機車電器基礎(chǔ)知識-電器的電接觸理論

觸頭的材料一、觸頭材料觸頭所采用的材料關(guān)系到觸頭工作的可靠性，尤其是對觸頭磨損影響甚大。根據(jù)各種電器的任務(wù)和使用條件的不同，對觸頭材料性能的要求亦不同，一般要求如下：(1)電氣性能：要求材料本身的電阻系數(shù)小，接觸電阻小且在長期工作中能保持穩(wěn)定。要求生弧的最小電流大和最小電壓高，電子逸出功及游離電位大。(2)熱性能：要求熔點高，導(dǎo)熱性好，熱容量大。(3)機械性能：要有適當(dāng)?shù)膹姸群陀捕?，耐磨性好?4)化學(xué)性能：要具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，在常溫下不易氧化，或者氧化物的電阻盡量小，耐腐蝕。此外，還要考慮材料的可加工性能好，價格便宜，經(jīng)濟適用。但實際上是不可能同時滿足以上各項要求的，而只能根據(jù)觸頭的工作條件及負(fù)荷的大小，滿足其主要的性能要求。觸頭材料分為三大類1.純金屬2.合金3.金屬陶冶材料(1)銀：銀是高質(zhì)量的觸頭材料，具有高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。銀在常溫下不易氧化，其氧化膜能導(dǎo)電，在高溫下易分解還原成金屬銀。銀的硫化物電阻率很高，在高溫時也進(jìn)行分解。因此，銀觸頭能自動清除氧化物，接觸電阻低且穩(wěn)定，允許溫度較高。銀的缺點是熔點低，硬度小，不耐磨。由于銀的價格高，一般僅用于繼電器和小功率接觸器的觸頭或用于接觸零件的電鍍覆蓋層。(2)銅：銅是廣泛使用的觸頭材料，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能僅次于銀。銅的硬度較大，熔點較高，易加工，價格較低。銅的缺點是易氧化，其氧化膜的導(dǎo)電性很差，當(dāng)長時間處于較高的環(huán)境溫度下，氧化膜不斷加厚，使接觸電阻成倍增長，甚至?xí)闺娏魍分袛?。因此，銅不適用于作非頻繁操作電器的觸頭材料，對于頻繁操作的接觸器，電流大于150A時，氧化膜在電弧高溫作用下分解，可采用銅觸頭，并做成單斷點指式觸頭，在觸頭分、合過程中有研磨過程，以清除氧化銅薄膜。一、純合金材料(3)鉑：鉑是貴金屬，化學(xué)性能穩(wěn)定，在空氣中既不生成氧化物，也不生成硫化物，接觸電阻非常穩(wěn)定，有很高的生弧極限，不易生弧，工藝性好。鉑的缺點是導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能差，硬度低，價格昂貴。因此，不采用純鉑作為觸頭材料，一般用鉑的合金作小功率繼電器的觸頭。(4)鎢：鎢的熔點高，硬度大，耐電弧，鎢觸頭在工作過程中幾乎不會產(chǎn)生熔焊。但是，鎢的導(dǎo)電性能較差，接觸電阻大，易氧化，特別是與塑料等有機化合物蒸汽作用(例如在封閉塑料外殼內(nèi)的鎢觸頭)，生成透明的絕緣表面膜，而且此膜不易清除，加工困難。因此，除少數(shù)特殊場合(如火花放電間隙的電極)外，一般不采用純鎢做觸頭材料，而與其它高導(dǎo)電材料制成陶冶材料。二、合金材料由于純金屬本身性能的差異，將它們以不同的成分相配合，構(gòu)成金屬合金或金屬陶冶材料，使觸頭的工作性能得以改進(jìn)。常用的合金材料有銀銅、銀鎢、鈀銅、鈀銥等。(1)銀銅合金：適當(dāng)提高銀銅合金的含銅量，可提高其硬度和耐磨性能。但是，含銅量不宜過高，否則，會和銅一樣易于氧化，接觸電阻不穩(wěn)定。銀銅合金熔點低，一般不用作觸頭材料，主要用作焊接觸頭的銀焊料。(2)銀鎢和鈀銅：銀鎢和鈀銅都有較高的硬度，比較耐磨，抗熔焊。有時用于小功率電器及精密儀器儀表中。