1、城市轨道交通车辆电气设备任务1 认知电器基本常识项目三 断路器及电磁阀的检查与维护任务目标1.学习并掌握电器的定义及分类；2.初步掌握电器的基本组成；3.认知电接触的分类；4.学习电器的发热与散热理论，为后续学习打下基础。目 录二电器的发热与散热一认知电器一、认知电器电器的定义 凡是根据外界特定信号，自动或手动地接通和分断电路，对电路或非电量对象起控制、调整、保护及检测作用的电工设备，称之为电器。根据这个定义，电机(包括发电机与电动机)和一般的负载不应属于电器的范畴。1.电器的定义及分类一、认知电器1.电器的定义及分类（1）按用途分类 开关电器 控制电器 保护电器 调节电器 仪用变流和变压器
2、受流器 成套电器1.面板电器组装；2.端子排XT115.01；3.端子排XT115.02 ；4.夹层继电器组；5.接线端子排3；6.接线端子排4；7.接线端子排5；8.TCMS系统模块；9.烟温探测控制主机；10.探测控制器；11.车载网络交换机；12.工业交换机；13.制动维护接口；14.车辆分机。A车继电器柜布置图一、认知电器（2）按操作方式分类 手动电器 自动电器（3）按接入电路电压分类 高压电器 低压电器自动电器、高压电器手动电器、低压电器一、认知电器（4）按电器执行功能分类 有触点电器电器通断电路的执行功能由触头来实现；无触点电器电器通断电路的执行功能是根据开关元件输出信号的高低电平
3、不同，由一些电子组件来完成的。混合式电器有触点与无触点结合的电器。一般正常工作由有触点部分完成，而转换过程由无触点部分完成。一、认知电器2.电器的基本组成（1）触头系统 触头是有触点电器的执行元件。触头系统包括主触头、联锁触头和触头弹簧。主触头允许通过的电流较联锁触头的要大，通常作为较大电流电路的开关。联锁触头通常作为较小电流电路中的开关。触头弹簧提供接触压力，保证开关接触良好。一、认知电器（2）传动系统电器的传动系统是用来驱动电器的执行元件（主要指触头）按一定要求进行动作的机构。电磁传动，是通过电磁铁把电磁能变成机械能来驱动电器（触头）产生动作。电空传动，是通过电磁机构控制气路的通断，从而控
4、制传动气缸内活塞及活塞杆的运动来驱动电器（触头）动作。手动，如微型断路器的开关电磁继电器电磁阀微型断路器一、认知电器（3）灭弧系统 作用：用来及时熄灭主触头断开瞬间产生的电弧，加快切断电路并保护触头，同时为了防止触头间电弧飞溅而烧损邻近部件。（4）固定安装装置 作用：用来可靠、合理地安装和布置电器各部件。纵向宽缝式灭弧罩横向金属栅片式灭弧罩一、认知电器3.电接触的分类任何一个电系统，都必须将电流（作为电的信号或电的能量）从一个导体通过导体与导体的接触处传向另一个导体。此导体与导体的接触处称为电接触。（1）固定接触（2）滑动及滚动接触（3）可分合接触二、电器的发热与散热有触点电器由导电材料、导磁
5、材料和绝缘材料等组成。电器发热的原因：1.在导体材料中产生的电阻损耗转化为热能；2.由于有交变磁通，导致在导磁材料中产生了涡流和磁滞损耗，其转化为热能；3.由于有交变电源，导致在绝缘材料中产生了介质损耗，其转化为热能。结论：上述这些损耗为电器发热的源泉。正常状态时，其中一部分散发到周围介质中去，另一部分使导体的温度升高。短路时，可认为损耗功率全部用来加热导体，使得导体的温度迅速提高。二、电器的发热与散热电器温度升高后，电器实际温度与周围环境温度之差，称为温升，用表示。电器的温度超过某一极限值后，导致：（1）金属材料的机械强度会明显下降;（2）绝缘材料的绝缘强度会受到破坏。若电器温度过高，使用寿
6、命降低，甚至遭到破坏。电器工作时温度太低，说明材料没有得到充分利用，经济性差。二、电器的发热与散热所谓发热温度极限值就是保证电器的机械强度、导电、导磁性以及介质的绝缘性不受危害的极限温度值。从发热温度极限减去最高环境温度即为允许温升值。国家标准规定最高环境温度为40，即允许温升=发热温度极限40二、电器的发热与散热二、电器的发热与散热电器的散热 电器工作时，只要电器温度高于周围介质及接触零件的温度，就会向周围介质散热。当电器产生的热量与散失的热量相平衡时，电器的温升维持不变，称为热稳定状态，此时电器的温升称为稳定温升。电器的散热以热传导、热对流与热辐射三种基本方式二、电器的发热与散热电器的散热
