电磁式低压电器一般都由两个基本部分组成:感受部件和执行部件。感受部件能感受外界的信号,作出有规律的反应。在自动切换电器中,感受部件大多由电磁机构组成;在手控电器中,感受部件通常为操作手柄等。执行部件是根据指令,执行电路的接通、切断等任务,如触点和灭弧系统。对于自动开关类的低压电器,还具有中间(传递)部分,它的任务是把感受部件和执行部件两部分联系起来,使它们协调一致,按一定的规律动作。
电磁机构是电器元件的感受部件,它的作用是将电磁能转换成为机械能并带动触点闭合或断开。它通常采用电磁铁的形式,由电磁线圈、静铁心(铁心)、动铁心(衔铁)等组成,其中动铁心与动触点支架相连。电磁线圈通电时产生磁场,使动、静铁心磁化互相吸引,当动铁心被吸引向静铁心时,与动铁心相连的动触点也被拉向静触点,令其闭合接通电路。电磁线圈断电后,磁场消失,动铁心在复位弹簧作用下,回到原位,并牵动动、静触点,分断电路。电磁机构如图1-20所示。
电磁铁按励磁电流方式可分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁在稳定状态下通过恒定磁通,铁心中没有磁滞损耗和涡流损耗,只有线圈产生热量。因此,直流电磁铁的铁心是用整块钢材或工程纯铁制成的,电磁线圈没有骨架,且做成细长形,以增加它和铁心直接接触的面积,利于线圈热量从铁心散发出去。交流电磁铁中通过交变磁通,铁心中有磁滞损耗和涡流损耗,铁心和线圈都产生热量。因此,交流电磁铁的铁心一般用硅钢片叠成,以减小铁损,并且将线圈制成粗短形,由线圈骨架把它和铁心隔开,以免铁心的热量传给线圈使其过热而烧坏。
由于交流电磁铁的磁通是交变的,线圈磁场对衔铁的吸引力也是交变的。当交流电流过零时,线圈磁通为零,对衔铁的吸引力也为零,衔铁在复位弹簧作用下将产生释放趋势,这就使动、静铁心之间的吸引力随着交流电的变化而变化,从而产生振动和噪音,加速动、静铁心接触面积的磨损,引起结合不良,严重时还会使触点烧蚀。为了消除这一弊端,在铁心柱面的一部分,嵌入一只铜环,名为短路环,如图1-21所示。该短路环相当于变压器二次侧绕组,在线圈通入交流电时,不仅线圈产生磁通,短路环中的感应电流也将产生磁通。短路环相当于纯电感电路,从纯电感电路的相位关系可知,线圈电流磁通与短路环感应电流磁通不同时为零,即电源输入的交流电流通过零值时,短路环感应电流不为零,此时,它的磁场对衔铁起着吸引作用,从而克服了衔铁被释放的趋势,使衔铁在通电过程总是处于吸合状态,明显减小了振动和噪音。所以短路环又叫减振环,它通常由铜、康铜或镍铬合金制成。
电磁铁的线圈按接入电路的方式可以分为电压线圈和电流线圈。电压线圈并联在电源两端,获得额定电压时线圈吸合,其电流值由电路电压和线圈本身的电阻或阻抗决定。由于线圈匝数多、导线细、电流较小而匝间电压高,所以一般用绝缘性能好的漆包线绕制。电流线圈串联在主电路中,当主电路的电流超过其动作值时吸合,其电流值不取决于线圈的电阻或阻抗,而取决于电路负载的大小。由于主电路的电流一般比较大,所以线圈导线比较粗,匝数较少,通常用紫铜条或粗的紫铜线绕制。
触点系统属于执行部件,按功能不同可分为主触点和辅助触点两类。主触点用于接通和分断主电路;辅助触点用于接通和分断二次电路,还能起互锁和自锁作用。小型触点一般用银合金制成,大型触点用铜材制成。
触点系统按形状不同分为桥式触点和指形触点。桥式触点如图1-22a、b所示,分为点接触桥式触点和面接触桥式触点。其中点接触桥式触点适用于工作电流不大,接触电压较小的场合,如辅助触点。面接触桥式触点的载流容量较大,多用于小型交流接触器主触点。图1-22c所示为指形触点,其接触区为一直线,触点闭合时产生滚动接触,适用于动作频繁、负荷电流大的场合。
触点按位置可分为静触点和动触点。静触点固定不动,动触点能由联杆带着移动,如图1-23所示。触点通常以其初始位置,即“常态”位置来命名。对电磁式电器来说,是指电磁铁线圈未通电时的位置;对非电量电器来说,是指没有受外力作用时的位置。常闭触点(又称为动断触点)——常态时动、静触点是相互闭合的。常开触点(又称为动合触点)—常态时动、静触点是分开的。
各种有触点电器都是通过触点的开、闭来通、断电路的,其触点在闭合和断开(包括熔体在熔断时)的瞬间,都会在触点间隙中由电子流产生弧状的火花,这种由电气原因造成的火花,称为电弧。触点间的电压越高,电弧就越大;负载的电感越大,断开时的火花也越大。在开断电路时产生电弧,一方面使电路仍然保持导通状态,延迟了电路的开断,另一方面会烧损触点,缩短电器的使用寿命。因此,要采取一些必要的措施来灭弧,常用灭弧装置是灭弧栅和灭弧罩。