1.1 低壓電器的基本知識

低壓電器通常是指額定電壓等級在交流1200V及以下、直流1500V及以下電路中的電器。

1.1.1 低壓電器的分類

低壓電器的種類繁多、結構各異、用途不同，對其分類如下。

1）按電器的動作性質分為手動電器和自動電器兩大類。手動電器是由人手操縱的電器，如閘刀開關、按鈕及手動-△起動器等。自動電器是按指令信號或某個物理量（如電壓、電流、時間、速度及位移等）變化而自動工作的電器，如接觸器、繼電器等。

2）按電器的性能和用途分為控制電器和保護電器兩大類。控制電器用來控制電路通斷或控制電動機的各種運行狀態，如刀開關、按鈕和接觸器等。保護電器用于保護電源、電路和電動機，如熔斷器、熱繼電器等。

3）按有無觸點分為有觸點電器和無觸點電器。有觸點電器具有可分離的動觸點和靜觸點，利用觸點的接觸和分離可實現電路的通斷控制。以上敘述的電器均為有觸點電器。無觸點電器沒有可分離的觸點，如現代電力拖動系統中的晶體管無觸點邏輯元器件、電子程序控制器件、數字控制系統以及計算機控制系統等。

4）按工作原理分為電磁式電器和非電量控制電器。電磁式電器根據電磁感應原理來工作，如交流接觸器、電磁式繼電器等。非電量電器根據非電量（壓力、溫度、時間和速度等）的變化而工作，如按鈕、行程開關、壓力繼電器、時間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等。

1.1.2 電磁式電器

電磁式電器大多由感測部分和執行部分組成。感測部分接受外界輸入信號，并做出一定的反應。執行部分根據感測部分做出的反應而動作，執行電路接通、斷開等控制。對于有觸點的電磁式電器，感測部分指電磁機構，執行部分指觸點系統。

1.電磁機構

電磁機構的主要作用是將電磁能轉換為機械能，并帶動觸點動作，以接通或斷開電路。電磁機構由吸引線圈、鐵心和銜鐵組成。吸引線圈繞在鐵心柱上，靜止不動，鐵心又稱為靜鐵心。銜鐵是可以動作的，稱為動鐵心。其工作原理是，當線圈通入電流產生磁場時，磁場的磁通經鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路，產生電磁吸力，將銜鐵吸向鐵心。當電磁吸力大于反作用彈簧拉力時，銜鐵被鐵心可靠地吸住。但電磁吸力過大，會使銜鐵與鐵心發生嚴重的碰擊。

常見電磁機構的結構形式如圖1-1所示。鐵心有E型、雙E型、U型和甲殼螺管型，銜鐵動作方式分為直動式、轉動式。電磁機構可分為以下3種類型。

1）銜鐵沿直線運動的雙E型直動式鐵心，如圖1-1b、e所示。一般用于交流接觸器、繼電器。

2）銜鐵沿軸轉動的拍合式鐵心，如圖1-1f、g所示。多用在觸點容量較大的交流電器中。

3）銜鐵沿棱角轉動的拍合式鐵心，如圖1-1c所示。一般用在直流電器中。

圖1-1 常見電磁機構的結構形式

a）、d）甲殼螺管型鐵心 c）、f）、g）轉動拍合式鐵心 b）、e）雙E型直動式鐵心

圖1-2 交流電磁鐵的短路環

a）短路環示意圖 b）鐵心截面圖 1—銜鐵 2—鐵心 3—線圈 4—斷路環

吸引線圈的作用是將電能轉化為磁場能，按線圈的接線形式分為電壓線圈和電流線圈。將電壓線圈并聯在電源兩端，電流大小由電源電壓和線圈本身的阻抗決定，其匝數多、導線細、阻抗大和電流小，一般用絕緣性能好的漆包線繞成。將電流線圈串聯在電路中，反應電路中的電流，其匝數少、導線粗，一般用扁銅帶或粗銅線繞成。

