接触电阻计算 -

接触电阻计算 - 第十四章 触 头 电路的通断和转换是通过电器中的执行部件，主要是其触头来实现的。触头是有触点电器的执行元件，又是电器中最薄弱的环节，其工作的优劣直接影响到电器的性能。 本章就触头在不同工作状态下出现的主要问题，如接触电阻、振动等，进行一定的，找出减少其危害的一些实用方法并对触头的一些基本参数作一介绍。 第一节 概 述 一、触头的分类 触头作为电器的执行机构，是非常重要的部件，它对电器的工作性能、总体结构、尺寸有着决定性的影响。触头的工作性能和质量直接影响到电器可靠性。触头在正常工作情况下经常要受到机械撞击、电弧等的有害作用，很容易损坏，故它又是有触头电器的一个薄弱环节。 触头可按以下方法分类: 1(按触头工作情况可分为有载开闭和无载开闭两种。前者在触头开断或闭合过程中，允许触头中有电流通过，后者在触头开断或闭合过程中，不允许触头中有电流通过，而在闭合后才允许触头中通过电流，如转换开关等。无载开闭触头，由于触头开断时无载，故无电弧产生，对触头的工作十分有利。 2(按开断点数目可分为单断点式和双断点式触头。 3(接触头正常工作位置可分为常开触头和常闭触头。 4(按结构形状可分为指形触头和桥式触头等。 5(按触头的接触方式可分为面接触、线接触和点接触3种。 二、触头接触面形式 触头接触面形式分为点接触、线接触和面接触3种，如图14—1所示。 图14—1 触头的接触式 (a)点接触;(b)线接触;(c)面接触。 1(点接触 点接触触头是指两个导体只在一点或者很小的面积上发生接触的触头(如球面对球面，球面对平面)。它用于20 A以下的小电流电器，如继电器的触头，接触器和自动开关的联锁触头等。由于接触面积小，保证其工作可靠性所需的接触互压力也较小。 2(线接触 线接触是指两个导体沿着线或较窄的面积发生接触的触头(如圆柱对圆柱、圆柱对平面)。其接触面积和接触压力均适中，常用于几十安至几百安电流的中等容量的电器，如接触器、自动开关及高压开关电器的触头。 触头实现电联接，一般采用触头弹簧压紧，压力较小，并考虑到装配检修的方便和工作可靠，多采用点接触或线接触的形式。在近代高压断路器和低压自动开关中，有的采用多个线接触和点接触并联使用，以减小接触电阻，使得工作可靠，制造检修方便。 3(面接触 面接触头是指两个导体有着较广表面发生接触的触头(如平面对平面)。其接触面积和触头压力均较大，多用于大电流的电器，例如大容量的接触器和断路器的主触头。 为了保证电器可靠工作，对触头有如下要求:工作可靠;有足够的机械强度;长期通过额定电流时，温升不超过值;通过短路电流时，有足够的热稳定性和电动稳定性;有足够抵抗外界腐蚀(如氧化、化学气体腐蚀)的能力;寿命长。 三、触头的参数 触头的参数主要有触头的结构尺寸、开距、超程、研距、触头初压力和终压力等。 1(触头的结构尺寸 触头的结构尺寸，主要是根据触头工作时的发热条件确定，同时也要考虑到它的机械强度与工作寿命等条件。 2(触头的开距 触头处于断开位置时，动静触头之间的最小距离S称为触头的开距(或行程)，如图14—2所示。触头开距必须保证触头分断电路时能可靠地灭弧，并且 有足够的绝缘能力。 从减小电器的尺寸和减小触头闭合时振动的观点出发，在可靠开断电路的原则下，触头开距越小越好。触头开距的大小与开断电流大小、线路电压、线路参数以及灭弧装置等有关。 3(触头的超程 触头的超程是指触头对完全闭合后，如果将静触头移开，动触头在触头弹簧的作用下继续前移的距离厂，如图14—2所示。触头超程是用来保证在触头允许 r,(0.6,0.8)t磨损的范围内仍能可靠地接触。