电器学原理概论课件.ppt

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1、1先修课程：高等数学、工程数学、电路理论 2考核方式：闭卷考试 3使用教材及参考书 （1）教材： 1、 电器学原理，曹云东等编著，机械工业出版社，2019年5月。 （2）参考书： 1、电器理论基础（修订本），张冠生主编，机械工业出版社。 2、电器学，夏天伟、丁明道主编，机械工业出版社，2000年。,电器学( Electrcal Appliances)课程体系,1先修课程：高等数学、工程数学、电路理论,4、学时分配表,电器理论基础 电器学( Electrcal Appliances)课程体系,4、学时分配表序 号内容讲授学时实验学时1概论222电器的发,电器的定义和分类,电器学涉及的主要理论,电

2、器技术的发展及其展望,第1章 概 论,典型电器结构及工作原理,电器的基本组成,31245 电器的定义和分类电器学涉及的主要理论 电器技术,1-1 电器的定义和分类,HOME,第1章 电器概论,何为电器？请列举所知的电器产品。,对电力网或电力电路实行通、断和操作转换者是电器;对电动机实行起动、停止、正转、反转完成控制任务者是电器;对电路负载、电工设备或电动机进行过载、过压、短路、断相等保护的电工器械也是电器;在电路中传递、变换、放大电的或非电的信号达到自动检测和调节的电工器械也是电器。,1-1 电器的定义和分类HOME第1章 电器概论何为电器,1. 电器的定义 凡根据外界指定信号和要求，自动或手

3、动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备，称为电器。,1-1 电器的定义和分类,HOME,电器与电气的区别？,1. 电器的定义1-1 电器的定义和分类HOME电器与电,二、电器的分类,1、按功能分类(1)手动操作电器例如刀开关，隔离开关，按钮以及手动变阻器等;(2)自动切换电器例如高压断路器，低压断路器等，(3)自动控制电器例如交流接触器，直流接触器，各种控制继电器等，(4)起动调速电器例如电磁起动器，星三角起动器，自耦补偿起动器，变阻器，以及某些调速装置等，(5)自动保护电器例如保护继电器，熔断器，避雷器等，(6)稳压与

4、调压电器例如自动调压器，自动稳压器及其装置，(7)测量、放大与变换元件例如传感器，磁放大器，高低压电流互感器，电压互感器等，(8)牵引与传动元件例如各种操作和牵引电磁铁以及机械负载传动用电磁离合器等;,1-1 电器的定义和分类,二、电器的分类 1、按功能分类1-1 电器的定义和分类,2、按结构工艺和生产部门分类(1)高压开关电器高压断路器，隔离开关，避雷器，电抗器，电压互感器，电流互感器等；(2)低压开关电器接触器，起动器，低压断路器熔断器，继电器，变阻器和主令电器等；(3)自动电磁元件阀用电磁铁，电磁离合器，磁放大器，磁性逻辑元件，微型继电器，传感器和自动电压调节器等，(4)成套电器和自动化

5、装置高压成套开关框，电力用自动化继电保护屏，低压开关柜，低压传动屏，半导体逻辑控制装置，顺序控制器和无触点自动化成套装置等。,2、按结构工艺和生产部门分类,3、按元件与使用系统的关系分类(1)电力网系统用电器例如高压断路器，高压熔断器，低压断路器低压熔断器以及电抗器和避雷器。除电抗器和避雷器外，对这类电器的主要技术要求是通断能力强，限流效应好，动稳定和热稳定高，操作过电压低、保护性能完善。,(2)电力拖动自动控制系统用电器例如接触器、起动器、继电器等。对这类电器的主要技术要求是转换能力强，动作时间快，操作效率高电气和机械寿命长等(3)自动化通信用弱电电器微型继电器，舌簧管，磁性或晶体管逻辑元件

6、等。对这类自动化元件，它的主要要求是动作时间快，灵敏度高，抗干扰能力强，特性误差小，寿命长和工作绝对可靠。,3、按元件与使用系统的关系分类(2)电力拖动自动控制系统用电,4、按使用场合和工作条件分类(1)一般工业企业用电器适用于大部分工业企业环境；(2)特殊工矿企业用电器适用于矿山、冶金、化工等特殊环境，例如矿用防爆电器和化工用电器；(3)农用电器适合农村环境而专门生产的电器；(4)热带用电器和高原用电器适合于热带、亚热带地区以及高原山区而派生的电器；(5)牵引、船舶、航空等电器例如船用电器，电气铁道用的牵引电器，航空电器以及汽车、拖拉机用电器等。,4、按使用场合和工作条件分类,5、按执行机能

