第0章 緒論 new

1、電電 器器 理理 論論 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)-緒論緒論課程介紹 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)械工業(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。課程介紹序 號內(nèi)容講授學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時1概論222電器的發(fā)熱計(jì)算323電器中的電動力計(jì)算34電弧的基本特性425交流電弧的熄滅原理26開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理27電接觸理論48電磁系統(tǒng)計(jì)算的基本原理2合 計(jì)2261.1 電器的定義和分類電器的定義

2、和分類1.2 典型電器的結(jié)構(gòu)原理典型電器的結(jié)構(gòu)原理1.3 電器研究的主要理論范疇電器研究的主要理論范疇1.4 電氣技術(shù)的發(fā)展與展望電氣技術(shù)的發(fā)展與展望 凡是根據(jù)外界指定信號和要求，自動或手動接通和斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對電路或非電對象切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備都屬電器的范疇。1.1.1 1.1.1 電器的定義電器的定義1.1 1.1 電器的定義和分類電器的定義和分類1.1.2 1.1.2 電器的分類電器的分類低壓電器：低壓電器：在在AC1200VAC1200V，DC1500VDC1500V及以下及以下系統(tǒng)中用的電器系統(tǒng)中用的電器高壓電器：高壓電器：在在A

3、C1200VAC1200V，DC1500VDC1500V以上以上系統(tǒng)中用的電器系統(tǒng)中用的電器1.1 1.1 電器的定義和分類電器的定義和分類傳統(tǒng)的低壓電器傳統(tǒng)的低壓電器配電電器控制電器目前國內(nèi)外目前國內(nèi)外低壓電器低壓電器配電電器控制電器終端電器低壓斷路器低壓斷路器開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)、熔斷器組合電器雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器熔斷器配配電電電電器器 低壓配電線路過載、短路或欠電壓過載、短路或欠電壓等保護(hù)；可作為不頻繁接通和分?jǐn)嚯娐凡活l繁接通和分?jǐn)嚯娐肥褂谩?剩余電流斷路器兼具有漏電保護(hù)漏電保護(hù)功能；主要品種：主要品種： 萬能式斷路器、塑殼式斷路器、剩余電流斷路器、真空斷路器、智能型斷路器低壓斷路器：低

4、壓斷路器： 主要用作主要用作配電系統(tǒng)隔離配電系統(tǒng)隔離，以保證配電系統(tǒng)，以保證配電系統(tǒng)中其他電器設(shè)備維修時的安全。中其他電器設(shè)備維修時的安全。 對開關(guān)類電器能接通、分?jǐn)囝~定電流，對熔斷器組合電器還具有短路和過載保護(hù)短路和過載保護(hù)功能。主要品種：主要品種： 開關(guān)、隔離、隔離開關(guān)、開關(guān)熔斷器組、熔斷器組合電器、隔離器熔斷器組、隔離開關(guān)熔斷器組、熔斷器式開關(guān)、熔斷器式隔離器、熔斷器式隔離開關(guān)等。開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)、熔斷器組合電器開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)、熔斷器組合電器 用于兩路電源的轉(zhuǎn)換。保證重要負(fù)載連續(xù)供電。用于兩路電源的轉(zhuǎn)換。保證重要負(fù)載連續(xù)供電。在某些場合還需要具有過電流保護(hù)過電流保護(hù)功能（如

5、CB型產(chǎn)品）主要品種：主要品種： 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、遙控轉(zhuǎn)換開關(guān)、智能型雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)等。雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電器熔斷器熔斷器主要品種：主要品種： 專職人員用螺旋式熔斷器、非熟練人員用熔斷器、半導(dǎo)體器件保護(hù)用熔斷器（快速熔斷器）。 用作低壓配電線路或設(shè)備低壓配電線路或設(shè)備的短路與過載保護(hù)短路與過載保護(hù)。1 1、低壓電器按照工作職能分類、低壓電器按照工作職能分類接觸器起動器控制電路電器控制器變阻器、電阻器電磁鐵調(diào)整器（2 2）控控制制電電器器 用于頻繁接通和分?jǐn)嚯娐奉l繁接通和分?jǐn)嚯娐?，并與適當(dāng)?shù)臒崂^電器或電子式過載繼電器（電動機(jī)保護(hù)器）組合，以保護(hù)操作中可能發(fā)生過載的電路。

