电器原理与应用 1-2

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1、第二章电接触与电弧理论¢电路的通断和转换是通过电器中的执行部件、主要是其触头和灭弧装置来实现的。触头接通和分断电流的过程每每伴随着气体放电现象和电弧的产生及熄灭。电弧对电器多半有害。例如，电弧出现会延缓电路的分断过程、烧伤触头、缩短触头乃至整个电器的寿命，甚至还会引起火灾和人身伤亡事故。然而，电弧又是电路所储电磁能量泄放的主要途径，非此难以降低电路分断时出现的过电压。触头既是一切有触点电器的执行元件，同时又是其中最薄弱的环节。其工作优劣不仅直接影响到整个电器的性能，还将影响到一个系统的工作可靠与否。¢触头的工作与电弧密切相关，它在工作过程中将被高温电弧所灼伤，并因之

2、而发生质量转移和电侵蚀。因此，本章将讨论电弧的产生原因、性质、熄灭方法以及电器中常用的灭弧装置，同时还要讨论电接触现象的本质、触头在各种工作状态下的行为、以及延长触头寿命和改善触头工作性能的技术措施。第一节电接触与触头¢任何电工装置皆由彼此间以任意方式联系着的单元构成，其中赖以保证电流流通的导体间的联系称为电接触，它是一种物理现象。通过互相接触以实现导电的具体物件称为电触头(简称触头)，它是接触时接通电路、操作时因其相对运动而断开或闭合电路的两个或两个以上的导体。一、触头的分类(一)连接触头连接触头是以机械方式一焊接、铆接和栓接来连接电路的不同环节，使电流得以自一环

3、节流向另一环节。这种触头在工作过程中无相对运动，它永远闭合着。连接触头除栓接式为可卸式外，其余为不可卸式。对连接触头的基本要求是在其所在装置的使用期限内，应能完整无损地长期通过正常工作电流和短时通过规定的故障电流。为此，它的电阻应当不大而且稳定。这就要求它能耐受周围介质的作用，又能耐受温度变化引起的形变和通过短路电流时所产生的电动力。(二)换接触头换接触头是电器中用以接通、分断及转换电路的执行部件，并且总是以动触头和静触头的形式成对地出现。它具有多种形式，诸如楔形触头、刷形触头、指形触头、桥式触头和瓣式触头等。对换接触头的基本要求对换接触头的基本要求是电阻小而稳定，

4、并且耐电弧、抗熔焊和电侵蚀。顾及到有触电器的故障很大一部分是触头工作不良所致，且后果往往还较严重，故对此决不可掉以轻心。二、换接触头的工作状态和基本参数¢换接触头有两种稳定的工作状态:对应于电路通路的闭合状态;对应于电路断路的断开状态。换接触头还有两种过渡工作状态：从断开状态向闭合状态过渡的接通过程;从闭合状态向断开状态过渡的分断过程。¢四个基本参数:开距、超程、初压力和终压力：¢开距是触头处于断开状态时其动静触头间的最短距离，其值是由它能否耐受电路中可能出现的过电压以及能否保证顺利熄灭电弧来决定的。¢超程是触头运动到闭合位置后、将静触头移开时动触头还能移动的距离，

5、其值取决于触头在期限内遭受的电侵蚀。¢初压力是触头刚闭合时作用于它的正压力。¢终压力是触头闭合终止位置的压力，其值由许多因素，诸如温升、熔焊等所决定。第二节电弧及其产生过程一、载流电路的开断过程动静触头的接触原本是许多个点在接触，而接触压力一般是由弹簧产生的。由于超程的存在，触头开始分断时，电路并没开断，仅仅是动触头朝着与静触头分离的方向运动。这时，超程和接触压力都逐渐减小，接触点也减少。及至极限状态、即仅剩一个点接触时，接触面积减至最小，电流密度非常巨大，故电阻和温升剧增。以致触头虽仍闭合，但接触处的金属已处于熔融状态。此后，动触头继续运动，终于脱离，但动静触头间

6、并未形成间隙，而由熔融的液态金属桥所维系着。液态金属的电阻率远大于固体金属的，故金属桥内热量高度集中，使其温度达到材料的沸点，并随即发生爆炸形式的金属桥断裂过程，触头间隙也形成了。金属桥刚断裂时，间隙内充满着空气或其他介质及金属蒸气，它们均具有绝缘性质。于是，电流被瞬时截断，并产生过电压，将介质和金属蒸气击穿，使电流以火花放电乃至电弧的形式重新在间隙中流通。此后，随着动触头不断离开静触头以及各种熄弧因素作用，电弧终将转化为非自持放电并最终熄灭，使整个触头间隙成为绝缘体，触头分断过程亦告终结至此，触头已处于断开状态。二、电弧的形成过程两个触头行将接触或开始分离时，只要

7、它们之间的电压达12~20V、电流达0.25~lA,触头间隙内就会产生高温弧光，这就是电弧。坏处：因为其温度达成千上万K足以烧伤触头、使之迅速损坏;它也能使触头熔焊、破坏电器的正常工作，甚或酿成火灾刀人员伤亡等严重事故;它还会产生干扰附近的通信设施的高次谐波。益处：电弧焊、电弧熔炼和弧光灯等是专门利用电弧的设备，电器本身可借助电弧以防止产生过高的过电压和限制故障电流。(一)气体的电离电子是在一定能级的轨道上环绕原子核旋转。离原子核越远，轨道能级越高。若电子吸收了外界能量、但仍不足以脱离原子核束缚，它只能跃迁到能级更高的轨道上，处于激励状态。电子在激励状态只能延续