电器理论基础知识

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1、绪绪 论论所有用电的器具均称为电器。一、电器的定义电器主要包括用于对电路进行接通、 分断，对电路参数进行变换，以实现对 电路或用电设备的控制、调节、切换、 保护及检测等作用的电工设备。 二、电器的分类（一）按电压高低、结构和工艺特点分 1.高压电器高压断路器、隔离开关、电抗器、 电压互感器、电流互感器等。2.低压电器接触器、起动器、自动开关、熔断 器、继电器、主令电器等。3.自动电磁元件阀用电磁铁、电磁离合器、磁 放大器、磁性逻辑组件、传感器、自动电压调节器 等。4.成套电器和自动化成套装置高压开关柜、 电力用自动化继电保护柜、低压开关柜、低压控制 柜、电子逻辑控制装置、顺序控制器、无触点自动

2、 化成套装置等。（二）按电器的用途分1.电力网系统用电器高压断路器、高压熔断器、 避雷器、自动开关等。2.电力拖动自动控制系统用电器接触器、继电器 、变阻器等。 3.自动化通讯用弱电电器微型继电器、舌簧管、 电子逻辑元件等。（三）按操作方式分1.手动电器刀开关、隔离开关、按钮开关等。2.自动电器高、低压断路器、接触器等。1.有触点电器电器通断电路的执行功能由触头实 现。2.无触点电器电器通断电路的执行功能由一些电 子组件来完成。（四）按电器的执行功能分3.混合式电器有触点与无触点结合的电器。1.一般工业企业用电器适用于大部分工业企业环 境。2.特殊工业企业用电器适用于矿山、冶金、化工 等特殊环

3、境。 3.热带用电器和高原用电器适合于热带、亚热带 地区及高原山区而派生的电器。4.农用电器适用于农业、农村环境的电器。（五）按电器使用场合和工作条件分5.牵引、船舶、航空用电器用于铁道、交通运输 的各类机车及车辆上的牵引电器和汽车、拖拉机用 电器。三、电器在电 力系统中的地 位和作用四、电力机车电器的分类1.主电路电器指使用在电力机车主电路中的电器 。2.辅助电路电器指使用在电力机车辅助电路中的 电器。 3.控制电路电器指使用在电力机车控制电路中的 电器。（一）按电器所接入的电路分1.控制电器用来对电力机车上的牵引设备进行切 换、调节作用的电器。2.保护电器用来保护电力机车上电气设备不受过

4、电压、过电流及其他损害的电器。3.检测电器在电力机车上用于检测的电器。（二）按电器在电力机车上的用途分4.受流器用于电力机车在接触网上取流的电器。1.连续而强烈的机械震动和断续的机械 冲击。 2.周围空气污染相当严重。五、电力机车电器的工作条件和特点3.温度和湿度变化很大。4.主电路的电压经常在较大范围内变化。5.电器安装受电力机车空间尺寸的限制。6.正常运行时操作频繁。总之，电力机车电器的工作条件及环境是 相当恶劣的，对其正常工作有一定的影响。 为此，对电力机车电器的基本要求是：动作准确可靠、有足够的电气寿命与 机械寿命、有较高的操作频率、能量消 耗少、便于检修。电力机车电器课程是为电力机车

5、运用 及维修专业开设的一门专业课。其主要 任务是使学生在了解有关电器基础理论 后，能掌握韶山4（简称SS4）改进型及 韶山8（SS8）型机车为主的电器的结构 、工作原理及性能，并为后续课程打下 基础。六、本课程的任务电力机车电器课程的考核方法为平时 成绩（包括出勤、作业、课堂表现等） 占总评成绩的20%，考试成绩占总评成绩 的80%。七、本课程的考核方法电器理论基础知识第 一 章第一节 电接触的基本知识一、概述电接触载流导体及电器的导电回路中 ，两个导电零件通过机械连接的方式互 相接触，以实现导电的现象。两个导体用螺栓、螺钉等紧固件连接起来 ，在工作过程中接触面不发生相互分离和相 对移动的连接

6、。1.固定接触2.滑动及滚动接触在工作过程中，一个接触面沿另一个接触 面滑动或滚动，但不能分断电路的连接。 3.可分合接触（触头）在工作过程中，两个接触面既可以分开又 可以闭合的连接。触头是电器的执行部分，在电器感测部分 的带动下，完成电器的分合动作。在动、静 触头闭合接触时，依靠弹簧的压力使动、静 触头紧密地接触，以保证可靠的电接触。触头可分为主触头和辅助触头。主触头用 于主电路，辅助触头用于辅助电路或控制电 路。辅助触头又称为联锁触头，分正联锁触 头（常开触头）和反联锁触头（常闭触头） 。(1)触头的接触形式c.面接触指两个导体沿着较广表面接触的触头。多 用于大电流的电器。a.点接触b.线