按通入線圈的電源種類分為直流線圈和交流線圈。將直流線圈制成瘦高型，不設骨架，線圈與鐵心直接接觸，以利于散熱。交流線圈和鐵心都發熱，故將線圈制成短粗型，設有骨架，使鐵心和線圈隔離，以利于散熱。

當將電磁機構通入交流電時，產生的電磁吸力是脈動的，電磁吸力時而大于反作用彈簧拉力，時而小于反作用彈簧拉力，使銜鐵在吸合過程中產生振動。消除振動的措施是在鐵心中引用短路環。具體方法是，在交流電磁機構鐵心柱距端面1/3處開一個槽，槽內嵌入銅環（又稱短路環或分磁環），如圖1-2所示。吸引線圈通入交流電時，由于短路環的作用，使鐵心中的磁通分為兩部分，即通過短路環的磁通和不通過短路環的磁通。兩部分磁通存在相位差，二者不會同時為零，如果短路環設計的合理，使合成電磁吸力總大于反作用彈簧拉力，在銜鐵吸合時就不會產生振動和噪聲。

2.觸點系統

觸點是有觸點電器的執行部分，通過觸點的閉合、斷開來控制電路的通、斷。觸點通常有以下幾種結構形式。

1）橋式觸點。圖1-3a所示為兩個點接觸型橋式觸點，圖1-3b為兩個面接觸型橋式觸點。將兩個觸點串聯在同一電路中，共同完成電路的通、斷。點接觸型適用于小電流、觸點壓力小的場合。面接觸型適用于大電流的場合。

2）指式觸點。圖1-3c所示為指式觸點，其接觸區為一直線，觸點動作時產生滾動摩擦，以利于去掉氧化膜，適用于接通次數多、電流大的場合。

觸點通常采用具有良好導電、導熱性能的銅材料制成，但銅的表面易生成氧化膜，增大觸點表面的接觸電阻，使損耗增大，溫度升高。對于一些繼電器或容量小的電器，觸點常用銀質材料制成，可以增加導電、導熱性能，降低氧化膜電阻率（銀質氧化膜的電阻率和純銀相似），且銀質氧化膜只有在高溫下才能形成，又容易被粉化。對于容量大的電器，采用滾動接觸式觸點，可將氧化膜去掉，也常用銅質觸點。

觸點上通常裝有接觸彈簧，在觸點剛剛接觸時產生初壓力，隨著觸點的閉合壓力增大，使接觸電阻減小，觸點接觸更加緊密，并消除觸點開始閉合時產生的振動。

圖1-3 觸點的結構形式

a）點接觸橋式觸點 b）面接觸橋式觸點 c）指式觸點

1.1.3 電弧和滅弧方法

實踐證明，當開關電器切斷有電流的電路時，如果觸點間電壓大于10～20V、電流超過80mA，觸點間就會產生強烈而耀眼的光柱，即電弧。電弧是電流流過空間氣隙的現象，說明電路中仍有電流通過。當電弧持續不熄時，會產生很多危害：①延長了開關電器切斷故障的時間；②電弧的溫度很高（表面溫度可達3000～4000℃，中心溫度可達10000℃），如果電弧長時間燃燒，不僅會將觸點表面的金屬熔化或蒸發，而且會燒壞電弧附近的電氣絕緣材料，引發事故；③使油開關的內部溫度和壓力劇增引起爆炸；④形成飛弧造成電源短路事故。因此，應在開關電器中采用有效措施，使電弧迅速熄滅。

1.電弧的形成

當開關電器的觸點分離時，觸點間的距離很小，觸點間電壓即使很低，但電場強度仍很大（E=U/d），在觸點表面由于強電場發射和熱電子發射而產生的自由電子，會逐漸加速運動，并在間隙中不斷與介質的中性質點產生碰撞游離，使自由電子的數量不斷增加，導致介質被擊穿，引起弧光放電，弧隙溫度劇增，產生熱游離，不斷產生大量自由電子，間隙由絕緣變成導電通道，使電弧持續燃燒。

