空气开关为何叫空气开关?

 装修材料选择     |      2020-10-30 17:14
空气开关这个名称来源于对英文“Air switch”的直接翻译,它是空气开关的英文名。“Air switch”中的“air”一词是指空气、空中、天空以及飞行的空中,所以用英文说“空军”一词时就是“Air force”,比如说“印度空军”,用英文来表达就是“Indian Air Force”。
而“switch”一词就很有意思了,它所指的意思有改变、转变、(铁路的)转辙器、改变、转变、突变、交换、掉换、转换、对调、调班、临时掉换工作时间等等等等,但是更多的时候它表示电路的闸阀、开关、转换器。
因此当两个单词组合在一起时就成为一个空气+开关的名词了,也就是“Air switch”,鉴于它的用途是表示一种控制电路的闸阀,因此我们用汉语翻译它时自然而然地直接按照字面意思翻译成“空气开关”了。
空气开关是控制电路导通和断开的一种闸阀,因此它的基本功能与普通开关是一样的,即闭合时电路导电,断开时电路失电。
既然它的名称前缀被加上了一个“空气”,那就说明它除了具备开关这样的基本功能以外,还具有另外一个必然与空气有关的功能,否则在“开关”前面加一个“空气”岂不是多此一举?下面我们就来了解关于“空气开关”的知识。

空气开关1
▼下图为家用照明线路所使用的某品牌空气开关内部结构,可见空气开关当中并没有任何一个部件与“空气”有直接联系,相信这也是很多读者对空气开关这样的电气感到困惑的原因。
很多文献中已经讲过了空气开关的作用,即在电路中起到过载保护的作用——当电路中的电器或者电路本身发生短路时,空气开关就会自动断开,使电路断电,进而保护电器和电路本身。
很显然,就作用而言空气开关与其它断路器并无二致,那么空气开关为何非要在名称中带叫“空气”二字呢?答案当然与空气有关,准确来说是一种特殊的导电空气——电弧。
所谓“电弧”指的是气体放电的一种形式,据研究发现,当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过0.5A的电路时,在触头间隙(或称弧隙)中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体,而这样的导电气体就是电弧,比如说焊接工件时电焊条与工件之间刺眼的光芒就是电弧所产生的电弧光。
由于电弧主要产生于触头断开电路时,高温将烧损触头及绝缘,严重情况下甚至引起相间短路、电器爆炸,从而酿成火灾、危及人员及设备的安全。
而空气开关之所以被触发断开电路,正是因为电路中已经出现短路现象,此时电路中的电流快速上升,在开关断开瞬间就会引起电弧,如果开关不能及时消除电弧,那么即便开关断开了,电路仍然会在电弧的作用下继续导电,电器和电路本身将不会得到断路或过载保护,开关的断开也就没有任何意义了。
因此我们需要一种既能及时断电保护电器和电路,又能在断开瞬间起到消灭电弧的作用的开关,而电弧本身又是一种导电的空气,而这种能消灭导电空气的开关就被称为“空气开关”了。

空气开关2
▼下图为正在进行电焊作业的焊工,电焊机的基本原理就是将低电流高电压的电转换为低电压高电流的电,当电焊条与焊接工件接触时形成可控的短路,进而熔化电焊条来达到焊接的目的,这就是焊接时总是会产生刺眼的电弧光的原因。当我们的家用照明线路发生短路时,断路器开关里就会发生像电焊那样的电弧,所以断路器开关必须具备熄灭电弧的功能,否则无法起到有效保护作用,而电弧就是一种导电的空气。
至于解答“空气开关与空气有何关系”这个问题,我们需要从空气开关本身的工作原理说起,它的工作原理是这样的:
空气开关的断路保护分为两种功能:慢断功能和快断功能,当电路中出现用电设备轻微或者短暂过载时,电流会略微上升或者瞬时上升,如果轻微过载现象频繁出现时,上升的电流会逐渐加热空气开关的热感组件,当热感组件积累的温度达到变形温度时,空气开关就会触发断开,这就是慢断。
当电路中出现用电设备或者电路本身突然短路,这时候电流就会一直上升超过额定电流,空气开关中的电磁阀就会被触发,进而断开电路,这就是快断。
可见空气开关本身的工作原理以及触发过程都与空气没有丝毫关系,它既不需要依靠空气来完成工作,也不需要空气来做为工作介质或者提供工作条件。
空气开关唯一能与空气搭上边的就是空气开关在慢断或者快断瞬间引发的电弧,空气开关为了解决断开电路时的电弧问题,在其内部设计了一个灭弧腔,里面有一个用金属制成的格栅状灭弧装置。
当电弧产生时,电弧会被格栅状金属灭弧装置吸引,电弧就会在格栅中被依次减弱,就像枪械消声器那样用格栅依次削弱声波,这时候电弧依旧存在,只不过已经被削弱到无法持续发生,这样一来电弧就熄灭了。
所以从严格的学术角度来说,空气开关应该叫做“灭弧开关”才是最严谨的,但是“灭弧开关”一词泛指所有具备熄灭电弧功能的高压、低压开关,发明空气开关的老外在申报专利时是断然不能使用这个名称的。
为了顺利通过专利审核,只能偷换一个概念,即将电弧是一种导电空气的概念直接偷换成“空气”,这样一来“Air switch”这样的“空气开关”名称就诞生了。
相信这也是很多人对“空气开关”这样的电气名称感到困惑的根源,可见要说套路,老外其实比我们玩的666得多。
本文除了讲述空气开关的名称来源以及空气开关与空气没有关系两个知识点以外,还增加了电弧就是导电空气的科普,如果觉得通过阅读本文有所收获的话还敬请点赞+关注哦,同时本文未尽之处也欢迎有识之士在评论区提出批评指正,为谢。

空气开关3
▼下图为高压配电线路使用的真空管灭弧开关,这样的开关才是真正与空气有直接关系的“空气开关”,而低压配电线路使用的空气开关也是基于老式灭弧开关的灭弧原理发明的,为了在名称上区别于高压灭弧开关,发明者这才灵机一动,为低压灭弧开关取了一个高大上的“空气开关”,这个名字听起来确实挺唬人的,然而实质上仍然是换了一个马甲的灭弧开关。

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