《电力机车电器》

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1、电力机车电器,电力机车电器- 绪论,本章主要内容：,1、课程简介,2、电器的定义,3、电器的分类,4、电力机车电器的分类,5、电力机车电器的工作条件及特点,本章重点内容：,1、电器的定义,2、电力机车电器的分类,电力机车电器- 绪论,一、课程简介,本课程是电力机车专业的一门专业课。内容包括两大方面：,1、学习有关的电器基本理论知识,包括电接触、传动装置、电弧的产生、电弧的熄灭、灭弧装置、电器的发热和散热等。,2、学习电力机车使用的各种电器的基本结构、工作原理、技术参数,包括接触器、继电器、主型电器、其它电器等。,电力机车电器- 绪论,二、电器的定义,电器是一种能够根据外界信号的要求，手动或自动

2、接通、断开电路，以实现电路的开关、控制、转换、保护、检测、调节的电工器械。通俗的说就是能控制电的器械。,三、电器的分类,电器根据不同的分类方法能分成多种。,电力机车电器- 绪论,四、电力机车电器的分类,电力机车电器根据电压等级分类分为高压电器、低压电器。,1、根据电压等级分,高压电器包括受电弓、主断路器、高压连接器、电空接触器、两位置转换开关、高压电流互感器、高压电压互感器、平波电抗器、避雷器等。,低压电器包括电磁接触器、继电器、司机控制器、搬健开关等。,2、根据电器所接入的电路分,主电路电器使用在电力机车主电路中的电器。包括受电弓、主断路器、高压连接器、电空接触器等。,辅助电路电器使用在电力

3、机车辅助电路中的电器。包括三相电磁接触器、自动开关、刀开关等。,控制电路电器使用在电力机车控制电路中的电器。包括司机控制器、继电器、搬健开关等。,电力机车电器- 绪论,3、根据用途分,控制电器用于对电力机车上的牵引设备进行切换、调节的电器。如司机控制器、继电器、搬健开关、接触器等。,保护电器用于保护电力机车上的电气设备不受过电压、过电流损害的电器。如避雷器、自动开关、熔断器、接地继电器、过载继电器、风压继电器、油流继电器等。,检测电器用于与其它电器配合，检测电力机车各电路电压、电流、机车运行速度等的电器。如电压互感器、电流互感器、速度传感器等。,受流电器使电力机车从接触网获取电流的电器。如受电

4、弓。,电力机车电器- 绪论,五、电力机车电器的特点,由于电力机车电器安装在运行的机车上，安装空间有限和运行环境的变 化，使得电力机车电器与其它工业电器又有所不同。有如下特点：,1、强烈的机械震动和冲击。,2、运行环境污染严重。,3、温度和湿度变化很大。,4、电器的安装空间受限。,5、电力机车主电路电流变化范围大，要求电器有很高的电稳定性和热稳定,6、电力机车电器在机车运行时操作频繁。,从上述特点可知，电力机车的工作条件和运行环境十分恶劣，因而要求电力机车电器有很高的可靠性，才能保证铁路运输的安全和正常进行。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,本章主要内容：,1、电接触的基本形式,2、触头

5、的接触电阻、振动、磨损以及改善方法,3、电磁传动、电空传动基本原理,4、电弧的产生和熄灭方法,5、电器的发热和散热,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-1 电接触的基本知识,一、电接触的定义及分类,电接触定义,1、固定接触,两个导体用螺栓、铆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，称为固定接触。,两个导电零件通过机械连接的方式互相接触，以实现导电的现象称为电接触。,电接触分类,电接触按工作方式分类可分为固定接触、滑动接触、滚动接触、可分合接触。,2、滑动或滚动接触,在工作过程中，一个接触面沿另一个接触面滑动或滚动，但不分断电路的接触方式称为滑动或滚动接触。

6、如电机、滑线电阻等。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-1 电接触的基本知识,3、可分合接触（触头）,在工作过程中，两个接触面既可分开又可以闭合的接触方式，称为可分合接触。,可分合接触是本课程讨论的重点，后面将要学习的大量电器都属于可分合接触。,有关触头的几个基本知识点, 触头总是成对出现，一个是静触头，一个是动触头。, 根据触头在电路中功能的不同，可分为主触头、联锁触头。, 触头可分为常开触头、常闭触头,常开触头在电路无电情况下处于断开的触头。,常闭触头在电路无电情况下处于闭合状态的触头。, 常开、常闭触头在电路中的表示方法,上开下闭，左开右闭,（1）触头的接触形式,触头的接触形式

