繼電器設計規范繼電器設計規范 第二部分第二部分 電磁線圈設計計算方法電磁線圈設計計算方法 王力人王力人 編編 SHANG HAI 2003 12 2 目錄 1 線圈的最佳尺寸 2 線圈的溫升 2 1 電阻損耗 2 2 渦流和磁滯損耗 2 3 允許溫度和溫升 2 4 等值熱路圖 2 5 散熱方式 對流 熱幅射 熱傳導 2 6 牛頓散熱公式 2 7 平均散熱系數 2 8 絕緣溫度與壽命的關系 3 線圈的設計方法 3 1 基本計算公式 3 2 線圈設計方法 4TYCO P 0 溫度為 0 時銅的電阻溫度系數 0 1 234 5 1 dcu 裸導線直徑 mm W 線圈匝數 L 線圈的長度 cm B 線圈的厚度 cm Dp 線圈的平均直徑 d0 b 10 f 填充系數 線圈功耗 P P I2R Dp IW 2 flb 10 4 W 由上式可知 P 和線圈磁勢 IW 的平方成正比 并且和線圈的幾何尺寸有關 增大線圈 尺寸可以使 P 減少 但增大 l 對減少 P 更為有利 另外 也可看出 P 和 dcu及 W 關系 不大 線圈溫升 由 Ps Ks S 得知 W I2R Ks S S 2 Dp l cm 2 所以 W 10 4 2 Ks fb IW L 2 由上式可知 W和 IW 的平方成正比 而和 bL2成反比 所以 當要求的磁勢一定時 要保證線圈溫升不超過允許值 就必須具有一定的線圈尺寸 并且增大線圈的長度對 降低溫升更為有利 另外 還可以看出 W和導線 dcu及 W 并沒有直接關系 dcu的變 化會使 f 略有變化 但影響不大 因此 在改變 d 及 W 以適應不同電壓時并不需要改 變線圈尺寸 導線線徑 d dcu 0 2 Dp IW U 0 5 由上式可知 dcu和 IW 的開平方成反比 所以要保持線圈尺寸不變 想增大磁勢就必 須同時改變導線線徑 d 另外 d 也和 U 的開平方成反比 因此 改變電源電壓時就必須 同時改變導線線徑 dcu 電壓越高導線線徑 dcu就越細 線圈匝數 W W fLb d2 4 102 匝 3 2 線圈設計方法 電壓線圈的設計 電壓線圈的設計步驟如下 根據給定的磁勢 IW 及極限允許溫升 jx確定所需的線圈尺寸 所用公式 b IW 2 q 2 104 Ks f jx 2 1 3 式中 L b q 為通電持續率 如果是長期工作取 q 1 如果是短時工作取 q 1 在這個公式中由于 dcu和 S 均尚未求得 因此只能用猜試法 先估計一個值然后再進 行復算 由公式我們可以看出 線圈尺寸 L 及 b 主要由磁勢 IW 及極限允許溫升 jx確 定 由于 IW 是產生吸力的 因此 要增大繼電器電磁部分的吸力和行程 就必須加大 線圈的尺寸 但是 如果采用耐高溫的絕緣材料一般說就可以適當的減小線圈尺寸 同時 由這個公式中也可以看到電壓 U 導線線徑 dcu 線圈匝數 W 都與線圈尺寸無直 接關系 因此 在改變導線線徑 dcu 線圈匝數 W 以適應不同的電壓時 并不需要改變 線圈尺寸 根據電源電壓 U 及磁勢 IW 即可確定導線線徑 d 導線線徑 dcu 0 2 Dp IW U 0 5 式中 Dp dc b dc是鐵心直徑為已知數 但求得的導線線徑 d 須按電磁線供應商給出的線規標準來最后確定 知道 L b dcu則可根據線圈的排線方式大致求得線圈匝數 W 需要說明的是線圈的繞 制工藝的好壞決定線圈匝數 W 的多少 一般我們希望在有限的窗口面積下繞更多圈 即讓 f 盡可能的大 在求得 L W b dcu后應該反回來訂正以前假設的 Ks f 值 并驗算 IW 是否夠大 11 是否超過允許允許溫升 4 TYCO P 轉換繼電器至少應閉合 5 S 以使波形穩定 線圈激勵電源應與轉換繼電器的線圈激勵電源隔離 線圈瞬態抑制電路性能比較表 抑制電路成本占用空間極性問題溫度問題對線路浪 涌的敏感 性 對釋放 轉 換 回跳時 間的影響 對繼電器 切換功率 的影響 對繼電器 壽命的 影響 雙繞組線圈大大無無無過大明顯下降過大 電阻器較小適中無無無可觀無可觀 壓敏電阻器較小適