避雷器元件工作原理及设计原理1放电间隙与放电管放电间隙所谓

第一篇：避雷器元件工作原理及设计原理1放电间隙与放电管放电间隙所谓

避雷器元件工作原理及设计原理

1、放电间隙与放电管

放电间隙：所谓放电间隙是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为避雷放电的装置。通常把其中一块金属接在需要防雷的导线上如电源的相线，另一块金属与地线连接。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离，形成短路，雷电流通过间隙流入大地，而此时间隙两端的电压很低，从而达到保护线路的目的。常用于高压线路的避雷防护中。

气体放电管：把一对互相隔开的冷饮电极，封装在玻璃或陶瓷管内，管内再充以一定压力的惰性气体（如氩气），就构成了一只放电管。

优点：具有很强的浪涌吸收能力，即放电能力强、通流量大（可做到100KA以上），很高的绝缘电阻以及很小的寄生电容，漏电流小。对正常工作的设备不会带来任何有害影响。

缺点：残压高（2～4KV），反应时间长（>100ns），动作电压精度较低，有工频续流，因此在保护电路中应串联一个熔断器，使得工频续流迅速被切断。

注：由于两只放电管分别装在一个回路的两根导线上，有时回不同时放电，使两导线之间出现电位差，为了使两根导线上的放电管能接近统一时间放电，减少两线之间的电位差，又研制了三级放电管。可以看作是由两只二级放电管合并在一起构成的。三级放电管中间的一级作为公共地线，另两级分别接在回路的两条导线上。如图

2、压敏电阻：

当加在电阻两端的电压小于压敏电压时，压敏电阻呈高阻状态，如果并联在电路上，该阀片呈断路状态；当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时，压敏电阻就会击穿，呈现低阻值，甚至接近短路状态。压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的，当高于压敏电压的电压被撤销以后，它又恢复高阻状态。当电离线被雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电力线上的类电压被钳制在安全范围内。

优点：同开关电压范围宽（6——1.5KV），反应速度快（25ns）,通流量大（2KA/CM2），无续流。

缺点：容易老化，动作几次后，漏电流会增大，从而导致压敏电阻过热，最终导致老化失效。

电容较大，许多情况下不在高频率信息传输中使用。该电容又与导线电容构成一个低通。该低通会造成信号的严重衰减。但在频率低于30KHZ时，这种衰减可以忽略。

3、抑制式二极管（TVS）：

有两种形式：一是齐纳型（为单向雪崩击穿），二是双向的硅压敏电阻。性能类似开关二极管等。在规定的反向电压作用下，两端电压大于门限电压时，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允许大电流通过，并将两端电压钳制在很低的水平，从而有效地保护末端电子产品中的精密元件避免损坏。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉动功率，并把电压钳制在预定水平。适用于交流电路。

优点：动作时间极快，达到微微秒范围。限制电压低，击穿电压低，应用于各种电子领域。

缺点：电流负荷量小，电容相当高。

第二篇：避雷器元件工作原理及设计原理

避雷器元件工作原理及设计原理

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时间：2010-01-27 避雷器元件工作原理及设计原理

电涌保护器(Surge Protection Devices,简称SPD),也称浪涌保护器、过电压保护器,俗称避雷器、防雷器。

针对现在市场上出现了各种各样的防雷器,质量参差不齐,有一些甚至闻所未问(如:不用接地的避雷器,到现在为止,都弄不明白它的工作原理),因此,通过介绍避雷器的工作原理及组成,对客户甄别真假、优劣,有所帮助。

防雷器元件从响应特性看,有软硬两种。属于硬响应特性的放电元件有火花间隙(基于斩弧技术的角型火花隙和同轴放电火花隙)和气体放电管,属于软响应特性的放电元件有金属氧化物压敏电阻和瞬态抑制二极管。这些元件的区别在于放电能力、响应特性和残压,避雷器就是利用它们不同的优缺点,扬长避短,组合成各种避雷器,保护电路。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

一、火花间隙(Arc chopping)

1、放电间隙:原理是两个如牛角现状的电极,距离很短,用绝缘材料分开,当两个电极间的电场强度达到击穿强度时,电极之间形成电流通路。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿,使间隙的空气电离,形成短路,雷电流通过间隙流入大地,而此时间隙两端的电压很低,从而达到保护线路的目的。电场强度低于击穿间隙时,放电间隙型避雷器又恢复绝缘状态。常用于高压线路的避雷防护中。在低压系统,常用于电源的前级保护。

