广西大学自动化基础导学与初步实践电器与电机

广西大学基导第六章这是一篇关于电器与电机的思维导图，主要内容包括：常用控制执行电机，直流电机，交流电机，电机及其分类，电气控制元件，电力电容器，高压熔断器，高压开关电器，低压主令电器，低压继电器，低压接触器（QA/KM），熔断器，低压开关电器，电器的基本理论，电器的基本知识。

电器与电机

• 电器的基本知识
  • 低压电器分类
    • 用途：检测电器，控制电器，主令电器，保护电器，配电电器
    • 工作原理：电磁式，非电量控制，电子式低压电器，自动化电器
    • 动力来源：手动电机，自动电机
    • 执行机构特点分类：有接触点电器，无接触点电器
  • 高压电器分类
    • 开关电器，保护电器，测量电器，限流电器，成套电器与组合电器，其他
  • 电器性能指标
    • 额定电压，最高工作电压，额定电流，额定短路开断电流，短时耐受电流，峰值耐受电流，关合电流
• 电器的基本理论
  • 电弧理论与灭弧
    • 电弧：一个客观存在的物理现象，蓝色光柱。产生维持：触头间隙的绝缘介质的中性质点（分子和原子）被游离的结果。形成过程：气态介质或液态介质高温气化后的气态介质向等离子体态的转化过程。熄灭：介质恢复电压小于介质击穿电压
    • 击穿电压：指触头（电极）间产生电弧的最小电压
    • 恢复电压：电弧暂时熄灭后外电路施加在触头（电极）间的电压
  • 灭弧方法
    • 物理：温度（低利），离子浓度（低利），距离（长利）
    • 恢复电压：电源电压（低利），电路中感性（或容性）负载所占比例（低利），电容电流的变化率（低利）
  • 电器绝缘
    • 高压电器绝缘分类
      • 外绝缘与内绝缘
    • 高压电器绝缘特点
      • 断口绝缘考虑电弧与介质流动；电弧；开断过程断口间绝缘介质的流动；开断过程，灭弧室向外排出的热气体和其他分解物
      • 断口间的绝缘强度比任何其他绝缘部分都高
      • 防止绝缘击穿或沿面放电；防止固体绝缘材料或电弧烧灼损坏及由于机械力或热的长期作用而引起的绝缘损坏；尽量避免出现局域放电；高压开关设备的绝缘结构
  • 电器触头
    • 基本要求：材料合适，结构可靠；接触电阻小且稳定，即有良好导电性能和接触性能；通过规定电流，发热稳定而且温度不超过允许值；通过短路电流，具有足够的动稳定性和热稳定性；开断规定的短路电流，触头不被灼伤，磨损尽量小，不发生熔焊现象
    • 触头的分类及结构
      • 接触面：点接触（工作电流和短路电流较小情况），面接触（允许通过较大电流，仅限低压开关电器应用），线接触（适用于通电次数较多，电流较大的场合，适用于高，低电压开关电器中）
      • 结构形式：可断触头（高低压开关电器），固定触头（指连接导体之间不能相对移动）
  • 低压电磁式电器的工作原理
    • 感测和判断部分：电磁机构主要是将电磁能转换为机械能量，带动触头工作，从而完成接通和分断电路。感测部分采用电磁机构接受外界信号，并通过转换放大。判断部分做出有规律的反应使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制目的。 电磁机构有铁芯，衔铁和吸引线圈组成。
    • 继电特性：特点是动作点附近有一回环，便于控制电器工作
    • 执行机构：就是触头系统
  • 高压电器的操作机构
    • 电磁式操作机构：用电磁铁将电能变成机械能作为合闸动力。优点：结构简单，工作可靠，能用于自动重合闸和远距离操作。缺点：消耗功率大，结构笨重，合闸时间长
    • 手动操作：用手力直接闭合开关的机构。缺点：不能实现自动控制及自动重合闸。优点：结构简单，便于维护，故障少
    • 弹簧蓄能式操作机构：电动机蓄能和手力蓄能，合闸操作有合闸电磁铁和手按钮操作，分闸操作有分闸电磁铁和手按钮操作，机械寿命可达10000次
• 低压开关电器
  • 刀开关
    • 又叫闸刀开关，主用于隔离低压电源和通断低压负荷（负荷开关）。
    • 分类：开启/封闭式刀开关，组合开关，用刀与熔断器组合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式的刀开关 等
