電氣工程概論 第2章 電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù)

第2章電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù)《電氣工程概論》第2章電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù)2.1電機(jī)的分類(lèi)

2.2發(fā)電機(jī)

2.3變壓器

2.4電動(dòng)機(jī)

2.5特種電機(jī)

2.6電器的歷史和電器的分類(lèi)

2.7高壓電器

2.8低壓電器

2.9電氣控制技術(shù)的發(fā)展電機(jī)運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，電機(jī)是以電磁感應(yīng)現(xiàn)象為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換以及變換電能的機(jī)械。電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)具備能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩大部件即建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的部件和感生電動(dòng)勢(shì)并流過(guò)工作電流的被感應(yīng)部件。這兩個(gè)部件中，靜止的稱(chēng)為定子，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱(chēng)為轉(zhuǎn)子(習(xí)慣上對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的一邊也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子)。定、轉(zhuǎn)子之間有空氣隙，以便轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(或往復(fù)運(yùn)動(dòng))。

電磁轉(zhuǎn)矩由氣隙中勵(lì)磁磁場(chǎng)與被感應(yīng)部件中電流所建立的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生。通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩的作用，發(fā)電機(jī)從機(jī)械系統(tǒng)吸收機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī)向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。建立上述兩個(gè)磁場(chǎng)的方式不同，形成不同種類(lèi)的電機(jī)。如果兩個(gè)磁場(chǎng)均由直流電流產(chǎn)生，則形成直流電機(jī)；如果兩個(gè)磁場(chǎng)分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生，則形成異步電機(jī)；而如果一個(gè)磁場(chǎng)由直流電流產(chǎn)生，另一磁場(chǎng)由交流電流產(chǎn)生，則形成同步電機(jī)。

當(dāng)電機(jī)繞組流過(guò)電流時(shí)，將產(chǎn)生一定的磁鏈，并在其耦合磁場(chǎng)內(nèi)存儲(chǔ)一定的電磁能量。磁鏈及磁場(chǎng)儲(chǔ)能的多少隨定、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)子位置不同而變化。由此產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。這種能量轉(zhuǎn)換是可逆的，即同一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。2.1電機(jī)的分類(lèi)電機(jī)是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置的總稱(chēng)。按照不同的角度，電機(jī)有不同的分類(lèi)方法：

按照所應(yīng)用的電流種類(lèi)，電機(jī)可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。

按照在應(yīng)用中的功能來(lái)分，電機(jī)可以分為下列各類(lèi)。

(1)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率——發(fā)電機(jī)。

(2)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率——電動(dòng)機(jī)。

(3)將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率，又可分為：

①輸出和輸入有不同的電壓——變壓器。

②輸出與輸入有不同的波形，如將交流變?yōu)橹绷鳌兞鳈C(jī)。

③輸出與輸入有不同的頻率——變頻機(jī)。

④輸出與輸入有不同的相位——移相機(jī)。(4)在機(jī)電系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用的電機(jī)——控制電機(jī)。按運(yùn)行速度，電機(jī)又可以分為：①靜止設(shè)備——變壓器。②沒(méi)有固定的同步速度——直流電機(jī)。③轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異——異步電機(jī)。④速度等于同步速度——同步電機(jī)。⑤速度可以在寬廣范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)——交流換向器電機(jī)。(5)按功率大小，又可以分為大型電機(jī)、中小型電機(jī)和微型電機(jī)。

