磁保持繼電器工作原理與開(kāi)發(fā)困境-電力論文-水利論文

磁保持繼電器工作原理與開(kāi)發(fā)困境-電力論文-水利論文——文章均為WORD文檔，下載后可直接編輯使用亦可打印——

摘要：近年來(lái),隨著科技各個(gè)方面的發(fā)展,對(duì)低壓電器性能的要求也越來(lái)越高。因此,發(fā)展智能低壓產(chǎn)品是一大趨勢(shì)。最近幾年單項(xiàng)磁保持繼電器和三相磁保持繼電器是一種發(fā)展起來(lái)的新型繼電器,越來(lái)越受到人們的青睞。三相磁保持繼電器常常應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用,對(duì)保持生產(chǎn)的正常穩(wěn)定性具有十分重要的意義。因?yàn)榇疟３掷^電器的動(dòng)態(tài)性能直接影響其控制的電路是否能正常工作。因此研究磁保持繼電器(三相)具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：三相磁;繼電器;難點(diǎn);

隨著科技發(fā)展的越來(lái)越迅猛,對(duì)繼電器的要求也越來(lái)越高。尤其對(duì)于航空航天軍用繼電器而言,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,輕便可靠,低功耗繼電器更加備受青睞。因此成為人們相續(xù)研究的對(duì)象。這種繼電器的顯著的特點(diǎn)是它不需要長(zhǎng)時(shí)間通電。一旦施加動(dòng)作和復(fù)位脈沖,它就可以切換觸點(diǎn)狀態(tài)。因此,磁鎖或脈沖繼電器。電磁機(jī)構(gòu)中帶有永磁體的電磁保持繼電器與極化繼電器非常相似。并且具有靈敏度高,動(dòng)作快,對(duì)極化繼電器的環(huán)境條件耐受性高等優(yōu)點(diǎn)。于普通的繼電器相比,磁保持繼電器具有更加可靠的穩(wěn)定性,由于磁保持繼電器的銜鐵要比一般的繼電器的質(zhì)量大一些,可以更加有效的防止外界信號(hào)的干擾,換句話說(shuō)抗干擾性更強(qiáng)。因此,磁保持繼電器具有更加可靠的能力,適應(yīng)性更加廣泛,得到人們廣泛的應(yīng)用。

1磁保持繼電器發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,三維軟件輔助設(shè)計(jì)的日趨成熟,三維動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的仿真模型目的是創(chuàng)建一個(gè)與實(shí)際物理原型相匹配的數(shù)字仿真模型。三維仿真可使人們更加直觀的了解產(chǎn)品的表面特征和機(jī)械性能等相關(guān)問(wèn)題,具有許多優(yōu)點(diǎn),因此,在許多領(lǐng)域中都需要仿真模型或者三維輔助。低壓斷路器的結(jié)構(gòu)制造等等領(lǐng)域都直接或間接滲透著三維仿真。對(duì)于磁保持繼電器,它依靠永磁作用進(jìn)行工作。通常磁作用在施加線圈兩端的動(dòng)作脈沖時(shí),使靜觸頭和動(dòng)觸頭保持?jǐn)嚅_(kāi)或閉合狀態(tài)。

2磁保持繼電器的術(shù)語(yǔ)和特性

2.1磁保持繼電器術(shù)語(yǔ)

(1)電壓的概念其中主要是各種類型的狀態(tài)(動(dòng)作與不動(dòng)作、釋放與吸合);

(2)時(shí)間的概念,主要指釋放時(shí)間,釋放回跳,吸合,吸合回跳;

(3)觸點(diǎn)壓力,根部壓力;

(4)接觸電阻,回路電阻,線圈電阻,絕緣電阻,取樣電阻;

(5)保持力,即銜鐵組件閉合和釋放。

2.2磁保持繼電器的特性

特性主要包括閉合電壓、釋放電壓、閉合時(shí)間、釋放時(shí)間、脈沖寬度、線圈功率、接觸電阻、觸點(diǎn)壓力、觸點(diǎn)間耐壓、觸點(diǎn)與線包間耐壓。

