

(3)動(dòng)作快；

(4)熱穩(wěn)定性高；

(5)可多繞組操作；

(6)可制成雙位式、偏倚雙位式、三位式等動(dòng)作方式；

(7)過載能力強(qiáng)

；

(8)操作頻率高。極化繼電器的主要缺點(diǎn)是觸點(diǎn)的切換容量小，一般體積較大，通常只有一組轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。2/5/20236當(dāng)工作線圈通過圖示極性(方向)的電流I時(shí)，則I產(chǎn)生的控制磁通將貫穿地通過氣隙和氣隙，使得氣隙中的合成磁通與氣隙中的合成磁通分別為1.工作原理它們將分別對(duì)銜鐵產(chǎn)生吸力與式中S——左或右氣隙的截面積。2/5/202372.分類與結(jié)構(gòu)（1）極化繼電器按其調(diào)整狀態(tài)(銜鐵位置)及工作方式，可分為三類：雙位式(E式)、偏倚雙位式(Y式)和三位式(S式)，如表7.4所示(表中還給出了其繼電特性及特點(diǎn))。表7.4極化繼電器的三種調(diào)整方式2/5/20238雙位式的左、右靜觸點(diǎn)對(duì)稱地調(diào)整在中間位置(中線)的兩側(cè)，銜鐵從一側(cè)移向另一側(cè)的吸動(dòng)電流值(絕對(duì)值)相同。當(dāng)工作線圈沒有通電時(shí)，銜鐵處于前次動(dòng)作過后的那一側(cè)；當(dāng)工作線圈中的輸入信號(hào)與前次信號(hào)極性相反時(shí)，銜鐵就將倒向另一側(cè)。偏倚雙位式的兩個(gè)靜觸點(diǎn)調(diào)整在中線的同一側(cè)(表7.4中均調(diào)整在左側(cè))。當(dāng)工作線圈中無(wú)電流時(shí)，銜鐵總是倒向遠(yuǎn)離中線的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與遠(yuǎn)離中線的那個(gè)靜觸點(diǎn)(表7.4中為靜觸點(diǎn)1)接觸。只有當(dāng)工作線圈通以某一方向的電流時(shí)，銜鐵才會(huì)倒向另一側(cè)，使動(dòng)觸點(diǎn)與靠近中線的那個(gè)靜觸點(diǎn)(表7.4中為靜觸點(diǎn)2)接觸。三位式的兩個(gè)靜觸點(diǎn)也對(duì)稱地調(diào)整在中線的兩側(cè)，但其銜鐵張掛在簧片上或被兩個(gè)反力彈簧拉緊。當(dāng)工作線圈的輸入信號(hào)為零時(shí)，銜鐵在簧片或反力彈簧的作用下總是穩(wěn)定地保持在中間位置。當(dāng)工作線圈通電且電流達(dá)到某一值時(shí)，銜鐵才偏向一側(cè)；若再通入與前次方向相反的電流，則銜鐵將偏向另一側(cè)。2.分類與結(jié)構(gòu)2/5/202392.分類與結(jié)構(gòu)(2)極化繼電器按觸點(diǎn)系統(tǒng)(舌片)結(jié)構(gòu)的不同，可分為硬舌片與軟舌片兩類，如下圖所示。(a)硬舌片(b)軟舌片2/5/2023102.分類與結(jié)構(gòu)(3)極化繼電器按其銜鐵的固定與轉(zhuǎn)動(dòng)方式，通?？煞譃閮深悾孩巽曡F靠簧片固定的極化繼電器；②銜鐵靠軸固定的極化繼電器，如右圖所示。這兩類極化繼電器的銜鐵均由兩片導(dǎo)磁片(電工鋼等)鉚合而成。(a)靠簧片固定(b)靠軸固定2/5/2023112.分類與結(jié)構(gòu)第一類極化繼電器，是將其銜鐵的兩片導(dǎo)磁片中間夾入彈簧片后鉚緊，并將彈黃片固定于吊架上，則當(dāng)銜鐵偏轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧片發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生簧片反力。