电器学湖南大学课件2012120

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七、本课程的考核方法
电力机车电器课程的考核方法为平 时成绩（包括出勤、作业、课堂表现等） 占总评成绩的20%，考试成绩占总评成绩 的80%。
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第一 章 电器理论基础知识
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第一节 电接触的基本知识
一、概述
电接触—载流导体及电器的导电回路中，
电力用自动化继电保护柜、低压开关柜、低压控 制柜、电子逻辑控制装置、顺序控制器、无触点 自动化成套装置等。
（二）按电器的用途分
1.电力网系统用电器—高压断路器、高压熔断器、 避雷器、自动开关等。
2.电力拖动自动控制系统用电器—接触器、继电 器、变阻器等。 3.自动化通讯用弱电电器—微型继电器、舌簧管、 电子逻辑元件等。
（2）温度
触头的接触电阻随着温度的升高而增加。
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（3）化学腐蚀
指单纯由化学作用引起的腐蚀。暴露在空 气中的接触面都将产生氧化作用。铜触头的 允许温升很低，而银或镀银的触头工作很稳 定。
（4）电化学腐蚀
采用不同的金属作触头对时，由于两金属 接触处有电位差，当湿度大时，在触头对的 接触处会发生电解作用，引起触头的电化学 腐蚀，使接触电阻增加。
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三、电器在电 力系统中的地 位和作用
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四、电力机车电器的分类
（一）按电器所接入的电路分
1.主电路电器—指使用在电力机车主电路中的电 器。 2.辅助电路电器—指使用在电力机车辅助电路中 的电器。 3.控制电路电器—指使用在电力机车控制电路中 的电器。
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三、触头的振动与熔焊
1.产生振动的原因

1）电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路
中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。 2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总
有一部分漏磁通。 3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁
路中铁心的导磁率随着饱和程度而有所变化。 4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路
中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不可以
异步发电机 异步电动机
电机类型
使用中的变压器
电动机
汽轮发电机组
水轮发电机
电能的生产、传输和分配
返回
驱动生产装置和机械
返回
控制系统和智能化装置的重要元件
返回
电机的作用
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
磁感应强度（又称磁通密度）B —— 表征磁场强弱 及方向的物理量。单位：Wb/m2
磁通量Φ —— 垂直穿过某截面积的磁力线总和。 单位：Wb
磁场强度H —— 计算磁场时引用的物理量。 B=μH ，单位：A/m
二. 磁路的概念
磁通所通过的路径称为磁路
三、磁路的基本定律
1、安培环路定律
沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所 包围的电流的代数和
0.51-04m
4.线圈砸数：N＝500 5.给定磁通：
9.910-4Wb
计算数据： 1.励磁磁动势F 2.励磁电流I
磁路基本定律及计算方法
将磁路分为铁心段和气隙段 l0.3,m A 91 4 0 m 2
0.51-04ml0.3,m A9140m2
B /A 1.1T 铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：HFe493/m A

详细描述
绝缘原理涉及到电器中的绝缘材料和绝缘技术，是保证电器安全运行的重要因素之一。常用的绝缘材料包括塑料 、橡胶、陶瓷等，这些材料具有良好的电气性能和耐热性能。同时，为了提高电器的绝缘性能，还需要采取一系 列的绝缘技术措施，如绝缘结构设计、表面处理等。
03 电器的基本元件
电阻器
总结词
电阻器是用来限制电流的元件，其阻值大小与导体长度、截 面积、材料和温度等因素有关。
电器的热学原理
总结词
热传导、热对流和热辐射是热量传递的三种基本方式。
详细描述
热传导是指物体内部微观粒子之间的热量传递；热对流是指流体与固体表面之间 的热量传递；热辐射是指物体通过电磁波的方式向外界发射热量。这三种方式在 电器中的热量传递过程中都有应用。
电器的绝缘原理
总结词
绝缘原理涉及到电器中的绝缘材料和绝缘技术。
电器的组成与功能
组成
电器通常由输入电路、控制电路、执 行机构和外壳等部分组成。
功能
不同的电器具有不同的功能，如控制 电路通断、调节电流和电压的大小、 保护电路免受过流、过压等损害等。
电器的应用与发展
应用
电器广泛应用于各个领域，如工业、农业、交通运输、通讯、商业等，是现代 社会生产和生活中不可或缺的重要工具。
发展
随着科技的不断进步和人们需求的不断提高，电器也在不断发展，新的材料、 新的技术不断涌现，推动着电器向更高性能、更智能化、更环保的方向发展。
02 电器的工作原理
电路的基本原理
总结词
电路是电流的通道，由电源、负载和中间环节组成。
详细描述
电路是电流的通道，由电源、负载和中间环节组成。电源 提供电能，负载消耗电能并实现预定功能，中间环节包括 导线和各种元件，起到传输和控制作用。

