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东莞三友电器有限公司继电器生产、技术、品质培训教材
(2)电磁继电器基本原理简介二00二年六月十七日修订电磁继电器原理简介
1、概述
1.1继电器的本质继电器就是一种电气开关不过,这种开关不是人直接用手去操纵的,而是由外来的电__来控制的这些外来的电__或由各种各样的传感器产生、或由各种编程软件按指令或程序自动取得于是,继电器就会按人的安排,自动地切换电路,使各种电气设备、器具自动地完__们需要的工作所以,通俗的讲,继电器是一种自动控制的电气开关
1.2发展简史自十八世纪初电报发明以后,就有了电磁继电器,它最初是用于电报的__的发明与发展给继电器的发展以有力的推动,因为__交换机大量使用继电器电力系统的监控和保护也是继电器应用的一大领域随后的工业自动化又开辟了继电器在新的应用,而随着人们生活水平的提高,各种家用电器中使继电器的用量急剧增加随着应用的扩大和生产技术的提高,继电器技术也越来越成熟、产品体积不断缩小、成本不断降低、性能也逐步提高,种类更是十分繁多最初的继电器零件都是切削__出来的,电磁系统和触点系统都装在一块绝缘板上,体积很大,制造费工费时后来有了冲压技术和热固性塑料,继电器制造才稍微变得容易些近代由于各种热塑性塑料的发展和精密冲压技术的发展,继电器的设计和生产技术才得到极大的提高现在军用微型电磁继电器的体积已经小于¢
8.5*
7.1mm,并有两组C型触点,可控制28V*1A的直接负载,失效率低于
0.01/104次,广泛用于____领域由于民用继电器用量的急剧增加,它的生产技术发展很快,实力雄厚的继电器制造商已普遍采用全自动或半自动生产线进行继电器生产20世纪____出现了两种新型继电器舌簧继电器和基于半导体技术的固态继电器(SolidStateRelay)舌簧继电器结构十分简单,它的触点系统与磁路全二为一,是将两根导磁又导电的__封结在一个玻璃管中做成的,叫做舌簧管将舌簧管放在个线圈中就做成了舌簧继电器它的特点是结构简单、体积小、吸合时间短、线圈消耗功率小(即灵敏度高)适用于微电子电路固态继电器是没有动作零件、没有触点的继电器它是利用晶体管的导通与截止来控制电路的通断的,它的输入部分(相当于电磁继电器线圈)与输出电路的绝缘隔离采用光电耦合或变压器耦合方式它的特点是动作时间更短(以µs计)灵敏度更高无触点因而寿命长、工作可靠、耐振动冲击能力很强,对其它电子线路不构成干扰目前的缺点是抗电磁干扰能力差、断开“触点”间绝缘电阻和介电强度低、过负载能力差,最大缺点是成本太高它最适用的地方是计算机输入输出接口现在小功率的固态继电器的高度可以做到2mm;而大功率的固态继电器的输出电路已能能断上百安培
1.3发展方向随着半导工艺的发展和成本的降低,固态继电器将部分取代电磁式继电器电磁继电器,由于成本低、技术成熟,现在仍有一定的发展空间,其主要发展方向是小型化、高功率、高可靠和高的环境适用能力,在生产方面,则致力于尽量降低成本,提高生产率
2、继电器的分类继电器可以有许多分类原则,有按原理分的、有按用途分的、有按结构分的、也有按负载大小、功率大小分的我在这里按工作原理来分类电气继电器按工作原理来分主要有四大类电磁继电器、舌簧继电器、固态继电器和混合式继电器电磁继电器又分直流继电器、交流继电器、极化继电器、磁保持继电器舌簧继电器又分干式和湿式;固态继电器中又分光隔离与变压器隔离两大类混合式继电器就是将半导体线路与电磁式继电器结合而成的继电器这种继电器可以扩展继电器的附加功能和提高电磁继电器灵敏度,如改变动作时间,做成延时继电器等等有人把利用其它物理或化学变化引起的触点通断动作而制成的开关也叫做继电器这样一来,继电器的种类就更多了,如温度继电器、压力继电器、流量继电器、速度继电器、瓦斯继电器等等但是这种名称没有得到国际上的广泛承认,国际上大部分国家把这些继电器都称为开关
