第0章 绪论 new

1、电电 器器 理理 论论 基基 础础-绪论绪论课程介绍 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，2012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。课程介绍序 号内容讲授学时实验学时1概论222电器的发热计算323电器中的电动力计算34电弧的基本特性425交流电弧的熄灭原理26开关电器典型灭弧装置的工作原理27电接触理论48电磁系统计算的基本原理2合 计2261.1 电器的定义和分类电器的定义

2、和分类1.2 典型电器的结构原理典型电器的结构原理1.3 电器研究的主要理论范畴电器研究的主要理论范畴1.4 电气技术的发展与展望电气技术的发展与展望 凡是根据外界指定信号和要求，自动或手动接通和断开电路，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都属电器的范畴。1.1.1 1.1.1 电器的定义电器的定义1.1 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类1.1.2 1.1.2 电器的分类电器的分类低压电器：低压电器：在在AC1200VAC1200V，DC1500VDC1500V及以下及以下系统中用的电器系统中用的电器高压电器：高压电器：在在A

3、C1200VAC1200V，DC1500VDC1500V以上以上系统中用的电器系统中用的电器1.1 1.1 电器的定义和分类电器的定义和分类传统的低压电器传统的低压电器配电电器控制电器目前国内外目前国内外低压电器低压电器配电电器控制电器终端电器低压断路器低压断路器开关、隔离器、隔离开关、熔断器组合电器双电源转换开关电器熔断器配配电电电电器器 低压配电线路过载、短路或欠电压过载、短路或欠电压等保护；可作为不频繁接通和分断电路不频繁接通和分断电路使用。 剩余电流断路器兼具有漏电保护漏电保护功能；主要品种：主要品种： 万能式断路器、塑壳式断路器、剩余电流断路器、真空断路器、智能型断路器低压断路器：低

4、压断路器： 主要用作主要用作配电系统隔离配电系统隔离，以保证配电系统，以保证配电系统中其他电器设备维修时的安全。中其他电器设备维修时的安全。 对开关类电器能接通、分断额定电流，对熔断器组合电器还具有短路和过载保护短路和过载保护功能。主要品种：主要品种： 开关、隔离、隔离开关、开关熔断器组、熔断器组合电器、隔离器熔断器组、隔离开关熔断器组、熔断器式开关、熔断器式隔离器、熔断器式隔离开关等。开关、隔离器、隔离开关、熔断器组合电器开关、隔离器、隔离开关、熔断器组合电器 用于两路电源的转换。保证重要负载连续供电。用于两路电源的转换。保证重要负载连续供电。在某些场合还需要具有过电流保护过电流保护功能（如

5、CB型产品）主要品种：主要品种： 自动转换开关、手动转换开关、遥控转换开关、智能型双电源转换开关等。双电源转换开关电器双电源转换开关电器熔断器熔断器主要品种：主要品种： 专职人员用螺旋式熔断器、非熟练人员用熔断器、半导体器件保护用熔断器（快速熔断器）。 用作低压配电线路或设备低压配电线路或设备的短路与过载保护短路与过载保护。1 1、低压电器按照工作职能分类、低压电器按照工作职能分类接触器起动器控制电路电器控制器变阻器、电阻器电磁铁调整器（2 2）控控制制电电器器 用于频繁接通和分断电路频繁接通和分断电路，并与适当的热继电器或电子式过载继电器（电动机保护器）组合，以保护操作中可能发生过载的电路。

6、主要品种： 交流接触器、直流接触器、真空接触器、半导体接触器、智能型接触器等接触器接触器 用作各类交流电动机起动、停止、正反转控制交流电动机起动、停止、正反转控制。主要品种：主要品种： 全电压直接起动器、星-三角起动器、自耦减压起动器、变阻式起动器、半导体起动器、软起动器、智能型软起动器等。起动器起动器 主要用于接通、分断控制电路接通、分断控制电路，以发出控制指令发出控制指令或用作程序控制。或用作程序控制。主要品种：主要品种： 中间继电器、时间继电器、万能式转换开关、位置开关（行程开关）、按钮、主令控制器、接近开关等。 接近开关可作为检测元件并输出动作指令。接近开关可作为检测元件并输出动作指令