一般在计算时选取超程，式中为t新触头的厚度。 图14—2 触头的参数 (a)断开状态;(b)刚接触时;(c)闭合状态。 4.触头的初压力 触头闭合后，其接触处有一定的互压力，称为触头压力。触头压力是由触头弹簧产生的。触头弹簧有一预压缩，使得动触头刚与静触头接触时就有一互压力 ，称为触头初压力，它是由调节触头弹簧预压缩量来保证的。初压力可以降F0 低触头闭合过程的振动。 5.触头终压力 动、静触头闭合终了时，触头间的接触压力称为终压力。它是由触头弹Fz 簧最终压缩量来决定的。它使触头闭合时的实际接触面积增加，使闭合状态时的接触电阻小而稳定。 6(触头的研距 一般线接触触头的动、静触头开始接触时，其接触线在a点处(见图14—3)，在触头闭合过程中，接触线逐渐移动，最后停在b点处接触，以导通工作电流。由于在动触头上的ab和静触头上的a’b’长度不一样，因此，在两者接触过程中，不仅有相对滚动，而且有相对滑动存在，整个接触过程称为触头的研磨过程。触头的滚动量与滑动量之和称为研距。触头表面有滑动，可以擦除触头表面的氧化层及脏物，减小接触电阻。触头表面有滚动可以使正常工作接触线(最终接触线)和开始接触线(最后分开线)错开，以免电弧烧损正常工作的接触线，保证触头接触良好。 图14—3 触头的研磨过程及研距 触头的开距、超程、初压力和终压力都是必须进行检测的重要参数。在电器的使用和维修中常用这些参数来反映触头的工作情况及检验电器的工作状态。 触头有4种工作情况: 1(触头处于闭合状态 触头处于闭合状态时的主要任务是保证能过规定的电流，且触头温升不超过允许值，主要问题是触头的发热及热和电动稳定性，触头的发热是由接触电阻引起的，故应设法减小接触电阻。 2(触头闭合过程 触头在闭合过程中会因碰撞而产生机械振动，这个过程的主要问题是减小机械振动，从而减小触头的磨损，避免触头熔焊。 3(触头处于断开状态 触头处于断开状态时，必须有足够的开距，以保证可靠地熄灭电弧和开断电 路。 4(触头的开断过程 触头开断过程是触头最繁重的工作过程。当触头开断电路时，一般会在触头间产生电弧， 这个过程的主要问题是熄灭电弧，减小由电弧而产生的触头电磨损。 第二节 触头的接触电阻 一、接触电阻的产生 —4(a)所示为一段完整的导体，通以电流，用电压表测量出其AB长图14I 度上的电压降为，则AB段导体的电阻力 U U R,I 图14—4 接触电阻 如果将此导体截断，仍通以原来的电流，测得AB两点之间的电压降为 Uc见图 3,4(b)，比U大得多，AB两点之间的电阻为 Uc UcR , cI R除含有该段导体材料的电阻R外，还有附加电阻，即 Rjc R,R，R (14—1) cj 称附加电阻R。为接触电阻。动静触头接触时同样也存在接触电阻。 接触电阻包括收缩电阻和表面膜电阻。 1(收缩电阻 接触处的表面无论经过多么细致的加工处理，从微观角度分析，其表面总是凹凸不平的，它们不是整个面积接触，而是只有若干小的突起部分相接触，如图 14—5所示，实际接触面积比视在接触面积小得多。当电流通过实际接触面积时，电流只从接触点上通过，在这些接触点附近，迫使电流线发生收缩。由于有效接触面积(即实际接触面积川。于视在接触面积，由此产生的附加电阻称为收缩电阻。 图14—5 电流线收缩 2、表面膜电阻 由于种种原因，在触头的接触表面上覆盖着一层导电性很差的薄膜，例如金属的氧化物、硫化物等，其导电性很差，也可能是落在接触表面上的灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、水膜等，由此而形成的附加电阻，称为表面膜电阻。 