3、电磁继电器的典型结构电磁继电器由两大部分组成一是电磁系统,它是继电器的输入部分,它实质上就是一个电磁铁;二是触点系统,它是继电器的输出部分,它实质上是实现电路切换的开关组合电磁系统一般有一个可动的衔铁、一个不动的铁芯、一个不动的连接衔铁与铁芯的轭铁和一个或数个绕在铁芯上的绕组接触系统一般由静触点、动触点、__、触点的导电片和绝缘支撑体组成此外,在两大部分之间还有产生反力和传递力的机构分别称做反力弹簧和驱动杆(片)简单的继电器可以省去驱动件,反力弹簧也可由动__兼“任”常见的电磁系统结构有拍合式(图1)螺管式(或吸入式)(图2)和平衡旋转式(图3)图1拍合式电磁系统图2螺管式(吸入式)电磁系统(未画反力弹簧)常见的接触系统也可归为三类,一是衔铁直接带动式,如三友的SRD、SRU、SRDH等(图4)二是推杆(片)推动式,也叫挠曲式,如三友的__I(图5)三是__预张式(图6)图3平衡旋转式电磁系统图4衔铁直接带动式触点系统图5推杆推动式触点系统拍合式电磁系统,结构最简单,是民用电磁继电器最常用的结构主要优点是成本低、灵敏度高(功耗低)缺点是不耐振动和冲击图6__预张式触点系统螺管式电磁系统的优点是,衔铁动程较大,吸力特性的形状易于调整以便和反力特性恰当配合因此由这种电磁系统做成的继电器可以切换较高的电压和电流的负载缺点是结构复杂、成本较高,也不耐振动和冲击平衡旋转式电磁系统的优点是,衔铁质量对其转轴是平衡的,因此,可以耐受很高的振动和冲击应力,适用于各种运动设备中,如____器、战车、舰船等缺点是结构复杂、成本高衔铁直接带动式的触点系统结构最简单、成本最低,最大缺点是触点接通时易产生触点回跳,从而大大降低了触点的寿命堆杆推动力式触点系统在很大程度上克服了衔铁直接带动式触点系统的缺点,因此接触比较可靠,寿命较长缺点是结构稍微复杂一些__预张式触点系统的优点是,触点压力不受衔铁位置的影响,一致性较好,允许触点有较大的跟踪而压力不增加因而接触压力稳定,在整个工作寿命期间触点接触都比较可靠此外,还有较大的触点断开力,当触点轻微粘结时不会造成失效缺点是结构比推杆式更复杂了
4、电磁继电器的工作原理
4.1基本工作原理电磁继电器的线圈在外来电__的激励下产生电流,通有电流的线圈周围和线圈轴孔内就产生磁场,磁场将电磁系统中的导磁零件(铁芯、轭铁和衔铁)磁化磁化的铁芯将磁化的衔铁吸向铁芯,衔铁驱动__运动从而完成电路的切换(见图
1、图2)反之,当线圈中无电流时,磁场消失,导磁零件磁性消失,吸力消失,衔铁在__反力或反力弹簧作用下返回初始位置,触点也同时返回原来位置完成电路的“反”切换
4.2电流的磁场电流周围有磁场,空间某一点磁场的强弱由单位电流在该点受力的大小确定,叫做作磁感应强度,通常用B表示B=F__x/I.△L4-1式中F__x——试验电流△L在该点受到的力的最大值I——试验电流△L——试验电流的微小受力段电流产生的磁场强弱和方向服从毕奥——萨伐定律B=(µ/4π)(∮Id1×r/r3)式中µ——磁场中介质的导磁率Id1——产生磁场的电流元,I是电流强度,d1是所考虑电流微段的长度,Id1是矢量,其方向是电流的方向r——所考虑的电流元到考查点的矢径毕奥——萨伐定律可有语言表述如下载流导线的任一电流元Id1在给定点P所产生的磁感应强度dB的大小与电流元的大小成正比,与电流元和由电流元到P点的矢径之间的夹角的正弦成正比,并与电流元到P点的距离的平方成反比;dB的方向垂直于d1和r所组成的平面,指向由Id1径小于180度的角度转向r的右旋螺钉前进的方向根据毕奥——萨伐定律可以导出对导出对继电器吸力计算非常有用的安培环路定律∮H·Id1=∑I04-3LL内式中I0为传导电流;H=B/µ用语言表述就是磁场强度沿任何环路L的线积分,等于穿过这环路的所有传导电流的代数和(与束缚电流无关)
4.3磁通与磁场力因为B是一个既有大小又有方向的矢量,所以可用磁力线来形象地描述磁场磁力线某一点的切线表示该点B的方向,该点附近磁力线的密疏表示该点B的强弱而穿过某一__的磁力线的多少,则代表穿过该__的磁通量是多少磁通量一般用Φ表示在均匀磁场中磁性物体受到磁吸力可用下式计算F=Φ2/(2µ0S)[N](4-4)式中Φ——穿过磁性物体的磁通[Wb]S——磁通Φ进入磁体所穿过的__[m2]µ0——真空导磁率(近似等于空气导磁率)µ0=4π×10-7[H/m]