3
电力系统的中性点接地方式
包括直接接地、不接地和经消弧线圈接地三种方 式。
电磁现Байду номын сангаас与电磁场理论
电磁现象
电荷和电流周围存在电场和磁场，当 电场和磁场发生变化时会产生电磁波 。
电磁场理论
研究电磁场的基本性质、分布规律和 相互作用的科学理论，包括麦克斯韦 方程组、电磁波的传播和辐射等内容 。
电路基本元件及伏安特性
06
电力电子技术及其应 用
电力电子器件类型和特点
01
02
03
04
05
晶闸管（SCR）
可关断晶闸管（ GTO）
电力晶体管（ GTR）
电力场效应晶体 绝缘栅双极型晶
管（MO…
体管（I…
具有可控的单向导电性， 主要用于可控整流电路。
可通过门极信号关断，适 用于高频率、大容量场合 。
具有电流放大作用，驱动 电路简单，开关速度快。
直流电路在生活中的应用
01
02
03
04
家庭照明电路的连接与故障排 除
电池充电与放电过程中的电流 与电压变化
温度传感器中的热敏电阻工作 原理及应用
汽车电路中的直流电机工作原 理及故障检测
03
交流电路分析与应用
正弦交流电基本概念及表示方法
正弦交流电的定义
01
大小和方向随时间按正弦规律变化的电流或电压。
伺服电机
具有高精度、快速响应等特点 ，广泛应用于自动化设备中，
如机器人、数控机床等。
步进电机
能够将电脉冲信号转换为角位 移或线位移，适用于需要精确 定位和控制的场合。
永磁同步电机
具有高效率、高功率密度等优 点，被广泛应用于电动汽车、 风力发电等领域。

工业以太网在自动化领域发展
01
工业以太网概述
介绍工业以太网的概念、特点和发展趋势。
02
工业以太网在自动化领域的应用
应用于自动化设备之间的实时通信和数据传输，实现设备远程监控和故
障诊断等功能。
03
工业以太网与现场总线的比较分析
从通信速率、传输距离、实时性等方面进行比较分析，阐述工业以太网
的优势和挑战。
05
节能环保与新能源技术
高效节能照明产品推广
LED照明产品
具有高亮度、长寿命、低能耗等优点，广泛应用于室内外照明领 域。
智能照明控制系统
通过感应器、调光器等设备实现对照明设备的智能控制，达到节 能目的。
推广措施
政府补贴、企业合作、宣传教育等多元化推广手段，提高高效节 能照明产品的市场占有率。
太阳能光伏发电技术
DCS集散控制系统
DCS系统组成及工作原理
包括操作站、控制站、通信网络等部分，实现分散控制、集中管 理的功能。
DCS在电气控制中的应用
应用于大型发电机组、变电站等电气设备的监控和管理，提高设备 运行的安全性和稳定性。
DCS与PLC的比较分析
从系统结构、控制功能、通信协议等方面进行比较分析，阐述各自 的特点和适用范围。
电路组成与分类
组成
电路由电源、负载、连接导线和控 制设备四个基本部分组成。
分类
根据电路的结构和性质，电路可分 为直流电路和交流电路；根据电路 的功能和用途，电路可分为模拟电 路和数字电路。
电磁感应原理
法拉第电磁感应定律
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率 成正比。
楞次定律
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

