电磁式电器在电气控制电路中的使用量最大,类型也很多。各类电磁式电器在构造上基本相同,主要由电磁机构和执行机构两部分组成。电磁机构按电源种类可分为交流和直流两种,执行机构主要是触点系统。
1.电磁机构
电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量,带动触点动作、接通或分断电路。
电磁机构由铁心、衔铁和线圈等部分组成。其作用原理是:当线圈中有电流通过时,产生电磁吸力,电磁吸力克服弹簧的反作用力,使衔铁与铁心闭合,衔铁带动连接机构运动,从而带动相应触点动作,完成通、断电路的控制作用。接触器常用的电磁系统结构如图1-1所示。
图1-1 常用的电磁系统结构
a)绕棱角转动的拍合式 b)绕轴转动的拍合式 c)双E形直动式
1—衔铁 2—铁心 3—吸引线圈
1)衔铁绕棱角转动的拍合式铁心如图1-1a所示,这种结构广泛应用于直流电器中。
2)衔铁绕轴转动的拍合式铁心如图1-1b所示,其铁心形状有E形和U形两种,此种结构多用于触点容量较大的交流电器中。
3)衔铁直线运动的双E形直动式铁心,如图1-1c所示,这种结构多用于交流接触器、继电器中。
电磁式电器分为直流与交流两大类。直流电磁铁铁心由整块铸铁铸成。而交流电磁铁的铁心则用硅钢片叠成,以减小铁损(磁滞损耗及涡流损耗)。
图1-1中线圈的作用是将电能转化为磁场能。按通过线圈电流性质的不同分为直流线圈和交流线圈两种。
在实际应用中,由于直流电磁铁仅有线圈发热,所以线圈的匝数多、导线细,制成细长形,且不设线圈骨架,线圈与铁心直接接触,利于线圈的散热。而交流电磁铁由于铁心和线圈均发热,所以线圈匝数少、导线粗,制成短粗形,吸引线圈设有骨架,且铁心与线圈隔离,利于铁心和线圈的散热。
2.触点系统
(1)触点系统材料
触点是电器的执行机构,起接通和断开电路的作用。为使触点具有良好的接触性能,通常采用铜质材料制成;由于在使用中,铜的表面容易氧化而生成一层氧化铜,使触点接触电阻增大,引起触头过热,影响电器的使用寿命,因此,对于电流容量较小的电器(如接触器、继电器等)常采用银质材料作为触点材料,因为银的氧化膜电阻率与纯银相似,从而避免了触点表面氧化膜电阻率增加而造成触点接触不良。
(2)触点系统的结构形式(www.daowen.com)
触点系统主要有以下几种结构形式:
1)桥式触点:图1-2a、图1-2b为桥式触点,其中图1-2a为点接触的桥式触点,而图1-2b为面接触的桥式触点;点接触型适用于电流不大且触头压力小的场合;面接触型则适用于电流较大的场合。
2)指形触点:图1-2c为指形触点,其接触区为一直线,触点在接通与分断时产生滑动摩擦,可以去掉氧化膜,故其触点用纯铜制造,特别适合于触点分合次数多、电流大的场合。
图1-2 触点的结构形式
a)点触式桥式触点 b)面触式桥式触点 c)指形触点
3.灭弧系统
触点在分断电流的瞬间,在触点间的气隙中就会产生电弧,电弧的高温能将触点烧坏,并可能造成其他事故,因此,应采取适当的措施迅速熄灭电弧。
熄灭电弧的主要措施有:①迅速增加电弧长度(拉长电弧)使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而使电弧熄灭。②使电弧与流体介质或固体介质相接触,加强冷却和去游离作用,使电弧加快熄灭。
低压电器常用的灭弧方法有:
1)机械灭弧法:通过机械装置将电弧迅速拉长,这种方法多用于开关电器中。
2)磁吹灭弧:在一个与触点串联的磁吹线圈产生的磁场作用下,电弧受电磁力的作用而拉长,被吹入由固体介质构成的灭弧罩内,与固体介质接触,电弧被迅速冷却而熄灭。
3)窄缝灭弧:在电弧形成的磁场电动力的作用下,可使电弧拉长并进入灭弧罩的窄缝中,几条纵缝可将电弧分割成数段且与固体介质相接触,电弧迅速熄灭。这种结构多用于交流接触器上。
4)栅片灭弧法:当触点分开时,产生的电弧在电动力的作用下被推入一组金属栅片中而被分割成数段,彼此绝缘的金属栅片的每一片都相当于一个电极,因而就有许多个阴阳极压降,使电弧无法继续维持而熄灭。交流电器常常采用栅片灭弧法,如图1-3所示。
图1-3 金属栅片灭弧示意图
1—灭弧栅片 2—触点 3—电弧
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