电器学复习重点总结

1、第一讲 电器发热计算一、三种损耗及其影响1、三种损耗：载流体中的能量损耗损耗、交变电磁场在导磁体（铁）中产生的 磁滞与涡流损耗和绝缘材料的介质损耗。结果： 散失到周围介质； 其余用来加热电器。2、严重后果：温升超过极限允许温升时降低了电器的机械强度和绝缘强度，导 致材料老化、寿命降低。二、电器各部件的极限允许温升：1、“电器各部件极限允许温升”的定义： 电器各部件极限允许温升 =极限允许温度 -工作环境温度2、电器各部件的极限允许温升制定依据： 绝缘不损坏；工作寿命不过分降低；机械寿命不降低（材料软化） 。三、电器极限允许温升1、电器中裸导体的极限允许温升应小于材料软化点 （机械性能显著下降即

2、软化） ；2、对绝缘材料和外包绝缘的导体： 其极限允许温升的 大小由绝缘材料的老化和 击穿特性决定。产生热源的三个主要方面： 电阻（含接触电阻）损耗、交流电器导磁材料的涡流 和磁滞损耗，以及交流电器绝缘材料的介质损耗 。3、集肤效应：交变磁通在导体内产生反电势， 中心部分的反电势值比外表部分的大， 导致 导体中心的电流密度比外表部分小。4、邻近效应： 由于相邻载流导体间磁场的相互作用，使两导体内产生电流发布不均匀的现 象。邻近效应与相邻载流导体内电流流向有关。本质： 导线之间的相互影响使各自的 电流密度不均影响因素 ：电流频率、导线间距、截 面形状和尺寸等电器散热有三种形式 ，即 热传导、热对

3、流 和 热辐射。 电器的热损耗由它们散 失到周围。:发热体温升，- 0 o,0 0是周围环境温度。Kt :导体表面综合散热系数，单位w/m2K。一、工作制的划分长期工作制：八小时工作制、不间断工作 t1>>4T 短时工作制 t1<4T， t2>>4T 反复短时断续周期工作制 t1<4T， t2<4T第二讲 电器的电动力计算电动力： 定义：载流导体（有电流通过的导体）在磁场中所受到的磁场对电流的作 用力 大小为： dF1 I 1dl1 B危害：1、使绝缘子破裂；2、隔离开关误动作等；价值：1、限流：利用回路电动斥力快速断开触头，实现开关限流的目的， 生产

4、限流式开关。2、磁吹灭弧：利用电磁力3、利用回路电动力将隔离开关触头夹紧4、在求出 F 的基础上，结合电动力矩、合成力及等效力臂等，可校 核电器的机械强度 。一、电器的电动稳定性： 1、定义：指电器能承受短路电流电动力的作用而不致破坏或产生永久 变形的能力。 对触头而言，是指短路电流通过时触头不应被电动力斥开和产生熔 焊。2、表示方式：电器的电动稳定性常用电器能承受的最大冲击电流的峰值， 或峰值电流与额定电流的比值表示。第三讲 电弧的基本特性电弧的产生：在大气中开断电路时，当电源电压 U > Uo = （1220）V，被开断 电流I > （0.251）A时，触头间隙中产生的一团温度

5、极高、发强光、能导电的 近似圆柱体的气体。所谓等离子彩电 PDP（ Plasma Display Pane）l ，是指基于在两张薄玻璃板之间 充填混合气体， 施加电压使之产生等离子气体， 然后使等离子气体放电， 与基板 中的荧光体发生反应，产生彩色影像的原理而设计的一种彩电。二、气体电离方式：表面发射和空间电离。1. 表面发射 ：指由金属表面发射电子的现象； 它包括了热发射、高电场发射、光发射和二次发射。2. 空间电离： 是指电极间气体受外力影响，其分子及原子分裂成自由电子 和正离子的现象。空间电离的方式有光电离、电场电离和热电离；它们可能同时存在。三、消电离及其方式：1. 消电离：也叫去游离