7、包括点、线、面三种。, 点接触,点接触是指一个很小的面积内的若干个点接触的触头。一般用于20A以下的小电流电路。, 线接触,线接触是指两个导体沿着线或较窄面积接触的触头接触方式。线接触一般用于几十至几百安电流的中等容量电器。, 面接触,面接触是指两个导体沿着较大面积接触的触头。面接触用于大电流电器。,（2）触头的主要参数,触头的主要参数包括触头开距、触头超程、触头初压力、触头终压力。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识, 触头开距s,触头处于断开位置时，动、静触头之间的最小距离，称为触头开距。, 触头超程r,触头超程是指电器触头完全闭合后，若将动（静

8、）触头移开，静（动）触头在触头弹簧作用下继续前移的距离。, 触头初压力F0,触头初压力是指动触头刚好与静触头接触，动静触头之间的相互作用力。,触头开距是触头的一个重要参数，用于保证触头分断电路时可靠熄灭电弧，并保证有足够的安全绝缘距离。,触头超程用于保证触头在允许的磨损范围内仍能可靠地接触。,触头初压力由触头弹簧保证，用于降低触头闭合过程中的弹跳。, 触头终压力Fz,触头终压力是指动静触头闭合终了时，每个触头上的压力。,触头终压力由触头弹簧保证，用于接触面积，降低接触电阻。,（3）触头的工作情况,触头有闭合状态、闭合过程、断开状态、断开过程4种工作情况。, 闭合状态：要考虑的主要问题是发热（接

9、触电阻引起）, 闭合过程：要考虑的主要问题是机械振动、触头磨损、触头熔焊。, 断开状态：要考虑的主要问题是开距大小（保证熄弧和绝缘）,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识, 断开过程：要考虑的主要问题是灭弧、触头电磨损,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,二、触头的接触电阻,1、接触电阻的产生,产生接触电阻的原因有两方面： 由于接触面不平迫使电流线收缩；由于接触表面存在导电性很差的薄膜。,由于电流线收缩而产生的附加电阻称为收缩电阻，用Rs表示；由于接触表面薄膜而产生的附加电阻称为膜电阻，用Rb表示。接触电阻用Rj表示,Rj=Rs+Rb,2、影响接触电阻的因素, 接触压力：增大接触压力可减

10、小接触电阻。, 温度：温度变化会使金属电阻率、材料的硬度发生变化，从而引起接触电阻变化。, 化学腐蚀：暴露在空气中的金属接触面都会发生氧化作用，产生的化合物影响接触电阻。, 电化学腐蚀：触头间存在电位差，空气湿度大时会发生电解作用，使得接触电阻增大。, 接触表面粗糙度：粗糙度越大，接触点越少，电流线收缩越严重，接触电阻越大。, 触头材料：材料电阻系数大，接触电阻大；材料硬度小，接触电阻小。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,二、触头的接触电阻,3、减小接触电阻的方法, 增加接触点数目：可通过精加工接触面、增大接触压力实现。, 选用合适的触头材料：选择电阻系数小、不易氧化的材料。, 使触头

11、有研磨过程：可擦去氧化膜。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,三、触头的振动和熔焊,触头的振动发生于闭合过程中，触头在闭合过程中会发生一系列的碰撞，此现象就称为机械振动。触头间距离与时间关系如图1-5.,触头的熔焊也是发生于触头闭合过程中，动、静触头之间，在机械振动和电动排斥力的作用下发生断续的分合，由此产生电弧，在电弧高温作用下引起触头熔接，称为熔焊。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,四、触头的磨损,磨损磨耗和损坏,磨损包括机械磨损、化学磨损、电磨损。,机械磨损摩擦和碰撞所致。表现为触头表面的压皱、裂痕、变形。,化学磨损腐蚀性气体、水蒸气对触头材料的侵蚀所致。表现为非导电膜被,

