城市軌道交通車輛電氣設(shè)備課件301

1、城市軌道交通車輛電氣設(shè)備任務(wù)1 認(rèn)知電器基本常識項(xiàng)目三 斷路器及電磁閥的檢查與維護(hù)城市軌道交通車輛電氣設(shè)備任務(wù)1 認(rèn)知電器基本常識項(xiàng)目三 任務(wù)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)并掌握電器的定義及分類；2.初步掌握電器的基本組成；3.認(rèn)知電接觸的分類；4.學(xué)習(xí)電器的發(fā)熱與散熱理論，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。任務(wù)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)并掌握電器的定義及分類；目 錄二電器的發(fā)熱與散熱一認(rèn)知電器目 錄二電器的發(fā)熱與散熱一認(rèn)知電器一、認(rèn)知電器電器的定義 凡是根據(jù)外界特定信號，自動或手動地接通和分?jǐn)嚯娐罚瑢﹄娐坊蚍请娏繉ο笃鹂刂?、調(diào)整、保護(hù)及檢測作用的電工設(shè)備，稱之為電器。 根據(jù)這個(gè)定義，電機(jī)(包括發(fā)電機(jī)與電動機(jī))和一般的負(fù)載不應(yīng)屬于電器的范

2、疇。1.電器的定義及分類一、認(rèn)知電器電器的定義1.電器的定義及分類一、認(rèn)知電器1.電器的定義及分類（1）按用途分類開關(guān)電器控制電器保護(hù)電器調(diào)節(jié)電器儀用變流和變壓器受流器成套電器1.面板電器組裝 ； 2.端子排XT115.01； 3.端子排XT115.02 ； 4.夾層繼電器組； 5.接線端子排3； 6.接線端子排4； 7.接線端子排5； 8.TCMS系統(tǒng)模塊； 9.煙溫探測控制主機(jī)； 10.探測控制器 ； 11.車載網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)； 12.工業(yè)交換機(jī)； 13.制動維護(hù)接口； 14. 車輛分機(jī)。A車?yán)^電器柜布置圖一、認(rèn)知電器1.電器的定義及分類1.面板電器組裝 ； 一、認(rèn)知電器（2）按操作方式分類手

3、動電器自動電器（3）按接入電路電壓分類高壓電器低壓電器自動電器、高壓電器手動電器、低壓電器一、認(rèn)知電器（2）按操作方式分類自動電器、高壓電器手動電器、一、認(rèn)知電器（4）按電器執(zhí)行功能分類有觸點(diǎn)電器電器通斷電路的執(zhí)行功能由觸頭來實(shí)現(xiàn)； 無觸點(diǎn)電器電器通斷電路的執(zhí)行功能是根據(jù)開關(guān)元件輸出信號的高低電平不同，由一些電子組件來完成的?；旌鲜诫娖饔杏|點(diǎn)與無觸點(diǎn)結(jié)合的電器。一般正常工作由有觸點(diǎn)部分完成，而轉(zhuǎn)換過程由無觸點(diǎn)部分完成。一、認(rèn)知電器（4）按電器執(zhí)行功能分類一、認(rèn)知電器2.電器的基本組成（1）觸頭系統(tǒng) 觸頭是有觸點(diǎn)電器的執(zhí)行元件。觸頭系統(tǒng)包括主觸頭、聯(lián)鎖觸頭和觸頭彈簧。主觸頭允許通過的電流較聯(lián)鎖觸

4、頭的要大，通常作為較大電流電路的開關(guān)。聯(lián)鎖觸頭通常作為較小電流電路中的開關(guān)。觸頭彈簧提供接觸壓力，保證開關(guān)接觸良好。一、認(rèn)知電器2.電器的基本組成一、認(rèn)知電器（2）傳動系統(tǒng)電器的傳動系統(tǒng)是用來驅(qū)動電器的執(zhí)行元件（主要指觸頭）按一定要求進(jìn)行動作的機(jī)構(gòu)。電磁傳動，是通過電磁鐵把電磁能變成機(jī)械能來驅(qū)動電器（觸頭）產(chǎn)生動作。電空傳動，是通過電磁機(jī)構(gòu)控制氣路的通斷，從而控制傳動氣缸內(nèi)活塞及活塞桿的運(yùn)動來驅(qū)動電器（觸頭）動作。手動，如微型斷路器的開關(guān)電磁繼電器電磁閥微型斷路器一、認(rèn)知電器（2）傳動系統(tǒng)電磁繼電器電磁閥微型斷路器一、認(rèn)知電器（3）滅弧系統(tǒng)作用：用來及時(shí)熄滅主觸頭斷開瞬間產(chǎn)生的電弧，加快切斷電