4.4拍合式电磁系统磁路的近似计算由于铁磁物质的导磁率比空气高几千倍,所以磁通绝大部分流经铁芯、衔铁和轭铁,且分布比较均匀(见图7),可以看成均匀磁场设铁芯、衔铁和轭铁中的磁感应强度分别为BC、BA、BY因为磁力线是无头无尾的,所以在磁通路径上各处的磁通量是一样的,设为Φ图7拍合式磁路示意图在均匀磁场中Φ=B.S4-5式中S为Φ垂直穿过的__设铁芯、衔铁和轭铁的截__分别人SC、SA、SY则BC=Φ/SCBA=Φ/SABY=Φ/SY(4-6)或Φ=BCSC=BASA=BYSY=Bδ.Sδ4-7式中Bδ、Sδ分别为衔铁与铁芯间空气隙的磁感应强度和截__Sδ可近似取为铁芯极面的__Bδ不是均匀的,在气隙很小时,可近似看为均匀的根据安培环路定理,我们取铁心、气隙、衔铁和轭铁为磁环路,则沿该磁环路磁场强度的线积分,等于各段线积分之和,又由于各段磁场是均匀的,所以∮H·Id1=HCLC+Hδ·δ+HALA+HYLY=∑Ii=WI(4-8)∑Ii即环路内所有传导电流的代数和I为线圈电流,W是线圈匝数,HC、Hδ、HA、HY分别铁心、空气隙、衔铁和轭铁中的磁场强度因为H=B/µ由(4-8)、(4-6)可得WI=Φ(IC/µCSC+δ/µ0Sδ+IA/µASA+LY/µYSY)(4-9)在磁通不饱和的条件下,可以认为µC=µA=µY=µ,显然括号内的值只与电磁系统的几何尺寸和磁状态有关令该值为RM则WI=ΦRM(4-10)如果我们把WI看为与电路中的电压,Φ看为电流,同RM相当于电阻,这里称为磁阻所以(4-10)可以认为是磁路的欧姆定律由于RM是全磁路的磁阻,(4-10)式也可认为是全磁路欧姆定律WI可看成是磁动势由(4-9)和(4-10)RM=IC/µCSC+δ/µ0Sδ+IA/µASA+LY/µYSY(4-11)式中前三项分别可以认为是铁心、衔铁和轭铁的磁阻,最后一项是空气隙的磁阻由于µC、µA、µY都远远大于µ0所以在RM中,当δ较大时(衔铁位于释放位置)前三项所占的比例较小,一般不超过15%,粗略估计时可以认为空气隙的磁阻等于全磁路磁阻由此也可以看出铁磁零件在磁路中的作用是导磁它的磁阻越小越好设SRD空气隙长度δ为
0.04mm,SRD极靴__为Sδ=π.62/4mm2线圈匝数3750我们来估算一下在工作电压下SRD-S-112D在释放状态下的电磁吸力由于空气隙的磁阻近似等于全磁路磁阻,因此由(4-11)式得RM=Rδ=δ/µ0Sδ代入(4-11)式Φ=WI=WI=(WI).µ0Sδ4-12RMRδδ将上式代入(4-4)中得拍合式继电器电磁吸力F=Φ2=((WI).µ0Sδ)
2.1Sδ=S2µ0Sδ2µ0S=(WI)
2.µ0Sδ[N]4-132δ2式中WI——线圈AT值µ0——空气导磁率≈4π×10-7[H/m]Sδ——铁芯极靴__(mm2)δ——气隙长度由以上公式得出结论吸合力与衔铁和铁芯面间间隙δ之平方成反比,因此,调整Relay动作不良时,应确定一下Follow的大小,而不是首先减B压力,稍试一下Follow就会使吸合力增加很大吸合力与线圈WI值平方成正比以SRD-S-112D为例,估算在释放状态的电磁吸力已知气隙长度
0.4mm=
0.4×10-3m极靴__Sδ=π.R2=π.d2/2=π.62/4=9π.10-6(m2)线圈匝数为3750T,电阻400ΩIW=12/
400.3750=
112.5A空气导磁数µ0=4π×10-7[H/m]将~代入(4-13)式得F=(IW)
2.µ0Sδ2δ2=
112.52×4π×10-7[H/m]×9π×10-62×
0.4×10-32=
1.4N由于实际磁路中还有导磁零件阻和漏磁,实际吸力F=(
0.85)
2.F=
0.72F=
0.72×
1.4=
1.0N;同样可计算出吸合不动作时电磁吸力
5、继电器在电路中的作用
5.1基本作用因为继电器的本质是自动开关,所以它在电路中的基本作用就是按照人的安排,在需要的时候闭合或断开电路
5.2主要功能
5.