(3)鈀銥合金：鈀銥合金使用較廣泛，銥有效地提高了合金的硬度、強度及抗腐蝕能力。二、金屬陶瓷材料金屬陶冶材料是由兩種或兩種以上的彼此不相熔合的金屬組成的機械混合物，其中一種金屬有很高的導(dǎo)電性(如銀、銅等)，作為材料中的填料，稱為導(dǎo)電相，另一種金屬有很高的熔點和硬度(如鎢、鎳、鉬、氧化鎘等)，在電弧的高溫作用下不易變形和熔化，稱為耐熔相，這類金屬在觸頭材料中起著骨架的作用。這樣，就保持了兩種材料的優(yōu)點，克服了各自的缺點，是比較理想的觸頭材料。常用的金屬陶冶材料有銀一氧化鎘、銀一氧化銅、銀一鎢、銀一石墨等。(1)銀一氧化鎘：導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能好，抗熔焊，耐電磨損，接觸電阻低且穩(wěn)定，特別是在高溫電弧的作用下，氧化鎘分解為氧氣和鎘蒸汽，能驅(qū)使電弧支點迅速移動，有利于吹滅電弧，故稱銀一氧化鎘觸頭具有一定的自滅弧能力。此外，它的可塑性好，且易于加工。因此，它是一種較為理想的觸頭材料，廣泛用于大、中容量的電器中。(2)銀一氧化銅：與銀一氧化鎘相比，耐磨損，抗熔焊性能好，無毒，在高溫下觸頭硬度更大，使用壽命長，價格便宜。試驗結(jié)果表明，銀一氧化銅觸頭比銀一氧化鎘觸頭在接觸處具有更低且穩(wěn)定的接觸電壓降，導(dǎo)電性能更好，發(fā)熱情況較輕，溫升較低。因此，近年來銀一氧化銅材料得到了廣泛的應(yīng)用。(3)銀一鎢：具有銀的良好的導(dǎo)電性，同時，又具有鎢的高熔點、高硬度、耐電弧腐蝕、抗熔焊、金屬轉(zhuǎn)移小等特性，常用作電器的弧觸頭材料。隨著含鎢量的增加，其耐電弧腐蝕性能和抗熔焊性能也逐漸提高，但其導(dǎo)電性能下降。銀一鎢的缺點是接觸電阻不穩(wěn)定，隨著開閉次數(shù)的增加，接觸電阻增大，其原因在于分?jǐn)噙^程中，觸頭表面產(chǎn)生三氧化鎢、鎢酸銀等電阻率高的薄膜。(4)銀一石墨：導(dǎo)電性好，接觸電阻低，抗熔焊，耐弧能力強，在短路電流作用下也不會熔焊，其缺點是電磨損大。四、電接觸新材料的發(fā)展電器新產(chǎn)品的開發(fā)在很大程度上依賴于電工絕緣材料和電工合金的新發(fā)展，新材料的應(yīng)用使電工產(chǎn)品的單機輸出功率大大提高、功耗降低，同時極大地縮小體積、減輕重量，也改善和提高了產(chǎn)品的性能，甚至可以美化外觀造型。電器制造技術(shù)的發(fā)展以“磁性材料、絕緣材料和電接觸材料”三種特種材料為基礎(chǔ)。為提高我國發(fā)電機單機容量，開發(fā)高效節(jié)能的電機、電磁開關(guān)等電工產(chǎn)品的需要，先后研制成功的“高磁感應(yīng)低鐵損冷軋取向硅鋼片、特種硅鋼片、電工純鐵、高磁能稀土永磁”等磁性材料和“聚酰亞胺玻璃纖維塑料、氨基玻璃纖維塑料、酚醛注射塑料、三聚氰胺改性酚醛塑料”等高分子絕緣材料，促進(jìn)了高低壓電器與儀表更新?lián)Q代產(chǎn)品的開發(fā)研制。由于電接觸材料已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展不可缺少的重要材料，國外特別重視電接觸復(fù)合材料，其發(fā)展方向主要是“合金多元化、復(fù)合多元化、超小型化和性能綜合化”，如“粒狀強化（粉末冶金）、彌散強化、纖維增強和層狀復(fù)合材料”，其中的“層狀復(fù)合材料”應(yīng)用廣泛。觸頭的接觸電阻一、接觸電阻的產(chǎn)生圖示為一段完整的導(dǎo)體，通以電流I，用電壓表測量出其AB長度上的電壓降為U，則AB段導(dǎo)體的電阻為如果將此導(dǎo)體截斷，仍通以原來的電流，測得AB兩點之間的電壓降為UC