表面膜电阻的大小除和膜的种类有关外，还与薄膜的厚度有关，膜越 图3,5 电流线收缩厚，电阻越大。 接触电阻与触头材料、触头压力、接触面形式、表面和清洁状况等有关。由于膜电阻难于计算，故接触电阻可用经验公式计算，即 K R, (14—2) jmF ,式中R—触头接触电阻(); j F—触头压力(N); —与触头接触形式有关的常数，对于点接触,0.5,0.7，面接触m,1; mm K—与接触材料、接触表面加工方法、接触面状况有关的常数，见表14—1。 表14—1 当接触表面没有氧化层及污物时，各种触头材料的K值 必须指出，式(14—2)的局限性很大，不能概括各种因素对接触电阻的影响。尤其是触头表面的氧化对K值的影响很大，在表14—1内只给出了触头表 面未被氧化时的K值，至于氧化了的材料，其K值远远超过表14—1中给出的数值，它的接触电阻在很大范围内变化。所以，接触电阻的计算实际上是一个很复杂的问题，根据式(14—2)计算出的值只能作参考。在实际应用中，常采用测量接触压降的方法来实测接触电阻值。接触压降是指通过一定电流时，触头电接触处的电压降，即 (14—3) U,IRjj 式中 ——接触电压降(V); Uj ——通过触头电接触处的电流(A); I , ——接触电阻()。 Rj 二、影响接触电阻的因素 影响接触电阻的因素有接触压力、触头材料、触头表面情况、接触形式及化学腐蚀等。 1(接触压力的影响 接触压力对接触电阻的影响最大，当接触压力很小时，接触压力微小的变化都会使接触电阻值产生很大的波动。由式(14—2)可知，触头接触电阻与接触压力近似双曲线关系，即接触电阻值在一定的压力范围内是随外施压力F的增大而减小的，如图14—6所示，这是因为在压力作用下，两表面接触处产生弹性变形，压力增大，变形增加，有效接触面也增加收缩电阻减小。而当压力达到一定值后，收缩电阻几乎不变，这是因为材料的弹性变形是有一定限度的，因而接触面积的增加也是有限的，故接触电阻不可能完全消除。 图14—6 接触电阻与接触压力的关系 增大接触压力，可将氧化膜压碎，使膜电阻减小，但压力增大到一定程度后，膜电阻稳定在一个较小的数值。 2(触头材料的影响 触头材料的性质直接影响接触电阻的大小。这些材料的性质包括电阻系数、材料的机械强度和硬度、材料的化学性能等。 材料的电阻系数越近，接触电阻就越小。表14—2给出了电器中常用材料的电阻系数与铜的比较值(铜的电阻系数为1)。 表14—2 常用材料电阻的系数与铜的比较 银的电阻系数小于钢，但银比铜价格贵，所以常采用铜镀银或镶银的，以减小接触电阻。 材料的抗压强度越小，在同样接触压力下得到的实际接触面积就越大，接触电阻就越小。采用抗压强度小的材料可以使接触电阻降低，但由于触头本身需要一定的机械强度，因此常在接触连接处，用较软的金属覆盖在硬金属上，以获得较好的性能，例如铜触头搪锡等。 材料越易氧化，就越容易在表面形成氧化膜，如不设法清除，接触电阻就会显著增大。 3(触头温度的影响 触头的接触电阻与它本身的金属电阻一样，也受温度的影响，随着触头温度的升高，接触电阻增加。由试验得知，接触电阻与温度之间的关系式为 2,,1RR,,,， (14—4) ,,jj003,, ,R式中 ——触头在0?时的接触电阻(); j0 ——触头材料的电阻温度系数(1/?); ,0 ,——触头的温度(?)。 2a触头金属材料的电阻温度系数为，接触电阻的电阻温度系数为，后者a003 1a比前者小，这是由于接触处温度升高后，材料硬度有所降低，使有效接触面03 积增大，以致在温度增加时，接触电阻的增加比金属材料电阻的增加要小一些，这种差别就用它们电阻系数的不同来表示。 