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第二篇第二篇电子电器元件电子电器元件第一章第一章 电子式时间继电器电子式时间继电器1 电子式时间继电器的分类电子式时间继电器的分类按延时方式分类按延时方式分类通电延时通电延时(通电时延时接通通电时延时接通)断电延时断电延时(断电时延时断开断电时延时断开)按延时原理分类按延时原理分类阻容式阻容式(延时范围延时范围0.1s-1000s)计数式计数式(延时范围延时范围0.1s-几十小时几十小时)2 RC式电子时间继电器式电子时间继电器1)基本电路结构与延时时间计算基本电路结构与延时时间计算电路结构框图电路结构框图典型通电延时电路典型通电延时电路考虑电容初始电压时考虑电容初始电压时,延时时间计算延时时间计算,E,Uco,Ud对延时时间的影响对延时时间的影响2)延时误差与延时误差与Ud的选择的选择不考不考虑 Uco时时,延时时间可按下式计算延时时间可按下式计算K对延延时时间有影响有影响延时时间误差计算延时时间误差计算式中式中K对延延时误差有影响差有影响若延时误差由时间常数变化产生若延时误差由时间常数变化产生,则则若延时误差由若延时误差由K变化产生变化产生,则则的变化曲线的变化曲线和和K值的选择值的选择(1)若若K选择过小选择过小,延时时间短延时时间短,误差减小的不显著误差减小的不显著(2)若若K选择过大选择过大,延时时间长延时时间长,误差增加显著误差增加显著(3)选择选择K时的折中考虑是时的折中考虑是选择选择 和和 的变化率相等的变化率相等上式成立的条件是上式成立的条件是即即:这种条件下这种条件下3)RC式时间继电器设计原则式时间继电器设计原则(1)门限限电压Ud的的选择a)门限限电路与充路与充电电路供路供电源源,且且Ud采用采用电阻分阻分压b)选择Ud=(0.50.7)E(2)延延时电容容C的的选择a)选择温度系数和漏温度系数和漏电小的小的电容器容器b)避免采用大避免采用大电容容实现短延短延时3)RC式时间继电器设计原则式时间继电器设计原则(3)电阻阻R的的选择a)保保证时间常数不常数不变的情况下的情况下,尽量提高尽量提高电阻阻R的的值b)保保证RRcc)保保证能提供后能提供后级电路所需的路所需的电流流(4)尽量消除尽量消除Uco的影响的影响a)设置低置低时间常数的放常数的放电回路回路b)可以可以设置低置低时间常数的常数的预充充电路路c)在在电容容C上并上并联继电器触点器触点,但需但需锁存式出口存式出口电路路4)RC式通电延时时间继电器设计实例式通电延时时间继电器设计实例RC式通式通电延延时继电器的器的标称称时间分分为多个等多个等级1s,5s,10s,30s,60s,120s,180s,300s,600s,1800s,3600s(1)时间继电器的主要技的主要技术指指标a)延延时范范围:tNtmax1.1tN;tmin不大于不大于0.1tNb)重复工作重复工作时间间隔不大于隔不大于1sc)重复重复误差不大于差不大于3%d)综合合误差不大于差不大于10%(2)电路路结构与原理构与原理电路路结构构(2)电路路结构与原理构与原理电路原理路原理图5)其它延时电路其它延时电路(1)多多级式延式延时电路路5)其它延时电路其它延时电路(2)放放电延延时电路路3 计数式电子时间继电器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计数式时间继电器延时原理与分类用计数器对一周期为用计数器对一周期为T的脉冲信号计数，若计数的脉冲信号计数，若计数值为值为N，则动作时间为：，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延时原理计数式时间继电器的分类计数式时间继电器的分类按动作时间的按动作时间的调整方式分类调整方式分类脉冲周期可调式脉冲周期可调式(N不变不变,T可调整可调整)计数值可调式计数值可调式 (T不变不变,N可调整可调整)2)脉冲周期可调的计数式时间继电器结构脉冲周期可调的计数式时间继电器结构（1）自带振荡器的自带振荡器的14级二进制计数简介级二进制计数简介型号型号:CD4060 (4000系列系列CMOS数字集成电路数字集成电路)外形图外形图管脚排列图管脚排列图功能结构框图功能结构框图功能表功能表注：注：“高电平高电平”清零清零 “下降沿下降沿”计数计数内部结构框图内部结构框图典型典型RC振荡器振荡器（2）采用采用CD4060的脉冲周期可调计数式时间继电器的脉冲周期可调计数式时间继电器电路原理图电路原理图 工作原理工作原理a)上电过程上电过程 b)断电过程断电过程 延时时间与延时范围延时时间与延时范围若取若取:C=0.1uF;R=20K;Rw=180k振荡器的振荡周期振荡器的振荡周期:Tmax=2.2C(R+Rw)=2.2x0.1X10-6x200X103=44ms Tmin=2.2CR=2.2x0.1X10-6x20X103=4.4ms a)K2闭合闭合,K1断开时断开时tdmax=Tmaxx29=44x512=22.5s tdmin=Tminx29=4.4x512=2.25s b)K1闭合闭合,K2断开时断开时tdmax=Tmaxx213=44x8192=360s tdmin=Tminx213=4.4x8192=36s 由于由于T是连续调节的是连续调节的,所以所以td也是连续调节的也是连续调节的.延时误差来源延时误差来源a)开机清零电路开机清零电路t=0.1x10-6x10 x103=1ms可利用正负温度系数补偿可利用正负温度系数补偿 b)R C Rw随温度变化随温度变化c)继电器的动作时间继电器的动作时间小型继电器的动作时间约小型继电器的动作时间约20ms左右左右 3)计数值可调的计数式时间继电器结构计数值可调的计数式时间继电器结构（1）双十进制同步计数器和拨码开关简介）双十进制同步计数器和拨码开关简介 双十进制同步计数器双十进制同步计数器(CD4518数字集成电路数字集成电路)外形图外形图管脚排列图管脚排列图内部结构框图内部结构框图真值表真值表a)10分频电路分频电路CD4518分频器应用分频器应用十分频电路仿真结果十分频电路仿真结果CD4518分频器应用分频器应用b)5分频电路分频电路五分频电路仿真结果五分频电路仿真结果外形图外形图管脚排列图管脚排列图 8421拨码开关拨码开关典型应用典型应用内部结构图内部结构图 8421拨码开关内部结构拨码开关内部结构（2）采用）采用CD4518设计的计数值可调时间继电器设计的计数值可调时间继电器 电源与脉冲源电路电源与脉冲源电路电源与脉冲源电路原理图电源与脉冲源电路原理图电源与脉冲源电路仿真结果电源与脉冲源电路仿真结果分频器电路分频器电路5分分频频和和10分分频频电电路路原原理理图图分频器电路仿真结果分频器电路仿真结果 计数计数,一致电路一致电路,上电清零与出口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计数器、一致电路与出口电路原理图思考题思考题1.分频电路如何设计上电清零电路？分频电路如何设计上电清零电路？2.一致电路输出高电平后，如何禁止计数器（或分频一致电路输出高电平后，如何禁止计数器（或分频器）继续计数？器）继续计数？