第二章 电气控制系统答案

第二章
2.1 何谓高压电器？何谓低压电器？
解答: 高压电器是工作电压高于交流1200V或直流1500V的各种电器；低压电器是工作电压在交流1200V或直流1500V以上的各种电器。

2.2 试述电磁式电器的工作原理。

解答：电磁式电器的主要由电磁机构和触头构成，电磁机构由铁心，衔铁和吸引线圈组成。

当在吸引线圈两端施加一定的电压或电流时，在电磁机构的磁路产生磁场，通过气隙转换成机械能，当施加在衔铁上的电磁吸力大于电磁机构反力时，衔铁吸引触头，使其闭合。

当电磁吸力小于电磁机构反力时，触头断开，实现电路的通断。

2.3 电磁机构的吸力特性和反力特性要如何配合才能保证其可靠工作？
解答：电磁机构在衔铁吸合过程中，吸力必须大于反力，但不宜过大，否则会影响电器的机械寿命；在衔铁释放过程中，其反力必须大于剩磁吸力才能保证可靠释放；因此电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间。

2.4 改变气隙的大小或改变释放弹簧的松紧，是否会影响电磁铁的工作？
解答：改变气隙的大小或改变释放弹簧的松紧，都会影响电磁铁的工作。

改变气隙大小会改变电磁机构的吸力特性，改变弹簧的松紧会影响电气机构的反力特性，二者都可能造成吸力特性和反力特性的协调性，进而影响电磁机构的断开和闭合，影响器件的正常工作和寿命。

2.5 为什么可靠性高或频繁动作的控制系统常采用直流电磁机构？
解答：电磁机构一般有直流和交流两类。

交流电磁机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚未动作时，其电流远大于额定电流。

若发生衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流线圈可能烧毁，而在直流电磁铁吸合过程中，电磁吸力逐渐增加，完全吸合时电磁吸力最大，所以在可靠性高或频繁动作的控制系统，一般采用直流电磁机构。

2.6 能否将交流电磁线圈接入对应直流电压源，将直流电磁机构接入对应的交流电压源？为什么？
解答：不能。

2.7 为什么单相交流电磁铁要加短路环？
解答：交流电磁机构的电磁吸力随时间周期性变化。

在变化过程中，当电磁吸力小于衔铁上弹簧的反作用力时，衔铁从与铁心闭合处被拉开；当电磁吸力大于弹簧反作用力时，衔铁又被吸合。

如此周而复始，是衔铁产生振动，发出噪声，同时还会使铁心的结合处有磨损，降低电磁铁使用寿命。

为了消除衔铁振动，在地那次铁心的某一端添加短路环。

短路环将铁心中磁通分成两部分，产生两个有相位偏移的吸力，只要使二者的合成吸力大于弹簧反作用力，就能消除衔铁影响，进而消除噪声。

2.8 三相交流电磁铁有无短路环？为什么？
解答：无短路环。

2.9 什么是α斑点和接触斑点？
解答：放置在空气中的金属导体表面会覆盖一层不导电的金属膜或硫化膜，
在实际的接触小面中，只有膜被压破裂的地方才能形成金属与金属的直接接触，实际上电流只能从这些更小的金属接触点通过，这些能导电的金属接触点为导电斑点，国际上通常称为α斑点。

把那些发生机械接触的笑面称为机械接触斑点，简称接触斑点。

2.10 有一对线接触的铜触头，设表面未氧化，触头压力为10N，试求触头的接触电阻。

解答：利用公式R j=K(0.102F)-m来计算。

由查表可知：K=(80~140)×10-6，F=10N，m=0.7，带入公式即可。

2.11 接触电阻是怎样产生的？如何减小接触电阻？
解答：接触电阻是收缩电阻与表面膜电阻之和。

收缩电阻电阻是由于电阻线在导电斑点附近发生收缩，会增加电流流通路径，从而在接触内表面形成。

表面膜电阻是当电流通过导电斑点时以准金属接触导电斑点间薄膜，使电流受到阻碍而产生。

一般通过减小接触面粗糙度和增大接触面压力来减小接触电阻。

2.12 什么叫热熔焊？什么叫冷焊？
解答：触头工作时因温度升高而熔化，以致焊在一起无法正常分开的现象称为触头的熔焊或热熔。

它分为动熔焊和静熔焊。

所谓冷焊是指闭合触头未通电时在室温或冷态下出现的粘结现象。

冷焊通常在贵金属材料之间，如金和合金等制成的小型或高灵敏继电器触点中。

2.13 如何减低触头的机械振动？
解答：通过力学分析可知，适当减小动触头的质量和运动速度，增大触头初压力或运用K值接近1的触头材料，可实现触头的无害振动，但要完全消除触头接通时的振动式不可能的。

