《电力机车电器》

电力机车电器《电力机车电器》-绪论本章主要内容：1、课程简介2、电器的定义3、电器的分类4、电力机车电器的分类5、电力机车电器的工作条件及特点本章重点内容：1、电器的定义2、电力机车电器的分类《电力机车电器》-绪论一、课程简介本课程是电力机车专业的一门专业课。内容包括两大方面：1、学习有关的电器基本理论知识包括电接触、传动装置、电弧的产生、电弧的熄灭、灭弧装置、电器的发热和散热等。2、学习电力机车使用的各种电器的基本结构、工作原理、技术参数包括接触器、继电器、主型电器、其它电器等。《电力机车电器》-绪论二、电器的定义电器是一种能够根据外界信号的要求，手动或自动接通、断开电路，以实现电路的开关、控制、转换、保护、检测、调节的电工器械。通俗的说就是能控制电的器械。三、电器的分类电器根据不同的分类方法能分成多种。《电力机车电器》-绪论四、电力机车电器的分类电力机车电器根据电压等级分类分为高压电器、低压电器。1、根据电压等级分高压电器—包括受电弓、主断路器、高压连接器、电空接触器、两位置转换开关、高压电流互感器、高压电压互感器、平波电抗器、避雷器等。低压电器—包括电磁接触器、继电器、司机控制器、搬健开关等。2、根据电器所接入的电路分主电路电器—使用在电力机车主电路中的电器。包括受电弓、主断路器、高压连接器、电空接触器等。辅助电路电器—使用在电力机车辅助电路中的电器。包括三相电磁接触器、自动开关、刀开关等。控制电路电器—使用在电力机车控制电路中的电器。包括司机控制器、继电器、搬健开关等。《电力机车电器》-绪论3、根据用途分控制电器—用于对电力机车上的牵引设备进行切换、调节的电器。如司机控制器、继电器、搬健开关、接触器等。保护电器—用于保护电力机车上的电气设备不受过电压、过电流损害的电器。如避雷器、自动开关、熔断器、接地继电器、过载继电器、风压继电器、油流继电器等。检测电器—用于与其它电器配合，检测电力机车各电路电压、电流、机车运行速度等的电器。如电压互感器、电流互感器、速度传感器等。受流电器—使电力机车从接触网获取电流的电器。如受电弓。《电力机车电器》-绪论五、电力机车电器的特点由于电力机车电器安装在运行的机车上，安装空间有限和运行环境的变化，使得电力机车电器与其它工业电器又有所不同。有如下特点：1、强烈的机械震动和冲击。2、运行环境污染严重。3、温度和湿度变化很大。4、电器的安装空间受限。5、电力机车主电路电流变化范围大，要求电器有很高的电稳定性和热稳定6、电力机车电器在机车运行时操作频繁。从上述特点可知，电力机车的工作条件和运行环境十分恶劣，因而要求电力机车电器有很高的可靠性，才能保证铁路运输的安全和正常进行。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识本章主要内容：1、电接触的基本形式2、触头的接触电阻、振动、磨损以及改善方法3、电磁传动、电空传动基本原理4、电弧的产生和熄灭方法5、电器的发热和散热《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-1电接触的基本知识一、电接触的定义及分类电接触定义1、固定接触两个导体用螺栓、铆钉等紧固件连接起来，在工作过程中接触面不发生相互分离和相对移动的连接，称为固定接触。两个导电零件通过机械连接的方式互相接触，以实现导电的现象称为电接触。电接触分类电接触按工作方式分类可分为固定接触、滑动接触、滚动接触、可分合接触。2、滑动或滚动接触在工作过程中，一个接触面沿另一个接触面滑动或滚动，但不分断电路的接触方式称为滑动或滚动接触。如电机、滑线电阻等。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-1电接触的基本知识3、可分合接触（触头）在工作过程中，两个接触面既可分开又可以闭合的接触方式，称为可分合接触。可分合接触是本课程讨论的重点，后面将要学习的大量电器都属于可分合接触。有关触头的几个基本知识点①触头总是成对出现，一个是静触头，一个是动触头。②根据触头在电路中功能的不同，可分为主触头、联锁触头。③触头可分为常开触头、常闭触头常开触头—在电路无电情况下处于断开的触头。常闭触头—在电路无电情况下处于闭合状态的触头。