1.1 低压电器的基本知识

低压电器通常是指额定电压等级在交流1200V及以下、直流1500V及以下电路中的电器。

1.1.1 低压电器的分类

低压电器的种类繁多、结构各异、用途不同，对其分类如下。

1）按电器的动作性质分为手动电器和自动电器两大类。手动电器是由人手操纵的电器，如闸刀开关、按钮及手动-△起动器等。自动电器是按指令信号或某个物理量（如电压、电流、时间、速度及位移等）变化而自动工作的电器，如接触器、继电器等。

2）按电器的性能和用途分为控制电器和保护电器两大类。控制电器用来控制电路通断或控制电动机的各种运行状态，如刀开关、按钮和接触器等。保护电器用于保护电源、电路和电动机，如熔断器、热继电器等。

3）按有无触点分为有触点电器和无触点电器。有触点电器具有可分离的动触点和静触点，利用触点的接触和分离可实现电路的通断控制。以上叙述的电器均为有触点电器。无触点电器没有可分离的触点，如现代电力拖动系统中的晶体管无触点逻辑元器件、电子程序控制器件、数字控制系统以及计算机控制系统等。

4）按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。电磁式电器根据电磁感应原理来工作，如交流接触器、电磁式继电器等。非电量电器根据非电量（压力、温度、时间和速度等）的变化而工作，如按钮、行程开关、压力继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等。

1.1.2 电磁式电器

电磁式电器大多由感测部分和执行部分组成。感测部分接受外界输入信号，并做出一定的反应。执行部分根据感测部分做出的反应而动作，执行电路接通、断开等控制。对于有触点的电磁式电器，感测部分指电磁机构，执行部分指触点系统。

1.电磁机构

电磁机构的主要作用是将电磁能转换为机械能，并带动触点动作，以接通或断开电路。电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成。吸引线圈绕在铁心柱上，静止不动，铁心又称为静铁心。衔铁是可以动作的，称为动铁心。其工作原理是，当线圈通入电流产生磁场时，磁场的磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。当电磁吸力大于反作用弹簧拉力时，衔铁被铁心可靠地吸住。但电磁吸力过大，会使衔铁与铁心发生严重的碰击。

常见电磁机构的结构形式如图1-1所示。铁心有E型、双E型、U型和甲壳螺管型，衔铁动作方式分为直动式、转动式。电磁机构可分为以下3种类型。

1）衔铁沿直线运动的双E型直动式铁心，如图1-1b、e所示。一般用于交流接触器、继电器。

2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心，如图1-1f、g所示。多用在触点容量较大的交流电器中。

3）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图1-1c所示。一般用在直流电器中。

图1-1 常见电磁机构的结构形式

a）、d）甲壳螺管型铁心 c）、f）、g）转动拍合式铁心 b）、e）双E型直动式铁心

图1-2 交流电磁铁的短路环

a）短路环示意图 b）铁心截面图 1—衔铁 2—铁心 3—线圈 4—断路环

吸引线圈的作用是将电能转化为磁场能，按线圈的接线形式分为电压线圈和电流线圈。将电压线圈并联在电源两端，电流大小由电源电压和线圈本身的阻抗决定，其匝数多、导线细、阻抗大和电流小，一般用绝缘性能好的漆包线绕成。将电流线圈串联在电路中，反应电路中的电流，其匝数少、导线粗，一般用扁铜带或粗铜线绕成。

按通入线圈的电源种类分为直流线圈和交流线圈。将直流线圈制成瘦高型，不设骨架，线圈与铁心直接接触，以利于散热。交流线圈和铁心都发热，故将线圈制成短粗型，设有骨架，使铁心和线圈隔离，以利于散热。

当将电磁机构通入交流电时，产生的电磁吸力是脉动的，电磁吸力时而大于反作用弹簧拉力，时而小于反作用弹簧拉力，使衔铁在吸合过程中产生振动。消除振动的措施是在铁心中引用短路环。具体方法是，在交流电磁机构铁心柱距端面1/3处开一个槽，槽内嵌入铜环（又称短路环或分磁环），如图1-2所示。吸引线圈通入交流电时，由于短路环的作用，使铁心中的磁通分为两部分，即通过短路环的磁通和不通过短路环的磁通。两部分磁通存在相位差，二者不会同时为零，如果短路环设计的合理，使合成电磁吸力总大于反作用弹簧拉力，在衔铁吸合时就不会产生振动和噪声。

2.触点系统

触点是有触点电器的执行部分，通过触点的闭合、断开来控制电路的通、断。触点通常有以下几种结构形式。

1）桥式触点。图1-3a所示为两个点接触型桥式触点，图1-3b为两个面接触型桥式触点。将两个触点串联在同一电路中，共同完成电路的通、断。点接触型适用于小电流、触点压力小的场合。面接触型适用于大电流的场合。

2）指式触点。图1-3c所示为指式触点，其接触区为一直线，触点动作时产生滚动摩擦，以利于去掉氧化膜，适用于接通次数多、电流大的场合。

触点通常采用具有良好导电、导热性能的铜材料制成，但铜的表面易生成氧化膜，增大触点表面的接触电阻，使损耗增大，温度升高。对于一些继电器或容量小的电器，触点常用银质材料制成，可以增加导电、导热性能，降低氧化膜电阻率（银质氧化膜的电阻率和纯银相似），且银质氧化膜只有在高温下才能形成，又容易被粉化。对于容量大的电器，采用滚动接触式触点，可将氧化膜去掉，也常用铜质触点。

