電器學(xué)原理概論ppt

1、電器學(xué)(Electrcal Appliances)課程體系1. 先修課程：高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、 電路理論2. 考核方式：閉卷考試3. 使用教材及參考書(1) 教材：1、電器學(xué)原理，曹云東等編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2012年5月。(2) 參考書：1、電器理論基礎(chǔ)(修訂本)，張冠生主編，機(jī)械匸業(yè)出版社。2、電器學(xué)，夏天偉、丁明道主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年。電器理論基礎(chǔ)電器學(xué)(Electrcal Appliances)課程體系4、學(xué)時(shí)分配表序號(hào)內(nèi)容講授學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1概論222電器的發(fā)熱計(jì)算423電器中的電動(dòng)力計(jì)算64 電弧的基本特性425交流電弧的熄滅原理46開(kāi)關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原 理27

2、電接觸理論68 |電磁系統(tǒng)計(jì)算的基本原理49氣隙磁導(dǎo)計(jì)算2210電磁系統(tǒng)的吸力計(jì)算和靜特性4合計(jì)388第1章電器概論 1-1 電器的定義和分類何為電器？請(qǐng)列舉所知的電器產(chǎn)品。對(duì)電力網(wǎng)或電力電路實(shí)行通、斷和操作轉(zhuǎn)換者是電器； 對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)完成控制任務(wù)者 是電器.對(duì)電矗加載、電工設(shè)備或電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載、過(guò)用、短路、 斷相等保護(hù)的電工器械也是電器；在電路中傳遞、變換、放大電的或非電的信號(hào)達(dá)到自動(dòng) 檢測(cè)和調(diào)節(jié)的電工器械也是電器。HOME 1-1電器的定義和分類1. 電器的定義凡根據(jù)外界指定信號(hào)和要求，自動(dòng)或手動(dòng)接通 或斷開(kāi)電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)電路或非電對(duì)象切換

3、、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換 和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備，稱為電器。HOME 1-1電器的定義和分類二、電器的分類(1) 手動(dòng)操作電器一例如刀開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)，按鈕以及手動(dòng)變阻器 等.(2) 占站切換電器一例如高壓斷路器，低壓斷路器等，(3) 自動(dòng)控制電器一例如交流接觸器，直流接觸器，各種控制繼電 器等，(4) 込動(dòng)扁速電器一例如電磁起動(dòng)器，星一三角起動(dòng)器，自耦補(bǔ)償 起動(dòng)器，變阻器，以及某些調(diào)速裝置等，(5) 自動(dòng)保護(hù)電器一例如保護(hù)繼電器，熔斷器，避雷器等，(6) 穩(wěn)壓與調(diào)壓電器一例如自動(dòng)調(diào)壓器，自動(dòng)穩(wěn)壓器及其裝置，(7) 測(cè)量、放大與變換元件一例如傳感器，磁放大器，高低壓電流 互感器，電壓互感器等，牽引與

4、傳動(dòng)元件一例如各種操作和牽引電磁鐵以及機(jī)械負(fù)載傳 動(dòng)用電磁離合器等；(1) 高壓開(kāi)關(guān)電器一高壓斷路器，隔離開(kāi)關(guān)，避雷器，電抗器，電壓 互感器，電流互感器等；(2) 低壓開(kāi)關(guān)電器一接觸器，起動(dòng)器，低壓斷路器熔斷器，繼電器， 變阻器和主令電器等；(3) 自動(dòng)電磁元件一閥用電磁鐵，電磁離合器，磁放大器，磁性邏輯 元件，微型繼電器，傳感器和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器等，(4) 成套電器和自動(dòng)化裝置一高斥成套開(kāi)關(guān)框，電力用自動(dòng)化繼電保 護(hù)屏，低壓開(kāi)關(guān)柜，低壓傳動(dòng)屏，半導(dǎo)體邏輯控制裝置，順序控 制器和無(wú)觸點(diǎn)自動(dòng)化成套裝置等。(1) 例如高壓斷路器，高壓熔斷器，低壓斷路器 低壓熔斷器以及電抗器和避雷器。除電抗器和避雷器

5、外，對(duì)這類 電器的主耍技術(shù)要求是通斷能力強(qiáng)，限流效應(yīng)好，動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn) 定高，操作過(guò)電壓低、保護(hù)性能完善。(2) _例如接觸器、起動(dòng)器、繼電器等。 對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)，動(dòng)作時(shí)間快，操作效 率高電氣和機(jī)械壽命長(zhǎng)等(3) 微型繼電器，舌簧管，磁性或晶體管邏 輯元件等。對(duì)這類自動(dòng)化元件，它的主要要求是動(dòng)作時(shí)間快，靈 敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，特性誤差小，壽命長(zhǎng)和工作絕對(duì)可靠。(1)一般工業(yè)企業(yè)用電器一適用于人部分工業(yè)企業(yè)環(huán)境；特殊工礦企業(yè)用電器一適用于礦山、冶金、化工等特殊環(huán)境，例如礦用防爆電 器和化工用電器；(3)農(nóng)用電器一適合農(nóng)村環(huán)境而專門生產(chǎn)的電器：熱帶用電器和高原用電器一適合于熱