，UC比U大得多，AB點之間的電阻為RC除含有該段導(dǎo)體材料的電阻R外，還有附加電阻Rj，即RC=R+Rj

附加電阻為收縮電阻與表面膜電阻之和，是由于接觸層之間直接產(chǎn)生的電阻，故稱附加電阻Rj為接觸電阻。動靜觸頭接觸時同樣也存在接觸電阻。二、觸頭的分類構(gòu)成Rj的原因：收縮電阻Rk：實際接觸面積減小，電流線在接觸面附近發(fā)生了收縮。表面膜電阻Rf：接觸表面可能被一些導(dǎo)電性能很差的物質(zhì)（如氧化物）覆蓋。Rj=Rk+Rf接觸電阻包括收縮電阻和表面膜電阻。1．收縮電阻接觸處的表面無論經(jīng)過多么細(xì)致的加工處理，從微觀角度分析，其表面總是凹凸不平的，它們不是整個面積接觸，而是只有若干小的突起部分相接觸，如圖所示，實際接觸面積比視在接觸面積小得多。當(dāng)電流通過實際接觸面積時，電流只從接觸點上通過，在這些接觸點附近，迫使電流線發(fā)生收縮。由于有效接觸面積(即實際接觸面積)小于視在接觸面積，由此產(chǎn)生的附加電阻稱為收縮電阻。電流線收縮三、觸頭接觸面形式的選擇收縮電阻R

k導(dǎo)體截面為S，切開前，電流均勻分布。切開后，接觸處的表面不可能是理想的平面，盡管經(jīng)過精加工，總多少有些宏觀不平，波紋起伏。實際上，兩個接觸面實際只是幾個小塊面積相接觸.經(jīng)過加工的金屬表面的情況示意圖（放大）接觸面接觸情況示意圖接觸面放大圖形在每塊小面積內(nèi)，實際上又只有幾個小的突起部分相接觸這些互相接觸的小突起部分稱為接觸點。電流流經(jīng)接觸表面時，從截面尺寸較大的導(dǎo)體轉(zhuǎn)入面積很小的接觸點，在此情況下，電流線發(fā)生劇烈收縮。收縮電阻R

k

：由電流收縮現(xiàn)象所呈現(xiàn)的電阻。由于接觸點數(shù)目不止一個，所以整個接觸面的收縮電阻為各個接觸點收縮電阻的并聯(lián)值。電流收縮現(xiàn)象對于點、線、面三種接觸形式，它們各自的特點和適用場合如下：1．點接觸點接觸觸頭是指兩個導(dǎo)體只在一點或者很小的面積上發(fā)生接觸的觸頭(如球面對球面，球面對平面)。觸頭間是“點”與“點”的接觸。在同樣的觸頭壓力下，它的單位壓力大，因此，可得到較小的接觸電阻。但其散熱條件差，用于大電流是不合適的。同時，點接觸的機械強度較弱，只適用于開斷負(fù)荷小的觸頭。如多用于10A以下的繼電器，以及，接觸器和自動開關(guān)的聯(lián)鎖觸頭等，一般控制電路的觸頭都采用點接觸形式。由于接觸面積小，保證其工作可靠性所需的接觸互壓力也較小。三、觸頭的特點及使用場合三、觸頭的特點及使用場合2．面接觸面接觸是指兩個導(dǎo)體有著較廣的表面發(fā)生接觸(如平面對平面)。其接觸面積和觸頭壓力均較大。由于其觸頭在開閉過程中接觸面間無相對滑移，不能清除氧化膜等高電阻物質(zhì)，所以在此種觸頭面上需嵌上貴重的銀片。而且面接觸的接觸電阻很不穩(wěn)定，當(dāng)外界對接觸面稍有一些破壞或者裝配不當(dāng)，都會使接觸電阻大大增加。所以此種形式應(yīng)用較少，僅用于大電流，接觸壓力大的場合，如固定母線接觸、大容量的接觸器和斷路器的主觸頭。閘刀開關(guān)常采用面接觸的形式。三、觸頭的特點及使用場合3．線接觸線接觸是指兩個導(dǎo)體沿著線或較窄的面積發(fā)生的接觸(如圓柱對圓柱、圓柱對平面)。在同一壓力條件下，線接觸的接觸電阻比前兩種較低。其原因是觸頭的壓力強度和實際接觸面得到了適當(dāng)配合。面接觸的接觸點雖較多，但壓力強度小，點接觸的壓力強度雖高，但接觸點少，因此它們的接觸電阻都比線接觸情況大。線接觸容易做到觸頭間有滑動和滾動，從而使觸頭的工作條件得到改善；線接觸觸頭的制造、調(diào)整、裝配均比較方便，因而得到廣泛的采用。常用于幾十安至幾百安電流的中等容量的電器，如接觸器、自動開關(guān)及高壓開關(guān)電器的主觸頭。觸頭實現(xiàn)電聯(lián)接，一般采用觸頭彈簧壓緊，壓力較小，并考慮到裝配檢修的方便和工作可靠，多采用點接觸或線接觸的形式。在近代高壓斷路器和低壓自動開關(guān)中，有的采用多個線接觸和點接觸并聯(lián)使用，以減小接觸電阻，使得工作可靠，制造檢修方便。四、觸頭的超程觸頭的超程是指觸頭對完全閉合后，如果將靜觸頭移開，動觸頭在觸頭彈簧的作用下繼續(xù)前移的距離r，如圖所示。觸頭超程是用來保證在觸頭允許磨損的范圍內(nèi)仍能可靠地接觸。一般在計算時選取超程r=(0.6—0.8)t，式中t為新觸頭的厚度。但應(yīng)指出，超程不宜取得過大，因為當(dāng)超程大時，在一定的吸力情況下，觸頭的初壓力相應(yīng)要小些。而初壓力小，對減小觸頭振動是不利的。觸頭的參數(shù)