當(dāng)簧片較硬、反力較大時(shí)，就可使極化繼電器成為三位式(S式)；當(dāng)簧片較軟、反力較小時(shí)，極化繼電器即成為雙位式(E式)或偏倚雙位式(Y式)。這種簧片吊架式銜鐵上常固定著軟舌片的觸點(diǎn)系統(tǒng)。第二類極化繼電器，是在其銜鐵的兩片導(dǎo)磁片中間夾入轉(zhuǎn)軸。這種結(jié)構(gòu)通常只能使極化繼電器成為雙位式；若要做成三位式，則需在銜鐵兩側(cè)另加反力彈簧將其拉緊。這類極化繼電器的銜鐵為硬舌片，其動(dòng)觸點(diǎn)就直接焊在它的上面。2/5/2023122.分類與結(jié)構(gòu)(4)極化繼電器按磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(永久磁鐵在磁系統(tǒng)中的相對(duì)位置)，主要分為三類：串聯(lián)磁路、并聯(lián)磁路(差動(dòng)式磁路)、橋式磁路。串聯(lián)磁路式磁系統(tǒng)是極化繼電器發(fā)展初期采用的結(jié)構(gòu)，其原理圖及等值磁路如下圖所示。(a)原理圖(b)等效磁路靈敏度較低、工作點(diǎn)不穩(wěn)定2/5/2023132.分類與結(jié)構(gòu)并聯(lián)磁路式磁系統(tǒng)是極化繼電器的進(jìn)一步發(fā)展形式。原理圖等效磁路2/5/2023142.分類與結(jié)構(gòu)橋式磁路磁系統(tǒng)是極化繼電器更進(jìn)一步的發(fā)展形式，也是較完善的一種。(a)原理圖(b)等效磁路2/5/2023152.分類與結(jié)構(gòu)另一種橋式磁路如下圖。(a)原理圖(b)等效磁路2/5/2023162.分類與結(jié)構(gòu)另一種橋式磁路如下圖。(a)原理圖(b)等效磁路2/5/2023173、典型極化繼電器極化繼電器主要追求的指標(biāo)：高靈敏度快速動(dòng)作因而其觸點(diǎn)系統(tǒng)多采用小的接觸壓力：(2～6)g小的開距：(0.06～0.1)mm，特殊用途也有采用較大開距的。2/5/2023187.8磁保持繼電器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2900.17對(duì)磁保持繼電器的定義是：保持繼電器(patchingrelay)是在去除激勵(lì)量后，仍保持激勵(lì)時(shí)狀態(tài)的一種雙穩(wěn)態(tài)繼電器。以硬磁或半硬磁材料的磁力保持激勵(lì)時(shí)狀態(tài)的稱為磁保持繼電器。前面介紹的雙位式極化繼電器具有這種功能。磁保持繼電器系指觸點(diǎn)容量與一般電磁繼電器相近（比極化繼電器的大）的具有保持功能的繼電器。磁保持繼電器有時(shí)又稱為磁閉鎖繼電器或脈沖繼電器。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的磁保持繼電器按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中使用硬磁或半硬磁材料的不同，劃分成兩大系列品種：帶有永久磁鐵的磁保持繼電器和不帶永久磁鐵、而是含有半硬磁材料的磁保持繼電器。2/5/2023191.帶有永久磁鐵的磁保持繼電器帶有永久磁鐵的磁保持繼電器的結(jié)構(gòu)原理與連接方式如下圖7.46所示。帶有永久磁鐵的磁保持繼電器的結(jié)構(gòu)原理與連接方式如下圖7.46所示。(a)基于線圈電流方向變換而動(dòng)作的連接(b)差動(dòng)式連接(c)自保持和復(fù)原線圈分開2/5/2023201.帶有永久磁鐵的磁保持繼電器分類根據(jù)線圈的連接方式，帶有永久磁鐵的磁保持繼電器可分為三種：第一種是兩個(gè)線圈串聯(lián)(上圖