7、和转换深度分类(1)有触点电器电器通断的执行功能由触点来实现;(2)无触点电器通断的执行功能不是由触点结构来实现，而是根据开关元件输出信号的高低电平来实现。在执行通断任务的转换过程中，引入转换深度的概念式中：RDK断开或截止时执行电路的电阻值， RJT接通或导通时执行电路的电阻值。对有触点电器，h=10101014、而对无触点电器，h=104107 。(3)混合式电器有触点和无触点结合的电器，它的转换深度介乎两者之间。,5、按执行机能和转换深度分类,1-2 电器的基本组成,HOME,1. 感测器官,2. 逻辑判断器官,3. 执行器官,4. 传动或操动机构,1-2 电器的基本组成HOME1. 感

8、测器官2. 逻辑判断,从系统的观点看，一切高、低压电器，包括成套电器在内，均是线路中的一个元件。从控制角度观察，电器必须具有输入和输出两大部分，在结构上具有感测器官和执行器官。感测器官接受输入信号，经过检测比较作出判断，然后命令执行器官动作，输出指令信号，实现控制目的。在有触点的自动电器中，感测部分大都是电磁机构系统，它是由动静铁心、线圈和弹簧组成。执行部分是触头灭弧系统，由动静触头、灭弧装置和导电部件组成。,从系统的观点看，一切高、低压电器，包括成套电器在内，均是线路,电器内部两大基本组成部分感测和执行之间存在彼此矛盾，互相制约而又相辅相成的关系。 某些电器感测器官特别发达，它的特性指标主要

9、表征感测机能，例如如继电器、变换器。 某些电器执行器官特别发达，而完整的感测机能要依靠其它元件来辅助，例如高压断路器。 也有感测机能和执行机能都比较发达的电器，例如低压断路器和接触器。前者发达的感测机能表现为完备的保护特性，而发达的执行机能则表现为通断能力强，能切换大的短路电流。,电器内部两大基本组成部分感测和执行之间存,HOME,1）类型,电磁式,：（气囊式、受热等）,2）常用继电器,电流继电器、,电压继电器、,时间继电器、,热继电器、,压力继电器等。,速度继电器、,中间继电器、,非电磁式,1-3 典型电器结构及工作原理,1. 继电器,广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置

10、中。它的品种之多，数量之大，堪称电器之“王”。,HOME1）类型电磁式：（气囊式、受热等）2）常用继电器电流,HOME,3） 电磁式继电器的基本结构及其工作原理,1-3 典型电器结构及工作原理,HOME3） 电磁式继电器的基本结构及其工作原理1-3 典,HOME,4）继电器的主要参数,1-3 典型电器结构及工作原理,(1）继电特性:,反映继电器的输出输入关系的特性。,注意：输出状态改变时其动作值xd大于其返回值xf！,继电器,x,y,xd,xf,x,y,y1,y0,0,HOME4）继电器的主要参数1-3 典型电器结构及工作原理,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,返回系数的大小反映了继电

11、器继电特性的明显程度。,(2) 返回系数,（恢复系数）,电磁式继电器的返回系数通常小于1。,继电器输入返回值xf与动作值xd之比。,HOME1-3 典型电器结构及工作原理返回系数的大小反映了,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,(3) 控制系数 Kc,控制系数反映继电器的功率控制能力。,继电器触点上输出的控制功率PC（即继电器触点的工作电压乘以允许的触点最大通断电流）和线圈吸取的最小动作功率P0之比。,HOME1-3 典型电器结构及工作原理(3) 控制系数,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,（4）灵敏度,继电器在规定负载条件下的最小动作功率P0。,（5）吸合时间,继电器从获得输入

12、信号起到触头完成动作止的时间。,（6） 释放时间,继电器从断开输入信号起到触头完成动作止的时间。,HOME1-3 典型电器结构及工作原理（4）灵敏度继电器在,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,继电器两大基本组成部分中以感测器官最为关键，可以认为是继电器的主导部分。感测器官的工作原理多种多样，继电器大体上都是根据感测器官的工作原理来命名。 当然，继电器的执行器官-触头也很重要。触头的材料、压力、开距、超程等参数的选取也很关键。一方面，它直接决定了触头工作的可靠程度和电气寿命;另一方面又影响到感测部分的负担，影响它的灵敏度和结构的小型化。,HOME1-3 典型电器结构及工作原理,2. 电磁

13、式接触器,21,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,类型：直流接触器、交流接触器。作用：远距离频繁通断主电路 和大容量控制电路，比继电器的执行能力强。 结构：主触头、辅助触头、灭 弧室及较强的触头弹簧。,2. 电磁式接触器21HOME1-3 典型电器结构及工,2. 电磁式接触器,22,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,（1）直流接触器,主触头：,激磁线圈：,用于通断直流电路。,交流或直流。,结构特点：,可配备辅助触头。,装配灭弧室，通常采用磁吹、窄缝和删片等灭弧原理；,采用电磁（或永磁）操动机构；,2. 电磁式接触器22HOME1-3 典型电器结构及工,23,HOME,（2）交流

