第一篇：避雷器元件工作原理及設計原理1放電間隙與放電管放電間隙所謂

避雷器元件工作原理及設計原理

1、放電間隙與放電管

放電間隙：所謂放電間隙是把暴露在空氣中的兩塊相互隔離一空氣間隙的金屬物作為避雷放電的裝置。通常把其中一塊金屬接在需要防雷的導線上如電源的相線，另一塊金屬與地線連接。當雷電波來到的時候首先在間隙處擊穿，使間隙的空氣電離，形成短路，雷電流通過間隙流入大地，而此時間隙兩端的電壓很低，從而達到保護線路的目的。常用于高壓線路的避雷防護中。

氣體放電管：把一對互相隔開的冷飲電極，封裝在玻璃或陶瓷管內，管內再充以一定壓力的惰性氣體（如氬氣），就構成了一只放電管。

優點：具有很強的浪涌吸收能力，即放電能力強、通流量大（可做到100KA以上），很高的絕緣電阻以及很小的寄生電容，漏電流小。對正常工作的設備不會帶來任何有害影響。

缺點：殘壓高（2～4KV），反應時間長（>100ns），動作電壓精度較低，有工頻續流，因此在保護電路中應串聯一個熔斷器，使得工頻續流迅速被切斷。

注：由于兩只放電管分別裝在一個回路的兩根導線上，有時回不同時放電，使兩導線之間出現電位差，為了使兩根導線上的放電管能接近統一時間放電，減少兩線之間的電位差，又研制了三級放電管。可以看作是由兩只二級放電管合并在一起構成的。三級放電管中間的一級作為公共地線，另兩級分別接在回路的兩條導線上。如圖

2、壓敏電阻：

當加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時，壓敏電阻呈高阻狀態，如果并聯在電路上，該閥片呈斷路狀態；當加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時，壓敏電阻就會擊穿，呈現低阻值，甚至接近短路狀態。壓敏電阻這種被擊穿狀態是可以恢復的，當高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后，它又恢復高阻狀態。當電離線被雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內。

優點：同開關電壓范圍寬（6——1.5KV），反應速度快（25ns）,通流量大（2KA/CM2），無續流。

缺點：容易老化，動作幾次后，漏電流會增大，從而導致壓敏電阻過熱，最終導致老化失效。

電容較大，許多情況下不在高頻率信息傳輸中使用。該電容又與導線電容構成一個低通。該低通會造成信號的嚴重衰減。但在頻率低于30KHZ時，這種衰減可以忽略。

3、抑制式二極管（TVS）：

有兩種形式：一是齊納型（為單向雪崩擊穿），二是雙向的硅壓敏電阻。性能類似開關二極管等。在規定的反向電壓作用下，兩端電壓大于門限電壓時，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過，并將兩端電壓鉗制在很低的水平，從而有效地保護末端電子產品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈動功率，并把電壓鉗制在預定水平。適用于交流電路。

優點：動作時間極快，達到微微秒范圍。限制電壓低，擊穿電壓低，應用于各種電子領域。

缺點：電流負荷量小，電容相當高。

第二篇：避雷器元件工作原理及設計原理

避雷器元件工作原理及設計原理

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時間：2010-01-27 避雷器元件工作原理及設計原理

電涌保護器(Surge Protection Devices,簡稱SPD),也稱浪涌保護器、過電壓保護器,俗稱避雷器、防雷器。

針對現在市場上出現了各種各樣的防雷器,質量參差不齊,有一些甚至聞所未問(如:不用接地的避雷器,到現在為止,都弄不明白它的工作原理),因此,通過介紹避雷器的工作原理及組成,對客戶甄別真假、優劣,有所幫助。

防雷器元件從響應特性看,有軟硬兩種。屬于硬響應特性的放電元件有火花間隙(基于斬弧技術的角型火花隙和同軸放電火花隙)和氣體放電管,屬于軟響應特性的放電元件有金屬氧化物壓敏電阻和瞬態抑制二極管。這些元件的區別在于放電能力、響應特性和殘壓,避雷器就是利用它們不同的優缺點,揚長避短,組合成各種避雷器,保護電路。推薦迪艦防雷器品質有保障安全系數高

一、火花間隙(Arc chopping)

1、放電間隙:原理是兩個如牛角現狀的電極,距離很短,用絕緣材料分開,當兩個電極間的電場強度達到擊穿強度時,電極之間形成電流通路。當雷電波來到的時候首先在間隙處擊穿,使間隙的空氣電離,形成短路,雷電流通過間隙流入大地,而此時間隙兩端的電壓很低,從而達到保護線路的目的。電場強度低于擊穿間隙時,放電間隙型避雷器又恢復絕緣狀態。常用于高壓線路的避雷防護中。在低壓系統,常用于電源的前級保護。

火花間隙型避雷器產品的優劣,在于制成電極的材料、間隙距離及絕緣材料。

優點:具有很強放電能力、通流量大,10/350μs脈沖波形能夠疏導50KA的脈沖電流,用于8/20μs脈沖電流,可以大于100KA,很高的絕緣電阻以及很小的寄生電容,漏電流小。對正常工作的設備不會帶來任何有害影響。缺點:殘壓高(2.5~3.5KV),反應時間長(≦100ns),動作電壓精度較低,有工頻續流,因此在保護電路中應串聯一個熔斷器,使得工頻續流迅速被切斷。

