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1、第第2章章 电器的基本知识电器的基本知识 什么是电器？什么是电器？电器电器 电气器具。电气器具。电电器器的的定定义义：指指能能依依据据操操作作信信号号或或外外界界现现场场信信号号的的要要求求，自自动动或或手手动动接接通通和和断断开开电电路路，连连续续或或断断续续地地改改变变电电路路参参数数，以以实实现现对对电电路路或或用用电电设设备备的的切切换换、控控制制、保保护护、检检测测、变变换换和和调调节节的的元元件件、设设备备和和电电工装置。工装置。电器电器 一种能控制电的工具。一种能控制电的工具。2.1 电器概述电器概述2.1.1 电器的分类电器的分类1.按工作电压等级分按工作电压等级分低低压压电电
2、器器：工工作作电电压压在在交交流流1200V或或直直流流1500V以以下的各种电器。下的各种电器。高高压压电电器器：工工作作电电压压高高于于交交流流1200V或或直直流流1500V的的各种电器。各种电器。安全电压安全电压安全电压定义：为防止触电事故而采用特定电源供安全电压定义：为防止触电事故而采用特定电源供电的电压系列。电的电压系列。我国我国GB3805-83安全电压标准规定：安全电压的安全电压标准规定：安全电压的额定值为额定值为42、36、24、12、6V。1.42V可供有触电危险的场所使用，如手持式电动工可供有触电危险的场所使用，如手持式电动工具等的使用；具等的使用；2.36V可在矿井、多
3、导电粉尘等场所使用的行灯等场可在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等场合下使用；合下使用；3.24V、12V、6V可供某些人体可能偶然触及的带电可供某些人体可能偶然触及的带电体的设备选用。体的设备选用。2.按动作原理分按动作原理分手手动动电电器器：需需要要人人工工直直接接操操作作才才能能完完成成指指令令任任务务的的电电器器。如如刀刀开开关关、控控制制按按钮钮、控控制制器器、转转换换开开关等。关等。自自动动电电器器：不不需需要要人人工工操操作作，而而是是按按照照电电或或非非电电信信号号自自动动完完成成指指令令任任务务的的电电器器。如如交交直直流流接接触触器器、继电器、高压断路器等继电器、高压断路器
4、等3.按用途分按用途分控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。主主令令电电器器：用用于于自自动动控控制制系系统统中中发发送送控控制制指指令令的的电电器。器。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。4.按工作原理分按工作原理分电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。非非电电量量控控制制电电器器：电电器器的
5、的工工作作是是依依靠靠外外力力或或某某种种非电物理量的变化而动作的电器。非电物理量的变化而动作的电器。5.按电器的执行机构特点分按电器的执行机构特点分有触点电器：电器通断电路的功能由触点来实现。有触点电器：电器通断电路的功能由触点来实现。无无触触点点电电器器：电电器器通通断断电电路路的的功功能能不不是是通通过过机机械械接接触触，而而是是根根据据输输出出信信号号的的高高低低实实现现的的（即即半半导导体体器器件件的的开开关关效效应应，如如可可控控硅硅的的导导通通和和阻阻断断、三三极极管管的的饱和截止来实现电路的通断）。饱和截止来实现电路的通断）。2.1.2 电器产品的发展电器产品的发展1.我国电器
6、产品的发展历程我国电器产品的发展历程低压电器产品大致可分为三代：低压电器产品大致可分为三代：20世纪世纪6070年代：年代：第一代电器产品第一代电器产品 完全模仿前苏联的基础上设计开完全模仿前苏联的基础上设计开发的。发的。特点：结构尺寸大、材料消耗多、性能指标不理特点：结构尺寸大、材料消耗多、性能指标不理想、品种规格不齐全。想、品种规格不齐全。CJ10交流接触器交流接触器DZ10断路器断路器DW10多油断路器多油断路器第一代电器产品第一代电器产品第二代产品第二代产品 20 世纪世纪7080 年代：年代：第第二二代代电电器器产产品品 更更新新换换代代和和引引进进国国外外先先进进技技术术制制造的。
7、造的。特特点点：技技术术指指标标明明显显提提高高，保保护护特特性性较较完完善善，体体积积缩小，结构上适应成套装置要求。缩小，结构上适应成套装置要求。CJ20接触器接触器DZ20断路器断路器DW15断路器断路器第二代电器产品第二代电器产品第三代产品第三代产品 20 世纪世纪90 年代：年代：第三代电器产品第三代电器产品 跟踪国外新技术自行开发试制的。跟踪国外新技术自行开发试制的。特特点点：产产品品性性能能优优良良、工工作作可可靠靠、体体积积小小，具具有有电电子化、智能化、组合化、模块化、多功能化。子化、智能化、组合化、模块化、多功能化。CJ40接触器接触器DZS断路器断路器DW45断路器断路器第
8、三代电器产品第三代电器产品2.电器产品的发展趋势电器产品的发展趋势传统的有触点电器：传统的有触点电器：在结构原理、最佳结构设计和应用新材料、新工艺在结构原理、最佳结构设计和应用新材料、新工艺方面不断创新和完善。方面不断创新和完善。真空电器真空电器半导体电器半导体电器新型电器新型电器机电一体化电器机电一体化电器有触点电器有触点电器电器产品向着组合化、成套化和智能化发展。电器产品向着组合化、成套化和智能化发展。2.1.3 新技术在电器设计和开发中的应用新技术在电器设计和开发中的应用1.三维计算机辅助设计系统三维计算机辅助设计系统三三维维计计算算机机辅辅助助设设计计系系统统集集设设计计、制制造造和和
9、分分析析于于一一体体，设设计计者者可可在在三三维维空空间间完完成成零零部部件件设设计计和和装装配配，实实现现设设计计和和制制造造的的自自动动化化与与优优化化，并并在在此此基基础础上上自自动生成工程图纸。动生成工程图纸。2.低压电器专用计算机应用软件低压电器专用计算机应用软件数据、符号、标准元件库。数据、符号、标准元件库。软件包：软件包：专专用用分分析析、计计算算软软件件，如如磁磁系系统统三三维维分分析析、计算软件包。计算软件包。电电器器开开关关特特性性的的计计算算机机模模拟拟和和仿仿真真、低低压压电电器器合合闸闸和和分分断断过过程程动动态态仿仿真真、电电磁磁机机构构和和触触头头运运动动过过程程
10、动动态态仿仿真真、电电弧弧产产生生与与熄熄灭灭过过程程的动态仿真、样机测试等软件包。的动态仿真、样机测试等软件包。3.计算机网络系统的应用计算机网络系统的应用低低压压电电器器与与控控制制系系统统已已形形成成了了智智能能化化监监控控、保保护护与信息网络。与信息网络。智能化电器智能化电器监控器监控器中央计算机包括可编程序控制器（中央计算机包括可编程序控制器（PLC）网络元件网络元件监监控控器器：在在网网络络中中起起参参数数测测量量、显显示示和和某某些些保保护护功功能能，还还具具有有通通信信接接口口的的作作用用，代代替替了了传传统统的的指指令电器、信号电器和测量仪表。令电器、信号电器和测量仪表。网网
11、络络元元件件：用用于于形形成成通通信信网网络络，主主要要有有现现场场总总线线、操作器与传感器接口、地址编码器及寻址单元等。操作器与传感器接口、地址编码器及寻址单元等。微微处处理理机机技技术术、计计算算机机网网络络技技术术和和信信息息通通信信技技术术的应用的应用一一方方面面使使低低压压电电器器智智能能化化，提提高高了了低低压压配配电电与与控控制系统的自动化程度；制系统的自动化程度；另另一一方方面面使使智智能能化化电电器器与与中中央央控控制制计计算算机机进进行行双双向向通通信信，使使低低压压配配电电、控控制制系系统统的的调调度度、操操作作和和维维护护实实现现了了四四遥遥（遥遥控控、遥遥信信、遥遥测
12、测、遥遥调调），提高了整个系统的可靠性。提高了整个系统的可靠性。4.可靠性技术可靠性技术 可靠性物理研究，即产品失效机理研究；可靠性物理研究，即产品失效机理研究；可靠性指标与考核方法研究；可靠性指标与考核方法研究；可靠性实验装置研究；可靠性实验装置研究；提高可靠性水平研究；提高可靠性水平研究；5.新的灭弧系统和限流技术新的灭弧系统和限流技术实现开关电器实现开关电器“无飞弧无飞弧”电子灭弧装置电子灭弧装置实现无弧分断电路实现无弧分断电路 国国外外从从20世世纪纪90年年代代后后期期就就推推出出了了智智能能化化、可可通通信的第四代产品。信的第四代产品。如今，我国低压电器也已进入第四代的开发。如今，
13、我国低压电器也已进入第四代的开发。传传统统低低压压电电器器向向着着高高性性能能、高高可可靠靠、小小型型化化、多多功功能能、组组合合化化、模模块块化化、电电子子化化、智智能能化化和和零零部部件通用化的方向发展。件通用化的方向发展。2.2 电器的基本理论电器的基本理论电器的组成：电器的组成：从控制的角度看从控制的角度看电器电器输入部分输入部分输出部分输出部分结构上结构上电器电器感测部分感测部分判断部分判断部分执行机构执行机构2.2.1 电磁式电器的工作原理电磁式电器的工作原理电磁式电器的组成：电磁式电器的组成：感测和判断部分感测和判断部分 电磁机构电磁机构执行机构执行机构 触头触头 1.感测和判断
14、部分感测和判断部分电磁机构：电磁机构：铁心铁心吸引线圈吸引线圈衔铁衔铁弹簧弹簧动触头动触头静触头静触头将将电电磁磁能能量量转转换换为为机机械械能能量量，带带动动触触头头工作，完成接通和分断电路。工作，完成接通和分断电路。（1）电磁机构的工作特性）电磁机构的工作特性输入电能输入电能磁场能量磁场能量电磁吸力电磁吸力 如果空气隙中的磁场均匀分布，根据麦克斯韦电磁如果空气隙中的磁场均匀分布，根据麦克斯韦电磁力计算公式：力计算公式：真空的磁导率真空的磁导率 当端面面积当端面面积S为常数时，电磁吸力与为常数时，电磁吸力与B2或或2成正比。成正比。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来描电磁机构的工作特
15、性常用吸力特性和反力特性来描述。述。吸力特性：电磁机构的吸引线圈通电后，铁心吸吸力特性：电磁机构的吸引线圈通电后，铁心吸引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线。引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线。反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线。系曲线。1）直流电磁铁的吸力特性）直流电磁铁的吸力特性空气隙的磁阻空气隙的磁阻 在在IN一定时，电磁吸力一定时，电磁吸力Fat与气隙大小与气隙大小的平方成反比。的平方成反比。直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性电电磁磁铁铁未未吸吸合合时时，磁磁路路中中有有空空气气隙隙磁磁路路中中的的磁磁阻阻较较大大，所所以以磁
16、磁通通较较小小，电电磁磁吸吸力力Fat也也较较小；小；电电磁磁铁铁吸吸合合后后，气气隙隙减减小小磁磁路路中中的的磁磁阻阻也也减减小小，磁磁通通增增大大电电磁磁吸吸力力也增大。也增大。在在直直流流电电磁磁铁铁吸吸合合过过程程中中，电电磁磁吸吸力力是是逐逐渐渐增增加加，完完全全吸吸合合时时电电磁磁吸吸力力最最大大。对对于于要要求求可可靠靠性性高高或或频频繁繁动动作的控制系统常采用直流电磁机构。作的控制系统常采用直流电磁机构。当当气气隙隙相相同同时时，安安匝匝数数大大的的电电磁磁铁铁其其电电磁磁吸吸力力越越大。大。当当然然电电磁磁线线圈圈的的励励磁磁电电压压U的的升升高高或或降降低低，即即励励磁磁电电流流I的的增增大大或或减减小小，以以及及气气隙隙的的大大小小都都将将影影响响到到电磁铁的吸力特性，从而影响电磁铁的工作。电磁铁的吸力特性，从而影响电磁铁的工作。2）交流电磁铁的吸力特性）交流电磁铁的吸力特性设，气隙中的电磁感应强度按正弦规律变换。设，气隙中的电磁感应强度按正弦规律变换。交流电磁铁吸力瞬时值的表达式：交流电磁铁吸力瞬时值的表达式：交流电磁吸力交流电磁吸力交流电磁铁电磁吸力的大小是随
