2.1 低压电器的基本知识
低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器设备以及利用电能来控制、保护和调节非电过程、非电装置的用电装备。随着工农业生产的发展和某些工业部门使用电压等级的提高，低压电器的电压等级范围也将提高。
2.1.1 低压电器的分类
1.按用途或所控制的对象分类
(1)低压配电电器 这类电器包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关。主要用于低压配电系统中，要求在系统发生故障的情况下动作准确、工作可靠。
(2)低压控制电器 包括接触器、继电器、启动器、控制器、主令电器、电阻器和电磁铁等。主要用于电气传动系统中，要求寿命长、体积小、重量轻、工作可靠。
2.按动作方式分类
(1)自动切换电器 依靠电器本身参数变化或外来信号(如电、磁、光、热等)而自动完成接通、分断或使电机启动、反向以及停止等动作。如接触器、继电器等。
(2)非自动切换电器 依靠外力(如人工)直接操作来进行切换等动作。如手动电器。通过人力做功来完成接通、分断、启动、反向和停止等动作的电器。常用的手动电器有刀开关、按钮、转换开关等。
另外，按电器的执行机能可分为有触点电器和无触点电器。低压电器按工作条件还可划分为一般工业电器、船用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等几类，对不同类型低压电器的防护形式、耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求不同。
一般用途的低压电器(称为基本系列)使用环境条件为:海拔高度不超过2000m，周围空气温度为－25～40℃，空气相对湿度90%，安装倾斜度不大于5°，无爆炸危险的介质及无显著摇动和冲击振动的场合。对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆电器、船舶电器、化工电器、热带电器、高原电器以及牵引电器等。
2.1.2 低压电器的基本结构
从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部分，即感测部分与执行部分。感测部分接收外界输入的信号。并通过转换、放大与判断做出有规律的反应，使执行部分动作，或者输出相应的指令，实现控制的目的。对于有触点的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分则是触头系统。
1.电磁机构
电磁机构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。
(1)结构形式 电磁机构通常采用电磁铁的形式，有吸引线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(也称动铁心)三部分组成。其工作原理为:当线圈通入电流后，磁通Φ通过铁心、衔铁和气隙形成闭合回路，衔铁受电磁吸力的作用吸向铁心，衔铁同时又受弹簧拉力作用，只有当电磁吸力大于弹簧反力时，衔铁才能被铁心吸住。电磁吸力应大于弹簧反力，以便吸牢，但吸力又不宜过大，若过大则在吸合时衔铁与铁心将发生严重撞击。
电磁铁有各种结构形式，铁心有E型、U型。动作方式有直动式、转动式两种。它们各有不同的机电性能，适用于不同的场合。
直流励磁的电磁铁和交流激磁的电磁铁在结构上也不相同。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，不产生热量，只有线圈是产生热量的热源，故直流电磁铁的线圈没有骨架，且成细长形，以增加它和铁心直接接触的面积，从而使线圈产生的热量通过铁心散发出去。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，产生热量，因此铁心用硅钢片叠压而成，以减小铁损，并将线圈制成短粗形，由线圈骨架把它和铁心隔开，以免铁心的热量传递给线圈使其过热而烧坏。
跨接在电源两端的电磁铁线圈称电压线圈，其电流值由电路电压和线圈本身的电阻或阻抗决定。其圈数多导线细、电流小而匝间电压高，一般用绝缘性能好的漆包线绕制。
当需要反应主电路电流值时，常将电磁线圈串入主电路即称为电流线圈。当主电路电流超过其动作值时电磁铁吸合，通过线圈的电流值由电路负载的大小决定，由于主电路的电流一般较大，因此线圈导线粗、匝数少，通常用紫铜条或粗的紫铜线绕制。
(2)交流电磁铁的分磁环 对于单相交流电磁机构，一般在铁心端面上置一个铜制的分磁环(或称短路环)，以便改善工作状况。这是因为电磁机构的磁通是交变的，而电磁吸力与磁通平方成正比，当磁通为零时，吸力也为零，这时衔铁在弹簧反力作用下被拉开，磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时，衔铁又吸合，在如此反复循环的过程中，衔铁产生强烈的振动和噪声，噪声污染工作环境，振动使电器寿命缩短，并使触点接触不良、磨损或熔焊。在铁心端面装设了分磁环后，将气隙磁通Φ分为两部分，一部分Φ2穿过分磁环，将在环内产生感应电动势、感应电流，产生磁通ΦK，ΦK分别与Φ1，Φ2相量相加，使穿过气隙的磁通成为Φ1K与Φ2K，它们不仅相位不同而且幅值也不一样。由这两个磁通产生的电磁力F1K与F2K，就不再同时过零点。如果分磁环设计的比较理想，使φ为90°并且F1K，F2K近乎相等，这时，合成磁力就相当平坦，只要最小吸力大于反力，那么衔铁将会牢牢地被吸住，不会产生振动和噪声。