5、路并保護(hù)觸頭，同時(shí)為了防止觸頭間電弧飛濺而燒損鄰近部件。（4）固定安裝裝置作用：用來可靠、合理地安裝和布置電器各部件。縱向?qū)捒p式滅弧罩橫向金屬柵片式滅弧罩一、認(rèn)知電器（3）滅弧系統(tǒng)縱向?qū)捒p式滅弧罩橫向金屬柵片式滅弧一、認(rèn)知電器3.電接觸的分類任何一個(gè)電系統(tǒng)，都必須將電流（作為電的信號或電的能量）從一個(gè)導(dǎo)體通過導(dǎo)體與導(dǎo)體的接觸處傳向另一個(gè)導(dǎo)體。此導(dǎo)體與導(dǎo)體的接觸處稱為電接觸。（1）固定接觸（2）滑動及滾動接觸（3）可分合接觸一、認(rèn)知電器3.電接觸的分類二、電器的發(fā)熱與散熱有觸點(diǎn)電器由導(dǎo)電材料、導(dǎo)磁材料和絕緣材料等組成。電器發(fā)熱的原因：1.在導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的電阻損耗轉(zhuǎn)化為熱能；2.由于有交變磁通，

6、導(dǎo)致在導(dǎo)磁材料中產(chǎn)生了渦流和磁滯損耗，其轉(zhuǎn)化為熱能；3.由于有交變電源，導(dǎo)致在絕緣材料中產(chǎn)生了介質(zhì)損耗，其轉(zhuǎn)化為熱能。結(jié)論：上述這些損耗為電器發(fā)熱的源泉。正常狀態(tài)時(shí)，其中一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去，另一部分使導(dǎo)體的溫度升高。短路時(shí)，可認(rèn)為損耗功率全部用來加熱導(dǎo)體，使得導(dǎo)體的溫度迅速提高。二、電器的發(fā)熱與散熱有觸點(diǎn)電器由導(dǎo)電材料、導(dǎo)磁材料和絕緣材料二、電器的發(fā)熱與散熱電器溫度升高后，電器實(shí)際溫度與周圍環(huán)境溫度之差，稱為溫升，用表示。電器的溫度超過某一極限值后，導(dǎo)致： （1）金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度會明顯下降; （2）絕緣材料的絕緣強(qiáng)度會受到破壞。 若電器溫度過高，使用壽命降低，甚至遭到破壞。 電器工作時(shí)

7、溫度太低，說明材料沒有得到充分利用，經(jīng)濟(jì)性差。二、電器的發(fā)熱與散熱電器溫度升高后，電器實(shí)際溫度與周圍環(huán)境溫二、電器的發(fā)熱與散熱所謂發(fā)熱溫度極限值就是保證電器的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性以及介質(zhì)的絕緣性不受危害的極限溫度值。從發(fā)熱溫度極限減去最高環(huán)境溫度即為允許溫升值。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高環(huán)境溫度為40，即允許溫升=發(fā)熱溫度極限40二、電器的發(fā)熱與散熱所謂發(fā)熱溫度極限值就是保證電器的機(jī)械強(qiáng)度二、電器的發(fā)熱與散熱二、電器的發(fā)熱與散熱二、電器的發(fā)熱與散熱電器的散熱 電器工作時(shí)，只要電器溫度高于周圍介質(zhì)及接觸零件的溫度，就會向周圍介質(zhì)散熱。 當(dāng)電器產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，電器的溫升維持不變，稱為熱穩(wěn)定