(3)计数计数,一致电路一致电路,上电清零与出口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计数器、一致电路与出口电路原理图 计数计数,一致电路一致电路,上电清零，出口电路和显示电路上电清零，出口电路和显示电路 BCD-七段译码七段译码-驱动和显示器件驱动和显示器件 外形图外形图 延时误差来源延时误差来源a)开机清零电路开机清零电路t=0.1x10-6x30 x103=3ms若频率误差为：若频率误差为：500.5Hz，则延延时精度精度为1%b)电网的频率误差电网的频率误差c)继电器的动作时间继电器的动作时间小型继电器的动作时间约小型继电器的动作时间约20ms左右左右 d)清零结束后的第一个脉冲的不同时刻清零结束后的第一个脉冲的不同时刻t20ms，td=0.1s时，误差差20%；td=10s时，误差差0.2%；（3）采用）采用PIC12F675单片机设计的时间继电器单片机设计的时间继电器第二章第二章 电动机保护继电器电动机保护继电器电动机故障分类电动机故障分类机械类故障机械类故障电气类故障电气类故障电机的电气类故障表现为电机的电气类故障表现为:电流过大电流过大,电机绕组过热电机绕组过热 绕组绝缘破损绕组绝缘破损,引起漏电引起漏电,威胁人身安全威胁人身安全本章只研究电动机的电气类故障本章只研究电动机的电气类故障 电机过载运行电机过载运行(最严重的情况是堵转最严重的情况是堵转)电源电压过低电源电压过低 频繁启动或正反转频繁启动或正反转 电机绕组内部出现短路电机绕组内部出现短路 某相绕组发生匝间短路某相绕组发生匝间短路 电机发生相间短路电机发生相间短路 某相发生相对地短路某相发生相对地短路(与供电系统接地型式有关与供电系统接地型式有关)非对称运行非对称运行(最严重的情况是断相最严重的情况是断相)电机绕组电流过大的几种原因电机绕组电流过大的几种原因按电流原则分类的保护按电流原则分类的保护电机保护继电器的种类电机保护继电器的种类 过载保护过载保护 短路保护短路保护 断相保护断相保护 漏电保护漏电保护按电压原则分类的保护按电压原则分类的保护 过电压保护过电压保护 欠电压保护欠电压保护 负序电压保护负序电压保护按温度原则分类的保护按温度原则分类的保护温度保护温度保护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是电流型保护电器。过载和短路保护继电器的结构过载和短路保护继电器的结构1）I-V 变换器变换器a)电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器+测量电阻测量电阻根据根据KCL若等效电路中若等效电路中或或则则即即:则则为了保证为了保证应该增大应该增大减小减小增大增大的措施的措施 闭合磁路闭合磁路,可以增大磁导可以增大磁导G 采用高导磁率采用高导磁率 的的铁心材料铁心材料 铁心不能饱和铁心不能饱和,以免降低以免降低 b)电抗互感器电抗互感器根据根据KCL由于磁路有气隙由于磁路有气隙或或则则即即:则则为了保证为了保证应该减小应该减小增大增大减小减小的措施是铁心开有气隙的措施是铁心开有气隙,增大增大R的措施是电抗的措施是电抗互感器付边开路。互感器付边开路。电流互感器电流互感器电流互感器和电抗互感器的特点电流互感器和电抗互感器的特点 铁心易于饱和铁心易于饱和,电流测量范围小电流测量范围小 能真实反映电流的高频分量能真实反映电流的高频分量 能真实反映电流的暂态分量能真实反映电流的暂态分量电抗互感器电抗互感器 铁心不易饱和铁心不易饱和,电流测量范围大电流测量范围大 对电流的高频分量有提升作用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对电流的暂态分量有抑制作用2）测量电路测量电路典典型型的的三三相相测测量量电电路路a）三相对称运行三相对称运行三相对称运行三相对称运行,对称过载对称过载,对称性短路仿真对称性短路仿真输出电压的高低反映了电流的大小输出电压的高低反映了电流的大小,因因此此,可根据电压的高低判断电流的大小可根据电压的高低判断电流的大小b）三相非对称运行三相非对称运行A相断相运行或相断相运行或BC相短路仿真相短路仿真输出电压的高低反映了电流的大小输出电压的高低反映了电流的大小,因因此此,可根据电压的高低判断电流的大小可根据电压的高低判断电流的大小c）单相对地短路单相对地短路中性点接地系统中中性点接地系统中C相对地短路相对地短路三相测量电路特点三相测量电路特点 