应该指出，式(14—4)只对清洁的接触面才正确。实际上，因为温度升高会加剧氧化，所以，温度对接触电阻的影响还要大些。 图14—7 接触电阻与温度的关系 图14,7表示在接触压力不变的情况下，接触电阻与触头温度的关系曲R,j 线。曲线上的接触压力比曲线2的接触压力小，故接触电阻大。 在 B点以前足与d的关系由式(3,4)决定，接触电阻随温度的升高而增加。当温度达到B点时，为250,400?，材料软化，实际接触面积增大，接, 触电阻有迅速减小的现象。这时，触头材料的机械强度突减，触头遭到破坏，这是不允许的，这种情况可能发生在触头通过较长时间短路电流的故障状态。 当材料的强度稳定下来后，接触电阻又随温度的增高而增大。当温度达到C点时，材料熔化，接触处就会熔焊在一起，触头难以分离，电器不能正常工作。因此，触头的温升不 允许超过允许值。 4(触头表面情况的影响 (1)触头表面加工方法的影响 表面粗糙度对接触电阻有一定的影响。接触表面可以粗加工，也可以精加工。至于采用哪种方式加工更好，要根据负荷大小、接触形式和用途而定。 对于大、中电流的触头表面，不要求精加工，最好用挫刀加工，接触面达 即可，重要的是平整。两个平整而较粗糙的平面接触在一起，接触R,6.3~1.6a 点数目较多且稳定，并能有效地清除氧化膜。相反，精加工的表面，当装配稍有歪斜时，接触点的数目显著减小。 对于某些小功率电器，触头电流小到毫安以下，为了保证小而稳定，要Rj求触头表面粗糙度越低越好。粗糙度低的触头不易受污染，也不易生成膜电阻。为了达到这样低的粗糙度，往往采用机械、电工化学抛光等工艺。 (2)触头表面氧化膜的影响 暴露在空气中的接触面(除铂和金外)都将产生氧化作用。空气中的铜触头在室温下(20,30? )即开始氧化，但其氧化膜很薄，在触头彼此压紧的过程中就被破坏，故对接触电阻影响不大。当温度高于70?时，铜触头氧化加剧，氧化铜的导电性能很差，使膜电阻急剧增加，因此，铜触头的允许温升都是很低的。银被氧化后的导电与纯银差不多，所以银或镀银的触头工作很稳定。 为了减小接触面的氧化，可以将触头表面搪锡或镀银，以获得较稳定的接触电阻。 (3)触头表面清洁状况的影响 当触头的压力较小时，触头表面的清洁度对接触电阻影响较大，随着压力的增加，这种影响逐渐减小。 5(触头表面的电化学腐蚀 采用不同的金属作触头对时，由于两金属接触处有电位差，当湿度大时，在触头对的接处会发生电解作用，引起触头的电化学腐蚀，使接触电阻增加。 常用金属材料的电化顺序是金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铜(Cu)、氢(H)、锡(Sn)、镍(Ni)、锅(Cd)、铁(Fe)、铬(Cr)、锌(Zn)、铝(AL)。规定氢的电化电位为0，在它后面的金属具有不同的负电位(如 AL的电化电位为—1.34 V)，在它前面的金属具有不同的正电位(如 Ag的电化电位为十0.8 V)。选取触头对时，应取电化顺序中位置靠近的金属，以减小化学电势。例如不宜采用铝—铜、钢—铜做触头对。电镀层或涂层也要注意电化顺序。 三、减小接触电阻的方法 根据接触电阻的形成原因，减小接触电阻一般可采用下列方法: 1.增加接触点数目。为此，应选择适当的接触形式，用适当的方法加工接触表面，并在接触处加一定的压力。 2.采用本身电阻系数小，且不易氧化或氧化膜电阻较小的材料作为接触导体，或作为接触面的覆盖层。 3.触头在开闭过程中应具有研磨过程，以擦去氧化膜。 