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本书主要包括三部分内容：电器原理，电力机车的高低压电器，电器常见故障及处理。根据高职人才培养目标：高技能、高素质、具有可持续发展能力的要求，作者详细介绍了电器原理。使学生通过学习可以能够建立一个完整的电器理论的学科框架，以及介绍了电力机车的高低压电器，重点讲授SS4改和HXD3车型，除电器的结构、原理、参数的理论要求外，还对电器的维护检修的内容进行了详细说明，对机车电器常见故障及处理以案例的形式进行了介绍。

目  录

绪  论    1

篇  电器基础知识

章  电器的电动力和触头    6

节  电器的电动力    6

第二节  触  头    8

小  结    22

思考与习题    22

第二章  电弧的燃烧与熄灭    24

节  概  述    24

第二节  电弧的燃烧与熄灭    27

小  结    40

思考与习题    40

第三章  电器的发热与散热    42

节  电器的发热和散热    42

第二节  电器的极限允许温升    44

第三节  不同工作制下电器的发热    46

小  结    49

思考与习题    49

第四章  电器的传动装置    51

节  电磁传动装置    51

第二节  电磁铁的吸力与特性    53

第三节  电空传动装置    57

小  结    60

思考与习题    60

第二篇  低压电器

第五章  电磁式接触器    62

节  概  述    62

第二节  交流接触器    66

第三节  直流接触器    70

第四节  真空接触器    71

第五节  接触器的维护与检修    73

小  结    80

思考与习题    80

第六章  继电器    83

节  概  述    84

第二节  电磁式继电器    88

第三节  机械式继电器    99

第四节  电子式时间继电器    105

第五节  继电器的维护与检修    107

小  结    109

思考与习题    110

第七章  其他低压电器    114

节  司机控制器    114

第二节  扳键开关    127

第三节  传感器    131

第四节  蓄电池    142

第五节  自动开关    151

第六节  熔断器    157

第七节  其他电器的检查与维护    164

小  结    174

思考与习题    175

第三篇  高压电器

第八章  受电弓和主断路器    179

节  受电弓概述    179

第二节  TSG1-630/25型单臂受电弓    181

第三节  DSA200型单臂受电弓    185

第四节  受电弓的检查与维护    191

第五节  主断路器概述    201

第六节  TDZlA-10/25型空气断路器    202

第七节  BVAC N99型真空主断路器    209

第八节  主断路器的维护与检修    213

小  结    219

思考与习题    220

第九章  高压隔离开关和高压接地开关    222

节  高压隔离开关    222

第二节  高压隔离开关的维护保养    225

第三节  高压接地开关    226

第四节  高压接地开关的检修与维护    227

小  结    229

思考与习题    229

第十章  电空接触器和两位置转换开关    230

节  电空接触器    230

第二节  两位置转换开关    235

小  结    243

思考与习题    244

第十一章  其他高压电器    246

节  互感器    246

第二节  高压连接器    254

第三节  支持绝缘子    260

第四节  避雷器    261

第五节  检查与维护    264

小  结    267

思考与习题    267

实验一  电磁、电空接触器实验    270

实验二  电流继电器、时间继电器、接地继电器实验    273

实验三  TSG1型受电弓特性及调整实验    276

实验四  DSA200型受电弓性能实验    277

实验五  TDZ1-400/25型主断路器动作性能、动作时间测定与调整实验    282

实验六  BVAC N99型主断路器性能实验    285

参考文献    288

崔晶 女，现为西安铁路技术学院 副教授 硕士 ，毕业于北京交通大学电力牵引与传动控制专业，现在西安铁路职业技术学院从事铁道机车一线教学工作，曾主编出版《电机与电气控制》《电力机车总体及走行部》，其中《电力机车总体及走行部》获得2015年陕西省高等院校优秀教材二等奖，参编、主审教材4本，核心期刊发表论文13篇。主持省级课题一项,参加省级课题一项。

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1．触头磨损的原因

触头在多次接通和断开有载电路后，它的接触表面将逐渐产生磨耗和损坏，这种现象称为触头的磨损。触头磨损达到一定程度后，其工作性能便不能保证，此时，触头的寿命即告终结。继电器和接触器的寿命主要取决于触头的寿命。

触头磨损包括机械磨损、化学磨损和电磨损。机械磨损是在触头闭合和打开时研磨和机械碰撞所造成的，它使得触头接触面产生压皱、裂痕或塑性变形和磨损。化学磨损是由于周围介质中的腐蚀性气体或蒸汽对触头材料浸蚀所造成的，它使得触头表面形成非导电性薄膜，致使接触电阻变大，且不稳定，甚至完全破坏了触头的导电性能。这种非导电性薄膜在触头相互碰撞及触头压力作用下，逐渐剥落，形成金属材料的损耗。机械磨损和化学磨损一般很小，约占全部磨损的10% 左右。

触头的磨损主要取决于电磨损。电磨损主要发生在触头的闭合和开断过程中，尤其以触头开断过程中产生的电磨损为主。在触头闭合电流时产生的电磨损，主要是由于触头碰撞引起的振动所产生的，在触头开断电流时所产生的电磨损，主要是由高温电弧造成的。

2．触头电磨损的形式

触头在分断与闭合电路过程中，在触头间隙中产生金属液桥、电弧和火花放电等各种现象，引起触头材料的金属转移、喷溅和气化，使触头材料损耗和变形，这种现象称为触头的电磨损。