隨著電力電子技術(shù)和電工材料的發(fā)展，出現(xiàn)了其他一些特殊電機(jī)，它們并不屬于上述傳統(tǒng)的電機(jī)類(lèi)型，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)等，這些電機(jī)通常被稱(chēng)為特種電機(jī)。2.2發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及日常生活中有廣泛的用途。發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線(xiàn)包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線(xiàn)端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)（很少采用），交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。人們所用的交流電絕大多數(shù)是由交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的。這些發(fā)電機(jī)都是接到交流電網(wǎng)上的，它們必須以固定電角速度旋轉(zhuǎn)，在任何時(shí)候都產(chǎn)生相同頻率的交流電，這類(lèi)電機(jī)稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)。大型發(fā)電機(jī)主要是同步發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦。小容量發(fā)電機(jī)用于獨(dú)立電源系統(tǒng)，如柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。由于同步發(fā)電機(jī)需要?jiǎng)?lì)磁裝置，在部分場(chǎng)合，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也可使用異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電?，F(xiàn)代發(fā)電廠(chǎng)已經(jīng)不再采用直流發(fā)電機(jī)，僅僅在一些特殊場(chǎng)合才用到小型直流發(fā)電機(jī)。大型同步發(fā)電機(jī)的定子由硅鋼片疊制而成，鐵心的槽內(nèi)放置對(duì)稱(chēng)三相繞組。轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成，放置勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組經(jīng)過(guò)滑環(huán)接入直流勵(lì)磁電源。當(dāng)發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁繞組切割三相繞組導(dǎo)體，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于定子繞組為對(duì)稱(chēng)三相繞組，感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為對(duì)稱(chēng)的三相電動(dòng)勢(shì)。大型同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造有兩種類(lèi)型：隱極式和凸極式。隱極式轉(zhuǎn)子為圓柱形，發(fā)電機(jī)的氣隙為均勻氣隙，這類(lèi)發(fā)電機(jī)多用于高速大容量汽輪發(fā)電機(jī)。凸極式轉(zhuǎn)子多用于水輪發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，電機(jī)極數(shù)較多，轉(zhuǎn)子通過(guò)軸與原動(dòng)機(jī)連接。2.2.1汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)是由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。由鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，使葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環(huán)使用。用于火力發(fā)電廠(chǎng)和核電廠(chǎng)，是同步電機(jī)的一種。由于原動(dòng)機(jī)(汽輪機(jī))轉(zhuǎn)速很高，其轉(zhuǎn)速一般為3000轉(zhuǎn)/分（頻率為50赫）。因此高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及降低風(fēng)磨耗，轉(zhuǎn)子直徑一般較小，長(zhǎng)度較大（即細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子），以減小線(xiàn)速度。20世紀(jì)70年代以后，汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量達(dá)130～150萬(wàn)千瓦。如圖2.1所示,為火電廠(chǎng)中的汽輪機(jī)。(a)火力發(fā)電廠(chǎng)(b)運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)(c)汽輪發(fā)電機(jī)的定子(d)汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子圖2.1火電廠(chǎng)中的汽輪發(fā)電機(jī)2.2.2水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)是指以水輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)。水流經(jīng)過(guò)水輪機(jī)時(shí)，將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而輸出。水輪發(fā)電機(jī)用于水力發(fā)電廠(chǎng)，是水力發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)電能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。水輪發(fā)電機(jī)也是同步電機(jī)的一種。由于原動(dòng)機(jī)(水輪機(jī))轉(zhuǎn)速較低，一般為幾百轉(zhuǎn)/分以下，因此水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子粗而短，以增加極數(shù)。機(jī)組的起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短，運(yùn)行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機(jī)組和事故備用機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組的最大容量已達(dá)80萬(wàn)千瓦。我國(guó)發(fā)電容量最大的水力發(fā)電站三峽電站總裝機(jī)26臺(tái)，單機(jī)容量70萬(wàn)千瓦,如圖2.2所示。圖2.2三峽發(fā)電廠(chǎng)的水輪發(fā)電機(jī)圖2.2三峽發(fā)電廠(chǎng)的水輪發(fā)電機(jī)2.2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電就是通過(guò)捕風(fēng)裝置的葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。風(fēng)能是最廉價(jià)的、最清潔的、最有開(kāi)發(fā)價(jià)值的新能源。近十幾年來(lái)，我國(guó)政府加快了風(fēng)電的開(kāi)發(fā)，還引進(jìn)了國(guó)外生產(chǎn)的技術(shù)先進(jìn)的大型風(fēng)力機(jī)，組建風(fēng)電場(chǎng)，促進(jìn)了我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。圖2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)2.3變壓器2.3.1變壓器的概述變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，是一種靜止電機(jī)。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線(xiàn)圈組成，線(xiàn)圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線(xiàn)圈，其余的繞組叫次級(jí)線(xiàn)圈。最簡(jiǎn)單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不等的線(xiàn)圈構(gòu)成。鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線(xiàn)圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成，兩個(gè)線(xiàn)圈之間沒(méi)有電的聯(lián)系，線(xiàn)圈由絕緣銅線(xiàn)（或鋁線(xiàn)）繞成。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸入在盛滿(mǎn)變壓器油的封閉油箱中，各繞組對(duì)外線(xiàn)路的連接由絕緣套管引出。為了使變壓器安全可靠地運(yùn)行，還設(shè)有儲(chǔ)油柜、安全氣道、氣體繼電器等附件。圖2.4所示為三相油浸式電力變壓器。變壓器主體是鐵心及套在鐵心上的繞組，如圖2.5所示。圖2.4三相油浸式電力變壓器的外形圖2.5三相油浸式電力變壓器的器身變壓器可以變換交流電壓、電流、阻抗，也可以隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。變壓器只能傳遞交流電能，而不能產(chǎn)生電能；它只能改變交流電壓或電流的大小，不改變頻率。變壓器主要在電力工業(yè)中的變電、配電環(huán)節(jié),如圖2.6所示。圖2.6變壓器在變電站的應(yīng)用2.3.2變壓器的分類(lèi)變壓器種類(lèi)很多，通?？砂雌湎鄶?shù)、用途、繞組形式、鐵心結(jié)構(gòu)、冷卻方式等進(jìn)行分類(lèi)。（1）按相數(shù)分1）單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。2）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。（2）按用途分1）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓，是生產(chǎn)數(shù)量最多、使用最廣泛的變壓器。按其功能不同又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。電力變壓器的容量從幾十千伏安到幾十萬(wàn)千伏安，電壓等級(jí)從幾百伏到幾百干伏。2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器，用于測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。3）試驗(yàn)變壓器：能產(chǎn)生高壓，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。4）特種變壓器：在特殊場(chǎng)合使用的變壓器，如作為焊接電源的電焊變壓器，專(zhuān)供大功率電爐使用的電爐變壓器，將交流電整流成直流電時(shí)使用的整流變壓器，電容式變壓器，移相變壓器等均屬特種變壓器。（3）按繞組形式分1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個(gè)電壓等級(jí)。3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。（4）按鐵芯結(jié)構(gòu)分1）心式變壓器：用于高壓的電力變壓器。2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料，空載電流下降約80%，是節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低地方。3）殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機(jī)等的電源變壓器。（5）按冷卻方式分1）干式變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻，多用于高層建筑、高速收費(fèi)站點(diǎn)用電及局部照明、電子線(xiàn)路等小容量變壓器。2）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。2.4電動(dòng)機(jī)2.4.1電動(dòng)機(jī)的概述電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。它是利用通電線(xiàn)圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線(xiàn)（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。（a）電動(dòng)機(jī)的外形(b)電動(dòng)機(jī)的定子

