东莞电工培训与你分析电磁式控制电器的基本原理与结构

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   东莞电工培训告诉你控制电器接受外界信号的方式有多种，最基本的也是最常用的方式为电磁式。从结构上看，电磁式控制电器有三个基本组成部分，即触点、灭弧装置和电磁机构。

  触点

    触点是一切有触点电器的执行部件，这类电器就是通过触的动作来接通或断开被控制电

路的。

    (1) 触点的分断过程及电弧的产生

    触点通常由动、静触点组合而成。两个触点之间的接触，从本质上来说是许多个点的接触。因此，在两个触点分开时势必最终要出现只有一个点在接触的现象。东莞电工培训告诉你如果原先触点处于闭合状态.两个触点间有电流流过，此时该触点处的电流密度惊人地增大，致使触点金属熔化，并随着触点的互相分离形成熔化了的高温金属液桥。一旦金属

液桥被拉断，触点就完全分开，在断口处立即产生电弧。如果随着触点的分离电弧被熄灭了，则相应的电路才被断开。

    电弧实际上是一种气体放电现象。所谓气体放电，是指气体中有大量的带电质点作定向运动。当触点分离瞬间.动、静触点的间隙很小，电路电压几乎全部降落在触点之间.在触点间形成很高的电场强度，以致发生电场发射。发射的自由电子在电场作用下向阳极加速运动。高速运动的电子撞击气体原子时产生撞击电离。电离出的电子在向阳极运动过程中又将撞击其他原子，又使其他原子电离。撞击电离的正离子则向阴极加速运动，撞在阴极上会使阴极温度逐渐升高，到达一定温度时.会发生热电子发射。热发射的电子又参与撞击电离，这样在触点间隙中形成了炽热的电子流即电弧。

      东莞电工培训告诉你电弧一旦形成，在弧隙中产生大量热能，其间的原子以很快速度作不规则的运动并相互剧烈撞击，撞击结果使原子造成电离，这种因高温使原子撞击所产生的电离称为气体热游离。特别当触点表面的金属蒸气进人弧隙后，气体热游离的作用更占主要地位。

    显然，电压越高，电流越大，即电弧功率越大，弧区温度越高，游离程度越烈，电弧亦越强。  应当指出，伴随着电离的进行也存在着消电离的现象。消电离主要是通过正、负带电质点的复合进行的。温度越低，带电质点运动越慢，越容易复合。

    带电触点的分断过程就是电弧的形成及抑制过程。

    (2) 东莞电工培训触点的接通过程及电接触原理

    有触点电器接通被控电路是靠触点的闭合来实现的。一般说来，触点的接触面积越大，触点的接触电阻越小，则触点接通电路的性能越好。所以，触点一般都选用导电率较高的金属材料做成。

    不论什么金属表面，即使加工粗糙度再低，也不可能形成理想的光滑表面，即两个金属接触总是凹凸不平的，只有少数的点才真正接触。因此，当触点接通电路时，触点实际上通电截面很小。此外，金属在空气中不免要氧化或硫化，在其表面生成氧化膜或硫化膜，而后者的电阻率比金属本体要大得多，都使触点接触处的电阻增大。在触点接触处的电阻称为触点接触电阻。东莞电工培训为了减少损耗、降低温升，接触电阻应尽量小些。

接触电阻的大小与触点的接触形式、接触压力、触点材料电阻率、机械性能、表面状况有关。一般来说，接触面积大，接触压力大，触点材料电阻率小，塑性形变好，表面光滑的触点接触电阻较小。

    触点在从分离到闭合的接通过程中，经常发生机械振动，即触点的闭合一分离一再闭合过程的重复。产生振动的原因可以从撞击的角度来解释。一般触点是通过弹簧机构来保证有一定的接触压力，使接触可靠。在触点闭合瞬间，动触点弹簧被压缩。一旦弹簧的张力大于该反作用力，动触点又被推向与静触点接触。这样，动、静触点又碰撞又反弹，但弹回的距离一次比一次小，直到弹跳完全停歇，触点完全闭合。东莞电工培训告诉你除机械碰撞外，触点电流仅从两触点间少数触点流过，形成收缩状电流线，触点间的收缩电流产生的电动力也能导致触点振动，特别是当接通较大电流时，电动力的影响更加显著。