12、碰撞和触头压力剥落而产生的损耗。,电磨损触头分合过程中产生金属液桥、电弧、火花等现象，引起金属转移、 喷溅和汽化，使触头材料损耗和变形。,上述三种磨损中主要是电磨损，机械磨损和化学磨损一般很小。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置,有触点电器一般由感测部分、执行部分组成。感测部分是传动装置，执行部分是触头。传动装置接收外界信号并作出反应，使执行部分动作，输出相应指令实现控制的目的。,电力机车上的电器传动装置主要采用电磁传动、电空传动两种。,一、电磁传动装置,电磁传动装置实质上就是一个电磁铁，接收外界电能转换为机械能，带动触头动作，使其闭合或断开。,电磁铁由吸引线圈、

13、静铁心（铁心）、动铁心（衔铁）、铁轭、空气隙等组成。,1、电磁铁分类,（1）按线圈电流种类分：分为直流电磁铁、交流电磁铁,直流电磁铁线圈中通以直流电，线圈中产生的磁通是恒定的。,交流电磁铁线圈中通以交流电，线圈中产生的磁通是交变的。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置,（2）按磁路形式和衔铁运动方式分, U型拍合式,铁心制成U字形，而衔铁的一端绕棱角或转轴做拍合运动。图（a）所示的电磁铁为衔铁绕棱角运动的U形拍合式，这种形式的电磁铁广泛用于直流电磁式电器（如直流接触器和直流继电器）中。图（b）所示的电磁铁为衔铁绕转轴转动的U形拍合式。这种形式的电磁铁广泛用于交流电磁

14、式电器中。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置, E型拍合式和E型直动式,铁心和衔铁都制成E字形，并且都用电工钢片叠成，线圈套装在中间铁心柱上。 E形拍合式如图（c）所示，E形直动式如图（d）所示，这两种形式的电磁铁都用于交流电磁式电器中。E形拍合式广泛用于60A及以上的交流接触器中。E形直动式广泛用于40A以下的交流接触器和交流电压继电器、中间继电器及时间继电器中。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置, 空心螺管式,空心螺管式电磁铁只有空心线圈和圆柱衔铁，没有铁心，衔铁在空心线圈中做直线运动，如图（c）所示。这种电磁铁主要用于交流电流继

15、电器和供电系统用的时间继电器中。, 装甲螺管式, 回转式,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置,（3）按线圈接入电路分, 串联电磁铁,电磁铁的线圈串接于电路中。串联电磁铁的衔铁动作与否取决线圈中电流的大小，但衔铁的动作并不影响线圈中电流的变化。串联电磁铁的线圈称为电流线圈，具有这种电磁铁的电器都属于电流型电器。为了不影响电路中负载的端电压和电流，要求线圈内阻小，所以，串联电磁铁的线圈导线截面积较粗，线圈匝数较少。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置, 并联电磁铁,电磁铁的线圈并接于电路中,如图所示。并联电磁铁的衔铁动作与否取决于线圈两端电压

16、的大小。并联电磁铁的线圈又称为电压线圈，具有这种电磁铁的电器都属于电压型电器。直流并联电磁铁的衔铁动作不会引起线圈中电流的变化，但对于交流并联电滋铁衔铁动作会引起线圈阻抗的变化，从而引起线圈中电流的变化。,电力机车电器 第一章 电器理论基础知识,1-2 电器的传动装置,2、电磁铁工作原理,当线圈3未通电时，衔铁1在反力弹簧7作用下处于打开位置。衔铁1与极靴2之间保持一个较大的气隙。当线圈通电后，在导磁体中产生磁通，根据磁力线流入端为S极，流出端为N极的规定，在衔铁与极靴相对的端面具有相反的极性。由于异性磁极相吸，于是在铁心和衔铁间产生电磁吸力。当电磁吸力大于反力弹簧的反作用力时，衔铁被吸向铁心，直到与极靴接触为止。这个过程称为衔铁的吸合过程。当线圈中的电流减小或中断时，铁心中的磁通就变小，吸力也随之减小，当电磁吸力小于反力弹簧的反作用力时衔铁就在反力弹簧作用下返回至打开位置，这个过程称为衔铁的释放过程。,