（a）斷開狀態(tài)；

（b）剛接觸時；

（c）閉合狀態(tài)。五、觸頭的壓力1、觸頭的初壓力：觸頭閉合后，其接觸處有一定的互壓力，稱為觸頭壓力。觸頭壓力是由觸頭彈簧產(chǎn)生的。觸頭彈簧有一預(yù)壓縮，使得動觸頭剛與靜觸頭接觸時就有一互壓力F0，稱為觸頭初壓力，它是由調(diào)節(jié)觸頭彈簧預(yù)壓縮量來保證的。初壓力可以降低觸頭閉合過程的振動。2．觸頭終壓力：動、靜觸頭閉合終了時，觸頭間的接觸壓力稱為終壓力FZ。它是由觸頭彈簧最終壓縮量來決定的。它使觸頭閉合時的實際接觸面積增加，使閉合狀態(tài)時的接觸電阻小而穩(wěn)定。六、觸頭的研距動觸和靜觸頭接觸過程中，觸頭接觸表面既有滾動，又有滑動，這種滾動和滑動稱為觸頭的研磨過程。由研磨所產(chǎn)生的距離稱為研距。為了保證觸頭工作時有良好的電接觸，一般線接觸觸頭開閉過程的起止點不重合，且有一定距離。研距是觸頭開閉過程中動靜觸頭間滾動量與滑動量之和。如圖所示，動、靜觸頭開始接觸時，其接觸線在a點處，在觸頭閉合過程中，接觸線逐漸移動，最后停在b點處接觸，以導(dǎo)通工作電流。由于在動觸頭上的ab和靜觸頭上的長度不一樣，因此，在兩者接觸過程中，不僅有相對滾動，而且有相對滑動存在，整個接觸過程稱為觸頭的研磨過程。觸頭的研磨過程及研距觸頭表面有滑動，可以擦除觸頭表面的氧化層及臟物，減小接觸電阻，使觸頭有良好的電接觸。觸頭表面有滾動可以使觸頭在閉合時的撞擊處與最后閉合位置的工作點之間，以及開斷電路時產(chǎn)生電弧處與閉合位置的工作點分開，保證正常工作的接觸線不受機械撞擊與電弧的破壞作用，保證觸頭接觸良好。觸頭的開距、超程、初壓力和終壓力都是必須進(jìn)行檢測的重要參數(shù)。在電器的使用和維修中常用這些參數(shù)來反映觸頭的工作情況及檢驗電器的工作狀態(tài)。觸頭有四種工作情況：1．觸頭處于閉合狀態(tài)觸頭處于閉合狀態(tài)時的主要任務(wù)是保證能通過規(guī)定的電流，且觸頭溫升不超過允許值，主要問題是觸頭的發(fā)熱及熱穩(wěn)定性和電動穩(wěn)定性，觸頭的發(fā)熱是由接觸電阻引起的，故應(yīng)設(shè)法減小接觸電阻。2．觸頭閉合過程從動、靜觸頭剛開始接觸到觸頭完全閉合，由于會發(fā)生振動，使它不是一次接觸就能閉合，而是有一個過程的，這個過程稱為觸頭的閉合過程。由于觸頭在閉合過程中會因碰撞而產(chǎn)生機械振動，因此這個過程的主要問題是減小機械振動，從而減小觸頭的磨損，避免觸頭熔焊。六、觸頭的工作情況3．觸頭處于斷開狀態(tài)觸頭處于斷開狀態(tài)時，必須有足夠的開距，以保證可靠地熄滅電弧和開斷電路。4．觸頭的開斷過程觸頭開斷過程是觸頭最繁重的工作過程。一般可分三個階段：第一個階段是從觸頭完全閉合時起，到觸頭將開始分開為止；第二階段是觸頭開始分開以后的一段時間；第三階段是電路完全切斷的過程。由于在觸頭開斷電路時，一般會在觸頭間產(chǎn)生電弧，因此這個過程的主要問題是熄滅電弧，減小由電弧而產(chǎn)生的觸頭電磨損。觸頭的磨損一、觸頭磨損的原因觸頭在多次接通和斷開有載電路后，它的接觸表面將逐漸產(chǎn)生磨耗和損壞，這種現(xiàn)象稱為觸頭的磨損。觸頭磨損達(dá)到一定程度后，工作性能失效，觸頭壽命終結(jié)。繼電器和接觸器的電壽命主要取決于觸頭的壽命。