7、 热传导：通过具有一定内部能量的物质基本质点间的直接相互作用，使能量从一个质点传递到另一相邻质点。热传导是固体传热的主要方式，它也可在气体和液体中进行。热对流：是通过流体(液体与气体)的运动而传递热量。机车的电机、电器等因受安装空间的限制，较多采用强迫对流(强迫风冷却或强迫油循环冷却)，可加强散热，缩小体积。热辐射：是发热体的热量以电磁波形式传播能量的过程。热辐射可穿越真空和气体而传播，但不能透过固体和液体物质。二、电器的发热与散热 电器的散热 在实际计算发热体表面温升时，在一定表面情况和周围介质条件下，把三种散热方式综合起来，用综合散热系数KT考虑散热，这就是通常采用的牛顿公式：P=KT S
8、 式中P散热功率(W)；KT 综合散热系数W(m2)；S有效散热面积(m2)；温升()。1.长期工作制时电器的发热 长期工作制：指电器通电后连续工作到发热稳定，此时温升达到稳定值。其特点是电器损耗所产生的热量全部散发到周围介质中。当发热未达到稳定前，这个热量一部分用于升高导体的温度，另一部分散发到周围介质中去。二、电器的发热与散热不同工作制下电器的发热1.长期工作制时电器的发热 根据能量平衡原理，得能量平衡公式为：Pdt=cGd+KTSdt 式中：Pdt在dt时间内电器总的发热量；KTSdt在dt时间内电器的散热量；cGd加热电器本身的热量。二、电器的发热与散热1.长期工作制时电器的发热 通过
9、计算可得：当t时，电器的温升达到稳定值，称为稳定温升 式中 是一个常数，我们称之为电器的热时间常数(简称时间常数)，以T表示二、电器的发热与散热SKcGtTTe1SKPSKPTSKcGTSKcGTT1.长期工作制时电器的发热 （1）导体的温升随时间的增长按指数曲线上升的。其原因是由于散热功率和温升成正比所致。（2）稳定温升 与起始温升无关，它由P/KTS决定。电器的额定电流值就是根据长期发热时的最大温升不超过允许温升来确定的。（3）时间常数T 值越大，表示达到稳定温升所需的时间越长。其值是由电器本身的物理参数决定的，与发热功率(电流)无关。（4）由于T与电流无关，故对同一电器，通以不同电流，虽
10、其值不等，但达到的时间是相等的。二、电器的发热与散热2.短时工作制及过载系数 电器的短时工作制：指电器通电时间很短，温升未达到稳定就停止工作，并且下一次工作要等到电器冷却到周围介质温度。二、电器的发热与散热2.短时工作制及过载系数 设短时工作制时发热功率为Pd，通过工作电流为Id，发热时间为td。由于发热时间td 很短(一般tdT)，达不到稳定温升，到d时即停止发热。经分析可得 d以后电器冷却到周围介质温度。二、电器的发热与散热发热曲线冷却曲线)e1(Ttddd)e1(SKPTtTddd2.短时工作制及过载系数 假设短时温升d恰好与某额定功率为Pe，工作电流Ie长期工作制发热的稳定温升相等，即
11、d=，可得：变化为 二、电器的发热与散热SKP)e1(SKPTeTtTddTtedde11PP2.短时工作制及过载系数 Pd与 Pe的比值，称为功率过载系数。它表示在温升、散热一定的条件下短时工作与长期工作相比，功率允许过载的倍数。同时也可相应得到短时工作时电流的允许过载倍数为：二、电器的发热与散热ddtTPePdedtTII2.短时工作制及过载系数 由以上分析可得出以下几点：（1）某电器在长期工作制下工作时，其稳定温升达到允许温升。该电器若用于短时工作制时，允许超载运行。这样可使电器得到充分作用。（2）该电器在短时工作制下，其功率(或电流)的过载倍数与发热时间td及时间常数T有关。T越大，t
