电磁式低压电器的结构和原理解析

电磁式低压电器在电气控制电路中使用最为广泛，类型也最多，其基本结构和工作原理基本相同。其基本结构由感测部分和执行部分组成，感测部分又称电气机构，执行部分又称触头系统。工作原理是电磁机构接收从外部输入的信号，并通过转换、放大、判断，做出相应反应，使触头系统动作，实现对电路控制的目的。

1.1.2.1　电磁机构

电磁机构是电磁式电器的主要组成部分之一，它的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作完成电路的接通和分断功能。

电磁机构主要由吸引线圈、铁芯和衔铁3部分组成。其工作原理是给吸引线圈施加一定的电压和电流后产生磁场及电磁吸力，利用气隙磁场将电磁能转换为机械能，从而带动衔铁运动，使触头动作以完成触头的闭合和断开，从而达到控制电路的接通和分断的目的。

几种常用电磁机构的结构形式示意图如图1.1所示。

图1.1　几种常用电磁机构的结构形式示意图

1—衔铁；2—铁芯；3—线圈

对于单相交流电磁机构，电磁吸力是一个两倍于电源频率的周期性变量。电磁机构在工作中衔铁始终受到反力的作用。由于交流磁通过零时电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力作用下被拉开。磁通过零后电磁吸力增大，当电磁吸力大于反力时衔铁又被吸合。这样，在交流电每个周期内衔铁吸力要有两次过零，如此周而复始，衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至导致衔铁松散，因此必须采用有效的措施加以克服。最有效的办法是在铁芯端部开一个槽，槽内嵌入称为短路环的铜环。短路环如图1.2所示。

图1.2　短路环

1—衔铁；2—铁芯；3—线圈；4—短路环

短路环把铁芯中的磁通分成两部分，一部分穿过短路环Φ2，一部分不穿过短路环Φ1，Φ2为原磁通与短路环中感应电流产生的磁通的叠加，且相位上Φ2滞后Φ1，电磁机构的吸力为它们产生的吸力的合力，此合力始终大于反力，使衔铁在通电过程中始终保持吸合状态，所以衔铁的振动和噪声就消除了。

1.1.2.2　触头系统

触头又称触点，是电磁式低压电器的主要执行部分，起接通和断开被控制电路的作用。一对触头通常由动触头和静触头两部分组成。在常态下，静触头和动触头断开的称为常开触头，静触头和动触头接通的称为常闭触头。有触头的电气元件的基本功能靠触头来执行，因此要求触头必须具有良好的导电和导热性能，为了满足这个要求触头通常用铜、银、镍及其合金材料制作而成，有时也在铜触头表面电镀锡、银或镍。触头是否正常工作将直接影响低压电器的工作性能。

1.触头的结构形式(www.xing528.com)

按触头的接触面积大小触头可分为点接触、线接触和面接触3种接触方式，如图1.3所示。

图1.3　触头的三种接触形式

触头主要有指形触头和桥式触头两种结构形式。

指形触头一般采用线接触，如图1.4所示；桥式触头采用点接触和面接触，如图1.5所示。

图1.4　指形触头

图1.5　桥式触头

2.电弧的产生

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。

3.电弧对电器的影响

触头虽然打开，但由于电弧的存在使要断开的电路仍处于接通状态；电弧温度高，有时过高会使触头熔化；电弧向四周喷射会使电器及周围物质损坏，甚至造成短路，引发火灾。因此必须采取措施来消灭或减少电弧。

4.灭弧方法

常用的灭弧方法有拉长电弧、切断或分隔电弧或冷却弧柱等方法。

利用上述方法设计的常用灭弧装置有多断点灭弧装置、磁吹式灭弧装置、灭弧栅和灭弧罩等。