  触点的机械振动会使触点表面产生电气磨损，即触点弹跳时两触点问形成电弧，致使触点表面有部分金属被熔化，每次接触过程中动、静触点间的相对滑动将使金属带熔化。此外，熔化了的金属还可能喷溅或蒸发，而金属蒸气有可能被气流或磁吹作用所冲走，使触点材料越来越少，形成电气磨损的后果。当触点接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量而凝固，使动、静触点粘在一起，再也不能分开，从而发生熔焊现象。

 电气磨损会缩短触点的使用期限，熔焊更会使电器不能正常工作。防止的办法是减少触点的振动。根据力学原理，适当增大触点弹簧的初压力、减小触点质量、降低触点的接通速度都可减少振动。

 (3) 东莞电工培训带你认识触点的基本结构形式

 1)触点的接触形式

 触点的接触形式有点接触(如球面对球面、球面对平面)、线接触(如圆柱对平面、圆柱对圆柱等)和面接触(如平面对平面)三种。如图1-2-5所示，其中图(a)是点接触;图(b)是线接触;图((c)是面接触。

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 三种接触形式中，点接触的接触点数最少，因此它只能用于小电流电器，如接触器的辅助触点和继电器的触点。面接触的接触点最多，它允许通过较大的电流。这种触点一般在接触表面上镶有合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性，多用于较大容量接触器的主触点。线接触的接触区域是一条直线，其触点在通断过程中有滚动动作，如图1-2-5 (b )所示。开始接触时，动、静触点在A点接触，靠弹簧的压力经B点滚到C点。断开时作相反运动。这样可以清除触点表面的氧化膜，同时长期工作的位置是在C点而不是在易烧灼的A点，从而保证了触点的良好接触。这种滚动线接触多用于中等容量的触点，如接触器的主触点。

  2)触点的结构形式

  在常用继电器和接触器中，触点的结构形式主要有单断点指形触点和双断点桥式触点。 图1-2-5 (b)所示为单断点指形触点。东莞电工培训告诉你该触点的特点是只有一外断口，一般多用于接触器的主触点。其优点是:闭合、断开过程中有滚滑运动，能自动清除表面的氧化物，从而保证接触可靠。可采用铜或铜基合金触点材料。

 触点接触压力大，电动稳定性高。

    .触点参数较易调节。

    其缺点是:

    .触点开距大，从而增大了电器体积。

    触点闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械寿命的提高。

    图1-2-6所示为双断点桥式触点的结构。其优点是:

    .具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好。小容量交流接触器或继电器采用这种触点时.可利用两个断点，增加电弧长度，有利于熄弧。

    .触点开距小，使电器结构紧凑，体积小。

    .触点闭合时冲击能量小，无软连接，有利于提高机械寿命。

      其缺点是:

    .触点不能自动净化，触点材料必须用银或银基合金。

    .每个触点的接触压力小，电动稳定性较低。

.触点参数不易调节。

    3)触点的初压力、终压力和超程

    东莞电工培训为了减小接触电阻及减弱触点接触点的振动，需要在触点问加一定的压力，一般由弹簧产生。当动触点与静触点刚接触时，由于安装时动触点的弹簧已经被预先压缩了一段，因而产生一个初压力F(见图1-2-6(b))。初压力的作用是削弱接触振动，它可通过调节触点弹簧预压缩量来增减。触点闭合后弹簧在运动机构作用下被进一步压缩，运动机构运动终止时，弹簧产生的压力为终压力F(见图1-2-6(c))。终压力的作用是减小接触电阻。弹簧被进一步压缩的距离1称为触点的超程，超程越大，终压力越大。有了超程，使触点在被磨损的情况下仍具有一定的接触压力，使之能继续正常工作。当然，磨损严重时应及时更换触点。