觸頭在多次接通和斷開有載電路后，它的接觸表面將逐漸產(chǎn)生磨耗和損壞，這種現(xiàn)象稱為觸頭的磨損。觸頭磨損達(dá)到一定程度后，工作性能失效，觸頭壽命終結(jié)。繼電器和接觸器的電壽命主要取決于觸頭的壽命。還有一種觸頭熔接現(xiàn)象，產(chǎn)生于常溫狀態(tài)，通常稱為“冷焊”?！袄浜浮背３０l(fā)在用貴金屬材料(如金與金合金等)制成的小型繼電器觸點中。其原因為貴金屬表面不易形成氧化膜，純凈的金屬接觸面在觸頭壓力作用下，由于金屬原子間化學(xué)親和力的作用，使兩個觸頭表面結(jié)合在一起，產(chǎn)生“冷焊”現(xiàn)象。由“冷焊”產(chǎn)生的觸頭間粘接力很小，但是在小型高靈敏繼電器中，由于使觸頭分開的力也很小(一般小于9.8×10－2N)，不能把冷焊粘接在一起的觸點彈開，常常出現(xiàn)觸頭粘住不釋放的現(xiàn)象。觸頭的磨損主要取決于電磨損。電磨損主要發(fā)生在觸頭閉合和開斷過程中，尤以觸頭開斷過程中產(chǎn)生的電磨損為主。在觸頭閉合電流時產(chǎn)生的電磨損，主要是由于觸頭碰撞引起的振動所產(chǎn)生的，在觸頭開斷電流時所產(chǎn)生的電磨損，主要是由高溫電弧造成的。二、觸頭電磨損的形式觸頭在分?jǐn)嗯c閉合電路過程中，在觸頭間隙中產(chǎn)生金屬液橋、電弧和火花放電等各種現(xiàn)象，引起觸頭材料的金屬轉(zhuǎn)移、噴濺和汽化，使觸頭材料損耗和變形，這種現(xiàn)象稱為觸頭的電磨損。觸頭的電磨損形式：液橋的金屬轉(zhuǎn)移和電弧的燒損。觸頭的磨損主要取決于電磨損。電磨損主要發(fā)生在觸頭閉合和開斷過程中，尤以觸頭開斷過程中產(chǎn)生的電磨損為主。在觸頭閉合電流時產(chǎn)生的電磨損，主要是由于觸頭碰撞引起的振動所產(chǎn)生的，在觸頭開斷電流時所產(chǎn)生的電磨損，主要是由高溫電弧造成的。1．液橋的形成和金屬轉(zhuǎn)移觸頭開斷時，在從觸頭完全閉合到觸頭剛開始分離的時間內(nèi)，先是觸頭的接觸壓力和接觸點數(shù)目逐漸減小，接觸電阻越來越大，這樣就使接觸點的電流密度急劇增加，由此產(chǎn)生的熱量促使接觸處的金屬熔化，形成金屬液體滴。觸頭繼續(xù)斷開時，將金屬液體滴拉長，形成液態(tài)金屬橋，簡稱液橋。由于溫度沿液橋的長度分布不對稱，且其最大值是發(fā)生在靠近陽極的地方，因此，使金屬熔液由陽極轉(zhuǎn)移到陰極。實踐證明，由于液橋的金屬轉(zhuǎn)移作用，經(jīng)過很多次的操作后，觸頭的陽極因金屬損耗而形成凹坑，陰極則因金屬增多而形成針刺，凸出于接觸表面。在弱電流電器(如繼電器)中，液橋?qū)τ|頭的電磨損有著重要的影響。2．電弧對觸頭的腐蝕電弧對觸頭的腐蝕十分嚴(yán)重，電弧磨損要比液橋引起的金屬轉(zhuǎn)移高出5—10倍。當(dāng)負(fù)荷電流超過20A，甚至達(dá)到幾百或上千安時，電弧的溫度極高，觸頭間距離又較大，一般都有電動力吹弧，再加上強烈的金屬蒸氣熱浪沖擊，往往把液態(tài)金屬從觸頭表面吹出，向四周飛濺。這種磨損與小功率電弧的磨損是不同的，金屬蒸氣再度沉積于觸頭接觸表面上的機率已大大減小，使觸頭陰、陽極都遭到嚴(yán)重磨損，由于陽極溫度高于陰極，所以陽極磨損更為嚴(yán)重。