    • 结构原理：导电部分固定在瓷底板上，且用胶盖盖着，当闸刀合上时，操作人员不会触及带点部分
    • 技术参数：额定电压（AC500V以下，DC440V以下），额定电流（10~1500A，有时可到50000A），通电能力即额定电压下接通和分断的电流值（比额定值大）
    • 选用刀闸额定电流应不小于3倍的异步电机额定电流，最好5~8倍的异步电机额定电流
  • 低压断路器
    • 结构：触头，灭弧装置和各种脱扣器。工作原理：当自由脱扣器收到外力作用弹起时，主触头在弹簧拉力的作用下自动断开电源，对用电设备起保护作用
    • 用途和分类：作为电源开关使用，同时对线路，电器设备及电动机等实行保护，闸刀开关。直流断路器和交流断路器。
    • 选择原则：额定电流电压大于线路或设备额定电流压；通断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流；欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。。。。。。
  • 漏电保护开关
    • 特点：检测触电或漏电事故，能自动切断故障电路。分类：带过电流保护的（漏电保护和过载保护），不带过流保护。结构：检测元件，中间环节，执行机构，试验装置
    • 主要参数：额定电压（220V或380V），额定电流开关触点允许通过最大电流，额定动作电流（漏电流大于此电流），动作时间（快速型0.2s以下，延时型0.2~2s）
• 熔断器
  • 熔断器一种基于电流热效应原理和发热元件热熔断原理设计，是当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器，具有一定的瞬动特性。
  • 技术参数：额定电压（等于或大于电气设备的额定电压），额定电流（熔体额定电流最大不能超过熔断管的额定电流），极限分断能力
  • 选用： 根据管径和负载性质选择适当类型的熔断器
• 高压熔断器
  • 户外高压跌落式熔断器----插入式安装用于10kV，交流50Hz的送、配电线路及配电变压器进线侧作短路和过负荷保护在一定条件下可以分断与关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流 户内高压熔断器----固定式安装它适用于高压送、配电线路、电力变压器、电力互感器、电力电容器等电气设备过载及短路保护
• 电力电容器
  • 基本结构：电容元件、浸渍剂、紧固件、引线、外壳和套管。外壳材料有金属外壳、瓷绝缘外壳、胶木筒外壳；芯子由电容元件串并联组成，电容元件用铝箔作电极，用复合绝缘薄膜绝缘。电容器内以绝缘油（矿物油或十二烷基苯等）作浸渍介质。
• 电气控制元件
  • 电气控制元件（电力电子器件）以较小的电流或电压控制高电压、大电流以驱动电气执行元件。它的直接应用是实现变流器：DC/DC、AC/DC、AC/AC、DC/AC。
  • 晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。伏安特性：第I象限正向特性有阻断状态和导通状态之分，第III象限反向特性与二极管的反向特性相似
    • 单向晶闸管用作电阻性负载的电功率控制（可控半波整流，双向晶闸管用作电阻性负载的电功率控制
• 电机及其分类
  • 电机：实现能量转换和信号转换的电磁装置，有直流与交流之分。变压器是也可说是一种特殊的静止电机
    • 控制电机----实现控制作用和信号转换测速电机、伺服电机（也实现能量转换）、自整角机、旋转变压器、步进电机
      • 动力电机----实现能量的转换----两种工作模式
  • 三相异步电机-旋转原理:三相交流电引起的旋转磁场（或旋转的磁铁)~转子导体有相对切割运动(电磁感应原理)~转子导体产生感应（动生)电动势e（右手定则）(e  Bl v)~闭合导线产生电流 i~通电导线在磁场中受力（左手定则）(f  Bl i)~转子旋转~线圈跟着磁铁（场）转→两者转动方向一致, 线圈比磁场转得慢，即n<n0异步:n= n0同步
    • 每相绕组：单线圈两串联;合成磁场：一对极p=1两对极p=2
    • 每个电流周期，磁场转过的空间角度在p=1和p=2时，前者比后者大1倍。
• 交流电机
