第一章 常用低压电器
电器：电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。 根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。
定义：一种能控制电能的器件。
第一节 电磁式低压电器的结构和工作原理
● 低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路的器件 ● 高压电器：用于交流1200V、直流1500V以上电路的电器。 电力传动系统的组成：
1）主电路：由电动机、（接通、分断、控制电动机）接触器主触点等电器元件所组成。特点：电流大
2）控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。
特点：电流小
●任务：按给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。
一、低压电器的分类 1、按使用的系统
1）低压配电电器
用于低压供电系统。电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。（动动稳定性、热稳定性）
例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。 2） 低压控制电器
用于电力传动控制系统。能分断过载电流，但不能分断短路电流。（通断能力、操
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作频率、电气和机械寿命等）
例如：接触器、继电器、控制器及主令电器等。 2、 按操作方式
1）手动电器：刀开关、按钮、转换开关 2）自动电器：低压断路器、接触器、继电器 3、按工作原理
1）电磁式电器：电磁机构控制电器动作 2）非电量控制电器：非电磁式控制电器动作 ◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。
感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。 执行部分：触点系统。 二、电磁机构
电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能。 电磁机构输入的电信号：电压、电流 1、电磁机构的结构形式
电磁机构组成：线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动铁心)， 1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。
2）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。
3）拍合式电磁铁：用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。
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2、电磁机构的线圈
线圈分类：电流线圈
电压线圈
1）电流线圈：串接在主电路，
特点：扁铜条带或粗铜线绕制，匝数少,内阻小。 讨论：a 衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。 b 衔铁动作不改变线圈电流。
2）电压线圈：并联在电路
特点：细铜线绕制，匝数多，阻抗大，电流小，常用绝缘较好的电线绕制。 讨论：衔铁动作与否取决于线圈的电压大小。 从结构上看，线圈大抵可分为有骨架和无骨架两种。
▲交流电磁铁的线圈：有骨架式，线圈形状做成矮胖型（考虑到铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为便于散热之故）。
▲直流电磁机构的线圈：无骨架式，线圈形状做成瘦高型 3、 电磁特性
电磁吸力的近似计算公式：
1212FBS 2020S1) 吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。
说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。
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（1-1）
式中： 。当Ｓ为常数时，Ｆ与Ｂ２成正比。
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▲直流电压线圈的吸力特性
电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，根据磁路定律
IN1∝ RmRm（1-2）
则有
吸力F与气隙 成反比，所以特性为二次曲线形状：
结论：a直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大； b直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。 ▲交流电压线圈的吸力特性
交流电压线圈的阻抗主要决定与线圈的电抗，电阻可以忽略：
当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时： 为常数， 结论：
a交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随 的减少略有增加）。
b交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小而减小。
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综上：a衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。
b 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。 C交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。 eg: U型： 6～7倍 E型： 10～15倍
说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。
可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。 2）反力特性
反力特性：指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线 电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。 电磁机构的反力特性如图所示：
4、反力特性与吸力特性的配合
F吸 略大于F反
电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命 5、短路环
1）单相交流电磁机构存在的问题
磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。 2）短路环的作用
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短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。
短路环的示意图：
三、触点系统
1、触点（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。 2、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。
点接触：小电流的触点 线接触：中等容量的触点 面接触：大容量的触点
12（a）点接触 （b）线接触 (c) 面接触
3、电接触（接触电阻）
电接触：动、静触点完全接触并有工作电流通过。 触点的接触过程：
（a）最终拉开位置 （b） 刚接触位置
（c） 最终闭合位置
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四、电弧的产生和灭弧装置 1、电弧的产生及危害 1）电弧的产生
触点由闭合到断开时，当电压超过10～20V和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放点的现象，通常称之为“电弧”。
撞击电离 热电子发射 热电离 形成电弧 2）电弧的危害
a烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。 b使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。 2、灭弧装置
灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。
常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段 常用的灭弧装置：
1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）
磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。 2）灭弧栅 （常用作交流灭弧装置） 3）灭弧罩 （用于交流和直流灭弧。）
采用一个用陶土和石棉水泥做的雨高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。 4）多断点灭弧
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