第三节 触头的振动 一、产生振动的原因 触头在闭合过程中，触头间的碰撞、触头间的电动斥力和衔铁与铁心的碰撞都可能引起触头的机械振动。 图14—8 触头振动过程示意图 (a)触头碰撞开始瞬间;(b)触头碰撞后瞬间;(c)触头振动变化过程。 1—静触头;2—动触头;3—触头弹簧;4—动触头支架; —塑性和弹性变形量;—弹性变形量;—最大振幅。 当触头闭合时，电器传动机构的力直接作用在动触头支架上，使得质量为m的动触头以速度v向静触头运动，在动、静触头相撞时动触头具有一定的动能1 12，已如图3,8(a)所示。触头发生碰撞后，触头表面将产生弹性变形，mv12 此时，一部分能量消耗在碰撞过程中(因为触头不是绝对弹性体)，而大部分能量转变为触头表面材料的变形势能。当触头表面达到最大变形时[见图3,8xSD(b)]，变形势能达到最大，而动触头的动能降为零，于是动触头停止向前运动。紧接着触头的弹性变形开始恢复，将势能释放，由于静触头固定不动，动触头应会受到反力作用，以初速度弹[见图3,8(b) ]，甚至离开静触头，并把触头弹v2 簧压缩，将动能储存在弹簧中，在触头弹簧的作用下，动触头反跳的速度逐渐减小。与此同时，传动机构继续推动触头支架将弹簧进一步压缩。当动触头反跳的速度降为零时，反跳距离达到最大值[见图3,8(c)]。随后，动触头在弹簧xm 张力的作用下又开始向静触头运动，触头间发生第二次碰撞和反跳。 由于触头第一次碰撞和反跳都要消耗掉一部分能量，同时，在碰撞和反跳的过程中，传动机构使触头弹簧进一步压缩，因而动触头的振动时间和振幅一次比一次要小，直至振动停止，触头完全闭合[见图3,8(d)]。 另外，在触头带电接通时，由于实际接触的只有几个点，在接触点处便产生电流线的密集或弯曲，如图14—9所示。畸变的电流线和通过反向电流的平行导体一样，相互作用产生斥力，使触头趋于分离，该电动力称为收缩电动力。收缩电动力也能引起触头间的振动，特别是在闭合大的工作电流或短路电流时，电动斥力的作用更为显著。 图14—9 接触点电流线密集情况示意图 对于电磁传动的电器来讲，在触头闭合过程中，衔铁以一定的速度向静铁心运动，当街铁吸合时，同样会因碰撞而产生振动，以致触头又发生第二次振动。 在触头振动过程中(见图14—8)，如果，则碰撞后触头不会分离，x,xmD 这样的振动不会产生电弧，对触头无害，因而称之为无害振动。反之，若，x，xmD则碰撞后动静触头分离，形成断开电路的气隙，在触头间产生电弧，严重影响触头寿命，故称之为有害振动。两个触头在闭合时发生碰撞产生振动是不可避免的，所谓消除触头闭合过程中的振动，是指消除触头的有害振动。 二、减小振动的方法 为了提高触头的使用寿命，必须减小触头的振动。减小触头振动有如下几种方法: 1 使触头具有一定的初压力。增大初压力可减小触头反跳时的振幅和振动时间。但初压力增大是有限的，如果初压力超过了传动机构的作用力(例如电磁机构的吸力)，则不仅触头反跳的距离增加，而且触头也不能可靠地闭合，反而造成触头磨损增加。 122 降低动触头的闭合速度，以减小碰撞动能。由实验可知，减小触头mv12 闭合瞬间的速度可减小触头振动的振幅。这要求吸力特性和反力特性良好配合。需要指出的是，当触头回路电压高于300 V时，若闭合速度过小，则在动、静触头靠近时，触头间隙会击穿形成电弧，反而会引起电磨损的增加。 3 减小动触头的质量，以减小碰撞动能，从而减小触头的振幅。但是，在减小触头质量时必须考虑触头的机械强度，散热面积等问题。 4 对于电磁式电器，减小衔铁和静铁心碰撞时引起的磁系统的振动，以减小触头的二次振动。