可检测三相对称过载可检测三相对称过载,对称性短路对称性短路 可检测可检测 87%负载时的断相负载时的断相 可检测两相之间短路可检测两相之间短路 可检测中性点接地系统的单相对地短路可检测中性点接地系统的单相对地短路3）短路保护短路保护a)电机启动电流电机启动电流过渡过程引起的启动电流峰值过渡过程引起的启动电流峰值稳态启动电流稳态启动电流工作电流工作电流通常通常b)短路保护动作值整定短路保护动作值整定动作电流整定动作电流整定 按启动电流峰值确定短路保护电流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时按启动电流峰值整定,启动启动 后按需要整定后按需要整定按启动电流峰值整定时按启动电流峰值整定时:按稳态启动电流整定时按稳态启动电流整定时:C）短路保护电路短路保护电路按启动电流峰值和稳态启动电流整定按启动电流峰值和稳态启动电流整定短路保护电路短路保护电路脱扣线圈脱扣线圈启动时按启动电流峰值整定启动时按启动电流峰值整定启动后按需要整定启动后按需要整定继电器线圈继电器线圈4）过载保护过载保护a)电机的过载曲线电机的过载曲线通电后通电后,电机温升上升过程可用下式表示电机温升上升过程可用下式表示式中式中:温升温升();W损耗损耗(W);HS散热系数散热系数(W/m2)AS散热面积散热面积(m2);发热时间常数常数(s);t时间时间(s)KW(W/WN)倍过载时倍过载时,最大允许温升与最大允许运行时间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过载后电机最大允许工作时间(近似近似)这种这种电机电电机电流过载倍数流过载倍数与与电机最大电机最大允许工作时允许工作时间间的关系的关系电机过载曲电机过载曲线。线。b)对过载保护继电器的要求对过载保护继电器的要求过载保护要求过载保护要求 具有反时限保护特性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护特性位于电机过载曲线下面)保证电机正常启动保证电机正常启动注注:电流过载倍数电流过载倍数与与保护电器动作时间保护电器动作时间关系关系过载保过载保护电器的保护特性。护电器的保护特性。c)具有反时限特性的过载保护继电器具有反时限特性的过载保护继电器过载保护继电器简化电路过载保护继电器简化电路 工作原理工作原理 反时限延时特性的实现反时限延时特性的实现 反反时时限限延延时时特特性性的的实实现现 反时限延时特性的改善反时限延时特性的改善方法一方法一过载保护继电器简化电路过载保护继电器简化电路 轻过载时轻过载时:UoUDW+Ud2 中度过载时中度过载时:UDW+Ud2UoUDW 反时限延时特性的改善方法一举例反时限延时特性的改善方法一举例 UoUDW+Ud2时时取取:则则取取:则则取取:则则当当KI1.7后后(UoUDW+Ud2)反反时时限限延延时时特特性性的的改改善善方方法法一一举举例例KI1.7时时 反时限延时特性的改善反时限延时特性的改善方法二方法二过载保护继过载保护继电器简化电路电器简化电路 反时限延时特性的改善反时限延时特性的改善方法二方法二延时时间延时时间:令令:则则反时限延时特性的改善方法二举例反时限延时特性的改善方法二举例2断断相相保保护护继继电电器器满载断相时定满载断相时定子电流子电流满载断相时转满载断相时转子电流子电流1)断相测量电路断相测量电路a)基于线电流为零的断相测量电路基于线电流为零的断相测量电路根据根据UA,UB,UC是是否有电压可以判断否有电压可以判断是否发生断相故障。是否发生断相故障。该方法只适用于该方法只适用于线路断相。线路断相。