低压电器及其控制系统.ppt

1、2021/1/3,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：86413623 Email: ,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,2,第6章 舌簧继电器,6.1 干式舌簧继电器,特点 结构与材料 工作原理 基本关系式 干簧管的永磁操作 干簧继电器的设计,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,3,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 用永久磁铁操作干簧管可进行的控制 用永久磁铁操作干簧管时影响干簧管状态的因素 用永久磁铁操作干簧管可采用的运动方式 6. 干簧继电器的设计 动合继电器

2、的设计 用动合干簧管设计动断继电器 用动合干簧管设计保持继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,4,6.1 干式舌簧继电器,用永久磁铁操作干簧管可进行的控制： 按钮控制 限位控制 行程控制 接近控制 检测控制 用永久磁铁操作干簧管时影响干簧管触点闭合与断开的因素： 永久磁铁的材料（决定其磁性强弱） 永久磁铁的结构（棒形、环形等） 永久磁铁的尺寸 干簧管的参数 永久磁铁与干簧管间的相对位置 永久磁铁和干簧管周围是否存在铁磁性材料,5. 干簧管的永磁操作,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,5,干簧管式自动水位控制装置,6.1 干式舌簧继电器,2021/

3、1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,6,干簧管式门控自动照明灯,6.1 干式舌簧继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,7,干簧管式产品产量自动计数,6.1 干式舌簧继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,8,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 由于永久磁铁与干簧管之间的磁场分布情况及 其变化规律相当复杂，因此要对使干簧管的触点闭 合或断开的两者之间的位置关系进行定量计算是比 较困难的。目前，在实际使用中通常是根据一定的 经验数据来确定二者之间的位置关系，并通过实验 进行调整，以保证干簧管的触点在永久磁铁的操作 下产生所需要

4、的闭合和断开动作,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,9,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 图6.15(a)、(b)分别为永久磁铁与干簧管平行放置及垂直放置时干簧管的动作区域。 闭合区域是指永久磁铁与干簧管的相对位置在该区域内时，干簧管的触点闭合； 断开区域是指当两者之间的相对位置在该区域内时，干簧管的触点断开； 保持区域是指当干簧管的触点闭合(断开)后，若将永久磁铁移远(移近)，但两者之间的相对位置在该域内时，干簧管的触点仍保持闭合(断开,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,10,注：图中干簧管的操作区域是相对动合干簧管的,a)永久磁铁与

5、干簧管平行放置,b)永久磁铁与干簧管垂直放置,图6.15 干簧管的操作区域,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,11,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 用永久磁铁操作干簧管可采用的运动方式： 往复运动 旋转运动 偏磁式动作 屏蔽式动作,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,12,a)永久磁铁与干簧管平行放置,b)永久磁铁与干簧管垂直放置,图6.16 永久磁铁作往复运动时干簧管的通断情况,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,13,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 用永久磁铁操作干簧管可采用的运动方式： 旋转运动

6、,a)棒形磁铁,b)双极环形磁铁,图6.17 永久磁铁作旋转运动时干簧管的通断情况,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,14,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 用永久磁铁操作干簧管可 采用的运动方式： 偏磁式动作 在干簧管的一侧放置一个磁偏磁铁，永久磁铁在干簧管的另一侧作往复运动，使干簧管的触点接通与断开,加磁偏磁铁时干簧管的通断情况,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,15,6.1 干式舌簧继电器,5. 干簧管的永磁操作 用永久磁铁操作干簧管 可采用的运动方式： 屏蔽式动作 永久磁铁与干簧管间放有一 块屏蔽铁板 ，当屏蔽铁板作 往复运动时

7、，干簧管的通断 情况如图所示,图6.19 屏蔽铁板作往复运动时 干簧管的通断情况,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,16,6.1 干式舌簧继电器,6. 干簧继电器的设计 用动合干簧管设计动断继电器的条件： （1）永久磁铁放在动合干簧管的闭合区内。 （2）线圈（控制）磁通与永磁磁通方向相反,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,17,6.1 干式舌簧继电器,6. 干簧继电器的设计 用动合干簧管设计保持继电器的条件： （1）永久磁铁放在动合干簧管的保持区内。 （2）使动合干簧管的触点闭合时，线圈磁通与永磁磁通方向相同；使 动合干簧管的触点断开时，线圈磁通与永