(c)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子圖2.7電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。生產(chǎn)機(jī)械由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)，可簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱、減輕繁重的體力勞動(dòng)等。其中小功率電動(dòng)機(jī)和微特電動(dòng)機(jī)常常用于電動(dòng)工具與家用電器中，也可以用在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作為檢測(cè)、放大、執(zhí)行元件等。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速特性、較高的過(guò)載能力、較大的起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械。國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車(chē)上常采用直流電機(jī)作為牽引電機(jī)和輔助壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。交流異步電機(jī)主要作用是拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。異步電機(jī)又分為三相異步電機(jī)和單相異步電機(jī)。和其他電動(dòng)機(jī)比較，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以異步電動(dòng)機(jī)得到極其廣泛的應(yīng)用。目前,在生產(chǎn)上用的電動(dòng)機(jī)主要是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，大約占世界電機(jī)數(shù)量的60％以上。圖2.8所示為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖2.8三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.4.2電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用在工業(yè)中使用的異步電機(jī)有中小型軋鋼設(shè)備(如圖2.9a所示)、各種金屬切削機(jī)床、輕工機(jī)械、礦山機(jī)械、等。在農(nóng)業(yè)中使用的異步電動(dòng)機(jī)有水泵(如圖2.9b所示)、脫粒機(jī)、粉碎機(jī)及其他農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械等。此外，與日常生活密切相關(guān)的電扇、洗衣機(jī)等設(shè)備中都用到異步電動(dòng)機(jī)。建筑的供水、供暖、通風(fēng)等需要水泵、鼓風(fēng)機(jī)(如圖2.9c所示)等，這些設(shè)備也都是異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。在電力機(jī)車(chē)上，由于機(jī)車(chē)在運(yùn)行時(shí)，變壓器、變流裝置、牽引電機(jī)、制動(dòng)電阻等設(shè)備會(huì)發(fā)出大量的熱，需要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻；變壓器需要裝設(shè)油泵強(qiáng)迫變壓器油循環(huán)；機(jī)車(chē)和列車(chē)的制動(dòng)、受電弓升弓等需要壓縮機(jī)提供工作風(fēng)源等。異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速和必須從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。(a)軋鋼機(jī)