6、主要品種： 交流接觸器、直流接觸器、真空接觸器、半導(dǎo)體接觸器、智能型接觸器等接觸器接觸器 用作各類交流電動機(jī)起動、停止、正反轉(zhuǎn)控制交流電動機(jī)起動、停止、正反轉(zhuǎn)控制。主要品種：主要品種： 全電壓直接起動器、星-三角起動器、自耦減壓起動器、變阻式起動器、半導(dǎo)體起動器、軟起動器、智能型軟起動器等。起動器起動器 主要用于接通、分?jǐn)嗫刂齐娐方油ā⒎謹(jǐn)嗫刂齐娐?，以發(fā)出控制指令發(fā)出控制指令或用作程序控制?；蛴米鞒绦蚩刂啤Ｖ饕贩N：主要品種： 中間繼電器、時間繼電器、萬能式轉(zhuǎn)換開關(guān)、位置開關(guān)（行程開關(guān)）、按鈕、主令控制器、接近開關(guān)等。 接近開關(guān)可作為檢測元件并輸出動作指令。接近開關(guān)可作為檢測元件并輸出動作指令

7、?？刂齐娐冯娖骺刂齐娐冯娖?主要用于電氣控制設(shè)備中轉(zhuǎn)換主電路或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換主電路或發(fā)電機(jī)勵磁回路的接法勵磁回路的接法，以達(dá)到電動機(jī)起動、換向和調(diào)速的目的。主要品種：主要品種： 凸輪控制器、平面控制器?？刂破骺刂破?主要用作發(fā)電機(jī)調(diào)壓或電動機(jī)平滑起動、調(diào)速，發(fā)電機(jī)調(diào)壓或電動機(jī)平滑起動、調(diào)速，或改變電路參數(shù)或改變電路參數(shù)，變電能為熱能變電能為熱能之用。主要品種：主要品種： 勵磁變阻箱、起動變阻器、頻敏變阻器、鐵基合金電阻等。變阻器、電阻器變阻器、電阻器 用于起重、操縱或牽引機(jī)械裝置。主要品種：主要品種： 起重電磁鐵、牽引電磁鐵、制動電磁鐵等。電磁鐵電磁鐵 使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)主要品種：

8、主要品種： 碳阻式調(diào)整器、磁放大器式調(diào)整器等。調(diào)整器調(diào)整器終端電器終端電器家用及類似用途電器：家用及類似用途電器：模數(shù)化熔斷器組合電器：模數(shù)化熔斷器組合電器：終端組合電器：終端組合電器： 終端配電系統(tǒng)導(dǎo)線和家用電器過載和短路保護(hù)、漏電及人身觸電保護(hù)。主要品種：主要品種：小型斷路器、模數(shù)化剩余電流斷路器等。主要品種：主要品種：模數(shù)化熔斷器式隔離器、模數(shù)化開關(guān)熔斷器、熔斷體。終端配電系統(tǒng)過載和短路保護(hù) 終端用電系統(tǒng)配電、保護(hù)、控制，可不頻繁接通與分?jǐn)嚯娐?。主要品種：主要品種：非熟練人員用終端電器、熟練人員用終端組合電器等 （3 3） 終終 端端 電電 器器2 2、低壓電器的其他分類方法、低壓電器的

9、其他分類方法（1 1）按標(biāo)準(zhǔn)體系分類）按標(biāo)準(zhǔn)體系分類1 1）低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備：）低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備： 低壓斷路器，低壓開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器，機(jī)電式接觸器和電動機(jī)起動器，機(jī)電式控制電路電器，交流半導(dǎo)體電動機(jī)控制器和起動器，控制與保護(hù)開關(guān)電器，接近開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)，設(shè)備用斷路器等2 2）家用和類似用途電器）家用和類似用途電器 家用和類似場所用過電流保護(hù)斷路器（小型斷路器），家用和類似用途的剩余電流斷路器，家用和類似用途的帶過電流的剩余電流斷路器等3 3）低壓熔斷器）低壓熔斷器 專職人員使用的熔斷器，非熟練人員使用的熔斷器，半導(dǎo)體設(shè)備保護(hù)用熔斷器。4 4）低壓浪涌保護(hù)器）低