7、。控制电路电器控制电路电器 主要用于电气控制设备中转换主电路或发电机转换主电路或发电机励磁回路的接法励磁回路的接法，以达到电动机起动、换向和调速的目的。主要品种：主要品种： 凸轮控制器、平面控制器。控制器控制器 主要用作发电机调压或电动机平滑起动、调速，发电机调压或电动机平滑起动、调速，或改变电路参数或改变电路参数，变电能为热能变电能为热能之用。主要品种：主要品种： 励磁变阻箱、起动变阻器、频敏变阻器、铁基合金电阻等。变阻器、电阻器变阻器、电阻器 用于起重、操纵或牵引机械装置。主要品种：主要品种： 起重电磁铁、牵引电磁铁、制动电磁铁等。电磁铁电磁铁 使发电机输出电压稳定在一定的范围内主要品种：

8、主要品种： 碳阻式调整器、磁放大器式调整器等。调整器调整器终端电器终端电器家用及类似用途电器：家用及类似用途电器：模数化熔断器组合电器：模数化熔断器组合电器：终端组合电器：终端组合电器： 终端配电系统导线和家用电器过载和短路保护、漏电及人身触电保护。主要品种：主要品种：小型断路器、模数化剩余电流断路器等。主要品种：主要品种：模数化熔断器式隔离器、模数化开关熔断器、熔断体。终端配电系统过载和短路保护 终端用电系统配电、保护、控制，可不频繁接通与分断电路。主要品种：主要品种：非熟练人员用终端电器、熟练人员用终端组合电器等 （3 3） 终终 端端 电电 器器2 2、低压电器的其他分类方法、低压电器的

9、其他分类方法（1 1）按标准体系分类）按标准体系分类1 1）低压开关设备与控制设备：）低压开关设备与控制设备： 低压断路器，低压开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器，机电式接触器和电动机起动器，机电式控制电路电器，交流半导体电动机控制器和起动器，控制与保护开关电器，接近开关，转换开关，设备用断路器等2 2）家用和类似用途电器）家用和类似用途电器 家用和类似场所用过电流保护断路器（小型断路器），家用和类似用途的剩余电流断路器，家用和类似用途的带过电流的剩余电流断路器等3 3）低压熔断器）低压熔断器 专职人员使用的熔断器，非熟练人员使用的熔断器，半导体设备保护用熔断器。4 4）低压浪涌保护器）低

10、压浪涌保护器（1 1）按标准体系分类）按标准体系分类（2 2）按动作方式分类）按动作方式分类机械动作电器：机械动作电器：有触点电器有触点电器自动切换电器非自动切换电器非机械动作电器：非机械动作电器：无触点电器无触点电器（各种开关管、电（各种开关管、电力电子器件）力电子器件）混合式电器：混合式电器：有触点与无触点相结合组成的电器（3 3）按灭弧介质分类）按灭弧介质分类空气式电器：空气式电器：灭弧介质为空气真空电器：真空电器：灭弧介质为真空（4 4）按功能分类）按功能分类标准型标准型智能型（含有通信模式和无通信模式）智能型（含有通信模式和无通信模式）多功能型多功能型3 3、高压电器的分类、高压电器

11、的分类开关电器开关电器：限制电器：限制电器：变换电器变换电器: :组合电器组合电器: :用来关合和开断电路高压断路器高压隔离开关高压熔断器高压负荷开关限制电路中电压和电流接地开关电抗器避雷器变换电路中的电压和电流使之便于检测电流互感器电压互感器 将上述几种电器，按一定的线路装配成一个整体的电器1.2 1.2 典型电器的结构原理典型电器的结构原理系统的观点（电网系统或自动化拖动系统）：系统的观点（电网系统或自动化拖动系统）：电器（高低压电器，成套电器等） 线路中的一个元件。控制角度：控制角度： 感测器官感测器官接受信号，作出判断，发出指令；接受信号，作出判断，发出指令； 执行器官执行器官输出指令

