1-第一讲:开场白:电器概论14上海-正

第一讲：电器制造技术概论

2014-7-20

现代电器制造技术概论

Contemporary Manufacturing Technology

for Electrical Apparatus

Modern Manufacturing Technology and Equipment

（约定时间：8月7日上午9.00～12.00） 上海电器研究所讲座

，7月25日前寄去培训课件（PPT ）

1：电器制造定义

2：电器理论与电器制造技术的相关性

3：电器产品总体和零部件结构分析

4：电器制造工艺的特点

参考资料： 1：孟庆龙主编：《简明电器工艺手册》北京：机械工业出版社，2006

2：金克逵，孟庆龙编辑：《电器制造工艺学》录象片，天津：河北工业大学电

教室发行，1990

3：孟庆龙、金克逵主编，《电器结构、工艺及计算机辅助工艺规程设计》北京：机械工业出 版社，1994

4：孟庆龙主编：《电器制造技术手册》北京：机械工业出版社，2000

5：孟庆龙，王赞明主编：《电器计算机辅助设计》，北京：机械工业出版社，

1998

6：孟庆龙主编：《电器数值分析》北京：机械工业出版社，1993

7：孟庆龙编：《数理统计在电器制造技术中的应用》，1982

8：孟庆龙、金克逵主编：《电器制造工艺学》（第2版）北京：机械工业出版

社，1992

9：孟庆龙主编：《电器制造工艺学》北京：机械工业出版社，1982

第一讲

电器制造技术概论：

2014-7-29，整理

第一讲：电器制造技术概论

一：电器制造定义 一）：电器制造技术 二）：什么是电器－定义

三）：电器分类及其应用

（一）：按电压等级分

（二）：按电能分配和控制

（三）：按使用环境分 （四）：按应用范围分

二：电器理论与电器制造技术的相关性

三：电器产品总体和零部件结构分析

2014-7-29，整理

第一讲：现代电器制造技术概论

（2014-7-20，上海电器研究所培训班）

一：电器制造定义

一）：电器制造技术

1：什么是制造技术？

制造是伴随着人类自身的形成和发展而产生的，是人类生存、生活和生产活动中一个永恒的主题。现代意义上的“制造”即与大工业紧密相关，是指“用体力劳动或机械制造物品，特别是大规模的制造物品”。

（1）：古代——人类从使用工具开始

（2）：现代——从工业革命开始到现代制造技术的发展，进入信息制造和网络制造的时代

在制造过程中的产品设计、制造工艺（Process 和technology 或Тэх生产方式和管理模式（生产力与生产关系和管理模式）等技术形成了现代制造技术（manufacturing technology ）随着人类社会的发展和科学技术的进步制造技术取得了巨大的进展和成就。同时，制造过程和制造技术作为科学技术（多学科综合技术应用）的物化基础（又説“载体”），又反过来极大地促进了科技进步和社会发展。

制造业是将可用资源(包括能源) 通过制造过程，转化为可供使用和利用的工业品或生用活消费品的产业。制造业是创造人类财富的基础，是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机，是高技术产业化的载体和实现工业化和现代化的重要基石，也是国家安全的重要保障。 制造业的技术水平、生产规模和生产能力，决定了一个国家的产品竞争能力，决定其是否成为一个工业大国（即产量大质量不高）或强国，并进一步决定其经济实力和国防实力。从现代资本主义国家对现代制造业的发展趋势认识过程的几个阶段：在20世纪60年代以规模效益（）放在首位；70年代以成本和价格取胜；80年代则以质量赢得用户；90年代则以响应速度适应市场需求；进入21世纪，技术创新成为竞争的交点，谁技术创新领先，谁就会成为赢家。

2：电器理论与电器制造技术的相关性（和其它学科的相关性后面有）（理论和（→）实践的相关性）

电器制造技术（Manufacturing Technology for Electrical Apparatus ）（俄文：Тэхнология Электроаппаратостроения）是

回到实践中去），又反过来极大地促进了电器技术的发展。电器制造技术支撑了国民经济的现代化、电气化，是电器理论（技术）产业化的载体，也是理论实现的载体。当然，电器制造技术也是多学科技术（如。。。，也包括先进科学技术）的应用。

二）：什么是电器－定义

※：从制造观点看：

电器是一种具有控制电载荷的机械产品。因此，电器制造工业是属于机械制造工业的范畴是机械工业的重要组成部分。

图1 电器是机械产品

※：从电器的功能与作用看：

电器在电能生产、输送、分配和电力使用的各个过程和环节中（以及有线通信及无线。。。、家用电器等等），起着开关、控制、保护、调节、变换以及信息传递的重要作用（这是教科书中常用的定义）。