(a)）；第二種是差動(dòng)式連接(上圖

(b))；第三種是將自保持與復(fù)原線圈分開(上圖

(c))。2/5/2023211.帶有永久磁鐵的磁保持繼電器特點(diǎn)帶有永久磁鐵的磁保持繼電器的最顯著的特點(diǎn)是，只需在線圈中通以一定方向和大小的電流脈沖，就可以實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，即采用脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)，并且在線圈斷電(脈沖消失)后可自保持。采用脈沖驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：

①節(jié)約電能；②使線圈發(fā)熱降到最低限度；③可采用過激勵(lì)，以便繼電器獲得更快的動(dòng)作速度。2/5/2023221.帶有永久磁鐵的磁保持繼電器特點(diǎn)靈敏度高動(dòng)作迅速磁效率高觸點(diǎn)的接觸穩(wěn)定性好能耐受高的沖擊與振動(dòng)可靠性高2/5/2023231.帶有永久磁鐵的磁保持繼電器磁保持繼電器的輸入脈沖：簡(jiǎn)單的矩形波直流電壓通過電容器對(duì)其線圈產(chǎn)生充電或放電的兩種極性相反的脈沖繼電器本身的動(dòng)斷觸點(diǎn)串接到線圈回路里的信號(hào)：在動(dòng)斷觸點(diǎn)動(dòng)作后，直流電源即被切斷。2/5/2023242.含半硬磁材料的磁保持繼電器

實(shí)際上就是一般的電磁通用繼電器，只不過是將它的鐵心材料由工程純鐵改為半硬磁材料，并盡量減小非工作氣隙及閉合主氣隙磁壓降，以增大剩磁磁通。存在的問題：

當(dāng)繼電器線圈通過正向脈沖時(shí)，繼電器銜鐵吸合并自保持；要使繼電器銜鐵返回釋放位置，必須在線圈中通以反向脈沖，但如果反向脈沖幅值太小，可能不足以消除鐵心中的剩磁而使銜鐵不能釋放，而反向脈沖幅值太大時(shí)，又可能使鐵心中產(chǎn)生較大的反向剩磁而使銜鐵不能釋放。