火花间隙型避雷器产品的优劣,在于制成电极的材料、间隙距离及绝缘材料。

优点:具有很强放电能力、通流量大,10/350μs脉冲波形能够疏导50KA的脉冲电流,用于8/20μs脉冲电流,可以大于100KA,很高的绝缘电阻以及很小的寄生电容,漏电流小。对正常工作的设备不会带来任何有害影响。缺点:残压高(2.5~3.5KV),反应时间长(≦100ns),动作电压精度较低,有工频续流,因此在保护电路中应串联一个熔断器,使得工频续流迅速被切断。

注:由于两只放电管分别装在一个回路的两根导线上,有时会不同时放电,使两导线之间出现电位差,为了使两根导线上的放电管能接近统一时间放电,减少两线之间的电位差,又研制了三级放电管。可以看作是由两只二级放电管合并在一起构成的。三级放电管中间的一级作为公共地线,另两级分别接在回路的两条导线上。

2、气体放电管(Gas discharge tube,GDT):是一种陶瓷或玻璃封装,管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气),开关型的保护元件,有二电极和三电极两种结构。当电场强度达到击穿惰性气体强度时,就引起间隙放电,从而限制极间的电压。8/20μs脉冲电流能够疏导10KA。放电电压不稳定,当电压大于12V、电流电压100mA时,会产生后续电流。通常用于测量、控制、调节技术电路和电子数据处理传输电路中。

二、金属氧化物压敏电阻(Metal oxide varistor,MOV): 以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻,当加在电阻两端的电压小于压敏电压时,压敏电阻呈高阻状态,如果并联在电路上,该阀片呈断路状态;当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时,压敏电阻就会击穿,呈现低阻值,甚至接近短路状态。压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的,当高于压敏电压的电压被撤销以后,它又恢复高阻状态。当电力线被雷击时,雷电波的高电压使压敏电阻击穿,雷电流通过压敏电阻流入大地,使电力线上的类电压被钳制在安全范围内。

氧化锌压敏电阻避雷器,现在市场上流通很多,我国在20世纪80年代末才大批生产,被认为目前最新型、技术最先进,会做专题详细介绍。现在我国的输电线路的避雷器,都采用氧化锌避雷器。

优点:开关电压范围宽:6V~1.5KV,反应速度快(25ns),残压低(可以达到终端设备的安全工作电压),通流量大(2KA/cm2),无续流,寿命长。缺点:容易老化,动作几次后,漏电流会增大,从而导致压敏电阻过热,最终导致老化失效。

电容较大,许多情况下不在高频、超高频系统中使用。该电容又与导线电容构成一个低通。该低通会造成信号的严重衰减。但在频率低于30KHZ时,这种衰减可以忽略。

三、瞬态抑制式二极管(Transient voltage suppressor,TVS):

1、二极放电管:有两种形式:一是齐纳型(为单向雪崩击穿),二是双向的硅压敏电阻。性能类似开关二极管等。在规定的反向电压作用下,两端电压大于门限电压时,其工作阻抗能立即降至很低的水平以允许大电流通过,并将两端电压钳制在很低的水平,从而有效地保护末端电子产品中的精密元件避免损坏。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉动功率,并把电压钳制在预定水平。适用于交流电路。

优点:动作时间极快,达到皮秒级。限制电压低,击穿电压低,应用于各种电子领域。

缺点:电流负荷量小,电容相当高,一般在20pF以下,现在的陶瓷放电管能够做到3~5pF。

电子信息系统所需的浪涌保护系统一般采用两级或三级组成。采用气体放电管、压敏电阻和抑制二极管,并利用各种浪涌抑制器的特点,实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端作为一级浪涌保护器件,承受大的浪涌电流,属于泄流型器件。二级保护器件采用压敏电阻,可在极短时间内(ns)将浪涌电压限制在较低的水平。对于高度灵敏的电子电路,可采用抑制二极管作为三级保护。在更短的时间内将浪涌电压限制在末端电子设备的绝缘水平以内。如图,当雷电等浪涌到来时,抑制二极管首先导通,把瞬间过电压精确地控制在一定的水平,如果浪涌电流较大,则压敏电阻启动并泄放一定的浪涌电流,这时压敏电阻两端的电压会有所升高,直至推动前级气体放电管放电,把大电流泄放到地。当三种器件在线路中的距离较远时,导通顺序会从气体放电管开始,依次导通。避雷器的工作,是从反应时间最快、设备的最末端开始的,然后逐级往前端启动的。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