所谓“电器”也随着科学技术的发展，其内涵不断丰富和更新，从构成原理和结构上，已和50年代时的电器概念大不一样。而有些电器元件或装置，已由有触点电器与微电子器件相结合的机电一体化电器元件或成套

装置系统所代替。

（一）：电器功能结构图

从电器的基本功能和结构进行综合分析－任何电器抽象（归纳）定义成三个模块：

图2 电器功能结构框图

可解释任何电器：继电器、接触器、高低压断路器、熔断器、舌簧继电器等，以及高压电器也是如此。

从三个构成模块看，在讲电器制造技术（即工艺）从两头开始，即执行部分（环节）和感应部分（环节）。而后是中间部分（环节）。从结构特点到工艺特点联系起来认识制造技术。

讲电器制造技术（工艺），从工艺的内涵出发：制造技术包含了制造过程中的产品设计、制造工艺（实际是一个过程）与装备、生产方式和管理模式等技术。

因此讲制造技术必须和产品设计中的结构、参数和工艺联系起来讲。

（二）：电器输入－输出特性（开关特性）

经过综合分析－任何电器抽象定义有如下特性，即开关（有或无）特性（从有触点电器分析），如图所示

无触点电器的开关特性：用图4说明如下。

有或无特性开创了二进制数字电路。

（三）：有触点（有或无）电器和无触点电器及其发展方向

按照不同类型的电器，应当具体问题具体分析：

（1）：有触点电器的优缺点:

优点：1：过载能力强；

2：电隔离好；

3：成本低；

4：抗干扰能力强。

缺点：1：触点分断产生电弧，有许多坏处；

2：触点易损坏；

3：反应速度慢；

（2）：无触点电器的优缺点:

优点：1：无火花电弧分断；

2：灵敏度高；

3：:动作速度快；

4：; 寿命长；

缺点：1：过载能力弱；

2：电隔离复杂；

3：成本高；

4：抗干扰能力差。

（3）：正确对待有无触点电器发展问题: 继电、保护、过载、短路等功能的弱电回路可以由智能模块取代。

或者采用混合式电器(hybrid Electrical Apparatus)，如继电器常用混合式继电器(hybrid relay) 。这些智能电器实践上是数字化电器，不具有知识库和自动获取知识的功能。

即使在继电器领域，也很难完全用无触点继电器取代有触点继电器。如航天领域。

在大功率电器就很难用半导体元件来取代机械式触点（或触头） 有无触点的发展问题：要根据具体应用领域、环境的要求，进行具体分析，从电器总体的发展，长期并存的局面。

（四）：传统电器理论的发展空间与信息技术相结合的问题

研究电器的分类，可以根据其类别的不同，给电器性能特性、结构、制造工艺上会产生什么样的问题？从21世纪信息技术和网络技术同时影响着制造技术的发展！

三）：电器分类及其应用

一般情况电器分类有：承受电压的能力、使用功能、应用环境和范围等。分别说明：

（一）：按电压等级分

根据电压等级的高低，根据国际标准《额定电压等级》（GB156－80）中规定，目前电力网大体分为低压（220V 、380V ）（注：我国低压电器实际是1080伏以下）、中压（3kV 、6 kV、10 kV）、高压（35 kV、63 kV、110 kV、330 kV）、超高压（500 kV、750 kV）和特高压（1000 kV）五种。电压等级在1kV 以下电力网称为低压电网；1～10kV 之间的电力网称为中压电网；高于10kV 而低压330kV 的电力网称为高压电网；330～1000kV 的电力网称为超高压电网；1000kV 及以上的电力网称为特高压电网.

1：高压电器（中压、高压、超高压），在35kv 以上电力系统用电器，它分为超高压电器（ 220kv 以上，还有330kv 和500kv 以及

750kv 和1000kv 已经输电。）和中压电器（ 35kv 以下）；具体有：断路器、熔断器、隔离开关、互感器等；

2：低压电器（交流：1080伏，660伏、380伏、。。。。）；接触器、断路器、热继电器、保护继电器、控制、通信、航空、航天继电器、熔断器、隔离开关、互感器等；

（二）：按电能分配和控制

1：配电电器；高低压配电系统用电器；如图5-0-1所示。

G 1/G2—发动机；

GF －高压断路器；

TA －电流互感器；TV －电压互感器；

QS －隔离开关；TM －升压变压器；

FU －高压熔断器；

图5高低压配电系统用电器

2：控制电器；传统工业控制用各类低压电器；如图5-0-2。 TM －降压变压器；

QS －低压刀开关；

QF －低压断路器；

FU －低压熔断器；

KM －接触器；FR －热继电器；

M －负载，如电动机等；

3：继电器；通信、保护用各类继电器；

4：电压调节器；发动机稳定电压；

（三）：按使用环境分

在国家标准中都有规定。现在的国家标准（GB ）都是参照国际标准制定的，或者是等同国际标准。我国电工技术参照国际电工委员会（International Electrotechnical Commission IEC）。参照国际电工委员会（ IEC）制定我国各类电器标准，如继电器的标准，根据TC-41制定。