6、帶、亞熱帶地區(qū)以及高原山區(qū)而派生的電 器；(5)牽引、船舶、航空等電器一例如船用電器，電氣鐵道用的牽引電器，航空電器 以及汽車、拖拉機(jī)用電器等。(1) 有觸點(diǎn)電器一電器通斷的執(zhí)行功能由觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)；無(wú)觸點(diǎn)電器一通斷的執(zhí)行功能不是由觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是根據(jù) 開(kāi)關(guān)元件輸出信號(hào)的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。在執(zhí)行通斷任務(wù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，引入轉(zhuǎn)換深度的概念式中：Rdk斷開(kāi)或截止時(shí)執(zhí)行電路的電阻值， Rjt接通或?qū)〞r(shí)執(zhí)行電路的電阻值。對(duì)有觸點(diǎn)電器，h=1010-1014而對(duì)無(wú)觸點(diǎn)電器，h=104107 o(3)混合式電器一有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)結(jié)合的電器，它的轉(zhuǎn)換深度介乎兩 者之間。1-2電器的基本組成1 感測(cè)器官2. 邏輯

7、判斷器官3. 執(zhí)行器官4傳動(dòng)或操動(dòng)機(jī)構(gòu)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，一切高、低壓電器，包括成套電器在內(nèi)，均 是線路中的一個(gè)元件。從控制角度觀察，電器必須具有輸入和輸出兩大部分，在結(jié)構(gòu) 上具有感測(cè)器官和執(zhí)行器官。感測(cè)器官接受輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)比較作出判斷，然后命令執(zhí) 行器官動(dòng)作，輸出指令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制目的。在有觸點(diǎn)的自動(dòng)電器中，感測(cè)部分大都是電磁機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，它是由動(dòng)靜鐵心、線圈和彈簧組成。執(zhí)行部分是觸頭滅弧系統(tǒng)，由動(dòng)靜觸頭、滅弧裝置和導(dǎo)電部件組成。電器內(nèi)部?jī)纱蠡窘M成部分一感測(cè)和執(zhí)行之間存在彼此矛盾， 互相制約而又相輔相成的關(guān)系。某些電器感測(cè)器官特別發(fā)達(dá)，它的特性指標(biāo)主要表征感測(cè)機(jī) 能，例如如繼電器、變換器。某

8、些電器執(zhí)行器官特別發(fā)達(dá)，而完整的感測(cè)機(jī)能要依靠其它 元件來(lái)輔助，例如高壓斷路器。也有感測(cè)機(jī)能和執(zhí)行機(jī)能都比較發(fā)達(dá)的電器，例如低壓斷路 器和接觸器。前者發(fā)達(dá)的感測(cè)機(jī)能表現(xiàn)為完備的保護(hù)特性，而發(fā) 達(dá)的執(zhí)行機(jī)能則表現(xiàn)為通斷能力強(qiáng)，能切換大的短路電流。1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理1 繼電器1）類型電磁式非電磁式:（氣囊式、受熱等）2）常用繼電器電流繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器、 熱繼電器、中間繼電器、速度繼電器、 壓力繼電器等。電器之“王”HOME 3,1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理HOME3)電磁式繼電器的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理4)繼電器的主要參數(shù)(1)繼電特性：反映繼電器

9、的輸出一輸入關(guān)系的特性。0xf xdx注意：輸出狀態(tài)改變時(shí)其動(dòng)作值Xd大于其返回值心！1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理(2) 返回系數(shù)(恢復(fù)系數(shù))繼電器輸入返回值H與動(dòng)作值5之比。返回系數(shù)的大小反映了繼電器繼電特性的明顯程度。 電磁式繼電器的返回系數(shù)通常小于1。HOME1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理(3) 控制系數(shù)Kc繼電器觸點(diǎn)上輸出的控制功率Pc (即繼電器觸點(diǎn)的工作電壓乘以允許的觸點(diǎn)最大通斷電流)和線圈吸取的最小動(dòng)作功率之比?？刂葡禂?shù)反映繼電器的功率控制能力。1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理HOME(4) 靈敏度繼電器在規(guī)定負(fù)載條件下的最小動(dòng)作功率耳。(5) 吸合時(shí)間繼電器從獲得輸入信號(hào)起到觸頭完成

10、動(dòng)作止的時(shí)間。(6) 釋放時(shí)間繼電器從斷開(kāi)輸入信號(hào)起到觸頭完成動(dòng)作止的時(shí)間。HOME1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理繼電器兩人基本組成部分中以感測(cè)器官最為關(guān)鍵，可以認(rèn) 為是繼電器的主導(dǎo)部分。感測(cè)器官的工作原理多種多樣，繼電 器犬體上都是根拯感測(cè)器官的工作原理來(lái)命名。當(dāng)然，繼電器的執(zhí)行器官一觸頭也很重要。觸頭的材料、 壓力、開(kāi)距、超程等參數(shù)的選取也很關(guān)鍵。一方面，它直接決 定了觸頭工作的可靠程度和電氣壽命;另一方面又影響到感測(cè) 部分的負(fù)擔(dān)，影響它的靈敏度和結(jié)構(gòu)的小型化。1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理2. 電磁式接觸器類型：直流接觸器、交流接觸器。”作用：遠(yuǎn)距離頻繁通斷主電路和大容量控制電路，比繼 電器

