课题一 低压电器概述
所谓电器是指能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的元件或设备。
根据工作电压的高低，电器可分为高压电器和低压电器。工作在交流50Hz或60Hz、额定电压1200V及以下或直流额定电压1500V及以下的电器称为低压电器。低压电器作为一种基本器件，广泛应用于输配电系统和电力拖动系统中，在实际生产中起着非常重要的作用。
一、低压电器的分类
低压电器的用途广泛，功能多样，结构各异，种类繁多，分类的方法也很多，常见的分类方法见表2-1。常见的低压电器如图2-1所示。
表2-1 低压电器常见的分类方法
图2-1 常见的几种低压电器
二、低压电器的电磁机构及执行机构
电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位，在电气控制系统中应用最为普遍。电磁式电器主要由电磁机构和执行机构组成，其中电磁机构可分为交流和直流两种，执行机构则可分为触点系统和灭弧装置两部分。
1. 电磁机构
电磁机构的主要作用是将电能转换成机械能，驱动电器触点动作，实现对电路的通断控制。
电磁机构由铁芯、衔铁和线圈等部分组成，其工作原理是：当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触点动作，实现通断电路的控制功能。电磁式电器常用电磁机构如图2-2所示。
图2-2 电磁式电器常用电磁结构
1—衔铁 2—铁芯 3—电磁线圈
图2-2（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，其铁芯材料由电工软铁制成，广泛应用于低压直流电器领域。图2-2（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，铁芯形状有E形和U形两种，其铁芯材料由硅钢片叠成，常用于触点容量较大的交流电器领域。图2-2（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯，其铁芯材料也由硅钢片叠成，常用于触点容量为中、小容量的交流接触器和继电器领域。
电磁线圈由漆包线绕制而成。按通入线圈电流性质的不同，分为直流线圈和交流线圈两大类。当线圈通过工作电流时产生足够的磁动势，在磁路中形成磁通，使衔铁获得足够的电磁力，从而克服弹簧的反作用力而吸合。实际应用时，由于直流线圈仅有线圈发热，所以线圈匝数多、导线细，常制成细长型，且不设线圈骨架，线圈与铁芯直接接触，利于线圈的散热。而交流线圈由于铁芯和线圈均发热，故线圈匝数少、导线粗，常制成短粗型，且设置线圈骨架，铁芯与线圈隔离，利于铁芯和线圈的散热。
2. 触点系统
触点系统是电器的执行机构，其作用是接通或分断电路。因此要求触点具有良好的接触性能。实际应用时，由于银的氧化膜电阻率与纯银相似，可以避免触点表面氧化而使电阻率增加造成接触不良，所以在电流容量较小的电器中得到广泛应用。
触点系统结构主要有桥式和指式两类。触点系统常用结构形式如图2-3所示。
图2-3 触点系统结构形式
图2-3（a）、图2-3（b）为桥式触点，其中图2-3（a）为点接触式触点，适用于电流容量较小、触点压力小的场合；图2-4（b）为面接触式触点，适用于电流容量较大的场合。图2-3（c）为指式触点，其接触区域为一直线（长方形截面），触点在结构设计时，应使触点在接通或断开时产生滚、滑动过程，以去除氧化膜，减少接触电阻，适用于接通次数多、电流容量大的场合。
3. 灭弧装置
电器的动静触点在分断电路时，由于接触电阻引起触点温升，从而引起热电子发射，同时触点间距离小，电场强度极大，在该强电场的作用下，气隙中电子高速运动产生碰撞游离。在该游离因素的作用下，触点间的气隙中会产生大量带电粒子使气体导电，形成炽热的电子流，并伴有强烈的声、光和热效应的弧光现象，即为电弧。根据电流性质的不同，电弧分直流电弧与交流电弧两种。
由于电弧的高温能将电器触点烧毁，并可能造成其他事故，故应采取适当措施迅速熄灭电弧。低压电器灭弧，主要采取的措施有：①迅速增加电弧长度，使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不足而使电弧熄灭；②使电弧与液体介质或固体介质相接触，加速冷却以增强去游离作用，使电弧迅速熄灭。由于交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。
目前，低压电器常用灭弧方法主要有磁吹灭弧法和栅片灭弧法两种。
1）磁吹灭弧法
图2-4所示为磁吹灭弧装置示意图。
图2-4 磁吹灭弧装置示意图
1—磁吹线圈 2—绝缘套 3—铁芯 4—引弧角 5—导弧磁夹板 6—灭弧罩 7—动触点 8—静触点
由图2-4可见，磁吹灭弧装置由磁吹线圈、引弧角和导弧磁夹板等部件组成。磁吹线圈产生的磁场其磁通比较集中，它经铁芯和导弧磁夹板进入电弧空间。于是，电弧在磁场的作用下，在灭弧罩内部迅速向上运动，并在引弧角处被拉到最长。在运动过程中，电弧一方面被拉长，另一方面又被冷却，因此电弧能迅速熄灭。这种方法适合低压直流接触器等领域。
2）栅片灭弧法
图2-5所示为栅片灭弧装置示意图。
图2-5 栅片灭弧装置示意图
1—灭弧栅片 2—触点 3—电弧
由图2-5可见，栅片灭弧装置由灭弧栅片（由多片镀铜薄钢片组成）等部件组成。当电器触点断开时，电弧在吹弧电动力的作用下被推向栅片，电弧被栅片分割成数段串联短电弧，而栅片变成短电弧的电极。栅片的作用还在于能导出电弧的热量，使电弧迅速冷却，同时每两片灭弧栅片可以看成一对电极，而每对电弧间都有150～250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘大大加强，而栅片间的电压却不足以达到电弧燃烧的电压。所以，电弧进入灭弧栅后就能很快地熄灭。
三、低压电器的常用术语
低压电器的常用术语见表2-2。
表2-2 低压电器的常用术语
思考与练习
1. 什么是电器？什么是低压电器？列举几种你所知道的电器。
2. 低压电器是怎样进行分类的？
3. 低压电器的电磁机构及执行机构的作用是什么？
4. 低压电器常用的术语有哪些？它们的含义是什么？