《工厂电气控制设备》 常用低压电器基本知识（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《工厂电气控制设备》常用低压电器基本知识-讲义 1. 了解低压电器的分类。 2. 掌握电磁式抵押电器的结构与工作原理。 3. 了解电弧的产生和灭弧方法。 知识点一 低压电器的分类 低压电器种类繁多，功能多样，用途广泛，结构各异，工作原理也各不相同。按不同的分类方式，可以分为不同的类型，通常按用途、操作方式、工作原理、使用场合的不同，低压电器可分为以下几类。 1、 按用途分类 1. 低压配电电器 用在低压供、配电系统中进行电能输送和分配的电器，如刀开关转换开关、低压断路器、熔断器等。对这类电器要求分断能力强，限流效果和保护性能好，有良好的动稳定及热稳定性。 2. 低压控制电器 用在电力拖动控制系统中的电器，如接触器、控制继电器、起动器、控制器、主令电器等。对这类电器的要求为具有一定的通断能力，操作频率高，电气和机械寿命长。 2、 按操作方式分类 1. 自动电器 通过电磁或气动机构动作来完成接通、分断、起动和停止等动作的电器。主要有接触器、继电器、断路器等。 2. 手动电器 依靠人力来完成接通、分断、起动和停止等动作的电器。主要有刀开关、转换开关和主令电器等。 3、 按工作原理分类 1. 电磁式电器该电器的感测元件接受的是电流或电压等电量信号。 2. 非电量控制电器该电器的感测元件接受的是热量、温度、转速、机械力等非电量信号。 4、 按使用场合分类 有一般工业用电器、特殊工矿用电器、航空用电器、船舶用电器、建筑用电器、农用电器等。 低压电器产品多种多样，不同类型产品用不同型号表示，其型号类组代号见附录A低压电器产品型号编制方法。我国编制的低压电器产品型号适用于13大类产品:刀开关、转换开关、熔断器、断路器、控制器、接触器、起动器、控制断电器、主令电器、电阻器、变阻器、汶毜槅仅调整器、电磁铁和其他电器等，并用字母H、R、D、K、C、Q、J、L、Z、B、T、M和A分别表示这13大类电器产品。 低压配电电器主要用于什么系统中进行电能输送和分配（ ） A. 高压供配电系统 B. 低压供配电系统 C. 直流系统 D. 交流调速系统 【答案】B 【解析】低压配电电器用在低压供、配电系统中进行电能输送和分配，如刀开关、转换开关、低压断路器、熔断器等。 1. 以下哪种电器属于低压控制电器（ ） A. 刀开关 B. 熔断器 C. 接触器 D. 低压断路器 【答案】C 【解析】低压控制电器用在电力拖动控制系统中的电器，如接触器、控制继电器等。 2. 自动电器主要通过什么机构动作来完成接通、分断等操作（ ） A. 人力 B. 电磁或气动机构 C. 液压机构 D. 机械联动 【答案】B 【解析】自动电器通过电磁或气动机构动作来完成接通、分断、起动和停止等动作。 3. 以下哪项是按工作原理分类的电器，而非按操作方式（ ） A. 自动电器 B. 手动电器 C. 电磁式电器 D. 以上均不属于 【答案】C 【解析】电磁式电器是根据其工作原理进行分类的，其感测元件接受电流或电压等电量信号来驱动电器动作。而自动电器和手动电器则是根据操作方式来分类的，自动电器通过电磁或气动机构动作，手动电器依靠人力操作。 1. 电磁式电器的感测元件主要接受什么信号（ ） A. 热量信号 B. 电流或电压信号 C. 转速信号 D. 机械力信号 【答案】B 【解析】电磁式电器的感测元件接受的是电流或电压等电量信号。 2. 非电量控制电器的感测元件主要接受什么类型的信号（ ） A. 电量信号 B. 热量、温度信号 C. 电磁信号 D. 光电信号 【答案】B 【解析】非电量控制电器的感测元件接受的是热量、温度、转速、机械力等非电量信号。 3. 以下哪种场合不适用一般工业用电器（ ） A. 工厂生产线 B. 矿井 C. 办公室 D. 家庭 【答案】B 【解析】矿井属于特殊工矿环境，不适用一般工业用电器，而需使用特殊工矿用电器。 · 低压电器的分类方式：低压电器可按用途（配电电器、控制电器）、操作方式（自动电器、手动电器）、工作原理（电磁式、非电量控制）和使用场合（一般工业用、特殊工矿用等）进行分类。 · 电磁式电器的工作原理：电磁式电器通过电磁机构工作，感测元件接受电流或电压等电量信号，产生电磁力驱动电器动作，完成电路的接通、分断等控制功能。 · 低压电器产品型号编制：我国低压电器产品型号编制方法使用特定字母代表不同类型的电器，如“C”代表接触器，“K”代表控制器等，便于用户识别和选择适合的电器产品。 知识点二 电磁式低压电器的结构与工作原理 从结构上看，低压电器一般都具有两个基本组成部分，即感测部分与执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大与判断作出有规律的反应，输出相应的指令，驱动执行部分动作，实现控制的目的。对于有触头的电磁式低压电器，感测部分是电磁机构，执行部分是触头系统。 1、 基本机构 1. 电磁机构 （1）电磁机构的结构型式。电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。吸引线圈通以一定的电压和电流产生磁场及吸力，并通过气隙转换成机械能，使衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移并吸合，从而带动触头动作，以实现触头的断开和闭合，控制电路的分断和接通。图1所示是几种常用电磁机构的结构型式，根据衔铁相对铁心的运动方式不同，电磁机构有直动式与拍合式，拍合式又有衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动两种。 图1 几种常用电磁机构的结构型式 a) 直动式电磁机构 b) 拍合式电磁机构 1-衔铁 2-铁心 3-线圈 （2）线圈。线圈用以将电能转换为磁能，按线圈通入电流的性质不同，电磁机构分为直流电磁机构和交流电磁机构，相应线圈称为直流线圈和交流线圈。直流线圈一般做成无骨架、高而薄的瘦高型，线圈与铁心直接接触，易于线圈散热；交流线圈由于铁心存在磁和涡流损耗，造成铁心发热，为此铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，且为改善线圈和铁心的散热，线圈设有骨架，将铁心和线圈隔开，并将线圈做成短而厚的矮胖型。另外，根据在电路中的连接方式不同，线圈又分串联线圈和并联线圈。串联线圈采用粗导线、数少，又称为电流线圈；并联线圈匝数多、线径较细，又称为电压线圈。 2. 触头系统 触头亦称触点，是电磁式低压电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。因此，要求触头导电、导热性能好，通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触头表面电镀锡、银或镍。对于一些特殊用途的低压电器如微型继电器和小容量的电器,触头采用银质材料制成。触头能否正常工作，将直接影响整个低压电器的工作性能。 （1） 电接触与接触电阻。触头闭合且有工作电流通过时的状态称为电接触状态，电接触状态时触头之间的电阻称为接触电阻，其大小直接影响电路的工作情况。接触电阻较大，电流流过触头时造成较大的电压降，这将对弱电控制系统产生较大影响。同时由于电阻损耗电能，将使触头发热导致温度升高，严重时可使触头熔焊，这样既影响工作的可靠性，又降低了触头的寿命。触头接触电阻的大小主要与触头的接触形、接触压力、触头材料及触头表面情况等有关。 （2） 触头的接触形式。触头的接触形式有点接触、线接触和面解除三种，如图2所示。 图2 触头的接触形式 a) 点接触 b) 线接触 c)面接触 点接触由两个半球形触头或一个半球形与一个平面触头构成，常用于小电流的电器中,如接触器的辅助触头和继电器触头。线接触常做成指形触头结构，它们的接触区是一条直线，触头通、断为滚动接触并产生滚动摩擦，适用于通电次数多、电流大的场合，多用于中等容量的电器。面接触触头一般在接触表面镶有合金，允许通过较大电流，中小容量的接触器的主触头多采用这种结构。 （3） 触头的结构形式。为使触头接触更加紧密，减小接触电阻，同时消除开始接触时产生的振动，在触头上装有触头弹簧，使触头刚刚接触时产生初压力，随着触头闭合逐渐增大触头互压力。 触头按其原始状态不同可分为常开触头和常闭触头。原始状态时(吸引线圈未通电时)触头断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头(动合触头)。原始状态时闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头(动断触头)。