電氣結(jié)構(gòu)與維修第一章

1、第一章第一章 車輛電器基礎(chǔ)知識車輛電器基礎(chǔ)知識第一節(jié) 概述電器：電器：凡是根據(jù)外界特定信號，自動(dòng)或手動(dòng)地接通或斷開電源，對電路或非電對象起開關(guān)、控制、保護(hù)與檢測作用的電工設(shè)備，統(tǒng)稱為電器。 接觸網(wǎng) 直流注意：城軌車輛 牽引電動(dòng)機(jī) 電能 機(jī)械能 第三軌 交流一、車輛電器的基本結(jié)構(gòu) 感應(yīng)機(jī)構(gòu)（電磁機(jī)構(gòu)）：接收信號 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（觸電系統(tǒng)）：進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作 滅弧機(jī)構(gòu)：熄滅電器觸電二、車輛電器的分類車輛電器分類車輛電器分類按電器接入電路：主電路電器、輔助電路電器、控制電路電器按電器用途：控制電器、保護(hù)電器、檢測電器、受流器按傳動(dòng)方式：手動(dòng)電器、電空傳動(dòng)電器、電磁傳動(dòng)電器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)：有觸點(diǎn)電

2、器、無觸點(diǎn)電器按電壓高低和工藝特點(diǎn)：高壓開關(guān)電器、低壓開關(guān)電器、 自動(dòng)電磁元件一、車輛電器的主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)二、主要問題及解決方案額定電壓：正常工作電壓額定電流：正常工作電流額定發(fā)熱電流：不超過極限溫升時(shí)的最大電流額定持續(xù)電流：長期工作中，極限溫升不超過規(guī)定值的最大電流機(jī)械壽命：無負(fù)載下，電器零部件無損壞的極限動(dòng)作次數(shù)電氣壽命：帶負(fù)載下，電器零部件無損壞的極限動(dòng)作次數(shù) 振動(dòng)問題 工作環(huán)境問題 操作頻率問題 空間安裝位置問題 主要問題主要問題第二節(jié) 電器的發(fā)熱及冷卻 2、交流電通過導(dǎo)體的電阻損耗集膚效應(yīng)對電流分布的影響a) 電流密度分布 b) 電流相位分布鄰近效應(yīng)對電流分布的影響a

3、) 兩電流異向 b) 兩電流同向 二、電器的散熱冷卻電器的散熱方式有：熱傳導(dǎo)、對流以及輻射。 第三節(jié) 電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸點(diǎn)是電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來直接接通或斷開被控電路。在電路中通過觸點(diǎn)相互接觸的地方稱為電接觸。一、觸點(diǎn)的定義及其工作特點(diǎn) 在有觸點(diǎn)電器中，直接接通和斷開電路的零件稱之為觸點(diǎn)，觸點(diǎn)是成對出現(xiàn)的，固定不動(dòng)的叫靜觸點(diǎn)，可以活動(dòng)的叫動(dòng)觸點(diǎn)。二、觸點(diǎn)分類觸點(diǎn)分類觸點(diǎn)分類按工作情況分：有載開閉觸點(diǎn)、無載開閉觸點(diǎn)；按電路中用途分：主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)（聯(lián)鎖觸點(diǎn)：常開和常閉）；按工作狀態(tài)分：常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)；按結(jié)構(gòu)形式分：指形觸點(diǎn)、橋形觸點(diǎn)；按接觸形式分：點(diǎn)接觸、線接觸、面接觸；三、對觸點(diǎn)的基本要求1

4、、動(dòng)、靜觸點(diǎn)要可靠接觸，接觸電阻要?。?、有足夠的電動(dòng)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性；3、導(dǎo)電性好；4、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確；5、耐磨損；6、連續(xù)工作時(shí)，不應(yīng)超過規(guī)定的允許溫升。四、觸點(diǎn)的主要參數(shù)觸點(diǎn)的參數(shù)主要有：開距、超程、壓力和研距。五、觸點(diǎn)的工作情況觸點(diǎn)閉合過程機(jī)械振動(dòng)減小機(jī)械振動(dòng)，減小觸點(diǎn)磨損，避免熔焊觸點(diǎn)處于閉合電流通過，控制溫升控制觸點(diǎn)發(fā)熱，減小接觸電阻觸點(diǎn)分?jǐn)噙^程產(chǎn)生電弧熄滅電弧，減小觸點(diǎn)電磨損觸點(diǎn)斷開（保證足夠的開距）六、觸點(diǎn)的接觸電阻 當(dāng)動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸時(shí)，除兩觸點(diǎn)的電阻外，還在它們的接觸處產(chǎn)生一個(gè)附加電阻，這個(gè)附加電阻就是接觸電阻。 1、接觸電阻的產(chǎn)生2、影響接觸電阻的因素影響因素