电流互感器可采电流互感器可采用速饱和电流互感用速饱和电流互感器。器。速速饱饱和和电电流流互互感感器器测测量量原原理理b)基于负序电流的断相测量电路基于负序电流的断相测量电路C相断相时相断相时,A,B相电流相电流大小相等大小相等,相位差相位差180。采用向量分析采用向量分析,可得电流可得电流的正序分量的正序分量IA+,IB+,IC+和负和负序分量序分量IA-,IB-,IC-。线路断相时线路断相时,正序和负序正序和负序电流幅值相等。电流幅值相等。线路断相负序电流产生示意图线路断相负序电流产生示意图 负序电流的产生负序电流的产生 负序电流的测量负序电流的测量负负序序电电流流滤滤序序器器 正正序电流的测量结果序电流的测量结果 负序电流的测量负序电流的测量负负序序电电流流滤滤序序器器 负负序电流的测量结果序电流的测量结果正序电流时的向量分析正序电流时的向量分析 负负序电流滤序器的向量分析序电流滤序器的向量分析负序电流时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断相保护继电器可以是电流型的,也可以是电压型的。也可以是电压型的。电流型断相保护继电器的结构电流型断相保护继电器的结构电流型与电压型的电流型与电压型的差别在于测量电路差别在于测量电路2)断相保护继电器断相保护继电器a)基于线电流为零的断相保护继电器基于线电流为零的断相保护继电器LM339b)基于负序电流的断相保护继电器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综合保护继电器可进行多种故障的保护综合保护继电器可进行多种故障的保护,如如:具有反时限特性的长延时过载保护。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。具有定时限的短延时短路保护。具有瞬时动作的短路保护。具有瞬时动作的短路保护。欠压保护。欠压保护。断相保护、漏电保护等。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的保护功能 具有反时限过载保护。具有反时限过载保护。具有定时限的短延时短路保护。具有定时限的短延时短路保护。具有瞬时动作的短路保护。具有瞬时动作的短路保护。具有断相保护。具有断相保护。a)多功能电流滤序器多功能电流滤序器 电机对称运行电机对称运行 电机断相运行电机断相运行 A相断相相断相 B相断相相断相 C相断相相断相结论结论:电机对称运行电机对称运行或或电机断相运行电机断相运行电机对称运行电机对称运行,且且1.2倍过载时倍过载时,输出电压为输出电压为:电机断相运行电机断相运行,且输出电压等于对称运行且输出电压等于对称运行1.2倍过载的输出电压时倍过载的输出电压时,电流为电流为:或或此时此时,绕组内的最大电流也仅为绕组内的最大电流也仅为:b)电机综合保护继电器电机综合保护继电器 基于多功能电流滤序器的测量电路基于多功能电流滤序器的测量电路 长延时长延时 短延时短延时 瞬瞬 动动 及出口及出口 电电 路路 保护特性保护特性反时限长延时反时限长延时过载保护特性过载保护特性定时限短延时定时限短延时短路保护特性短路保护特性瞬动短路保护特性瞬动短路保护特性三三段段保保护护特特性性电流过载倍数电流过载倍数KI动作时间动作时间(的倍数的倍数)另一种另一种综合测量电路综合测量电路作业作业 结合结合基于基于多功能电流滤序器多功能电流滤序器的电机综合保护电路的电机综合保护电路和和基于基于线电流差线电流差的断相保护电路的断相保护电路设计适合上图所示测量电设计适合上图所示测量电路的保护继电器电路。路的保护继电器电路。要求具有：要求具有：过载反时限长延时过载反时限长延时短路定时限短延时短路定时限短延时短路瞬动短路瞬动断相短延时断相短延时4 电机温度保护继电器电机温度保护继电器温度继电器温度继电器当温度当温度高于高于或或低于低于某一设定温度某一设定温度时动作的继电器。