注:由于兩只放電管分別裝在一個回路的兩根導線上,有時會不同時放電,使兩導線之間出現電位差,為了使兩根導線上的放電管能接近統一時間放電,減少兩線之間的電位差,又研制了三級放電管。可以看作是由兩只二級放電管合并在一起構成的。三級放電管中間的一級作為公共地線,另兩級分別接在回路的兩條導線上。

2、氣體放電管(Gas discharge tube,GDT):是一種陶瓷或玻璃封裝,管內再充以一定壓力的惰性氣體(如氬氣),開關型的保護元件,有二電極和三電極兩種結構。當電場強度達到擊穿惰性氣體強度時,就引起間隙放電,從而限制極間的電壓。8/20μs脈沖電流能夠疏導10KA。放電電壓不穩定,當電壓大于12V、電流電壓100mA時,會產生后續電流。通常用于測量、控制、調節技術電路和電子數據處理傳輸電路中。

二、金屬氧化物壓敏電阻(Metal oxide varistor,MOV): 以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻,當加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時,壓敏電阻呈高阻狀態,如果并聯在電路上,該閥片呈斷路狀態;當加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時,壓敏電阻就會擊穿,呈現低阻值,甚至接近短路狀態。壓敏電阻這種被擊穿狀態是可以恢復的,當高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后,它又恢復高阻狀態。當電力線被雷擊時,雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿,雷電流通過壓敏電阻流入大地,使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內。

氧化鋅壓敏電阻避雷器,現在市場上流通很多,我國在20世紀80年代末才大批生產,被認為目前最新型、技術最先進,會做專題詳細介紹。現在我國的輸電線路的避雷器,都采用氧化鋅避雷器。

優點:開關電壓范圍寬:6V~1.5KV,反應速度快(25ns),殘壓低(可以達到終端設備的安全工作電壓),通流量大(2KA/cm2),無續流,壽命長。缺點:容易老化,動作幾次后,漏電流會增大,從而導致壓敏電阻過熱,最終導致老化失效。

電容較大,許多情況下不在高頻、超高頻系統中使用。該電容又與導線電容構成一個低通。該低通會造成信號的嚴重衰減。但在頻率低于30KHZ時,這種衰減可以忽略。

三、瞬態抑制式二極管(Transient voltage suppressor,TVS):

1、二極放電管:有兩種形式:一是齊納型(為單向雪崩擊穿),二是雙向的硅壓敏電阻。性能類似開關二極管等。在規定的反向電壓作用下,兩端電壓大于門限電壓時,其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過,并將兩端電壓鉗制在很低的水平,從而有效地保護末端電子產品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈動功率,并把電壓鉗制在預定水平。適用于交流電路。

優點:動作時間極快,達到皮秒級。限制電壓低,擊穿電壓低,應用于各種電子領域。

缺點:電流負荷量小,電容相當高,一般在20pF以下,現在的陶瓷放電管能夠做到3~5pF。

電子信息系統所需的浪涌保護系統一般采用兩級或三級組成。采用氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管,并利用各種浪涌抑制器的特點,實現可靠保護。氣體放電管一般放在線路輸入端作為一級浪涌保護器件,承受大的浪涌電流,屬于泄流型器件。二級保護器件采用壓敏電阻,可在極短時間內(ns)將浪涌電壓限制在較低的水平。對于高度靈敏的電子電路,可采用抑制二極管作為三級保護。在更短的時間內將浪涌電壓限制在末端電子設備的絕緣水平以內。如圖,當雷電等浪涌到來時,抑制二極管首先導通,把瞬間過電壓精確地控制在一定的水平,如果浪涌電流較大,則壓敏電阻啟動并泄放一定的浪涌電流,這時壓敏電阻兩端的電壓會有所升高,直至推動前級氣體放電管放電,把大電流泄放到地。當三種器件在線路中的距離較遠時,導通順序會從氣體放電管開始,依次導通。避雷器的工作,是從反應時間最快、設備的最末端開始的,然后逐級往前端啟動的。推薦迪艦防雷器品質有保障安全系數高

中,單純用氣體放電管保護后端的設備會出現下列問題:導通時間過長,殘壓過大,有可能超過后端設備的耐壓水平。放電后,會產生工頻續流。為避免上述問題,采用另外一種電路(圖三)。為了解決產生工頻續流的問題,同時也避免壓敏電阻因漏電流過大而發熱自爆或老化,我們在氣體放電管上串聯一個壓敏電阻,這樣就可避免產生工頻續流,又可以防止壓敏電阻因漏電流而自爆、老化。但新的問題又產生了,這樣避雷器的動作時間為氣體放電管的導通時間和壓敏電阻導通時間的總和。假設氣體放電管的導通時間為100ns,壓敏電阻的導通時間為25ns,則它們總的反應時間為125ns。為了減小反應時間,在電路中并入一個壓敏電阻,這樣可使總的反應時間為25ns。:當過電壓出現時,抑制二極管作為動作最快的元件首先動作,線路設計為,在抑制二極管可能毀壞之前,放電電流即隨著幅值的上升轉換到前置的放電路徑上,即充氣式放電路上。