5、3、減小接觸電阻的方法1）增加接觸點(diǎn)數(shù)目；2）采用電阻系數(shù)小且不易氧化、膜電阻較小的材料作為接觸導(dǎo)體，或作為接觸面的覆蓋層；3）觸點(diǎn)在開閉過程中應(yīng)有研磨過程，以擦去氧化膜。接觸壓力：增大壓力，導(dǎo)體彈性變形增大，有效接 觸面積增加，收縮電阻減?。粶囟龋航佑|點(diǎn)溫度升高，電阻率增大，收縮電阻增大；材料硬度下降，有效接觸面積增大，收縮電阻減?。换瘜W(xué)腐蝕：導(dǎo)體接觸面在空氣中被氧化，使膜電阻增大。觸點(diǎn)表面粗糙度：影響接觸電阻；大中功率電器，表面加工采用銼刀，小功率電器采用機(jī)械、電或化學(xué)拋光；觸點(diǎn)材料：材料不同，電阻系數(shù)不同，抗壓強(qiáng)不同，接觸面積不同。七、觸點(diǎn)的振動(dòng) 在振動(dòng)過程中，若碰撞后觸點(diǎn)不會分開，則不

6、產(chǎn)生電弧，為無害振動(dòng)；若觸點(diǎn)分開，在觸點(diǎn)間隙會出現(xiàn)金屬橋，造成觸點(diǎn)磨損或熔焊，甚至產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重影響觸點(diǎn)壽命，為有害振動(dòng)。2、減小振動(dòng)的方法1）增大觸點(diǎn)的初壓力；2）增大觸點(diǎn)彈簧的剛度；3）減小動(dòng)觸點(diǎn)的閉合速度；4）減小動(dòng)觸點(diǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量。八、觸點(diǎn)的磨損觸點(diǎn)磨損形式機(jī)械磨損：觸點(diǎn)的研磨和機(jī)械撞擊化學(xué)磨損：氧化及電腐蝕電磨損：觸點(diǎn)振動(dòng)及高溫電弧液橋的形成和金屬轉(zhuǎn)移電弧對觸點(diǎn)的影響減小觸點(diǎn)磨損的方法減小觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)的電弧減小觸點(diǎn)閉合過程中的磨損選擇合適的滅弧系統(tǒng)參數(shù)交流電器采用去離子?xùn)艤缁∠到y(tǒng)采用熄滅火花電路正確選用觸點(diǎn)材料第四節(jié) 電弧的形成與熄滅一、電弧的特點(diǎn)及分類概念：概念：電器在切斷負(fù)載電流或短

7、路電流時(shí)，只要加在動(dòng)靜觸點(diǎn)間的電壓大于10-12V，其間的電流大于80-100mA，在動(dòng)靜觸點(diǎn)間就會出現(xiàn)電弧電弧。危害：危害：產(chǎn)生的高溫足以融化觸點(diǎn)，燒損絕緣材料，燒傷觸點(diǎn)表面。當(dāng)電弧不能及時(shí)熄滅，容易燒壞電器部件及附近電氣設(shè)備，引起短路甚至火災(zāi)。電弧的存在說明電路中有電流，電弧電流的主要特征：1）電弧能量集中，溫度極高，亮度很強(qiáng)；2）電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)組成； 陰極區(qū)和陽極區(qū)的電壓稱為極旁壓降極旁壓降，弧柱區(qū)的電壓稱為弧柱壓降弧柱壓降（弧柱出的溫度最高，可達(dá)幾千度）。3）電弧的氣體放電是自持放電；4）電弧是一束游離的氣體。二、電弧產(chǎn)生的物理過程電弧產(chǎn)生過程：電弧產(chǎn)生過程：觸點(diǎn)之間電弧

8、燃燒的區(qū)域叫弧隙弧隙，當(dāng)弧隙中原來為中性的氣體分解為電子和離子，即氣體被游離，此過程稱為氣體游離過程氣體游離過程。氣體游離出來的電子和離子在電場作用下各自向?qū)?yīng)的電極運(yùn)動(dòng)，便形成電流，使吹點(diǎn)分?jǐn)嗪箅娐凡⑽辞袛唷；∠吨须娮雍碗x子的產(chǎn)生形式：1、電子熱發(fā)射、電子熱發(fā)射觸點(diǎn)分離 接觸壓力減小 接觸電阻增大 接觸部位發(fā)熱 陰極表面溫度劇烈升高 發(fā)射電子2、強(qiáng)電場發(fā)射（陰極冷發(fā)射）、強(qiáng)電場發(fā)射（陰極冷發(fā)射）在動(dòng)靜觸點(diǎn)分離瞬間，觸點(diǎn)間電場強(qiáng)度極大，觸點(diǎn)材料內(nèi)部的電子在強(qiáng)電場作用下被拉出來，從而形成強(qiáng)電場發(fā)射。3、碰撞游離、碰撞游離電子向陽極高速運(yùn)動(dòng)，在此過程中不斷碰撞中性氣體分子或原子，使其最外層電子脫離