11、的執(zhí)行能力強(qiáng)。嚴(yán)結(jié)構(gòu)：主觸頭、輔助觸頭、滅弧室及較強(qiáng)的觸頭彈簧。HOME1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理2.電磁式接觸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用電磁(或永磁)操動(dòng)機(jī)構(gòu)； 裝配滅弧室，通常采用磁吹-窄 縫和刪片等滅弧原理；可配備輔助觸頭。(1)直流接觸器主觸頭：用于通斷直流電路。 激磁線圈：交流或直流。HOMENA1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理(2)交流接觸器主觸頭：用于通斷交流電路。激磁線闔:交流或直流。HOME1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理3.真空接觸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：釆用電磁(或永磁)操動(dòng)機(jī)構(gòu)；裝配真空滅弧室，采用真空作 為滅弧及絕緣介質(zhì)；主觸頭裝配于密封的真空滅弧 室內(nèi)部。HOME真空斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)典型電器結(jié)構(gòu)

12、及工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)釆主觸頭裝配于密封的 SF6滅弧室內(nèi)部。釆用彈簧儲(chǔ)能 操動(dòng)機(jī)構(gòu)；采用彈賛儲(chǔ)能或永磁 操動(dòng)機(jī)構(gòu)；1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理裝配真空滅弧室，采 用真空作為滅弧及絕 緣介質(zhì)；裝配SF6滅弧室 用SF6作為滅弧及絕 緣介質(zhì)；5SF6斷路器主觸頭裝配于密封的真 空滅弧室內(nèi)部。HOME1-3典型電器結(jié)構(gòu)及工作原理6.隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：通常無(wú)專門設(shè)置的滅 弧系統(tǒng)；在分閘位置時(shí)有明顯 可見(jiàn)的斷口。 1-4電器學(xué)涉及的主要理論1-電器發(fā)熱理論2. 電器電動(dòng)力理論3. 電弧理論；4. 電接觸理論；5. 電磁機(jī)構(gòu)理論。 1-4電器學(xué)涉及的主要理論1.電器發(fā)熱理論電器發(fā)熱機(jī)理；電器在長(zhǎng)期、短時(shí)和反

13、復(fù)短時(shí)工作制下的發(fā)熱和冷卻過(guò)程 及其過(guò)載能力；電器導(dǎo)電部件在大電流但通電時(shí)間極短（例如導(dǎo)線上存在 短路電流）作用下的發(fā)熱規(guī)律；導(dǎo)電部件的熱穩(wěn)定性校驗(yàn)等。HOME 1-4電器學(xué)涉及的主要理論2 電動(dòng)力計(jì)算：不同幾何形狀載流體在不同形式電流作用下、在不同空間 或平面分布時(shí)所受到電動(dòng)力；電器在短路電流作用下的電動(dòng)穩(wěn)定性等。 14電器學(xué)涉及的主要理論3. 氣體擊穿及電弧理論1）氣體放電及電弧形成的物理基礎(chǔ): 電離和激勵(lì)的概念；氣體放電和擊穿；火花放電、輝光放電和弧光放電過(guò)程等。2）氣體擊穿理論：湯遜氣體擊穿理論；流注理論。 1-4電器學(xué)涉及的主要理論（3）電弧的靜伏安特性和動(dòng)伏安特性;（4）電弧電流過(guò)

14、零時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)和電壓恢復(fù)過(guò)程。 1-4電器學(xué)涉及的主要理論4. 電接觸理論1）電接觸的物理化學(xué)過(guò)程中的熱、電、磁以及金屬變形等的效應(yīng)；2）接觸電阻的物理化學(xué)本質(zhì)及其計(jì)算；3）接觸或開(kāi)斷過(guò)程中，觸頭的腐蝕、磨損和金屬遷移；4）觸頭在閉合過(guò)程中振動(dòng)磨損和熔焊；5）電接觸的結(jié)構(gòu)形式、觸頭材料、加工工藝等。HOME 1 1-4電器學(xué)涉及的主要理論5. 電磁機(jī)構(gòu)理論氣隙磁導(dǎo)計(jì)算；磁路分析與計(jì)算；電磁吸力計(jì)算；電磁鐵靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性等。1-5電器技術(shù)的發(fā)展及其展望電氣拖動(dòng)領(lǐng)域：(D從手動(dòng)操作到自動(dòng)操作的過(guò)程；(2)從開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)和保護(hù)的作用發(fā)展到更多功能(例如控制、檢測(cè)和變 換等)的過(guò)程； 從有觸點(diǎn)電器發(fā)展到無(wú)觸點(diǎn)電器的過(guò)程；(4)從單個(gè)元件發(fā)展到組合電器和成套裝置的過(guò)程。HOME1-5電器技術(shù)的發(fā)展及其展望HOME高壓斷路器: