1、第二篇,电子电器元件,第一章 电子式时间继电器,1 电子式时间继电器的分类,按延时方式分类,通电延时(通电时延时接通) 断电延时(断电时延时断开),按延时原理分类,阻容式(延时范围0.1s-1000s) 计数式(延时范围0.1s-几十小时),2 RC式电子时间继电器,1) 基本电路结构与延时时间计算,电路结构框图,典型通电延时电路,考虑电容初始电压时,延时时间计算, E, Uco, Ud对延时时间的影响,2) 延时误差与Ud的选择,不考虑 Uco时, 延时时间可按下式计算,K对延时时间有影响,延时时间误差计算,式中,K对延时误差有影响,若延时误差由时间常数变化产生, 则,若延时误差由K变化产生
2、, 则,的变化曲线,和,K值的选择,(1) 若K选择过小, 延时时间短, 误差减小的不显著,(2) 若K选择过大, 延时时间长, 误差增加显著,(3) 选择K时的折中考虑是,选择 和 的变化率相等,上式成立的条件是,即:,这种条件下,3) RC式时间继电器设计原则,(1) 门限电压Ud的选择,门限电路与充电电路供电源, 且Ud采用电阻分压 选择Ud=(0.50.7)E,(2) 延时电容C的选择,选择温度系数和漏电小的电容器 避免采用大电容实现短延时,3) RC式时间继电器设计原则,(3) 电阻R的选择,保证时间常数不变的情况下, 尽量提高电阻R的值 保证RRc 保证能提供后级电路所需的电流,(
3、4) 尽量消除Uco的影响,设置低时间常数的放电回路 可以设置低时间常数的预充电路 在电容C上并联继电器触点, 但需锁存式出口电路,4) RC式通电延时时间继电器设计实例,RC式通电延时继电器的标称时间分为多个等级 1s, 5s, 10s, 30s, 60s, 120s, 180s, 300s, 600s , 1800s, 3600s,时间继电器的主要技术指标 延时范围: tNtmax1.1tN; tmin不大于0.1tN 重复工作时间间隔不大于1s 重复误差不大于3% 综合误差不大于10%,(2) 电路结构与原理,电路结构,(2) 电路结构与原理,电路原理图,5) 其它延时电路,多级式延时电
4、路,5) 其它延时电路,(2) 放电延时电路,3 计数式电子时间继电器,1) 计数式时间继电器延时原理与分类,用计数器对一周期为T的脉冲信号计数，若计数值为N，则动作时间为：td=TN,计数式时间继电器延时原理,计数式时间继电器的分类,按动作时间的 调整方式分类,脉冲周期可调式 (N不变,T可调整) 计数值可调式 (T不变,N可调整),2) 脉冲周期可调的计数式时间继电器结构,3) 自带振荡器的14级二进制计数简介,型号: CD4060 (4000系列CMOS数字集成电路),外形图,管脚排列图,功能结构框图,功能表,内部结构框图,典型RC振荡器,4) 采用CD4060的脉冲周期可调计数式时间继
5、电器,电路原理图,(1) 工作原理,上电过程 b) 断电过程,(2) 延时时间与延时范围,若取: C=0.1uF; R=20K; Rw=180k,振荡器的振荡周期:,Tmax=2.2C(R+Rw)=2.2x0.1X10-6x200X103=44ms,Tmin=2.2CR=2.2x0.1X10-6x20X103=4.4ms,K2闭合, K1断开时,tdmax=Tmaxx29=44x512=22.5s,tdmin=Tminx29=4.4x512=2.25s,b) K1闭合, K2断开时,tdmax=Tmaxx213=44x8192=360s,tdmin=Tminx213=4.4x8192=36s,
6、由于T是连续调节的, 所以td也是连续调节的.,(3) 延时误差来源,开机清零电路,t=0.1x10-6x10x103=1ms,可利用正负温度系数补偿,b) R C Rw随温度变化,c) 继电器的动作时间,小型继电器的动作时间约20ms左右,5) 计数值可调的计数式时间继电器结构,6) 双十进制同步计数器和拨码开关简介,(1)双十进制同步计数器 ( CD4518数字集成电路),外形图,管脚排列图,内部结构框图,真值表,a) 10分频电路,CD4518分频器应用,十分频电路仿真结果,CD4518分频器应用,b) 5分频电路,五分频电路仿真结果,外形图,管脚排列图,(2) 8421拨码开关,典型应
