《电力机车电器》课件 项目1-3 电器基本理论 -继电器的认知与检修

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。油冷灭弧装置

（八）灭弧装置39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。气吹灭弧装置

（八）灭弧装置40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。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。真空灭弧装置

（八）灭弧装置小结42接触器的认知与检修43一、接触器的作用和分类（一）按接触器的传动装置分类按接触器的传动装置不同可分为电磁接触器和电空接触器。在电磁接触器中，按所采用电磁铁的不同类型，又可分为直流接触器和交流接触器。采用电空传动装置驱动的接触器，称为电空接触器。（二）按通、断电流分类按通、断电流的不同可分为直流接触器和交流接触器。这里指的是主触头通、断电流的种类，它与传动装置无关。44一、接触器的作用和分类（三）按接触器主触头周围的介质分类按接触器主触头周围介质的不同可分为空气接触器和真空接触器。空气式接触器的主触头敞在空气中，采用的是一般常用的灭弧装置。真空接触器的主触头处在密封的真空装置中，采用真空灭弧装置，具有很强的切换能力。（四）按接触器同一传动装置驱动主触头数量分类按接触器同一传动装置驱动主触头数量分类按通、断电流的不同可分为直流接触器和交流接触器。这里指的是主触头通、断电流的种类，它与传动装置无关。45二、接触器的基本组成接触器的用途很广，结构种类也很多，但对于任何一种接触器来说，一般都包括以下几部分：（一）传动系统（二）触头系统（三）灭弧系统（四）联锁触头（辅助触头）（五）支架和固定装置46三、机车常用接触器（一）电磁接触器图2-1

CZ5-22-10/22型直流电磁接触器图2-2

CZ5-22-10/22型直流电磁接触器组成1-灭弧罩；2-吹弧线圈；3-主静触头；4-主动触头；5-触头弹簧；6-吸引线圈；7-衔铁；8-软连接；9-反力弹簧；10-绝缘基座；11-动联锁触头；12-静联锁触头；13-磁轭。47三、机车常用接触器（一）电磁接触器图2-4正泰交流接触器CJ20-63A图2-5CJ8Z-150Z接触器触头系统简图1-灭弧罩；2-栅片；3-底板；4-转轴；5-底座；6-消弧电阻；7-触头支持件；8-静触头；9-动触头。48三、机车常用接触器图2-6CJ8Z-150Z接触器磁路系统简图1-联锁触头；2-转轴；3-磁轭；4-线圈；5-短路环；6-衔铁。49三、机车常用接触器图2-76C180三相交流电磁接触器图2-86C110型接触器用于油泵电动机和变压器风机电动机电路的控制图2-96C180型接触器用于劈相机启动电阻电路的控制50三、机车常用接触器图2-10系列三相接触器外形示意图及线圈组件图1-底座；2-静触头；3-桥式整流器；4-接线柱；5-动触头；6-辅助触头；7-灭弧罩。51三、机车常用接触器（二）电空接触器图2-11

TCK7-600/1500型电空接触器及应用图2-12TCK7-600/1500型电空接触器1-灭弧罩；2-挂钩；3-静触头；4-静触头弧角；5-吹弧线圈；6-安装杆；7-软联线；8-杠杆出线座；9-杠杆支架组装；10-绝缘杆；11-传动气缸；12-联锁板；13-联锁触头；14-联锁支架；15-灭弧室支板；16-动触头弹簧；17-动触头弧角；18-右侧板；19-电空阀；20-左侧板。52三、机车常用接触器（二）电空接触器图2-13传动气缸1-杆；2-联锁板座；3-铜套；4-气缸体；5-返回弹簧；6-毛毡；7-活塞杆；8-皮碗；9-密封垫；10-管接头；11-气缸盖；12-止推垫圈53三、机车常用接触器（二）电空接触器图2-14灭弧系统1-盖板；2.3-灭弧板；4-上固定板；5-下固定板；6.7-弧角；54三、机车常用接触器（二）电空接触器图2-15吹弧系统1-动触头；2-静触头；3-吹弧线圈；4-铁心；5-弧角；6-灭弧罩。＋、＋-灭弧线圈磁场⊕⊕☉☉-电弧磁场55三、机车常用接触器图2-16TCK7-600(1000)/1500型电空接触器（a）（b）56三、机车常用接触器图2-18