2/5/2023257.9磁電式繼電器磁電式繼電器靈敏度極高。工作原理：（圖7.48）

當(dāng)動(dòng)圈3中通入電流后，這個(gè)電流就在永磁磁場(chǎng)的作用下受到力的作用，從而產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩并推動(dòng)載流動(dòng)圈3旋轉(zhuǎn)。當(dāng)動(dòng)圈3中的電流達(dá)到某一數(shù)值而使動(dòng)圈3轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸。若將動(dòng)圈3中的電流減小到某一數(shù)值，動(dòng)圈就將在返回彈簧（圖中未畫出）的反力作用下返回，動(dòng)靜觸點(diǎn)開始分離；電流減小至零后，動(dòng)圈就返回至原位。如果將動(dòng)圈中的電流反向，那么動(dòng)圈也將會(huì)向反方向旋轉(zhuǎn)。2/5/2023267.9磁電式繼電器磁電式繼電器的特點(diǎn)：靈敏度極高，吸合功率小至1.0E-10W；返回系數(shù)高，可達(dá)0.99能反映輸入信號(hào)的方向（極性），具有一般極化繼電器的作用，但更靈敏具有較好的穩(wěn)定性觸點(diǎn)材料為白金或金鎳合金，因觸點(diǎn)壓力小，故控制功率低輸入信號(hào)應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)變化，因可動(dòng)部分不能承受沖擊負(fù)荷2/5/2023277.9磁電式繼電器磁電式繼電器的分類：外磁式：永久磁鐵位于動(dòng)圈的外面；內(nèi)磁式：永久磁鐵位于動(dòng)圈的里面；動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)：永磁固定、線圈運(yùn)動(dòng)；動(dòng)磁式結(jié)構(gòu)：線圈固定、永磁運(yùn)動(dòng)。2/5/2023287.10永磁返回式繼電器永磁返回式繼電器是一種依靠永久磁鐵磁通產(chǎn)生的吸力使銜鐵返回到打開位置的電磁繼電器。工作原理：在磁極A和B之間放一塊永久磁鐵，當(dāng)線圈斷電、銜鐵打開接近磁極A時(shí)，由永久磁鐵產(chǎn)生的磁通使銜鐵吸合于磁極A。當(dāng)線圈通電時(shí)，鐵心中由線圈激磁磁勢(shì)所產(chǎn)生的磁通的方向與永磁產(chǎn)生的磁通的方向相反。激磁磁勢(shì)所產(chǎn)生的磁通絕大部分通過銜鐵與磁極B之間的空氣隙，使銜鐵受到一個(gè)很大的吸向磁極B的電磁吸力的作用，它克服動(dòng)合觸點(diǎn)的壓力，而使銜鐵迅速達(dá)到閉合位置（與磁極B緊密接觸）。永磁鐵起到彈簧的作用。2/5/2023297.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算1.差動(dòng)式極化磁系統(tǒng)(a)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(b)等效磁路2/5/2023307.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算以B=f(H)表示永磁的回復(fù)線。由等效磁路可得：(7.89)(7.90)(7.91)(7.92)式中永磁長(zhǎng)度。2/5/2023317.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算令,即則式(7.90)(7.91)變?yōu)?7.93)(7.94)(7.95)由式(7.89)、(7.94)、(7.95)消去，求得永磁的B與H關(guān)系的方程式，再與式(7.92)聯(lián)立求解，即可求出永磁的工作點(diǎn)。2/5/2023327.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算由式(7.95)(7.94)得將式(7.98)代入上式，有即令有(7.96)(7.97)(7.98)(7.99)2/5/2023337.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算令可得即式中S為永磁的截面積。令則式(7.103)可寫成I=0時(shí)，式(7.106)變?yōu)?7.100)(7.101)(7.102)(7.103)(7.106)(7.107)上式稱為空載特性。2/5/2023347.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算由于永磁的工作點(diǎn)在回復(fù)線上，故可將表示永磁回復(fù)線特性關(guān)系的式(7.9)與式(7.106)聯(lián)立，求出永磁的工作點(diǎn)(H，B)，即(7.108)2/5/2023357.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算也可用作圖的方法求出(H，B)，如圖7.52所示(分和兩種情況)。圖中(7.109)(7.110)2/5/202336圖7.52差動(dòng)式極化磁系統(tǒng)磁路圖解2/5/2023377.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算將式(7.101)代入式(7.105)，再代入式(7.106)，有其原因如下：實(shí)際上，單就求解永磁的工作點(diǎn)來(lái)說，只要根據(jù)式(7.106)畫出斜率為的直線即可；圖7.52中所以畫出了斜率為、的直線，是為了更好地理解式(7.111)與式(7.106)的關(guān)系。2/5/2023387.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算2.橋式極化磁系統(tǒng)(1)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅰ的磁路計(jì)算（a）磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅰ(a)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的等效磁路Ⅰ2/5/2023397.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算(7.114)(7.115)(7.116)(7.117)(7.118)(7.119)先研究與,與的關(guān)系。由式(7.116)、(7.117)得由式(7.114)、(7.115)得(7.120)2/5/2023407.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算將式(7.120)代入上式,有即一般故同樣地根據(jù)以上兩式,式(7.114),(7.116),(7.118)變?yōu)橄?求出表示永磁的H與B關(guān)系的方程式(7.121)(7.122)(7.123)(7.124)(7.125)(7.126)2/5/2023417.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算由式(7.124),(7.126)得又由式(7.124),(7.126)得式(7.127)乘以減去式(7.128)乘以,并考慮到式(7.125),得即因而由上式及永磁的回復(fù)線,可得永磁工作點(diǎn)(H,B)的圖解,如圖7.55所示。(7.127)(7.128)(7.129)(7.130)2/5/2023427.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算由式(7.127),(7.128)可求得工作氣隙磁通,(7.131)(7.132)2/5/202343圖7.55橋式磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I的永磁工作點(diǎn)圖解2/5/2023447.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算（2）磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅱ的磁路計(jì)算(b)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅱ(b)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅱ等效磁路2/5/2023457.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算整理后得H和B的關(guān)系氣隙磁通(7.133)(7.134)(7.135)(7.139)永磁工作點(diǎn)(H,B)的圖解如圖7.56所示.(7.140)(7.141)2/5/202346圖7.56橋式磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅱ的永磁工作點(diǎn)圖解2/5/2023477.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算（3）磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅲ的磁路計(jì)算(c)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅲ(c)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ⅲ等效磁路2/5/2023487.11極化磁系統(tǒng)的磁路計(jì)算整理后得H和B的關(guān)系氣隙磁通(7.142)(7.143)(7.144)圖7.57給出了永磁工作點(diǎn)(H,B)的圖解(7.145)(7.14