2.1放大功能我们可能通过继电器用小的、较弱的电__来控制较强功率的电负载如SRD的线圈消耗功率是360W,但它的触点可控制250V、7A的交流负载
5.
2.2扩展控制数量具有多组触点的继电器可以用一个输入__同时控制若干路电流、电压各异的强电电路因为多组触点继电器的各组触点继电器的各组触点之间是相互绝缘的,可以承受很高的绝缘电压而漏电流很小
5.
2.3逻辑控制继电器的触点有两种状态,即闭合与断开因而可以组成逻辑电路比如继电器的常闭触点可以做“非”门,两个继电器的常开触点串联可以做“与”门,而并联时就是“或”门在程控__交换机发明以前,自动__交换机就是利用继电器的这种逻辑功能进行自动接线的
6、继电器的用途继电器的用途十分广泛凡是需要对电路进行切换的地方都可以使用继电器或者说各种开关都可以有继电器代替而成为自动开关现代社会可以说处处都离不开继电器如家用电器中的各种恒温控制,各种遥控装置;汽车中的起动控制、车灯、车门、车窗、雨刮、转向灯、空调的自动控制;不间断电源的自动切换、路灯的自动开与关;交通__灯的自动切换、__交换机的自动接线;电网监控、工业自动化过程等等都离不开继电器现代化的武器装备也大量使用继电器,因为现代化的武器装备多是自动化的或是遥控的__设备更离不开继电器,因为它们只有靠自动控制和遥控才能工作继电器应用举例图8是烤箱温度自动控制原理图烤箱加热前,感温双金属片的触点是闭合的,因而继电器的常开触点也是闭合的当电炉丝插上220VAC电源时,烤箱开始升温同时双金属片逐渐变形达到规定温度时,双金属片触点脱开,继电器线圈断电,它的常开触点将220VAC电源切断,烤箱停止加热烤箱温度称低到规定值,双金属片又变回来使其触点接通,继电器吸合,电炉丝又加上220VAC电源,烤箱又开始加热如此反复进行,保证烤箱温度的规定的范围内图8烤箱恒温控制原理图
7、电磁继电器学用术语
7.1电磁继电器结构方面的术语衔铁——电磁继电器中可动的导磁零件铁心——电磁继电器中装在线圈中的导磁零件轭铁——连在铁心上远离衔铁一端的导磁零件线圈——在电磁继电器中,用绝缘导线(常用漆包线)绕在绝缘骨架上而成的部件它包括导电引出端和绝缘胶带等附加零件极靴——铁心上与衔铁相对的那一部分,该部分的直径往往大于铁心在线圈内部的直径极面——极靴的表面衔铁间隙(工作气隙)——电磁继电器,在非激励磁状态下(释放状态)衔铁与铁心极面间的空气隙触点——闭合或断开电路的导电零件__——与可动触点连在一起,具有较好弹性的导电片静触点(简称静点)——在闭合或断开电路时,静止不动或无显著__的触点动触点(简称动点)——在团合或断开电路时,有显著__距离的触点动断触点组(又称常闭触点组或静合触点组成B型触点组,在不致混淆的地方可将“组”字省略)——当继电器线圈用额定工作电压激励时,使电路标称电压继电器实际工作时,线圈两端的电压允许在标称电压的某一偏差内变化继电器的机械寿命——在规定的条件下,触点不加电负载继电器所能经受的动作次数,此后继电器仍应满足规定的工作要求继电器的电气寿命(电寿命)——在规定的条件下,继电器触点能够切换规定的电压和电流负载次数
8、继电器的吸力特性与反力特性吸力是指衔铁所受电磁吸力反力是指与吸力方向相反的机械力继电器的机械力一般包括触点压力、__弹力、反力弹簧力和摩擦力因为摩擦力很小,往往不予考虑吸力特性就是吸力与衔铁位置间隔的关系曲线反力特性就是反力与衔铁位置间的关系曲线拍合式电磁系统的衔铁运动方式都是转动,所以衔铁位置用角度表示,力用力矩表示来分析问题比较方便设在释放状态时衔铁相对极靴面张开的角度为αM,在吸合状态时为α0(因为有段差存在,一般α0≠0)在动触点刚接触A触点时衔铁张角为α1,动触点刚刚离开B触点时张角为α2在α2时反力矩由B触点压力确定在α1时反力矩比α2时稍有增加该增加值由__的弹性系数与(α2-α1)的乘积确定在α0时,由A触点压力、B触点压力、(α2-α0)与__弹性系数乘积三者之和确定画成曲线就是图9中的折线吸力特性的绘制相当复杂,这里只粗略地讲一下根据理论分析,线圈电流不变,磁路中磁感应强度不很高时(对纯铁B≤
