开关电器典型灭弧装置的工作原理

第一篇：开关电器典型灭弧装置的工作原理

开关电器典型灭弧装置的工作原理

教学基本内容：

 开关电器典型灭弧装置的工作原理  提高灭弧装置开断能力的辅助方法

概述

当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。

这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种： 1．简单开断； 2．磁吹线圈； 3．纵缝灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置；

5．金属栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置，7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置；

9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置； 11．真空灭弧装置。

此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下列辅助方法：

1．在弧隙两瑞并联电阻； 2.附加同步开断装置； 3．附加晶闸管装置。上述灭弧装置的灭弧原理是：

(1)在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大；(2)利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长；

（3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离；

(4)用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；

(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；

(6)利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧；

(7)利用压缩空气吹弧；(8)利用SF6气体吹弧；

(9)在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧；

(10)利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。

开关电器典型灭弧装置的工作原理

一、拉长电弧

（1）大气中，利用机械拉长电弧方式的原理与图例。

电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏——安特性向上移动。

如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外，还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。前者沿电弧的轴向(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧。

依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Llj。刀开关拉长电弧的例子。

(2)利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生磁场，使电弧迅速移动和拉长。下图的b还增加了引弧角。

二、磁吹灭弧：

可用于低压直流和交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心2上可开一槽8(如图5-4所示)或者用硅钢片叠成。当铁心不饱和时，如果磁吹线圈的开断大电流时产生的磁场适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难。当然，也可以设计成磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。

但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增加，增大了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，过强的磁场不仅会使燃弧区扩展过大和容易产生不能允许的过电压，而且因为因为在触头刚分瞬间，触头间形成的熔化金属桥可能被过大的电动力驱赶到接触区以外去，使得触头的电磨损大大增加。

为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。

三、纵缝灭弧装置

所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。

此灭弧装置的工作原理是利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧。

按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示。图5-5a表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中，1为用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁吹线圈的钢夹板，3为电弧。通常上部缝宽小于熄灭电弧的直径。

由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电弧的“伏—安特性”随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧时的“伏—安特性”下降程度要缓得多；特别当电流很大时，E可以认为是常数。

随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的“伏—安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。

采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力，在驱动电弧运动的电磁力给定时，可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。

四、绝缘栅片灭弧装置 灭弧装置如图5-8所示。

其中，灭弧室l中装有用耐弧绝缘材料制成的几片绝缘栅片2，栅片的边缘和电弧3的轴线垂直。

当开断电流时，在触头4和5之间产生的电弧在导电回路的磁场作用下向上运动。

由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图5-9中A~G曲线所示的形状。

当磁场的方向为垂直于纸面向里时，电弧AB、BC和CD段所受的电动力都使电弧压向绝缘栅片顶部，增大与栅片表面的接触面积，从而加强了电弧的冷却和消电离作用；而DE段所受的电动力使电弧向上拉长，更加深入栅片间隙和增加电弧与绝缘栅片的接被面积。

除此以外，电弧AB段和CD段相互作用产生一相吸电动力、CD段和EF段相互作用产生一相斥电动力，使AB、CD和EF段压向绝缘册片；CD段和EF段对DE段相互作用也产生一相斥电动力，使DE段向上运动。

这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。在电弧进入栅片之后，电弧电压变高。

图5-11表示厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度Ujf0和Kjf与n变化的关系是不成比例。其原因，是电弧进入栅片分成很多短弧后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。

五、金属栅片(又称去离子栅)灭弧装置： 这种灭弧装置的原理构造如图5-10 a所示。

灭弧室1内部有许多由厚度为2~3mm钢板冲成的横向栅片2。栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止钢片生锈。每一栅片冲有三角形的缺口。栅片缺口错开的作用为减少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。

在电弧进入栅片之后，电弧电压变为

金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于熄灭交流电弧。

当熄灭直流电弧时：

图5-11表示厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度Ujf0和Kjf与n变化的关系是不成比例。其原因，是电弧进入栅片分成很多短弧后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。

金属栅片灭弧装置广泛用于低压开关电器中。其主要缺点是灭弧室除电弧能量损耗之外，还有栅片中电阻、磁滞和涡流引起的损耗。加之栅片间隙较小，阻碍了热量的散发。这些都使灭弧室的温度容易升向，从而引起灭弧条件恶化。