10、壓浪涌保護(hù)器（1 1）按標(biāo)準(zhǔn)體系分類）按標(biāo)準(zhǔn)體系分類（2 2）按動作方式分類）按動作方式分類機(jī)械動作電器：機(jī)械動作電器：有觸點(diǎn)電器有觸點(diǎn)電器自動切換電器非自動切換電器非機(jī)械動作電器：非機(jī)械動作電器：無觸點(diǎn)電器無觸點(diǎn)電器（各種開關(guān)管、電（各種開關(guān)管、電力電子器件）力電子器件）混合式電器：混合式電器：有觸點(diǎn)與無觸點(diǎn)相結(jié)合組成的電器（3 3）按滅弧介質(zhì)分類）按滅弧介質(zhì)分類空氣式電器：空氣式電器：滅弧介質(zhì)為空氣真空電器：真空電器：滅弧介質(zhì)為真空（4 4）按功能分類）按功能分類標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)準(zhǔn)型智能型（含有通信模式和無通信模式）智能型（含有通信模式和無通信模式）多功能型多功能型3 3、高壓電器的分類、高壓電器

11、的分類開關(guān)電器開關(guān)電器：限制電器：限制電器：變換電器變換電器: :組合電器組合電器: :用來關(guān)合和開斷電路高壓斷路器高壓隔離開關(guān)高壓熔斷器高壓負(fù)荷開關(guān)限制電路中電壓和電流接地開關(guān)電抗器避雷器變換電路中的電壓和電流使之便于檢測電流互感器電壓互感器 將上述幾種電器，按一定的線路裝配成一個整體的電器1.2 1.2 典型電器的結(jié)構(gòu)原理典型電器的結(jié)構(gòu)原理系統(tǒng)的觀點(diǎn)（電網(wǎng)系統(tǒng)或自動化拖動系統(tǒng)）：系統(tǒng)的觀點(diǎn)（電網(wǎng)系統(tǒng)或自動化拖動系統(tǒng)）：電器（高低壓電器，成套電器等） 線路中的一個元件。控制角度：控制角度： 感測器官感測器官接受信號，作出判斷，發(fā)出指令；接受信號，作出判斷，發(fā)出指令； 執(zhí)行器官執(zhí)行器官輸出指令

12、信號，實(shí)現(xiàn)控制目的。輸出指令信號，實(shí)現(xiàn)控制目的。 連動機(jī)構(gòu)連動機(jī)構(gòu)聯(lián)系感測器官和執(zhí)行器官的部分。聯(lián)系感測器官和執(zhí)行器官的部分。如：傳統(tǒng)有觸點(diǎn)自動電器中，感測部分大部分為電磁機(jī)構(gòu)。如：傳統(tǒng)有觸點(diǎn)自動電器中，執(zhí)行部分大部分為觸頭機(jī)構(gòu)。斷路器斷路器 接觸器是一種適用于在低壓配電系統(tǒng)中接觸器是一種適用于在低壓配電系統(tǒng)中遠(yuǎn)距遠(yuǎn)距離控制、頻繁的接通和斷開離控制、頻繁的接通和斷開交直流主電路及大容交直流主電路及大容量控制電路的自動控制開關(guān)電器。量控制電路的自動控制開關(guān)電器。應(yīng)用最廣泛的是空氣電磁式接觸器，通常簡稱交流應(yīng)用最廣泛的是空氣電磁式接觸器，通常簡稱交流接觸器和直流接觸器。接觸器和直流接觸器。 電磁式

13、接觸器的結(jié)構(gòu)：電磁式接觸器的結(jié)構(gòu)： 電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸頭和基座。1.2.2 1.2.2 接觸器接觸器常用交流接觸器常用交流接觸器直流接觸器直流接觸器繼電器是電器的典型產(chǎn)品之一。繼電器是電器的典型產(chǎn)品之一。1.2.3 1.2.3 繼電器繼電器它是一種具有跳躍輸出特性傳遞信號具有跳躍輸出特性傳遞信號的電器，廣泛應(yīng)用于控制和通信控制和通信領(lǐng)域。感測部件中間部件執(zhí)行部件（感測各種物理量）（比較，輸出信號） （接通或分?jǐn)嚯娐罚╇妷?、電流、時間、溫度等）1.2.3 1.2.3 繼電器繼電器電磁式繼電器的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理電磁式繼電器的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理1-磁軛，2-反力