6、；是指电离气体中的带电粒子自身消失或者失去电荷变 为中性粒子的现象。2. 消电离方式：包括复合与扩散。 复合：两个带异性电荷的粒子相遇后，相互作用引起电荷消失，形成中性粒 子的现象。（ 表面复合、空间复合）2. 气体放电： 指弧隙中气体由绝缘状态变为导体状态， 使电流得以通过的现象。第四讲 开关电器典型灭弧装置的工作原理灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种：1简单开断；2磁吹灭弧装置；3纵缝灭弧装置；4绝缘栅片灭弧装置；5金属栅片灭弧装置；6固体产气灭弧装置，7石英砂灭弧装置；8变压器油灭弧装置；9压缩空气灭弧装置；10SF6 灭弧装置；11真空灭弧装置为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下

7、列辅助方法： 1在弧隙两瑞并联电阻；2. 附加同步开断装置； 3附加晶闸管装置。上述灭弧装置的灭弧原理是：(1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使 L 增大；(2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速 移动和拉长；(3) 依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧 的冷却和消电离；(4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；(5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，产生气体，以提高灭 弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧；(6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起 很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体

8、去吹弧；(7) 利用压缩空气吹弧；(8) 利用 SF6 气体吹弧；(9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流 过零时迅速扩散的原理进行灭弧；(10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却六氟化硫(SF6灭弧? 正八面体分子结构，强负电性? 常温下稳定： 150 度不易起化学反应? 无色、无臭、无味、无毒、不燃、无腐蚀性? 密度大，热容量高(易于灭弧)? 高温会分解，但低温下极易恢复? 击穿电压高(约为空气的 23倍)? 简单开断时， 开断能力比空气强约 100 倍；而简单的辅助手段即可大幅提高 开断能力? 缺点：? 易液化? 不均匀电场中的击穿电压下

9、降明显? 电弧可以拉很长而很难截断? 变压器油灭弧装置? 1、分类：?（ 1）自能式： 利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成油气， 提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。?（ 2）外能式：用外界能量 （通常是储存在弹簧中的能量 ）推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。?（3）混合式： 兼用上述两种能量， 提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。第五讲 电接触理论电接触： 导体与导体之间相互接触 （传递电流或电信号） 。赖以保证电流流通的 导体间的联系称为 电接触触头及其分类连接触头 ，机械方式连接-机械性能；总电阻小；温升；电动力换接触头-通常意义上的触头，用以接通、分断及转

10、换电路的执行部件，以动触头和静触头的形式成对出现 触头的四种工作情况及要求? 分断状态? 过电压 防电击穿? 断口间隔和爬电距离足够? 闭合状态? 1）一定过载能力，控制温升；? 2）抗电磁斥力和熔焊；? 3）接触电阻的长期稳定? 闭合过程?情况：m/2;弹跳过程预击穿引起的短弧? 1 ）弹跳持续时间要短；? 2）抗电弧熔焊性好 ；? 分断过程? 考虑电弧的破坏影响：触头、绝缘等? 要求：-介质恢复强度高，燃弧时间短，过电压低，抗电弧焊 性好。四、触头基本参数? 开距、超程、初压力、终压力 这四个参数是决定触头在运行中行为的主要参数。开距：触头完全断开时，动静触头间的最短距离；超程：当动静触头

11、完全闭合后，移开静触头后，动触头还能移动的距离。初压力：动静触头刚刚接触时，每个触头上承受的压力。终压力：动静触头完全闭合后，每个触头上承受的压力七、为保证电接触长期稳定而可靠工作，必须做到：1、电接触在长期通过额定电流时，温升不超过国家标准规定的数值，而且 温升长期保持稳定；2、电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，接触处不发生熔焊或松弛；3、可分合接触在开断过程中，接触材料损失尽量小；4、可分、合接触在闭合过程中。接触处不应发生不能断开的熔焊，且触头 表面不应有严重损伤或变形。?束流现象?实际接触面缩小到局限于少量的 a斑点所造成的电流收缩现象接触电阻的影响因素RjKc(0.102Fj)m