序号
位号
名称
一 1 二 1 三 1 四 1 五 1 六 1 七 1 八 1 2 3 4 5 6 7 8
中间水池及滤 池 P-101A~C 紫外消毒及出 水计量 DIS-201 碳源投加间 MX-301A~B 风机房及加药 间 B-401A~C 贮泥池 J-501A~B 污泥干化部分 污泥干化预留 氧化沟预留 P-601A~B 其它设备 仪表及 PLC 电 源 室外设备照明 （新建） 检修电源（预 留） 合计 total 同时系数 负荷计算 折算损耗 0.4KV 侧无功 补偿容量 Kvar 折算至 10KV 侧 0.96377 0.28 366.61 0.9 20 20 20 20.00 20.00 20.00 588.50 0.97 20.00 20.00 20.00 457.75 40.00 40.00 40.00 699.13 1 1 1 14 0 0 0 3 1 1 1 17 1 1 0.4 0.8 0.8 0.5 0.83305 0.81318 0.75 0.75 1.73 0.66 0.72 20.00 20.00 8.00 402.40 362.16 4.45 15.00 15.00 13.86 267.22 259.20 22.27 180 101.47 380.40 549.07 445.36 40.00 40.00 16.00 609.70 676.67 内回流泵 25 50.00 50.00 100.00 2 0 2 0.9 0.85 0.62 45.00 27.89 90.00 52 52.00 52.00 104.00 1 0 1 0.9 0.85 0.62 46.80 29.00 93.60 沉水式曝气机 2.5 5.00 5.00 12.50 2 0 2 0.8 0.8 0.75 4.00 3.00 10.00 反洗鼓风机 75 225.00 150.00 300.00 2 1 3 0.9 0.85 0.62 135.00 83.67 270.00 乙酸钠加药搅 拌机 0.75 1.50 0.75 2.63 1 1 2 0.8 0.8 0.75 0.60 0.45 2.10 紫外线消毒系 统 30 30.00 30.00 60.00 1 0 1 0.8 0.8 0.75 24.00 18.00 48.00 中间水池提升 泵 55 165.00 110.00 220.00 2 1 3 0.9 0.85 0.62 99.00 61.35 198.00

§4-1
弧隙中的介质恢复过程
2）当弧柱温度在3000～4000℃以下，热电离作 用已基本上停止，Rz→∞，无电弧。若此时外加电压， 将产生电场。
如电场强度足够高，则可能产生间隙击穿而使电弧
重燃，即电击穿。
电流过零后的这一阶段称为电击穿阶段。
弧柱区的介质恢复过程对熄灭交流长弧具有重要意 义，是所有高压电器和部分低压电器设计的理论基础。
弧隙中的电压恢复过程
§4-2
L C 2
弧隙中的电压恢复过程
（2）设 R
，有
1， 0 0 2
，则整理得恢复电压为：
1 2 1 式中 0 （ ） 2RC LC
0 t
0 uhf U gm U gme （ sh 0t ch 0t） 0
Uhf的波形图见教材图4-14。
6. 交流电弧的熄灭条件； 7. 交流电弧熄灭过程的计算方法。
第四章 交流电弧的熄灭原理
本章讲授内容 （其中红色内容是重点） 介质恢复过程的概念和 介质恢复强度特性。 2．弧隙上的电压恢复过程 电压恢复过程及电弧参数 对恢复过程的影响。 3．交流电弧的熄灭条件 交流电弧的熄灭条件 计算方法。
1．弧隙中的介质恢复过程
§4-2
弧隙中的电压恢复过程
b）电感性负载：ih落后于u，ih过零时u约为幅值。若 ih 过零后电弧熄灭，电路开断，uhf 将由零跃升到u的幅值 （理想情况下），然后再按工频电压变化，故uhf 常含有暂
态分量，其上升速度比 a）的快得多。
c）电容性负载：ih超前于u。当ih过零时u是幅值，电 容C被充电到u的幅值。电弧熄灭后，C将保持该电压。uhf在 电流过零后其值为零，然后随着u变化逐渐增大。当u达反 向幅值时，uhf达u幅值的两倍，不含暂态分量，其稳态分量

为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压器二次
侧额定电压取比线路额定电压高10%。
1）一次绕组
①不与发电机直接相连（降压变）
ＵT1.e＝Ｕw.e
②与发电机直接相连（升压变、厂用变）
ＵT1.e＝ＵG.e＝1.05Ｕw.e
2）二次绕组 (指空载值)
①Ｕd％≥7.5 或高压侧为35kV及以上
ＵT2.e＝1.10Ｕw.e
我国国家标准规定： 6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500kV
线路额定电压即线路的平均电压 UWe=(Ua＋Ub)/2 。
各用电设备的额定电压取与线路的额定电压相等。从而使 所有用电设备在额定电压的附近处运行。
用电设备容许的电压偏移一般为5%，沿线电压降落一般为 10%，因而要求线路始端电压为额定值的1.05倍，并使末端电压 不低于额定值的0.95倍。
②Ｕd％＜7.5 或高压侧为35kV以下或短线路
ＵT2.e＝1.05Ｕw.e
表9-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压（线间电压，单位kV） 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目
用电设备额定 电压与电力网
额定电压
发电机 额定电压
2004年底发电装机容量达 4.4亿 kW，仅次于美国的8.9 亿kW；年发电量达 21870 亿 kW.h，均居世界第 2 位。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
世界发电分类构成图
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目

电力系统中的核心设备——高压断路器的结构演变是随着灭弧原 理与灭弧装置不断创新而发展的，它经历了从多油灭弧到少油灭弧 ；从压缩空气吹弧到真空灭弧；从一般的空气、油气到SF6负电性 气体灭弧。不仅如此，高压电器从户外式、户内式单独结构上发展 到SF6全封闭组合式结构。
总而言之，电器产品和电器技术由于电力系统及配电系统和自动 化拖动系统的推动，它的发展是十分迅速。电器技术理论和电器产 品结构正处于不断更新和全面提高的阶段。
熔焊。 电接触理论的主要研究内容包括电接触的物理与化学过程，电接
触的热、电、磁以及金属变形等各种效应，接触电阻的物理化学本 质及其计算，电接触元件当接触和分开过程中电接触元件的腐蚀磨 损和金属迁移，触头在闭合操作过程中的振动、磨损和熔焊等。 4.电弧理论
气体击穿理论、各种放电理论、直流电弧和交流电弧理论、灭弧 方法。
2.典型电器的结构原理
开关电器的转换深度
任何开关的触点都是具有接触电阻的。设 RDK为开关断开电路时的电阻值，RJT为开关接 通电路时的电阻值，h为开关电器的转换深度 。我们有：
①有触点电器，h=1010~1014； ②无触点电器，h=104~107 。
有触点电器具有高转换深度，使得电器执行 接通任务时电能损耗小，执行开断任务时电路 电阻大，从而保证电器的耐压水平。缺点是断 开电路时触头间的电弧会影响开关电器的使用 寿命；无触点电器虽然执行开断任务时无电弧 ，但接通电阻大，电能损耗也大，发热严重。
在强电领域中，根据电器所控 制的对象有电力系统与配电系统 和电力拖动两大应用领域。
在电气拖动领域，电器的发展 历程如下： ①从手动操作到自动操作的过程。 ②从开关、调节和保护的作用发展到更多功能（例如控制、检测和 变换等）的过程。 ③从有触点电器发展到无触点电器的过程。 ④从单个元件发展到组合电器和成套装置的过程。