Us+△u≥Ug

Us:抑制二極管上的電壓

△u:去耦感應線圈上的電壓

Ug:氣體放電管的動作電壓

如果放電電流小于該值,則充氣放電管不動作。采用這種線路不僅可以在低保護水平的條件下利用放電器動作迅速的優點,同時還可以達到很高的放電電容。這樣就可以消除抑制二極管過載一級熔斷器在出現電源續流時頻繁切斷電路的缺點。

頻率較高的線路也可以采用歐姆式電阻作為去耦元件,與低電容橋接線路共同使用。

2、三極放電管:在兩根的導線上,安裝兩個二極放電管,會出現電位差,因此就有三極放電管,多了一極做公共接地,可以減少時間差(0.15~0.2μs),及由此產生的橫向雷電壓幅值。市場上普通電源避雷器器件一般采用壓敏電阻,用于一級、二級和三級電源。這種組合方式在距離大于5米時,導通時間從第一級開始逐級向后導通。

若第一級采用氣體放電管,二級和三級采用壓敏電阻,則必須滿足第一級與第二級滿足大于十米的距離,第二級與第三級滿足大于5米的距離,這樣才能保證前一級先動作。否則可能導致第一級不動作的現象,而二級和三級避雷器又沒有那么大的通流量,導致避雷器無法切實保護設備。這點在工程設計中一定要引起注意。

四、避雷器的種類: 避雷器的種類基本上分三大類型:一是電源避雷器(安裝時主要是并聯方式,也串聯方式),按電壓的不同,分22V的單相電源避雷器和380V的三相電源避雷器。二是信號避雷器,多數用于計算機網絡、通信系統上,安裝的方式是串聯。三是天饋線避雷器,是它適用于有發射機天線系統和接收無線電信號設備系統,連接方式也是串聯。推薦迪艦防雷器品質有保障安全系數高

第三篇：技能培訓專題 氣體放電的基本物理過程（一）及氣體間隙的放電（一）

第5篇

高電壓與絕緣技術

第35章

氣體放電的基本物理過程

35.1

氣體中帶電質點的產生與消失

35.1.1

氣體的電離

原子在外界因素作用下，使其一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程稱為原子的電離，它是氣體放電的首要前提。其所需要的能量成為電離能。

原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態，所需的能量稱為激勵能，原子處于激勵態電離電位為，；激勵態恢復到正常狀態時，輻射出相應能量的光子，光子的頻率

普朗克常數

電離過程的表示：

（熱電離）

（光輻射電離）

（碰撞電離）

常溫下的放電過程，碰撞電離是最重要的電離方式

35.1.2

氣體的分級電離

氣體的原子或分子在激勵態（激勵能為）再獲得能量而發生電離稱為分級電離，這種情況下電離所需的能量僅為

亞穩原子有很長的平均壽命（10-3

秒或更長）。在混合氣體中,當一種氣體的亞穩原子同另一種氣體的原子或分子碰撞時，即使它們的動能較低，只要前者的激發能大于后者的電離能，后者將被電離，前者則返回基態。多余的能量就轉變為電子的動能，或使離子激發。這種過程,稱彭寧電離,或稱彭寧效應。由于惰性氣體的亞穩原子有較大的激發能，在含有惰性氣體的混合氣體放電中，彭寧電離比較有效。彭寧效應還可以使放電管的點火電壓降低。從絕緣角度看，彭寧效應不利

35.1.3

電極表面的電子逸出

逸出功

：金屬的微觀結構、金屬表面狀態

（小于電離能）：①熱電子發射②二次發射③強場發射④光電子發射

35.1.4

帶電質點的擴散和復合帶電粒子的擴散

帶電粒子從濃度較大的區域運動到濃度較小的區域。

電子的擴散速度比離子快得多。

氣壓越低，溫度越高，擴散越快。

帶電粒子的復合正離子和負離子或電子相遇，發生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程

在帶電質點的復合過程中會發生光輻射，這種光輻射在一定條件下又可能成為導致電離的因素

正、負離子間的復合概率要比離子和電子間的復合概率大得多。通常放電過程中離子間的復合更為重要

一定空間內帶電質點由于復合而減少的速度決定于其濃度

35.2

電子崩和電子碰撞電離系數

O點：由于光輻射的作用，在氣隙中存在一定量的自由電子

O點—A點：自由電子在外電場作用下的運動速度增加，同時發生復合的可能性減少

A點：由于光電離而產生的自由電子全部消失在外回路中

A點—B點：隨著外電壓的增加，自由電子數基本不變，電流值不變

B點：此時外電場達到一定程度，能夠產生額外的自由電子

B點—C點：隨著外電場的增強，自由電子的數量和運動速度同時快速增加

一個起始電子自電場獲得一定動能后，會碰撞電離出一個第二代電子；這兩個電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時空間已存在四個自由電子；這樣一代一代不斷增加的過程，會使電子數目迅速增加，如同冰山上發生雪崩一樣。

a

電離系數

一個電子沿著電場方向行經1cm長度，平均發生的碰撞電離次數

設電子在均勻電場中行經距離x而未發生碰撞，則此時電子從電場獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿足條件