其方法是吸力特性与反力特性有良好的配合及铁心具有缓冲装置。 三、熔焊的概念 触头的熔焊主要发生在触头闭合有载电路的过程中和触头处于闭合状态时。 在触头闭合过程中，触头的机械振动使触头间断产生电弧，在电弧高温的作用下，使触头表面金属熔化，当触头最终闭合时，这些熔化金属可能凝结而引起熔接，使动、静触头熔焊在一起不能打开。 在触头处于闭合状态时，若通过过大的电流，会使触头接触处温度升高，如果达到了熔化温度，两触头接触处的材料便熔化并结合在一起，使接触电阻迅速下降，其损耗和温度都下降，熔化的金属可能凝结而引起熔接。 这种由热效应而引起的触头熔接，称为触头的“熔焊”。 还有一种触头熔接现象，产生于常温状态，通常称为“冷焊”。“冷焊”常常发在用贵金属材料(如金与金合金等)制成的小型继电器触点中。其原因为贵金属表面不易形成氧化膜，纯净的金属接触面在触头压力作用下，由于金属原子间化学亲和力的作用，使两个触头表面结合在一起，产生“冷焊”现象。由“冷焊”产生的触头间粘接力很小，但是在小型高灵敏继电器中，由于使触头分开的力也 ,29.8，10很小(一般小于N)，不能把冷焊粘接在一起的触点弹开，常常出现触头粘住不释放的现象。 第四节 触头的磨损 一、触头磨损的原因 触头在多次接通和断开有载电路后，它的接触表面将逐渐产生磨耗和损坏， 这种现象称为触头的磨损。触头磨损达到一定程度后，其工作性能便不能保证，此时，触头的寿命即告终结。继电器和接触器的电寿命主要取决于触头的寿命。 触头磨损包括机械磨损、化学磨损和电磨损。机械磨损是在触头闭合和打开时研磨和机械碰撞所造成的，它使得触头接触面产生压皱、裂痕或塑性变形和磨损。化学磨损是由于周围介质中的腐蚀性气体或蒸汽对触头材料浸蚀所造成的，它使得触头表面形成非导电性薄膜，致使接触电阻变大，且不稳定，甚至完全破坏了触头的导电性能。这种非导电性薄膜在触头相互碰撞及触头压力作用下，逐渐剥落，形成金属材料的损耗。机械磨损和化学磨损一般很小，约占全部磨损的 10,以下。 触头的磨损主要取决于电磨损。电磨损主要发生在触头的闭合和开断过程中，在触头闭合电流时产生的电磨损，主要是由于触头碰撞引起的振动所产生的，在触头开断电流时所产生的电磨损，是由高温电弧所造成的。 二、触头电磨损的形式 触头在分断与闭合电路过程中，在触头间隙中产生金属液桥、电弧和火花放电等各种现象，引起触头材料的金属转移、喷溅和汽化，使触头材料损耗和变形，这种现象称为触头的电磨损。电磨损直接影响电器的寿命。 触头的电磨损形式主要有两种，即液桥的金属转移和电弧的烧损。 1(液桥的形成和金属转移 触头在开断过程中，动、静头间将形成熔化的液态金属桥，简称液桥。触头开断时，在从触头完全闭合到触头刚开始分离的时间内，先是触头的接触压力和接触点数目逐渐减小，接触电阻越来越大，这样就使接触点的电流密度急剧增加，由此产生的热量促使接触处的金属熔化，形成所谓的金属液体滴。触头继续断开时，将金属液体滴拉长，形成液桥。由于温度沿液桥的长度分布不对称，且其最大值是发生在靠近阳极的地方，因此，使金属熔液由阳极转移到阴极。实践证明，由于液桥的金属转移作用，经过很多次的操作后，触头的阳极因金属损耗而形成凹坑，阴极则因金属增多而形成针刺，凸出于接触表面。 在弱电流电器(如继电器)中，液桥对触头的电磨损有着重要的影响。 2(电弧对触头的腐蚀 电弧对触头的腐蚀十分严重，电弧磨损要比液桥引起的金属转移高出5,10 倍。当电弧的温度极高，触头间距离又较大，一般都有电动力吹弧，再加上强烈的金属蒸气热浪冲击，往往把液态金属从触头表面吹出，向四周飞溅。