时动作的继电器。温度继电器的分类：温度继电器的分类：适于电机保护用的温度传感器：适于电机保护用的温度传感器：热电阻热电阻Pt100（适（适于需要温度显示的保护设备于需要温度显示的保护设备）;PTC热敏电阻热敏电阻。双金属片式温度继电器双金属片式温度继电器电子式温度继电器电子式温度继电器电机温度保护继电器的结构电机温度保护继电器的结构需要显示时需要显示时,采用热电阻。如采用热电阻。如:Pt100无需显示时无需显示时,采用热敏电阻。如采用热敏电阻。如:PTC热敏电阻热敏电阻电机绝缘等级电机绝缘等级与与温度继电器的动作值温度继电器的动作值说明：说明：1.留有温度裕度是考虑到传感器的时间常数。留有温度裕度是考虑到传感器的时间常数。2.保护器的动作温度仅有保护器的动作温度仅有5个值，对应绝缘等级个值，对应绝缘等级A-H。3.不同绝缘等级需要的保护温度不同。不同绝缘等级需要的保护温度不同。4.不需要温度显示时，不需要温度显示时，PTC热敏电阻比较适合这种温度保护继电器。热敏电阻比较适合这种温度保护继电器。PTC热敏电阻的特性热敏电阻的特性1.PTC热敏电阻的阻温特性（热敏电阻的阻温特性（R-T特性）特性）阻温特性阻温特性热敏电阻的热敏电阻的实际阻值实际阻值与与电阻温度电阻温度之间的关系。之间的关系。采用引起阻值变化不超过0.1%的测量功率测得的电阻值。电阻本体的温度值。PTC热敏电阻热敏电阻R-T特性特性国际电工委员会国际电工委员会(IEC)建议：建议：保护电器动作时,PTC热敏电阻的阻值应在1.6K-4K之间。PTC热敏电阻的特性热敏电阻的特性2.PTC热敏电阻的伏安特性（热敏电阻的伏安特性（U-I特性）特性）伏安特性伏安特性热敏电阻热敏电阻端电压端电压与通过热敏电阻的与通过热敏电阻的电流电流之间的关系。之间的关系。PTC热敏电阻热敏电阻U-I特性特性说明：说明：1.热敏电阻的伏安特性是热敏电阻的伏安特性是非线性非线性的。的。2.非线性的成因是非线性的成因是:热敏电阻的热敏电阻的自热自热。理想电阻理想电阻考虑自热考虑自热国际电工委员会国际电工委员会(IEC)建议：建议：PTC热敏电阻用于电机保护时，当RT=4K时，两端的电压不高于7.5V。注注：PTC热敏电阻测温时必须工作在伏安特性的线性段热敏电阻测温时必须工作在伏安特性的线性段PTC热敏电阻热敏电阻U-I特性特性UI=14mW绿绿色色区区域域为为国国际际电电工工委委员员会会(IEC)建建议议的的工工作作区区域域。以以保保证证热热敏敏电电阻阻工工作在作在UI特性线性区域。特性线性区域。PTC热敏电阻的变换电路与工作点设计热敏电阻的变换电路与工作点设计电阻分压式变换电路电阻分压式变换电路工作点工作点 采用采用PTC热敏电阻的单路温度继电器热敏电阻的单路温度继电器单路温度继电器单路温度继电器1)工作原理工作原理2)参数计算参数计算取取RT=3K,E=24V可求得：可求得：R18.1K取取R1=10K则可求得则可求得Ud=5.5VP=5.52/3000=0.010.014 采用采用PTC热敏电阻保护三相电机热敏电阻保护三相电机三个电阻串接方式三个电阻串接方式特点：引线少，接线简单；三相同时受热和单相受热存在动作温度误差。采用采用PTC热敏电阻保护三相电机热敏电阻保护三相电机三个电阻并接方式三个电阻并接方式特点：引线多，接线复杂；三相同时受热和单相受热时动作温度误差小。采用采用串接方式串接方式的三相电机温度保护继电器的三相电机温度保护继电器串接方式温度继电器串接方式温度继电器 采用采用并接方式并接方式的三相电机温度保护继电器的三相电机温度保护继电器并接方式温度继电器并接方式温度继电器 采用采用PTC热敏电阻进行温度保护的特殊应用热敏电阻进行温度保护的特殊应用特点：电路简单；动作延时较大（10s-20s）。