1.5T)衔铁所受吸力对转动轴心的力矩与衔铁心极靴极面的张角的平方大致成反比而当衔铁张角不变时,吸力矩与(IW)2大致成正比I是线圈电流,W是线圈圈数图9吸力特性与反力特性对于一只已经调整好的继电器,其反力特性只有一条但是它的吸力特性可以有无数条不同的线圈电流就有不同的吸力特征图9中,吸力特性3的线圈电流大于吸力特性2的吸力特性2的线圈电流大于吸力特性1的为了使衔铁吸向铁心,那么必须使吸力大于反力图9中,设吸力特性2的线圈电流为I2,此时衔铁在释放位置吸力刚刚大于反力于是衔铁开始向铁心运动,因而吸力比反力大得更多,衔铁加速运动,先是动合触点发生碰撞,然后衔铁碰到铁心,完成吸合过程这时线圈电流I2就是继电器的吸合电流,与此电流对应的线圈电压就是吸合电压从图9可以看出,衔铁吸合后,在吸合电流下的吸力远远大于吸合状态下的反力值为了使继电器释放必须使吸力小于反力图9中吸力特性1的吸合位置的吸力刚刚小于反力,衔铁开始离开铁心返回,因而吸力又急剧减小,衔铁加速返回运动,直到常闭触点发生碰撞,衔铁产生振荡运动并逐渐停止由以上分析可知,触点在闭合时发生碰撞是不可避免的,因而触点回跳也不是不可避免的,只能采取适当措施尽量予以限制图9中曲线为保持IW时的吸力特性当Relay的线圈IW由工作降到IW保持时,虽然吸力特性曲线4低于吸动安匝时吸力曲线I,但是由于此时空气隙小,F吸仍大于F反,所以Relay的衔铁仍能保持在吸合位置现在分析一下触点机械参数对吸合和释放电压的影响图9(α2-α1)中与触点间隙(GAP)相对应若增加触点间隙,则B点必向右移,设移至B1(设B压力不变),反力特性变为B1A1O1,显然,此时反力高于原吸合电压下的吸力为了使继电器吸合则必须加大线圈电流,即吸合电压升高了B压力的增加使吸合电压升高是很明显的图9中(α2-α0)与触点跟踪(或FOLLOW)相对应若触点间隙和B压力不变,只增加FOLLOW,则B点也会右移这时也必须提高线圈电压才能使继电器吸合同样的道理,机械参数的变化对释放电压的影响与对吸合电压的影响是一致的,只是FOLLOW对释放电压影响较大,对吸合电压影响较小,而GAP对释放电压影响较小对吸合电压影响较大B压力对吸合和释放放均有较大影响
9、影响继电器电气性能的主要因素
9.1吸合和释放电压上一节我们已经分析了触点机械参数对吸合和释放电压的影响此外还有一些因素对这两个参数有影响因为电磁力是由磁路所环绕的电流的总和决定的,这个电流总和是(I.W),I是线圈电流,W是线圈匝数而I=V/R(9-1)V——线圈两端电压R——线圈电压显然R增加会使电流I减小,(IW)也就会减小所以为了保持吸力不变必须提高线圈电压,即R增加会使吸合电压升高因为漆包线的电阻率随温度升高耐而增大所以线圈电阻会随温度升高而增加当环境温度升高时,继电器的吸全电压就会提高,当继电器线圈__通电后,它的温度就会升高从而使吸合电压提高当漆包线的线径变细了一点(由于制造漆包线会有公差),则为保证电阻不变,线圈圈数W就要减少,那么,同样电压下(I.W)就会减小为了使继电器吸合,就得增加线圈两端的电压,也就是说W的减少,导致吸合电压升高轭铁与铁心的铰合质量以及铁心与轭铁孔的配合尺寸也会影响吸合电压,它们的质量差使得磁路的磁阻增加在(I.W)不变时产生的磁通就会减少,因而吸力减小,为保证吸力不变只增加电流I,从而使吸合电压升高上述因素对释放电压也有同样的影响导磁材料的矫顽力(俗称剩磁)对释放电压有较大影响矫顽力反映了在去除外加磁场后导磁材料内部剩余磁场的强弱当线圈电流较小时,剩余磁所产生的磁通在总磁通中会占较大分量,所以剩磁大的材料所制成的继电器较难释放磁性材料因机械__产生的应力会使它的矫顽力提高,我们的磁性零件都要进行退火处理,就是为了将它的矫顽力降至最小从而保证继电器容易释放此外,__的刚度(俗称软硬)对吸合和释放电压也有一定影响刚度大(硬),一般会使吸合和释放电压升高