我国的国家标准的制定，大约有三个阶段：第一阶段，在解放初期到六十年代基本是按照苏联国家标准（ГОСТ），第二阶段，到七十年代开始引用国际标准（international standard ） 第三阶段，从八十年代末参照国际电工委员会标准（ In accordance with IEC international electrical committee standard 符合IEC ）制定电器的标准。

国家标准中规定了电器适应环境的要求。 1：高原电器；涉及海拔高度问题

气压降低即空气稀薄问题，带来击穿电压降低，电弧不宜熄灭（用巴申曲线说明：U jch =f(p*d)；第二就是散热困难，可能超过标准问题；但是环境温度也降低；

2：航空宇航电器, 尤其航空电器具有类似性质；

3：海洋电器；它是零部件防腐蚀问题 ，其次防冲击振动问题； 4：湿热带电器；零部件防腐和防霉菌对绝缘的侵蚀问题； 5：矿用电器；等等环境要求。

（四）：按应用范围分

1：工业用电器，经久耐用和降低成本问题； 2：通信电器，降低故障率的问题，提高可靠性等；

3：家用电器，经久耐用和信息化问题； 4：军用电器，可靠性问题十分重要；

5：防爆电器，煤矿安全问题，防电弧火花放电引起煤矿爆炸问题； 不同类型电器影响到：

结构设计；采用材料；采用工艺措施或方法；以及影响到储存运输等等。。。。。。

二：电器理论与电器制造技术的相关性

电器的发展和应用与我国电力的发展有密切关系，我国解放以后由于国民经济的飞速发展，推动了电力的发展。

（一）：解放后我国电力应用

我国电力系统的发展是在解放以后。

我国电力工业在解放前虽有60多年的历史，但是，规模小，技术落后。自1882年在上海建立第一个发电厂开始，直到1948年，60多年总共只留下总容量为185万kW 的发电设备，而年发电量只有43亿kWh ，当时占世界第23位。

109 G(吉)=10亿=10万万=1000兆（M ）

解放后，我国电力工业的发展列入国民经济发展的总计划，第一个五年计划完成后（1957年），全国总装机容量和年发电量都有明显的增加，见表1-1. （？）

解放前我国发动机装机容量：185万kW; 年发电量：43亿kWh 。 50年代年平均装机容量：77万kW ； 60年代年平均装机容量：117万kW ； 70年代年平均装机容量：365万kW ；

80年代（七五期间共增装机容量：4813万kW ）年平均装机容量接近：1000万kW;

9表1-1 我国历年装机容量和发电量

根据我国发电机装容量和相应的配套比例, 可以确定各类电器产量指标和市场潜力。其配套比例是:

年新增发电机装机容量为1000万kW ，每年与之配套的高压断路器将需要10万台（100台/万kW ），高压隔离开关约20万台（200台/万kW ）； 低压电器元件需要量更多，约需要1亿件(10万件/万kW) ，其中，年需要万能式断路器（ACB ）约23万台（230台/万kW ），塑壳断路器（MCCB ）约220万台（2200台/万kW ），交流接触器（ACC ）约1600万台（16000台/万kW ），配电电控装置约40万面（400面/万kW ），其中智能型配电电控装置约1万面（100面/万kW ）。

2004年我国低压电器产量：万能式断路器（ACB ）约50万台，塑壳断路器（MCCB ）约1900万台，交流接触器（ACC ）约5200万台，继电器5000万台，小型断路器20700万台，漏电开关3000万台。转换器20万台。