只有那些自由行程超過xi＝Ui／E的電子，才能與分子發生碰撞電離

若電子的平均自由行程為l，自由行程大于xi的概率為

對于均勻電場，a

不隨空間位置而變

相應的電子電流增長規律為

令x＝d，得進入陽極的電子電流，此即外回路中的電流

在lcm長度內，一個電子的平均碰撞次數為l／l

其中

是電子自由行程超過xi

而發生的碰撞，即電離碰撞次數

氣體溫度不變時，1／l

＝Ap，并令AUi＝B，可得

結論：場強較大時，電子碰撞電離系數較大；在氣壓較大或較小時，電子碰撞電離系數較小

隨著氣隙中場強增大，電子和離子在與氣體分子相鄰兩次碰撞間所積累的動能也增加，場強高達某一定值，使這種能量的積累達到撞擊游離所需值時，氣體中即可發生撞擊游離。游離出來的電子又參加到撞擊游離的過程中去。于是游離過程就像雪崩似地增長起來，稱為電子崩

此時電流也相應地有較大的增長，但在場強小于某臨界值

Ecr時，這種電子崩還必須有賴于外界游離因素所造成的原始游離才能持續存在；如外界游離因素消失，則這種電子崩也隨之逐漸衰減以至消失，而不能自己維持下去。這種放電稱為非自持放電。

當場強達到或超過Ecr值時，這種電子崩已可僅由電場的作用而自行維持和發展，不必再依賴于外界游離因素了，這種性質的放電稱為自持放電。

由非自持放電轉入自持放電的場強稱為臨界場強Ecr，相應的電壓稱為臨界電壓Ucr。

35.3

自持放電條件

湯遜理論認為，當pd較小時，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起這主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數

35.3.1

pd值較小時的情況

在均勻電場中也就是導致擊穿的條件設

n0＝1

放電有非自持轉入自持的條件為

在均勻電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清楚的物理意義

35.3.2pd值較大的情況

1．放電外形Pd很大時，放電具有通道形式

當某個流注由于偶然原因發展更快時，將抑制其它流注的形成和發展，并且隨著流注向前推進而越來越強烈

二次電子崩在空間的形成和發展帶有統計性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝

2．放電時間

光子以光速傳播，所以流注發展速度極快，這就可以說明pd很大時放電時間特別短的現象

3．陰極材料的影響

根據流注理論，維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程，這可說明為何很大Pd下擊穿電壓和陰極材料基本無關了

第36章

氣體間隙的放電

36.1

電場均勻度對放電的影響

36.1.1

電場不均勻系數

均勻電場是一種少有的特例，在實際電力設施中常見的卻是不均勻電場。為了描述各種結構的電場不均勻程度，可引入一個電場不均勻系數f，表示為

Emax：最大電場強度

平均電場強度

f<2時為稍不均勻電場，f>4屬不均勻電場

36.1.2

均勻場和稍不均勻場中的放電

均勻電場中的擊穿電壓與電壓的極性無關，直流、工頻擊穿電壓（峰值）以及50%沖擊擊穿電壓都相同，分散性很小

式中d為間隙距離；為空氣相對密度

對于稍不均勻場間隙，擊穿電壓可按下式估算

36.1.3

極不均勻場中的放電

特點：1.影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離

2.選擇電場極不均勻的極端情況作為典型電極研究：

棒-板：電場分布不對稱

棒-棒：

電場分布對稱

3.這兩種氣隙擊穿電壓是不均勻氣隙擊穿電壓曲線的上下包線，根據典型電極的擊穿電壓數據來估計絕緣距離

4.直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大

直流電壓下的擊穿電壓

極性效應：棒-棒電極間的擊穿電壓介于極性不同的棒-板電極之間

擊穿電壓與間隙距離接近正比，平均擊穿場強：

正棒—負板：4.5kV/cm；負棒—正板：10kV/cm；棒—棒：4.8~5.0kV/cm

工頻電壓下的擊穿電壓

擊穿在棒的極性為正、電壓達到幅值時發生，間隙距離小于2.5cm，擊穿電壓和距離近似直線關系：

平均擊穿場強（幅值）：棒—棒間隙為5.36kV/cm，棒—板間隙為4.8kV/cm

飽和現象：距離加大，平均擊穿場強明顯降低，棒—板間隙尤為嚴重

第四篇：UPS電源監控及蓄電池放電系統研究與設計

UPS遠程集中監控及蓄電池放電系統的研究

與設計

南寧邁世信息技術有限公司 技術部 李軍海

摘要：UPS（Uninterruptible Power System）遠程集中監控及蓄電池放電系統是通過硬件和軟件技術，對UPS進行實時監控，了解UPS當前運行狀態，以及對UPS蓄電池進行定期遠程放電，保證蓄電池的使用壽命，同時采用集中管理的方式，對UPS設備運行信息進行集中化管理，達到及時準確發現設備故障及時處理的效果，使UPS設備可靠、穩定、高效的運作，對數據中心的穩定運行起到很重要的作用。關鍵詞：UPS遠程集中監控；蓄電池放電；集中化管理 引言

隨著信息網絡技術的不斷發展，各類大、中型組織的網絡信息化建設的設備資金投入日趨增加，其職能運行與計算機網絡的結合日趨緊密。UPS作為電力設備系統正常運行的基礎，一直以來是設備管理及維護工作中的一個盲區，為了彌補在供電系統方面的日常管理及維護工作的缺陷，實現UPS網絡遠程集中監控智能化管理的目的，提出了UPS監控系統的研究與設計，實現監控UPS的輸入、輸出電壓，輸入、輸出頻率，輸出電流，電池電壓，UPS主機溫度等運行參數，以及對故障的實時報警及記錄查詢，達到對供電系統進行保護的目的，智能化管理將是當今UPS監控系統發展的一個趨勢。