3工作原理具體介紹

3.1磁保持繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

磁保持繼電器的主要結(jié)構(gòu),如圖1電磁繼電器電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示。磁保持繼電器包括永久磁鐵,軛鐵,鐵線、線圈組成。永久磁鐵包括上磁極和下磁極。磁保持繼電器可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)整個(gè)接觸機(jī)構(gòu)工作,是通過(guò)軛鐵與銜鐵組件之間的電磁力的作用。磁保持繼電器的材料需選擇具有高磁導(dǎo)率的磁性材料(如電工純鐵DT4E),因?yàn)殍F芯與軛鐵必須牢固結(jié)合。具體的磁保持繼電器的形式如圖2所示產(chǎn)品實(shí)物圖。

圖2產(chǎn)品實(shí)物圖

接觸機(jī)構(gòu)是磁保持繼電器的主要?jiǎng)幼鳈C(jī)構(gòu)。它的部件包括動(dòng)觸電、靜觸電、靜片、動(dòng)簧片、導(dǎo)電片等部件組成。具體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3接觸機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。通過(guò)靜片和導(dǎo)電片之間的動(dòng)簧片組件進(jìn)行連接而導(dǎo)通,從而使產(chǎn)品導(dǎo)通或斷開(kāi)。磁保持繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)間,需保持一個(gè)空載壓力。接觸結(jié)構(gòu)的材料必須選擇電阻率低的材料(如負(fù)載段選用純銅T2,動(dòng)簧片選用鈹青銅)。

圖1電磁繼電器電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3接觸機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

磁保持繼電器在電路中起到開(kāi)關(guān)的作用。它是通過(guò)自身的磁性來(lái)維持工作的狀態(tài),例如開(kāi)通或者斷開(kāi),即保持電路的閉合。由于磁保持繼電器無(wú)需外部施加任何力量來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或者斷開(kāi)的狀態(tài)。因此在保持電路具有一定的功能時(shí),只需要對(duì)其施加脈沖電信號(hào)即可。

3.2磁保持繼電器工作原理

磁保持繼電器的工作原理。磁保持繼電器包括觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)時(shí)的電磁、熱、機(jī)械等過(guò)程。磁保持繼電器通電時(shí),根據(jù)同極相排斥,異極相吸引的原理。線圈通電后,便產(chǎn)生相應(yīng)的磁力。這個(gè)時(shí)候,當(dāng)極相吸引時(shí)便會(huì)產(chǎn)生閉合的狀態(tài),稱為磁繼電器保持閉合狀態(tài)。同理,當(dāng)通電后,磁力相排斥時(shí),就會(huì)打開(kāi),稱為磁保持繼電器的打開(kāi)狀態(tài)。這是磁保持繼電器的雙穩(wěn)態(tài)。安裝板包裹上,下磁極和永磁體,并被頂部球體推動(dòng)。安裝板上各有一柱狀突起上下表面通過(guò)銜鐵組件的突出部被固定在整個(gè)繼電器殼體的槽內(nèi),上部需要新的夾板與銜鐵組件一起盡可能旋轉(zhuǎn)軸線發(fā)生小的偏移。當(dāng)電磁機(jī)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),左、右磁路呈對(duì)稱分布的磁路結(jié)構(gòu)。當(dāng)線圈工作沒(méi)有電流,由永久磁鐵通過(guò)磁場(chǎng)磁極、磁軛之間的空氣間隙分別產(chǎn)生磁通,磁通,在中間位置的銜鐵四條件下在對(duì)稱的吸力產(chǎn)生,空氣間隙相等,所以力是相同的。磁保持繼電器是依靠永磁作用,保持觸頭斷開(kāi)或閉合,只有對(duì)線圈端施加磁場(chǎng)脈沖動(dòng)作,以抵消永磁線圈電流的磁閉鎖繼電器動(dòng)作。

圖4電氣動(dòng)作原理圖

磁保持繼電器的電氣動(dòng)作原理,主要是因?yàn)橛来朋w具有一定的磁極方向,并通過(guò)鐵芯,磁軛,磁極和永磁體進(jìn)行動(dòng)作。如圖4電氣動(dòng)作原理圖所示,圖中的箭頭所示,由于氣隙1、4的尺寸比氣隙2、3的尺寸小得多,因此整個(gè)組件受到以下的影響:只有由閉合磁路中的永磁體與線圈A逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩相交,電磁轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定狀態(tài)與磁阻反轉(zhuǎn)方向相反,并阻止平衡鐵(磁鋼中心軸,銜鐵組件在1、3號(hào)空氣間隙中分別以相同尺寸的4、2號(hào)空氣間隙相反)回復(fù)。施加電壓后,線圈電流逐漸增加。銜鐵組件開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),組件上的球狀體使推桿驅(qū)動(dòng)接觸器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),直到磁極被軛鐵再次阻塞,銜鐵組件再次停止。當(dāng)脈沖電壓從線圈中去除時(shí),銜鐵組件在永磁體的作用下保持在其最終位置。

3.3磁保持繼電器開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

開(kāi)發(fā)一款磁保持電磁繼電器,如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),即量產(chǎn)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn),開(kāi)發(fā)結(jié)果是失敗的,所以在開(kāi)始開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)前需注意以下關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)和工藝設(shè)計(jì)點(diǎn):

3.3.1關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)

3.3.1.1換向保持力

影響的因素有:(1)磁鐵的厚度;(2)軸孔的配合間隙;(3)銜鐵片與軛鐵的接觸面積;(4)銜鐵片與軛鐵間的距離比。

3.3.1.2磁路設(shè)計(jì)

注意點(diǎn):(1)鐵芯的設(shè)計(jì)方法(常用疊合法和鉚接法);(2)注意漏磁(掌握電磁和永磁的磁通量);(3)永磁鐵與軛鐵的厚度比例。

3.3.1.3接觸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

注意點(diǎn):(1)必須考慮洛倫磁力的影響(左手定律);(2)負(fù)載零件的材料和厚度的選擇(溫升影響);(3)觸點(diǎn)頭部尺寸的選擇;(4)觸點(diǎn)間壓力的預(yù)設(shè)定。

3.3.1.4推動(dòng)片的設(shè)計(jì)

注意點(diǎn):(1)空行程(銜鐵組件在推動(dòng)片內(nèi)的行程);(2)超行程(動(dòng)簧片組件的位置)。

3.3.1.5外殼(基座和上蓋)的設(shè)計(jì)

注意點(diǎn):(1)線圈組件中軛鐵的位置(基座中的位置);(2)靜片的位置(基座中位置);(3)靜片固定后的強(qiáng)度;(4)基座的壁厚需均勻;(5)基座和蓋間隙控制。

3.3.2關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)點(diǎn)

(1)工藝文件(BOM表,工藝流程圖,作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等);

(2)工裝治具設(shè)計(jì)(軛鐵整形,鉚接強(qiáng)度等);

(3)熱老練工序(基座,推動(dòng)卡,銜鐵組件,半成品等);

(4)焊接、鉚合工序(焊接強(qiáng)度,鉚接強(qiáng)度、延展和阻值);

(5)測(cè)量工序(根部壓力,觸點(diǎn)壓力,綜合測(cè)試,接觸電阻等)。

以上都是為了保證磁保持繼電器在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),工藝設(shè)計(jì)方面前期需考慮的內(nèi)容,但還需結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常進(jìn)行優(yōu)化,例如有客戶對(duì)電磁繼電器外觀的要求,比如外露三只相角的平面度0.1mm,為了保證關(guān)鍵尺寸,需要高精密設(shè)計(jì),并對(duì)該尺寸重點(diǎn)把控,采用專用的檢具進(jìn)行檢驗(yàn),設(shè)計(jì)成通規(guī)和止規(guī),即上下公差的值?；蛘哂捎谶^(guò)程控制非常嚴(yán)格,參數(shù)控制的較小,如單相回路電阻不得大于0.5m,因產(chǎn)品零件本身有電阻,而且有多道工序是進(jìn)行鉚合完成,會(huì)導(dǎo)致整個(gè)零件報(bào)廢,并使流水線停滯的現(xiàn)象。所以在每道工序參數(shù)的設(shè)定時(shí),又進(jìn)行了加嚴(yán)控制,使得在零件輔助時(shí)發(fā)現(xiàn)鉚合導(dǎo)電片工序。還有工裝的夾具上的定位針設(shè)計(jì)時(shí)未過(guò)盈,導(dǎo)致產(chǎn)品在鉚合時(shí),上模下壓受力后,因下模頂針未頂?shù)轿?使凸點(diǎn)會(huì)先下降頂住頂針后才能鉚緊,在裝配后進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)后,會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象,導(dǎo)致接觸電阻變化,無(wú)法使產(chǎn)品合格,從這里就能看出,細(xì)節(jié)決定最終結(jié)果。

