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1、中高职业院校城市轨道交通专业教学用书 城市轨道交通车辆电器 电子教案,绪论,三、城轨电器的工作条件及基本要求,一、电器的定义,二、牵引电器及分类,四、发展概况及趋势,上 篇 电器基本理论,一、安全用电原则 1、不靠近高压带电体(室外、高压线、变压器旁)，不接触低压带电体。 2、不用湿手扳开关，插入或拔出插头。 3、安装、检修电器应穿绝缘鞋，站在绝缘体上，且要切断电源。 4、禁止用铜丝代替保险丝，禁止用橡皮胶代替电工绝缘胶布。 5、在电路中安装漏电保护器，并定期检验其灵敏度。 6、功率大的用电器一定要接地 。,单元1 电器安全,二、电工安全操作规程 1、电工必须熟悉车间的电气线路和电气设备的种类
2、及性能，对电气设备性能未充分了解，禁止冒险作业。 2、电工每日应定期检查电缆、电机、电控制台等设备情况，检查中发现问题，必须及时处理。检查电机温度时，先检查无电后，再以手背试验。 3、除临时施工用电或临时采取的措施外，不允许架临时电线，不允许乱挂灯，乱接仪表工具和电焊机等应用安全的开关和插座，原电气线路不得擅自更改。 4、按规定对电气设备定期检修保养，不用的电气设备线路要彻底拆除。,三、人体触电的方式 1、单相触电 2、两相触电 3、跨步电压触电 4、悬浮电路上的触电,跨步电压触电,四、电流伤害人体的因素 触电时电流对人体的伤害程度与以下几个因素有关： 1、电流的大小 2、电压的高低 3、频率
3、的高低 4、时间的长短 5、电流通过的路径 6、人体状况、人体电阻的大小,五、安全电压等级 1、人体允许电流 人体允许电流是指发生触电后触电者能自行摆脱电源，解除触电危害的最大电流。 通常情况下，男性为9毫安，女性为6毫安。在设备和线路装有触电保护设施的条件下，人体允许电流可达30毫安。 2、安全电压 安全电压是指不致使人直接致死或致残的电压。 国家标准安全电压（GB380583）规定我国安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V和6V，应根据作业场所、操作员条件、使用方式、供电方式、线路状况等因素选用。,复习与思考 1安全电压最高是多少伏？ 2凡在潮湿工作场所或在金属容器内使用手提
4、式电动用具或照明灯时，应采用多少伏安全电压？ 3电压相同的交流电和直流电，哪一种对人的伤害大？ 4电气设备着火，首先必须采取的措施是什么？ 5电气设备发生火灾时，可带电灭火的器材是哪几种？,单元2 电器的发热与电动力,一、概 述 温升 电器温度升高后，其本身温度与周围环境温度之差， 称为温升。极限温升 因为电器的工作环境直接影响电器的散热过程。我国国家标准规定最高环境温度为 +40(一般为35)，即允许温升发热温度极限40,2.1 电器的发热与散热,二、电器的发热短路电流导体的温升PtGc (Ws) P电阻损耗功率(W)； t发热时间(s)； G导体质量(kg)； c导体的比热Ws(kg)；
5、导体的温升()；磁滞与涡流损耗 (Wkg) P铁磁材料的损耗(Wkg);分别为磁滞、涡流损耗系数； f 电源频率，即磁通频率(Hz)； Bm磁通密度幅值(Wbm2)。,二、电器的散热 电器工作时，只要电器温度高于周围介质及接触零件的温度，它便向周围介质散热。所以发热和散热同时存在于电器发热过程中。 电器的散热以传导、对流与辐射三种基本方式进行。 计算公式式中 P散热功率(W)； 综合散热系数W(m2)； S有效散热面积(m2)； 温升()。,一、长期工作制时电器的发热 长期工作制是指电器通电后连续工作到发热稳定，此时温升达到稳定值。其特点是电器损耗所产生的热量全部散发到周围介质中。 Pdt在d
6、t时间内电器总的发热量；在dt时间内电器的散热量；加热电器本身的热量。 通过计算可得：不难看出，这是一条上升的指数曲线。,2.2 不同工作制下电器的发热,二、短时工作制及过载系数 电器的短时工作制是指电器通电时间很短，温升未达到稳定就停止工作，并且下一次工作要等到电器冷却到周围介质温度。例如机车主断路器中的分、合闸电磁铁即属于短时工作制情况，它分别仅在分、合闸时短时通电，分、合闸结束时就断电。 由以上分析可得出以下几点： (1)某电器在长期工作制下工作时，其稳定温升达到允许温升。该电器若用于短时工作制时，允许超载运行。这样可使电器得到充分作用。 (2)该电器在短时工作制下，其功率(或电流)的过