9.2接触电阻根据接触电阻的定义,接触电阻RC由三部分电阻组成RC=RS+RJ+RF式中RS——收缩电阻RJ——结构电阻RF——表面膜电阻收缩电阻是由于接触点导电截面的缩小而形成的电阻;结构电阻是指导电件(如A脚、B脚、__及触点);表面膜是指触点表面形成的各种有机的、无机的薄膜结构电阻在导电件材料确定之后的不会有多大变化收缩电阻则由下式决定RS=K/F
0.9式中K——与触点材料、形状以及F的计量单位有关的常数表面膜电阻是接触电阻中最难对付的一部分,这是因为表面膜的成分非常复杂多变它无法准确计算,甚至无法估算随着表面膜成份和厚度的变化它的电阻可以从零变到几乎不导电和程度生产中接触电阻不稳定的罪魁祸首就是它形成表面膜的因素非常多,常见的有
1、空气中的灰尘
2、空气中的有害气体如CO
2、H2S、SO
2、NO
2、CI2各种酸、碱盐的蒸气这些气体在水蒸气的参与下更加有害,会使触点表面形成不导电的氧化物或盐类
3、空气中的有机物蒸气如塑料、胶、漆、松香、油类的蒸气,其中松香蒸气最为有害
4、生产过程中触点表面沾染的各种有害物质如油污、汗渍、灰尘清洗液蒸发后的残留物等计算和测量都表明,当表面干净时(即表面膜很少时)SRU、SRD之类产品的接触电阻不会超过20MΩ,但是生产中接触电阻不良(接触电阻超过100mΩ),有时甚至高达20%原因就是触点形成较厚较多的表面膜表面膜电阻与触点压力也有一定关系但此关系很难定量计算一般来说,触点压力大到一定程度可将表面膜压破,因而可显著减少膜电阻一般来说这个力必须相当大,在规定的吸合电压下,一般产品往往达不到这个压力形成表面膜的有害物质的来源非常广泛,让人防不胜防单就灰尘的来源就非常多如室内外通风将室外灰尘带入室内人员出入带入室内会将其上的灰尘、污物留在车间内人员衣、帽、鞋、身体、头发等不清洁会将其上灰尘、污物留在车间内不良的打扫卫生的方式方__将灰尘大量荡起飘于空气中,如用压缩空气吹灰尘、用干布擦器物、用嘴吹灰尘等办公用品、包装器材也能将大量灰尘带入车间周转盒常年不清洗或只干擦有了灰尘就用白纸盖上,看似清洁,实际上灰尘仍在取放产品仍会荡起灰尘工衣、工帽穿戴流于形式,头发外露、工衣不洁何有之有?上班时间打扫卫生容易荡起灰尘,即使用湿布拖地也再所难免外出的鞋与室内用拖鞋放在一起或者都在一处换鞋,形成灰尘的“交叉感污”上述灰尘除、、不好解决外,其它各种情况不要花太多的钱,只要员工养成好习惯都能显著改善我们厂制造车间内的有机气体污染也是相当严重,特别是在三楼车间封胶、烘烤、焊锡都在一个大__内,印字虽在一小室内,但和大车间之间“通风良好”,所以车间内有机蒸气浓度相当高,人一进车间就能闻到一种异味产品在车间内停留时间一长,接触电阻就会显著增加总之,要使产品接触电阻稳定,必须尽量消除各种形成触点表面的污染源这,说起来容易,做起来很难,难就难在难于使“全体”员工都重视整洁生产,都有自觉的整洁生产意识,减轻污染,提高接触电阻的稳定性将是摆在三友全体人员特别是管理人员面前的一项__任务