8、磁磁通方向相反,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,18,干簧管式自动水位控制装置,6.1 干式舌簧继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,19,干簧管式门控自动照明灯,6.1 干式舌簧继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,20,干簧管式产品产量自动计数,6.1 干式舌簧继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,21,第7章 带永久磁铁的继电器,7.1 概 述 带永久磁铁的继电器包括以下几种： 带永磁的舌簧继电器 极化磁系统继电器 极化磁系统电磁继电器 极化继电器 磁保持继电器 磁电式继电器 永磁返回式

9、继电器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,22,7.2 永磁材料的去磁曲线与回复线,1.永磁材料的去磁曲线 永磁材料也称“硬磁材料”，具有磁滞现象，它的矫顽力Hc远比软磁的高，可达几百甚至几千A/cm(软磁材料Hc的一般小于1A/cm)，而它的剩磁感应强度却并不一定比软磁的高，因此它具有很宽的磁滞回线,7.2 永磁材料的去磁曲线与回复线,1.永磁材料的去磁曲线 （1）永久磁铁的制造过程和极限磁滞回线 图7.1所示的开口永久磁铁环上均匀地绕着磁化线圈，以保证环中各截面的磁感应强B一致，在环的开口处加上一软磁材料的磁化铁块，以使磁路容易饱和，从而减小激磁电流。图中， 。给线圈

10、通以足够大的电流i，使磁环磁化至非常饱和，其磁场强度的值应为 （7.1） 反复改变电流i的方向若干次后，永久磁铁的工作点就在一稳定的极限磁滞回线 (图7.2)上变化,图7.1 永久磁铁的制造过程,图7.2 极限磁滞回线,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,24,7.2 永磁材料的去磁曲线与回复线,1.永磁材料的去磁曲线 （2）永久材料的去磁曲线 切断激磁电流，则由安培环路定律 即 （7.2） 由于磁化铁块由软磁材料制成，故可认为其磁导率 为无穷大，即 有 ，由式(7.2)可得， ；而H0时，永久磁铁的磁 感应强度 或 ，因此切断激磁电流后，永久磁铁的工作点 就应在(0，Br

11、)上或(0， -Br)上,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,25,7.2 永磁材料的去磁曲线与回复线,1.永磁材料的去磁曲线 （2）永久材料的去磁曲线 为建立工作气隙磁场，取下磁化铁块，应有 （7.3） 或 （7.4） 因 （7.5） 故 （7.6） 式中 气隙磁导， 。 上式表明，建立气隙磁场后，安培环路定律便要求永久磁铁内的磁感应强度B 与磁场强度H的比值为一负数，即B、H一正一负(在永久磁铁内部， 与 方向相反(见图7.1)，只能处于极限磁滞回线的第二象限或第四象限上。 B与H的关系在B-H平面内为一通过原点的直线(图7.2)，斜率为 该直线称为负载线或磁导线，它与

12、极限磁滞回线的交点 或 即是永久磁铁 的工作点,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,26,7.2 永磁材料的去磁曲线与回复线,1.永磁材料的去磁曲线 （2）永久材料的去磁曲线 由于永磁材料的工作点只能 处于极限磁滞回线的第二象限部 分或第四象限部分，而这两部分 是对称的，因此我们一般只讨论 永磁材料工作于第二象限的情 况。 永磁材料极限磁滞回线第二 象限的部分称为去磁曲线(或退 磁曲线)，如图7.3中BrmmHc 所 示。 各种永磁材料的去磁曲线可 以用实验方法求得,图7.3 去磁曲线和回复线,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,27,7.2 永磁材料的

13、去磁曲线与回复线,2、回复线和回复磁导率 若永磁材料退磁到m点后，再使退磁磁场减小到零，则磁状态不是沿去磁曲线回升，而是沿mpr曲线回升，当H为零时回升到点r(低于Br)。若再度加上退磁磁场，则磁状态的改变是沿rqm曲线回到接近m的工作点。多次反复后形成mprqm回线，称为局部磁滞回线或回复回线。 由于回复回线的两个分支非常接近，因此一般可近似地用直线mr代替该回线，mr 线即称为回复线，其斜率tan称为回复磁导率uret(也称回复系数 )。对应于不同的工作点如m点，将有不同的回复线和回复磁导率，但实验表明，不同点的回复磁导率相差不大，并且近似等于在Br点对去磁曲线所作的切线(见图7.3)的斜

