电气元器件概述及列车检修工（上册）介绍

电路多样化功能的实现离不开各种各样的电路元器件。由于电路规模可以相差很大，小到集成电路，大到高低压输电网，其中应用到的元器件差异也较大，以下分类说明。

1）高压元器件

高压元器件一般指额定电压为3 000 V 及以上的元器件。

（1）绝缘子

绝缘子是用来支持和固定母线与带电导体，并使带电导体间或导体与大地之间有足够的距离和绝缘。绝缘子应具有足够的电气绝缘强度和耐潮湿性能，如图2.2 所示。

图2.2　绝缘子

（2）UT 楔形线夹

UT 楔形线夹采用楔形自锁结构，将钢绞线卡在线槽内。利用楔的劈力作用，使钢绞线锁紧在线夹内，达到紧固拉线的目的。一般用于拉线杆塔的下端，如图2.3 所示。

图2.3　UT 楔形线夹

（3）跌落式熔断器

跌落式熔断器是10 kV 配电线路分支线和配电变压器最常用的一种短路保护开关。它具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于10 kV 配电线路和配电变压器一次侧作为保护和进行设备投切操作之用，如图2.4 所示。

图2.4　跌落式熔断器

图2.5　高压隔离开关

（4）高压隔离开关

高压隔离开关的主要功能：保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用，不能用于切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作，也就是说，它不具有灭弧功能，如图2.5 所示。

（5）高压断路器

高压断路器（高压开关）不仅可以切断或者闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，如图2.6 和图2.7 所示。

图2.6　高压断路器

图2.7　氧化锌避雷器

（6）氧化锌避雷器

氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。这种避雷器和传统避雷器的差异是它没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起泄流和开断的作用。

（7）分界开关控制器

分界开关控制器（环网柜看门狗控制器、断路器控制器、分界开关控制器） 安装在分界断路器开关柜内。分界开关控制器具备故障检测功能、保护控制功能和通信功能（配置通信模块后），适用于安装在配电线路进线的责任分界点处，也可适用于符合要求的分支线末端线路。设备安装投运后，可以实现自动切除被控支线的单相接地故障和相间短路故障。

2）低压元器件

低压元器件一般指工作在交流电压1 200 V、直流电压1 500 V 及以下的元器件。

（1）断路器

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。低压断路器又称为自动空气开关，既有手动开关的作用，也能自动进行失压、欠压过载和短路保护，如图2.8 所示。

图2.8　断路器

图2.9　接触器

（2）接触器

接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器（电压DC），它应用于电力、配电与用电场合。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器，如图2.9 所示。

接触器的工作原理：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理类似。

（3）继电器

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起自动调节、安全保护、转换电路等作用。(www.zuozong.com)

一般地，按继电器的工作原理或结构特征分类，可分为电磁继电器、固体继电器、温度继电器、舌簧继电器、时间继电器、高频继电器、极化继电器等。

（4）按钮、指示灯

按钮是一种人工控制的主令电器，主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。

指示灯通常用于反映电路的工作状态（有电或无电）、电气设备的工作状态（运行、停运或试验）和位置状态（闭合或断开）等。它是用灯光监视电路和电气设备工作或位置状态的器件。

（5）转换开关、行程开关

转换开关是一种可供两路或两路以上电源或负载转换用的开关电器。转换开关具有多触点、多位置、体积小、性能可靠、操作方便、安装灵活等优点，多用于机床电气控制线路中电源的引入开关，起隔离电源的作用，还可作为直接控制小容量异步电动机不频繁启动和停止的控制开关。转换开关同样也有单极、双极和三极。

行程开关是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

（6）熔断器

熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器的工作原理是电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

（7）电流互感器、电压互感器

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器由闭合的铁芯和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串接在需要测量的电流线路中。因此，它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中。电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量，二次侧不可开路。

电压互感器和变压器类似，是用来变换线路上的电压的仪器。但是变压器变换电压的目的是输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此，电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过1 000 V·A。

（8）电抗器

电抗器称为电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器。有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁芯，称为铁芯电抗器。电抗分为感抗和容抗，感抗器（电感器）和容抗器（电容器）统称为电抗器。由于过去先有电感器，因此被称为电抗器。现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。

（9）变压器、变频器

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。其主要功能有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。变压器按用途可分为电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需的电源电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

3）电子元器件

电子元器件是电子元件和小型的机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成，可以在同类产品中通用。电子元器件常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件，如电容、晶体管、游丝、发条等子器件的总称。常见的有二极管等。

电子元器件包括电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、机电元件、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、电子变压器、继电器、印制电路板、集成电路、各类电路、压电、晶体、石英、陶瓷磁性材料、印刷电路用基材基板、电子功能工艺专用材料、电子胶（带）制品、电子化学材料及制品等。

元器件中，工厂在加工时没改变原材料分子成分的产品可称为元件，元件属于不需要能源的器件，包括电阻、电容和电感；器件是工厂在生产加工时改变了原材料分子结构的产品。元件可分为电路类元件（二极管、电阻器等）和连接类元件（连接器、插座、连接电缆、印刷电路板等）；器件可分为主动器件（自身耗电，需要外部电源）和分立器件（双极性晶体三极管、场效应晶体管、可控硅、半导体电阻电容）。

（1）电阻

电阻是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的，一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不可变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。

①色环电阻。将不同颜色的色环涂在电阻器上来表示电阻的标称值及允许误差（图2.10），这种电阻称为色环电阻。

②贴片电阻。贴片元件具有体积小、质量小、安装密度高、抗震性强、抗干扰能力强，高频特性好等优点，广泛应用于计算机、手机、医疗电子产品等。贴片元件按其形状可分为矩形、圆柱形和异形三大类。贴片电阻按种类可分为电阻器、电容器、电感器、晶体管及小型集成电路等。

图2.10　色环电阻阻值

（2）电容

通常简称电容器容纳电荷的本领为电容，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。

（3）二极管

二极管是一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。二极管的作用有整流电路、检波电路、稳压电路、各种调制电路等。

晶体二极管为一个由P 型半导体和N 型半导体形成的PN 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于PN 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时，PN 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

二极管种类有很多，按照所用的半导体材料可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN 结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN 结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

（4）三极管

三极管全称为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结，两个PN 结把整块半导体分成3 个部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP 和NPN 两种。

（5）电感器

电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称为扼流器、电抗器、动态电抗器。

电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成。它可分为自感器和互感器。当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场，当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，这就是自感。两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件称为互感器。

（6）组合电路

集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC，也俗称芯片。

模拟集成电路是指由电容、电阻、晶体管等元件集成在一起用来处理模拟信号的模拟集成电路。有许多模拟集成电路，如集成运算放大器、比较器、对数和指数放大器、模拟乘（除）法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA 软件的控制下自动综合产生。

数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成（MSI）电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成（VLSI）电路和特大规模集成（ULSI）电路。