低压电器工业产值：326亿元，增长37.37％，销售额318亿元，利润亿元。

为我国电器制造业的发展提供了很好的机遇。而落后的电器制造技术制约了国家整体现代化水平的提高。

（二）电力系统的基本概念

1：什么是电力系统

确切的説，电力系统就是指由发电机、变压器、电力线路、用户等在电气上相互连接所组成的有机整体。

图6所示简单电力系统中、出去发电机、用户，剩下的部分，即电力线路和它两边连接的变压器，称为电力网，简称电网。

电力网是指由各种电压等级的输、配电线路以及由它们所联系起来的各类变电所所组成的网路。

由电源向电力负荷中心输送电能的线路，称为输电线路，包含输电线路的电力网称为输电网。而主要负担分配电能任务的线路称为配电线路，包含配电线路的电力网称为配电网。

图6 动力系统、电力系统、电力网示意图

电力网按其本身结构，又可分为开环电力网和闭环电力网。凡用户只能从单方向得到供电的电力网，称为开环电力网；凡用户可以从两个或两个以上方向得到供电的电力网，称为闭环电力网。

电力系统再加上它的动力部分可称为动力系统。换言之，动力系统是指“电力系统”与“动力部分”的总和。所谓动力部分，则随电厂的性质不同而不同，主要有以下几种：

⑴：火力发电厂的锅炉、汽轮机、供热网路等（如图1？所示）； ⑵：水力发电厂的水库、水轮机； ⑶：原子能发电厂的反应堆。

以上分析可知，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分。

也可以从下图7具体化，看到电力系统和社会生活的密切关系。

图8 电力系统的构成

三：电器产品总体和零部件结构分析

应用相似性原理，它在机械制造行业中，经过大量机械零件的统计

分析，零件相似呈现的基本特征为：

（一）： 零件结构的复杂性出现率分布规律

每种产品的零件类型也存在着一定的规律(善于在事物中存在的客

观规律－共性和特性的问题) ，即存在相似性的一面。说明任何机电产品的组成零件可以分成A 、B 、C 三类，这三类零件特征:：A 类复杂件或特殊件（5－10%）；B 类相似性（70%）；C 类简单件或标准件（15－20%）。

根据各种产品发现占产品零件大多数，在功能结构和加工工艺等方面存在着大量的相似性，这就是推行成组技术的客观基础。

（二）：机电零部件结构的总体分析:

具有两层含义：第一是从机电产品总体上讲，不同类型机电产品的零件存

在着大量的（约占70% ）、彼此相似的相似零件；第二是对同类机电产品而言，其同类零件之间在形状、结构、尺寸等方面具有的特征, 以发掘其相似性。如图6所示。

各类机电产品的零件尺寸变化是相对稳定的。零件尺寸变化不大，决定了加工方法和相似性的机床设备规格和工装也具有相对的稳定性。（自我体会:不了解本行业的的特点－即共性和特性, 怎么能组织生产, 进行技术指导? ）

如上所述，机电产品零件存在上述四个特征，一是各类零件（A 、B 、C 三类 ）都有大致固定的出现率范围；二是带有各自特征的每类零件，其平均出现率又有一定规律；三是零件尺寸也相对稳定；四是同类零件之间在形状（复杂程度 ）、结构（特征 ）和尺寸等方面的相似性，必然导致其工艺的相似，形成了零件相似的内涵。这样就为施行成组技术提供了

（三）：零件结构的相似性是零件分类的依据。

图6：零部件结构特征分析与相似特性

客观基础。

四： 电器制造工艺的特点

从上述零部件结构特征分析, 得到两个重要结论: 第一:电器是否是个机械产品（共性）:

从电器的主体结构和加工方法上得出：

电器制造是属于机械制造的范畴（与机械制造的共性），机械制造所采用的铸造、锻造、焊接、车、铣、刨、磨等机械加工工艺也都有，材料也是以黑色金属材料为主, 如九十年代初：部属11个重点低压电器企业：钢材（棒材、板材）：18335吨，占76.1%；硅钢（片材）：2374吨, 占9.9%；占企业总材料吨位的86％; ；铜材：3317吨，占13.77%；银材：62.731吨，占2.6%。这就要求我们特别关注相邻行业的发展趋势，引进它们的先进技术为我所有！

第二:电器制造特性（个性）： 也就是区别于机械制造工艺的特点：

电器根据其性能要求、结构造型和体积大小等因素，形成了电器制造工艺的特点，即通过如上对电器产品、零部件的结构工艺分析，电器特点从下所述四方面分析, 即工艺涉及的领域；材料的品种规格；尺寸精度及产品物理性能的误差分析；工艺装备等：

（1）、薄板成型工艺

绝大部分电器零件由薄板冲压成型，故冷冲压工艺在电器制造中显得特别重要，

常用的冲压工艺有剪切、冲压、延伸、弯曲、卷边等。

（2）、塑料成型工艺

塑料成型零件是电器不可缺少的零件，它具有绝缘和支承的功能，这类零件大多采用模压成型工艺，常用的有塑料压制和注射成型工艺。

（3）、防腐与涂覆工艺

电器零件的防腐历来是十分重要的问题，因此，涂覆工艺如电镀、涂漆、静电喷涂等工艺是电器制造工艺不可缺少的组成部分。另外，产品外形美观，零件导电性能的改善，也都需要表面涂覆工艺。