中,单纯用气体放电管保护后端的设备会出现下列问题:导通时间过长,残压过大,有可能超过后端设备的耐压水平。放电后,会产生工频续流。为避免上述问题,采用另外一种电路(图三)。为了解决产生工频续流的问题,同时也避免压敏电阻因漏电流过大而发热自爆或老化,我们在气体放电管上串联一个压敏电阻,这样就可避免产生工频续流,又可以防止压敏电阻因漏电流而自爆、老化。但新的问题又产生了,这样避雷器的动作时间为气体放电管的导通时间和压敏电阻导通时间的总和。假设气体放电管的导通时间为100ns,压敏电阻的导通时间为25ns,则它们总的反应时间为125ns。为了减小反应时间,在电路中并入一个压敏电阻,这样可使总的反应时间为25ns。:当过电压出现时,抑制二极管作为动作最快的元件首先动作,线路设计为,在抑制二极管可能毁坏之前,放电电流即随着幅值的上升转换到前置的放电路径上,即充气式放电路上。

Us+△u≥Ug

Us:抑制二极管上的电压

△u:去耦感应线圈上的电压

Ug:气体放电管的动作电压

如果放电电流小于该值,则充气放电管不动作。采用这种线路不仅可以在低保护水平的条件下利用放电器动作迅速的优点,同时还可以达到很高的放电电容。这样就可以消除抑制二极管过载一级熔断器在出现电源续流时频繁切断电路的缺点。

频率较高的线路也可以采用欧姆式电阻作为去耦元件,与低电容桥接线路共同使用。

2、三极放电管:在两根的导线上,安装两个二极放电管,会出现电位差,因此就有三极放电管,多了一极做公共接地,可以减少时间差(0.15~0.2μs),及由此产生的横向雷电压幅值。市场上普通电源避雷器器件一般采用压敏电阻,用于一级、二级和三级电源。这种组合方式在距离大于5米时,导通时间从第一级开始逐级向后导通。

若第一级采用气体放电管,二级和三级采用压敏电阻,则必须满足第一级与第二级满足大于十米的距离,第二级与第三级满足大于5米的距离,这样才能保证前一级先动作。否则可能导致第一级不动作的现象,而二级和三级避雷器又没有那么大的通流量,导致避雷器无法切实保护设备。这点在工程设计中一定要引起注意。

四、避雷器的种类: 避雷器的种类基本上分三大类型:一是电源避雷器(安装时主要是并联方式,也串联方式),按电压的不同,分22V的单相电源避雷器和380V的三相电源避雷器。二是信号避雷器,多数用于计算机网络、通信系统上,安装的方式是串联。三是天馈线避雷器,是它适用于有发射机天线系统和接收无线电信号设备系统,连接方式也是串联。推荐迪舰防雷器品质有保障安全系数高

第三篇：技能培训专题 气体放电的基本物理过程（一）及气体间隙的放电（一）

第5篇

高电压与绝缘技术

第35章

气体放电的基本物理过程

35.1

气体中带电质点的产生与消失

35.1.1

气体的电离

原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程称为原子的电离，它是气体放电的首要前提。其所需要的能量成为电离能。

原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需的能量称为激励能，原子处于激励态电离电位为，；激励态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子的频率

普朗克常数

电离过程的表示：

（热电离）

（光辐射电离）

（碰撞电离）

常温下的放电过程，碰撞电离是最重要的电离方式

35.1.2

气体的分级电离

气体的原子或分子在激励态（激励能为）再获得能量而发生电离称为分级电离，这种情况下电离所需的能量仅为

亚稳原子有很长的平均寿命（10-3

秒或更长）。在混合气体中,当一种气体的亚稳原子同另一种气体的原子或分子碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。多余的能量就转变为电子的动能，或使离子激发。这种过程,称彭宁电离,或称彭宁效应。由于惰性气体的亚稳原子有较大的激发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较有效。彭宁效应还可以使放电管的点火电压降低。从绝缘角度看，彭宁效应不利