线圈断电后所有触头回复到原始状态。 按触头控制的电路不同可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流;辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。 触头的结构形式主要有桥式触头和指形触头，如图3所示。 图3 触头的结构形式 a) 点接触桥式触头 b) 面接触桥式触头 c) 线接触指形触头 桥式触头在接通与断开电路时由两个触头共同完成，对灭弧有利，这类触头的接触形式一般是点接触和面接触。指形触头在接通或断开时产生滚动摩擦，能除掉触头表面的氧化膜，从而减小触头的接触电阻，一般采用线接触。 （4） 减小接触电阻的方法。触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小;增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧;改善触头表面状况，尽量避免或减少触头表面氧化膜的形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。 2、 电磁机构工作原理 1. 电磁机构反力特性与吸力特性 线圈通入电流后，产生磁场，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。与此同时，衔铁还受到弹簧的反作用拉力，只有当电磁吸力大于弹簧反作用拉力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧作用下与铁心脱离，即衔铁释放。电磁机构的工作特性常用反力特性和吸力特性来表述，如图4所示。 图4 电磁机构反力特性与吸力特性 a) 反力特性 b) 直流电磁机构吸力特性c) 交流电磁机构吸力特性 电磁机构使衔铁释放(复位)的力与气隙的关系曲线称为反力特性。线通电后，铁心吸引衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特性。 （1） 反力特性。电磁机构使衔铁释放的力大多是利用弹簧的反力，由于弹簧的反力F与其机械变形的位移量δ成正比，故其反力特性可写成 Ff1=K1X 考虑了常开触头闭合时超行程机构的弹力作用后，弹簧的反力特性曲线如图4a所示。其中δ1为电磁机构气隙的初始值:δ2为动、静触头开始接触时的气隙长度。由于超行程机构的弹力作用，反力特性在δ2处有一突变。 （2） 吸力特性。直流电磁机构和交流电磁机构的吸力特性分别如图4b、c所示。 1）直流电磁机构的吸力特性。电磁机构的吸力与很多因素有关，当铁心与衔铁端面互相平行且气隙较小时，吸力可按下式求得 F=4B2S×105 式中，F为电磁机构衔铁所受的吸力(N)；B为气隙中的磁感应强度(T)；S为吸力处端面积(m2)。 当端面积S为常数时，吸力F与B2成正比，也可以认为F与磁通Ф2成正比，与端面积S成反比，即 F∝ 直流电磁机构当直流励磁电流处于稳态时，直流磁路对直流电路无影响，所以励磁电流不磁路气隙的影响，即其磁势IN不受磁路气隙的影响，根据磁路欧姆定律： Ф= = = 而电磁吸力F∝，则 F∝Ф2∝()2 即直流电磁机构的吸力F与气隙 δ 的平方成反比。由此看出，衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小、吸力越大。但衔铁吸合前后线圈励磁电流不变，且衔铁吸合后电磁吸力大，工作可靠，故直流电磁机构适用于动作频繁的场合。但当直流电磁机构线圈断电时，由于电磁感应，线圈中将会产生很大的反电势，其值可达线圈额定电压的十多倍，将使线圈因过电压而损坏，为此，常在线圈两端并联一个放电电阻与一个硅二极管，形成一个放电回路。正常励磁时，因二极管处于截止状态，放电回路不起作用;而当线圈断电时，放电回路导通，将原先贮存在线圈中的磁场能量释放出来消耗在电阻上，不至于产生过电压。一般情况下，放电电阻阻值取线圈直流电阻的6~8倍。 2）交流电磁机构的吸力特性。交流电磁机构线圈的电阻值远比其感抗值要小，在忽略线圈电阻和漏磁情况下，线圈电压与磁通的关系为 U≈E=4.44Фm Фm= 式中，U为线圈电压(V);E为线圈感应电势(V);为线圈电压的频率(Hz)；为线圈匝数；Фm为气隙磁通最大值(Wb)。 