2.1　电器的功能、分类和工作原理

2.1.1　电器的功能

电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其他物理量）和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。

电器的控制作用就是手动或自动地接通、断开电路，“通”称为“开”，“断”也称为“关”。因此，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。

2.1.2　电器的分类

1．按工作电压等级分类

1）高压电器

用于交流电压1200V、直流1500V及以上电路中的电器，如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。

2）低压电器

用于交流50Hz（或60Hz）额定电压为1200V以下、直流额定电压为1500V及以下的电路中的电器，如接触器、继电器等。

2．按动作原理分类

（1）手动电器。人手操作发出动作指令的电器，如刀开关，按钮等。

（2）自动电器。产生电磁力而自动完成动作指令的电器，例如接触器、继电器、电磁阀等。

3．按用途分类

（1）控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器、电动机启动器等。

（2）配电电器。用于电能的输送和分配的电器，如高压断路器等。

（3）主令电器。用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、转换开关等。

（4）保护电器。用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。

（5）执行电器。用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。

2.1.3　电磁式电器的工作原理

低压电器中大部分为电磁式电器，各类电磁式电器的工作原理基本相同，由检测部分（电磁机构）和执行部分（触点系统）组成。

1.电磁机构

1）电磁机构的结构形式

电磁机构由吸引线圈、铁芯和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图2-1和图2-2是直动式和拍合式电磁机构的常用形式。

吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁芯吸合。通入直流电的线圈称为直流线圈，通入交流电的线圈称为交流线圈。

直流线圈通电，铁芯不会发热，只有线圈发热。因此，线圈与铁芯接触有利于散热。线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁芯和衔铁由软钢或工程纯铁制成。

对于交流线圈，除线圈发热外，由于铁芯中有涡流和磁滞损耗，铁芯也会发热。为了改善线圈和铁芯的散热情况，在铁芯与线圈之间留有散热间隙，而且把线圈做成有骨架的矮胖型。铁芯用硅钢片叠成，以减少涡流。

另外，根据线圈在电路中的连接方式可分为串联线圈（电流线圈）和并联线圈（电压线圈）。串联线圈串接在电路中，流过的电流大，为减少对电路的影响，线圈的导线粗，匝数少，线圈的阻抗较小。并联线圈并联在电路上，为减少分流作用，需要较大的阻抗，因此线圈的导线细且匝数多。

2）电磁机构的工作原理

电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生位移；衔铁复位时，复位弹簧将衔铁拉回原位。

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，使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触点动作。在交流电流产生的交变磁场中，为避免因磁通过零点而造成衔铁的抖动，需要在交流电器铁芯的端部开槽，嵌入一个铜制的短路环，使环内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零点，使电磁吸力 F 总是大于弹簧的反作用力，因而可以消除交流铁芯的抖动。

2.触点系统

触点是电磁式电器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。

触点的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。

触点按其原始状态可分为常开触点和常闭触点：原始状态时（线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触点称为常开触点；原始状态闭合，线圈通电后断开的触点称为常闭触点（线圈断电后所有触点复原）。

触点按其结构形式可分为桥式触点和指式触点，如图2-3所示。

触点按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触3种，如图2-4所示。

3.灭弧工作原理

在通电状态下动、静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触点金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，因此必须迅速消除。

1）常用的灭弧方法

（1）迅速增大电弧长度。电弧长度增加，使触点间隙增加，电场强度降低。同时又使散热面积增大，降低电弧温度，使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电荷容易熄灭。

（2）冷却。使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。

2）常用的灭弧装置

（1）电动力吹弧（见图2-5）。双断点桥式触点在分断时具有电动力吹弧功能，不用任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。

（2）磁吹灭弧。利用永久磁铁或电磁铁产生的磁场对电流的作用力拉长电弧，或者利用气流使电弧拉长和冷却被熄灭。

（3）栅片灭弧。灭弧栅是一组镀铜薄钢片，它们彼此间相互绝缘，如图2-6所示。电弧进入栅片被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极。每两片灭弧片之间都有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。

由于栅片灭弧装置的灭弧效果在交流时要比直流时强得多，因此在交流电器中常采用栅片灭弧。 Mhzo66QNpWyR2M0bIncVng2Dx6kvSkm60KoJAel6gZu8C2DBKSKo3Sx2J9Ddnnqm