2.14 什么是触头的电磨损？它有哪几种形式？如何降低桥磨损？
解答：将触头在分段过程中，由于存在触头间金属的转移、液态金属的溅射及金属间的扩散，会使触点表面凹凸不平或出现深坑、凸起、龟裂等触头材料转移或损失称为触头电磨损。

主要有桥磨损和电弧磨损两种。

可通过如下措施降低桥磨损：（1）在触头回路中附加电流回路使触头工作中零转移电流下；（2）触头采用高温时易氧化的金属或合金，当桥折断后残桩氧化，触头下次闭合时残桩绝缘，迫使电流由其他接触点通过；（3）在触头基底金属表面镀一层贵金属，以限制针刺的高度；（4）用两种金属的触头组成“补偿触头对”，使桥液稳度分布接近对称，减小桥体积。

2.15 试述电弧对电器的利与弊。

解答：利:可以给电路中磁能的释放提供场所，从而降低电路开断时产生的过电压。

弊：电弧会延长电路的切断时间，电弧的高温还会烧坏触头，严重时甚至引起开馆电器着火和爆炸，形成火灾，影响电力系统安全运行。

2.16 何为电离与消电离？他们各有哪几种形式？
解答：原子被撞击分裂成带负电的电子和带正电的离子的过程称为电离，主要有撞击电离和热电离两种形式。

电离气体中带电粒子自身消失或失去电荷转变成中性粒子的现象称为消电离，主要有复合和扩散两种形式。

2.17 电弧的本质是什么？
解答：电弧放电实际上是自持放电的最终形式。

其物理过程可归纳为：在外加电压作用下，由阴极区连续提供电子流，在弧柱区产生高温热电离，最后电子进入阳极区被阳极所吸引。

因此电弧可以说是产生于气体中的炽热电流、是高温气体中的离子化放电通道，是充满电离和消电离过程的热电统一体。

2.18 试分析直流灭弧的条件和交流灭弧的条件。

解答：直流电弧灭弧条件：u h>E-iR。

u h为电弧电压，i为电弧电流，E为外加直流电源电压，R外加可调电阻。

交流电弧灭弧条件：交流电弧电流过零后，弧隙介质强度恢复的速度大于弧隙电压恢复的速度。

2.19 什么是近阴极效应？它有利于熄灭哪一种电弧？
解答：在电流过零后很短时间内，近阴极区获得一定值击穿电压（弧隙的介质强度，一般为150~250V）的现象称为近阴极效应。

且电流越小，起始介质强度值越高。

近阴极效应有利于熄灭交流电弧。

2.20 根据电弧的电压方程，试述交流灭弧的灭弧方法。

解答：根据电弧的电压方程可知，交流灭弧主要有减小恢复电压增长速度和增加介质强度恢复速度这两种方法。

增加介质强度恢速度方法是通过金属栅片将电弧分割成许多短弧，这样每一个短弧相当于处于一对电极之中，电流过零后就产生近阴极效应。

此时介质强度之和比一对极下产生的扩大了许多倍。

当外界加在电弧两端的电压小于此值时，电弧在过零后就不在重燃。

减小恢复电压增长速度的方法是在弧隙两端并联一电阻，在弧电流过零时，线路电流通过并联电阻分流，则弧隙电流减小，弧隙两端电压增长速度变慢，一直恢复电压增长速度。

从分流角度考虑，并联电阻值不需太大，但电阻小时损耗较大，因此一般采用非线性电阻。

2.21 把触头设计成双断开桥式结构有什么好处？
解答;触头设计成桥式双断开结构一方面有利于电弧拉长，另一方面使电弧温度降低，有助于熄灭电弧。

两处断开点相当于两队电极，若要使该处电弧熄灭后重燃需要达到两倍的击穿电压（150~250V），一般难以达到，因此可起到灭弧效果。

一般根据需要可将两个或三个极串联当一个出点使用，这组出点则变成多断点，加强了灭弧效果。

2.22 怎样才能实现无弧通断？
解答：实现无弧通断的方式一般有两种。

一种是在交流电流自然过零时，以极快的速度使动静触头分离，使触头分段过程中电弧能量最小，致使电弧很弱或根本无法产生电弧，以达到无弧分断电路的目的。

二是采用电子灭弧装置，在弧头两端并联晶闸管，让晶闸管承担电路通断，在触头断开时将其电压控制在极低范围，从而避免电弧产生。