減小觸頭的電磨損，提高觸頭的壽命，一般可從兩方面著手，即減小觸頭在開斷過程中的磨損和減小觸頭在閉合過程中的磨損。1．減小觸頭開斷過程中的磨損，即減小觸頭在開斷時的電弧，其方法如下：(1)合理選擇滅弧系統(tǒng)的參數(shù)，例如磁吹的磁感應(yīng)強度B。B值過小，吹弧電動力小，電弧在觸頭上停留時間較長，觸頭的電磨損增加；B值過大，吹弧電動力過大，會把觸頭間熔化的金屬液橋吹走，電磨損也增加，因此，有一個最佳的B值，在該值下電磨損最小。三、減小觸頭磨損的方法三、減小觸頭磨損的方法(2)對于交流電器(如交流接觸器)宜采用去離子?xùn)艤缁∠到y(tǒng)，利用交流電流通過自然零點時不再重燃而熄弧，減小觸頭的電磨損。(3)采用熄滅火花的電路，以減小觸頭的電磨損。這種方法就是在弱電流觸頭電路中，在觸頭上并聯(lián)電阻、電容，以熄滅觸頭上的火花。這種火花熄滅電路對開斷小功率直流電路很有效。(4)正確選用觸頭材料。例如，鎢、鉬的熔點和汽化點高，因此，鎢、鉬及其合金具有良好的抗磨損特性，銀、銅的熔點與汽化點低，其抗磨損性較差。2．減小觸頭閉合時的磨損觸頭閉合時的磨損主要是由于觸頭在閉合過程中的振動所引起的，因此，為了減小觸頭的電磨損，必須減小觸頭的機械振動。觸頭的熔焊一、熔焊的概念觸頭的熔焊主要發(fā)生在觸頭閉合有載電路的過程中和觸頭處于閉合狀態(tài)時。在觸頭閉合過程中，觸頭的機械振動使觸頭間斷續(xù)產(chǎn)生電弧，在電弧高溫的作用下，使觸頭表面金屬熔化，當(dāng)觸頭最終閉合時，這些熔化金屬可能凝結(jié)而引起熔接，使動、靜觸頭熔焊在一起不能打開。在觸頭處于閉合狀態(tài)時，若通過過大的電流，會使觸頭接觸處溫度升高，如果達(dá)到了熔化溫度，兩觸頭接觸處的材料便熔化并結(jié)合在一起，使接觸電阻迅速下降，其損耗和溫度都下降，熔化的金屬可能凝結(jié)而引起熔接。這種由熱效應(yīng)而引起的觸頭熔接，稱為觸頭的“熔焊”。還有一種觸頭熔接現(xiàn)象，產(chǎn)生于常溫狀態(tài)，通常稱為“冷焊”。“冷焊”常常發(fā)在用貴金屬材料(如金與金合金等)制成的小型繼電器觸點中。其原因為貴金屬表面不易形成氧化膜，純凈的金屬接觸面在觸頭壓力作用下，由于金屬原子間化學(xué)親和力的作用，使兩個觸頭表面結(jié)合在一起，產(chǎn)生“冷焊”現(xiàn)象。由“冷焊”產(chǎn)生的觸頭間粘接力很小，但是在小型高靈敏繼電器中，由于使觸頭分開的力也很小(一般小于9.8×10－2N)，不能把冷焊粘接在一起的觸點彈開，常常出現(xiàn)觸頭粘住不釋放的現(xiàn)象。觸頭的振動一、產(chǎn)生振動的原因因有觸頭彈簧觸頭會產(chǎn)生類似的彈跳，稱為觸頭的機械振動。在此過程中，Rj會周期性增大，分離時有電弧，使觸頭燒損和熔焊，從而影響觸頭工作。觸頭在閉合過程中，觸頭間的碰撞、觸頭間的電動斥力和銜鐵與鐵心的碰撞都可能引起觸頭的機械振動。電器觸頭的三種結(jié)構(gòu)：第1類在動觸頭邊裝彈簧，靜觸頭為剛性連接；第2類在靜觸頭邊裝彈簧，動觸頭為剛性連接；第3類在動、靜觸頭邊都裝有彈簧。當(dāng)觸頭閉合時，電器傳動機構(gòu)的力直接作用在動觸頭支架上，使得質(zhì)量為m的動觸頭以速度v1向靜觸頭運動，在動、靜觸頭相撞時動觸頭具有一定的動能，如圖所示。觸頭振動過程示意圖