本文介紹一種UPS遠程集中監控及蓄電池放電系統，它遵循提前預警、防患于未然的設計思想，可以幫助運維人員有效查找UPS電源及蓄電池組的故障隱患。系統整體設計方案

2.1 系統組網結構

圖1 UPS遠程集中監控及蓄電池放電系統結構圖

系統構架由設備層、傳輸層、應用層三部分構成。在設備層專用計算機上安裝采集信息的客戶端軟件，通過采集軟件采集UPS信息傳輸到網絡上，應用層的終端服務器上集中管理不同區域上的UPS信息，維護人員在應用層終端查看各個區域UPS運行狀態以及進行遠程批量放電操作。1.2 系統實現功能

（1）對UPS運行狀態實時監測。（2）遠程對UPS蓄電池進行放電（3）監控數據集中化管理

（4）提供豐富的事件管理響應聯動接口 1.3 系統特點（1）通用性

系統的設計適用于220V/10A 的UPS設備，符合國際工業監控與開放式設計標準。（2）可靠性

系統具有良好的電磁兼容和電氣隔離性能，不影響被監控設備的正常工作。系統具有專家診斷功能，對于通訊中斷、采集數據異常等能夠準確診斷出故障點并及時報警。系統可連續工作365d×24h，采用工業級元器，提高可靠性。（3）安全性

系統有嚴格的密碼管理，確保系統運行安全。系統及設備出現故障不影響被監控的其他設備正常工作和功能的控制，具有良好的安全隔離功能。（4）豐富的事件響應接口

系統具有豐富的事件響應接口，能與其他系統實現兼容，提供相關事件響應。系統硬件設計 3.1 放電儀設計框圖

AC電源輸入12V電源AC電源輸入/輸出485接口固態繼電器485模塊板LED狀態圖2 放電儀設計框圖

空氣開關 放電儀硬件由通訊模塊、AC輸入模塊、AC輸入/輸出模塊三個模塊組成，AC輸入模塊主要是給485模塊板提供電源，通過通訊模塊給485模塊板發送指令，控制AC輸入/輸出模塊的通斷，達到切斷市電的目的，實現遠程給UPS蓄電池進行充放電。AC輸入/輸出模塊默認為常閉通電，即使設備硬件損壞也不影響市電供電。3.2 放電儀安裝圖

圖3 放電儀安裝圖 系統軟件設計

4.1 集中管理終端 4.1.1 軟件流程圖

開始系統初始化N告警是否解決？NY是否有機臺告警？數據采集是否有機臺異常？Y異常是否解決YNYNYN放電是否結束是否需要放電？NY機臺運行正常

圖4 集中管理終端軟件流程圖

集中管理終端主要集中采集顯示不同區域機臺信息，實時更新，當某個機臺出現告警或異常狀態時，終端WEB頁面將置頂顯示，第一時間告知維護人員故障信息，及時處理故障信息。終端采集UPS信息包括當前UPS狀態、輸入電參數、輸出電參數、電池參數以及當前告警狀態等，通過集中分類管理，維護人員可查看任何機臺實時信息。同時，維護人員可通過集中終端給UPS蓄電池批量進行遠程放電，達到定期對蓄電池維護的目的，延長蓄電池的使用壽命。

4.1.2 WEB頁面設計

集中管理終端WEB頁面設計主要分整體狀態、分廠區、事件日志查詢、實時監控數據查詢、遠程放電、系統管理六個模塊，頁面設計遵循維護人員使用習慣，界面清晰明了，操作簡易，方便管理。如圖5 所示。

圖5 集中管理終端WEB頁面設計

4.2 數據采集端 4.2.1 軟件流程框圖

開始系統初始化數據采集N是否有事件觸發執行事件響應Y上傳數據至集中管理終端 圖6 數據采集端軟件流程圖

數據采集端軟件安裝在每個機臺的PC機上，負責采集每個區域點UPS的運行信息，把信息上傳給集中管理終端。數據采集端除了對UPS運行狀態、輸入電參數、輸出電參數、電池參數等數據的采集，同時還提供UPS故障觸發接口。當UPS發生告警或異常事件時，事件會第一時間上傳到終端，及時告知維護人員，同時，還支持接入其他監控系統，觸發事件一旦產生，可以響應其他監控系統進行相應的動作。4.2.2 軟件顯示界面設計

數據采集端軟件主要分UPS狀態、日志查詢、應用設置三個模塊。UPS狀態主要實時顯示輸入電參數、電池狀態、輸出電參數等信息，同時對當前UPS蓄電池進行測試及放電操作，日志查詢可查詢到相關故障記錄，應用設置可設置當前UPS的相關信息，方便區分管理，以及提供開放的事件響應接口。如圖7所示。

圖7 數據采集端界面圖 總結

本文針對UPS遠程集中監控及蓄電池放電系統的研究，提出硬件和軟件設計方案，實現了對UPS設備進行集中化管理，使UPS設備可靠、穩定、高效的運行，從而確保數據中心系統的穩定運行，保證企業核心業務高效運營。