2.灭弧原理及灭弧装置

 如前所述，当动、静触点在通电状态下脱离接触时，两者之间的间隙会产生电弧。电弧的存在既妨碍了电路及时可靠地分断，又会使触点受到磨损。因此，必须采取适当且有效的措施，以保护触点系统，降低它的磨损，提高它的分断能力，从而保证整个电器的工作安全可靠。东莞电工培训告诉你根据电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧区温度和电场强度，加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度时，电弧逐渐熄灭。常用的灭弧方法有拉长电弧、切断或分隔电弧等。

(1)多断点灭弧

  在交流继电器和接触器中常采用桥式触点(见图1-2-6)，这种触点有两个断点。交流电路在过零后.若一对断点处电弧重燃需要150-250V电压，则两对断点就需要300-500V电压。若断点电压达不到此值，电弧过零后因不能重燃而熄灭。一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触点灭弧，而不再加设其他灭弧装置。

 当采用双极或三极接触器控制一条电路时，可灵活地将两个极或三个极串联起来作为一个触点使用。这个触点便成为多断点的，灭弧效果将大大提高。

 (2)磁吹式灭弧装置

    磁吹式灭弧装置的原理是使电弧处于磁场中间，电磁场力‘.吹”长电弧，使其进人冷却装置，加速电弧冷却，促使电弧迅速熄灭。

    如图1-2-7所示是磁吹式灭弧装置的原理。其磁场由触点电路串联的吹弧线圈3产生，当电流逆时针流经吹弧线圈时，其产生的磁通经铁芯1和导磁颊片4引向触点周围。触点周围的磁通方向为由纸面流人，如图中“X”符号所示。由左手定则可知，电弧在吹弧线圈磁场中受到向上方向的力F的作用，电弧向上运动，被拉长并被吹人灭弧罩5中。灭弧角6和静触点相连接，引导电弧向上运动，将热量传递给灭弧罩壁，促使电弧熄灭。

东莞电工培训告诉你这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧，电弧电流越大，吹弧能力越强，且不受电路电流方向影响(当电流方向改变时，磁场方向随之改变，结果电磁力方向不变)。它广泛地应用于直流接触器中。

 (3)灭弧栅

 灭弧栅的原理如图1-2-8所示。灭弧栅片3是由许多镀铜薄钢片组成的，片间距离为2-3mm，安放在触点上方的灭弧罩内(图1-2-8中未画出灭弧罩)。一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，导磁的钢片将电弧吸人栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧。交流电压过零时，电弧自然熄灭;电弧要重燃，两栅片间必须有150-250V电弧压降。这样，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种很常用的交流灭弧装置。

 (4)灭弧罩

 上面提到的磁吹式灭弧装置和灭弧栅灭弧装置都带有灭弧罩，它通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。其作用:一是分隔各路电弧，以防止发生短路;二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭。3.电磁机构

 电磁机构是电磁式继电器和接触器的主要组成部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动动触点使之闭合或断开。 

  (1)电磁机构的结构形式

    电磁机构由吸引线圈(激磁线圈)和磁路两个部分组成。磁路包括铁芯、铁扼、衔铁和空气隙。东莞电工培训告诉你吸引线圈通以电流后激励磁场，并利用气隙把电磁能转换为机械能，带动衔铁运动以完成角虫点的断开或闭合。

    电磁机构的分类如下。

    按衔铁的运动方式分为:

 .衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯。如图1-2-9 (a)和图1-2-9 (b )所示，其衔铁绕铁扼的棱角转动，磨损较小，铁芯用软铁制成，适用于直流继电器和接触器。

 .衔铁沿轴转动的拍合式铁芯。如图1-2-9 (c)和图1-2-9 (d )所示，其衔铁绕轴而转动，用于交流接触器，铁芯用硅钢片制成。

  衔铁作直线运动的直动式铁芯。如图1-2-9 (e )、图1-2-9 (f)和图1-2-9 (g)所示，衔铁在线圈内成直线运动，较多用于交流继电器和接触器中。