35.1.3

电极表面的电子逸出

逸出功

：金属的微观结构、金属表面状态

（小于电离能）：①热电子发射②二次发射③强场发射④光电子发射

35.1.4

带电质点的扩散和复合带电粒子的扩散

带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。

电子的扩散速度比离子快得多。

气压越低，温度越高，扩散越快。

带电粒子的复合正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程

在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能成为导致电离的因素

正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要

一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其浓度

35.2

电子崩和电子碰撞电离系数

O点：由于光辐射的作用，在气隙中存在一定量的自由电子

O点—A点：自由电子在外电场作用下的运动速度增加，同时发生复合的可能性减少

A点：由于光电离而产生的自由电子全部消失在外回路中

A点—B点：随着外电压的增加，自由电子数基本不变，电流值不变

B点：此时外电场达到一定程度，能够产生额外的自由电子

B点—C点：随着外电场的增强，自由电子的数量和运动速度同时快速增加

一个起始电子自电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子；这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子；这样一代一代不断增加的过程，会使电子数目迅速增加，如同冰山上发生雪崩一样。

a

电离系数

一个电子沿着电场方向行经1cm长度，平均发生的碰撞电离次数

设电子在均匀电场中行经距离x而未发生碰撞，则此时电子从电场获得的能量为eEx，电子如要能够引起碰撞电离，必须满足条件

只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生碰撞电离

若电子的平均自由行程为l，自由行程大于xi的概率为

对于均匀电场，a

不随空间位置而变

相应的电子电流增长规律为

令x＝d，得进入阳极的电子电流，此即外回路中的电流

在lcm长度内，一个电子的平均碰撞次数为l／l

其中

是电子自由行程超过xi

而发生的碰撞，即电离碰撞次数

气体温度不变时，1／l

＝Ap，并令AUi＝B，可得

结论：场强较大时，电子碰撞电离系数较大；在气压较大或较小时，电子碰撞电离系数较小

随着气隙中场强增大，电子和离子在与气体分子相邻两次碰撞间所积累的动能也增加，场强高达某一定值，使这种能量的积累达到撞击游离所需值时，气体中即可发生撞击游离。游离出来的电子又参加到撞击游离的过程中去。于是游离过程就像雪崩似地增长起来，称为电子崩

此时电流也相应地有较大的增长，但在场强小于某临界值

Ecr时，这种电子崩还必须有赖于外界游离因素所造成的原始游离才能持续存在；如外界游离因素消失，则这种电子崩也随之逐渐衰减以至消失，而不能自己维持下去。这种放电称为非自持放电。

当场强达到或超过Ecr值时，这种电子崩已可仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再依赖于外界游离因素了，这种性质的放电称为自持放电。

由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强Ecr，相应的电压称为临界电压Ucr。

35.3

自持放电条件

汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成的表面电离起这主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数

35.3.1

pd值较小时的情况

在均匀电场中也就是导致击穿的条件设

n0＝1

放电有非自持转入自持的条件为

在均匀电场中，这也就是间隙击穿的条件，上式具有清楚的物理意义

35.3.2pd值较大的情况

1．放电外形Pd很大时，放电具有通道形式

当某个流注由于偶然原因发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈

二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝

2．放电时间

光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象

3．阴极材料的影响

根据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程，这可说明为何很大Pd下击穿电压和阴极材料基本无关了

第36章

气体间隙的放电

36.1

电场均匀度对放电的影响

36.1.1

电场不均匀系数

均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设施中常见的却是不均匀电场。为了描述各种结构的电场不均匀程度，可引入一个电场不均匀系数f，表示为

Emax：最大电场强度

平均电场强度

f<2时为稍不均匀电场，f>4属不均匀电场

36.1.2

均匀场和稍不均匀场中的放电

均匀电场中的击穿电压与电压的极性无关，直流、工频击穿电压（峰值）以及50%冲击击穿电压都相同，分散性很小

式中d为间隙距离；为空气相对密度

对于稍不均匀场间隙，击穿电压可按下式估算

36.1.3

极不均匀场中的放电

特点：1.影响击穿电压的主要因素是间隙距离

2.选择电场极不均匀的极端情况作为典型电极研究：

棒-板：电场分布不对称

棒-棒：

电场分布对称

3.这两种气隙击穿电压是不均匀气隙击穿电压曲线的上下包线，根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离

4.直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大

直流电压下的击穿电压

极性效应：棒-棒电极间的击穿电压介于极性不同的棒-板电极之间

击穿电压与间隙距离接近正比，平均击穿场强：

正棒—负板：4.5kV/cm；负棒—正板：10kV/cm；棒—棒：4.8~5.0kV/cm

工频电压下的击穿电压

击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生，间隙距离小于2.5cm，击穿电压和距离近似直线关系：

平均击穿场强（幅值）：棒—棒间隙为5.36kV/cm，棒—板间隙为4.8kV/cm

饱和现象：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒—板间隙尤为严重

第四篇：UPS电源监控及蓄电池放电系统研究与设计

UPS远程集中监控及蓄电池放电系统的研究

与设计

南宁迈世信息技术有限公司 技术部 李军海

摘要：UPS（Uninterruptible Power System）远程集中监控及蓄电池放电系统是通过硬件和软件技术，对UPS进行实时监控，了解UPS当前运行状态，以及对UPS蓄电池进行定期远程放电，保证蓄电池的使用寿命，同时采用集中管理的方式，对UPS设备运行信息进行集中化管理，达到及时准确发现设备故障及时处理的效果，使UPS设备可靠、稳定、高效的运作，对数据中心的稳定运行起到很重要的作用。关键词：UPS远程集中监控；蓄电池放电；集中化管理 引言

随着信息网络技术的不断发展，各类大、中型组织的网络信息化建设的设备资金投入日趋增加，其职能运行与计算机网络的结合日趋紧密。UPS作为电力设备系统正常运行的基础，一直以来是设备管理及维护工作中的一个盲区，为了弥补在供电系统方面的日常管理及维护工作的缺陷，实现UPS网络远程集中监控智能化管理的目的，提出了UPS监控系统的研究与设计，实现监控UPS的输入、输出电压，输入、输出频率，输出电流，电池电压，UPS主机温度等运行参数，以及对故障的实时报警及记录查询，达到对供电系统进行保护的目的，智能化管理将是当今UPS监控系统发展的一个趋势。

本文介绍一种UPS远程集中监控及蓄电池放电系统，它遵循提前预警、防患于未然的设计思想，可以帮助运维人员有效查找UPS电源及蓄电池组的故障隐患。系统整体设计方案

2.1 系统组网结构

图1 UPS远程集中监控及蓄电池放电系统结构图

系统构架由设备层、传输层、应用层三部分构成。在设备层专用计算机上安装采集信息的客户端软件，通过采集软件采集UPS信息传输到网络上，应用层的终端服务器上集中管理不同区域上的UPS信息，维护人员在应用层终端查看各个区域UPS运行状态以及进行远程批量放电操作。1.2 系统实现功能

（1）对UPS运行状态实时监测。（2）远程对UPS蓄电池进行放电（3）监控数据集中化管理

（4）提供丰富的事件管理响应联动接口 1.3 系统特点（1）通用性

系统的设计适用于220V/10A 的UPS设备，符合国际工业监控与开放式设计标准。（2）可靠性

系统具有良好的电磁兼容和电气隔离性能，不影响被监控设备的正常工作。系统具有专家诊断功能，对于通讯中断、采集数据异常等能够准确诊断出故障点并及时报警。系统可连续工作365d×24h，采用工业级元器，提高可靠性。（3）安全性

系统有严格的密码管理，确保系统运行安全。系统及设备出现故障不影响被监控的其他设备正常工作和功能的控制，具有良好的安全隔离功能。（4）丰富的事件响应接口

系统具有丰富的事件响应接口，能与其他系统实现兼容，提供相关事件响应。系统硬件设计 3.1 放电仪设计框图

AC电源输入12V电源AC电源输入/输出485接口固态继电器485模块板LED状态图2 放电仪设计框图

空气开关 放电仪硬件由通讯模块、AC输入模块、AC输入/输出模块三个模块组成，AC输入模块主要是给485模块板提供电源，通过通讯模块给485模块板发送指令，控制AC输入/输出模块的通断，达到切断市电的目的，实现远程给UPS蓄电池进行充放电。AC输入/输出模块默认为常闭通电，即使设备硬件损坏也不影响市电供电。3.2 放电仪安装图

图3 放电仪安装图 系统软件设计

4.1 集中管理终端 4.1.1 软件流程图

开始系统初始化N告警是否解决？NY是否有机台告警？数据采集是否有机台异常？Y异常是否解决YNYNYN放电是否结束是否需要放电？NY机台运行正常

图4 集中管理终端软件流程图

集中管理终端主要集中采集显示不同区域机台信息，实时更新，当某个机台出现告警或异常状态时，终端WEB页面将置顶显示，第一时间告知维护人员故障信息，及时处理故障信息。终端采集UPS信息包括当前UPS状态、输入电参数、输出电参数、电池参数以及当前告警状态等，通过集中分类管理，维护人员可查看任何机台实时信息。同时，维护人员可通过集中终端给UPS蓄电池批量进行远程放电，达到定期对蓄电池维护的目的，延长蓄电池的使用寿命。

4.1.2 WEB页面设计

集中管理终端WEB页面设计主要分整体状态、分厂区、事件日志查询、实时监控数据查询、远程放电、系统管理六个模块，页面设计遵循维护人员使用习惯，界面清晰明了，操作简易，方便管理。如图5 所示。

图5 集中管理终端WEB页面设计

4.2 数据采集端 4.2.1 软件流程框图

开始系统初始化数据采集N是否有事件触发执行事件响应Y上传数据至集中管理终端 图6 数据采集端软件流程图

数据采集端软件安装在每个机台的PC机上，负责采集每个区域点UPS的运行信息，把信息上传给集中管理终端。数据采集端除了对UPS运行状态、输入电参数、输出电参数、电池参数等数据的采集，同时还提供UPS故障触发接口。当UPS发生告警或异常事件时，事件会第一时间上传到终端，及时告知维护人员，同时，还支持接入其他监控系统，触发事件一旦产生，可以响应其他监控系统进行相应的动作。4.2.2 软件显示界面设计

数据采集端软件主要分UPS状态、日志查询、应用设置三个模块。UPS状态主要实时显示输入电参数、电池状态、输出电参数等信息，同时对当前UPS蓄电池进行测试及放电操作，日志查询可查询到相关故障记录，应用设置可设置当前UPS的相关信息，方便区分管理，以及提供开放的事件响应接口。如图7所示。

图7 数据采集端界面图 总结

本文针对UPS远程集中监控及蓄电池放电系统的研究，提出硬件和软件设计方案，实现了对UPS设备进行集中化管理，使UPS设备可靠、稳定、高效的运行，从而确保数据中心系统的稳定运行，保证企业核心业务高效运营。

2015/07/10

第五篇：螺旋千斤顶的设计与工作原理

毕 业 设 计（论 文）题 目 螺旋千斤顶的设计 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 定稿日期 20 年 3 月 23 日 毕业设计任务书专业 指导 姓名 学号班级 教师设计题目 螺旋千斤顶的设计设计目的 通过对螺母，螺杆的稳定性，耐磨性及其强度的计算，使得该设计能与意义 够满足承受更大载荷及较高高度的螺旋千斤顶。为机械工业提供更多 的便利，缓解了大载荷物品的可移性。合理的利用摇杆的摆动，以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，设计与工 小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升作原理 或下降，而达到起重拉力的功能。

1、耐磨性达到其轴向载荷的最低要求；基本

2、螺杆强度应适于轴向力及扭矩作用；要求

3、能最大化承受载荷，更较长时间承受最大载荷的轴向力。1 岳优兰，马文锁.机械设计基础.河南：河南大学出版社，2005 2 卜 炎.机械传动装置设计手册.湖南：机械工业出版社，2002主要 3 黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9参考 4 徐锦康.机械设计.北京：北京高等教育出版社2008.5 张晓坤，隋晓朋，张智广.Atucad 中文版实用教程.北京：经济日资料 报出版社，2008.9及文 6 隋冬杰，刘晓菡，王傲胜.机械基础.上海：同济大学出版社，献 7 唐金松.简明机械设计手册（第二版）.上海：科学技术出版社，2000.II 摘 要 机械设计在国民经济发展中起着重要的作用，机械工业担负着为国民经济部门提供各种性能先进，价格低廉，使用安全可靠，造型美观的技术装备的任务，在国家现代化建设中举足轻重。机械产品的市场竞争能力主要取决于产品的质量，而产品的质量又取决于产品的设计。千斤顶是一种简单的起重设备。主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。螺旋千斤顶 又称机械式千斤顶，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。本次设计是产品开发周期中的关键环节，设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。制造方法以及产品运行，使用和维修方法。设计不合理会导致产品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。产品设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。少数情况下，即有可能，损失也大。严重的设计不合理甚至会造成的产品不能用或产品制造不出来，导致产品开发失败。关键词 ： 螺旋千斤顶 螺旋传动 体积小 III 目 录摘