7、接触指一个很小的面积内的若干个点接触的触 头。它用于20A以下的小电流电器。指两个导体沿着线或较窄面积接触的触头 。常用于几十安至几百安电流的中等容量的 电器。（2）触头的主要参数a.触头的开距s触头处于断开位置时，动、静 触头之间的最小距离。b.触头的超程r触头完全闭合后，如果将静触 头移开，动触头在触头弹簧的作 用下继续前移的距离。c.触头的初压力动触头刚与静触头接触时所具有的一定的 互压力。动、静触头闭合终了时，触头间的接触压 力。d.触头的终压力e.触头的研距一般线接触触头的动、静触头在接触过程 中，不仅有相对滚动，而且有相对滑动存在 。其滚动量与滑动量之和称为研距。（3）触头的工作情

8、况a.闭合状态 主要任务是保证能通过规定的电流,且触头 温升不超过允许值，主要问题是触头的发热 及热和电动稳定性。 b.闭合过程 触头在闭合过程中会因碰撞而产生机械振 动，主要问题是减小机械振动，从而减小触 头的磨损，避免触头熔焊。c. 断开状态d.开断过程触头处于断开状态时，必须有足够的开距， 以保证可靠地熄灭电弧和开断电路。触头开断过程是触头最繁重的工作过程。 当触头开断电路时，一般会在触头间产生电 弧，主要问题是熄灭电弧，减小由电弧而产 生的触头电磨损。将一段完整的导体通以电流I，用电压表测 量出其AB长度上的电压降为U，则AB段导体的 电阻为如果将此导体截断，仍通以电流I，测得AB 两

9、点之间的电压降为UC，UC 比U大得多，AB两 点之间的电阻为1.接触电阻的产生二、触头的接触电阻接触处的表面无论经过多么细致的加工处 理，其表面总是凹凸不平的，它们不是整个 面积接触，而是只有若干小的突起部分相接 触。当电流通过实际接触面积时，电流只从 接触点上通过，在这些接触点附近，迫使电 流线发生收缩。RC 除含有该段导体材料的电阻R 外，还有 附加电阻Rj，即 RC =R + Rj称附加电阻Rj为接触电阻。 （1）收缩电阻由于有效接触面积小于视在接触面积，由此产生的附加电阻称为收缩电阻。 （2）表面膜电阻由于种种原因，在触头的接触表面上覆盖着一层导电性很差的薄膜，例如金属的氧化 物、硫

10、化物等，其导电性很差，也可能是落 在接触表面上的灰尘、污物或夹在接触面间 的油膜、水膜等，由此而形成的附加电阻， 称为表面膜电阻。接触电阻可用经验公式计算，即式中 Rj触头接触电阻（）F触头压力（N）m与触头接触形式有关的常数K与接触材料、接触表面加工方 法、接触面状况有关的常数 2.接触电阻的计算公式3.影响接触电阻的各种因素 （1）接触压力触头接触电阻与接触压力近似双曲线关系, 即接触电阻值在一定的压力范围内随外施压 力F的增大而减小。而当压力达到一定值后， 收缩电阻几乎不变。（2）温度触头的接触电阻随着温度的升高而增加。（3）化学腐蚀指单纯由化学作用引起的腐蚀。暴露在空 气中的接触面都将

11、产生氧化作用。铜触头的 允许温升很低，而银或镀银的触头工作很稳 定。 （4）电化学腐蚀采用不同的金属作触头对时，由于两金属 接触处有电位差，当湿度大时，在触头对的 接触处会发生电解作用，引起触头的电化学 腐蚀，使接触电阻增加。触头材料的性质直接影响接触电阻的大小 。这些材料的性质包括电阻系数、材料的机 械强度和硬度、材料的化学性能等。（6）触头材料表面粗糙度对接触电阻有一定的影响。（5）接触表面粗糙度（2）采用本身电阻系数小，且不易氧化或氧 化膜电阻较小的材料作为接触导体，或作为 接触面的覆盖层。（3）触头在开闭过程中应具有研磨过程，以 擦去氧化膜。4.减小接触电阻的方法（1）增加接触点数目。

