电器学复习重点
第4章 开关电弧的熄灭原理
1.灭弧原理：
A.直流
平衡方程：E=iR+Ldi/dt+Uh; 灭弧条件：E-iR ｛抬高静态伏安特性、增大线路电阻｝ 第5章 开关电弧的熄灭原理 1.原理【填空】 方法1拉长电弧；2增大近极区电压降；3增大电弧电场强度；4采用人工过零的方法 （1）金属栅片 原理；使电弧进入栅片后被切割成若干段短弧，这样可以利用电弧的近极区电压降来提高电弧伏安特定以加强灭弧效果。（并可以导热，可以增加近阴极效应） （2）固体产气 原理：固体产气绝缘材料在电弧的高温作用下能迅速汽化而产生大量的含氢气体，这些气体具有很好的导热性和冷却作用，并能有效提高灭弧室的介质恢复强度，所以比单单靠电弧加热空气产生的气吹灭弧效果要好得多。 一般用于高、低压熔断器当中，有一定的限流作用。 （3）石英砂 原理：采用石英砂填充于熔管内，用以限制弧柱的扩展并冷却电弧使之冷却。 对断路器而言，采用了多断口串联，提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用和利用狭缝冷却。 2.【问答，3选1】 SF6、油、真空。 A． 油吹灭弧装置｛在油中燃烧相当于在氢气中燃烧｝ I． （1） 氢气具有高导热性和低粘度，对电弧有着很好的冷却作用； （2） 大量油气泡的产生一方面可以实现对流散热，还会形成高压油气，对电弧有着 很好的吹弧作用； （3） 另一方面气泡会把热量带出油体，排出油箱。 II．特点 （1） 采用【逆流原理】（在灭弧过程中，电弧分解和汽化的油气上升，而动触头和导 电杆却向下运动。这样既便于将带电质排除弧道，又能使动触头端部的电弧不断与新鲜的油接触，有利于冷却电弧，使之熄灭。） （2） 能开断规定的大、中、小电流，在电弧电流的大小不同是，纵横吹所起的作用 1 也不同。 B． 压缩气体灭弧装置（SF6） I．在高压电器中，常使用高压压缩气体来作为灭弧区的灭弧和绝缘介质，因为： （1） 高的大气压可以提升击穿电压值； （2） 可以利用管道气缸等预储气体装置在产生开断电弧时对电弧进行猛烈吹弧，带 走电弧能量而熄灭电弧。 II．SF6气体 【物理特性】无色无味无毒，密度是空气的5倍； 【化学特性】不溶于水和变压器油，也不与氧气、氢气、铝等其他许多物质发生作用，其热稳定性很好； 【绝缘特性】由于自身的电负性，能够较容易的吸附电子而形成负离子，这种负离子直径较大，在电场中运动较慢，不容易产生碰撞击穿，有利于消电离。 C． 真空灭弧装置 真空灭弧装置以真空介质作为绝缘和灭弧手段。在高真空度（10^-4Pa）下，（空气分子的自由行程小于自由电子的自由行程）基本上气体粒子很少，所以他们的碰撞几率也很小，这样便会提高灭弧室的绝缘水平，也不利于电弧的零后重燃。 【扩散型电弧】常发生在电流较小的情况下，此时产生的电弧只有一个阴极斑点，并且存在着一个弧柱，弧柱的形状是一个倒锥形，锥底在阴极上。 ｛特点｝电流小，阴极斑点快速运动，过零时斑点消失，电极的熔化较？ 可以使触头表面的温度比较均匀，温度较低，阴极斑点的数目在电流过零时减少并消失，金属蒸汽向屏蔽罩和触头上扩散，这样弧隙间很快恢复了原来的绝缘水平 【聚集型电弧】电流大于某一临界值。 ｛特点｝电弧电流大，有阴极斑点和阳极斑点同时存在，斑点不再运动而形成斑点团，弧柱区碰撞加剧，导致严重熔化不能开断电路。——解决方法：加与电弧轴线平行的纵向磁场 第7章 电接触理论 1．接触电阻Rj=Rs1+Rb+Rs2 【定义】导体与导体（/两个导体元件）接触处产生的一个附加电阻。 【实质】收缩电阻：电流收缩，增大电流路径，有效导电截面积减小。 膜电阻：金属表面覆盖一层导电性很差的薄膜，它改变了电流同路中的位势分布， 影响了自由电子的运动。 2.导电机理（隧道效应） 【隧道效应】根据量子力学理论，电子作为波的性质，是能透过薄膜而导电的。 解释：对于极薄的导电膜，电子可借“隧道效应”透过薄膜而导电；而对于很厚的绝缘膜，电子隧道透过膜的几率非常小，故实际上膜是不导电的。 3.触头的熔焊——热焊（动、静），冷焊 【熔焊/热熔焊】由热效应而引起的触头焊接。分为动熔焊和静熔焊。 I． 静熔焊｛Rj焊接｝：仅仅由接触电阻的发热使到点斑点极其附近的额金属熔化而焊接。 II． 