电机及电气控制技术教案：第5讲

****学院单元教学设计****学年第**学期课程名称：电机与电气控制技术授课班级：****任课教师：所在系部及教研室：研室

第5讲标题：低压电器的基本知识（2学时）授课班级上课时间上课地点多媒体教室教学目的掌握低压电器的的作用和应用场合，分类方式和类别。电磁机构的作用、结构形式；线圈的作用和结构形式，交、直流电磁机构吸力特性及区别；交流电磁铁产生噪声和震荡的原因；消除噪声和震荡的的方法。触点的作用、结构形式、材料；电弧产生的物理原因和对触点的影响；灭弧方法和原理。最终达到熟悉电磁机构、线圈、触点、灭弧机构等部分的结构形式，会进行相应的故障分析、判断、检修和排除。教学目标能力（技能）目标知识目标熟悉电磁机构、线圈、触点、灭弧机构等部分的结构形式，会进行相应的故障分析、判断、检修和排除。掌握低压电器的的作用和应用场合，分类方式和类别。电磁机构的作用、结构形式；线圈的作用和结构形式，交、直流电磁机构吸力特性及区别；交流电磁铁产生噪声和震荡的原因；消除噪声和震荡的的方法。触点的作用、结构形式、材料；电弧产生的物理原因和对触点的影响；灭弧方法和原理。重点难点及解决方法重点：电磁机构的作用、结构形式；线圈的作用和结构形式，交、直流电磁机构吸力特性及区别；交流电磁铁产生噪声和震荡的原因；消除噪声和震荡的的方法。触点的作用、结构形式、材料；电弧产生的物理原因和对触点的影响；灭弧方法和原理。难点：交、直流电磁机构吸力特性及区别；交流电磁铁产生噪声和震荡的原因；消除噪声和震荡的的方法。灭弧方法和原理。方法：利用实物进行教学，先让学生对各部分机构进行观察，再进行理论分析（结构的必然性）。参考资料【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）本单元的主要教学内容有低压电器的的作用和应用场合，分类方式和类别。电磁机构的作用、结构形式；线圈的作用和结构形式，交、直流电磁机构吸力特性及区别；交流电磁铁产生噪声和震荡的原因；消除噪声和震荡的的方法。触点的作用、结构形式、材料；电弧产生的物理原因和对触点的影响；灭弧方法和原理。最终达到熟悉电磁机构、线圈、触点、灭弧机构等部分的结构形式，会进行相应的故障分析、判断、检修和排除。【步骤二】新知识讲解（时间：20分钟）低压电器的定义:凡是根据外界特定的信号或要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备均称为电器。而工作在交流额定电压1200V及以下，直流额定电压1500V及以下的电器称为低压电器）。低压电器的分类:（1）按控制的对象和用途分类低压控制电器（接触器、继电器、电磁铁等，主要用于电力拖动与自动控制系统中）低压配电电器（刀开关、组合开关、熔断器和断路器等，主要用于低压配电系统及动力(2)按低压电器的动作方式分类自动切换电器（依靠电器本身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器）非自动切换电器（依靠外力直接操作来进行切换，如刀开关）（3）按低压电器的执行和结构分类有触点电器（具有可分离的动触点和静触点，利用动、静触点的接触和分离来实现对电路的通断控制，如接触器）无触点电器（利用半导体元器件的开关效应来实现对电路的通断控制，如接近开关等）（4）按工作原理分类电磁式低压电器（根据电磁感应原理来工作，如交直流接触器、各种电磁式断路器等)非电量控制低压电器(依靠外力或某种非电物理量的变化而动作，如刀开关、速度继电器等)【步骤三】知识和能力的归纳（时间：2分钟）低压电器的的作用和应用场合，分类方式和类别。【步骤四】新知识讲解（时间：18分钟）触头系统电磁式低压电器的触头按接触方式可分为点接触式、线接触式和面接触式三种，分别如图2-1a、b和c所示。按触头的结构形式划分有桥式和指形触头两种，如图2-2a和b所示。触头是低压电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。因此要求触头导电、导热性能良好，通常用铜制成。但铜易氧化，增大触头的接触电阻，使触头损耗加大，温度升高；而温度升高，反过来又使触头表面氧化加剧，导致恶性循环。对触头要求较高的电器，其触头采用银质或银基合金材料，这不仅在于其导电和导热性能均优于铜质触头，更主要的是其氧化膜对接触电阻影响不大，而且这种氧化层要在较高的温度下才会形成，且易粉化。因此，银质触头具有较低和较稳定的接触电阻。对于大、中容量低压电器的触头，如果触头采用滚动接触，可将氧化膜去掉，所以这种结构的触头，通常采用铜质材料。【步骤五】知识和能力的归纳（时间：2分钟）触点的作用、结构形式、材料【步骤六】新知识讲解（时间：35分钟）电弧及灭弧装置电器在断开大电流或高电压电路时，在动、静触头之间会产生很强的电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。电弧形成过程：当触头间刚出现分断时，由于两触头间距离很小，因此产生很大的电场强度，在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出，奔向阳极；这些自由电子在电场中高速运动时要撞击中性气体分子，使之激励和游离，产生离子和电子，而电子在强电场作用下继续向阳极运动，并撞击其它的中性气体分子。这样在触头间就产生了大量的正负离子和电子，形成了炽热电子流，即电弧。电弧的危害：电弧一方面会烧蚀触头，降低触头的使用寿命，另一方面会使电路的切断时间延长，甚至造成弧光短路或引起其它事故。常用的灭弧方法有以下几种：1.双断口电动力灭弧如图2-3所示，这种灭弧方法是将整个电弧分割成两段，同时利用触头回路本身的电动力F把电弧向相反的两个方向拉长，使电弧在拉长的过程中加快冷却并熄灭。该方法一般用于容量较小的交流接触器等低压电器中。2.纵缝灭弧如图2-4所示，这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现灭弧的。灭弧罩是由耐热陶土、石棉、水泥等绝缘材料制成。灭弧罩内每相都有一个纵缝，缝的下部宽以便放置触头；上部窄，以便压缩电弧，使电弧与灭弧室壁紧密接触。当触头分断时，电弧被外磁场或电动力吹入纵缝内，其热量被缝壁迅速吸收，使电弧迅速冷却熄灭。该方法常用于交、直流接触器上。3.栅片灭弧栅片灭弧装置的结构及工作原理如图2-5所示。金属栅片插在灭弧罩内，各片之间互相绝缘。当动、静触头分断时，在触头间产生电弧，在电弧电流周围产生磁场。电弧周围空气中的磁场上疏下密，磁场对电弧产生向上的作用力，将电弧拉入栅片内，栅片将电弧分割成若干个串联的短电弧，而栅片就是这些短电弧的电极，将总电弧压降分成几段，栅片间的电压都低于燃弧电压，同时，栅片将电弧导出，使电弧迅速冷却，促使电弧尽快熄灭。栅