1.2 电磁机构及触头系统

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（电磁机构）和执行（触头系统）两部分组成。

1.2.1 电磁机构

1.电磁机构的结构形式

电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图1-1a为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，这种形式广泛应用于直流电器中。图1-1b为衔铁沿轴转动的拍合式铁心，其铁心形状有E形和U形两种。此种结构多用于触头容量较大的交流电器中。图1-1c为衔铁直线运动的双E形直动式铁心，此种结构多用于交流接触器、继电器中。

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心吸合。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，铁心不会发热，但是线圈会发热，因此使线圈与铁心直接接触，易于散热。线圈一般做成无骨架、高而薄的瘦高型，以便线圈自身散热。铁心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，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，在铁心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。铁心用硅钢片叠成，以减少涡流。

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，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。因此，作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力和反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头等产生。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表达。

3.交流电磁机构上短路环的作用

由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的变化会使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散。因此，交流电磁机构铁心端面上都安装一个铜制的短路环，短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图1-2所示。短路环把铁心中的磁通分为两部分，即不穿过短路环的Φ₁和穿过短路环的Φ₂，且Φ₂滞后Φ₁，这使得合成吸力始终大于反作用力，从而消除了振动和噪声。

1.2.2 触头系统及电弧

1.触头系统

触头是电磁式电器的执行组件，用来接通或断开被控电路。

触头的结构形式很多，按其所控制的电路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。

触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。原始状态（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头称为常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头称为常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。

触头按其结构形式可分为桥形触头和指形触头，如图1-3所示。

触头按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图1-4所示。图1-4a为点接触，它由两个半球形触头或一个半球形与一个平面形触头构成，常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触头或继电器触头。图l-4b为线接触，它的接触区域是一条直线，触头的通断过程是滚动式进行的。线接触多用于中容量的电器，如接触器的主触头。图1-4c为面接触，它允许通过较大的电流。这种触头一般在接触表面上镶有合金，以减少触头接触电阻并提高耐磨性，多用于大容量接触器的主触头。

2.电弧

触头在通电状态下动、静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头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头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。

（1）常用的灭弧方法

1）迅速增大电弧长度。电弧长度增加，使触头间隙增加，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，因而电弧容易熄灭。

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。电动力吹弧如图1-5所示。双断头桥式触头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。在触头电路中串入吹弧线圈，如图1-6所示。该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触头周围，其方向由右手定则确定（见图1-6）。触头间的电弧所产生的磁场，其方向如图1-6所示。这两个磁场在电弧下方方向相同（叠加），在弧柱上方方向相反（相减），所以弧柱下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为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。

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1-7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。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。基于上述原因，电弧进入栅片后就会很快熄灭。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。