9.3触点回跳第8条我们已经讲过,触点在闭合瞬间的回跳是不可避免的影响回跳大小的因素是碰撞时运动部分的动能和碰撞系统对动能吸收的多少(即减振多少)显然碰撞能量越小和动能吸收越多,则回跳越小衔铁直接带动触点运动的产品结构碰撞能量较大,其中常闭合时的碰撞能量最大,而动能吸收较少,所以这种结构的继电器常闭触点闭合回跳都比较严重现在我们主要讨论影响常闭触点闭合回跳的因素因为常闭触点是在线圈突然断电时产生返回运动,这时衔铁所受电磁吸力时间很短,且吸力减小很快,可以近似认为,运动部份只受机械反力常闭触点闭合时所具有的动能,等于反力对衔铁所做的功它的值正比于反力特性下的横坐标轴所围成的__(见图9)我们可看到FOLLOW、GAP(相当于α2-α1)和B压力越大,则反力特性下的__也越大,就是说碰撞动能也越大,触点回跳也越大所以为了减少触点回跳就尽可能减小FOLLOW、GAP和B压力常闭触点的碰撞时对能量的吸收与触点材料的硬度,__的内应力、B脚的支撑、骨架的消振能力等因素有关一般来说,触点材料越硬,__内应力越小,B脚与骨架贴合不紧则动能吸收得越少触点材料硬度我们已无法改变,__内应力只能靠增大B压力来加大为了保证B脚与骨架贴合紧密,在调整时不得调整B脚我们看到,B压力大会加大碰撞能量,但是又会增大__内应力,使动能吸收得多所以,B压力可能有一个最佳值,在此值下触点回跳最小
9.4电气寿命电气寿命是产品标准中一个重要性能指标我厂许多型号的实际电气寿命分散性很大同一型号的继电器有的样品可做到10万次以上不烧坏,有的样品只能做到几千次就__失效了产生这种现象的确切原因尚不十分清楚但从电接触理论定性分析来看,影响交流负载电寿命的因素大致在以下几点触点材料的耐电蚀性目前,对小型的电磁继电器来说,AgSnO2是最好的触点材料触点回跳回跳时间长、次数多的产品寿命短接触电阻接触电阻大时,温长高,寿命就短触点压力触点压力小时,接触电阻较大,寿命较短动合触点跟踪跟踪过小寿命就达不到标准规定的要求A、B脚和__的导电率和导热系数导电导热好的材料、电寿命长骨架和外壳的耐温能力耐温高者不易变形,电寿命就长影响直流负载电寿命的因素有触点材料的抗转移能力目前,AgSnO2是较好的材料文献介绍,PdCu15或AuCo5也是抗材料转移(阳极)对(阴极)在一定的开关电路参数下,具有足够的抗转移性,而且__便宜触点回跳回跳时间长,次数多者,易粘结,寿命短触点间隙过小者易粘结吸合电压高的继电器常闭触点易粘结以上讨论的是继电器设计和制造过程中对寿命影响的因素引外继电器的使用条件也对寿命有很大影响在这里就不讨论了
10、我厂继电器常用材料及其主要特性
10.1导电材料继电器中导电材料大多数用黄铜或工业纯铜它们的物理和机械特性见表(10-1)工来纯铜的导电率和导热系数都仅次于银黄铜的导电率和导热系数在铜合金中仅次于银青铜,比铍青铜还要高所以在不要求弹性好的地方大多用黄铜做导电材料工来纯铜因机械性能差,用得较少
10.2弹性导电材料弹性导电材料在继电器中多用作__材料常用的有磷青铜和铍青铜它们的物理机械特性见表(10-1)它们的抗拉强度和延伸率比黄铜高许多,所以变形较大时不易产生塑性变形,也就是说有较好的弹性铍青铜的导电率和导热系数比磷青铜都要高许多,机械强度也高得多,唯五缺点是__较贵且铍蒸气对人体有害,冶炼时产生环境污染磷青铜的性能虽然较铍青铜差,但已能满足一般继电器的要求,而且__便宜所以一般民用继电器还是大量采用磷青铜做__材料
10.3触点材料对触点材料的要求导电率和导热系数高,有一定的机械强度,易于__、耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化、耐电腐蚀、抗材料转移等但是没有一种材料能完全满足上述要求,往往是导电率和导电系数高的材料却不耐电腐蚀耐化学腐蚀的材料却不一定耐电腐蚀硬度高的材料往往导电导热性能差等等所以没有万能的材料只能根据触点负载条件和对其电性能的要求来选不同的材料人们为了满足各种各样的触点负载和其它性能要求,研制了许许多多不同的触点材料所以触点材料品种非常多表(10-1)常用铜合金成份及主要性能材料名称状态主要成份导热率(w/m.K)导电率mΩ/.mm2弹性模数KN/mm2最大抗强度N/mm2断裂延伸%工业纯铜.硬Cu