8、狀態(tài)，此時(shí)電器的溫升稱為穩(wěn)定溫升。 電器的散熱以熱傳導(dǎo)、熱對流與熱輻射三種基本方式二、電器的發(fā)熱與散熱電器的散熱二、電器的發(fā)熱與散熱電器的散熱 熱傳導(dǎo)：通過具有一定內(nèi)部能量的物質(zhì)基本質(zhì)點(diǎn)間的直接相互作用，使能量從一個(gè)質(zhì)點(diǎn)傳遞到另一相鄰質(zhì)點(diǎn)。 熱傳導(dǎo)是固體傳熱的主要方式，它也可在氣體和液體中進(jìn)行。 熱對流：是通過流體(液體與氣體)的運(yùn)動而傳遞熱量。機(jī)車的電機(jī)、電器等因受安裝空間的限制，較多采用強(qiáng)迫對流(強(qiáng)迫風(fēng)冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻)，可加強(qiáng)散熱，縮小體積。 熱輻射：是發(fā)熱體的熱量以電磁波形式傳播能量的過程。熱輻射可穿越真空和氣體而傳播，但不能透過固體和液體物質(zhì)。二、電器的發(fā)熱與散熱電器的散熱二、電

9、器的發(fā)熱與散熱 電器的散熱 在實(shí)際計(jì)算發(fā)熱體表面溫升時(shí)，在一定表面情況和周圍介質(zhì)條件下，把三種散熱方式綜合起來，用綜合散熱系數(shù)KT考慮散熱，這就是通常采用的牛頓公式： P= KT S 式中P散熱功率(W)； KT 綜合散熱系數(shù)W(m2)； S有效散熱面積(m2)； 溫升()。二、電器的發(fā)熱與散熱 電器的散熱1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 長期工作制：指電器通電后連續(xù)工作到發(fā)熱穩(wěn)定，此時(shí)溫升達(dá)到穩(wěn)定值。 其特點(diǎn)是電器損耗所產(chǎn)生的熱量全部散發(fā)到周圍介質(zhì)中。當(dāng)發(fā)熱未達(dá)到穩(wěn)定前，這個(gè)熱量一部分用于升高導(dǎo)體的溫度，另一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去。二、電器的發(fā)熱與散熱不同工作制下電器的發(fā)熱1. 長期工作制時(shí)電器

10、的發(fā)熱 長期工作制：指電器通1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 根據(jù)能量平衡原理，得能量平衡公式為： Pdt=cGd+KTSdt 式中： Pdt在dt時(shí)間內(nèi)電器總的發(fā)熱量； KTSdt在dt時(shí)間內(nèi)電器的散熱量； cGd加熱電器本身的熱量。二、電器的發(fā)熱與散熱1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 根據(jù)能量平衡原理，1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 通過計(jì)算可得： 當(dāng)t時(shí)，電器的溫升達(dá)到穩(wěn)定值，稱為穩(wěn)定溫升 式中 是一個(gè)常數(shù)，我們稱之為電器的熱時(shí)間常數(shù) (簡稱時(shí)間常數(shù))，以T表示二、電器的發(fā)熱與散熱1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 通過計(jì)算可得：二、電1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 （1）導(dǎo)體的溫升隨時(shí)間的增長按指數(shù)曲線

11、上升的。其原因是由于散熱功率和溫升成正比所致。 （2）穩(wěn)定溫升 與起始溫升無關(guān)，它由P/KTS決定。電器的額定電流值就是根據(jù)長期發(fā)熱時(shí)的最大溫升不超過允許溫升來確定的。 （3）時(shí)間常數(shù)T 值越大，表示達(dá)到穩(wěn)定溫升所需的時(shí)間越長。其值是由電器本身的物理參數(shù)決定的，與發(fā)熱功率(電流)無關(guān)。 （4）由于T與電流無關(guān)，故對同一電器，通以不同電流，雖其值不等，但達(dá)到的時(shí)間是相等的。二、電器的發(fā)熱與散熱1. 長期工作制時(shí)電器的發(fā)熱 （1）導(dǎo)體的溫升2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 電器的短時(shí)工作制：指電器通電時(shí)間很短，溫升未達(dá)到穩(wěn)定就停止工作，并且下一次工作要等到電器冷卻到周圍介質(zhì)溫度。 二、電器的發(fā)熱與散熱2

