上交大机车电传动系统课件第14章 触头

第十四章触头

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的可靠性。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，故它又是有触点电器的一个薄弱环节。触头可按以下方法分类：

1．接触头工作情况可分为有载开闭和无载开闭两种。

2．接触头相互运动状态可分为滚动式和滑动式两种。前者较后者的机械磨损小，传动力也大为减小。

3．按触头的用途可分为主触头、弧触头、预接触头和联锁触头等。弧触头用来灭弧，以保证主触头良好的工作。因此，对弧触头的动作要求是：在闭合过程中应比主触头先闭合，在开断过程中应比主触头后断开，以避免电弧烧伤主触头。预接触头为弧触头的候补触头。4．按开断点数目可分为单断点式和双断点式触头。5．接触头正常工作位置可分为常开触头和常闭触头。

6．按结构形状可分为指形触头和桥式触头等。7．接触头的接触形式可分为面接触、线接触和点接触三种形式。8．接触头控制电流的大小可分为弱电流、中电流和强电流三种。二、触头接触面形式触头接触面形式分为点接触、线接触和面接触三种。

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

，20A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

线接触触头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。3．面接触

面接触触头是指两个导体沿着较广的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，温升不超过规定值；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

2．触头的开距

3．触头的超程4．触头的初压力

5．触头终压力

6触头的研距

第二节

触头的接触电阻

一、接触电阻的产生

接触电阻包括收缩电阻和表面膜电阻。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、触头温度、触头表面情况、接触形式及化学腐蚀等。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。

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。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。在动、静触头相撞时动触头具有一定的动能，触头发生碰撞后，触头表面将产生弹性变形，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。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。

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。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。在动、静触头相撞时动触头具有一定的动能，触头发生碰撞后，触头表面将产生弹性变形，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。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，动触头就会受到反力作用，以初速度弹回，甚至离开静触头，并把触头弹簧压缩，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。随后，动触头在弹簧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。

由于触头每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.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。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。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，当衔铁吸合时，同样会因碰撞而产生振动，以致触头又发生第二次。

在触头振动过程中，如果Xm＜XD，碰撞后触头不会分离，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。＞Xu，则碰播后动静触头分离，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。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2．降低动触头的闭合速度，减小碰撞动能

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4．对于电磁式电器，减小衔铁和静铁芯碰撞时引起的磁系统的振动

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续产生电弧，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”。第四节触头的磨损

一、触头磨损的原因

触头磨损包括机械磨损、化学磨损和电磨损。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

（1）．液桥的形成和金属转移

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

当电器控制交流电路时，如果电流小于20A触头不会出现金属转移。当电流大于20A时电器触头的磨损也是很严重的。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。

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