99.9%385≥571153005H62Cu62Zn余量
12115.511050012锡磷青铜Sn
6.5P
0.1Cu余量75911860024铍青铜Qbe
1.7Be
1.7Ni+Co
0.6ΩCu余量1052013011007适用于一般小型继电器的触点材料主要有纯银、银铜合金、银镍合金、银-氧化镉、银-氧化锡,这些材料的典型性能见表(10-2)纯银做的触点的优点是导电导热率最高、易__,但机械性能和抗熔焊性、耐电蚀性都不太高银铜、银镍合金的导电导热性稍差,接触电阻稍高但机械强度高、耐熔焊性和耐电蚀性均优于纯银银-氧化镉材料的特点是抗熔焊性较好、耐电蚀性也优于银铜和银镍合金导电性与银铜合金不相上下,银-氧化锡触点材料与银-氧化隔的耐电性相差不多,但其抗材料转移能力优先银-氧化隔名称主要成份(%)导热率(w/m.K)导电率mΩ/.mm2熔点℃最大抗强度N/mm2延伸率%硬度(HV10)纯银Ag
99.9541860960200-3602-3030-90A__u10Ag90Cu余量33550870280-55001-1570-150AgNi10Ag90Ni余量50220-4001-2050-110A__dO10Ag90CdO余量5060AgSnO210Ag90SnO2余量
458410.4磁性材料(导磁材料)自然界磁性种类不多,只有铁、钴、镍铁的__便宜,在地球中储量丰富一般继电器中只用电工纯铁做导磁材料对导磁材料,除了要求有足够的机械强度外,还要求有较高的导磁率,较高的饱和磁__强度对软磁材料(一般磁继电器导磁体都用软磁材料)还要求有较低的矫顽力导磁率就是在导磁材料内的磁感应强度与产生该磁感强度的外加磁场强度的比值,即μ=B/H实际上导磁材料的导磁率不是一个常数,而是随H而变的变数对于电工纯铁,当H较小时,μ也较小,随着H的增加,μ也增加;而当磁性材料的磁感应强度B趋向饱和时则μ急剧下降,所以导磁率有个最大值电工纯铁的最大导磁率约5000(高/奥)饱和磁感应强度BS是指当外加磁场强度增加时,磁性材料不再进一步磁化时的磁感应强度它的大小实际上限制了(导磁体载面一定时)通过的磁通量的多少,或者说限制了导磁体单位__的吸力电工纯铁的饱和磁感应强度约
2.1特斯拉(21000高斯)矫顽力导磁材料充分磁化(饱和磁化)后,将外加磁场降到零,导磁材料中仍有残作的磁感应强度为了将磁感应强度降到零,可以反向施加外加磁场,使剩余在感应强度降为零的反向外加在职强度就是矫顽力电工纯铁的矫顽力一般不超过1奥斯特(约80安/米)
10.5绝缘材料机械强度、绝缘性能、耐温等级、吸水性以及尺寸稳定性、工艺性是迁用绝缘材料是主要考虑的性能绝缘材料主要用来做骨架、底板和外壳常用的绝缘材料是PBT、PET、尼龙、环氧树脂PBT的各项性能均较好,特别适用于耐温要求不是很的小型通用继电器,我厂绝大部分绝缘零件都用这种材料制造PET与PBT性能相差不多,尼龙强度较好但吸水性强、尺寸稳定性稍差,环氧树脂属热固性塑料,我厂主要用开封胶
10.6绕组材料线圈中用绝缘导线绕成的那部分叫绕组继电器的绕组都用漆包线绕成漆包线的导体都是纯铜,漆包线的标称直径是指铜丝的直径,不包括外层漆膜的厚度根据所用漆腊材料的不同,漆包线有许多种类漆包线主要以耐温高低、漆膜机械强度和绝缘强度来区分其优劣特殊用途的漆包线,另有其特点我厂用的漆包线耐温中等另外为了提高焊线效率,我厂用直焊型漆包线,即不用刮去漆腊就可直接焊锡这种漆包线耐温不可能很高耐高温的漆包线,必须刮去漆膜才能焊上锡漆包线直径及漆膜厚度的准确弃对线圈电阻有较大影响,若标称直径不变,漆膜厚充增加时线圈电阻会增加(圈数不变时)若铜丝直径增加时,线圈电阻会降低(圈数不变时)与此同时线圈直径也会增加。