因此，这种灭弧装置不适用于过分频繁操作的场所。

六、固体产气灭弧装置

某些固体绝缘材料如钢纸(亦称反白)、有机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化，产生大量主要成分为氢及其化合物的气体。

利用这些材料的产气性质进行灭弧的灭弧装置称为固体产气灭弧装置。

图5-13是利用串联短弧和高气压两种方式灭弧。其中，钢纸管在电弧的高温作用下分解，产生气体，使压力提高。

如图5-14所示，灭弧期间管内的压力可达4.8MPa

图5-15是利用产气原理提高气压，再利用气压进行灭弧的高压跌落式熔断器熔管的原理结构图。

当短路电流通过时，熔丝3被熔断产生电弧，于是弹簧6长度缩短，电弧被迅速拉长。同时，电弧的高温使钢纸分解产生大量的气体，管内压力迅速升高，这一压力推动软线5加速向右运动，从而也加速电弧的拉长和压力的升高。

当软线5被推出钢纸管8以后，管内的高压气体向外冲出，进行纵向吹弧，使电弧熄灭。

七、石英砂灭弧装置：

利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的装置，叫做石英砂灭弧装置。

当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。

同时由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。

石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著

熔管1用瓷制成，2和3分别为端盖和接线板。

当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。

同时由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。

石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著。

八、变压器油灭弧装置

1、分类：

自能式：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。

外能式：利用外界能量(通常是储存在弹簧中的能量)推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。

混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。

2、即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气中拉长电弧高得多。

这是因为：

(1)油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。

(2)在电弧的高温作用T，油的气化和分解过程非常剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5~1）MP。

(3)在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状态。

当电流减小特则是过零附近时，由于电弧功率减小，油气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱中，加强了弧柱的冷却．

(4)在某些情况下，还可利用被开断电流产生的电动力使电弧弯曲和靠近气泡壁，加强对弧柱的冷却作用。

按照油或油气与电弧泎用的方式，自能吹弧灭弧装置又可分为横吹，纵吹．纵横吹和环吹四种。

开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室内压力越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短；

当开断较小电流时，灭弧室内压力越低，吹弧力量减弱，燃弧时间增长，实际上没有吹弧作用，即相当于在油中简单开断。

由图可见，燃弧时间有一最大值，相应于最大燃弧时间的电流称为临界电流Ilj。其数值视灭弧装置的具体结构而异，一般为几十安到上千安。

自能吹弧灭弧装置的极限开断电流Ilx主要决定于灭弧室的机械强度。

九、压缩空气灭弧方式。

在开断电路对，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区，利用压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区的压力，使电弧熄灭的装置叫做压缩空气灭弧装置。

按照气流吹弧的方向分横吹式和纵吹式两类。横吹式缺点较多，已淘汰，现主要介绍纵吹式。

十、SF6灭弧装置。

SF6是无色、无臭、无毒、无公害和不燃烧的气体。

其沸点在大气压时为-60℃，加温到150 ℃都不易与其他物质起化学反应，到500℃时仍不能自行分解。它的密度是空气的5倍。常温时的传热能力(包括对流在内)为空气的1.6倍。

它具有很高的绝线性能。在压力为0.1MPa时约为氮气的5~6倍，当压力为0.16MP时已与变压器油相等，而击穿电压为压缩空气的2~3倍。

所以，采用SF6作为绝缘介质可以大大减小绝缘间隙的尺寸和缩小电器的体积。

SF6另一突出的优点是它只有很强的灭弧能力。主要原因有三条。

十一、真空灭弧装置

由于空气稀薄，空气分子及其电子的平均自由行程加长，这就使弧中气体粒子受到其他粒子碰障而电离的几率大大减少。因此，真空具有很高的绝缘和灭弧性能。将触头在高度真空中开断便构成有很高开断能力的灭弧装置。

按照触头结沟的不同，真空灭弧装置分带圆柱状触头、带螺旋槽的磁吹触头和带纵磁场线圈的触头三种。

图5-29是带圆柱状触头真空灭弧装置的原理结构图。

在一定条件下，真空的击穿电压比空气高得多，但是，它受触头材料、电极形状、特别是电极表面粗糙度和电极上有无脏圬影响很大。

真空灭弧装置的触头形状示例。

提高灭弧装置开断能力的辅助方法

一、并联电阻帮助灭弧电路，图5-33是图5-32的简化图。并联电阻有助于灭弧。

二、附加同步开断装置

由于交流电流每秒要通过零点2f(f是电源频率)次。如果我们能使开关电器的触头在电流过零瞬时分开，并以极高的速度拉开到足以承受恢复电压而不发生间隙击穿的距离，则此时弧隙中将不产生电弧，也不存在所谓热击穿阶段。