(b)水泵

(c)鼓風(fēng)機(jī)圖2.9異步電機(jī)在工農(nóng)業(yè)中的使用一個(gè)現(xiàn)代機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制要用到很多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。有的機(jī)器人的關(guān)節(jié)部分直接采用球形電動(dòng)機(jī)(如圖2.10所示)，可以方便地實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向運(yùn)動(dòng)。圖2.10球形電動(dòng)機(jī)在高層建筑中，電梯、滾梯是靠電動(dòng)機(jī)曳引的。賓館的自動(dòng)門(mén)、旋轉(zhuǎn)門(mén)(如圖2.11所示)也是電動(dòng)機(jī)。圖2.11旋轉(zhuǎn)門(mén)2.4.3電動(dòng)機(jī)的選用選擇電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)是從交流或直流、機(jī)械特性、凋速與起動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等方面來(lái)考慮的。因?yàn)橥ǔＩa(chǎn)場(chǎng)所用的都是三相交流電源，如果沒(méi)有特殊要求，一般都應(yīng)采用交流電動(dòng)機(jī)。在交流電動(dòng)機(jī)中，三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便；其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動(dòng)性能較差。當(dāng)機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)沒(méi)有特殊要求時(shí)，一般應(yīng)采用三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，例如，功率不大的水泵、通風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、傳送帶、機(jī)床的輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，差不多都采用籠型電動(dòng)機(jī)。一些小型機(jī)床上也采用它作為主軸電動(dòng)機(jī)。對(duì)重載起動(dòng)的機(jī)械，例如某些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鍛壓機(jī)及重型機(jī)床等選用籠型電動(dòng)機(jī)不能滿(mǎn)足起動(dòng)要求或加大功率不合理時(shí)或調(diào)速范圍不大的機(jī)械，且低速運(yùn)行時(shí)間較短時(shí)，宜采用繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。對(duì)功率較大而且連續(xù)工作的機(jī)械，當(dāng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，應(yīng)采用同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)機(jī)械對(duì)起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)有特殊要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)類(lèi)型及其調(diào)速方式應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。在交流電動(dòng)機(jī)不能滿(mǎn)足機(jī)械要求的特性時(shí)，宜采用直流電動(dòng)機(jī)；交流電源消失后必須工作的應(yīng)急機(jī)組，也可采用直流電動(dòng)機(jī)。變負(fù)載運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)機(jī)械，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)，應(yīng)采用調(diào)速裝置，并應(yīng)選用相應(yīng)類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)。2.5特種電機(jī)特種電機(jī)通常指的是結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理等與常規(guī)電機(jī)不同，且體積和輸出功率較小的微型電機(jī)或特種精密電機(jī)，一般其外徑不大于130mm。特種電機(jī)可以分為驅(qū)動(dòng)用特種電機(jī)和控制用特種電機(jī)兩大類(lèi)，前者主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種機(jī)構(gòu)、儀表以及家用電器等；后者是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中傳遞、變換和執(zhí)行控制信號(hào)的小功率電機(jī)的總稱(chēng)，用作執(zhí)行元件或信號(hào)元件?？刂朴玫奶胤N電機(jī)分為測(cè)量元件和執(zhí)行元件。測(cè)量元件包括旋轉(zhuǎn)變壓器，交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)等；執(zhí)行元件主要有交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。2.5．1伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)等裝置中使用的一類(lèi)小型電動(dòng)機(jī)，如圖2.12所示，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，按照輸入信號(hào)進(jìn)行起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等過(guò)渡性動(dòng)作，操作和驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。用于將輸入的控制電壓轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)鈾的角位移或角速度輸出，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向隨著控制電壓的大小和極性的改變而改變。它通常作為隨動(dòng)系統(tǒng)、遙測(cè)和遙控系統(tǒng)及各種增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主傳動(dòng)元件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)用機(jī)器人、機(jī)床、辦公設(shè)備、各種測(cè)量?jī)x器、打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備中。機(jī)圖2.12伺服電動(dòng)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件的機(jī)械位移為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也稱(chēng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它接收來(lái)自插補(bǔ)器的步進(jìn)脈沖，經(jīng)過(guò)變換放大后轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺(tái)的位移。高性能的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)還由檢測(cè)元件反饋實(shí)際的輸出位置狀態(tài)，并由位置調(diào)節(jié)器構(gòu)成位置閉環(huán)控制,如圖2.13所示。圖2.13伺服電動(dòng)機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用2.5.2直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)