当线圈电压U、频率和线圈匝数为常数时，气隙磁通Фm亦为常数。当交流励磁时，电压、磁通都随时间作正弦规律变化，电磁吸力也相应的作周期性变化。 经分析可知，交流磁感应强度B虽按正弦规律变化，但其交流电磁吸力却是脉动的，且方向不变，并由两部分组成：一部分为平均吸力Fav，其值为最大吸力的一半，即Fav=4B2S×105；另一部分为以两倍电源频率变化的交流分量F～=4B2S×105cos2ωt。所以交流电磁机构电磁吸力F=Fav-F～随时间变化情况如图5所示。吸力在0和最大值Fm=8B2S×105的范围内以两倍电源频率变化。 图5 交流电磁机构电磁吸力随时间变化情况 由上分析可知，交流电磁机构的吸力特性具有以下特点: F(t)是脉动的，在50Hz的工频下，1s内有100次过零点，因而引起衔铁的振动，产生机构噪声和机械损坏，应加以克服;因U≈E=4.44Фm，当U一定时，Фm也一定，也就是不管有无气隙，Фm基本不变，所以交流电磁机构吸力平均值基本不变，即平均吸力亦与气隙δ的大小无关(实际上，考虑到漏磁通的影响，平均吸力Fav随气隙δ的减少而略有增加);交流电磁机构在衔铁未吸合时，磁路中因气隙磁阻较大，维持同样的磁通Фm所需的励磁电流(线圈电流)比吸合后无气隙时所需的电流大得多。对于U形交流电磁机构来说，衔铁尚未动作时的励磁电流为衔铁吸合后的额定电流的5~6倍;对于E形电磁机构则高达10～15倍。所以，交流电磁机构的线圈通电后，衔铁因卡住而不能吸合，或交流电磁机构频繁合断，都将因励磁电流过大而烧坏线圈。所以交流电磁机构不适用于可靠性要求高与操作频繁的场合。 3） 剩磁的吸力特性。铁磁物质存有剩磁，导致电磁机构的励磁线圈断电后仍有一定的乘磁吸力，剩磁吸力随气隙δ增大而减小，其特性如图6中曲线4所示。 （3） 吸力特性与反力特性的配合。电磁机构如欲使衔铁吸合，则应在整个吸合过程中，吸力都大于反力，但也不宜过大，否则会影响电器的机械寿命。这就要求吸力特性在反力特性的上方且二者尽可能靠近。在释放衔铁时，电磁机构的反力必须大于剩磁吸力，这样才能保证衔铁可靠释放，即要求电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间，如图6所示。 图6 电磁机构吸力特性与反力特性的配合 1-直流电磁机构吸力特性 2-交流电磁机构吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性 2. 交流电磁机构短路环的作用 交流电磁机构的电磁吸力是一个周期函数，该周期函数由直流分量和频率为2的正弦分量组成。虽然交流电磁机构中的磁感应强度是正、负交变的，但电磁吸力总是正的，它在最大值2Fav和最小0的范围内脉动变化。因此在每一个周期内，必然有某一段时刻吸力小于反力，这时衔铁放;而当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，在=50Hz时，电磁机构就出现了频率2的持续抖动和撞击，发出噪声，容易损坏铁心。为了避免衔铁振动，通常在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环,如图7所示。短路环把端面S分成两部分，即环内部分S1与环外部分S2，短路环仅包围了磁路磁通Ф的一部分。这样，铁心端面处就有二个不同相位的磁通,和Ф1和Ф2它们分别产生电磁吸力F1和F2，而且这两个吸力之间也存在一定的相位差。这样，虽然这两部分电磁吸力各自都有到达零值的时候，但到零值的时刻已错开，二者的合力就大于零，只要总吸力始终大干后力，衔铁便被吸牢，也就能消除衔铁的振动。 图7 交流电磁机构短路环 3. 电磁机构的输入-输出特性 电磁机构的线圈加上电压(或通入电流)，产生电磁吸力，从而使衔铁吸合。因此，也可将线圈电压(或电流)作为输入量x，而将衔铁的位置作为输出量y，这样电磁机构衔铁位置(吸合与释放)与线圈电压(或电流)的关系称为电磁机构的输入-输出特性，通常称为“继电特性”。 若将衔铁处于吸合位置记作y=1，处于释放位置记作y=0。由上分析可知，当吸力特性处于反力特性上方时，衔铁被吸合;当吸力特性处于反力特性下方时，衔铁被释放。将吸力特性处于反力特性上方的最小输入量用x0表示，称为电磁机构的动作值;将吸力特性处于反力特性下方的最大输入量用xr表示，称为电磁机构的复归值。 