  • 交流电机：电动状态：1.将交流电能转换成机械能。2.简化生产机械的结构，提高生产效率和产品质量。3.可实现自动控制和远距离操作，减轻体力劳动；发电状态：产生正弦交流电，将其他形式的能源转换成电力
    • i1=Imsinwt,i2=Imsin(wt-120`),i3=Imsin(wt-240`),磁场旋转方向：取决于三相电流的相序
• 直流电机
  • 直流电机指的是输出直流电流的发电机，或通入直流电流而产生机械运动的电动机。直流发电机主要用作直流电源。直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。前者主要表现在起动力矩大。后者主要表现在调速范围广、调速方便、调速平滑
• 高压开关电器
  • 高压断路器运行时要求： 断路器在闭合时应为良好的导体，导电性能良好，在断开时，绝缘性能良好，要承受工作电压以及过电压 短路时有足够的跳闸能力：时间要短，灭弧速度快，触头不出现熔焊现象高压断路器维护：定期清洁，防止爬电、闪络 停电时检查传动部分，发现缺陷并处理 定期对活动机构添加润滑油，对油断路器还要补油或换油；对空气断路器要定期排污、定期对空压机换油添油，定期检查合闸熔丝是否正常，核对容量，管理上的遵循
  • 三者关系：断路器有完善的灭弧功能，可以切断负荷电流（容量大）和短路电流----保护功能。负荷开关只有简单的灭弧功能 ，只可切断负荷电流（容量小） ，不可切断短路电流，一般通过加装熔断器切断短路电流以保护线路。隔离开关则不能切断负荷电流，更不能切断短路电流，只用来切断电压或允许的小电流，大部分场合下只起物理上的隔离作用。
• 常用控制执行电机
  • 伺服电动机:1. 有交流伺服和直流伺服之分。2. 将电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。3.交流伺服电动机在同功率下有较小的体积和质量，适用于高速且大力矩工作状态，是主要发展方向。4.高性能的伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，这类伺服电动机自带的编码器，可以实现快速、准确的定位。 步进电动机:1. 将电脉冲转化成角位移的执行机构。2.通过控制脉冲的频率控制转运速度和加速度。3.这种电机在非过载下，转速、位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响。4.步进电动机要与相应的驱动器一起使用
• 低压主令电器
  • 控制按钮、指示灯与发声器、转换开关（频繁地转换复杂的多路控制电路）（组合开关、万能转换开关）、有触点行程开关、无触点接近开关
• 低压继电器
  • 用途：控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护
  • 热继电器工作原理：通过热元件串在电动机定子绕组中，在电动机正常运行时，双金属片弯曲，但不足以使继电器动作；当电动机过载时，热元件产生的热量增大，使双金属片弯曲位移增大，经过一段时间，双金属片弯曲到推动导板，并通过补偿金属片与推杆将触点分开，即常闭触点动作，常开触点相反
  • 电动机的过载特性与热继电器的保护特性，具有断相保护的热继电器，时间继电器，速度继电器，温度继电器，液位继电器
  • 低压继电器与接触器的区别是什么？ • 继电器通常触点容量较小，没有灭弧装置，接在控制电路中，可在电量或非电量的作用下动作，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；触点无主辅之分。• 接触器触点容量较大，有灭弧装置，直接用于开、断主电路，一般只能在电压作用下动作，是电气控制系统中的执行元件；触点有主辅之分。
• 低压接触器（QA/KM）
  • 结构：电磁机构，主触点和灭弧系统，辅助触点，反力装置，支架和底座
  • 工作原理：通电后，铁芯产生磁通，衔铁处产生引力，使衔铁产生闭合动作，主触点在衔铁的带动下闭合。同时衔铁带动辅助触点动作，使原来断开的辅助触点闭合，而原来的辅助触点断开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在释放弹簧作用下打开，主，辅触点恢复到原来的状态
• 自动化231 陈爽 2302120123
• 同步转速：no=60f/p