低压电器及其控制系统课件5

2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 1 电器原理及控制技术 主讲 网络与电气智能化研究所李中伟联系电话 86413623Email lzw 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 2 第4章继电器的一般概念 4 1电磁式继电器的构成及原理4 2继电器的定义与继电特性4 3继电器的参数与分类4 4对继电器的一般要求4 5继电器的发展简况4 6继电器的发展趋势 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 3 4 1电磁式继电器的构成及原理 1 电磁式继电器的构成 1 1 静触点 2 动触点 3 轭铁 4 线圈 5 极靴 极帽 6 铁心 7 衔铁 8 反力弹簧 9 簧片 10 工作气隙 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 4 4 1电磁式继电器的构成及原理 1 电磁式继电器的构成 感应机构 线圈 变换机构 电磁系统 铁心 衔铁 轭铁和线圈 比较机构 反力系统 反力弹簧和簧片 执行机构 导电接触系统 触点及簧片 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 5 4 1电磁式继电器的构成及原理 2 电磁式继电器的原理 各部分的作用 线圈 从电源获取能量 建立磁场 铁心 轭铁 衔铁 加强工作气隙内的磁场 即使磁通大部分沿铁心 轭铁 衔铁和工作气隙闭合 衔铁 实现电磁能与机械能的转换 极靴 增大工作气隙的磁导 反力弹簧 簧片 提供反力 触点及簧片 实现被控电路的 通 断 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 6 4 1电磁式继电器的构成及原理 2 电磁式继电器的原理 动作过程 继电器线圈从通电开始到衔铁运动到稳定位置 最终位置 的过程 线圈通以大于某一定值的电压 或电流 磁势 安匝 大于某一定值 磁场大于某一定值 电磁吸力大于反力 衔铁运动 带动与之连接的动触点向下移动 动触点与上面静触点 动断静触点 分开 与下面静触点 动合静触点 接触 衔铁被吸持在最终位置上 与极靴相接触的位置上 触点实现被控电路的分断与接通 动断静触点和动触点所控制的电路电流 或电导 从某一值越变为零 动合静触点和动触点所控制的电路电流 或电导 从零越变为某一值 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 7 动作过程被控电路电流 电导变化 电流 ionioff 0电导 GonGoff 0 触点闭合 触点断开 动断静触点 动触点 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 8 4 1电磁式继电器的构成及原理 2 电磁式继电器的原理 释放过程 继电器线圈从断电开始到衔铁返回到起始位置的过程 切断线圈电压 电流或线圈电压 电流小于某一定值 磁场逐渐消失或者电磁吸力小于反力 衔铁在反力的作用下脱离极靴 带动动触点脱离下面的动合静触点 与上面的动断静触点接触 衔铁返回起始位置 触点实现被控电路的分断与接通 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 9 4 1电磁式继电器的构成及原理 3 电磁式电压继电器与电磁式电流继电器 电磁式电压继电器 输入量为 加在线圈两端的 电压 直流 交流 一般线圈与电压源 通过控制开关 并联 线圈匝数较多 导线较细 电磁式电流继电器 输入量为 通过线圈的 电流 直流 交流 线圈与电路串联 线圈匝数较少 导线较粗 如果接错会出现什么后果 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 10 一般继电器的线圈与触点符号 图形及文字 线圈 动合 常开触点 动断 常闭触点 转换触点 桥接触点 K KV 电压继电器 或KA 电流继电器 K KV或KA K KV或KA K KV或KA K KV或KA 电压继电器应用电路举例 a 继电器动作与否直接取决于输入电压的大小 b 继电器动作与否取决于三极管是否导通 为继电器线圈额定工作电压 为控制三极管状态的 数字 电压 负载 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 12 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 15 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 16 4 2继电器的定义与继电特性 继电器 Relay 当输入激励量达到规定要求时 在电气输出电路中 被控参量发生预定阶跃的变化的一种自动电器 电气继电器 输入激励量为电参数 如电流或电压 的一种继电器 有或无继电器 All or nothing 在规定条件下 预定由高于动作值或低于释放值的电参数为输入量 电气输出电路被控参量发生预定阶跃变化的电气继电器 亦称逻辑运算继电器 量度继电器 MeasuringRelay 在规定条件下 当具有规定准确度的输入特性量达到动作值时 电气输出电路被控参量发生预定阶跃变化的电气继电器 1 继电器的定义 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 17 4 2继电器的定义与继电特性 2 继电特性 释放值 继电特性 表征继电器的输入量 x 与输出量 y 之间关系的特性 动作值 额定值 最大输入值 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 18 4 2继电器的定义与继电特性 3 继电器的输入量与输出量 输入量 x 为模拟量或开关量电量 电压或电流 直流 交流 脉冲 频率 非电量 磁 光 热 声 压力等输出量 y 只为开关量 对应被控电路的 通 和 断 两个状态 对于有触点继电器 即为触点的闭合与断开状态 对于无触点继电器 即为其输出 功率 管的饱和与截止状态 被控电路电流 触点 输出管的电流触点间的电导或电阻 输出管的电导或电阻 