12、信号，实现控制目的。输出指令信号，实现控制目的。 连动机构连动机构联系感测器官和执行器官的部分。联系感测器官和执行器官的部分。如：传统有触点自动电器中，感测部分大部分为电磁机构。如：传统有触点自动电器中，执行部分大部分为触头机构。断路器断路器 接触器是一种适用于在低压配电系统中接触器是一种适用于在低压配电系统中远距远距离控制、频繁的接通和断开离控制、频繁的接通和断开交直流主电路及大容交直流主电路及大容量控制电路的自动控制开关电器。量控制电路的自动控制开关电器。应用最广泛的是空气电磁式接触器，通常简称交流应用最广泛的是空气电磁式接触器，通常简称交流接触器和直流接触器。接触器和直流接触器。 电磁式

13、接触器的结构：电磁式接触器的结构： 电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触头和基座。1.2.2 1.2.2 接触器接触器常用交流接触器常用交流接触器直流接触器直流接触器继电器是电器的典型产品之一。继电器是电器的典型产品之一。1.2.3 1.2.3 继电器继电器它是一种具有跳跃输出特性传递信号具有跳跃输出特性传递信号的电器，广泛应用于控制和通信控制和通信领域。感测部件中间部件执行部件（感测各种物理量）（比较，输出信号） （接通或分断电路）电压、电流、时间、温度等）1.2.3 1.2.3 继电器继电器电磁式继电器的基本结构及其工作原理电磁式继电器的基本结构及其工作原理1-磁轭，2-反力

14、弹簧，3-反力调节螺钉，4-开距调节螺钉，5-动铁心，6-轭铁，7-静铁心，8-极靴，9-线圈，10-触头系统当励磁线圈通电以后，磁路磁化产生电磁吸力，当电磁吸力大于弹簧反力以后，衔铁运动，带动触头运动，完成电路通断任务，此继电器具有一对常开触头和一对常闭触头。继电器主要参数继电器主要参数1 1）继电特性）继电特性: :反映继电器的输出输入关系的特性。x x0 0 x xr rx xy y1 10 0继电器继电器x xy y继电器主要参数继电器主要参数2 2）返回系数（恢复系数）返回系数（恢复系数）动作值xr与x0的比0rfhxxK一般继电器的返回系数都小于13 3）控制系数）控制系数：继电器

15、触点的控制功率PC（即触点的工作电压乘以允许的最大通断电流）和线圈吸取的最小动作功率P0之比。0CczPPK继电器主要参数继电器主要参数4 4）灵敏度）灵敏度继电器在规定负载条件下的最小动作功率P0。5 5）吸合时间）吸合时间继电器从获得输入信号起到触头完成动作止的时间6 6）释放时间）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 电器的工作原理是多种多样的。电器在运行中存电器的工作原理是多种多样的。电器在运行中存在着电、磁、光、热、机械、力等复杂的物理、化在着电、磁、光、热、机械、力等复杂的物理、化学过程。学过程。1.3 1.3 电器研究的主要理论范畴电器研究的主要理论范畴电磁机构理

16、论电接触理论电弧理论发热、电动力理论 电器研究的理论范畴有下列几个方面：1. 1. 电器发热理论电器发热理论电器发热机理；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；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；短路电流）作用下的发热规律；导电部件的热稳定性校验等。导电部件的热稳定性校验等。HOMEHOME 1-4 1-4 电器学涉及的主要理论电器学涉及的主要理论2.2.电动力计算：电动力计算： 不同几何形状载流体在