7、载倍数与发热时间及时间常数T有关。T越大，越小，过载倍数则越高。,三、间断工作制(反复短时工作制) 间断工作制是指电器在通电和断电周期循环下的工作过程。通电时间内温度未达到稳定值，断电后又不能冷却到周围介质温度。多次重复通电后，电器可能达到稳定温升。 间断工作制的过载倍数与工作周期t及发热时间有关，t越大或越小，过载倍数就越大。 四、短路时电器的发热 电器在通过工作电流时，在其工作制下，要经受额定电流发热的考验。若电路发生了短路故障，其短路电流远大于额定电流，当保护电器还未将故障切除前，电器还必须能承受住一定时间内短路电流的发热考验。由于短路电流的时间很短，可以认为是绝热过程，即不考虑散热，全
8、部损耗都用来加热电器。,电器的热稳定性是指在一定时间内能承受短路电流(或所规定的等值电流)的热作用而不发生热损坏的能力。例如不会因发热而产生不允许的机械变形，触头处不会熔焊等。热稳定性以表示，称为t秒时的热稳定电流(用有效值表示)，一般时间采用1s、5s与10s为准的热稳定电流I1、I5及I10。按照热量相等的原则，同一电器不同时间的热稳定电流可以互相换算。换算公式为,2.3 电器的热稳定性,一、载流导体的电动力 载流导体处在磁场中会受到力的作用，载流导体间相互也会受到力的作用，这种力称为电动力。 电动力的方向判断可用左手定则或磁通管侧压力原理来进行。,2.4 载流导体的电动力及电动稳定性,环
9、型导体和U型导体所受电动力,电弧受到的电动力,二、载流导体电动力计算基础和电动稳定性 当长为L并通有电流I的导体垂直置于磁感应强度为B的均匀磁场中时，作用在该导体上的电动力F为 F=BILsin 三、触头电动力 触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观上看仍然是凹凸不平的，由于接触面积远小于触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由此而引起触头间的电动斥力。,复习与思考 1、简述温升和允许温升的定义 2、简述电器在不同工作制下的发热情况 3、简述电器的三种散热方式的原理 4、分析电器的触头所受电动力的情况。,单元3 电弧及灭弧装置,电弧的定义 电弧是气体
10、放电的一种形式。气体放电分为自持放电与非自持放电两类，电弧属于气体自持放电中的弧光放电。试验证明，当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过0.5A的电路时，在触头间隙(或称弧隙)中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体，称为电弧。电弧的结构 分为3个区域，即近阴极区、近阳极区及弧柱区。 电弧的分类 电弧按其外形分为长弧与短弧。长短之别一般取决于弧长与弧径之比。,3.1 概述,一、开断电路时电弧产生的物理过程 当触头开断，在触头间隙中有电弧燃烧时，电路仍然导通。这说明此时触头间隙的气体由绝缘状态变成了导电状态。气体呈导电状态的原因是由于原来的中性气体分解为电子和离子，即气体被游离，此过程
11、称为气体的游离过程。 游离的几种形式：阴极热发射电子阴极冷发射电子碰撞游离热游离,3.2 电弧产生和熄灭的物理过程,二、电弧熄灭的物理过程 当电弧稳定燃烧时是处在热动平衡状态，此时不可能有电子和离子的积累。这说明电弧中发生气体游离现象的同时还存在一个相反的过程，我们称之为消游离。消游离就是正、负带电粒子中和而变成中性粒子的过程。 消游离的方式分为两类：复合和扩散。,一、直流电弧的伏安特性 二、直流电弧的熄灭1. 消除稳定燃烧点 2. 电弧两端并联电阻,3.3 直流电弧及其熄灭条件,直流电弧及其伏安特性,一、交流电弧的伏安特性 二、交流电弧的熄灭 交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量