TCK7B-600/1500型电空接触器1-支柱；2-静触头座；3-静触头；4-连接片；5-绝缘块；6-垫片；7.15-弹簧；8-动触头；9-绝缘杆；10-铭牌；11-联锁触头；12-联锁板；13-气缸底座；14-铜套；16-活塞；17-皮碗；18-气缸盖；19-管拉头。57三、机车常用接触器图2-19EVS-630/1140交流高压真空接触器58三、机车常用接触器图2-20真空接触器在PFC中的应用59三、机车常用接触器图2-21EVS700型真空接触器剖视图1-基座；2-真空开关管；3-弓形盖支撑；4-连接弓形盖；5-固定专用螺母；6-下连接板；7-软连接；8-上连接板；9-防尘罩；10-磁驱动机构；1l-辅助开关；12-联轴器；13-连接弓形板。1l-辅助开关；12-联轴器；13-连接弓形板。谢谢，再见！61继电器的认知与检修62一、继电器的认知1.继电器的定义及作用（1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。（2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。（3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。（4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。63一、继电器的认知2.继电器的组成继电器主要由感测机构、中间机构、执行机械三部分组成。继电器的触点有三种基本形式：（1）动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。（2）动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。（3）转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。64一、继电器的认知3.继电器的分类（1）按继电器的用途可分为控制继电器和保护继电器。（2）按输入量的物理性质可分为电磁式继电器（反应电量的继电器，如电流、电压等）和机械式继电器（反应非电量的继电器，如压力、风速、温度等）。（3）按测量机构的作用原理可分为电磁式继电器、磁电式继电器，感应式继电器、电动式继电器、极化式继电器、热继电器和压力继电器等。（4）按执行机构的种类可分为有触点继电器和无触点继电器。有触点继电器的执行机构为触头，它的开关特性比较理想，当触头接通时，其接触电阻很小，可视为零，触头开断时，触头间的接触电阻很大，可视为无穷大。65一、继电器的认知4.继电器型号一般国产继电器的型号命名由四部分组成：第一部分+第二部分+第三部分+第四部分。（1）继电器型号第一部分用字母表示继电器的主称类型。JR——小功率继电器、JZ——中功率继电器、JQ——大功率继电器、JC——磁电式继电器、JU——热继电器或温度继电器、JT——特种继电器、JM——脉冲继电器、JS——时间继电器、JAG——干簧式继电器、DS——时间继电器、DZ——中间继电器、DX——信号继电器、DL——电流继电器、DY——电压继电器、DZ—21军工继电器。（2）继电器型号第二部分用字母表示继电器的形状特征。W——微型、X——小型、C——超小型。66一、继电器的认知4.继电器型号一般国产继电器的型号命名由四部分组成：第一部分+第二部分+第三部分+第四部分。（3）继电器型号第三部分用数字表示产品序号。用数字表示产品序号（4）继电器型号第四部分用字母表示防护特征。F——封闭式、M——密封式。例如：JRX-13F（封闭式小功率小型继电器）。JR——小功率继电器、X——小型、13——序号、67一、继电器的认知5.继电器的基本参数（1）额定参数（2）动作值（3）释放值（4）返回系数（5）额定工作制（6）使用寿命（7）动作时间和释放时间68一、继电器的认知6.继电器在电路中的表示方法继电器和接触器的符号表示方法，在电路图中一般都有说明，同一电器的输入(如线圈)和输出(如接点)往往不画在一起，但代号是相同的，以表示控制和被控制的关系。不同车型的代号编制方法是不同的。另外国产车和进口车的常开、常闭接点的表示方法一般也相反。国产电力机车的电器接点表示方法为“上开下闭，左开右闭”。69二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-JZ15-44Z型中间继电器（a）（b）图3-1

JZ15-44Z型中间继电器结构简图1-线圈；2-磁轭；3-铁心；4-衔铁；5-按钮；6-触头组；7-防尘罩；8-反力弹簧；9-支座。70二、电磁继电器（一）直流电磁继电器（a）（b）图3-1

JZ15-44Z型中间继电器结构简图1-线圈；2-磁轭；3-铁心；4-衔铁；5-按钮；6-触头组；7-防尘罩；8-反力弹簧；9-支座。71二、电磁继电器（一）直流电磁继电器图3-2

中间继电器在SS4改中的应用72二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-TJJ2-18/21型接地继电器图3-3

97、98KE接地继电器73二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-TJJ2-18/21型接地继电器图3-4

TJJ2系列接地继电器结构简图1-接线端子；2-底板；3-主触头；4-恢复线圈；5-联锁触头；6-指示器；7-钩子；8-扭簧；9-外罩；10-衔铁；11-反力弹簧；12-支座；13-非磁性垫片；14-吸引线圈；15-铁心。74二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-TJJ2-18/21型接地继电器图3-5

TJJ2系列接地继恢复装置1-扭簧；2-钩子；3-指示杆；4-恢复线圈；5-指示杆显示动作弹簧75二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-JT3-21/5时间继电器图3-6

时间继电器实物图76二、电磁继电器（一）直流电磁继电器-JT3-21/5时间继电器

图3-7

JT3系列时间继电器结构简图1-底座；2-阻尼套筒；3-铁心；4-反力弹簧；5-反力调节螺母；6-衔铁；7-非磁性垫片；8-触头组；9-极靴；10-线圈。77图3-8

JT3-21/5在SS4改上的应用78二、电磁继电器（二）交流电磁式继电器-JL14-20J/