电磁机构的输入-输出特性如图8所示，当输入量x<x0时衔铁不动作，其输出量y=0;当x=x0时，衔铁被吸合，输出量y从“0”跃变为“1”;再进一步增大输入量使x>x0，输出量仍为y=1。当输入量x从x0减小的时候，在x>xr的过程中，虽然吸力特性向下降低，但因衔铁吸合状态下的吸力仍比反力大，衔铁不会被释放，其输出量y=1。当x=xr时，因吸力小于反力，衔铁被释放，输出量由“1”变为“0”;再减小输入量，输出量仍为“0”。所以，电磁机构的输入-输出特性或“继电特性”为一矩形曲线。动作值与复归值均为继电器的动作参数，电磁机构的继电特性是电磁式继电器的重要特性。 图8 电磁机构的继电特性 低压电器一般由哪两个基本部分组成（ ） A. 感测部分与控制部分 B. 感测部分与执行部分 C. 控制部分与执行部分 D. 保护部分与执行部分 【答案】B 【解析】低压电器一般由感测部分和执行部分组成，感测部分接受外界信号并作出反应，驱动执行部分动作。 1. 电磁机构中，将电能转换为磁能的部件是（ ） A. 铁心 B. 衔铁 C. 线圈 D. 弹簧 【答案】C 【解析】线圈是电磁机构中将电能转换为磁能的部件，通过通入电流产生磁场。 2. 直流电磁机构的线圈通常做成什么形状（ ） A. 矮胖型 B. 瘦高型 C. 圆形 D. 方形 【答案】B 【解析】直流线圈一般做成无骨架、高而薄的瘦高型，与铁心直接接触，易于散热。 3. 交流电磁机构的线圈由于什么原因设有骨架（ ） A. 便于安装 B. 改善散热 C. 增加磁感应强度 D. 减轻重量 【答案】B 【解析】交流线圈因铁心存在磁和涡流损耗而发热，设有骨架以改善线圈和铁心的散热。 1. 触头接触电阻的大小主要与哪些因素有关（ ） A. 触头材料 B. 触头形状 C. 触头压力 D. 以上都是 【答案】D 【解析】触头接触电阻的大小与触头材料、接触形式、接触压力及触头表面情况等有关。 2. 以下哪种触头接触形式适用于通电次数多、电流大的场合（ ） A. 点接触 B. 线接触 C. 面接触 D. 任意接触 【答案】B 【解析】线接触触头适用于通电次数多、电流大的场合，因其通断时为滚动接触，减少摩擦。 3. 电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线称为什么特性（ ） A. 吸力特性 B. 反力特性 C. 输入特性 D. 输出特性 【答案】B 【解析】电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线称为反力特性。 · 电磁机构组成与工作原理：电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，通过电能转磁能产生吸力吸合衔铁，带动触头动作。工作特性由反力特性和吸力特性描述，确保吸力大于反力时衔铁可靠吸合。 · 触头系统与接触电阻：触头是电磁式低压电器的执行部分，要求导电导热性能好。接触电阻影响电路工作，其大小与接触形式、压力、材料及表面状况有关。减小接触电阻的方法包括选用优质材料、增加接触压力和改善表面状况。 · 直流与交流电磁机构的区别：直流电磁机构吸力与气隙平方成反比，适用于频繁动作场合；交流电磁机构吸力脉动，需短路环消除振动，不适用于高可靠性要求场合。两者在线圈设计、散热方式及吸力特性上存在显著差异。 知识点三 电弧的产生和灭弧方法 1、 电弧的产生过程 触头在自然环境下开断电路时，如果被开断电路的电流(电压)超过某一数值(根据触头材料的不同其值约在0.25~1A，12~20V之间)，在触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。这时触头间隙中的气体被游离产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电粒子作定向运动，使绝缘的气体变成了导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转换为热能和光能，由于光和热的效应，产生高温并发出强光，使触头烧蚀，并使电路切断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故。为此，必须采取措施熄灭或减小电弧。 