1.2 電磁機構(gòu)及觸頭系統(tǒng)

低壓電器中大部分為電磁式電器。各類電磁式電器的工作原理基本相同，由檢測（電磁機構(gòu)）和執(zhí)行（觸頭系統(tǒng)）兩部分組成。

1.2.1 電磁機構(gòu)

1.電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式

電磁機構(gòu)由吸引線圈、鐵心和銜鐵組成，其結(jié)構(gòu)形式按銜鐵的運動方式可分為直動式和拍合式。圖1-1a為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心，這種形式廣泛應(yīng)用于直流電器中。圖1-1b為銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心，其鐵心形狀有E形和U形兩種。此種結(jié)構(gòu)多用于觸頭容量較大的交流電器中。圖1-1c為銜鐵直線運動的雙E形直動式鐵心，此種結(jié)構(gòu)多用于交流接觸器、繼電器中。

吸引線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)換為磁能，即產(chǎn)生磁通，銜鐵在電磁吸力作用下產(chǎn)生機械位移使鐵心吸合。通入直流電的線圈稱為直流線圈，通入交流電的線圈稱為交流線圈。

直流線圈通電，鐵心不會發(fā)熱，但是線圈會發(fā)熱，因此使線圈與鐵心直接接觸，易于散熱。線圈一般做成無骨架、高而薄的瘦高型，以便線圈自身散熱。鐵心和銜鐵由軟鋼或工程純鐵制成。

對于交流線圈，除線圈發(fā)熱外，由于鐵心中有渦流和磁滯損耗，鐵心也會發(fā)熱。為了改善線圈和鐵心的散熱情況，在鐵心與線圈之間留有散熱間隙，而且把線圈做成有骨架的矮胖型。鐵心用硅鋼片疊成，以減少渦流。

2.電磁機構(gòu)的工作原理

電磁鐵工作時，線圈產(chǎn)生的磁通作用于銜鐵，產(chǎn)生電磁吸力，并使銜鐵產(chǎn)生機械位移，銜鐵復(fù)位時復(fù)位彈簧將銜鐵拉回原位。因此，作用在銜鐵上的力有兩個：電磁吸力和反力。電磁吸力由電磁機構(gòu)產(chǎn)生，反力由復(fù)位彈簧和觸頭等產(chǎn)生。電磁機構(gòu)的工作特性常用吸力特性和反力特性來表達(dá)。

3.交流電磁機構(gòu)上短路環(huán)的作用

由于單相交流電磁機構(gòu)上鐵心的磁通是交變的，故當(dāng)磁通過零時，電磁吸力也為零，吸合后的銜鐵在反力彈簧的作用下將被拉開，磁通過零后電磁吸力又增大，當(dāng)吸力大于反力時，銜鐵又被吸合。這樣，交流電源頻率的變化會使銜鐵產(chǎn)生強烈振動和噪聲，甚至使鐵心松散。因此，交流電磁機構(gòu)鐵心端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)，短路環(huán)包圍鐵心端面約2/3的面積，如圖1-2所示。短路環(huán)把鐵心中的磁通分為兩部分，即不穿過短路環(huán)的Φ₁和穿過短路環(huán)的Φ₂，且Φ₂滯后Φ₁，這使得合成吸力始終大于反作用力，從而消除了振動和噪聲。

1.2.2 觸頭系統(tǒng)及電弧

1.觸頭系統(tǒng)

觸頭是電磁式電器的執(zhí)行組件，用來接通或斷開被控電路。

觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。

觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭和常閉觸頭。原始狀態(tài)（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭稱為常開觸頭；原始狀態(tài)閉合，線圈通電后斷開的觸頭稱為常閉觸頭（線圈斷電后所有觸頭復(fù)原）。

觸頭按其結(jié)構(gòu)形式可分為橋形觸頭和指形觸頭，如圖1-3所示。

觸頭按其接觸形式可分為點接觸、線接觸和面接觸三種，如圖1-4所示。圖1-4a為點接觸，它由兩個半球形觸頭或一個半球形與一個平面形觸頭構(gòu)成，常用于小電流的電器中，如接觸器的輔助觸頭或繼電器觸頭。圖l-4b為線接觸，它的接觸區(qū)域是一條直線，觸頭的通斷過程是滾動式進(jìn)行的。線接觸多用于中容量的電器，如接觸器的主觸頭。圖1-4c為面接觸，它允許通過較大的電流。這種觸頭一般在接觸表面上鑲有合金，以減少觸頭接觸電阻并提高耐磨性，多用于大容量接觸器的主觸頭。

2.電弧

觸頭在通電狀態(tài)下動、靜觸頭脫離接觸時，由于電場的存在，使觸頭表面的自由電子大量溢出而產(chǎn)生電弧。電弧的存在既燒損觸頭金屬表面，降低電器的壽命，又延長了電路的分?jǐn)鄷r間，所以必須迅速消除。

（1）常用的滅弧方法

1）迅速增大電弧長度。電弧長度增加，使觸頭間隙增加，電場強度降低，同時又使散熱面積增大，降低電弧溫度，使自由電子和空穴復(fù)合的運動加強，因而電弧容易熄滅。

2）冷卻。使電弧與冷卻介質(zhì)接觸，帶走電弧熱量，也可使復(fù)合運動得以加強，從而使電弧熄滅。

（2）常用的滅弧裝置

1）電動力吹弧。電動力吹弧如圖1-5所示。雙斷頭橋式觸頭在分?jǐn)鄷r具有電動力吹弧功能。不用任何附加裝置便可使電弧迅速熄滅，這種滅弧方法多用于小容量交流接觸器中。

2）磁吹滅弧。在觸頭電路中串入吹弧線圈，如圖1-6所示。該線圈產(chǎn)生的磁場由導(dǎo)磁夾板引向觸頭周圍，其方向由右手定則確定（見圖1-6）。觸頭間的電弧所產(chǎn)生的磁場，其方向如圖1-6所示。這兩個磁場在電弧下方方向相同（疊加），在弧柱上方方向相反（相減），所以弧柱下方的磁場強于上方的磁場。在下方磁場作用下，電弧受力的方向為F所指的方向，在F的作用下，電弧被吹離觸頭，經(jīng)引弧角引進(jìn)滅弧罩，使電弧熄滅。

3）柵片滅弧。滅弧柵是一組鍍銅薄鋼片，它們彼此間相互絕緣，如圖1-7所示。電弧進(jìn)入柵片被分割成一段段串聯(lián)的短弧，而柵片就是這些短弧的電極。每兩片滅弧片之間都有150～250V的絕緣強度，使整個滅弧柵的絕緣強度大大加強，以致外加電壓無法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻。基于上述原因，電弧進(jìn)入柵片后就會很快熄滅。由于柵片滅弧裝置的滅弧效果在交流時要比直流時強得多，因此在交流電器中常采用柵片滅弧。