1.2.1 電器的觸頭和電弧

電器的觸頭是開關電器的主要執行部分，也是電器的輸出電路，起接通和分斷電路、電能傳遞和信號輸送的作用，并承載正常工作電流和在一定的時間內承載過載電流，其電氣壽命、可靠性，直接影響著開關電器的性能、可靠性與壽命。觸頭也是開關電器中最容易出故障的部分，一旦觸頭系統不能正常工作，整個開關電器會失效，甚至引發生產系統事故。觸頭在通斷過程中將產生電弧，電弧會燒損觸頭，造成其他故障。

1.2.1.1 電器觸頭材料

觸頭在電器實際運行中的情況非常復雜，除了機械力和摩擦作用外，還有焦耳熱、電弧灼燒等，這些都會對觸頭材料產生影響，并且不同的材料，影響也不盡相同。由于使用場合的不同，對觸頭材料的要求也不同，通常要求它具有良好的導電性和導熱性、接觸電阻小、耐磨損（電磨損和機械磨損）、抗熔焊、化學性能穩定和一定的機械強度，對于真空觸頭材料還要求截斷電流小、含氣量低、耐電壓能力強、熱電子發射低等。

開關電器對觸頭材料的要求主要有以下幾個方面：

1）物理性能：具備低電阻率、高熱導率、高熔點等，并且熱穩定性好，熱容量大，電子逸出功高，以保證起弧電壓高和電流低。

2）機械性能：高溫強度高、硬度高，并且塑性與韌性好。

3）電接觸性能：耐電弧燒損和接觸電阻低，熔焊及金屬轉移的傾向小。

4）化學性能：對較寬范圍的不同介質有良好的耐蝕性能，在大氣中不易氧化、炭化、硫化及形成不易導電的化合物，電化學電位高，耐化學腐蝕和氣體溶解的傾向小。

低壓開關電器通常采用合金內氧化法銀金屬氧化物（AgCdO、AgZnO、AgCuO）材料制成，越來越多的電器采用銀氧化錫（AgSnO₂）替代銀氧化鎘（AgCdO）材料。銀氧化錫比銀氧化鎘有更好的熱穩定性和更高的硬度，具有更好的抗熔焊性和耐灼性。

1.2.1.2 觸頭的接觸電阻和磨損

觸頭（動、靜觸頭）之間的接觸電阻包括膜電阻和收縮電阻。觸頭在運行時還存在觸頭的磨損，觸頭的磨損包括電磨損和機械磨損。

1.膜電阻

膜電阻是觸頭接觸表面在大氣中自然氧化而生成的氧化膜造成的。氧化膜的電阻要比觸頭本身的電阻大幾十倍到幾千倍，導電性能差，甚至不導電，并受環境的影響較大。

2.收縮電阻

收縮電阻是由于觸頭實際接觸的面積總是小于觸頭原有可接觸面積，這樣有效導電截面積減小，當電流流經時，就會產生電流收縮現象，從而使電阻增加及接觸區的導電性能變差。由于這種原因增加的電阻稱為收縮電阻。如果觸頭之間的接觸電阻較大，就會在電流流過觸頭時造成較大的電壓降落、電阻損耗大，將使觸頭發熱而致溫度升高，導致觸頭表面的膜電阻進一步增加及相鄰絕緣材料的老化，嚴重時可使觸頭熔焊，造成電氣系統發生事故。

因此，對各種電器的觸頭都規定了它的最高環境溫度和允許溫升。

3.電磨損

電磨損是由于在通斷過程中觸頭間的放電作用使觸頭材料發生物理性能和化學性能變化而引起的，電磨損的程度決定于放電時間內通過觸頭間隙的電荷量的多少及觸頭材料性質等。電磨損是引起觸頭材料損耗的主要原因之一。

4.機械磨損

機械磨損是由于機械作用使觸頭材料發生磨損和消耗。機械磨損的程度取決于材料硬度、觸頭壓力及觸頭的滑動方式等。

1.2.1.3 觸頭的接觸形式

觸頭的接觸形式主要有點接觸、線接觸和面接觸三類。觸頭的結構形式有指形觸頭和橋形觸頭等。微型繼電器中常采用分叉觸頭和片簧觸頭。圖1-1所示是幾種觸頭的接觸形式。

由圖1-1可見，面接觸的實際接觸點要比線接觸的多，而線接觸的又要比點接觸的多。圖1-1d是微型繼電器實物。

圖1-1a所示為點接觸，它由兩個半球形觸頭或一個半球形與一個平面形觸頭構成，這種結構容易提高單位面積上的壓力，減小觸頭表面電阻。點接觸常用于小電流電器中，如接觸器的輔助觸頭和繼電器觸頭。

圖1-1b所示為線接觸，常做成滾動觸頭結構，它的接觸區是一條直線。觸頭通斷過程是滾動接觸并產生滾動摩擦，以利于去除表面的氧化膜。開始接觸時，靜、動觸頭在A點接觸，靠彈簧壓力經B點滾動到C點，并在C點保持接通狀態。斷開時做相反運動，這樣可以在通斷過程中自動清除觸頭表面的氧化膜。同時，長時期工作的位置不是在易燒灼的A點而在C點，保證了觸頭的良好接觸。這種滾動線接觸適用于操作次數多、電流大的場合，多用于中等容量電器。

圖1-1c所示為面接觸，這種觸頭一般在接觸表面上鑲有合金，以減小觸頭接觸電阻，提高觸頭的抗熔焊、抗磨損能力，允許通過較大的電流。中小容量的接觸器的主觸頭多采用這種結構。以按鈕操作為例，觸頭的閉合過程如圖1-2所示。

圖1-2是雙斷點觸頭的動作過程，兩個觸頭串于同一個電路中，構成一個觸頭電路，電路的接通與斷開由兩個觸頭共同完成。觸頭電路在接觸時，接觸電阻應盡可能小，為了使觸頭接觸得更加緊密，以減小接觸電阻，消除開始接觸時產生的振動，在制造時，在觸頭上裝有接觸彈簧，使觸頭在剛剛接觸時產生初壓力，并且隨著觸頭的閉合過程逐漸增大觸頭互壓力，使兩個觸頭的接觸處有一定的壓力，當動觸頭剛與靜觸頭接觸時，由于安裝時彈簧預先壓縮了一段（預行程），因此產生一個初壓力F₁，如圖1-2b所示。觸頭接觸后，由于彈簧在超行程內繼續變形而產生一個終壓力F₂。觸頭的超行程即從靜、動觸頭已達閉合位置后，整個觸頭系統相對運動，向前再壓緊的距離，也就是操動器的行程。有了超行程，在觸頭磨損的情況下，仍具有一定壓力，磨損嚴重時超行程將失效，如圖1-2c所示。

1.2.1.4 觸頭的狀態

圖1-1e中，成套觸頭是指同一個繼電器中各觸頭組的集合。各觸頭組之間由絕緣體分隔；輸出電路是指控制繼電器的輸入電路（即線圈）中達到規定條件時，與產生預定變化的引出端相連接的所有繼電器零部件；觸頭電路是指含有接觸件的輸出電路。一組轉換觸頭含有兩個相連的觸頭電路；觸頭組是指接觸件與其絕緣體的組合，通過其相對運動，將觸頭電路閉合或斷開；接觸件是指閉合或斷開輸出電路的導電零件，觸頭是在接觸件中，閉合或斷開觸頭電路的部分。

觸頭按其原始狀態可分為常開觸頭和常閉觸頭。原始狀態（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭。原始狀態閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭。線圈斷電后所有觸頭復原。按觸頭控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流，輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。