1.2.1 电器的触头和电弧

电器的触头是开关电器的主要执行部分，也是电器的输出电路，起接通和分断电路、电能传递和信号输送的作用，并承载正常工作电流和在一定的时间内承载过载电流，其电气寿命、可靠性，直接影响着开关电器的性能、可靠性与寿命。触头也是开关电器中最容易出故障的部分，一旦触头系统不能正常工作，整个开关电器会失效，甚至引发生产系统事故。触头在通断过程中将产生电弧，电弧会烧损触头，造成其他故障。

1.2.1.1 电器触头材料

触头在电器实际运行中的情况非常复杂，除了机械力和摩擦作用外，还有焦耳热、电弧灼烧等，这些都会对触头材料产生影响，并且不同的材料，影响也不尽相同。由于使用场合的不同，对触头材料的要求也不同，通常要求它具有良好的导电性和导热性、接触电阻小、耐磨损（电磨损和机械磨损）、抗熔焊、化学性能稳定和一定的机械强度，对于真空触头材料还要求截断电流小、含气量低、耐电压能力强、热电子发射低等。

开关电器对触头材料的要求主要有以下几个方面：

1）物理性能：具备低电阻率、高热导率、高熔点等，并且热稳定性好，热容量大，电子逸出功高，以保证起弧电压高和电流低。

2）机械性能：高温强度高、硬度高，并且塑性与韧性好。

3）电接触性能：耐电弧烧损和接触电阻低，熔焊及金属转移的倾向小。

4）化学性能：对较宽范围的不同介质有良好的耐蚀性能，在大气中不易氧化、炭化、硫化及形成不易导电的化合物，电化学电位高，耐化学腐蚀和气体溶解的倾向小。

低压开关电器通常采用合金内氧化法银金属氧化物（AgCdO、AgZnO、AgCuO）材料制成，越来越多的电器采用银氧化锡（AgSnO₂）替代银氧化镉（AgCdO）材料。银氧化锡比银氧化镉有更好的热稳定性和更高的硬度，具有更好的抗熔焊性和耐灼性。

1.2.1.2 触头的接触电阻和磨损

触头（动、静触头）之间的接触电阻包括膜电阻和收缩电阻。触头在运行时还存在触头的磨损，触头的磨损包括电磨损和机械磨损。

1.膜电阻

膜电阻是触头接触表面在大气中自然氧化而生成的氧化膜造成的。氧化膜的电阻要比触头本身的电阻大几十倍到几千倍，导电性能差，甚至不导电，并受环境的影响较大。

2.收缩电阻

收缩电阻是由于触头实际接触的面积总是小于触头原有可接触面积，这样有效导电截面积减小，当电流流经时，就会产生电流收缩现象，从而使电阻增加及接触区的导电性能变差。由于这种原因增加的电阻称为收缩电阻。如果触头之间的接触电阻较大，就会在电流流过触头时造成较大的电压降落、电阻损耗大，将使触头发热而致温度升高，导致触头表面的膜电阻进一步增加及相邻绝缘材料的老化，严重时可使触头熔焊，造成电气系统发生事故。

因此，对各种电器的触头都规定了它的最高环境温度和允许温升。

3.电磨损

电磨损是由于在通断过程中触头间的放电作用使触头材料发生物理性能和化学性能变化而引起的，电磨损的程度决定于放电时间内通过触头间隙的电荷量的多少及触头材料性质等。电磨损是引起触头材料损耗的主要原因之一。

4.机械磨损

机械磨损是由于机械作用使触头材料发生磨损和消耗。机械磨损的程度取决于材料硬度、触头压力及触头的滑动方式等。

1.2.1.3 触头的接触形式

触头的接触形式主要有点接触、线接触和面接触三类。触头的结构形式有指形触头和桥形触头等。微型继电器中常采用分叉触头和片簧触头。图1-1所示是几种触头的接触形式。

由图1-1可见，面接触的实际接触点要比线接触的多，而线接触的又要比点接触的多。图1-1d是微型继电器实物。

图1-1a所示为点接触，它由两个半球形触头或一个半球形与一个平面形触头构成，这种结构容易提高单位面积上的压力，减小触头表面电阻。点接触常用于小电流电器中，如接触器的辅助触头和继电器触头。

图1-1b所示为线接触，常做成滚动触头结构，它的接触区是一条直线。触头通断过程是滚动接触并产生滚动摩擦，以利于去除表面的氧化膜。开始接触时，静、动触头在A点接触，靠弹簧压力经B点滚动到C点，并在C点保持接通状态。断开时做相反运动，这样可以在通断过程中自动清除触头表面的氧化膜。同时，长时期工作的位置不是在易烧灼的A点而在C点，保证了触头的良好接触。这种滚动线接触适用于操作次数多、电流大的场合，多用于中等容量电器。

图1-1c所示为面接触，这种触头一般在接触表面上镶有合金，以减小触头接触电阻，提高触头的抗熔焊、抗磨损能力，允许通过较大的电流。中小容量的接触器的主触头多采用这种结构。以按钮操作为例，触头的闭合过程如图1-2所示。

图1-2是双断点触头的动作过程，两个触头串于同一个电路中，构成一个触头电路，电路的接通与断开由两个触头共同完成。触头电路在接触时，接触电阻应尽可能小，为了使触头接触得更加紧密，以减小接触电阻，消除开始接触时产生的振动，在制造时，在触头上装有接触弹簧，使触头在刚刚接触时产生初压力，并且随着触头的闭合过程逐渐增大触头互压力，使两个触头的接触处有一定的压力，当动触头刚与静触头接触时，由于安装时弹簧预先压缩了一段（预行程），因此产生一个初压力F₁，如图1-2b所示。触头接触后，由于弹簧在超行程内继续变形而产生一个终压力F₂。触头的超行程即从静、动触头已达闭合位置后，整个触头系统相对运动，向前再压紧的距离，也就是操动器的行程。有了超行程，在触头磨损的情况下，仍具有一定压力，磨损严重时超行程将失效，如图1-2c所示。

1.2.1.4 触头的状态

图1-1e中，成套触头是指同一个继电器中各触头组的集合。各触头组之间由绝缘体分隔；输出电路是指控制继电器的输入电路（即线圈）中达到规定条件时，与产生预定变化的引出端相连接的所有继电器零部件；触头电路是指含有接触件的输出电路。一组转换触头含有两个相连的触头电路；触头组是指接触件与其绝缘体的组合，通过其相对运动，将触头电路闭合或断开；接触件是指闭合或断开输出电路的导电零件，触头是在接触件中，闭合或断开触头电路的部分。

触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。原始状态（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头。原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头。线圈断电后所有触头复原。按触头控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流，辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。