这种磨损与小功率电弧的磨损是不同的，金属蒸气再度沉积于触头接触表面上的机率已大大减小，使触头阴、阳极都遭到严重磨损，由于阳极温度高于阴极，所以阳极磨损更为严重。 三、减小电磨损的方法 减小触头的电磨损，提高触头的寿命，一般可从两方面着手，即减小触头在开断过程中的磨损和减小触头在闭合过程中的磨损。 1(减小触头开断过程中的磨损，即减小触头在开断时的电弧，其方法如下: (1)选择灭弧系统的参数，例如磁吹的磁感应强度B。B值过小，吹弧电动力小，电弧在触头上停留时间较长，触头的电磨损增加山值过大，吹弧电动力过大，会把触头间熔化的金属液桥吹走，电磨损也增加，因此，有一个最佳的B值，在该值下电磨损最小。 (2)对于交流电器(如交流接触器)宜采用去离子栅灭弧系统，利用交流电流通过自然零点时不再重燃而熄弧，减小触头的电磨损。 (3)采用熄灭火花的电路，以减小触头的电磨损。这种方法就是在弱电流触头电路中，在触头上并联电阻、电容，以熄灭触头上的火花。这种火花熄灭电路对开断小功率直流电路很有效。 (4)正确选用触头材料。例如，钨、钢的熔点和气化点高，因此，钨、铂及其合金具有良好的抗磨损特性，银、铜的熔点与气化点低，其抗磨损性较差。 2(减小触头闭合时的磨损 触头闭合时的磨损主要是由于触头在闭合过程中的振动所引起的，因此，为了减小触头的电磨损，必须减小触头的机械振动，其方法见本章第三节。 第五节 触头材料 触头所采用的材料关系到触头工作的可靠性，尤其是对触头磨损影响甚大。根据各种电器的任务和使用条件的不同，对触头材料性能的要求亦不同，一般要求如下: (1)电气性能:要求材料本身的电阻系数小，接触电阻小且在长期工作中能保持稳定。要求生弧的最小电流大和最小电压高，电子逸出功及游离电位大。 (2)热性能:要求熔点高，导热性好，热容量大。 (3)机械性能:要有适当的强度和硬度，耐磨性好。 (4)化学性能:要具有很好的化学稳定性，在常温下不易氧化，或者氧化物的电阻尽量小，耐腐蚀。 此外，还要考虑材料的可加工性能好，价格便宜，经济适用。但实际上是不可能同时满足以上各项要求的，而只能根据触头的工作条件及负荷的大小，满足其主要的性能要求。 触头材料分为3大类，即纯金属、合金和金属陶冶材料。 一、纯金属材料 (1)银:银是高质量的触头材料，具有高的导电和导热性能。银在常温下不易氧化,其氧化膜能导电，在高温下易分解还原成金属银。银的硫化物电阻率很高，在高温时也进行分解。因此，银触头能自动清除氧化物，接触电阻低且稳定，允许温度较高。银的缺点是熔点低，硬度小，不耐磨。由于银的价格高，一般仅用于继电器和小功率接触器的触头或用于接触零件的电镀覆盖层。 (2)铜:铜是广泛使用的触头材料，导电和导热性能仅次于银。铜的硬度较大，熔点较高，易加工，价格较低。铜的缺点是易氧化，其氧化膜的导电性很差，当长时间处于较高的环境温度下，氧化膜不断加厚，使接触电阻成倍增长，甚至会使电流通路中断。因此，铜不适用于作非频繁操作电器的触头材料，对于频繁操作的接触器，电流大于 150 A时，氧化膜在电弧高温作用下分解，可采用钢触头，并做成单断点指式触头，在触头分、合过程中有研磨过程，以清除氧化铜薄膜。 (3)铂:铂是贵金属，化学性能稳定，在空气中既不生成氧化物，也不生成硫化物，接触电阻非常稳定，有很高的生弧极限，不易生弧，工艺性好。铂的缺点是导电和导热性能差，硬度低，价格昂贵。因此，不采用纯铂作为触头材料，一般用铂的合金作小功率继电器的触头。 (4)钨:钨的熔点高，硬度大，耐电弧，钨触头在工作过程中几乎不会产生熔焊。但是，钨的导电性能较差，接触电阻大，易氧化，特别是与塑料等有机化合物蒸气作用(例如在封闭塑料外壳内的钨触头)，生成透明的绝缘表面膜，而且此膜不易清除，加工困难。