12、三、触头的振动与熔焊1.产生振动的原因触头在闭合过程中,触头间的碰撞、触头 间的电动斥力和衔铁与铁心的碰撞都可能引 起触头的机械振动。2.减小振动的方法（3）减小动触头的质量，以减小碰撞动能， 从而减小触头的振幅。（1）使触头具有一定的初压力。（2）降低动触头的闭合速度，以减小碰撞动 能。（4）对于电磁式电器，减小衔铁和静铁心碰 撞时引起的磁系统的振动，以减小触头的二 次振动。四、触头的磨损1.触头磨损的原因触头在多次接通和断开有载电路后，它的 接触表面将逐渐产生磨耗和损坏，这种现象 称为触头的磨损。触头磨损包括机械磨损、化学磨损和电磨 损。由热效应引起的触头熔接，称为触头的熔 焊。3.熔焊的

13、概念（2）化学磨损化学磨损是由于周围介质中的腐蚀性气体 或蒸汽对触头材料侵蚀所造成的。电磨损主要发生在触头的闭合和断开过程 中。触头闭合时是由于触头碰撞引起振动， 触头断开时是由于高温电弧。（3）电磨损（1）机械磨损机械磨损是在触头闭合和断开时由研磨和 机械碰撞所造成的。触头在断开与闭合电路过程中，在触头间 隙中产生金属液桥、电弧和火花放电等各种 现象，引起触头材料的金属转移、喷溅和汽 化，使触头材料损耗和变形，这种现象称为 触头的电磨损。2.电磨损的形式（1）液桥的形成和金属转移触头在开断过程中，动、静触头间将形成 熔化的液态金属桥，简称液桥。触头开断时，在从触头完全闭合到触头刚 开始分离的

14、时间内，先是触头的接触压力和 接触点数目逐渐减小，接触电阻越来越大， 这就使接触点的电流密度急剧增加，由此产 生的热量促使接触处的金属熔化，形成所谓 的金属液体滴。触头继续断开时，将金属液 体滴拉长，形成液桥。由于温度沿液桥的长度分布不对称，且其 最大值是发生在靠近阳极的地方，因此，使 金属熔液由阳极转移到阴极。由于液桥的金属转移作用，经过很多次的 操作后，触头的阳极因金属损耗而形成凹坑 ，阴极则因金属增多而形成针刺，凸出于接 触表面。 （2）电弧对触头的腐蚀电弧对触头的腐蚀非常严重，电弧磨损要 比液桥引起的金属转移高出510倍。当电弧的温度极高，触头间距离又较大时 ，一般都有电动力吹弧，再加

15、上强烈的金属 蒸气热浪冲击，往往把液态金属从触头表面 吹出，向四周飞溅。金属蒸气再度沉积于触 头接触表面上的机率已大大减小，使触头阴 、阳极都遭到严重磨损，由于阳极温度高于 阴极，所以阳极磨损更为严重。3.减小触头电磨损的方法 （1）减小触头开断过程中的磨损a.选择灭弧系统的参数。b.对于交流电器宜采用去离子栅灭弧系统。c.采用熄灭火花的电路。d.正确选用触头材料。（2）减小触头闭合时的磨损一、电器的定义及分类小 结 二、电器触头的基本参数三、触头的接触电阻四、触头的振动五、触头的磨损2.接触电阻是怎样形成的？影响接触电 阻的因素有哪些？1.试述电器触头的基本参数。复 习 题3.触头的振动是怎

16、么产生的？什么是触 头的熔焊？一、电磁传动装置1.功用通过电磁铁把电磁能转变成机械能来驱动 电器触头动作。第二节 电器的传动装置2.基本组成主要由线圈、 静铁心、动铁心 （衔铁）、极靴 、反力弹簧、调 节螺钉（止挡） 、工作气隙等组 成。（1）按线圈电流种类分3.电磁铁的分类可分为直流电磁铁和交流电磁铁。a.U形拍合式（2）按磁路形式和衔铁的运动方式分b.E形拍合式和E形直动式c.空心螺管式d.装甲螺管式e.回转式（3）按线圈接入电路方式分4.电磁铁的工作原理当线圈电流减小时，电磁吸力减小。如果电磁吸力小于弹簧反力，衔铁打开，带动触头处于另一工作位置。当线圈接通电流后，在磁系统和工作气隙所构成的回路中产生磁通，产生电磁吸力吸引衔铁。当电磁吸力超过弹簧反力时，衔铁吸合，并带动触头动作。二、电空传动装置 1.功用以电空阀控制的压缩空气作为动力，驱使 触头按规定动作。 2.电空阀（1）功用借电磁吸力来控制压缩空气管路的导通或 关断，从而达到远距离控制气动器械的目的 。