（4）、热处理工艺

除采用常规的热处理工艺（如退火、淬火）外，由于改善磁性材料性能，还采

用氢气退火，真空退火、磁场退火等特殊的热处理工艺，此外，弹性元件、热双金属元件需要采用低温回火和稳定处理工艺。

（5）、焊接工艺

电器制造中广泛采用钎焊、点焊。气体保护焊等工艺，并不断引进激光焊、电子束焊等先进工艺进行密封继电器外壳封结。

（6）、密封工艺

由于真空断路器、SF 6断路器、小型密封继电器等新型产品的迅速发展和广泛的应用，这些电器都采用局部密封或全密封结构。因此，密封、烧结等工艺日益成为电器制造工艺的重要组成部分。

（7）、超净环境和超净措施

超净环境和超净措施日益成为保证有密封要求电器装配质量的重要手段。

第二方面：材料物理性能要求高和品种规格多

电器中采用了大量贵重金属、绝缘材料、电工钢等特殊材料，价格较

贵，在单位产品成本中材料费用要占50％～80％。因此，电器制造中，节约和采用代用材料是十分重要的。

（1）、有色及贵金属材料

触点及导电零件大量采用铜、银、铝等有色金属材料，如时部属11个重点低压电器企业：铜材：3317吨，占13.77%；银材：62.731吨，占2.6%。

继电器触点采用金、铂、铑、钯、镍等贵金属及其精密合金材料。

（2）、磁性材料

导磁零件多采用电工纯铁、硅钢片、铁镍合金、铁镍钴和稀土永磁等磁性材料。如时部属11个重点低压电器企业：硅钢：2374吨, 占9.9%。

（3）、优质弹性材料

弹簧零件多用碳素弹簧钢丝制成拉伸、压缩等柱形弹簧，簧片多采用磷青铜、铍青铜、德银、银镁镍合金等弹性材料。

（4）、热双金属材料

热继电器、温度继电器、脱扣器等多用热双金属材料作感温元件，实现过载保护和检测温度的功能。其加热元件采用康铜丝等高阻值材料。

（5）：绝缘材料

广泛采用热塑性和固热性等工程塑料，此外，还采用各种陶瓷绝缘体。

（6）：绝缘导线

线圈是电器的重要部件，它采用绝缘漆包铜线、裸铜线等导线材料。 电器用材料，不仅要求有良好的导磁、导电、导热和绝缘等物理性能，有些材料耐机械磨损、耐化学腐蚀，同时，各种材料应有良好的工艺性。 第三方面、几何尺寸精度和物理参数误差并重

电器在工作工程中，不仅有机械运动，还伴随着一系列声、光、热、电、磁等物理和化学现象。

（1）、电器产品中主体零件，应满足其尺寸和形位公差有关具体要求，其相关零件经加工后的导电、导热、导磁、介质绝缘、灭弧性能对产品特性的影响作出评估和预测。

例如：弹簧压力、接触电阻、导体和线圈的允许温升、电磁铁动作和释放参数等，应有明确规定。

（2）、触点和导电接触零件的表面完整tegrity ）

近年来，国外特别注意零件经机械加工后的表面质性（Surface In量，提出了表面完整性这一概念。表面完整性不但指机械加工后的表面粗糙度，波纹度以及纹理等表面特征，还包含已加工表面在0.38mm 厚度范围内的各种物理、机械、冶金方面的特性，如残余应力、硬化程度、微观组织变化、晶间腐蚀、热损伤区、材质不均等。

（3）、电器制造精度的概念，应在广义的基础上理解，其内涵应有几何和电气物理参数的精度两个方面。

（4）、现代电器制造技术日益向精密化方向发展，这是为适应电器制造的自动化的要求，为采用计算机辅助技术（如CAM 、FMS 、CIMS 等）创造条件。 第四方面、工艺装备多

由于电器产品结构的特点，产品中冲压零件、塑料模压零件、压铸零件等，占其零件总数的70%~80%以上。以低压电器为例，其工艺装备系数一般为k=1.6~3.0。因此，在电器制造中，工艺装备在保证产品质量和降

低产品成本方面起着重要的作用。

在电器制造中，模具的作用占有突出的地位。将计算机技术应用于模具的设计与制造，推广模具CAD\CAPP\CAM以及信息及网路技术的应用，具有十分重要的现实意义。

2011-10-25