12、. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 電器的短時(shí)工作制：指2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 設(shè)短時(shí)工作制時(shí)發(fā)熱功率為Pd ，通過工作電流為Id ，發(fā)熱時(shí)間為td 。由于發(fā)熱時(shí)間td 很短(一般tdT)，達(dá)不到穩(wěn)定溫升，到d時(shí)即停止發(fā)熱。經(jīng)分析可得 d以后電器冷卻到周圍介質(zhì)溫度。二、電器的發(fā)熱與散熱發(fā)熱曲線冷卻曲線2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 設(shè)短時(shí)工作制時(shí)發(fā)熱功率2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 假設(shè)短時(shí)溫升d恰好與某額定功率為Pe，工作電流Ie長期工作制發(fā)熱的穩(wěn)定溫升相等，即d = ，可得：變化為 二、電器的發(fā)熱與散熱2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 假設(shè)短時(shí)溫升d恰好與2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) Pd與 Pe的比值，稱為

13、功率過載系數(shù)。 它表示在溫升、散熱一定的條件下短時(shí)工作與長期工作相比，功率允許過載的倍數(shù)。同時(shí)也可相應(yīng)得到短時(shí)工作時(shí)電流的允許過載倍數(shù)為：二、電器的發(fā)熱與散熱2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) Pd與 Pe的比值，2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 由以上分析可得出以下幾點(diǎn)： （1）某電器在長期工作制下工作時(shí)，其穩(wěn)定溫升達(dá)到允許溫升。該電器若用于短時(shí)工作制時(shí)，允許超載運(yùn)行。這樣可使電器得到充分作用。 （2）該電器在短時(shí)工作制下，其功率(或電流)的過載倍數(shù)與發(fā)熱時(shí)間td及時(shí)間常數(shù)T有關(guān)。T越大， td越小，過載倍數(shù)則越高。二、電器的發(fā)熱與散熱2. 短時(shí)工作制及過載系數(shù) 由以上分析可得出以下幾3. 間斷工作制(反

14、復(fù)短時(shí)工作制) 間斷工作制：指電器在通電和斷電周期循環(huán)下的工作過程。 此圖說明了間斷工作制的發(fā)熱過程，以t1表示通電發(fā)熱時(shí)間，t2表示斷電冷卻時(shí)間。t=t1+t2稱為工作周期。通過分析可得其功率過載倍數(shù)、電流過載倍數(shù)分別為二、電器的發(fā)熱與散熱3. 間斷工作制(反復(fù)短時(shí)工作制) 間斷工作制：3. 間斷工作制(反復(fù)短時(shí)工作制) 可以看出間斷工作制的過載倍數(shù)與工作周期t及發(fā)熱時(shí)間 t1有關(guān)，t越大或t1越小，過載倍數(shù)就越大。 在電器標(biāo)準(zhǔn)中常用通電持續(xù)率TD來表示間斷工作制的負(fù)荷輕重程度，通電持續(xù)率的定義是 TD= 100 即發(fā)熱時(shí)間t1與工作周期t之比的百分?jǐn)?shù)，顯然TD值愈大，說明工作時(shí)間愈長，任務(wù)

15、愈繁重，過載系數(shù)就愈小。二、電器的發(fā)熱與散熱3. 間斷工作制(反復(fù)短時(shí)工作制) 可以看出間斷工 電器在通過工作電流時(shí)，在其工作制下，要經(jīng)受額定電流發(fā)熱的考驗(yàn)。若電路發(fā)生了短路故障，電器還必須能承受住一定時(shí)間內(nèi)短路電流的發(fā)熱考驗(yàn)。 電器的熱穩(wěn)定性：指在一定時(shí)間內(nèi)能承受短路電流(或所規(guī)定的等值電流)的熱作用而不發(fā)生熱損壞的能力。 如不會因發(fā)熱而產(chǎn)生不允許的機(jī)械變形，觸頭處不會熔焊等。1. 電器的熱穩(wěn)定性二、電器的發(fā)熱與散熱短路時(shí)電器的發(fā)熱及熱穩(wěn)定性 電器在通過工作電流時(shí)，在其工作制下，要經(jīng)受額定 熱穩(wěn)定性以 表示， It稱為t秒時(shí)熱穩(wěn)定電流(用有效值表示)，一般時(shí)間采用1s、5s與10s為準(zhǔn)的熱穩(wěn)