12、?接触压力?确定R的决定性因素?触头温升?材料和接触面积?材料、表面加工情况、接触点个数和接触面积（半径） 化和污染情况等?接触形式：点接触、线接触和面接触膜电阻Rb分析：1）吸附现象：产生表面膜；2）表面膜有导电膜和绝缘膜。导电膜也叫吸附膜，它的膜薄，由电子“隧 道效应”导电；绝缘膜较厚，有氧化物、硫化物、聚合物膜、玻璃状绝缘膜等。五、膜的导电性问题：1、理论分析：由经典理论知：一层绝缘膜，不论厚度如何，电子都不 能穿过它而导电。而量子力学理论：由电子的“波”的性质，电子能透过薄膜而 导电，这个效应叫“隧道效应”。2、“隧道效应”的计算： 隧道电阻率c（或称膜的面电阻率）： 式中U:接触面间

13、的电阻率；J:电子透过位垒形成的电流密度。5、绝缘暗膜击穿的机理： 电方面：（1）电击穿：电场内部电子发射，形成电子云，使金属表面局部加热直 至熔化，由于强大静电力作用，液态金属被吸入放电通道而桥接， 最后形成金属 的电流通路。（2）热击穿：由于膜的不均匀性，使电流集中通过局部电导率较高的点， 引起半导体膜的温度升高，电导率增大，又使电流更加集中和加大，以致发生最终的热击穿，被熔化的金属最后引入击穿通道而桥接机械方面：膜的机械破坏要求实际接触面上作用有很高的局部压力，并且边面膜比本 体金属应具有大得多的硬度和脆性。 为此需要接触表面有一定的粗糙度，使接触 斑点有小的接触面积，以获得高的局部接触

14、压力，同时选用适当的接触材料和结 构K(0.102F)m6计算接触电阻的理论公式：由这两式化简，并考虑膜的影响，得工程上计算接触电阻的公式R. 式中k值：查表2-3; m值：与接触面变形有关。j将上式两端取对数，得知 Rj与F的关系为一直线，如下页图6-9。点接触：m0.5 ；接触电面接与时间的特性 m1艺 触头表面的氧化腐蚀导致膜层增加，R增加线接触的破坏使R曙减0.5 1，约为 0.7。?减少Rj的方法?材料选择（铜镀银、嵌银或金等）?机构设置：使触头在通断过程中能自行破坏氧化膜；?对于连接触头，近年来在接触面涂敷兼有降低接触电阻和保 护接触面两种作用的导电膏。1触头间的电动力原因： 电流

15、线在接触面附近发生收缩，从而在由左手定则，知触头 间将出现电动斥力。2.电动力有二分量径向力分量轴向力分量二、接触面附近的温度分布的定性分布： 发热功率与电流密度的平方成正比。导电斑点处的电流密度最大，故产 生大量热量。 导电斑点处传热面积最小、散热最差。故电流下的斑点处的温度最高 二、触头的熔焊 动静触头因被加热而熔化、以致焊在一起无法正常分开的现 象称为触头的熔焊。1. 分类静熔焊：因热效应和正压力的作用使 a斑点及其邻域内的金属熔化并焊为 一体，其发生过程一般无电弧产生。动熔焊：因电弧的高温作用使接触区局部熔化发生的熔焊2. 影响因素?电参数：包括触头电流、电路电压和电感、电容等电路参数 ?机械参数：主要是接触压力。此外触头闭合速度对熔焊有影 响? 表面状况? 材料 ; 材料品种、比热容、电导率和热导率 4、减小触头熔焊的方法：?1 、选电阻率小、抗拉强度小和熔化温度高的材料；?2 、材料中加少量其他材料，使凝结面变脆；?3 、尽量减小触头振动。? 分断过程触头损失严重? 过程历时长? 电弧持续时间长? 侵蚀? 机械侵蚀：机械摩擦? 化学侵蚀：氧化膜破碎导致? 电侵蚀：电火花或电弧、电侵蚀的类型? 桥蚀 阳极材料向阴极转移阴极凸起、阳极凹陷? 弧蚀阴极电蚀? 正离子在阴极附近形成正空间电荷层，形成强电场? 阴极材料向阳极转移?