电力机车电器灭弧装置分析毕业论文(4)

铁道机车车辆专业（机车方向）毕业论文

第六章 电气触头的基本知识

6-1 电气触头基本知识概述

电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。 对电气触头的基本要求 （1）结构可靠；

（2）接触电阻小且稳定，有良好的导电性能和接触性能； （3）通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值； （4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性； （5）开断规定短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。 6-2 触头的接触电阻

触头在正常工作和通过短路电流时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的质量在很大程度上取决于触头的接触电阻值。正常情况下，触头间的接触压力、表面加工状况、表面氧化程度及接触情况等都会影响接触电阻值。 6-2-1 触头间的压力

触头间的压力越大，触头间 的接触电阻就越小。 6-2-2 触头材料及防氧化措施

触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成。为防止触头表面被氧化，一般需要采取镀锡、镀银和涂防腐漆和凡士林油等措施加以防护。 6-3 触头的热稳定和动稳定

触头在长期负荷电流下工作时，由于接触电阻的存在，触头要发热，使其温度升高，同时也向周围介质散热，当发热量等于散热量时，触头就稳定在工作温度下运行。这个温度值小于触头材料长期允许的温度。因此，触头是安全的。由于负荷电流相对于短路电流要小得多，所产生的电动力不会影响触头的正常工作。

当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁，可能使触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降等后果。因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。

6-4 触头的分类及其结构 6-4-1 按接触面的形式分类

（1）点接触 是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面接触、两个球面接触等都是点接触。这种接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单；但接触面积小不宜通过较大电流、热稳定性差。 （2）线接触 是指两个触头的接触面为线接触的触头， 如柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都属于线接 触 。这种接触电阻较小，接触面比较稳定。

（3）面接触 是指两个平面或两个曲面的接触。在受到 较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小 。 6-4-2 按结构形式分类 （1）固定触头

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固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头。

固定触头按其连接方式可分为可拆卸和不可拆卸两类。 （2）可断触头

可断触头按其结构可分为对接式和插入式两大类。 （3）可动触头

可动触头也叫中间触头，又称滑动触头，是指在工作中被连接的导体总是保持接触，能由一个接触面沿着另一个接触面滑动的触头。

第七章 开关电器典型灭弧装置的工作原理

7-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理

当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。

这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种： 1．简单开断； 2．磁吹灭弧装置； 3．纵缝灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置； 5．金属栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置， 7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置； 9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置； 11．真空灭弧装置。

此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下列辅助方法： 1．在弧隙两瑞并联电阻； 2. 附加同步开断装置； 3．附加晶闸管装置。 上述灭弧装置的灭弧原理是：

(1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大；

(2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长；

（3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离；

(4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；

(5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧；

(6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧； (7) 利用压缩空气吹弧； (8) 利用SF6气体吹弧；

(9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧；

(10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。 7-1-2拉长电弧

一、 在大气中利用机械方式拉长电弧进行灭弧的原理与图例。

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（1）原理：电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏-安特性向上移动。

图 7-1

（2）图解：如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外，还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。前者沿电弧的轴向(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧。

0 图 7-2

依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Llj。 其计算公式为：

式中 K——常数，当电源电压为500V时，K=0.75；250V时，K=0.15； ——开断电流的起始值（有效值），单位为A。 （3）示例：

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llj＝KI00.6

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例一：刀开关拉长电弧

图 7-3

例二：利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生磁场，使电弧迅速移动和拉长。图b）还增加了引弧角。

图 7-4 二、磁吹线圈：

可用于低压直流和交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心2上可开一槽或者用硅钢片叠成。

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图7-5

当铁心不饱和时，如果磁吹线圈开断大电流时产生的磁场适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难。当然，通过设计也能使磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。

但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增加，增大了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，使得触头的电磨损大大增加。

为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。

三、 纵缝灭弧装置

所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。 灭弧装置的工作原理：利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧。

按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示。

图7-6表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中，1为用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁吹线圈的钢夹板，3为电弧。

通常上部缝宽小于熄灭电弧的直径。

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