同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，就可承受较高的恢复电压。这种开断电路的方法叫做同步开断，而相应的开关电器叫做同步开关开关。

由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭弧装置。然而，事实上，实现这一方案非常困难。其原因主要是：

(1）技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次恰在电流过零时分开；

(2)还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得所需的高速度。

工程上获得实际应用的是带灭弧装置的同步开关，即在现有的开关电器灭弧装置上加装同步装置，使触头在电流过零前一极短时刻(例如lms左右)分开，同时提高触头运动速度，使触头从分开到电流过零这段时间内动、静触头能分开到足够距离。

三、附加晶闹管装置

晶闸管具有可控单向导电的性质。

如图5-38 a，如果将它和开关电器S并联，并且当交流电流I的流向如图所示的方向时，将开关S的触头分开，同时使晶闸管V触发导通，于是开断电流将从V中流过。由于V的电压降大大低于生弧电压，弧隙中将无电弧。此后，当晶闸管v中交流电流过零时，它将自动闭锁，于是电路被开断。这种综合有触头开关电器和晶闸管而成的开关，常称为混合式开关。这样做的好处：

(1)触头分开时刻的稳定性要求降低；

(2)有较长的时间让动触头在电洫过零时达到一定的开距，从而可以减小动触头的运动速度。这时，虽然在弧隙中流过一定的电流，但因数值较小，而且持续时间较短，弧隙中气体电离悄况不太严重，所以在电流过零后弧隙的介质恢复强度数值较高，从而使现有的灭弧装置能够开断更大的电流。

混合式开关

优点：具有较高的电寿命；

缺点：结构较复杂，价格较昂贵。

第二篇：浅谈压力开关的工作原理

压力开关原理

压力开关是一种简单的压力控制装置，当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。

压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。

压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等。

开关元件有磁性开关、水银开关、微动开关等。

压力开关的开关形式有常开式和常闭式两种。

压力开关用在空压机上面主要是来调节空压机的起停状态,通过调节储气罐内的压力来让空压机停机休息,对机器有保养作用.在空压机工厂调试的时候,根据客户需要调节到指定压力,然后设定一个压差.例如,压缩机开始启动,向储气罐打气,到压力10kg的时候,空压机停机或者卸载,当压力到7kg的时候空压机又开始启动,此间有一个压力差,这个过程就可以让压缩机休息一下,达到保护空压机的作用.由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由於气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由於气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，质量流量计经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5--0.6MPa时压力开关自动联接启动

随着电子技术和信息技术的飞速发展，压力测量和自动控制技术已深入到人们生活和工作的各个领域，作为压力量的控制方式之一的压力开关已不仅仅局限于对某一点压力的开闭式两态控制，而是在开关控制的基础上要同时能够实现分辨压力大小，对控制点连续设定，进行远距离信号传输等功能，因此电子压力开关代替各种机械式压力开关已逐渐成为应用的主流。

电子压力开关基本原理

电子压力开关主要采用压力传感器进行压力采样，通过压力传感器直接将非电量—压力转换为可直接测量的电量—电压或电流，再通过信号调理电路对传感器信号进行放大和归整处理，最后通过比较电路，使得该器件在所设定的压力门限上，输出电平是某一逻辑状态，这个逻辑电平可输入到微控制器，驱动后部电路或控制电开关。用户可以通过设定电平转换门限来决定压力开关的动作的压力值，质量流量计而且可以通过放大和归整处理后的电信号对压力进行实时监测和远距离传输。

电子压力开关DS200结合了以下几项特色：精密的压力变送器，智能压力开关和数字显示功能。其应用领域贯穿于气体力学到液压领域，在精密控制领域也得到广泛应用。其显著特点就是它的稳定性。