触头的电磨损形式主要有两种，即液桥的金属转移和电弧的烧损。

（1）液桥的形成和金属转移。触头开断时，在从触头完全闭合到触头刚开始分离的时间内，先是触头的接触压力和接触点数目逐渐减小，接触电阻越来越大，这样就使接触点的电流密度急剧增加，由此产生的热量促使接触处的金属熔化，形成所谓的金属液体滴。触头继续断开时，将金属液体滴拉长，形成液态金属桥，简称液桥。由于温度沿液桥的长度分布不对称，且其值发生在靠近阳极的地方，因此，使金属熔液由阳极转移到阴极。实践证明，由于液桥的金属转移作用，经过很多次的操作后，触头的阳极因金属损耗而形成凹坑，阴极则因金属增多而形成针刺，凸出于接触表面。

在弱电流电器（如继电器）中，液桥对触头的电磨损有着重要的影响。

（2）电弧的烧损。电弧对触头的腐蚀十分严重，电弧磨损要比液桥引起的金属转移高出 5～10 倍。当负荷电流超过 20 A，甚至达到几百或上千安时，电弧的温度极高，触头间距离又较大，一般都有电动力吹弧，再加上强烈的金属蒸气热浪冲击，往往把液态金属从触头表面吹出，向四周飞溅。这种磨损与小功率电弧的磨损是不同的，金属蒸气再度沉积于触头接触表面上的概率已大大减小，使触头阴、阳极都遭到严重磨损，由于阳极温度高于阴极，所以阳极磨损更为严重。

3．减小电磨损的方法

减小触头的电磨损，提高触头的寿命，一般可从两方面着手，即减小触头在开断过程中的磨损和减小触头在闭合过程中的磨损。

（1）减小触头在开断过程中的磨损，即减小触头在开断时的电弧，其方法如下：

① 合理选择灭弧系统的参数，例如磁吹的磁感应强度

B

。

B

值过小，吹弧电动力小，电弧在触头上停留时间较长，触头的电磨损增加；

B

值过大，吹弧电动力过大，会把触头间熔化的金属液桥吹走，电磨损也增加，因此，有一个的

B

值，在该值下电磨损小。

② 对于交流电器（如交流接触器）宜采用去离子栅灭弧系统，利用交流电流通过自然零点时不再重燃而熄弧，减小触头的电磨损。

③ 采用熄灭火花的电路，以减小触头的电磨损。这种方法就是在弱电流触头电路中，在触头上并联电阻、电容，以熄灭触头上的火花。这种火花熄灭电路对开断小功率直流电路很有效。

④ 正确选用触头材料。例如，钨、钼的熔点和气化点高，因此，钨、钼及其合金具有良好的抗磨损特性，银、铜的熔点与气化点低，其抗磨损性较差。

（2）减小触头闭合时的磨损。

触头闭合时的磨损主要是由于触头在闭合过程中的振动所引起的，因此，为了减小触头的电磨损，必须减小触头的机械振动。

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前言

前  言

本书为高等职业技术教育“十三五”规划教材，是根据铁路高职教育铁道机车专业教学计划“电力机车电器”课程标准的要求编写的。

本书首先讲授电器的基本概论，包括电器的电动力与触头、电弧的燃烧与熄灭、电器的发热与散热以及传动装置；其次介绍常用电力机车低压电器，包括继电器、接触器和其他低压电器的结构和基本原理及维护与检修；第三部分介绍电力机车高压电器的结构和基本原理及维护与检修；后给出了 6 个实验。本书以 SS

4G

型直流传动电力机车和 HXD

3

型大功率交流传动机车为典型车型编写，是一本既适合于理论教学，又贴近生产实际的教材。

教材的使用建议：

（1）教学中要坚持理论与实践相结合的原则。应避免“重理论、轻实践”的错误做法。为了提高学生的实际动手能力，应结合其他专业课在适当的时候安排学生去现场进行一段时间的实习，将课堂知识转化为实际技能。

（2）突出教学的直观性。“电力机车电器”是一门直观性、实践性很强的专业课，如果只是强调课本上的图文，不追求实物所带来的直观性，那就会使教学效果事倍功半。因此，教师在授课时，一方面要充分利用实物、模型等教具或多媒体课件激发学生的学习兴趣，另一方面要适当增加实验、实训课的教学时数。

（3）我国目前铁路干线运行的国产和进口电力机车型号多达数十种，加之新型机车的不断推出，本书由于篇幅所限，很难包罗所有车型，仅选用具有代表性的两种机车加以介绍。因此，作为本专业教师，应时刻关注电力机车发展的新动向，在教学中，随时将电力机车发展的新技术、新知识、新工艺补充进去；同时，在教学中能总结出各型机车的异同点，做到举一反三，使学生具有较强的适应性和应变能力。

本书由西安铁路职业技术学院崔晶、杨会玲担任主编，柏承宇、虞梦月担任副主编。参加编写的有西安铁路职业技术学院崔晶（前言、绪论和篇）、杨会玲（第八章节至第七节，第九章，第十章）、柏承宇（第五章节至第四节，第六章，第七章节、第二节、第四节和第七节）、虞梦月（第七章第五节和第六节，第十一章，实验一和实验二）、樊润洁（实验三～实验六）、房楠（第七章第三节），西安机车检修段高素琴（第五章第五节），西安铁路局西安机务段王小峰（第八章第八节）。西安铁路局机务处范秀忠担任主审。

由于编者水平所限，教材中难免有疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正。

编  者

2016年5月