动熔焊｛电弧焊接｝：除接触电阻的发热外主要是由于闭合过程中触头的相互碰撞而 引起的机械振动或触头之间的收缩点动力，在通过大的过载电流或短路电流时，电动力可能将触头排斥开，使触头间隙产生电弧，电弧的高温使触头表面金属熔化和汽化，当触头最终闭合时，动、静触头焊接在一起不能分开。多半在触头闭合过程中或接触力较小的闭合状态触头中出现。 【冷焊】常温下产生的焊接现象。常发生在用贵金属材料制成的触头上。 2 解决方法：加镀层。 4.电磨损——电弧磨损，桥磨损 【触头磨损】没有电流或同游电流的触头在多次操作以后，她的接触面会逐渐磨损，或使金属由一个触头转移动啊另一个触头，致使一个触头表面形成凹坑，另一个触头表面却形成针状凸起的现象。分为机械磨损、化学磨损、点磨损。 【电磨损】触头在分、合电路的过程中，在触头间隙中进行着剧烈的热和电的物理过程，伴随而产生金属桥液、电弧和火花放电等各种现象，从而引起了触头材料的金属转移、喷溅和汽化，使触头材料损耗和变形。 ｛桥磨损（液桥的金属转移）｝ 触头开断时，分断电流足够大，分断点电流密度高，该点极其附近触头表面金属材料将熔化，并在动静触头之间形成熔化的液态金属桥，简称液桥。触头材料由一个极定向的转移到另一个极，桥转移（阳极转移到阴极）。 限制桥转移 解决：（1）把导热性好的材料用在阳极端。用导热性好的材料作为桥最高温度偏移边的触头而组成所谓的“补偿触头对”。（2）利用不同金属材料形成的液桥直径不同，适当选配“触头对”，实现触头正负转移的平衡。（3）在某些金属材料中加入其他金属成分形成合金。 ｛电弧磨损（电弧对触头的烧损）｝因放电引起的触头材料转移和烧损。 【净损失】熔化的金属多数被吹到触头间隙意外，不再沉积在触头表面——净损失。 【磨损机理】1.带电粒子在电场作用下轰击电极，使触头表面材料蒸发而损失；2.在电动力和气吹作用下，使熔化的金属呈液滴状喷出而损耗。 【减小电弧磨损（两方面）】 （1）选用磨损系数小的复合材料制成触头；（2）采用有效灭弧措施，缩短燃弧时间，或者利用横向磁场吹弧，使弧根尽快离开接触点，以减小接触点处的烧损。 5.触头材料 要求：尽可能高的导电、导热性能；适当的强度和硬度；摩擦系数要小；具有很好的化学稳定性；此外，还要考虑可加工性、价格问题以及经济适用性。 第8章 电磁系统磁路计算基础 1．作用-能量、电-机械能 电磁系统由磁系统和励磁线圈组成，用以实现电磁能转化为机械能或其他能量形式，从而完成特定任务的电器组件或部件。 基本组成部分——线圈、铁芯、反力弹簧 【组成】励磁线圈、静铁心、工作气隙、衔铁、反力弹簧等。 2.基本特性——吸力（静态、动态）、反力 P200 【吸力特性】对于直动式电磁铁，在线圈通电情况下，作用在动铁心上的电磁力与工作气隙长度有关，其吸力特性呈现非线性，而且随着工作气隙的增大，电磁铁所产生的电磁吸力将减小。根据是够考虑了励磁电流过渡过程以及动铁心或衔铁的动态特性，又可分为： 1. 静态吸力特性：不考虑励磁电流的过渡过程以及衔铁或动铁心的运动特性。 2. 动态吸力特性：考虑历次电流的过渡过程以及衔铁或动铁心的运动特性。 【反力特性】电磁系统中动铁心或衔铁做工所需克服的机械负载反作用力。 3.输入-输出特性【填空】P202 【输入-输出特性】表征电磁系统的输入量与输出量之间的关系。 ｛继电特性｝当输入量x从零逐渐增大时，输出量y并不发生改变，直至x大于一定阈值xd时，y才发生状态改变，从其初始状态跃变到另一特定状态。 ｛控制特性｝在一定范围内，较小的输入电流静磁放大器后，可以现行地输出一较大的输出 3 电流。 4.基本任务——正求$-F、反求-$ 【正求】给定工作气隙磁通，求建立该磁通所需要的磁动势。 【反求】给定磁动势，求解其在工作气隙中所能产生的工作气隙磁通。 5.磁势，气隙磁导的计算方法（解析法、磁场分割法、图解法、经验公式法） 解析法——小气隙 使用范围：磁极形状规则；气隙内磁通分布均匀；磁位等位面分布均匀；忽略磁极的边缘效应及扩散磁通等磁场问题。 磁场分割法——大气隙 实质：根据磁极之间气隙的磁场分布规律及磁通可能通过的路径，将整个气隙磁场分为若干个有规则形状的磁通管，并按解析法求出他们的磁导，最后根据这些磁通管的并联关系，求出整个气隙的磁导。 6.磁路计算为何复杂？ 答：磁阻的非线性，漏磁通的分布。 7.