直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)能直接產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，如圖2.14所示。它不但省去了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)與直線(xiàn)工作機(jī)構(gòu)之間的機(jī)械傳動(dòng)裝置，而又可因地制宜地將直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)某一側(cè)安放在適當(dāng)?shù)奈恢弥苯幼鳛闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的一部分，使整個(gè)裝置緊湊合理、降低成本和提高效率。尤其在一些特殊的場(chǎng)合，其作用是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)所不能替代的。因此，它在很多的技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。圖2.14直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)利用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速列車(chē)，即磁懸浮列車(chē)就是其中的典型一例，它的時(shí)速可達(dá)400km／h以上。所謂磁懸浮列車(chē)，就是采用磁力懸浮車(chē)體，應(yīng)用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使列車(chē)在軌道上浮起滑行，如圖2.15所示。過(guò)山車(chē)?yán)秒姶朋w在軌道上方和列車(chē)下方各造出一個(gè)磁場(chǎng)，并使兩個(gè)磁場(chǎng)互相吸引，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)移動(dòng)軌道上方的磁場(chǎng)，牽引著后面的列車(chē)以極高的速度沿軌道移動(dòng)，如圖2.16所示。

圖2.15上海磁懸浮列車(chē)圖2.16過(guò)山車(chē)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)在城市內(nèi)軌道交通和城市間高鐵中的應(yīng)用如圖2.17和圖2.18所示。