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 19 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 了解继电器参数的目的 设计继电器按参数要求设计继电器 分析继电器 性能 按参数 综合 分析 评价继电器的性能 应用继电器可将使用条件 环境与继电器的参数对应起来 从而选用合适参数的继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 20 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 继电器的参数包括 基本参数 基本输入参数 基本输出参数 其他参数 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 21 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 基本输入参数主要包括 输入额定值 动作值 释放值 输入最大值电磁式电压继电器基本输入参数 基本线圈参数主要包括 线圈额定电压 输入额定值 线圈吸合电压 动作电压 动作值 释放电压 释放值 输入最大电压 输入最大值 还包括 线圈电阻 线圈额定功率 消耗功率 动作功率 动作灵敏度 继电器动作所需要的最小功率 即动作电压与动作电流的乘积 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 22 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 基本输出参数与继电器的输出形式 有触点 无触点 有关 电磁式继电器基本输出参数 基本触点参数主要包括 触点电流 负载电流 触点额定 工作 电流 在规定条件下触点闭合时通过触点的额定 工作 电流 触点最大电流 在规定条件下触点允许通过的最大电流 触点电压 在规定条件下触点断开时触点两端的电压 触点形式 触点结构 动合 动断 转换 先合后断 桥接 转换触点 被控容量 在规定条件下触点所能断开的触点电流和触点电压的乘积规定条件 规定负载条件 分为 电 阻性负载 电 感性负载 灯 泡型 负载 电动机负载 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 23 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 其他参数 返回系数 恢复系数 总小于1 反映 电磁 吸力 矩 特性与 机械 反力 矩 特性配合紧密程度 储备系数 安全系数 一般设计为1 5左右 以保证继电器可靠工作 额定值 与动作值 之比 释放值 与动作值 之比 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 24 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 其他参数 允许最大输入系数 线圈 过载能力 允许最大输入系数须满足 稳态发热 要求 以免继电器损坏 转换深度 通断比h 有触点继电器h为 继电器的闭合 导通电导 与断开电导 之比 最大输入值 与额定值 之比 亦即继电器的断开电阻 与导通电阻 之比 无触点继电器h为 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 25 4 3继电器的参数与分类 1 继电器的参数 其他参数 控制系数 放大系数 被控容量 与动作功率 之比 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 26 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 1 按对被控电路的控制方式分类有触点继电器 靠触点的机械运动接通与断开被控电路 无触点继电器 靠继电器元件自身的物理特性实现被控电路的通断 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 27 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 2 按应用领域 环境分类电力系统继电保护用继电器自动控制用继电器通信用继电器船舶用继电器航空用继电器航天用继电器热带用继电器高原用继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 28 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 3 按被控电路负荷特征分类微功率继电器 被控电路为直流时 被控容量Pc 5W 被控电路为交流时 被控容量Pc 15VA 小功率继电器 直流被控电路 5W Pc 50W 交流被控电路 15VA Pc 120VA 中功率继电器 直流 50W Pc 150W 交流 120VA Pc 500VA 大功率继电器 直流 Pc 150W 交流 Pc 500VA 高压继电器 触点断开时触点间的电压为几千伏甚至几万伏 高频继电器 触点回路通过频率大于10kHz的电流的继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 29 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 4 按控制信号 输入信号 特性分类 按动作功率分类 高灵敏继电器 动作功率Pop 10mW 灵敏继电器 10mW Pop 100mW 普通继电器 Pop 100mW 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 30 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 4 按控制信号 输入信号 特性分类 按反应信号分类 电信号直流电压继电器 交流电压继电器 直流电流继电器 交流电流继电器 功率继电器 阻抗继电器 脉冲继电器 频率继电器 逆流继电器 极化继电器 非电信号温度继电器 速度继电器 压力继电器 光继电器 瓦斯继电器 声继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 31 