2.触头系统
触头是电器的执行部件，这些电器就是通过触头的动作来接通与分断电路的。因此，触头工作的好坏直接影响整个电器的工作性能。触头的工作状态可分为闭合状态、闭合过程和分断过程。
(1)闭合状态 触头闭合工作时，由于接触表面凹凸不平，接触电阻加大，损耗增大，温度升高，表面氧化加剧，因此对触头的容许温升有一定的要求。
(2)闭合过程 在触头闭合的过程中，往往发生运动部分的弹跳，而触头的这一机械振动又使触头表面产生电气磨损，严重时发生触头熔焊。为此应适当增大触头弹簧的初压力，减小触头质量、降低触头的接通速度，如有些电器采用的滚动指形触头。在触头闭合瞬间，先由动触头的头部与静触头接触，经过一段滚动后再转变为动触头的根部与静触头接触。这种指形触头闭合滚动接触的过程，既消除了氧化膜，同时使得长期工作的触头面不会有熔焊现象发生，有利于电弧转移，减轻触头的电气磨损，对触头在闭合状态下的工作十分有利。
(3)分断过程 两触头之间的接触，实质上是许多个点的接触，触头在分断时最终将出现一个点接触的现象。这时，该点处的电流密度可达107～1012A/m2，致使金属熔化，并随着触头的分离形成熔化了的高温金属液桥，一旦触头完全分开，金属液桥被拉断，在断口处产生电弧。
电弧形成的过程是:当触头间刚出现断口时，两触头间距离极小，电场强度极大，在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出，奔向阳极，这些自由电子在电场中运动时撞击其他中性气体分子。因此，在触头间隙中产生了大量的带电粒子，使气体导电形成了炽热的电子流即电弧。
电弧一经产生，便在弧隙中产生大量热能，电压越高，电流越大，即电弧功率越大，弧区温度越高，电弧的游离因素就越强。
与此同时，弧隙中还存在着去游离因素，因为已游离的正离子和电子在空间相遇要进行复合，重新形成中性的分子，同时高度密集的高温离子和电子，要向周围密度小、温度低的介质方面扩散，使弧隙内离子和自由电子浓度降低，电弧电阻增加，电弧电流减小，热游离大为削弱。
所以，电弧是游离与去游离的统一体，触头分断是切断电流，应使电弧尽快熄灭。为此，应抑制游离因素而加强去游离因素，若去游离处于主导地位，就能使电弧熄灭。
3.灭弧措施
各种有触点电器都是通过触点的开、闭来通、断电路的，触点接通电路时存在着接触电阻，引起触点温升;触点分断电路时，由于热电子发射和强电场的作用，使气体游离，从而在分断瞬间产生电弧。开关电器在开端电路时产生的电弧，一方面使电路仍旧保持导通状态，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。所以不少电器采取了灭弧措施，归纳起来主要有下列几种。
①依靠触点的分开，机械地拉长电弧。
②利用流过导电回路或特制线圈的电流在弧区产生磁场，使电弧受力迅速移动和拉长电弧。
③将电弧分隔成许多串联的短弧。
④依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加快电弧的冷却。
⑤在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧。
不同电器采用不同的灭弧措施，有些则采用多种措施。例如，石英砂熔断器的熔片用纯银片冲成变截面的形状，放在密封的管内，管内充满石英砂，当出现短路电流时，熔片狭颈片熔断、气化，形成几个串联的短弧，熔片气化后，体积受石英砂限制，不能自由膨胀，因此产生很高的压力，此压力推动弧隙中游离气体迅速向周围石英砂中扩散，并受到石英砂的冷却，从而有较强的灭弧能力。
2.1.3 低压电器的主要技术参数
为了可靠地接通和分断被控电路，对工作在不同的电压或电流等级、不同的通断频繁程度及不同性质负载的电器有不同的技术要求。如触点在分断状态时要有一定的耐压能力，防止漏电或介质击穿，故有额定工作电压这一基本参数;触点闭合时，总有一定的接触电阻，负载电流在接触电阻上产生的压降和热量不应过大，因此对触点规定了额定电流值;被控负载的工作情况对电器也有不同的要求，这就使电器有不同的使用类别;配电电器担负着接通和分断短路电流的任务，相应地规定了极限通、断能力;电器分断电流时出现的电弧要烧毁触点甚至熔焊，因此电器要有一定的使用寿命。
控制电器主要技术参数介绍如下，供选用电器时参考。
1.使用类别
按国标GB2455—85，将控制电器主触点和辅助触点的标准使用类别列于表2－1－1中。
表2－1－1 控制电器触点的标准使用类别
2.主参数——额定工作电压和额定工作电流
额定工作电压是指在规定条件下，能保证电器正常工作的电压值，通常是指触点的额定电压值。有的电磁机构的控制电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。
额定工作电流是根据电器的具体条件确定的电流值，它与额定电压、电网频率、额定工作制、使用类别、触点寿命及防护等级等因素有关，同一个开关电器可以对应不同的使用条件，规定不同的工作电流值。
3.通断能力
通断能力以表2－1－2中非正常负载时能接通和断开的电流值来衡量。接通能力是指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力。断开能力是指开关断开时能可靠灭弧的能力。
表2－1－2 相应于使用类别的接通与分断条件
4.寿命
包括机械寿命和电寿命。机械寿命是指在无电流情况下能操作的次数;电寿命是指在规定使用条件下不需修理或更换零件的负载操作次数。
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