触点上通常装有接触弹簧，在触点刚刚接触时产生初压力，随着触点的闭合压力增大，使接触电阻减小，触点接触更加紧密，并消除触点开始闭合时产生的振动。

图1-3 触点的结构形式

a）点接触桥式触点 b）面接触桥式触点 c）指式触点

1.1.3 电弧和灭弧方法

实践证明，当开关电器切断有电流的电路时，如果触点间电压大于10～20V、电流超过80mA，触点间就会产生强烈而耀眼的光柱，即电弧。电弧是电流流过空间气隙的现象，说明电路中仍有电流通过。当电弧持续不熄时，会产生很多危害：①延长了开关电器切断故障的时间；②电弧的温度很高（表面温度可达3000～4000℃，中心温度可达10000℃），如果电弧长时间燃烧，不仅会将触点表面的金属熔化或蒸发，而且会烧坏电弧附近的电气绝缘材料，引发事故；③使油开关的内部温度和压力剧增引起爆炸；④形成飞弧造成电源短路事故。因此，应在开关电器中采用有效措施，使电弧迅速熄灭。

1.电弧的形成

当开关电器的触点分离时，触点间的距离很小，触点间电压即使很低，但电场强度仍很大（E=U/d），在触点表面由于强电场发射和热电子发射而产生的自由电子，会逐渐加速运动，并在间隙中不断与介质的中性质点产生碰撞游离，使自由电子的数量不断增加，导致介质被击穿，引起弧光放电，弧隙温度剧增，产生热游离，不断产生大量自由电子，间隙由绝缘变成导电通道，使电弧持续燃烧。

2.电弧的熄灭

在电弧产生的同时，还伴随着一个去游离的过程，它主要表现在正负离子的复合和离子向弧道周围的扩散。因此，电弧的产生和熄灭是游离和去游离作用的结果。当游离作用大于去游离作用时，电弧电流越来越大，电弧持续燃烧；当游离作用小于去游离作用时，电弧电流越来越小，直至电弧熄灭。可见，为迅速灭弧，要人为增大去游离的作用。

3.灭弧方法

为了加速电弧熄灭，常采用以下几种灭弧方法。

1）吹弧。利用气体或液体介质吹动电弧，使之拉长、冷却。按照吹弧的方向，分为纵吹和横吹。另外，还有两者兼有的纵横吹、大电流横吹和小电流纵吹。

2）拉弧。加快触点的分离速度，使电弧迅速拉长，表面积增大迅速冷却。如在开关电器中加装强力开断弹簧来实现此目的。

3）长弧割短弧。用栅片灭弧的示意图如图1-4所示。当开关分断时，触点间产生电弧，电弧在磁场力作用下进入灭弧栅内被切割成几个串联的短弧。当外加电压不足以维持全部串联短电弧时，电弧迅速熄灭。交流低压开关多采用这种灭弧方法。

4）多断口灭弧。对同一相采用两对或多对触点，使电弧分成几个串联的短弧，使每个断口的弧隙电压降低，触点的灭弧行程缩短，以提高灭弧能力。

5）利用介质灭弧。电弧中去游离的强度，在很大程度上决定于所在介质的特性（导热系数、介电强度、热游离温度和热容量等）。气体介质中氢气具有良好的灭弧性能和导热性能，其灭弧能力是空气的7.5倍；六氟化硫（FS₆）气体的灭弧能力更强，是空气的100倍，把电弧引入充满特殊气体介质的灭弧室中，会使游离过程大大减弱，快速灭弧。

6）改善触点表面材料。触点应采用高熔点、导电导热能力强和热容量大的金属材料，以减少热电子发射、金属熔化和蒸发。目前，许多触点的端部镶有耐高温的银钨合金或铜钨合金。

图1-4 用栅片灭弧的示意图

1—灭弧栅片 2—触点 3—电弧

1.1.4 低压电器的主要技术参数

1）额定电压。额定电压指在规定的条件下，能保证电器正常工作的电压值，通常指触点的额定电压值。对于电磁式电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。

2）额定电流。在额定电压、额定频率和额定工作制下所允许通过的电流为额定电流。它与使用类别、触点寿命和防护等级等因素有关。对于同一开关，可以对应不同使用条件下规定的不同工作电流。

3）使用类别。使用类别是指有关操作条件的规定组合。通常用额定电压和额定电流的倍数及其相应的功率因数或时间常数等来表征电器额定通、断能力的类别。

4）通断能力。通断能力包括接通能力和断开能力，以非正常负载时接通和断开的电流值来衡量。接通能力是指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力；断开能力是指开关断开时能可靠灭弧的能力。

5）寿命。寿命包括电寿命和机械寿命。电寿命是电器在所规定使用条件下不需修理或更换零件的操作次数。机械寿命是电器在无电流情况下能操作的次数。

1.1.5 低压电器的型号

我国编制的低压电器产品型号适用于下列12大类产品：刀开关和转换开关、熔断器、断路器、控制器、接触器、启动器、控制继电器、主令电器、电阻器、变阻器、调整器和电磁铁。

低压电器产品型号组成形式及含义如下所述。