因此，除少数特殊场合(如火花放电间隙的电极) 外，一般不采用纯钨做触头材料，而与其他高导电材料制成陶冶材料。 二、合金材料 由于纯金属本身性能的差异，将它们以不同的成分相配合，构成金属合金或金属陶冶材料，使触头的工作性能得以改进。 常用的合金材料有银铜、银钨、把铜、把铱等。 (1)银铜合金:适当提高银铜合金的含铜量，可提高其硬度和耐磨性能。但是，含铜量不宜过高，否则，会和铜一样易于氧化，接触电阻不稳定。银铜合金熔点低，一般不用作触头材料，主要用作焊接触头的银焊料。 2)银钨和把铜:银钨和把铜都有较高的硬度，比较耐磨，抗熔焊。有时( 用于小功率电器及精密仪器仪表中。 (3)把铱合金肥铱合金使用较广泛，铱有效地提高了合金的硬度、强度及抗腐蚀能力。 三、金属陶冶材料 金属陶冶材料是由两种或两种以上的彼此不相熔合的金属组成的机械混合物，其中一种金属有很高的导电性(如银、铜等)，作为材料中的填料，称为导电相，另一种金属有很高的熔点和硬度(如钨、镍、铝、氧化铝等)，在电弧的高温作用下不易变形的熔化，称为耐熔相，这类金属在触头材料中起着骨架的作用。这样，就保持了两种材料的优点，克服了各自的缺点，是比较理想的触头材料。 常用的金属陶冶材料有银一氧化铝、银一氧化钢、银一钨、银一石墨等。 (1)银一氧化镉:导电性能和导热性能好，抗熔焊，耐电磨损，接触电阻低且稳定，特别是在高温电弧的作用下，氧化钢分解为氧气和钢蒸气，能驱使电弧支点迅速移动，有利于吹灭电弧，故称银一氧化钢触头具有一定的自灭弧能力。此外，它的可塑性好，且易于加工。因此，它是一种较为理想的触头材料，广泛用于大、中容量的电器中。 (2)银一氧化铜:与银一氧化铝相比，耐磨损，抗熔焊性能好，无毒，在高温下触头硬度更大，使用寿命长，价格便宜。试验结果表明，银一氧化铜触头比银一氧化铝触头在接触处具有更低且稳定的接触电压降，导电性能更好，发热情况较轻，温升较低。因此，近年来银一氧化钢材料得到了广泛的应用。 (3)银一钨:具有银的良好的导电性，同时，又具有钨的高熔点、高硬度、耐电弧腐蚀、抗熔焊、金属转移小等特性，常用作电器的弧触头材料。随着含钨量的增加，其耐电弧腐蚀性能和抗熔焊性能也逐渐提高，但其导电性能下降。银一钨的缺点是接触电阻不稳定，随着开闭次数的增加，接触电阻增大，其原因在于分断过程中，触头表面产生三氧化钨、钨酸银等电阻率高的薄膜。 (4)银一石墨:导电性好，接触电阻低，抗熔焊，耐弧能力强，在短路电流作用下也不会熔焊，其缺点是电磨损大。 上述陶冶材料是利用粉末冶金法、化学沉淀法(也称沉淀法)及内氧化法等制成。 小 结 触头作为电器的执行机构，他对电器的工作性能、总体结构、尺寸有着决定性的影响。 为了保证触头的正常工作，对其基本参数有严格的要求，为此，应掌握触头基本参数的定义、作用及调整的方法。 触头在闭合过程中及处于闭合状态时，存在着振动及接触电阻的问题，要求对上述两种问题的影响因素作一定的了解，从而掌握减小振动和接触电阻的方法。 触头材料的发展是比较快的，通过对触头材料的介绍，要求对一些常用触头材料的性能、特点作一了解。 复习思考题 1、接触电阻是怎样形成的,形象接触电阻的因素有哪些, 2、对不同的接触材料，温度对接触电阻的影响是否相同,为什么, 3、触头的参数有哪些,其定义及作用各是什么,触头磨损后对参数有什么影响, 4、什么是触头的有害振动和无害振动,如何减少触头的机械振动, 5、触头的磨损有几种形式,如何减少电磨损, 6、在接触器中，单断点触头常用铜触头，而双断点触头则不用铜触头，为什么,