17、不同形式电流作用下、在不同空间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；或平面分布时所受到电动力；HOMEHOME 1-4 1-4 电器学涉及的主要理论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。电器在短路电流作用下的电动稳定性等。 （3 3）电弧的静伏安特性和动伏安特性；）电弧的静伏安特性和动伏安特性；（4 4）电弧电流过零时的介质恢复和电压恢复过程。）电弧电流过零时的介质恢复和电压恢复过程。 HOMEHOME 1-4 1-4 电器学涉及的主要理论电器学涉及的主要理论4. 4. 电接触理论电接触理论1 1）电接触的物理化学过程中的热、电、磁以及金

18、属变形等的效应；）电接触的物理化学过程中的热、电、磁以及金属变形等的效应；2 2）接触电阻的物理化学本质及其计算；）接触电阻的物理化学本质及其计算；3 3）接触或开断过程中，触头的腐蚀、磨损和金属迁移；）接触或开断过程中，触头的腐蚀、磨损和金属迁移；4 4）触头在闭合过程中振动磨损和熔焊；）触头在闭合过程中振动磨损和熔焊；5 5）电接触的结构形式、触头材料、加工工艺等。）电接触的结构形式、触头材料、加工工艺等。HOMEHOME 1-4 1-4 电器学涉及的主要理论电器学涉及的主要理论5. 5. 电磁机构理论电磁机构理论气隙磁导计算；气隙磁导计算；磁路分析与计算；磁路分析与计算；电磁吸力计算；电

19、磁吸力计算；电磁铁静态与动态特性等。电磁铁静态与动态特性等。HOMEHOME 1-4 1-4 电器学涉及的主要理论电器学涉及的主要理论低压电器产品的发展低压电器产品的发展1.4 1.4 电器技术的发展与展望电器技术的发展与展望我国低压电器的发展大致可分为以下三个阶段：我国低压电器的发展大致可分为以下三个阶段：1、六十七十年代初在模仿基础上设计开发的第一代统一设计产品。以CJ10、DW10、DZ10、JR1B为代表，约29个系列产品。目前市场占有率大约在20%30%左右。特点：产品结构尺寸大，材料消耗多、性能指标不理想、品种规格不够齐全。相当于国外50年代产品水平。2 2、七十年代末八十年代、七

20、十年代末八十年代更新换代和引进国外先进技术更新换代和引进国外先进技术制造的第二代产品。制造的第二代产品。 以以CJ20CJ20、DW15DW15、DZ2DZ2为代表，共为代表，共5656个系列。目前市场占有率个系列。目前市场占有率大约在大约在50%60%50%60%左右，是我国低压电器的支柱产品。左右，是我国低压电器的支柱产品。 特点：引进国外技术制造的产品以特点：引进国外技术制造的产品以MEME、AEAE、3WE3WE、AHAH、B B、3TB3TB、LC1-DLC1-D等为代表，共等为代表，共3434个系列。技术指标明显提高，个系列。技术指标明显提高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成

21、套装置要求。保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套装置要求。总体技术性能相当于国外总体技术性能相当于国外7070年代末年代末8080年代初水平。年代初水平。1.4.1 1.4.1 电器技术的发展电器技术的发展3 3、九十年代至今、九十年代至今跟踪国外新技术新产品自行开发研制跟踪国外新技术新产品自行开发研制了第三代的新产品。了第三代的新产品。 以以DW40DW40、DW45DW45、DZ40DZ40、S S、CJ40CJ40等为等为 代表的十多个系列代表的十多个系列产品，与国外公司合资生产的产品如产品，与国外公司合资生产的产品如M M、F F、3TF3TF约约3030个系个系列产品。目前市场占有率大约在列产品。目前市场占有率大约在5%5%10%10%左右。左右。 特点：产品性能优良、工作可靠、体积小、电子化、智特点：产品性能优良、工作可靠、体积小、电子化、智能化、组合化、模块化、多功能化，总体技术性能达到能化、组合化、模块化、多功能化，总体技术性能达到或接近国外或接近国外8080年代末年代末9090年代初水平。年代初水平。1.4.1 1.4.1 电器