项目一 电器基本理论

1电器基本理论2一、机车电器的基本结构由电器的执行机构、电器的传动装置等组成。（一）电器的执行机构1.触头的分类图1-1点接触图

图1-2线接触图

图1-3面接触2.触头材料触头材料分为三类，纯金属、金属合金和金属陶冶材料。3一、机车电器的基本结构3.触头的振动及磨损（1）触头的震动触头在闭合过程中，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。触头在碰撞后，触头不会分离，这样的振动不会产生电弧，对触头无害，因而称为无害振动。反之，触头碰撞后动静触头分离，形成断开电路的气隙，在触头间产生电弧，严重影响触头寿命，这种振动称为有害振动。两个触头在闭合时发生碰撞产生振动是不可避免的，所谓消除触头闭合过程中的振动，是指消除触头的有害振动。4一、机车电器的基本结构3.触头的振动及磨损（2）减小振动的方法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。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。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。5（二）电器的传动机构

1.电磁传动（1）电磁传动装置基本组成图1-4常用电磁传动装置（电磁铁）的形式1-线圈；2-铁芯；3-衔铁6（二）电器的传动机构

1.电磁传动（2）电磁传动装置分类按线圈电流种类不同，可分为直流电磁铁和交流电磁铁。按磁路形式和衔铁运动方式不同，可分为U形拍合式E形拍合式E形直动式。按线圈接入电路的方式分为串联电磁铁和并联电磁铁。7（二）电器的传动机构

1.电磁传动（3）电磁铁的工作原理图1-5

电磁铁工作原理1-衔铁；2-极靴；3-线圈；4-铁心；5-磁轭；6-非磁性垫片；7-反力弹簧；8-调节螺钉8（二）电器的传动机构

2.电空传动机构电空传动装置由压缩空气驱动装置和电控阀组成。（1）压缩空气传动装置有气缸式传动和薄膜式传动两种。主要由气缸、活塞和电空阀等组成。它又可分为单活塞和双活塞两种。①气缸式传动装置图1-6

单活塞气缸式传动装置图

图1-7双活塞气缸式传动装置1—气缸;2—活塞;3-活塞杆;4—弹簧;5—气缸盖;6-进气孔;7、8-气口；9-活塞;10—活塞杆；11—曲柄；12-转鼓；13一动触头；14-静触头9（二）电器的传动机构

2.电空传动机构②薄膜式传动装置1—气缸盖；2一弹性薄膜；3一活塞杆；4一复原弹簧；5—气缸座；6一衬套；7一杆头图1-8薄膜传动装置10（二）电器的传动机构

2.电空阀图1-9

TFK1B型电空阀结构简图1-防尘罩;2一磁轭;3一铜套;4一动铁芯;5一心杆;6一线圈;7一铁芯座;8一接线座;9一滑道;10一上阀门;11—阀座;12一阀杆;13一下阀门;14一弹簧;15—密封垫;16一螺母11二、电器发热与灭弧电器材料的损耗都变成热能，一方面提高电器零部件的温度；另一方面散发到周围介质中。如果电器中的温度过高，会使：(1)导电材料：氧化或机械强度不足，引起机械变形而造成动作不灵等故障。(2)导磁材料：恶化，甚至失去导磁性能而不能可靠地工作。(3)绝缘材料：老化、击穿，造成短路故障。12(一)电器的发热1.温升：本身温度与周围环境温度之差，称为温升。2.发热温度极限：就是保证电器的机械强度、导电、导磁性以及介质的绝缘性不受危害的极限温度。3.允许温升：是指电气设备(包括电动机)高出环境的温度。允许温升=发热温度极限–40℃（环境温度+40℃）4.绝缘等级：按耐热性将绝缘材料分为7个等级：YAEBFHC13（二）电器的散热1.热传导：热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。2.对流：靠气体或液体的流动来传热的方式叫做热对流。3.热辐射：高温物体直接向外发射热的现象叫做热辐射。注意：通常三种散热形式同时存在，只是有主次之分而已。