14、接触器,主触头：,激磁线圈：,用于通断交流电路。,交流或直流。,1-3 典型电器结构及工作原理,23HOME（2）交流接触器 主触头：激磁线圈：用于通断交流,3. 真空接触器,24,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,结构特点：,装配真空灭弧室，采用真空作为灭弧及绝缘介质；,采用电磁（或永磁）操动机构；,主触头装配于密封的真空灭弧室内部。,3. 真空接触器 24HOME1-3 典型电器结构及工作原,4. 真空断路器,25,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,结构特点：,装配真空灭弧室，采用真空作为灭弧及绝缘介质；,采用弹簧储能或永磁操动机构；,主触头装配于密封的真空灭弧室内部。,4

15、. 真空断路器 25HOME1-3 典型电器结构及工作原,5. SF6断路器,26,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,结构特点：,装配SF6灭弧室，采用SF6作为灭弧及绝缘介质；,采用弹簧储能操动机构；,主触头装配于密封的SF6灭弧室内部。,5. SF6断路器 26HOME1-3 典型电器结构及工作,6. 隔离开关,27,HOME,1-3 典型电器结构及工作原理,结构特点：,在分闸位置时有明显可见的断口。,通常无专门设置的灭弧系统；,6. 隔离开关27HOME1-3 典型电器结构及工作原理结, 1-4 电器学涉及的主要理论,5. 电磁机构理论。,4. 电接触理论；,3. 电弧理论；,1

16、. 电器发热理论,HOME,2. 电器电动力理论, 1-4 电器学涉及的主要理论5. 电磁机构理论。4.,1. 电器发热理论,电器发热机理；,电器在长期、短时和反复短时工作制下的发热和冷却过程及其过载能力；,电器导电部件在大电流但通电时间极短（例如导线上存在短路电流）作用下的发热规律；,导电部件的热稳定性校验等。,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,1. 电器发热理论电器发热机理；电器在长期、短时和反复短时工,2.电动力计算：,不同几何形状载流体在不同形式电流作用下、在不同空间或平面分布时所受到电动力；,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,电器在短路电流作用下的电动稳定性等。,2.

17、电动力计算： 不同几何形状载流体在不同形式电,3. 气体击穿及电弧理论,1）气体放电及电弧形成的物理基础：,电离和激励的概念；,气体放电和击穿；,火花放电、辉光放电和弧光放电过程等。,2）气体击穿理论：,汤逊气体击穿理论；,流注理论。,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,3. 气体击穿及电弧理论1）气体放电及电弧形成的物理基础：电,（3）电弧的静伏安特性和动伏安特性；,（4）电弧电流过零时的介质恢复和电压恢复过程。,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,（3）电弧的静伏安特性和动伏安特性；（4）电弧电流过零时的介,4. 电接触理论,1）电接触的物理化学过程中的热、电、磁以及金属变形等

18、的效应；,2）接触电阻的物理化学本质及其计算；,3）接触或开断过程中，触头的腐蚀、磨损和金属迁移；,4）触头在闭合过程中振动磨损和熔焊；,5）电接触的结构形式、触头材料、加工工艺等。,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,4. 电接触理论1）电接触的物理化学过程中的热、电、磁以及金,5. 电磁机构理论,气隙磁导计算；,磁路分析与计算；,电磁吸力计算；,电磁铁静态与动态特性等。,HOME, 1-4 电器学涉及的主要理论,5. 电磁机构理论气隙磁导计算；磁路分析与计算；电磁吸力计算,1-5 电器技术的发展及其展望,电气拖动领域：(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

19、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。,HOME,1-5 电器技术的发展及其展望电气拖动领域：HOME,1-5 电器技术的发展及其展望,高压断路器：,HOME,多油灭弧,少油灭弧,压缩空气吹弧,真空灭弧,一般的空气、灭弧油气,SF6负电性气体灭弧,户外式、户内式单独结构,GIS全封闭组合式结构,1-5 电器技术的发展及其展望高压断路器：HOME多油灭弧,1-5 电器技术的发展及其展望,电器技术发展趋势：,HOME,传统的有触点电器在结构原理，最佳结构设计和应用新材料、新工艺方面不断创新和完善；,开发真空电器、半导体电器以及其它新型电器如微电子技术和电器结合的机电一体化电器或智能化电器；,单件电器向着组合化、成套化发展。,1-5 电器技术的发展及其展望电器技术发展趋势：HOME,38,思考题：1、电器的定义、分类2、电器学理论范畴3、电器的基本组成,38思考题：,