圖2.17城市內(nèi)的輕軌近年來(lái)，直線(xiàn)電機(jī)在工業(yè)機(jī)械、電梯、航空母艦發(fā)射飛機(jī)、電磁炮、導(dǎo)彈發(fā)射架，電磁推進(jìn)潛艇等方面的應(yīng)用都已經(jīng)實(shí)用化。圖2.18城際間的高鐵2.5.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的電動(dòng)機(jī)，每當(dāng)一個(gè)電脈沖加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組上時(shí)，它的軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，角位移量與電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，在自動(dòng)控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，故又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī),圖2.19所示。圖2.19步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，其利用電子電路將直流電變成分時(shí)供電，多相時(shí)序控制電流輸出為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電。由此驅(qū)動(dòng)電源向電動(dòng)機(jī)繞組提供脈沖電流，因而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能取決于電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，如機(jī)械加工、繪圖機(jī)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備、自動(dòng)記錄儀表等。它主要用于工作難度大、要求的速度快、精度高等場(chǎng)合。尤其是電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用作執(zhí)行元件。圖2.20數(shù)控機(jī)床下面以數(shù)控機(jī)床實(shí)例簡(jiǎn)單說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,如圖2.20所示。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字程序控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱(chēng)，它具有通用性、靈活性及高度自動(dòng)化的特點(diǎn)。主要適用于加工零件精度要求高，形狀比較復(fù)雜的生產(chǎn)中。它的工作過(guò)程是：首先應(yīng)按照零件加工的要求和加工的工序，編制加工程序，并將該程序送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行計(jì)算和控制；然后根據(jù)所得的結(jié)果向各個(gè)方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制脈沖信號(hào)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)按加工的要求依次完成各種動(dòng)作，如轉(zhuǎn)速變化、正反轉(zhuǎn)、起停，等等，這樣就能自動(dòng)地加工出程序所要求的零件。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類(lèi)型。機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由鐵心、線(xiàn)圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線(xiàn)管線(xiàn)圈通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵心心子運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，通過(guò)抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的位置；線(xiàn)圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式三種形式。2.5.4其他特種電機(jī)除了上述特種電機(jī)外，還有超導(dǎo)電機(jī)和超聲波壓電電動(dòng)機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理上與普通電機(jī)沒(méi)有什么不同，只是其繞組采用超導(dǎo)材料，可以大大減小體積、節(jié)約能源。由于實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)需要制冷設(shè)備，所以結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，因此一般僅用于大型發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)(如萬(wàn)噸巨輪的推進(jìn))。超聲波壓電電動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的新型驅(qū)動(dòng)裝置，它沒(méi)有磁場(chǎng)與繞組，與傳統(tǒng)電磁式電機(jī)原理完全不同。它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲振動(dòng)，并將摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這類(lèi)電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行速度低、出力大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，而且不受環(huán)境磁場(chǎng)的影響，可以應(yīng)用于生物生命科學(xué)、光學(xué)儀器、高精密機(jī)械等領(lǐng)域。2．6電器的歷史和電器的分類(lèi)在廣義上，電器指所有用電的器具，但是在電氣工程中，電器特指用于對(duì)電路進(jìn)行接通、分?jǐn)啵瑢?duì)電路參數(shù)進(jìn)行變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測(cè)和保護(hù)等作用的電工裝置、設(shè)備和組件。電機(jī)(包括變壓器)屬生產(chǎn)和變換電能的機(jī)械，習(xí)慣上不包括在電器之列。大的有電力系統(tǒng)中所用的二、三層樓高的超高壓斷路器，小的有普通家用開(kāi)關(guān)。一百多年來(lái)，電器發(fā)展的總趨勢(shì)是容量增大，傳輸電壓增高，自動(dòng)化程度提高。例如，開(kāi)關(guān)電器由20世紀(jì)初采用空氣或變壓器油作滅弧介質(zhì)，經(jīng)過(guò)多油式、少油式、壓縮空氣式，發(fā)展到利用真空作滅弧介質(zhì)和六氟化硫作滅弧介質(zhì)的斷路器，其開(kāi)斷容量從初期約20-30kA到現(xiàn)在的100kA以上，工作電壓提高到1150kV。又如，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了晶體管繼電器、接近開(kāi)關(guān)、晶閘管開(kāi)關(guān)等；20世紀(jì)70年代后，出現(xiàn)了機(jī)電一體化的智能型電器，以及六氟化硫全封閉組合電器等。這些電器的出現(xiàn)與電工新材料、電工制造新技術(shù)、新工藝相互依賴(lài)、相互促進(jìn)，適應(yīng)了整個(gè)電力工業(yè)和社會(huì)電氣化不斷發(fā)展的要求。電器的分類(lèi)按功能可分為：(1)用于接通和分?jǐn)嚯娐返碾娖鳎饕械堕_(kāi)關(guān)、接觸器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等。(2)用于控制電路的電器，主要有電磁起動(dòng)器、星—三角起動(dòng)器、自耦減壓起動(dòng)器、頻敏起動(dòng)器、變阻器、控制繼電器等(用于電機(jī)的各種起動(dòng)器正越來(lái)越多地被電力電子裝置所取代)。(3)用于切換電路的電器，主要有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、主令電器等。(4)用于檢測(cè)電路系數(shù)的電器，主要有互感器、傳感器等。(5)用于保護(hù)電路的電器，主要有熔斷器、斷路器、限流電抗器、避雷器等。電器按工作電壓可分為高壓電器和低壓電器兩類(lèi)。在我國(guó)，工作交流電壓在1000V及以下，直流電壓在1500V及以下的屬于低壓電器；工作交流電壓在l000V以上，直流電壓在1500V以上的屬于高壓電器。下面主要按工作電壓的分類(lèi)介紹電力系統(tǒng)中的高壓電器和低壓電器的基本結(jié)構(gòu)與作用。2．7高壓電器2.7.1高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備主要用于在額定電壓3000V以上的電力系統(tǒng)中關(guān)合及開(kāi)斷正常電力線(xiàn)路，以及輸送倒換電力負(fù)荷；從電力系統(tǒng)中退出故障設(shè)備及故障線(xiàn)段，保證電力系統(tǒng)安全、正常運(yùn)行；將兩段電力線(xiàn)路以至電力系統(tǒng)的兩部分隔開(kāi)；將已退出運(yùn)行的設(shè)備或線(xiàn)路進(jìn)行可靠接地，以保證電力線(xiàn)路、設(shè)備和運(yùn)行維修人員的安全。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的器件主要有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、重合器、分段器、接觸器、熔斷器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)相接地開(kāi)關(guān)等，以及由上述產(chǎn)品與其他電器產(chǎn)品組合的產(chǎn)品、它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上相互依托，有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)整體，如隔離負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器式開(kāi)關(guān)、敞開(kāi)式組合電器等。電力系統(tǒng)中用得最多的高壓開(kāi)關(guān)沒(méi)備是斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。斷路器指能夠關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開(kāi)斷異?；芈窏l件下的電流的開(kāi)關(guān)裝置。斷路器分高壓斷路器和低壓斷路器。高壓斷路器（或稱(chēng)高壓開(kāi)關(guān)）它不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電器保護(hù)裝置的作用，切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，可分為油斷路器（多油斷路器、少油斷路器）、六氟化硫斷路器（SF6斷路器，如圖2.21所示）、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。低壓斷路器又稱(chēng)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)或自動(dòng)空氣斷路器，如圖2.22所示，它是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過(guò)載、和短路保護(hù)的電器。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線(xiàn)路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?，在配電系統(tǒng)中已獲得了廣泛的應(yīng)用。