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 5 按继电器轮廓特征分类 按外形尺寸分类 微型继电器 最长边尺寸 包括接线端子 不计软引线 LM 10mm 超小型继电器 10mm LM 25mm 小型继电器 25mm LM 50mm 大型继电器 LM 50mm 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 32 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 5 按继电器轮廓特征分类 按防护特征分类 敞开式继电器 没有防护罩壳 封闭式继电器 具有不密封的保护罩壳 密封式继电器 以焊接方式或其他方法将继电器主体封在不漏气的罩壳内 而与周围介质隔绝 有时罩壳内充入265 1325Pa 2 10 atm 的惰性气体 以适应的环境 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 33 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 5 按继电器轮廓特征分类 按引线方式分类 焊接式继电器 插入式继电器 包括单列直插SIP和双列直插DIP继电器 长引出线继电器 螺栓 钉 式继电器 表面安装继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 34 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 6 按动作时间分类继电器的动作时间包括吸合时间tx和释放时间tf 吸合时间 从继电器输入回路接受信号开始到执行机构达到工作状态时所需的时间 释放时间 从输入回路断电开始到执行机构恢复到通电前的状态所需要的时间 继电器按动作时间可分为 时间继电器 tx 1s 缓动继电器 tx 0 05 1s 普通继电器 tx 0 005 0 05s 速动继电器 tx 0 005s 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 35 4 3继电器的参数与分类 2 继电器的分类 7 按工作原理分类电磁式继电器 中性继电器 极化继电器 磁保持继电器 舌簧继电器 磁电式继电器电动式继电器感应式继电器静电式继电器磁继电器 工作于继电状态的磁放大器电子继电器双金属继电器电动机式继电器混合式继电器水银温度继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 36 4 4对继电器的一般要求 1 对电参数的要求2 对时间参数的要求3 对使用环境条件适应能力的要求4 对机械物理参数的要求5 对寿命的要求6 对失效率 可靠性 指标的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 37 4 4对继电器的一般要求 1 对电参数的要求 1 对输入的要求输入信号性质电量 电压或电流 直流 交流 脉冲 频率 非电量 磁 光 热 声 压力等输入额定值及其变化范围动作值与释放值输入信号数目及输入功率 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 38 4 4对继电器的一般要求 1 对电参数的要求 2 对输出的要求输出电路数目 被控容量 触点结构 动合 动断 转换 先合后断 桥接 转换 被控电路性质 电阻性 电感性 灯负载 电动机负载 最小电流负载 干电路 等 被控电路工作制 长期 间断长期 短时 反复短时 及操作频率 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 39 4 4对继电器的一般要求 2 对时间参数的要求 对一般继电器 时间参数 吸合时间释放时间触点的回跳时间衔铁运动时间对时间继电器 还包括 延时范围精度型式 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 40 4 4对继电器的一般要求 1 极限环境温度 2 相对湿度 3 低气压 4 振动及冲击强度 5 恒加速度 6 盐雾 7 放射性辐射 8 霉菌 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 41 4 4对继电器的一般要求 1 极限环境温度 一般可分为如下几级 10 40 40 55 55 85 65 125 65 200 环境温度还包括温度循环 温度冲击等 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 42 4 4对继电器的一般要求 2 相对湿度 一般规定为 98 温度为 20 常温高湿98 温度为 40 高温高湿 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 43 4 4对继电器的一般要求 3 低气压 一般可分为以下几级 46 7kPa 相当于海拔高度5000m 4 4kPa 相当于海拔高度20000m 1kPa 相当于海拔高度31000m 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 44 4 4对继电器的一般要求 4 振动及冲击强度表4 1振源及其振动参数 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 45 4 4对继电器的一般要求 4 振动及冲击强度表4 2不同移动设备在不同运行状态下的冲击加速度 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 46 4 4对继电器的一般要求 4 振动及冲击强度表4 3振动频率范围及最大加速度 3 对使用环境条件适应能力的要求 频率范围分二级 10 500 Hz和 10 2000 Hz 加速度分四级 5g g为重力加速度 10g 15g 20g 5g 适用于地面固定设备 要求不高的移动 半移动设备 舰艇 飞机等 所用的继电器 10g 15g 20g 适用于要求较高的移动 半移动设备 如高速飞行的飞机 导弹 卫星等 所用的继电器 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 47 4 4对继电器的一般要求 4 振动及冲击强度冲击加速度一般规定分为六级 8g 12g 25g 50g 75g 100g 8g 适用于地面固定设备所用的继电器 12g 25g 适用于移动 半移动设备 舰艇 飞机等 所用的继电器 50g 75g 100g 适用于高速飞机 导弹 卫星及飞船中所用的继电器 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 48 4 4对继电器的一般要求 5 恒加速度恒加速度一般分为四级 10g 25g 50g 100g 6 盐雾 7 放射性辐射当飞行器飞行在海洋上空时 海洋水蒸气具有盐分 即所谓盐雾 盐雾会加速金属零件 特别是触点的氧化及腐蚀 甚至在短期内会使继电器失去工作能力 此外 在空间还存在放射性辐射 因此要求用于这些场合的继电器应具有抗盐雾及耐放射性辐射的能力 8 霉菌 3 对使用环境条件适应能力的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 49 4 4对继电器的一般要求 机械物理参数包括 安装尺寸 质量 密封性能 引线 脚 的可焊性等 4 对机械物理参数的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 50 4 4对继电器的一般要求 继电器的寿命 在规定的试验环境条件和负载下 继电器的失误次数不超过规定要求的动作次数 继电器的寿命是考核继电器工作能力的一项重要技术指标 继电器在动作过程中触点断开时的粘结现象以及触点闭合时的触点压降超过表4 4规定的水平均为失误 表4 4继电器触点压降检测水平 5 对寿命的要求 寿命试验后 继电器的动作值应不大于标淮规定的最大值 释放值应不小于标准规定的最小值 继电器触点的接触电阻 或电压 应不超过标准规定的最大值 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 51 4 4对继电器的一般要求 继电器的寿命与被控电路的性质 触点的负载种类 有关 电 阻性负载 电 感性负载 灯 泡型 负载 电动机负载 最小电流负载对于交流电感性负载 在规定的频率f为50Hz时 功率因数规定为0 4 66 4 5 对寿命的要求 角频率 L R 负载电感和电阻 T 时间常数 T L R 即对于同一负载 工作于交流状态下的功率因数 0 4与工作于直流状态下的时间常数相对应 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 52 4 4对继电器的一般要求 继电器的寿命又分为机械寿命和电寿命 例如 JZC 22F继电器的机械寿命为107次 而其电寿命随触点电流的变化曲线如图所示 5 对寿命的要求 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 53 4 4对继电器的一般要求 5 对寿命的要求 a 电阻性负载 b 电感性负载JZX 22F 3A 4Z 寿命曲线注 AC电压V DC电压V Tms 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 54 4 4对继电器的一般要求 5 对寿命的要求 a 电阻性负载 b 电感性负载JZX 22F 5A 1Z 2Z 寿命曲线 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 55 4 4对继电器的一般要求 5 对寿命的要求 JZX 22F 10A 2Z 寿命曲线JZX 22F 15A 1Z 寿命曲线 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 56 4 4对继电器的一般要求 5 对寿命的要求 西门子寿命曲线 电阻性负载 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 57 4 4对继电器的一般要求 6 对失效率 可靠性 指标的要求 失效率是可靠性的一个重要指标 失效率 设备 元器件 在规定的条件下 t时刻 次数 的单位时间 次数 内的失效的数量与在t时刻 次数 还在工作的产品数之比 以百分数表示 式中N 投入试验产品数 n t 到时刻 次数 t已失效的产品总数 到时刻 次数 已失效的产品总数 观察时间 次数 间隔 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 58 4 4对继电器的一般要求 6 对失效率 可靠性 指标的要求 例100个继电器的试验结果如下 试验到5 104次时 无失效 试验到6 104次时 失效1只 试验到7 104次时 又失效3只 求继电器5万次 6万次时的失效率 解 5万次时的失效率t 5 104n t 0N 100 6万次时的失效率t 6 104n t 1N 100 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 59 4 4对继电器的一般要求 6 对失效率 可靠性 指标的要求 失效率与工作时间 动作次数 t的关系 浴盆曲线 1 早期失效期 它出现在继电器开始工作后的较早时期 其特点是失效率较高 且随时间的增加而迅速下降 为了剔除早期失效元件 以提高整批元件的可靠性水平 应该对元件进行可靠性筛选 即将交收试验合格的元件百分之百地进行筛选试验 根据经验 早期失效期约占元件寿命的5 2 正常工作失效期 这一阶段又称为元件的可用期或偶然 随机 失效期 它出现在早期失效期之后 这一时期的失效率低而稳定 且与时间的关系不大 一般可认为是常数 3 磨损失效期 这一阶段也称作老化失效期 它出现在元件使用的后期 这一时期的失效是由于元件长期工作所形成的老化 磨损 疲劳等原因而导致的 其特点是失效率随时间的增加而上升 2020 4 24 哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 60 4 5继电器发展简况 19世纪30年代初 俄国人希林格制成了第一只电磁继电器 同一时期 美国人莫尔斯也制成了同类继电器 1837年 莫尔斯用他的电磁继电器制成了世界上第一套实用的电报装置 在这个装置中继电器起弱信号放大的作用以中继电报线路上的微弱脉冲 故而得名继电器 并一直沿用至今 1863年 俄国人斯特毕斯基制成了极化继电器 用以反应输入电量极性的变化