（a）觸頭碰撞開始瞬間；（b）觸頭碰撞后瞬間；（c）觸頭振動變化過程。

1－靜觸頭；2－動觸頭；3－觸頭彈簧；4－動觸頭支架；

xSD－塑性和彈性變形量；xD－彈性變形量；xm－最大振幅。觸頭發(fā)生碰撞后，觸頭表面將產(chǎn)生彈性變形，此時，一部分能量消耗在碰撞過程中(因為觸頭不是絕對彈性體)，而大部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛|頭表面材料的變形勢能。當(dāng)觸頭表面達(dá)到最大變形xSD時，變形勢能達(dá)到最大，而動觸頭的動能降為零，于是動觸頭停止向前運動。觸頭振動過程示意圖

（a）觸頭碰撞開始瞬間；（b）觸頭碰撞后瞬間；（c）觸頭振動變化過程。

1－靜觸頭；2－動觸頭；3－觸頭彈簧；4－動觸頭支架；

xSD－塑性和彈性變形量；xD－彈性變形量；xm－最大振幅。

緊接著觸頭的彈性變形開始恢復(fù)，將勢能釋放，由于靜觸頭固定不動，動觸頭應(yīng)會受到反力作用，以初速度V2彈回，甚至離開靜觸頭，并把觸頭彈簧壓縮，將動能儲存在彈簧中，在觸頭彈簧的作用下，動觸頭反跳的速度逐漸減小。與此同時，傳動機構(gòu)繼續(xù)推動觸頭支架將彈簧進(jìn)一步壓縮。當(dāng)動觸頭反跳的速度降為零時，反跳距離達(dá)到最大值xm。隨后，動觸頭在彈簧張力的作用下又開始向靜觸頭運動，觸頭間發(fā)生第二次碰撞和反跳。觸頭振動過程示意圖

（a）觸頭碰撞開始瞬間；（b）觸頭碰撞后瞬間；（c）觸頭振動變化過程。

1－靜觸頭；2－動觸頭；3－觸頭彈簧；4－動觸頭支架；

xSD－塑性和彈性變形量；xD－彈性變形量；xm－最大振幅。

由于觸頭第一次碰撞和反跳都要消耗掉一部分能量，同時，在碰撞和反跳的過程中，傳動機構(gòu)使觸頭彈簧進(jìn)一步壓縮，因而動觸頭的振動時間和振幅一次比一次要小，直至振動停止，觸頭完全閉合。觸頭振動過程示意圖

（a）觸頭碰撞開始瞬間；（b）觸頭碰撞后瞬間；（c）觸頭振動變化過程。

1－靜觸頭；2－動觸頭；3－觸頭彈簧；4－動觸頭支架；

xSD－塑性和彈性變形量；xD－彈性變形量；xm－最大振幅。

另外，在觸頭帶電接通時，由于實際接觸的只有幾個點，在接觸點處便產(chǎn)生電流線的密集或彎曲，如圖所示?；兊碾娏骶€和通過反向電流的平行導(dǎo)體一樣，相互作用產(chǎn)生斥力，使觸頭趨于分離，該電動力稱為收縮電動力。收縮電動力也能引起觸頭間的振動，特別是在閉合大的工作電流或短路電流時，電動斥力的作用更為顯著。接觸點電流線密集情況示意圖

提高觸頭的使用壽命，必須減小觸頭的振動。減小觸頭振動有幾種方法：1．使觸頭具有一定的初壓力。增大初壓力可減小觸頭反跳時的振幅和振動時間。但初壓力增大是有限的，如果初壓力超過了傳動機構(gòu)的作用力(例如電磁機構(gòu)的吸力)，則不僅觸頭反跳的距離增加，而且觸頭也不能可靠地閉合，反而造成觸頭磨損增加。2．降低動觸頭的閉合速度，以減小碰撞動能。由實驗可知，減小觸頭閉合瞬間的速度可減小觸頭振動的振幅。這要求吸力特性和反力特性良好配合。需要指出的是，當(dāng)觸頭回路電壓高于300V時，若閉合速度過小，則在動、靜觸頭靠近時，觸頭間隙會擊穿形成電弧，反而會引起電磨損的增加。3．減小動觸頭的質(zhì)量，以減小碰撞動能，從而減小觸頭的振幅。但是，在減小觸頭質(zhì)量時，必須考慮觸頭的機械強度，散熱面積等問題。4．對于電磁式電器，減小銜鐵和靜鐵心碰撞時引起的磁系統(tǒng)的振動，以減小觸頭的二次振動。二、減小振動的方法觸頭的基礎(chǔ)知識一、對觸頭的要求根據(jù)觸頭的工作情況，為了保證電器可靠工作和有足夠的壽命，對觸頭有如下要求：1、工作可靠，接觸電阻要?。?、有足夠的機械強度；3、長期通過額定電流時，溫升不超過規(guī)定值；4、通過短路電流時，有足夠的電動穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性；5、有足夠抵抗外界腐蝕(如氧化、化學(xué)氣體腐蝕)的能力；6、壽命長。此外，還要求觸頭所用的材料要少，重量輕，價格便宜，便于制造和維修。這是因為觸頭表面不管加工怎樣平整，從微觀上看仍然是凹凸不平的，如右圖所示。由于接觸面積遠(yuǎn)小于觸頭表面積，電流線在接觸點處產(chǎn)生收縮，由此而引起觸頭間的電動斥力。觸頭可按以下方法分類：1．按觸頭工作情況可分為有載開閉和無載開閉兩種。前者在觸頭開斷或閉合過程中，允許觸頭中有電流通過；后者在觸頭開斷或閉合過程中，不允許觸頭中有電流通過，而在閉合后才允許觸頭中通過電流，如轉(zhuǎn)換開關(guān)等。無載開閉觸頭，由于觸頭開斷時無載，故無電弧產(chǎn)生，對觸頭的工作十分有利。2．按開斷點數(shù)目可分為單斷點式和雙斷點式觸頭。3．按觸頭正常工作位置可分為常開觸頭和常閉觸頭。4．按結(jié)構(gòu)和形狀可分為指形觸頭和橋式觸頭等。5．按觸頭相互運動狀態(tài)可分為滑動式和滾動式兩種。后者比前者的機械磨損小，傳動力也大為減小。6．按觸頭的接觸方式可分為面接觸、線接觸和點接觸三種。二、觸頭的分類觸頭接觸面形式分為點接觸、線接觸和面接觸三種，如圖所示。觸頭對電路電流的接通，是通過其接觸面來實現(xiàn)的，所以接觸面形式對觸頭的工作性能起著重要的作用。在設(shè)計電器時對觸頭接觸面形式應(yīng)有合理的選擇。三、觸頭接觸面形式的選擇觸頭的接觸式