2、 电弧的产生原因 电弧产生的原因主要经历4个物理过程: 1. 强电场放射。触头在通电状态下开始分离时，其间隙很小，电路电压几乎全部降落在触头间很小的间隙上，使该处电场强度很高，强电场将触头阴极表面的自由电子拉出到气隙中，使触头间隙的气体存在较多的电子，这种现象称为强电场放射。 2. 撞击电离。触头间的自由电子在电场作用下，向正极加速运动，经一定路程后获得足够大的动能，在其前进途中撞击气体原子，将气体原子分裂成电子和正离子。电子在向正极运动过程中又撞击其他原子，使触头间隙中的气体电荷越来越多，这种现象称为撞击电离。 3. 热电子发射。撞击电离产生的正离子向阴极运动，撞击在阴极上使阴极温度逐渐升高，并使阴极金属中电子动能增加，当阴极温度达到一定程度时，一部分电子将有足够动能从阴极表面逸出，再参与撞击电离。由于高温使电极发射电子的现象称为热电子发射。 4. 高温游离。当电弧间隙中的气体温度升高时，气体分子热运动速度加快，当电弧温度达到或超过 3000℃时，气体分子进行强烈的不规则热运动并相互碰撞，使中性分子游离成为电子和正离子。这种因高温使分子撞击所产生的游离称为高温游离。 由以上分析可知，在触头刚开始分断时，首先是强电场放射。当触头完全打开时，由于触头间距离增加，电场强度减弱，维持电弧存在主要靠撞击电离，热电子发射和高温游离，而其中又以高温游离作用最大。但是在气体分子电离的同时，还存在消电离作用。消电离是指正负带电粒子复合成为中性粒子。对于消电离只有在带电粒子运动速度较低时才有可能。 因此冷却电弧，或将电弧挤入绝缘的窄缝里，迅速导出电弧内部热量，降低温度，减小离子的运动速蒈跨度，以便加强复合过程。同时，高度密集的高温离子和电子，向周围密度小、温度低的地方扩散，使弧隙中的离子和电子浓度降低，电弧电流减小，也使高温游离大为减弱。 3、 灭弧的基本方法 当电离速度大于消电离速度时，电弧会持续燃烧;反之电弧会熄灭。灭弧的基本方法有: 1. 快速拉长电弧。降低触头间的电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧，从而使电弧熄灭。 2. 冷却，使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，从而使离子运动速度减慢，同时又使离子的复合速度加快，使电弧熄灭。 3. 窄缝灭弧。将电弧挤人窄缝，使电弧与固体介ㄞ龍鹑简範琙閏彌腫質搞よ犴邽脑鋱枯ӧ诳溍卫噤膁匳軍瘛加强扩散和冷却的作用，减小离子运动速度，加快离子复合速度，使电弧熄灭。 4. 短弧灭弧。将长电弧分割成几段，就增加了维持电弧燃烧所需的电压要求，而且增加了散热面积，使触头间电压不足以击穿各段的所有气隙，短电弧同时熄灭，不再重燃。 4、 常用的灭弧装置 1. 电动力吹弧。图1所示是一种桥式结构双断口触头的双断口电动力吹弧。当触头断开电路时，在断口处产生电弧，电弧电流在两电弧之间产生图1所示的磁场，根据左手定则，电弧电流将受到指向外侧的电动力F的作用，使电弧向外运动并拉长，迅速冷却并熄灭。此外，也具有将一个电弧分为两个电弧的作用。这种灭弧方法常用于小容量的交流接触器中。 图1 双断口电动力吹弧 1-静触头 2-动触头 3-电弧 2. 磁吹灭弧。为加强弧区的磁场强度:以获得较大的电弧运动速度，在触头电路中串入磁吹线圈，磁吹灭弧原理如图2所示。该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触头周围。磁吹线圈磁场与电弧电流磁场相互叠加，这两个磁场在电弧下方方向相同，在电弧上方方向相反，所以电弧下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力方向为F所指的方向，在F的作用下，电弧被吹离触头，经引弧角引进灭弧罩，使电弧熄灭。这种灭弧方法常用于直流灭弧装置。 图2 磁吹灭弧原理 1-磁吹线圈 2-铁心 3-导磁夹板4-引弧角 5-灭弧罩 6-磁吹线圈磁场 7-电弧电流磁场 8-动触头 3. 栅片灭弧。灭弧栅是由多片镀铜薄钢片(称为栅片)和石棉绝缘板组成，它们安放在电器触头上方的灭弧室内，彼此之间互相绝缘，片间距离约2~5mm。当触头分断电路时，在触头之间产生电弧，电弧电流产生磁场。由于钢片磁阻比空气磁阻小得多，使灭弧栅上方的磁通非常稀疏，而灭弧栅处的磁通非常密集，这种上疏下密的磁场将电弧拉入灭弧罩中，电弧进入灭弧栅后，被分割成一段段串联的短弧，如图3所示。