圖2.21SF6高壓斷路器圖2.22低壓斷路器隔離開(kāi)關(guān)即在分位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開(kāi)標(biāo)志；在合位置時(shí)，能承載正常回路條件下的電流及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備。隔離開(kāi)關(guān)（俗稱(chēng)“刀閘”），一般指的是高壓隔離開(kāi)關(guān)，即額定電壓在1kV及其以上的隔離開(kāi)關(guān)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為隔離開(kāi)關(guān)，是高壓開(kāi)關(guān)電器中使用最多的一種電器，如圖2.23所示。隔離開(kāi)關(guān)的主要特點(diǎn)是無(wú)滅弧能力，只能在沒(méi)有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。隔離開(kāi)關(guān)用于各級(jí)電壓，用作改變電路連接或使線(xiàn)路或設(shè)備與電源隔離，它沒(méi)有斷流能力，只能先用其它設(shè)備將線(xiàn)路斷開(kāi)后再操作。一般帶有防止開(kāi)關(guān)帶負(fù)荷時(shí)誤操作的聯(lián)鎖裝置，有時(shí)需要銷(xiāo)子來(lái)防止在大的故障的磁力作用下斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。圖2.23隔離開(kāi)關(guān)隨著產(chǎn)品成套性的提高，常將上述單個(gè)的高壓開(kāi)關(guān)(電器)與其他電器產(chǎn)品，諸如電流互感器、電壓互感器、避雷器、電容器、電抗器、母線(xiàn)和進(jìn)出線(xiàn)套管或電纜終端等，合理配置，有機(jī)地組合在一起，除進(jìn)、出線(xiàn)外，所有高壓電器器件完全被接地的金屬外殼封閉，并配置二次監(jiān)測(cè)及保護(hù)器件，組成一個(gè)具有控制、保護(hù)及監(jiān)測(cè)功能的產(chǎn)品——金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備，氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備((GasInsulatedMetal-enclosedSwitchgear，稱(chēng)GIS),如圖2.24所示。圖2.24氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備為了使高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的成套性進(jìn)一步提高，近年來(lái)，人們將容量不是很大的整個(gè)變電站(包括電力變壓器在內(nèi))制作成為一個(gè)整體，在制造廠(chǎng)預(yù)制、調(diào)試好出廠(chǎng)后整體運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，這樣可顯著地降低在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝及調(diào)試工作量，使安裝調(diào)試周期大為縮短，減少在現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試工作中的失誤及偏差，提高了設(shè)備在運(yùn)行中的可靠性。這類(lèi)成套設(shè)備所需的占地面積和常規(guī)設(shè)備相比，也顯著減少。特別是在建筑稠密的地區(qū)，如居民小區(qū)、商業(yè)區(qū)等，釆用無(wú)人值守的小型箱式變電站代替?zhèn)鹘y(tǒng)的土建結(jié)構(gòu)變電所，不僅可以節(jié)省建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，還可以改善環(huán)境。2.7.2避雷器避雷器用于保護(hù)電氣設(shè)備免受高瞬態(tài)過(guò)電壓危害并限制續(xù)流時(shí)間也常限制續(xù)流賦值的一種電器，也是通信線(xiàn)纜防止雷電損壞時(shí)經(jīng)常采用的另一種重要的設(shè)備。電力系統(tǒng)輸變電和配電設(shè)備在運(yùn)行中受到長(zhǎng)期作用的工作電壓，由于接地故障甩負(fù)載、諧振以及其他原因產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓，雷電過(guò)電壓，橾作過(guò)電壓這四種過(guò)電壓的作用。雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓可能有非常高的數(shù)值，單純依靠提高設(shè)備絕緣水平來(lái)承受這兩種過(guò)電壓，不僅在經(jīng)濟(jì)上不合理，而且在技術(shù)上也常常是不可行的。一般是采用避雷器將過(guò)電壓限制在一個(gè)合理的水平上，過(guò)電壓過(guò)去之后，避雷器立即恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)，電力系統(tǒng)隨即恢復(fù)正常狀態(tài)。避雷器的保護(hù)特性是被保護(hù)設(shè)備絕緣配合的基礎(chǔ)，改善避雷器的保護(hù)特性，可以提高被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行安全可靠性，也可以降低設(shè)備的絕緣水平，從而減輕其重量，降低造價(jià)。目前常用的避雷器主要有碳化硅閥式避雷器和金屬氧化物避雷器，如圖2.25所示。圖2.25避雷器2.7.3互感器互感器是電力系統(tǒng)中供測(cè)量和保護(hù)用的設(shè)備，分為電壓互感器和電流互感器兩大類(lèi)?；ジ衅鞯淖饔檬窍驕y(cè)量、保護(hù)和控制裝置傳遞信息，并實(shí)現(xiàn)和高電壓之間隔離。常用的電流互感器是按電磁轉(zhuǎn)換原理工作的，結(jié)構(gòu)與變壓器相同，稱(chēng)為電磁式電流互感器。