2015/07/10

第五篇：螺旋千斤頂的設計與工作原理

畢 業 設 計（論 文）題 目 螺旋千斤頂的設計 系 別 專 業 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 定稿日期 20 年 3 月 23 日 畢業設計任務書專業 指導 姓名 學號班級 教師設計題目 螺旋千斤頂的設計設計目的 通過對螺母，螺桿的穩定性，耐磨性及其強度的計算，使得該設計能與意義 夠滿足承受更大載荷及較高高度的螺旋千斤頂。為機械工業提供更多 的便利，緩解了大載荷物品的可移性。合理的利用搖桿的擺動，以往復扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉，設計與工 小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉，從而使升降套筒獲得起升作原理 或下降，而達到起重拉力的功能。

1、耐磨性達到其軸向載荷的最低要求；基本

2、螺桿強度應適于軸向力及扭矩作用；要求

3、能最大化承受載荷，更較長時間承受最大載荷的軸向力。1 岳優蘭，馬文鎖.機械設計基礎.河南：河南大學出版社，2005 2 卜 炎.機械傳動裝置設計手冊.湖南：機械工業出版社，2002主要 3 黃祖德.機械設計.北京：北京理工大學出版社，2007.9參考 4 徐錦康.機械設計.北京：北京高等教育出版社2008.5 張曉坤，隋曉朋，張智廣.Atucad 中文版實用教程.北京：經濟日資料 報出版社，2008.9及文 6 隋冬杰，劉曉菡，王傲勝.機械基礎.上海：同濟大學出版社，獻 7 唐金松.簡明機械設計手冊（第二版）.上海：科學技術出版社，2000.II 摘 要 機械設計在國民經濟發展中起著重要的作用，機械工業擔負著為國民經濟部門提供各種性能先進，價格低廉，使用安全可靠，造型美觀的技術裝備的任務，在國家現代化建設中舉足輕重。機械產品的市場競爭能力主要取決于產品的質量，而產品的質量又取決于產品的設計。千斤頂是一種簡單的起重設備。主要用于廠礦、交通運輸等部門作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結構輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。螺旋千斤頂 又稱機械式千斤頂，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。本次設計是產品開發周期中的關鍵環節，設計決定了實現產品功能和目標的方案，結構和選材。制造方法以及產品運行，使用和維修方法。設計不合理會導致產品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。產品設計上的缺陷造成的先天不足，難以采取制造和使用措施加以彌補。少數情況下，即有可能，損失也大。嚴重的設計不合理甚至會造成的產品不能用或產品制造不出來，導致產品開發失敗。關鍵詞 ： 螺旋千斤頂 螺旋傳動 體積小 III 目 錄摘

要.........................................................IIIABSTRACT..........................................................IV目 錄..........................................................V1 起重機械的概述..................................................12 螺旋傳動的設計和計算............................................1 2.1 螺旋傳動的類型和應用........................................1 2.2 螺旋傳動的運動關系..........................................3 2.3 滑動螺旋傳動的設計..........................................5 2.4 滑動螺旋的結構及材料........................................5 2.4.1 滑動螺旋的結構...................................................................................................................5 2.4.2 螺桿與螺母常用材料........................................................................................................5 2.5 耐磨性計算..................................................6 2.6 螺母螺紋牙的強度計算........................................8 2.7 螺桿強度校核................................................8 2.8 螺桿穩定性校核..............................................9 2.9 自鎖性校核.................................................103 千斤頂的工作原理和設計.........................................11 3.1 千斤頂的概述...............................................11 3.2 千斤頂的種類和規格.........................................11 3.2.1 油壓千斤頂的結構............................................................................................................11 3.2.2 螺旋千斤頂的種類............................................................................................................13 3.3 千斤頂的工作原理...........................................14 3.4 千斤頂的設計...............................................15 3.5 千斤頂的裝配圖.............................................19結 論..........................................................22致 謝..........................................................23參考文獻.........................................................23 畢業設計（論文）1 起重機械的概述 起重機械是一種以間歇作業方式對物料進行起升，下降和水平移動的搬運機械。起重機械的作業通常帶有重復循環的性質。一個完整的作業循環一般包括取物、起升、平移、下降、卸載，然后返回原處等環節。經常起動、制動、正向和反向運動是起重機械的基本特點。起重機械廣泛用于交通運輸業、建筑業、商業和農業等國民經濟各部門及人們日常生活中。起重機械由運動機械、承載機構、動力源和控制設備以及安全裝備、信號指示裝備等組成。起重機的驅動多為電力，也可用內燃機，人力驅動只用于輕小型起重設備或特殊需要的場合。起重機械按結構特征和使用場合分為：輕小型起重設備、橋架型起重機、纜索型起重機、臂架型起重機、堆垛起重機、升降機械。然而，千斤頂又屬于起重機械的一種。千斤頂是一種起重高度小小于 1ｍ的最簡單的起重設備。它有機械式和液壓式兩種。機械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種。千斤頂按工作原理分為：螺旋千斤頂、齒條千斤頂、油壓千斤頂。2 螺旋傳動的設計和計算2.1 螺旋傳動的類型和應用 螺旋傳動是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的。它主要用于將回轉運動轉變為直線運動，同時傳遞運動和動力。它具有結構緊湊、轉動均勻、準確、平穩、易于自鎖等優點，在工業中獲得了廣泛應用。按照用途不同，螺旋傳動分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋三種類型。傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力，圖 1.1 的螺旋千斤頂及圖 1.2 的螺旋壓力機均為傳力螺旋。傳導螺旋以傳遞運動為主，這類螺旋常在較長的時間內連續工作且工作速度較高，傳動精度要求較高，如圖 1.3 所示的機床進給機構的螺旋。調整螺旋用于調整并固定零件間的相對位置，一般在空載下工作，要求能自鎖，如帶傳動張緊裝置、機床卡盤、軋鋼機軋滾下壓螺旋等。1畢業設計（論文）圖 1.1 螺旋千斤頂 圖 1.2 傳導螺旋 2 畢業設計（論文）按照螺旋副摩擦性質的不同，螺旋傳動又可分為滑動摩擦螺旋傳動（簡稱滑動螺旋）、滾動摩擦螺旋傳動（簡稱滾動螺旋）和靜壓滑動螺旋傳動（簡稱靜壓螺旋）。滑動螺旋傳動應用較廣，其特點是結構簡單，制造方便，成本低；易于實現自鎖；運轉平穩。缺點在于當低速或進行運動微調時可能出現爬行現象；摩擦阻力大，傳動效率低（一般為 3050）；螺紋間有側向間隙，反向時有空行程；磨損較大。廣泛應用于機床的進給、分度、定位等機構，如壓力機、千斤頂的傳力螺旋等。滾動螺旋也稱滾珠絲杠，其特點是摩擦阻力小，傳動效率高（90以上）；運轉平穩，低速時不爬行，啟動時無抖動；螺旋副經調整和預緊可實現高精度定位精度和重復定位精度；傳動具有可逆性，如果運用于禁止逆轉的場合，需要加設防逆轉機構；不易摩擦，使用壽命長。缺點為結構復雜，制造困難；抗沖擊能力差。應用于精密和數控機床、測試機械、儀器的傳動和調整螺旋，車輛、飛機上的傳動螺旋。滾動螺旋傳動特點：傳動效率高，傳動精度高，起動阻力矩小，傳動靈活平穩，工作壽命長。滾動螺旋傳動應用于機床、汽車、拖拉機、航空軍工等制造業。滾動螺旋傳動按滾珠循環方式分為： 內循環：滾珠始終和螺桿接觸，兩個封閉循環回路有兩個反向器，三個封閉循環回路有三個反向器。特點：流動性好，效率高，經向尺寸小。外循環：分離，工藝性好，分為螺旋式，插管式，擋珠式 靜壓螺旋傳動螺桿與螺母被油膜隔開，不直接接觸。具有摩擦阻力小，傳動效 ；螺母的結構復雜；運轉平穩，無爬行現象；傳動具有可逆性（不需率高（達 99）要時應加設防逆轉機構）；反向時無空行程，定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長等優點。其缺點為結構復雜，制造較難，需要一套壓力穩定，供油系統要求高。應用于精密機床的進給、分度機構的傳動螺旋。2.2 螺旋傳動的運動關系 在螺旋傳動中，結構最簡單應用最廣泛的是滑動螺旋，本節主要介紹這種螺旋傳動的設計。