9、原子核束縛稱為自由電子，則原來的原子和分子稱為正離子，即氣體被游離，如此反復(fù)，在外加電場作用下，氣體介質(zhì)被擊穿形成電弧放電。4、熱游離、熱游離弧隙間電弧燃燒產(chǎn)生高溫，弧柱中氣體分子在高溫下劇烈碰撞，被游離形成電子和正離子。三、電弧熄滅的物理過程 電弧中發(fā)生游離的同時(shí)，也存在著相反的過程，即消游離消游離，若消游離作用大于游離作用，則電弧電流減小，電弧熄滅。消游離包括兩個(gè)過程：1、復(fù)合：復(fù)合：帶異性電荷的粒子相遇后中和，形成中性粒子的過程。 游離過程中電子和正離子相互吸引形成中性粒子稱為直接復(fù)合直接復(fù)合，電子在高速運(yùn)動(dòng)過程中撞擊中性分子，附著在中性分子上形成負(fù)離子，負(fù)離子由于質(zhì)量大，因此速度減慢，

10、與正離子接近時(shí)，中和稱為中性粒子，稱為間接復(fù)合間接復(fù)合。2、擴(kuò)散：擴(kuò)散：電弧表面帶電粒子從電弧區(qū)轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)中的現(xiàn)象。 擴(kuò)散的方向是從密度大、溫度高的區(qū)域向密度小、溫度低的區(qū)域，擴(kuò)散出的帶電粒子因冷卻二相互結(jié)合形成中性粒子。四、直流電弧及其熄滅1、直流電弧的伏安特性 直流電弧的伏安特性是指當(dāng)直流電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電弧兩端電壓與電弧中通過的電流的關(guān)系。 根據(jù)電流變化快慢，伏安特性分為動(dòng)、靜伏安特性。 靜伏安特性曲線：靜伏安特性曲線：曲線上每一點(diǎn)都是在電弧穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下測得。動(dòng)伏安特性曲線動(dòng)伏安特性曲線：在電弧電流高速變化情況下測得。 靜伏安特性曲線1與縱軸交點(diǎn)處電壓稱為燃弧電壓燃弧電壓，是產(chǎn)生電

11、弧所需的最小電壓；動(dòng)伏安特性曲線2與縱軸交點(diǎn)處電壓稱為熄弧電壓熄弧電壓，是熄滅電弧燃燒所需的最大電壓。影響電弧伏安特性的因素：1）電弧長度的影響（在相同冷卻條件下）電弧長度的影響（在相同冷卻條件下） 在同一電流下，電弧長度增加，電弧單位長度電阻不變，總電阻增加，維持電弧燃燒所需電壓增大，伏安特性曲線上移。在相同冷卻條件下，電弧越長，越易熄滅。2）冷卻條件的影響（在電弧長度相同的條件下）冷卻條件的影響（在電弧長度相同的條件下） 在良好的冷卻和通風(fēng)條件下，電弧中的復(fù)合與擴(kuò)散加強(qiáng)，游離作用加強(qiáng)，弧隙間帶點(diǎn)粒子密度減小，電阻增加，維持電弧燃燒的電壓提高，伏安特性曲線上移。所以冷卻條件越好，電弧越易熄滅

12、。2、直流電弧熄滅方法方法：采用機(jī)械力拉長電弧，再利用磁吹、氣吹或電動(dòng)力使電弧迅速冷卻。五、交流電弧及其熄滅1、交流電弧的特性在一個(gè)周期內(nèi)交流電弧電流、電壓隨時(shí)間的變化情況如下圖： 由圖可知，電流小時(shí)，電弧電壓高；電流大時(shí)，電弧電壓減小且接近常數(shù)。交流電弧在交流電自然過零時(shí)將自動(dòng)熄滅，在下半周電壓升高時(shí)，電弧會重燃。如果電流過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就此熄滅。電弧重燃過程：電弧重燃過程：從O點(diǎn)開始，電弧還未產(chǎn)生，所以隨著電壓的增加只有小的從陰極發(fā)射產(chǎn)生的電流；到A點(diǎn)時(shí)，電弧點(diǎn)燃，隨著電流的增大，電弧電阻減小，電弧壓降也減小，到B點(diǎn)時(shí)，弧電流達(dá)到峰值；到達(dá)B點(diǎn)后，隨著電流的減小，電弧電阻增大，