12、d越小，过载倍数则越高。二、电器的发热与散热3.间断工作制(反复短时工作制)间断工作制：指电器在通电和断电周期循环下的工作过程。此图说明了间断工作制的发热过程，以t1表示通电发热时间，t2表示断电冷却时间。t=t1+t2称为工作周期。通过分析可得其功率过载倍数、电流过载倍数分别为二、电器的发热与散热1dttPeP1edttII3.间断工作制(反复短时工作制)可以看出间断工作制的过载倍数与工作周期t及发热时间 t1有关，t越大或t1越小，过载倍数就越大。在电器标准中常用通电持续率TD来表示间断工作制的负荷轻重程度，通电持续率的定义是 TD=100 即发热时间t1与工作周期t之比的百分数，显然TD
13、值愈大，说明工作时间愈长，任务愈繁重，过载系数就愈小。二、电器的发热与散热tt1 电器在通过工作电流时，在其工作制下，要经受额定电流发热的考验。若电路发生了短路故障，电器还必须能承受住一定时间内短路电流的发热考验。电器的热稳定性：指在一定时间内能承受短路电流(或所规定的等值电流)的热作用而不发生热损坏的能力。如不会因发热而产生不允许的机械变形，触头处不会熔焊等。1.电器的热稳定性二、电器的发热与散热短路时电器的发热及热稳定性 热稳定性以 表示，It称为t秒时热稳定电流(用有效值表示)，一般时间采用1s、5s与10s为准的热稳定电流I1、I5及I10。按照热量相等的原则，同一电器不同时间的热稳定
14、电流可以互相换算。换算公式为：例如：即：时间愈短，其热稳定电流可以愈大。1.电器的热稳定性二、电器的发热与散热tI2t22t12ttItI2110I5I21025105I2I 短路时电器的发热及热稳定性1.载流导体的电动力 载流导体处在磁场中会受到力的作用，载流导体间相互也会受到力的作用，这种力称为电动力。在电器中，载流导体间、线圈匝间、动静触头间、电弧与铁磁体间等都有电动力的作用。在正常电流下电动力不致于使电器损坏，但动、静触头间的电动斥力过大会使接触压力减小，接触电阻增大造成触头的熔化或熔焊，影响触头的正常工作。有时在强大短路电流所形成的电动力下，使电器发生误动作或使导体机械变形，甚至损坏
15、。二、电器的发热与散热载流导体的电动力及电动稳定性1.载流导体的电动力 电动力的方向判断可用左手定则或磁通管侧压力原理来进行。左手定则为伸平左手，磁通穿过左手掌，四个手指为电流方向，那大拇指指的就是电动力方向。磁通管侧压力原理(米特开维奇定则)是：把磁力线看成为磁通管，磁通管密度高的一侧具有推动导体向密度低的一侧运动的力,这个方向即为电动力的方向。二、电器的发热与散热2.载流导体电动力计算基础和电动稳定性 当长为L并通有电流I的导体垂直置于磁感应强度为B的均匀磁场中时，作用在该导体上的电动力F为：F=BIL 若该导体与磁感应强度B的方向成夹角时，则作用在导体上的电动力为：F=BILsin 电动
16、力是由作用在导体上各个长度元dL的许多力元dF的几何和来决定。可用下式表示：长为L的全导体所受到的力则为二、电器的发热与散热sinBdLIdFL0dFF2.载流导体电动力计算基础和电动稳定性 在通常情况下，磁场中各点的磁感应强度B不是预先给定的，只给出导体电流及导体的空间位置情况，此时可采用比奥沙瓦定律来进行电动力的计算。电器的电动稳定性就是指当大电流通过电器时，在其产生的电动力作用下，电器有关部件不产生损坏或永久变形的性能。也可以说电器有关部分在电动力作用下不产生损坏或永久变形所能通过的最大电流的能力。它以可能的最大冲击电流的峰值表示，也有的以它与额定电流的比值表示。二、电器的发热与散热触头电动力 触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观上看仍然是凹凸不平的。由于接触面积远小于触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由此而引起触头间的电动斥力。二、电器的发热与散热触头电动力 通过分析可得视在接触面积S、触头材料的抗压强度越大，电流线收缩得越厉害，电动斥力也越大。触头压力Fj越大，有效接触面积增加，电动斥力也就越小。四、载流导体的电动力四、载流导体的电动力谢 谢