14、彈簧，3-反力調(diào)節(jié)螺釘，4-開距調(diào)節(jié)螺釘，5-動鐵心，6-軛鐵，7-靜鐵心，8-極靴，9-線圈，10-觸頭系統(tǒng)當(dāng)勵磁線圈通電以后，磁路磁化產(chǎn)生電磁吸力，當(dāng)電磁吸力大于彈簧反力以后，銜鐵運(yùn)動，帶動觸頭運(yùn)動，完成電路通斷任務(wù)，此繼電器具有一對常開觸頭和一對常閉觸頭。繼電器主要參數(shù)繼電器主要參數(shù)1 1）繼電特性）繼電特性: :反映繼電器的輸出輸入關(guān)系的特性。x x0 0 x xr rx xy y1 10 0繼電器繼電器x xy y繼電器主要參數(shù)繼電器主要參數(shù)2 2）返回系數(shù)（恢復(fù)系數(shù)）返回系數(shù)（恢復(fù)系數(shù)）動作值xr與x0的比0rfhxxK一般繼電器的返回系數(shù)都小于13 3）控制系數(shù)）控制系數(shù)：繼電器

15、觸點(diǎn)的控制功率PC（即觸點(diǎn)的工作電壓乘以允許的最大通斷電流）和線圈吸取的最小動作功率P0之比。0CczPPK繼電器主要參數(shù)繼電器主要參數(shù)4 4）靈敏度）靈敏度繼電器在規(guī)定負(fù)載條件下的最小動作功率P0。5 5）吸合時間）吸合時間繼電器從獲得輸入信號起到觸頭完成動作止的時間6 6）釋放時間）釋放時間繼電器從斷開輸入信號起到觸頭完成動作止的時間 電器的工作原理是多種多樣的。電器在運(yùn)行中存電器的工作原理是多種多樣的。電器在運(yùn)行中存在著電、磁、光、熱、機(jī)械、力等復(fù)雜的物理、化在著電、磁、光、熱、機(jī)械、力等復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。學(xué)過程。1.3 1.3 電器研究的主要理論范疇電器研究的主要理論范疇電磁機(jī)構(gòu)理

16、論電接觸理論電弧理論發(fā)熱、電動力理論 電器研究的理論范疇有下列幾個方面：1. 1. 電器發(fā)熱理論電器發(fā)熱理論電器發(fā)熱機(jī)理；電器發(fā)熱機(jī)理；電器在長期、短時和反復(fù)短時工作制下的發(fā)熱和冷卻過程電器在長期、短時和反復(fù)短時工作制下的發(fā)熱和冷卻過程及其過載能力；及其過載能力；電器導(dǎo)電部件在大電流但通電時間極短（例如導(dǎo)線上存在電器導(dǎo)電部件在大電流但通電時間極短（例如導(dǎo)線上存在短路電流）作用下的發(fā)熱規(guī)律；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。導(dǎo)電部件的熱穩(wěn)定性校驗(yàn)等。HOMEHOME 1-4 1-4 電器學(xué)涉及的主要理論電器學(xué)涉及的主要理論2.2.電動力計(jì)算：電動力計(jì)算： 不同幾何形狀載流體在

17、不同形式電流作用下、在不同空間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所受到電動力；或平面分布時所受到電動力；HOMEHOME 1-4 1-4 電器學(xué)涉及的主要理論電器學(xué)涉及的主要理論電器在短路電流作用下的電動穩(wěn)定性等。電器在短路電流作用下的電動穩(wěn)定性等。 （3 3）電弧的靜伏安特性和動伏安特性；）電弧的靜伏安特性和動伏安特性；（4 4）電弧電流過零時的介質(zhì)恢復(fù)和電壓恢復(fù)過程。）電弧電流過零時的介質(zhì)恢復(fù)和電壓恢復(fù)過程。 HOMEHOME 1-4 1-4 電器學(xué)涉及的主要理論電器學(xué)涉及的主要理論4. 4. 電接觸理論電接觸理論1 1）電接觸的物理化學(xué)過程中的熱、電、磁以及金