14、率,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,28,7.4 永磁磁路的计算,1. 永久磁铁的两种工作状态 永久磁铁的工作状态有两种： （1）工作点位于去磁曲线上，有时称为静态式； （2）工作点位于回复线上，有时称为动态式。 在计算永磁磁路时，首先应明确永磁的工作状态,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,29,1)永久磁铁的工作点位于去磁曲线上,图7.1所示的充磁完毕的永久磁铁环在取下磁化铁块而建立工作气隙磁场后，如果气隙磁阻是不变的，则永久磁铁的工作点就在去磁曲线上(图7.2中的点a)，其负载线的斜率由式(7.6)所确定。 现再以图7.8所示的永磁磁路为例来说

15、明这种情况,图7.8 永磁磁系统,1)永久磁铁的工作点位于去磁曲线上,如图7.9(a)所示，首先将棒状永久磁铁置于充磁机内磁化，使之工作在极限磁滞回线上。然后断开充磁机线圈电流，此时永久磁铁的工作点在去磁曲线的Br点。将已充磁的永久磁铁从充磁机上取下来以前，先用一块软磁材料的短路器将其两个磁极短路(见图7.9(b)，使其在取出后的工作点仍在Br附近。将永久磁铁装入图7.8所示的磁系统后再取去短路器。这时，由于工作气隙磁阻的影响，永久磁铁内的磁通(或B值)将会沿着去磁曲线下降，即其工作点在去磁曲线上,a）充磁机 （b）短路器 图7.9 充磁机与短路器,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智

16、能化研究所,31,1)永久磁铁的工作点位于去磁曲线上,注意：在上述情况下，只有在工作过程中磁路内的磁阻（主要取决于气隙磁阻）不变，且磁系统不再经受磁性稳定的退磁处理时，永久磁铁才能稳定地工作于去磁曲线上。 归纳起来，永磁工作在去磁曲线上的条件是： 磁系统的部分装配磁导大于完全装配磁导； 磁系统在工作过程中无去磁效应(电流去磁或磁导去磁,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,32,2) 永久磁铁的工作点位于回复线上,大多数电器和电机中永久磁铁的工作点都不在去磁曲线上，而在回复线上，因为工作在去磁曲线上很容易受到外界磁场的干扰而改变其工作点，原因如下： 假定永久磁铁原来工作于去磁

17、曲线上的点a，其磁感应强度为Ba ,如图7.10所示。如果有一干扰磁场使永久磁铁去磁，导致工作点沿去磁曲线下降至点c，那么当此干扰磁场消失后，永久磁铁的工作点不会再回到点a，而是沿以点c为起始点的回复线cc上升到a点(设气隙磁导不变，即负载线斜率不变)，此时磁感应强度为Ba。可见，在干扰磁场作用后，永久磁铁的磁感应强度由Ba下降为Ba，因而使工作气隙中的磁通发生变化,图7.10 干扰磁场对工作点的影响,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,33,2) 永久磁铁的工作点位于回复线上,为了使永久磁铁的工作点不受外界干扰磁场的影响，往往在装配后要对电器进行一次所谓“交流去磁”的处理，使永久磁铁工作于一条稳定的回复线上，例如图7.11中的cc。 交流去磁的方法是，将磁系统放入通有交流电的空心螺管线圈中，并使交流电所产生的磁力线方向顺着永久磁铁的磁化方向,图7.11 交流去磁时的工作点,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,34,2. 永磁磁路的计算,不计漏磁和铁心磁阻的永磁磁路计算,图7.14 不计漏磁和铁心磁阻时的磁路,2021/1/3,哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所,35,由安培环路定理,式中H,L分别为永磁内的磁场强度和永磁长度.令永磁内的磁感应强度和永磁截面积分别为B和S,则有,式中 工作气隙磁导.由上式得,式中,7.24,7.25