課題一 低壓電器概述

所謂電器是指能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通或斷開電路，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)的元件或設(shè)備。

根據(jù)工作電壓的高低，電器可分為高壓電器和低壓電器。工作在交流50Hz或60Hz、額定電壓1200V及以下或直流額定電壓1500V及以下的電器稱為低壓電器。低壓電器作為一種基本器件，廣泛應(yīng)用于輸配電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中，在實際生產(chǎn)中起著非常重要的作用。

一、低壓電器的分類

低壓電器的用途廣泛，功能多樣，結(jié)構(gòu)各異，種類繁多，分類的方法也很多，常見的分類方法見表2-1。常見的低壓電器如圖2-1所示。

二、低壓電器的電磁機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)

電磁式電器在低壓電器中占有十分重要的地位，在電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。電磁式電器主要由電磁機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成，其中電磁機構(gòu)可分為交流和直流兩種，執(zhí)行機構(gòu)則可分為觸點系統(tǒng)和滅弧裝置兩部分。

1. 電磁機構(gòu)

電磁機構(gòu)的主要作用是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動電器觸點動作，實現(xiàn)對電路的通斷控制。

電磁機構(gòu)由鐵芯、銜鐵和線圈等部分組成，其工作原理是：當(dāng)線圈中有工作電流通過時，電磁吸力克服彈簧的反作用力，使銜鐵與鐵芯閉合，由連接機構(gòu)帶動相應(yīng)的觸點動作，實現(xiàn)通斷電路的控制功能。電磁式電器常用電磁機構(gòu)如圖2-2所示。

圖2-2（a）為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵芯，其鐵芯材料由電工軟鐵制成，廣泛應(yīng)用于低壓直流電器領(lǐng)域。圖2-2（b）為銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵芯，鐵芯形狀有E形和U形兩種，其鐵芯材料由硅鋼片疊成，常用于觸點容量較大的交流電器領(lǐng)域。圖2-2（c）為銜鐵直線運動的雙E形直動式鐵芯，其鐵芯材料也由硅鋼片疊成，常用于觸點容量為中、小容量的交流接觸器和繼電器領(lǐng)域。

電磁線圈由漆包線繞制而成。按通入線圈電流性質(zhì)的不同，分為直流線圈和交流線圈兩大類。當(dāng)線圈通過工作電流時產(chǎn)生足夠的磁動勢，在磁路中形成磁通，使銜鐵獲得足夠的電磁力，從而克服彈簧的反作用力而吸合。實際應(yīng)用時，由于直流線圈僅有線圈發(fā)熱，所以線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細，常制成細長型，且不設(shè)線圈骨架，線圈與鐵芯直接接觸，利于線圈的散熱。而交流線圈由于鐵芯和線圈均發(fā)熱，故線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗，常制成短粗型，且設(shè)置線圈骨架，鐵芯與線圈隔離，利于鐵芯和線圈的散熱。

2. 觸點系統(tǒng)

觸點系統(tǒng)是電器的執(zhí)行機構(gòu)，其作用是接通或分斷電路。因此要求觸點具有良好的接觸性能。實際應(yīng)用時，由于銀的氧化膜電阻率與純銀相似，可以避免觸點表面氧化而使電阻率增加造成接觸不良，所以在電流容量較小的電器中得到廣泛應(yīng)用。

觸點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有橋式和指式兩類。觸點系統(tǒng)常用結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示。

圖2-3（a）、圖2-3（b）為橋式觸點，其中圖2-3（a）為點接觸式觸點，適用于電流容量較小、觸點壓力小的場合；圖2-4（b）為面接觸式觸點，適用于電流容量較大的場合。圖2-3（c）為指式觸點，其接觸區(qū)域為一直線（長方形截面），觸點在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)使觸點在接通或斷開時產(chǎn)生滾、滑動過程，以去除氧化膜，減少接觸電阻，適用于接通次數(shù)多、電流容量大的場合。

3. 滅弧裝置

電器的動靜觸點在分斷電路時，由于接觸電阻引起觸點溫升，從而引起熱電子發(fā)射，同時觸點間距離小，電場強度極大，在該強電場的作用下，氣隙中電子高速運動產(chǎn)生碰撞游離。在該游離因素的作用下，觸點間的氣隙中會產(chǎn)生大量帶電粒子使氣體導(dǎo)電，形成熾熱的電子流，并伴有強烈的聲、光和熱效應(yīng)的弧光現(xiàn)象，即為電弧。根據(jù)電流性質(zhì)的不同，電弧分直流電弧與交流電弧兩種。

由于電弧的高溫能將電器觸點燒毀，并可能造成其他事故，故應(yīng)采取適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。低壓電器滅弧，主要采取的措施有：①迅速增加電弧長度，使得單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強度不足而使電弧熄滅；②使電弧與液體介質(zhì)或固體介質(zhì)相接觸，加速冷卻以增強去游離作用，使電弧迅速熄滅。由于交流電弧有自然過零點，故其電弧較易熄滅。

目前，低壓電器常用滅弧方法主要有磁吹滅弧法和柵片滅弧法兩種。

1）磁吹滅弧法

圖2-4所示為磁吹滅弧裝置示意圖。

由圖2-4可見，磁吹滅弧裝置由磁吹線圈、引弧角和導(dǎo)弧磁夾板等部件組成。磁吹線圈產(chǎn)生的磁場其磁通比較集中，它經(jīng)鐵芯和導(dǎo)弧磁夾板進入電弧空間。于是，電弧在磁場的作用下，在滅弧罩內(nèi)部迅速向上運動，并在引弧角處被拉到最長。在運動過程中，電弧一方面被拉長，另一方面又被冷卻，因此電弧能迅速熄滅。這種方法適合低壓直流接觸器等領(lǐng)域。

2）柵片滅弧法

圖2-5所示為柵片滅弧裝置示意圖。

由圖2-5可見，柵片滅弧裝置由滅弧柵片（由多片鍍銅薄鋼片組成）等部件組成。當(dāng)電器觸點斷開時，電弧在吹弧電動力的作用下被推向柵片，電弧被柵片分割成數(shù)段串聯(lián)短電弧，而柵片變成短電弧的電極。柵片的作用還在于能導(dǎo)出電弧的熱量，使電弧迅速冷卻，同時每兩片滅弧柵片可以看成一對電極，而每對電弧間都有150～250V的絕緣強度，使整個滅弧柵的絕緣大大加強，而柵片間的電壓卻不足以達到電弧燃燒的電壓。所以，電弧進入滅弧柵后就能很快地熄滅。

三、低壓電器的常用術(shù)語

低壓電器的常用術(shù)語見表2-2。

思考與練習(xí)

1. 什么是電器？什么是低壓電器？列舉幾種你所知道的電器。

2. 低壓電器是怎樣進行分類的？

3. 低壓電器的電磁機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)的作用是什么？

4. 低壓電器常用的術(shù)語有哪些？它們的含義是什么？