7、用,内部结构图,(2) 8421拨码开关,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,(1) 电源与脉冲源电路,电源与脉冲源电路原理图,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,电源与脉冲源电路仿真结果,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,(2) 分频器电路,5分频和10分频电路原理图,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,分频器电路仿真结果,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,(3) 计数,一致电路,上电清零与出口电路,计数器、一致电路与出口电路原理图,7) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,计数、一致、上电清零电路仿真结果,7
8、) 采用CD4518设计的计数值可调时间继电器,(3) 计数,一致电路,上电清零与出口电路,计数器、一致电路与出口电路原理图,BCD-七段译码-驱动和显示器件,外形图,8) 采用PIC2F675单片机设计的时间继电器,第二章 电动机保护继电器,电动机故障分类,机械类故障 电气类故障,电机的电气类故障表现为:电流过大, 电机绕组过热绕组绝缘破损, 引起漏电, 威胁人身安全,本章只研究电动机的电气类故障,电机过载运行 (最严重的情况是堵转)电源电压过高或过低频繁启动或正反转电机绕组内部出现短路某相绕组发生匝间短路电机发生相间短路某相发生相对地短路(与供电系统接地型式有关)非对称运行 (最严重的情况
9、是断相),电机绕组电流过大的几种原因,按电流原则分类的保护,电机保护继电器的种类,过载保护短路保护断相保护漏电保护,按电压原则分类的保护,过电压保护欠电压保护负序电压保护,按温度原则分类的保护温度保护,1 过载和短路保护继电器,过载和短路保护继电器是电流型保护电器。,过载和短路保护继电器的结构,1） I-V 变换器,a) 电流互感器,根据KCL,若等效电路中,或,则,即:,则,为了保证,应该增大,减小,增大,的措施,闭合磁路, 可以增大磁导G采用高导磁率 的铁心材料铁心不能饱和, 以免降低,b) 电抗互感器,根据KCL,由于磁路有气隙,或,则,即:,则,为了保证,应该减小,增大,减小,的措施是
10、铁心开有气隙, 增大R的措施是电抗,互感器付边开路。,电流互感器,电流互感器和电抗互感器的特点,铁心易于饱和, 电流测量范围小能真实反映电流的高频分量能真实反映电流的暂态分量,电抗互感器,铁心不易饱和, 电流测量范围大对电流的高频分量有提升作用对电流的暂态分量有抑制作用,2） 测量电路,典型的三相测量电路,a） 三相对称运行,三相对称运行, 对称过载, 对称性短路仿真,输出电压的高低反映了电流的大小, 因此, 可根据电压的高低判断电流的大小,b） 三相非对称运行,A相断相运行或BC相短路仿真,输出电压的高低反映了电流的大小, 因此, 可根据电压的高低判断电流的大小,c） 单相对地短路,中性点接
11、地系统中C相对地短路,三相测量电路特点,可检测三相对称过载, 对称性短路可检70%负载时的测断相或两相之间短路可检测中性点接地系统的但相对地短路,3） 短路保护,a) 电机启动电流,过渡过程引起的启动电流峰值,稳态启动电流,工作电流,通常,3） 短路保护,b) 短路保护动作值整定,动作电流整定,按启动电流峰值确定短路保护电流按稳态启动电流确定短路保护电流启动时按启动电流峰值整定, 启动 后按需要整定,按启动电流峰值整定时:,按稳态启动电流整定时:,C） 短路保护电路,按启动电流峰值和稳态启动电流整定 短路保护电路,脱扣线圈,C） 短路保护电路,启动时按启动电流峰值整定 启动后按需要整定,继电器