要.........................................................IIIABSTRACT..........................................................IV目 录..........................................................V1 起重机械的概述..................................................12 螺旋传动的设计和计算............................................1 2.1 螺旋传动的类型和应用........................................1 2.2 螺旋传动的运动关系..........................................3 2.3 滑动螺旋传动的设计..........................................5 2.4 滑动螺旋的结构及材料........................................5 2.4.1 滑动螺旋的结构...................................................................................................................5 2.4.2 螺杆与螺母常用材料........................................................................................................5 2.5 耐磨性计算..................................................6 2.6 螺母螺纹牙的强度计算........................................8 2.7 螺杆强度校核................................................8 2.8 螺杆稳定性校核..............................................9 2.9 自锁性校核.................................................103 千斤顶的工作原理和设计.........................................11 3.1 千斤顶的概述...............................................11 3.2 千斤顶的种类和规格.........................................11 3.2.1 油压千斤顶的结构............................................................................................................11 3.2.2 螺旋千斤顶的种类............................................................................................................13 3.3 千斤顶的工作原理...........................................14 3.4 千斤顶的设计...............................................15 3.5 千斤顶的装配图.............................................19结 论..........................................................22致 谢..........................................................23参考文献.........................................................23 毕业设计（论文）1 起重机械的概述 起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升，下降和水平移动的搬运机械。起重机械的作业通常带有重复循环的性质。一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。经常起动、制动、正向和反向运动是起重机械的基本特点。起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农业等国民经济各部门及人们日常生活中。起重机械由运动机械、承载机构、动力源和控制设备以及安全装备、信号指示装备等组成。起重机的驱动多为电力，也可用内燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特殊需要的场合。起重机械按结构特征和使用场合分为：轻小型起重设备、桥架型起重机、缆索型起重机、臂架型起重机、堆垛起重机、升降机械。然而，千斤顶又属于起重机械的一种。千斤顶是一种起重高度小小于 1ｍ的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种。千斤顶按工作原理分为：螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶。2 螺旋传动的设计和计算2.1 螺旋传动的类型和应用 螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。按照用途不同，螺旋传动分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力，图 1.1 的螺旋千斤顶及图 1.2 的螺旋压力机均为传力螺旋。传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，如图 1.3 所示的机床进给机构的螺旋。调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般在空载下工作，要求能自锁，如带传动张紧装置、机床卡盘、轧钢机轧滚下压螺旋等。1毕业设计（论文）图 1.1 螺旋千斤顶 图 1.2 传导螺旋 2 毕业设计（论文）按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。滑动螺旋传动应用较广，其特点是结构简单，制造方便，成本低；易于实现自锁；运转平稳。缺点在于当低速或进行运动微调时可能出现爬行现象；摩擦阻力大，传动效率低（一般为 3050）；螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程；磨损较大。广泛应用于机床的进给、分度、定位等机构，如压力机、千斤顶的传力螺旋等。滚动螺旋也称滚珠丝杠，其特点是摩擦阻力小，传动效率高（90以上）；运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动；螺旋副经调整和预紧可实现高精度定位精度和重复定位精度；传动具有可逆性，如果运用于禁止逆转的场合，需要加设防逆转机构；不易摩擦，使用寿命长。缺点为结构复杂，制造困难；抗冲击能力差。应用于精密和数控机床、测试机械、仪器的传动和调整螺旋，车辆、飞机上的传动螺旋。滚动螺旋传动特点：传动效率高，传动精度高，起动阻力矩小，传动灵活平稳，工作寿命长。