12、，热游离迅速下降，为电弧的最终熄灭创造了最有利的条件，此时只要采取一定的消游离措施，使少量的剩余离子复合，就能防止电弧在下半周重燃，使电弧最终熄灭。因此，交流电弧比直流电弧容易熄灭。我们通常把利用电弧电流自然过零的特点进行的熄弧称为零点熄弧原理。,3.4 交流电弧及其熄灭条件,交流电弧及其伏安特性,一、磁吹灭弧 磁吹灭弧是利用外加电动力使电弧拉长以致熄灭的灭火方法。,3.5 熄灭电弧的方法及装置,磁吹灭弧装置示意图 1磁吹铁心；2导弧角；3灭弧罩；4磁吹线圈； 5铁夹板；6静触头；7动触头；8绝缘套。,二、灭弧罩灭弧 灭弧罩是让电弧与固体介质相接触，降低电弧温度，从而加速电弧熄灭的比较常用的装
13、置。根据缝的宽度与电弧直径之比可分为窄缝与宽缝。缝的宽度小于电弧直径的称窄缝，反之，大于电弧直径的称宽缝。根据缝的轴线与电弧轴线间的相对位置关系可分为纵缝与横缝。 1纵缝灭弧罩 2. 横缝灭弧罩,纵向窄缝式灭弧罩,纵向宽缝式灭弧罩,横向绝缘栅片式灭弧罩,三、油冷灭弧 油冷灭弧是将电弧置于液体介质(一般为变压器油)中，电弧将油汽化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。氢气具有很高的导热系数，这就使电弧的热量容易散发。另外，由于存在着温度差，所以气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。若再要提高其灭弧效果，可在油箱中加设一定机构，使电弧定向发生运动，这就是油吹灭弧。由于
14、电弧在油中灭弧能力比大气中拉长电弧大得多，所以这种方法一般用于高压电器中，如油开关。,四、气吹灭弧 气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。 按照气流吹弧的方向，它可以分为横吹和纵吹两类。,纵吹灭弧装置 1动触头；2灭弧室瓷罩；3静触头；4压缩空气；5电弧。,五、横向金属栅片灭弧 横向金属栅片又称去离子栅，它利用的是短弧灭弧原理。用磁性材料的金属片置于电弧中，将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的目的。,横向金属栅片灭弧罩结构、原理示意图 （a）电弧在横
15、向金属栅中状况；（b）横向金属栅对电弧的作用； （c）横向金属栅灭弧原理。 1入栅片前的电弧；2金属栅；3入栅片后的电弧。,六、真空灭弧 真空灭弧是使触头电弧的产生和熄灭在真空中进行，它是依据零点熄弧原理，以真空为熄弧介质工作的。 在真空中气体很稀薄，电子的自由行程远大于触头间的距离。当真空度为105mm汞柱时，电子的自由行程达43m。自由电子在弧隙中作定向运动时几乎不会和气体分子或原子相碰撞，不会产生碰撞游离。所以将触头置于真空中断开时产生的电弧则是由于阴极发射电子和产生的金属蒸气被电离而形成的。当电弧电流接近零时，阴极发射的电子和金属蒸气减少，弧隙中残留的金属蒸气和等离子体向周围真空迅速扩
16、散。这样，弧隙可以在数微秒之内由导电状态恢复到真空间隙的绝缘水平。因此，在真空中触头有很高的介质恢复速度、绝缘能力和分断电流的能力。,复习与思考 1、简述电弧的产生与熄灭的物理过程 2、分析直流电弧和交流电弧熄灭的条件 3、分析各种灭弧装置或灭弧方法灭弧的原理,单元4 触头,一、对触头的基本要求 根据触头的工作情况，为了保证电器可靠工作和有足够的寿命，对触头有如下要求： 1、工作可靠，接触电阻要小； 2、有足够的机械强度； 3、长期通过额定电流时，温升不超过规定值； 4、通过短路电流时，有足够的电动稳定性与热稳定性； 5、有足够抵抗外界腐蚀(如氧化、化学气体腐蚀)的能力； 6、寿命长。,4.1 概述,二、触头的分类 触头可按以下方法分类： 1按触头工作情况可分为有载开闭和无载开闭两种。 2按开断点数目可分为单断点式和双断点式触头。 3按触头正常工作位置可分为常开触头和常闭触头。 4按结构和形状可分为指形触头和桥式触头等。 5按触头相互运动状态可分为滑动式和滚动式两种。 6按触头的接触方式可分为面接触、线接触和点接触三种。,