④常开、常闭触头在电路中的表示方法上开下闭，左开右闭（1）触头的接触形式触头的接触形式包括点、线、面三种。①点接触点接触是指一个很小的面积内的若干个点接触的触头。一般用于20A以下的小电流电路。②线接触线接触是指两个导体沿着线或较窄面积接触的触头接触方式。线接触一般用于几十至几百安电流的中等容量电器。③面接触面接触是指两个导体沿着较大面积接触的触头。面接触用于大电流电器。（2）触头的主要参数触头的主要参数包括触头开距、触头超程、触头初压力、触头终压力。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识《电力机车电器》第一章电器理论基础知识①触头开距s触头处于断开位置时，动、静触头之间的最小距离，称为触头开距。②触头超程r触头超程是指电器触头完全闭合后，若将动（静）触头移开，静（动）触头在触头弹簧作用下继续前移的距离。③触头初压力F0触头初压力是指动触头刚好与静触头接触，动静触头之间的相互作用力。触头开距是触头的一个重要参数，用于保证触头分断电路时可靠熄灭电弧，并保证有足够的安全绝缘距离。触头超程用于保证触头在允许的磨损范围内仍能可靠地接触。触头初压力由触头弹簧保证，用于降低触头闭合过程中的弹跳。④触头终压力Fz触头终压力是指动静触头闭合终了时，每个触头上的压力。触头终压力由触头弹簧保证，用于接触面积，降低接触电阻。（3）触头的工作情况触头有闭合状态、闭合过程、断开状态、断开过程4种工作情况。①闭合状态：要考虑的主要问题是发热（接触电阻引起）②闭合过程：要考虑的主要问题是机械振动、触头磨损、触头熔焊。③断开状态：要考虑的主要问题是开距大小（保证熄弧和绝缘）《电力机车电器》第一章电器理论基础知识④断开过程：要考虑的主要问题是灭弧、触头电磨损《电力机车电器》第一章电器理论基础知识二、触头的接触电阻1、接触电阻的产生产生接触电阻的原因有两方面：①由于接触面不平迫使电流线收缩；②由于接触表面存在导电性很差的薄膜。由于电流线收缩而产生的附加电阻称为收缩电阻，用Rs表示；由于接触表面薄膜而产生的附加电阻称为膜电阻，用Rb表示。接触电阻用Rj表示Rj=Rs+Rb2、影响接触电阻的因素①接触压力：增大接触压力可减小接触电阻。②温度：温度变化会使金属电阻率、材料的硬度发生变化，从而引起接触电阻变化。③化学腐蚀：暴露在空气中的金属接触面都会发生氧化作用，产生的化合物影响接触电阻。④电化学腐蚀：触头间存在电位差，空气湿度大时会发生电解作用，使得接触电阻增大。⑤接触表面粗糙度：粗糙度越大，接触点越少，电流线收缩越严重，接触电阻越大。⑥触头材料：材料电阻系数大，接触电阻大；材料硬度小，接触电阻小。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识二、触头的接触电阻3、减小接触电阻的方法①增加接触点数目：可通过精加工接触面、增大接触压力实现。②选用合适的触头材料：选择电阻系数小、不易氧化的材料。③使触头有研磨过程：可擦去氧化膜。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识三、触头的振动和熔焊触头的振动发生于闭合过程中，触头在闭合过程中会发生一系列的碰撞，此现象就称为机械振动。触头间距离与时间关系如图1-5.触头的熔焊也是发生于触头闭合过程中，动、静触头之间，在机械振动和电动排斥力的作用下发生断续的分合，由此产生电弧，在电弧高温作用下引起触头熔接，称为熔焊。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识四、触头的磨损磨损—磨耗和损坏磨损包括机械磨损、化学磨损、电磨损。①机械磨损—摩擦和碰撞所致。表现为触头表面的压皱、裂痕、变形。②化学磨损—腐蚀性气体、水蒸气对触头材料的侵蚀所致。表现为非导电膜被碰撞和触头压力剥落而产生的损耗。③电磨损—触头分合过程中产生金属液桥、电弧、火花等现象，引起金属转移、喷溅和汽化，使触头材料损耗和变形。上述三种磨损中主要是电磨损，机械磨损和化学磨损一般很小。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置有触点电器一般由感测部分、执行部分组成。感测部分是传动装置，执行部分是触头。