这样每两片灭弧栅片可看作一对电极，而每对电极间都有150~250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。同时，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却，也利于电弧熄灭。由于灭弧栅对交流电弧更有效，故灭弧栅装置常用于交流灭弧。 图3 栅片灭弧示意图 1-灭弧栅片 2-触头 3-电弧 4. 窄缝灭弧。这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的下部宽上部窄，如图4所示。当触头断开时，电弧在电动力的作用下进人缝内窄缝可将弧柱分成若干个直径较小的电弧，同时将电弧直径压缩，使电弧同壁紧密接触加强冷却和消游离作用，同时也加大了电弧运动的阻力，使电弧运动速度下降，迅速熄灭。灭弧罩通常用陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。 图4 窄缝灭弧 1- 纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧 电弧产生的最小电流和电压范围大约是（ ） A. 0.01~0.1A, 5~10V B. 0.25~1A, 12~20V C. 1~5A, 20~50V D. 5~10A, 50~100V 【答案】B 【解析】电弧产生需要一定的电流和电压条件，根据触头材料不同，这个范围大约在0.25~1A的电流和12~20V的电压之间。 1. 强电场放射现象发生在触头分离的哪个阶段（ ） A. 触头完全打开后 B. 触头刚开始分断时 C. 触头闭合过程中 D. 触头完全闭合时 【答案】B 【解析】在触头刚开始分断时，由于间隙小，电场强度高，会发生强电场放射现象，将触头阴极表面的自由电子拉出到气隙中。 2. 撞击电离过程中，自由电子的主要作用是什么（ ） A. 直接构成电弧 B. 加速向正极运动并撞击气体原子 C. 冷却电弧 D. 产生磁场 【答案】B 【解析】自由电子在电场作用下加速向正极运动，撞击气体原子使其分裂成电子和正离子，这一过程称为撞击电离。 3. 以下哪种现象对维持电弧燃烧贡献最大（ ） A. 强电场放射 B. 撞击电离 C. 热电子发射 D. 高温游离 【答案】D 【解析】在触头完全打开后，维持电弧存在主要靠撞击电离、热电子发射和高温游离，其中高温游离作用最大。 1. 灭弧的基本原理是（ ） A. 提高电场强度 B. 增加电弧电压 C. 使电离速度小于消电离速度 D. 增大触头间距 【答案】C 【解析】灭弧的基本原理是通过各种方法使电离速度小于消电离速度，从而使电弧熄灭。 2. 快速拉长电弧的目的是什么（ ） A. 增加电弧电流 B. 提高电弧电压 C. 降低触头间电场强度 D. 加速电弧燃烧 【答案】C 【解析】快速拉长电弧可以降低触头间的电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧，从而使电弧熄灭。 3. 磁吹灭弧中，磁吹线圈的作用是什么（ ） A. 产生电弧 B. 冷却电弧 C. 加强弧区磁场强度 D. 吸收电弧热量 【答案】C 【解析】磁吹线圈在磁吹灭弧中用于加强弧区的磁场强度，使电弧受到指向外侧的电动力作用而拉长并熄灭。 · 电弧产生条件与过程：电弧产生需满足一定电流和电压条件（约0.25~1A, 12~20V），经历强电场放射、撞击电离、热电子发射和高温游离四个物理过程。强电场放射是起始条件，高温游离对维持电弧燃烧贡献最大。 · 灭弧方法与原理：灭弧方法包括快速拉长电弧、冷却、窄缝灭弧和短弧灭弧。其原理均为使电离速度小于消电离速度，通过降低电场强度、温度或增加离子复合速度来实现电弧熄灭。 · 常用灭弧装置与应用：常用灭弧装置包括电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧和窄缝灭弧。电动力吹弧适用于小容量交流接触器；磁吹灭弧适用于直流灭弧装置；栅片灭弧对交流电弧更有效；窄缝灭弧适用于需要快速灭弧的低压电器。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$