16、定電流I1、I5及I10。按照熱量相等的原則，同一電器不同時(shí)間的熱穩(wěn)定電流可以互相換算。 換算公式為： 例如： 即： 時(shí)間愈短，其熱穩(wěn)定電流可以愈大。1. 電器的熱穩(wěn)定性二、電器的發(fā)熱與散熱短路時(shí)電器的發(fā)熱及熱穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性以 表示， It稱為t1. 載流導(dǎo)體的電動力 載流導(dǎo)體處在磁場中會受到力的作用，載流導(dǎo)體間相互也會受到力的作用，這種力稱為電動力。 在電器中，載流導(dǎo)體間、線圈匝間、動靜觸頭間、電弧與鐵磁體間等都有電動力的作用。 在正常電流下電動力不致于使電器損壞，但動、靜觸頭間的電動斥力過大會使接觸壓力減小，接觸電阻增大造成觸頭的熔化或熔焊，影響觸頭的正常工作。 有時(shí)在強(qiáng)大短路電流所形成

17、的電動力下，使電器發(fā)生誤動作或使導(dǎo)體機(jī)械變形，甚至損壞。二、電器的發(fā)熱與散熱載流導(dǎo)體的電動力及電動穩(wěn)定性1. 載流導(dǎo)體的電動力 載流導(dǎo)體處在磁場中會受到力的作1. 載流導(dǎo)體的電動力 電動力的方向判斷可用左手定則或磁通管側(cè)壓力原理來進(jìn)行。 左手定則為伸平左手，磁通穿過左手掌，四個(gè)手指為電流方向，那大拇指指的就是電動力方向。磁通管側(cè)壓力原理(米特開維奇定則)是：把磁力線看成為磁通管，磁通管密度高的一側(cè)具有推動導(dǎo)體向密度低的一側(cè)運(yùn)動的力,這個(gè)方向即為電動力的方向。二、電器的發(fā)熱與散熱1. 載流導(dǎo)體的電動力 電動力的方向判斷可用左手定則或2. 載流導(dǎo)體電動力計(jì)算基礎(chǔ)和電動穩(wěn)定性 當(dāng)長為L并通有電流I的

18、導(dǎo)體垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中時(shí)，作用在該導(dǎo)體上的電動力F為：F=BIL 若該導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向成夾角時(shí)，則作用在導(dǎo)體上的電動力為：F=BILsin 電動力是由作用在導(dǎo)體上各個(gè)長度元dL的許多力元dF的幾何和來決定?？捎孟率奖硎荆洪L為L的全導(dǎo)體所受到的力則為二、電器的發(fā)熱與散熱2. 載流導(dǎo)體電動力計(jì)算基礎(chǔ)和電動穩(wěn)定性 當(dāng)長為L并通有2. 載流導(dǎo)體電動力計(jì)算基礎(chǔ)和電動穩(wěn)定性 在通常情況下，磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不是預(yù)先給定的，只給出導(dǎo)體電流及導(dǎo)體的空間位置情況，此時(shí)可采用比奧沙瓦定律來進(jìn)行電動力的計(jì)算。 電器的電動穩(wěn)定性就是指當(dāng)大電流通過電器時(shí)，在其產(chǎn)生的電動力作用下，電器有關(guān)部件不產(chǎn)生損壞或永久變形的性能。也可以說電器有關(guān)部分在電動力作用下不產(chǎn)生損壞或永久變形所能通過的最大電流的能力。它以可能的最大沖擊電流的峰值表示，也有的以它與額定電流的比值表