低压电器的电磁结构与执行机构，电磁低压电器原理

　　低压电器是电力拖动控制系统、低压供配电系统的基本组成元件，其性能的优劣直接影响系统的可靠性、先进性和经济性，是电气控制技术的基础。电磁式低压电器在电气控制线路中使用量大，类型多，但其工作原理和结构基本相同，大都由触头、灭弧装置和电磁机构三个主要部分组成。

　　1、电磁机构的组成及工作原理

　　电磁机构的作用：是将电磁能转换成机械能并带动触点的闭合或断开，完成通断电路的控制作用（即通过产生的电磁吸力带动触头动作）。

　　电磁机构的组成：吸引线圈、铁心（静铁心）和衔铁（动铁心）。电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等几部分组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。

　　电磁机构的结构形式：按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。

　　电磁机构的工作原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁心、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁心。

　　如图1-1所示。图1-1（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，图1-1（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，图1-1（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯。

　　交流电磁机构和直流电磁机构的铁芯（衔铁）有所不同，直流电磁机构的铁芯为整体结构，以增加磁导率和增强散热；交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时（滞后90°）电磁吸力不足使衔铁振动。

　　原理：当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触头动作。

　　作用：将电磁机构中线圈中的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。

　　吸引线圈

　　吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量。按通入电流种类的不同，分为直流线圈和交流线圈两种。

　　对于直流电磁铁，因其铁心不发热，只有线圈发热，所以直流电磁铁的电磁线圈做成高而薄的瘦长型而不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触易于散热。

　　对于交流电磁铁，因其铁心存在磁滞和涡流损耗，这样线圈和铁心都发热，所以交流电磁铁的电磁线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样做有利于铁心和线圈的散热。

　　交流电磁铁的分磁环

　　分磁环（也称短路环）：对单相交流电磁机构，一般在铁心端面上安置一个铜制的分磁环，以便改善工作状况。

　　短路环工作原理：电磁机构的磁通是交变的，而电磁吸力与磁通的平方成正比，当磁通为零时，吸力也为零，这时衔铁在弹簧反力作用下被拉开，磁通大于零后，吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合，衔铁会产生强烈的振动和噪声。振动会使电器寿命缩短。所以为了消除振动，单相交流电磁机构必须加装分磁环。

　　2、触头系统：

触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。

　　（1）按其接触形式分：按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。

　　如图1-2所示。图1-2（a）为点接触的桥式触头，图1-2（b）为面接触的桥式触头，图1-2（c）为线接触的指形触头。点接触允许通过的电流较小，面接触和线接触允许通过的电流较大。

　　（2）按控制的电路分：按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。

　　（3）按原始状态分：按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。

　　3、灭弧系统

　　电弧的概念：电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，产生高温并发出强光，将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时会引起火灾或其他事故，因此，在电器中应采取适当措施熄灭电弧。

　　电弧的分类：电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。

　　备注：在大气中开断电路时，如果被开断电路的电流超过某一数值（根据触头材科的不同其值在0.25-1A间），开断后加在触头间隙（或称弧隙）两端电压超过某一数值（根据触头材料的不同其值在12-20V间）时，则触头间隙中就会产生电弧。

　　电弧的产生：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。

　　电弧的危害：

　　1.延长了切断故障的时间；

　　2.高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

　　3.形成飞弧造成电源短路事故。

　　电弧的产生：各种有触点电器都是通过触点的开、闭来通、断电路的。（http://www.diangon.com版权所有）触点接通电路时，存在接触电阻，引起触点升温；触点分断电路时，由于热电子发射和强电场的作用使气体游离，从而在分断瞬间产生电弧。

　　灭弧的措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。

　　常用灭弧方法：电动力灭弧、磁吹灭弧、窄缝灭弧和栅片灭弧。

　　灭弧的方法：

　　（1）机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。

　　（2）磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。

　　（3）窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如图1-3所示，该方式主要用于交流接触器中。

　　（4）栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如图1-4所示，交流电器常用栅片灭弧。