2.電弧的熄滅

在電弧產生的同時，還伴隨著一個去游離的過程，它主要表現在正負離子的復合和離子向弧道周圍的擴散。因此，電弧的產生和熄滅是游離和去游離作用的結果。當游離作用大于去游離作用時，電弧電流越來越大，電弧持續燃燒；當游離作用小于去游離作用時，電弧電流越來越小，直至電弧熄滅。可見，為迅速滅弧，要人為增大去游離的作用。

3.滅弧方法

為了加速電弧熄滅，常采用以下幾種滅弧方法。

1）吹弧。利用氣體或液體介質吹動電弧，使之拉長、冷卻。按照吹弧的方向，分為縱吹和橫吹。另外，還有兩者兼有的縱橫吹、大電流橫吹和小電流縱吹。

2）拉弧。加快觸點的分離速度，使電弧迅速拉長，表面積增大迅速冷卻。如在開關電器中加裝強力開斷彈簧來實現此目的。

3）長弧割短弧。用柵片滅弧的示意圖如圖1-4所示。當開關分斷時，觸點間產生電弧，電弧在磁場力作用下進入滅弧柵內被切割成幾個串聯的短弧。當外加電壓不足以維持全部串聯短電弧時，電弧迅速熄滅。交流低壓開關多采用這種滅弧方法。

4）多斷口滅弧。對同一相采用兩對或多對觸點，使電弧分成幾個串聯的短弧，使每個斷口的弧隙電壓降低，觸點的滅弧行程縮短，以提高滅弧能力。

5）利用介質滅弧。電弧中去游離的強度，在很大程度上決定于所在介質的特性（導熱系數、介電強度、熱游離溫度和熱容量等）。氣體介質中氫氣具有良好的滅弧性能和導熱性能，其滅弧能力是空氣的7.5倍；六氟化硫（FS₆）氣體的滅弧能力更強，是空氣的100倍，把電弧引入充滿特殊氣體介質的滅弧室中，會使游離過程大大減弱，快速滅弧。

6）改善觸點表面材料。觸點應采用高熔點、導電導熱能力強和熱容量大的金屬材料，以減少熱電子發射、金屬熔化和蒸發。目前，許多觸點的端部鑲有耐高溫的銀鎢合金或銅鎢合金。

圖1-4 用柵片滅弧的示意圖

1—滅弧柵片 2—觸點 3—電弧

1.1.4 低壓電器的主要技術參數

1）額定電壓。額定電壓指在規定的條件下，能保證電器正常工作的電壓值，通常指觸點的額定電壓值。對于電磁式電器還規定了電磁線圈的額定工作電壓。

2）額定電流。在額定電壓、額定頻率和額定工作制下所允許通過的電流為額定電流。它與使用類別、觸點壽命和防護等級等因素有關。對于同一開關，可以對應不同使用條件下規定的不同工作電流。

3）使用類別。使用類別是指有關操作條件的規定組合。通常用額定電壓和額定電流的倍數及其相應的功率因數或時間常數等來表征電器額定通、斷能力的類別。

4）通斷能力。通斷能力包括接通能力和斷開能力，以非正常負載時接通和斷開的電流值來衡量。接通能力是指開關閉合時不會造成觸點熔焊的能力；斷開能力是指開關斷開時能可靠滅弧的能力。

5）壽命。壽命包括電壽命和機械壽命。電壽命是電器在所規定使用條件下不需修理或更換零件的操作次數。機械壽命是電器在無電流情況下能操作的次數。

1.1.5 低壓電器的型號

我國編制的低壓電器產品型號適用于下列12大類產品：刀開關和轉換開關、熔斷器、斷路器、控制器、接觸器、啟動器、控制繼電器、主令電器、電阻器、變阻器、調整器和電磁鐵。

低壓電器產品型號組成形式及含義如下所述。