18、屬變形等的效應(yīng)；）電接觸的物理化學(xué)過程中的熱、電、磁以及金屬變形等的效應(yīng)；2 2）接觸電阻的物理化學(xué)本質(zhì)及其計(jì)算；）接觸電阻的物理化學(xué)本質(zhì)及其計(jì)算；3 3）接觸或開斷過程中，觸頭的腐蝕、磨損和金屬遷移；）接觸或開斷過程中，觸頭的腐蝕、磨損和金屬遷移；4 4）觸頭在閉合過程中振動磨損和熔焊；）觸頭在閉合過程中振動磨損和熔焊；5 5）電接觸的結(jié)構(gòu)形式、觸頭材料、加工工藝等。）電接觸的結(jié)構(gòu)形式、觸頭材料、加工工藝等。HOMEHOME 1-4 1-4 電器學(xué)涉及的主要理論電器學(xué)涉及的主要理論5. 5. 電磁機(jī)構(gòu)理論電磁機(jī)構(gòu)理論氣隙磁導(dǎo)計(jì)算；氣隙磁導(dǎo)計(jì)算；磁路分析與計(jì)算；磁路分析與計(jì)算；電磁吸力計(jì)算；電

19、磁吸力計(jì)算；電磁鐵靜態(tài)與動態(tài)特性等。電磁鐵靜態(tài)與動態(tài)特性等。HOMEHOME 1-4 1-4 電器學(xué)涉及的主要理論電器學(xué)涉及的主要理論低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展1.4 1.4 電器技術(shù)的發(fā)展與展望電器技術(shù)的發(fā)展與展望我國低壓電器的發(fā)展大致可分為以下三個階段：我國低壓電器的發(fā)展大致可分為以下三個階段：1、六十七十年代初在模仿基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的第一代統(tǒng)一設(shè)計(jì)產(chǎn)品。以CJ10、DW10、DZ10、JR1B為代表，約29個系列產(chǎn)品。目前市場占有率大約在20%30%左右。特點(diǎn)：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸大，材料消耗多、性能指標(biāo)不理想、品種規(guī)格不夠齊全。相當(dāng)于國外50年代產(chǎn)品水平。2 2、七十年代末八十年代、七

20、十年代末八十年代更新?lián)Q代和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)更新?lián)Q代和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)制造的第二代產(chǎn)品。制造的第二代產(chǎn)品。 以以CJ20CJ20、DW15DW15、DZ2DZ2為代表，共為代表，共5656個系列。目前市場占有率個系列。目前市場占有率大約在大約在50%60%50%60%左右，是我國低壓電器的支柱產(chǎn)品。左右，是我國低壓電器的支柱產(chǎn)品。 特點(diǎn)：引進(jìn)國外技術(shù)制造的產(chǎn)品以特點(diǎn)：引進(jìn)國外技術(shù)制造的產(chǎn)品以MEME、AEAE、3WE3WE、AHAH、B B、3TB3TB、LC1-DLC1-D等為代表，共等為代表，共3434個系列。技術(shù)指標(biāo)明顯提高，個系列。技術(shù)指標(biāo)明顯提高，保護(hù)特性較完善，體積縮小，結(jié)構(gòu)上適應(yīng)成

21、套裝置要求。保護(hù)特性較完善，體積縮小，結(jié)構(gòu)上適應(yīng)成套裝置要求。總體技術(shù)性能相當(dāng)于國外總體技術(shù)性能相當(dāng)于國外7070年代末年代末8080年代初水平。年代初水平。1.4.1 1.4.1 電器技術(shù)的發(fā)展電器技術(shù)的發(fā)展3 3、九十年代至今、九十年代至今跟蹤國外新技術(shù)新產(chǎn)品自行開發(fā)研制跟蹤國外新技術(shù)新產(chǎn)品自行開發(fā)研制了第三代的新產(chǎn)品。了第三代的新產(chǎn)品。 以以DW40DW40、DW45DW45、DZ40DZ40、S S、CJ40CJ40等為等為 代表的十多個系列代表的十多個系列產(chǎn)品，與國外公司合資生產(chǎn)的產(chǎn)品如產(chǎn)品，與國外公司合資生產(chǎn)的產(chǎn)品如M M、F F、3TF3TF約約3030個系個系列產(chǎn)品。目前市場占有率大約在列產(chǎn)品。目前市場占有率大約在5%5%10%10%左右。左右。 特點(diǎn)：產(chǎn)品性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、電子化、智特點(diǎn)：產(chǎn)品性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、電子化、智能化、組合化、模塊化、多功能化，總體技術(shù)性能達(dá)到能化、組合化、模塊化、多功能化，總體技術(shù)性能達(dá)到或接近國外或接近國外8080年代末年代末9090年代初水平。年代初水平。1.4.1 1.4.1 電器