13、電弧壓降上升；變化到C點(diǎn)時(shí)，電弧電流趨近于0，電壓達(dá)到熄弧電壓，電弧熄滅。由于熱慣性作用，電弧電阻的變化總是滯后于電流的變化。2、交流電弧熄滅條件（1）弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程）弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程 能過承受外加電壓而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度。交流電弧過零熄滅后，由于外部條件的變化，弧隙內(nèi)消游離作用加強(qiáng)，使得原來的導(dǎo)電狀態(tài)向絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程為介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。（2）弧隙電壓恢復(fù)過程）弧隙電壓恢復(fù)過程 電流過零后，弧隙電壓從后峰值逐漸增大，直到恢復(fù)電源電壓，這一過程種的弧隙電壓稱為恢復(fù)電壓。觸點(diǎn)兩端電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過程稱為電壓恢復(fù)過程。（3）交流電弧熄滅條件）

14、交流電弧熄滅條件 弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)大于弧隙電壓的恢復(fù)速度。六、常見的滅弧方法常見的滅弧方法有：常見的滅弧方法有：拉長電弧、降低溫度、將長弧變?yōu)槎袒?、將電弧放置在特殊介質(zhì)中、增大電弧周圍氣體介質(zhì)的壓力等。滅弧裝置滅弧裝置機(jī)械力拉長：沿電弧軸向拉長、沿垂直于軸向方向拉長回路電動(dòng)力拉長磁吹滅?。撼Ｓ糜谥绷麟娖鳒缁≌郑河糜诜?jǐn)啻箅娏麟娖饔|點(diǎn)縱縫滅弧罩橫向柵片滅弧裝置氣吹滅弧裝置真空滅弧裝置在城軌車輛上，交流電器的滅弧方法主要采用金屬滅弧柵滅弧、絕緣滅弧柵滅弧、吹弧滅弧和真空滅弧第五節(jié) 電器的電磁機(jī)構(gòu) 電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)又稱為電磁鐵，是各種電磁式電磁的感測部分，它的主要作用是將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使觸點(diǎn)

15、動(dòng)作，完成接通和分?jǐn)嚯娐返娜蝿?wù)。一、電磁機(jī)構(gòu)的主要組成和工作原理1、主要組成 電磁機(jī)構(gòu)主要由吸引線圈、鐵心和銜鐵組成，吸引線圈是電磁機(jī)構(gòu)產(chǎn)生磁通的核心部件。2、工作原理 線圈通電產(chǎn)生磁場，鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路。在鐵心和銜鐵斷面產(chǎn)生不同極性的磁極，即電磁吸力將銜鐵吸向鐵心。二、電磁機(jī)構(gòu)的分類1、按吸引線圈供電形式分按吸引線圈供電形式分：直流電磁機(jī)構(gòu)、交流電磁機(jī)構(gòu)；2、按銜鐵運(yùn)動(dòng)方式分按銜鐵運(yùn)動(dòng)方式分：直動(dòng)式電磁機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)式電磁機(jī)構(gòu)；3、按電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分按電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分：E形或U形電磁機(jī)構(gòu)、螺管形電磁機(jī)構(gòu)三、直流電磁機(jī)構(gòu) 從圖1-23可以看出，電磁吸力與氣隙大小成反比，氣隙越大，電

16、磁力越小，反之，氣隙越小，電磁力越大。四、交流電磁機(jī)構(gòu) 第六節(jié) 電空傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、基本概念 電空傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用壓縮空氣推動(dòng)活塞（或傳動(dòng)薄膜）運(yùn)動(dòng)，以操控電器觸點(diǎn)的分合。電空傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)裝置和電空閥（電磁閥）組成，空氣驅(qū)動(dòng)裝置包括氣缸、活塞等部件。壓縮空氣進(jìn)入和排出氣缸是由電空閥控制。 電空傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于長行程、大傳動(dòng)力、大功率、高電壓、大電流的傳動(dòng)場合，如車輛車門系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。二、電空閥的結(jié)構(gòu)及作用原理 電空閥由電磁機(jī)構(gòu)和氣閥兩部分組成。 電磁機(jī)構(gòu)由鐵心座、磁軛、銜鐵、線圈、接線座等組成。 按電磁鐵的形式將電空閥分為吸合式和螺管式；按作用原理分為開式和閉式。1、開、閉式電空閥閉式電空閥是線圈無電時(shí)壓縮空氣氣源與傳動(dòng)氣缸間被阻斷的閥；開式電空閥是線圈無電時(shí)壓縮空氣氣源與傳動(dòng)氣缸間相通的閥。開式開式閉式閉式 電空閥故障