4開(kāi)發(fā)案例分析

某公司開(kāi)發(fā)一款高性能的三相磁保持繼電器,性能為額定電流為120A,線圈電壓為9V,功率為5W,符合UC4標(biāo)準(zhǔn),機(jī)械壽命100萬(wàn)次,電氣壽命10000次(功率因素0.5為5000次,功率因素1.0為5000次),是一款國(guó)際上還未有批量量產(chǎn)、達(dá)到型式試驗(yàn)UC4標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。此產(chǎn)品最大的難點(diǎn)是技術(shù)指標(biāo)高,在設(shè)計(jì)的階段在單相的動(dòng)觸頭設(shè)計(jì)成雙觸點(diǎn),并且把雙觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成剪刀差形狀,并且上觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成主動(dòng),下觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成被動(dòng),并考慮了電動(dòng)斥力,洛倫磁力的因素,把導(dǎo)電片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成Z字型,使動(dòng)觸點(diǎn)在沖擊試驗(yàn)時(shí)有一個(gè)正向的電磁力,加大觸點(diǎn)的壓力,使產(chǎn)品能更輕松的通過(guò)實(shí)驗(yàn)。該產(chǎn)品是由導(dǎo)電片1和導(dǎo)電片2焊接組成,并排排列成3組,整個(gè)的平面度不得大于0.1mm,這就需要導(dǎo)電片1和導(dǎo)電片2在分別單獨(dú)沖壓時(shí)保證必須保證在一個(gè)合理范圍內(nèi),要求寬度為6mm,這兩個(gè)零件的公差必須都為正公差,并且公差范圍在0mm-0.5mm間,為了保證此關(guān)鍵尺寸,要求尺寸重點(diǎn)把控,采用專用的檢具進(jìn)行檢驗(yàn),設(shè)計(jì)成通規(guī)和止規(guī),即上下公差的值。在焊接時(shí)又專門(mén)設(shè)計(jì)了一套氣動(dòng)工裝設(shè)備,先把零件定位好,經(jīng)過(guò)繼電器的延時(shí)控制,用氣動(dòng)把這兩個(gè)零件進(jìn)行固定后焊接機(jī)進(jìn)行焊接加工,保證焊接出來(lái)的部件的平面度準(zhǔn)確。因該產(chǎn)品為三相的磁保持繼電器,需要三相相同的部件進(jìn)行組裝進(jìn)基座中,但因基座為塑料材質(zhì),在壓制過(guò)程中無(wú)法有效避免收縮,基本會(huì)存在變形,但為了保證三相的平面度不大于0.1mm,必須還是從工裝方面入手,把工裝設(shè)計(jì)成一個(gè)方柱型,內(nèi)部尺寸控制在客戶的要求范圍內(nèi),把三相的引腳直接插入進(jìn)平面度工裝夾具中,首先保證了產(chǎn)品的三相的平面度,但這雖然保證了平面度,但離開(kāi)工裝夾具后,又恢復(fù)到原始狀態(tài),后來(lái)又想方案,把這幾個(gè)引腳在基座內(nèi)部進(jìn)行點(diǎn)膠進(jìn)行固定,使平面度永久固定在一個(gè)地方,從而到達(dá)客戶的平面度要求。最后,該項(xiàng)目每次出貨前,都需要進(jìn)行CPK能力指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,需要達(dá)A級(jí),指數(shù)需要達(dá)到1.33以上,代表能力良好,性能穩(wěn)定。更保障了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。

5結(jié)語(yǔ)

本文講述了磁保持繼電器開(kāi)發(fā)難點(diǎn)的研究,通過(guò)案例說(shuō)明在磁保持繼電器開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要中意的問(wèn)題(換向保持力、接觸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、推動(dòng)片設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)難點(diǎn)等等)。說(shuō)明在科技日益發(fā)展的今天,仿真具有不可的意義。仿真模型技術(shù)依靠其生成復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)模型的能力,實(shí)現(xiàn)并可視化所有在真實(shí)物理樣機(jī)中發(fā)生的物理過(guò)程,縮短開(kāi)發(fā)周期,降低投入成本。在低壓電器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中占有越來(lái)越多的優(yōu)勢(shì)。在有限的條件下,根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化電磁系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu),使設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。

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