归算漏磁导（仅适用于U型系统）P219 【磁通不变原则】适用于直流电磁铁吸力计算。 【磁链不变原则】适用于动态计算、交流磁路计算 如何计算 芯-K P221 8.交流磁路的特点（P227） 与直流相同点：（1）都有磁阻；（2）都有漏磁；（3）都应用磁路基尔霍夫定律。 不同：存在电磁感应现象 9．交流磁路的计算方法——动态分析法、等效正弦波法 B、fai用幅值；U、I、E、H用有效值。 【三大定律表示方法】 P230 （1） 交流磁路的基尔霍夫第一定律 （2） 交流磁路的基尔霍夫第二定律 （3） 电磁感应定律 第9章 电磁系统的吸力计算 1．磁场能量 磁场是物质的一种特殊形态，它也具有能量，这个能量来源于外界能源，产生于磁场的建立过程中。磁场能量表现在磁场对位于其中的欲动电荷和载流导体有力的作用，并且具有推动它们做工的本领。 2. 定律使用条件、场合（作业9-3） 【能量平衡】大气隙，求导易计算（P239） 【麦克斯韦】小气隙，B均匀（大气隙时需知B=f（$）） 虚位移和法拉第电磁力：推导条件不同 3.恒磁势-直流-气隙平方成反比（作业9-5） 恒磁链-交流-还有漏磁通的影响 所以交流电磁系统的吸力特性比直流平坦些。 4.交流磁路的工作特点 分磁环的工作原理 【特点】交流电磁系统中励磁线圈的电源电压为正弦交变量，其中的磁通也是正弦交变量。 <平均吸力>等于最大吸力的一般。 <交变吸力>以两倍电源频率随时间作周期性交变，其幅值与平均吸力相等。 4 【分磁环工作原理】在磁极端面的一部分套上一个导体环，由于导体环具有磁抗，会使磁极端面的磁通分成两个彼此间有一定相位差的分量。这样，尽管每一分量产生的吸力均有减小到零的时候，但两吸力之间有相位差，合成吸力不可能到达零值。只要使合成吸力的最小值不低于反作用力，就可能完全消除有害的振动。 附注：三相交流电磁系统的吸力不随实践变化，始终为一常数，当然不会过零，因此也就无需设置分磁环。 5.吸力特性、反力特性的配合；动静配合 （1）静态的观点对吸力-反力的要求：在动作电压/电流下，吸力特性应处处高于反力特性；而在释放电压/电流下，吸力特性则应处处低于反力特性。 （2）动态观点的特性配合方式：利用两种里在释放位置附近巨大的差值，使衔铁在其运动光期间具有很大的加速度，借此缩短运动的实践；再利用两种力在小气隙附近的负差，将衔铁在发生撞击前的动能吸收掉一大部分，从而大幅度地减小撞击能量。 低压电器、高压电器部分 【刀开关】主要用于维修电路时隔离电源。 【断路器】1在正常工作条件下，可以不频繁地接通和分断电力线路；2当线路出现过载、短路等故障时，能自动分断故障线路；3能在规定的非正常电路的条件下承载一定时间。 【熔断器】在线路中作过载和短路保护，但主要用作短路保护。 【接触器】1用于在正常工作条件下远距离的频繁的接通或分断线路；2也能分断非正常工作条件下的线路，但不能分断短路电流。 【热继电器】主要作用于电动机的过载保护。 （一）低压 1.低压电器的定义及分类 P2、P3 【定义】我国标准：交流电压1200V、直流电压1500V及以下者；国际标准（IEC）：交流电压1000V、直流电压1500V及以下者。 【分类】从应用场合分为【1.配电电器】刀开关、断路器、熔断器、继电器。【2.控制电器】接触器、控制继电器、主令电器、启动器、电磁铁等。 2.短路的危害、短路及冲击电流的概念 【短路定义】相与相之间通过较小阻抗的一种非正常短接 或 通过电弧的短接，或 相与地之间的联通。 【短路危害】1.线路总阻抗减小，短路电流超过额定电流许多倍，使导体变形、绝缘破坏，短路回路中电气元件损坏；2.短路也会引起线路电压降低，尤其是靠近短路点的地区影响更大，造成用电负载或供电区域停电。 【冲击电流】当pusin-fai=-π/2且wt=π时，短路电流的瞬时值将达到最大负值ich，称为冲击电流。 3.热稳定性的概念（强调时间的概念） 【动稳定性】电器承受短路（冲击）电流的电动力作用而不致损坏的能力。 【热稳定性】电器承受规定时间（1s）内短路电流产生的热效应而不致损坏的能力。 4.保护电器有选择性开断的概念 P25 【选择性保护】指电路中多级保护电器之间的协调分工，当发生短路及过载等故障时，只选择线路中必须停电的部分加以切除，即应该让最靠近故障地点的保护电器动作。 5.漏电保护设计的依据 5