而電壓互感器除了電磁式以外，還有電容式的，如圖2.26示。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電子式互感器。圖2.26電容式電壓互感器2.8低壓電器低壓電器通常是指交流電壓1000V、直流1500V及以下配電和控制系統(tǒng)中的電器設(shè)備。它對(duì)電能的產(chǎn)生、輸送、分配起著開(kāi)關(guān)、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)、檢測(cè)及顯示等作用。低壓電器是組成低壓控制回路的基本器件。低壓電器廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠(chǎng)、變電所以及廠(chǎng)礦企、交通運(yùn)輸、農(nóng)村、建筑等電力系統(tǒng)中。在工廠(chǎng)中常用繼電器、接觸器、按鈕和開(kāi)關(guān)等電器組成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)控制回路。發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的電能，80%以上要通過(guò)各種低壓電器傳送與分配。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每增加1萬(wàn)千瓦電設(shè)備，大約需要4萬(wàn)件以上各類(lèi)低壓電器配套。所以，隨著電氣化程度的提高，低壓電器的用量會(huì)急劇增加。圖2.27一些低壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)繼電器是現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基本的電器元件之一，廣泛用于電力系統(tǒng)保護(hù)置、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化裝置、各類(lèi)遠(yuǎn)功、遙控和通信裝置。繼電器種類(lèi)繁多，簡(jiǎn)單地可分為電量繼電器(其輸入量可為電流、電壓、頻率、功率等)和非電氣量繼電器(其輸入量可為溫度、壓力、速度等)等，但繼電器都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即它是一種當(dāng)輸入的物理量達(dá)到規(guī)定時(shí)，其電氣輸出電路被接通或阻斷的自動(dòng)電器,如圖2.28所示。圖2.28繼電器繼電器的觸點(diǎn)有三種基本形式：1、動(dòng)合型（常開(kāi)），線(xiàn)圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，通電后，兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合。2、動(dòng)斷型（常閉），線(xiàn)圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開(kāi)。3、轉(zhuǎn)換型（Z型）這是觸點(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線(xiàn)圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開(kāi)和另一個(gè)閉合，線(xiàn)圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來(lái)斷開(kāi)的成閉合，原來(lái)閉合的成斷開(kāi)狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點(diǎn)組稱(chēng)為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。接觸器是指工業(yè)電中利用線(xiàn)圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。是用于遠(yuǎn)距離、頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流主電路和大容量控制電路的電器?？煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制（某些型別可達(dá)800安培）電路的裝置，所以經(jīng)常運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)做為控制對(duì)象﹐也可用作控制工廠(chǎng)設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制。其主要的控制對(duì)象為電動(dòng)機(jī)，也可用作控制電熱設(shè)備、電照明、電焊機(jī)和電容器組等電力負(fù)載。接觸器具有較高的操作頻率，最高操作頻率可達(dá)每小時(shí)1200次。接觸器的壽命長(zhǎng)，機(jī)械壽命一般為數(shù)百萬(wàn)次至一千萬(wàn)次，電壽命一般為數(shù)十萬(wàn)次至數(shù)百萬(wàn)次。接觸器也是低壓電器中使用廣泛的設(shè)備，如圖2.29所示。圖2.29接觸器低壓電器根據(jù)它在電氣線(xiàn)路中所處的地位和作用，可歸納為低壓配電電器和低壓控制電器兩大類(lèi)。由于這兩類(lèi)低壓電器在電路中所處的地位與作用不同，對(duì)它們的性能要求也有較大的差異。配電電器一般不需要頻繁操作，對(duì)承擔(dān)保護(hù)功能的配電電器應(yīng)有較高的分?jǐn)嗄芰??？刂齐娖鲃t一般不分?jǐn)啻箅娏?，而其?dòng)作則相對(duì)頻繁，因此要求控制電器有較高的操作壽命。低壓電器按照它的動(dòng)作方式可分為機(jī)械動(dòng)作電器(即有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電器)和非機(jī)械動(dòng)作器。機(jī)械動(dòng)作電器又可分為自動(dòng)切換電器和非自動(dòng)切換電器。自動(dòng)切換電器在完成接通、分?jǐn)鄤?dòng)作時(shí)，依靠本身參數(shù)