14（三）电器的工作制的划分从电器发热(温升)与冷却(散热)的角度划分:1.长期工作制：连续工作(不间断)。发热达不到允许温升。2.间断长期工作制：连续工作8小时后,待电器冷却之后再运行。3.短时工作制：电器通电时间很短,温升未达到稳定就断电，在电器冷却到与周围介质相等时再通电的一种工作制。4.间断工作制：电器在通电和断电周期循环下工作的过程。15（四）电器的热稳定性电器的热稳定性:是指在一定时间内能承受短路电流的热作用而不发生热损坏的能力。16（五）电弧现象1.电弧：有触点电器在断开电路，触头间隙中产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体。172.电弧的结构1.近阴极区：聚集大量的正离子形成很高的电场强度。2.近阳极区：在电场力的作用下自由电子向阳极运动，形成电流。3.弧柱区：温度最高，亮度最强的区域，其正负电粒子数相同，称为等离子区。183.电弧的分类根据外形分类：长弧（弧长大大超过弧径的称为长弧）和短弧。根据电流分类：直流电弧（产生电弧的电路电源为直流）和交流电弧。194.电弧产生过程游离过程：中性分子分解为自由电子和正离子的过程。（1）碰撞游离在电场力的作用下，带电粒子（正离子、自由电子）撞击气体中的中性粒子，使其分解为正、负离子和自由电子的过程。（2）热游离高温时，中性粒子由于高速热运动相互碰撞而发生的游离。204.电弧产生过程3.金属表面发射电子（1）热发射触头断开，接触面积减小，电阻增大，触头温度升高，自由电子克服金属内正离子的束缚从金属表面发射出来。（2）冷发射在触头刚分开时，触头间隙减小，电压在很小间隙内形成强电场，在电场作用下，阴极表面发射电子。214.电弧产生过程触头刚开始分离时，接触面积越来越小，接触电阻越来越大，电流越来越密集，触头表面温度剧增，金属内由于热运动急剧活跃的自由电子克服金属内正离子的吸引而从阴极表面发射出来，触头表面形成热发射电子，在触头刚刚分开发生热发射的同时，由于触头之间距离减小，线路电压在这很小的间隙内形成很高的电场，阴极表面形成电场发射电子，由于这两种发射，大量电子从阴极表面进入弧隙，随触头不断分开，在电场力作用下，不断撞击中性粒子，形成碰撞游离，各种物理过程反复进行，气体中带电粒子越来越多，最终形成电弧。221.消游离电离气体中带电粒子自身消失或失去电荷转变为中性粒子的现象称为消游离。气体的消游离的两种方式：（1）复合：带异性电荷的粒子相遇后，由于电子和正离子电磁场的相互作用将失去电荷成为中性粒子的现象叫做复合。（2）扩散：带电粒子由于热运动从电弧区转移到周围介质中去的现象称为扩散。（六）电弧熄灭的原理232.电弧状态判定游离强度＞消游离强度，电弧变大游离强度＝消游离强度，电弧稳定燃烧游离强度＜消游离强度，电弧趋于熄灭。243.电弧理论直流电弧的伏安特性

直流电弧的伏安特性25交流电弧的伏安特性

交流电弧的伏安特性3.电弧理论261.弧隙电压恢复过程电压恢复速度快，促进游离。2.弧隙介质恢复过程介质强度恢复快，促进消游离。交流电过零点的物理过程

3.电弧理论27当电流过0点后，触头两极改变极性，电场方向改变，带电粒子改变运动方向，在此瞬间，电子很快反向运动，而正离子几乎不动，且新的阴极不能形成强电场发射电子，因此在新的阴极附近存在一层没有电子，只有正离子的空间相当于形成一层绝缘介质，这种现象叫近阴极效应。近阴极效应

3.电弧理论281.拉长电弧2.降低温度3.将长弧变成短弧4

.将电弧放置于特殊介质5.增大电弧周围气体介质的压力6.并联非线性电阻熄弧（七）灭弧方法29电弧拉长以后，电弧电压就增大，改变了电弧的伏安特性。在直流电弧中，其静伏安特性上移，电弧可以熄灭。在交流电弧中，由于燃弧电压的提高，电弧重燃困难。拉长电弧

（七）灭弧方法301．机械力拉长电弧沿轴向拉长的情况是很多的，电器触头分断过程实际上就是将电弧不断地拉长。刀开关中闸刀的拉开也拉长电弧，电焊过程中将焊钳提高可使电弧拉长并熄灭。（七）灭弧方法312．多断点灭弧（七）灭弧方法图1-10双断点和电动力灭弧323．电弧力灭弧（七）灭弧方法电弧在触点回路电流I磁场的作用下，受到电动力F作用拉长，使之与陶土灭弧罩相接触，将热量传递给灭弧罩，促使电弧熄灭。静触头上安装有铁板制成的弧角，它具有吸引电弧向上进入灭弧罩的作用。334．磁吹灭弧装置灭弧原理：磁吹灭弧装置的灭弧原理是磁吹线圈串联在触头回路中，通过线圈的电流就是电弧电流，线圈电流产生磁通，经铁心、导磁夹板、两触头间形成回路。在两触头间产生较强的磁通，电弧在磁场中受力而运动，很快离开触头而导致在导弧角方向上拉长冷却，迫使电弧熄灭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。（七）灭弧方法345．灭弧罩灭弧（七）灭弧方法图1-12纵向窄缝式灭弧罩

图1-13纵向宽缝式灭弧罩

图1-14横向绝缘栅片式灭弧1-横向绝缘栅片；2-电弧；δ一灭弧室中缝隙宽度：F一电动力；H一电场强度35

（八）灭弧装置灭弧罩：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置。（1）灭弧罩壁与壁之间构成的间隙称作“缝”，其基本构成单元为“缝”。（2）根据缝的数量可分为单缝和多缝。（3）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。（4）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。缝的轴线和电弧轴线相平行的称为纵缝，两者相垂直的则称为横缝。灭弧罩

361.纵缝灭弧罩左图为一纵向窄缝的灭弧情况，当电弧受力被拉入窄缝后，电弧与缝壁能紧密接触；右图为一纵向宽缝的灭弧情况。纵向窄缝式灭弧罩纵向宽缝式灭弧罩

（八）灭弧装置372.横缝灭弧罩（1）横向绝缘栅片灭弧法（灭直流电弧）。（2）横向金属栅片灭弧法（灭交流电弧），又称“离子栅”。横向绝缘栅片式灭弧罩

1－灭弧罩；2－电弧。

（八）灭弧装置38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