滚动螺旋传动应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为： 内循环：滚珠始终和螺杆接触，两个封闭循环回路有两个反向器，三个封闭循环回路有三个反向器。特点：流动性好，效率高，经向尺寸小。外循环：分离，工艺性好，分为螺旋式，插管式，挡珠式 静压螺旋传动螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。具有摩擦阻力小，传动效 ；螺母的结构复杂；运转平稳，无爬行现象；传动具有可逆性（不需率高（达 99）要时应加设防逆转机构）；反向时无空行程，定位精度高，轴向刚力大；磨损小，寿命长等优点。其缺点为结构复杂，制造较难，需要一套压力稳定，供油系统要求高。应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。2.2 螺旋传动的运动关系 在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，本节主要介绍这种螺旋传动的设计。滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面 3 毕业设计（论文）的强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度；对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高效时，多采用多线螺纹。1.一般螺旋机构 一般螺旋机构当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移 L（mm）为 LSΨ/2π 式1 式中，S 为螺旋线导程（mm）。如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ［ｍｍ／ｓ］为 ｖ＝Ｓｎ／６０ 式2 2.差动螺旋机构与复式螺旋机构 图 1.3 差动螺旋机构 图 1.3 中的螺旋机构中，B A 螺杆 1 上有 A、两段螺旋，段螺旋导程为 S（ｍｍ）A，B 段螺旋导程为 SB（ｍｍ），两者旋向相同，则当螺杆转 Ψ角（ｒａｄ）时，螺母轴向移动的位移 L（ｍｍ）为 L（SASB）Ψ/2π 式3 如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ［ｍｍ／ｓ］为 4 毕业设计（论文）L（SASB）ｎ／６０ 式4 由式（1-4）可知：当 A、B 两螺旋的导程 SA、SB 接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋 机构），常用于分度机构、测微机构等。如两螺旋的旋向相反，螺母轴向移动的位移 L 为 L（SA-SB）Ψ/2π 式5 移动速度为 ｖ＝（SA-SB）ｎ／６０ 式6 这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合。2.3 滑动螺旋传动的设计 滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再个、对可能发生的其他失效逐一进行校核。2.4 滑动螺旋的结构及材料2.4.1 滑动螺旋的结构 滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。2.4.2 螺杆与螺母常用材料 螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。螺杆与螺 5 毕业设计（论文）母常用材料见表 1.2。表 1.2 螺杆与螺母常用材料 螺纹副 材料 应用场合 轻载、低速传动。材 Q235 Q275 45 50 料不热处理 重载、较高速。材料 40Gr 65Mn 螺杆 需经热处理，以提高 20GrMnTi 耐磨性 9Mn2V GrWMn 精密传导螺旋传动。38GrMoAl 材料需经热处理 ZcuSn10P1 一般传动 ZcuSn5Pb5Zn5 重载、低速传动。尺 螺母 寸较小或轻载高速传 ZcuAL10Fe3 动，螺母可采用钢或 ZcuZn25AL6Fe3Mn 铸铁制造，内空浇铸 巴士合金或青铜2.5 耐磨性计算 耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强ｐ作为计算条件，其校核公式为 ｐ＝F/Ａ＝F/лd2hzFP/πd2hH≤p 式7 ；A 式中，F 为轴向工作载荷（N）为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面 ；d上的面积（mm）2 为螺纹中径mm；P 为螺距mm；h 为螺纹工作高度mm，矩形 6 毕业设计（论文）与梯形螺纹的工作高度 h0.5P锯齿形螺纹高度 h0.75PzH/P 为螺纹工作圈数，H为螺纹高度mm，p为许用压强MPa，见表 1.7 表 1.7 滑动螺旋传动的许用压强p 螺纹副材料 滑动副速度/mmin-1 许用压强/MPa 低速 1825 lt3.0 1118 钢对青铜 612 710 gt15 12 钢-耐磨铸铁 612 68 lt2.4 1318 钢-灰铸铁 612 47 钢-钢 低速 7.513 淬火钢-青铜 612 1013 注：lt2.5 或人力驱动时，p可提高 20；螺母为剖分式时，p应降低 15-20。为便于推导设计公式，令 H/d2，代入式（1-7）整理后得螺纹中径的设计公式为 d2≥ FP / o h p 式8 对矩形、梯形螺纹，h0.5P，则 d2≥0 F / o p 式9 对锯齿形螺纹，h0.75P，则 d2≥0.65 F / o p 式 10 值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取 2.5～3.5；传动精度高或要求寿命长时，允许 4。根据公式计算出螺纹中径 d2 后，按国家标准选取螺纹的公称直径 d 和螺距 P。由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故 z 不宜大于 10。7 毕业设计（论文）2.6 螺母螺纹牙的强度计算 螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低，因此只需校核螺母螺纹牙的强度。假设载荷集中作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径 D 处展开的悬臂梁，螺纹牙根部 aa 处的弯曲强度校核公式为 σb 3Fh/πDbz≤σb 式 11剪切强度校核公式为 τF/zπDb≤τ 式 12 式中，F、h、z 同式（1-7）；D 为螺母螺纹的大径mm；b 为螺母螺纹牙根部宽度mm；可由国家标准查得，也可取矩形螺纹 b0.5P，梯形螺纹 b0.65P，锯齿形螺纹 b0.74P；σ、b、τ分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力MPa，见表 1.8 表 1.8 滑动螺旋副材料的许用应力项目 许用应力/ MPa钢制螺杆 σσS/35 σS 为材料的屈服极限/ MPa 材料 许用弯曲应力σb 许用切应力τ 青铜 4060 3040螺母 耐磨铸铁 5060 40 铸铁 4555 40 钢（1.01.2）σ 0.6σ注：静载荷许用应力取大值。若螺杆与螺母的材料相同，由于螺杆螺纹的小径 d1 小于螺母螺纹的大径 D，故应校核螺杆螺纹牙的强度，这时公式中的 D 应改为 d1。2.7 螺杆强度校核 螺杆受轴向力 F 及转矩 T 的作用，危险截面上受拉（压）应力σ和扭转切应力τ。根据第四强度理论，τ螺杆危险截面的强度校核公式为 式 13 式中，d1 为螺杆螺纹的小径（mm）；σ为螺杆材料的.