DS200可用于任何能与不锈钢和FKM兼容的气体和液体测量

系统压力由四位LED显示。此外,DS200也支持通过显示板上的按钮对设置保护，两个开关输出显示设置和开关输出等现场编程。

在常压范围的0~100%可以自由设置点。

显示和外壳可以自由的转动,以便于仪器安装在特殊的位置。

第三篇：浅析交流弧焊电焊机的工作原理

浅析交流弧焊电焊机的工作原理

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交流弧焊电焊机的工作原理是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的。电焊变压器有自身的特点,就是具有电压急剧下降的特性。在焊条引燃后电压下降;在...电焊机的工作电压的调节,除了一次的220/380电压变换,二次线圈也有抽头变换电压,同时还有用铁芯来调节的,可调铁芯.电焊机一般是一个大功率的变压器,系利用电感的原理做成的.电感量在接通和断开时会产生巨大的电压变化,利用正负两极在瞬间短路时产生的高压电弧来熔化电焊条上的焊料.来达到使它们结合的目的。

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第四篇：弧面丝网印刷机工作原理简介

弧面丝网印刷机是指在圆柱形或圆锥形曲面进行丝网印刷的设备。在一定条件下也可以对椭圆面、鼓形面、弧面等曲面进行丝网印刷，是制作类广告公司必备的印刷设备。下面，一起来了解一下弧面丝网印刷机的工作原理是怎样的。

弧面丝网印刷机工作原理：

a-滚轮支座 b-轴会支座 c-镶嵌支座。印刷时，平面丝网印版与承印物运动，而刮墨板静止。平面丝网印版夹持在网框上由平网曲面丝网印刷机带动作匀速平移，由于网版的摩擦便放置在支承装置上的承印物随之转动。在压印线处曲面承印物的线速度与平面丝网印版移动速度一致，实现刮墨印刷。

理论上压印线应在曲面承印物最高一条母线处，以利于加大离网角，保证印刷质量。为调整方便，刮墨板一般采用60°±15°顶角，要求能作垂直程度与上下尺寸的调整。调整成垂直是为保证进行上下调整时刃口线不产生横向移位，始终对准最高一条母线A;采用顶角60°±15°的刮墨板是为保证垂直安装后形成刮墨板倾角α。在实际调整中，为了保证平面丝网印版与曲面承印物及时脱离，压印线可以适当偏前少许，尤其是承印物直径较大时，压印线必须偏前，曲面印刷的支承装置是各种形式的专用装置，由用户根据产品要求自行设计制造。

弧面丝网印刷机印刷特点：

圆筒形容器或圆锥形容器的曲面印刷可采用两对滚轮支座，长度与直径之比小于1.5的盖类和杯类用轴套支座，软性中空容器可用充气装置支撑。椭圆面近似为圆柱面的一部分，可以用圆柱体镶嵌办法支承。在圆锥体的表面进行印刷的原理，与在圆柱体表面进行印刷的原理基本相同，所不同的是丝网印版的图形形状和丝网印版的运动形式。在制作用于圆锥体表面印刷的丝网印版时，要先画出圆锥体表面的展开图，并根据展开图求出扇形的中心，再选取适当网框制作丝网印版。

以上就是关于弧面丝网印刷机的相关介绍。了解更多关于丝网印刷机的其他相关介绍，请继续关注我们的广告买卖网设备采购频道。

第五篇：水流量开关的工作原理及优点（xiexiebang推荐）

上海安巢在线控制技术有限公司

WF2系列水流开关

水流量开关的工作原理

当ACOL水流量开关内有水流动，水流量≥1.0L/min时，水流量开关内的磁芯受水流推动产生位移，磁芯位移带动磁源产生磁控作用使水流开关输出“通”信号。该信号输入设备控制系统，经控制系统实现控制作用，当水流量小于启动流量时，水流开关输出“断”的信号。控制系统产生与上述相反的控制作用.换句话说就是：

ACOL水流量开关当管路中的水流量大于1L/min流量时，磁芯在水流作用下产生位移并带动磁源产生磁控作用使传感器输出“1”开关信号,该信号输入到设备控制系统，经功率扩放大后实现以水流量控制的目的。当管路中的水流量小于1L/min流量后，磁芯在复位弹簧推力作用下带动磁源回位，使传感器输出 “0”开关信号,停止系统的工作。

水流量开关的优点：

(一)水流量开关低流速(量)动作

(二)水流开关结构简单,动作接触面小(三)水流量开关低含量杂物水流也可适用(四)它具有特殊杂物阻塞时可在线清除

(五)流量开关具有灵敏度高、耐久性强等优点