（a）點接觸；（b）線接觸；（c）面接觸。對于點、線、面三種接觸形式，它們各自的特點和適用場合如下：1．點接觸點接觸觸頭是指兩個導(dǎo)體只在一點或者很小的面積上發(fā)生接觸的觸頭(如球面對球面，球面對平面)。觸頭間是“點”與“點”的接觸。在同樣的觸頭壓力下，它的單位壓力大，因此，可得到較小的接觸電阻。但其散熱條件差，用于大電流是不合適的。同時，點接觸的機械強度較弱，只適用于開斷負(fù)荷小的觸頭。如多用于10A以下的繼電器，以及，接觸器和自動開關(guān)的聯(lián)鎖觸頭等，一般控制電路的觸頭都采用點接觸形式。由于接觸面積小，保證其工作可靠性所需的接觸互壓力也較小。三、觸頭的特點及使用場合三、觸頭的特點及使用場合2．面接觸面接觸是指兩個導(dǎo)體有著較廣的表面發(fā)生接觸(如平面對平面)。其接觸面積和觸頭壓力均較大。由于其觸頭在開閉過程中接觸面間無相對滑移，不能清除氧化膜等高電阻物質(zhì)，所以在此種觸頭面上需嵌上貴重的銀片。而且面接觸的接觸電阻很不穩(wěn)定，當(dāng)外界對接觸面稍有一些破壞或者裝配不當(dāng)，都會使接觸電阻大大增加。所以此種形式應(yīng)用較少，僅用于大電流，接觸壓力大的場合，如固定母線接觸、大容量的接觸器和斷路器的主觸頭。閘刀開關(guān)常采用面接觸的形式。三、觸頭的特點及使用場合3．線接觸線接觸是指兩個導(dǎo)體沿著線或較窄的面積發(fā)生的接觸(如圓柱對圓柱、圓柱對平面)。在同一壓力條件下，線接觸的接觸電阻比前兩種較低。其原因是觸頭的壓力強度和實際接觸面得到了適當(dāng)配合。面接觸的接觸點雖較多，但壓力強度小，點接觸的壓力強度雖高，但接觸點少，因此它們的接觸電阻都比線接觸情況大。線接觸容易做到觸頭間有滑動和滾動，從而使觸頭的工作條件得到改善；線接觸觸頭的制造、調(diào)整、裝配均比較方便，因而得到廣泛的采用。常用于幾十安至幾百安電流的中等容量的電器，如接觸器、自動開關(guān)及高壓開關(guān)電器的主觸頭。觸頭實現(xiàn)電聯(lián)接，一般采用觸頭彈簧壓緊，壓力較小，并考慮到裝配檢修的方便和工作可靠，多采用點接觸或線接觸的形式。在近代高壓斷路器和低壓自動開關(guān)中，有的采用多個線接觸和點接觸并聯(lián)使用，以減小接觸電阻，使得工作可靠，制造檢修方便。四、觸頭的超程觸頭的超程是指觸頭對完全閉合后，如果將靜觸頭移開，動觸頭在觸頭彈簧的作用下繼續(xù)前移的距離r，如圖所示。觸頭超程是用來保證在觸頭允許磨損的范圍內(nèi)仍能可靠地接觸。一般在計算時選取超程r=(0.6