传动装置接收外界信号并作出反应，使执行部分动作，输出相应指令实现控制的目的。电力机车上的电器传动装置主要采用电磁传动、电空传动两种。一、电磁传动装置电磁传动装置实质上就是一个电磁铁，接收外界电能转换为机械能，带动触头动作，使其闭合或断开。电磁铁由吸引线圈、静铁心（铁心）、动铁心（衔铁）、铁轭、空气隙等组成。1、电磁铁分类（1）按线圈电流种类分：分为直流电磁铁、交流电磁铁直流电磁铁线圈中通以直流电，线圈中产生的磁通是恒定的。交流电磁铁线圈中通以交流电，线圈中产生的磁通是交变的。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置（2）按磁路形式和衔铁运动方式分①U型拍合式铁心制成U字形，而衔铁的一端绕棱角或转轴做拍合运动。图（a）所示的电磁铁为衔铁绕棱角运动的U形拍合式，这种形式的电磁铁广泛用于直流电磁式电器（如直流接触器和直流继电器）中。图（b）所示的电磁铁为衔铁绕转轴转动的U形拍合式。这种形式的电磁铁广泛用于交流电磁式电器中。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置②E型拍合式和E型直动式铁心和衔铁都制成E字形，并且都用电工钢片叠成，线圈套装在中间铁心柱上。E形拍合式如图（c）所示，E形直动式如图（d）所示，这两种形式的电磁铁都用于交流电磁式电器中。E形拍合式广泛用于60A及以上的交流接触器中。E形直动式广泛用于40A以下的交流接触器和交流电压继电器、中间继电器及时间继电器中。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置③空心螺管式空心螺管式电磁铁只有空心线圈和圆柱衔铁，没有铁心，衔铁在空心线圈中做直线运动，如图（c）所示。这种电磁铁主要用于交流电流继电器和供电系统用的时间继电器中。④装甲螺管式⑤回转式《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置（3）按线圈接入电路分①串联电磁铁电磁铁的线圈串接于电路中。串联电磁铁的衔铁动作与否取决线圈中电流的大小，但衔铁的动作并不影响线圈中电流的变化。串联电磁铁的线圈称为电流线圈，具有这种电磁铁的电器都属于电流型电器。为了不影响电路中负载的端电压和电流，要求线圈内阻小，所以，串联电磁铁的线圈导线截面积较粗，线圈匝数较少。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置②并联电磁铁电磁铁的线圈并接于电路中,如图所示。并联电磁铁的衔铁动作与否取决于线圈两端电压的大小。并联电磁铁的线圈又称为电压线圈，具有这种电磁铁的电器都属于电压型电器。直流并联电磁铁的衔铁动作不会引起线圈中电流的变化，但对于交流并联电滋铁衔铁动作会引起线圈阻抗的变化，从而引起线圈中电流的变化。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置2、电磁铁工作原理当线圈3未通电时，衔铁1在反力弹簧7作用下处于打开位置。衔铁1与极靴2之间保持一个较大的气隙。当线圈通电后，在导磁体中产生磁通Φ，根据磁力线流入端为S极，流出端为N极的规定，在衔铁与极靴相对的端面具有相反的极性。由于异性磁极相吸，于是在铁心和衔铁间产生电磁吸力。当电磁吸力大于反力弹簧的反作用力时，衔铁被吸向铁心，直到与极靴接触为止。这个过程称为衔铁的吸合过程。当线圈中的电流减小或中断时，铁心中的磁通就变小，吸力也随之减小，当电磁吸力小于反力弹簧的反作用力时衔铁就在反力弹簧作用下返回至打开位置，这个过程称为衔铁的释放过程。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置二、电空传动装置电空传动装置，在电力机车上主要用于主电路电器中。例如：受电弓、主断路器、电空接触器、两位置转换开关等。电空传动装置按其结构形式分类，分为气缸式、薄膜式两大类。1、气缸式传动装置气缸式传动装置可分为单活塞、双活塞两种。一般由气缸、活塞、电空阀组成。《电力机车电器》第一章电器理论基础知识§1-2电器的传动装置（1）单活塞式如图所示为单活塞压缩空气驱动装置，气缸内压缩空气的进入和排出是由电空阀控制的。当电空阀得电时，打开了风源与