12、线圈,4） 过载保护,a) 电机的过载曲线,通电后, 电机温升上升过程可用下式表示,式中: 温升(); W损耗( W); HS散热系数(W/m2)AS散热面积(m2); 发热时间常数(s); t时间(s),KW (W/WN)倍过载时, 最大允许温升与最大允许运行时间,过载后电机最大允许工作时间(近似),这种电机电流过载倍数与电机最大允许工作时间的关系电机过载曲线。,b) 对过载保护继电器的要求,过载保护要求,具有反时限保护特性保护特性与电机过载特性良好配合 (保护特性位于电机过载曲线下面)保证电机正常启动,注: 电流过载倍数与保护电器动作时间关系过载保护电器的保护特性。,c) 过载保护继电器,
13、过载保护继电器简化电路, 工作原理, 反时限延时特性的实现, 反时限延时特性的实现, 反时限延时特性的改善方法一,过载保护继电器简化电路, 反时限延时特性的改善方法一,轻过载时: UoUDW, 严重过载时: UoUDW+Ud2, 中度过载时: UDW+Ud2UoUDW, 反时限延时特性的改善方法一举例,UoUDW时, UoUDW+Ud2时,取:,则,反时限延时特性的改善方法一举例, UoUDW+Ud2时,取:,则,取:,则,当KI1.7后(UoUDW+Ud2),反时限延时特性的改善方法一举例,KI1.7时, 反时限延时特性的改善方法二,过载保护继 电器简化电路, 反时限延时特性的改善方法二,延
14、时时间:,令:,则,反时限延时特性的改善方法二举例,2 断 相 保 护 继 电 器,满载断相时定子电流,满载断相时转子电流,1) 断相测量电路,a) 基于线电流为零的断相测量电路,根据UA,UB,UC是否有电压可以判断是否发生断相故障。 该方法只适用于线路断相。 电流互感器可采用速饱和电流互感器。,速饱和电流互感器测量原理,b) 基于负序电流的断相测量电路,C相断相时, A, B相电流大小相等, 相位差180。 采用向量分析, 可得电流的正序分量IA+, IB+, IC+和负序分量IA-, IB-, IC- 。 线路断相时, 正序和负序电流幅值相等。,线路断相负序电流产生示意图, 负序电流的产
15、生, 负序电流的测量,负序电流滤序器, 正序电流的测量结果, 负序电流的测量,负序电流滤序器, 负序电流的测量结果,正序电流时的向量分析, 负序电流滤序器的向量分析,负序电流时的向量分析,c) 基于线电流差的断相测量电路,断相保护继电器可以是电流型的, 也可以是电压型的。,电流型断相保护继电器的结构,电流型与电压型的差别在于测量电路,2) 断相保护继电器,a) 基于线电流为零的断相保护继电器,b) 基于负序电流的断相保护继电器,c) 基于线电流差的断相保护继电器,3 综合保护继电器,综合保护继电器可进行多种故障的保护, 如: 具有反时限特性的长延时过载保护。 具有定时限的短延时短路保护。 具有
16、瞬时动作的短路保护。 欠压保护。 断相保护、漏电保护等。,电机综合保护继电器,电机综合保护继电器具有的保护功能具有反时限过载保护。 具有定时限的短延时短路保护。 具有瞬时动作的短路保护。 具有断相保护。,a) 多功能电流滤序器, 电机对称运行, 电机断相运行, A相断相, B相断相, C相断相,结论:,电机对称运行,或,电机断相运行,电机对称运行, 且1.2倍过载时, 输出电压为:,电机断相运行, 且输出电压等于对称运行1.2倍过载的输出电压时, 电流为:,或,此时, 绕组内的最大电流也仅为:,b) 电机综合保护继电器, 基于多功能电流滤序器的测量电路, 长延时短延时瞬 动及出口电 路, 保护特性,反时限长延时过载保护特性,定时限短延时短路保护特性,瞬动短路保护特性,三段保护特性,电流过载倍数KI,动作时间(的倍数),