滑動螺旋副工作時，主要承受轉矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對滑動，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損。滑動螺旋的基本尺寸通常根據耐磨條件確定。對于傳力螺旋還應校核螺桿危險截面 3 畢業設計（論文）的強度；對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調整螺旋應校核其自鎖性；對于精度傳動螺旋應該校核螺桿的剛度；對于受壓螺桿，當其長徑比很大時，應校核其穩定性；對于高速長螺桿，應校核其臨界轉速；要求自鎖時，多采用單線螺紋，要求高效時，多采用多線螺紋。1.一般螺旋機構 一般螺旋機構當螺桿轉Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移 L（mm）為 LSΨ/2π 式1 式中，S 為螺旋線導程（mm）。如螺桿的轉速為ｎ（ｒ／ｍｉｎ），則螺母移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］為 ｖ＝Ｓｎ／６０ 式2 2.差動螺旋機構與復式螺旋機構 圖 1.3 差動螺旋機構 圖 1.3 中的螺旋機構中，B A 螺桿 1 上有 A、兩段螺旋，段螺旋導程為 S（ｍｍ）A，B 段螺旋導程為 SB（ｍｍ），兩者旋向相同，則當螺桿轉 Ψ角（ｒａｄ）時，螺母軸向移動的位移 L（ｍｍ）為 L（SASB）Ψ/2π 式3 如螺桿的轉速為ｎ（ｒ／ｍｉｎ），則螺母移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］為 4 畢業設計（論文）L（SASB）ｎ／６０ 式4 由式（1-4）可知：當 A、B 兩螺旋的導程 SA、SB 接近時，螺母可得到微小位移，這種螺旋機構稱為差動螺旋機構（又稱微動螺旋 機構），常用于分度機構、測微機構等。如兩螺旋的旋向相反，螺母軸向移動的位移 L 為 L（SA-SB）Ψ/2π 式5 移動速度為 ｖ＝（SA-SB）ｎ／６０ 式6 這種螺旋機構稱為復式螺旋機構，適合于快速靠近或離開的場合。2.3 滑動螺旋傳動的設計 滑動螺旋傳動工作時，螺桿和螺母主要承受轉矩和軸向載荷（拉力或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對滑動。滑動螺旋傳動的主要失效形式是螺紋磨損。因此，通常根據螺旋副的耐磨性條件，計算螺桿中徑及螺母高度，并參照螺紋標準確定螺旋的主要參數和尺寸，然后再個、對可能發生的其他失效逐一進行校核。2.4 滑動螺旋的結構及材料2.4.1 滑動螺旋的結構 滑動螺旋的結構包括螺桿、螺母的結構形式及其固定和支承結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系，當螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結構。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導螺旋（絲杠）等，應在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。螺母結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結構簡單，但由磨損而產生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經常雙向傳動的傳導螺旋，為了消除軸向間隙并補償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結構。傳動用螺桿的螺紋一般采用右旋結構，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。2.4.2 螺桿與螺母常用材料 螺桿和螺母材料應具有較高的耐磨性、足夠的強度和良好的工藝性。螺桿與螺 5 畢業設計（論文）母常用材料見表 1.2。表 1.2 螺桿與螺母常用材料 螺紋副 材料 應用場合 輕載、低速傳動。材 Q235 Q275 45 50 料不熱處理 重載、較高速。材料 40Gr 65Mn 螺桿 需經熱處理，以提高 20GrMnTi 耐磨性 9Mn2V GrWMn 精密傳導螺旋傳動。38GrMoAl 材料需經熱處理 ZcuSn10P1 一般傳動 ZcuSn5Pb5Zn5 重載、低速傳動。尺 螺母 寸較小或輕載高速傳 ZcuAL10Fe3 動，螺母可采用鋼或 ZcuZn25AL6Fe3Mn 鑄鐵制造，內空澆鑄 巴士合金或青銅2.5 耐磨性計算 耐磨性計算尚無完善的計算方法，目前是通過限制螺紋副接觸面上的壓強ｐ作為計算條件，其校核公式為 ｐ＝F/Ａ＝F/лd2hzFP/πd2hH≤p 式7 ；A 式中，F 為軸向工作載荷（N）為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面 ；d上的面積（mm）2 為螺紋中徑mm；P 為螺距mm；h 為螺紋工作高度mm，矩形 6 畢業設計（論文）與梯形螺紋的工作高度 h0.5P鋸齒形螺紋高度 h0.75PzH/P 為螺紋工作圈數，H為螺紋高度mm，p為許用壓強MPa，見表 1.7 表 1.7 滑動螺旋傳動的許用壓強p 螺紋副材料 滑動副速度/mmin-1 許用壓強/MPa 低速 1825 lt3.0 1118 鋼對青銅 612 710 gt15 12 鋼-耐磨鑄鐵 612 68 lt2.4 1318 鋼-灰鑄鐵 612 47 鋼-鋼 低速 7.513 淬火鋼-青銅 612 1013 注：lt2.5 或人力驅動時，p可提高 20；螺母為剖分式時，p應降低 15-20。為便于推導設計公式，令 H/d2，代入式（1-7）整理后得螺紋中徑的設計公式為 d2≥ FP / o h p 式8 對矩形、梯形螺紋，h0.5P，則 d2≥0 F / o p 式9 對鋸齒形螺紋，h0.75P，則 d2≥0.65 F / o p 式 10 值根據螺母的結構選取。對于整體式螺母，磨損后間隙不能調整，通常用于輕載或精度要求低的場合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數不宜過多，宜取1.2～2.5；對于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取 2.5～3.5；傳動精度高或要求壽命長時，允許 4。根據公式計算出螺紋中徑 d2 后，按國家標準選取螺紋的公稱直徑 d 和螺距 P。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故 z 不宜大于 10。7 畢業設計（論文）2.6 螺母螺紋牙的強度計算 螺紋牙多發生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強度。假設載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑 D 處展開的懸臂梁，螺紋牙根部 aa 處的彎曲強度校核公式為 σb 3Fh/πDbz≤σb 式 11剪切強度校核公式為 τF/zπDb≤τ 式 12 式中，F、h、z 同式（1-7）；D 為螺母螺紋的大徑mm；b 為螺母螺紋牙根部寬度mm；可由國家標準查得，也可取矩形螺紋 b0.5P，梯形螺紋 b0.65P，鋸齒形螺紋 b0.74P；σ、b、τ分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應力和許用切應力MPa，見表 1.8 表 1.8 滑動螺旋副材料的許用應力項目 許用應力/ MPa鋼制螺桿 σσS/35 σS 為材料的屈服極限/ MPa 材料 許用彎曲應力σb 許用切應力τ 青銅 4060 3040螺母 耐磨鑄鐵 5060 40 鑄鐵 4555 40 鋼（1.01.2）σ 0.6σ注：靜載荷許用應力取大值。若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑 d1 小于螺母螺紋的大徑 D，故應校核螺桿螺紋牙的強度，這時公式中的 D 應改為 d1。2.7 螺桿強度校核 螺桿受軸向力 F 及轉矩 T 的作用，危險截面上受拉（壓）應力σ和扭轉切應力τ。根據第四強度理論，τ螺桿危險截面的強度校核公式為 式 13 式中，d1 為螺桿螺紋的小徑（mm）；σ為螺桿材料的.