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继电器触点

继电器的触点就是处于常开或者常闭的状态,也就是简单的理解为开关常开或者常关使信号接通或者断开的接点就叫继电器的触点。

触点是电磁式继电器的最重要组成部分之一。触点的性能受到诸如触点材料、接触压力、负载类 型、工作频率、大气环境、触点配置及跳动等因素的影响。如果其中任何因素不能满足预定值,可能 就要发生诸如触点间的金属电化学腐蚀、触点熔焊、磨损、触点电阻快速增加等点接触问题。触点的 额定负载是指电磁式继电器允许分断的电压和电流,负载的大小决定了电磁式继电器能控制电压和电 流的大小。电磁继电器在使用过程中不能超过这两个值,否则会很容易造成继电器触点的损坏。 [1]

触点的接触形式有三种,即点接触、线接触和面接触。就电磁继电器而言,触点的接触形式多为点接触。市面上常见的电磁继电器有一组触点、两组触点和三组触点的。为了保证在实验过程中最大程度避免触点本身因为质量问题造成的偶然失效,并尽可能保证在最大空间内检测触点接触压力,所以实验过程中放弃选取具有一组触点和三组触点的电磁继电器,而选择具有两组触点的电磁继电器。

在通电状态下,动、静触点脱离接触时,如果被分断电路的电流超过某一数值(不同继电器触点材料不同,额定电流也不同),或分断后加在触点间隙两端电压超过某一数值(不同继电器触点材料不同,额定电压也不同)时,触点间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触点间气体在强电场下产生的放电现象,产生高温并发出强光和火花。电弧的存在,既烧损触点金属表面,降低电器寿命,又延长了电路的分断时间,甚至造成继电器接触失效,严重时会引起火灾或气体事故。所以要准确地检测出触点接触压力的变化规律,必须保证在实验过程中,电磁继电器分断的电流以及施加在继电器触点两端的电压不能超过额定值。 [1]

在动、静触点接触时,必须施加一个外加压力保证动、静触点间电接触良好,这个压力通常被称为触点的接触压力。

触点接触压力有如下几个作用:

(1)保证动、静触点的良好接触,使继电器接触电阻尽量小。

(2)防止表面膜的生长和接触面的污染。

(3)抑制触点的弹跳。使触点在闭合时的碰撞得以缓冲,将碰撞的动能转化为弹性势能,进而抑制触点的弹跳。

触点的接触压力对于电磁继电器触点来讲是一个很重要的参数,在产品进行初始设计时要经过多次试验才能选取得较为合适。如果将触点的接触压力选得比较小,就满足不了继电器可靠性方面的要求;如果将触点的接触压力选取的比较大,就需要增大继电器的操作功,对反作用弹簧的要求也需要提高,在技术上不经济。 [1]

一、电弧侵蚀

触点材料电弧侵蚀是指电极表面受电弧热流输入和电弧力的作用,使触点材料以蒸发或液体喷溅、固态脱落等形式脱离触点本体的过程,电弧侵蚀是限制密封继电器工作寿命和工作可靠性的关键因素,也是引起触点材料损失的主要形式。影响电弧侵蚀的主要因素,一是电弧特性及其对电极热流和力的作用,二是触点材料对电弧热、力作用的响应。

二、触点粘结与熔焊

第一、触点粘结是指表面完全清洁的两触点由于金属表面原子接近到晶格距离,靠原子的相互吸引而结合的现象。如果相互接触的触点,表面存在微观尖峰,由于触点的接触压力使尖峰发生塑性变形,或由于扩展接触而显著增加时,触点就会发生严重的粘结现象,导致触点工作失效。

第二、触点的熔焊是指两电极接触区域靠金属熔化而结合在一起的现象,根据形成原因,熔焊可分为静熔焊和动熔焊。由接触电阻产生的焦耳热使两触点接触部分熔化,结合而不能断开的现象称为静熔焊;而在触点控制外部电路的过程中,触点的接触压力在零值及以上附近变化时,触点之间产生液态金属桥接,或由于电弧热流使触点熔化而发生的熔焊现象则称为动熔焊。

三、金属迁移

当用密封继电器控制外部电路时,与外部电路正极连接的触点为正极,另一触点则为负极,正、负极之间形成电场。在电场的作用下,处于负极的触点将逐渐失去金属分子而形成凹陷口子,直至成为洞口,处于正极的触点将逐渐得到金属分子而形成微尖峰或锅底形凸出。随着密封继电器动作次数的增加,势必引起产品的失效

四、清洗污染

在密封继电器动、静簧片的加工阶段,簧片清洗完毕后从清洗液中取出时,其上粘附的清洗液在表面张力作用下富集于触点部位,当清洗液挥发后,其中的污染物(原清洗液或空气中吸附的尘埃)干固在触点周围。触点工作过程中,这种粘附物在负荷作用下部分地烧蚀了,或形成电阻相当高的复盖层即外膜,造成接触不良或完全绝缘。 [2]

一、电弧侵蚀

影响电弧侵蚀的主要因素,一是电弧的特性及其对电极热流和力的作用,二是触点材料对电弧热、力作用的响应。总的来说,电弧侵蚀的主要形式有两类:

1、气化蒸发:在电弧能量的作用下,触点的表层材料由固态转变成液态后,再转变为气态脱离触点的过程。在一定的条件下,触点材料也存在固态直接变为气态的升华过程。

2、液态喷溅:在电弧能量的作用下,触点的表面某一区域熔化形成液池,液池内的液态金属在各种力的作用下,以微小液滴的形式飞溅出去造成材料较大损耗的过程。这些力包括斑点压力、静电场力、电磁力、物质运动的作用力及反作用力、表面张力等。

电弧侵蚀的形式随着触点材料和负载电流条件的不同而变化。当负载电流较小时,触点材料的侵蚀以气化蒸发侵蚀为主;增大电流,则不仅有材料的气化蒸发,而且还会出现液态金属的喷溅现象,进一步增大电流时,金属的液态喷溅则成为触点材料侵蚀的主要形式。

二、触点粘接

触点粘接通常发生在触点静态接触时,由于接触电阻使导电斑点及附近的材料温度升高,从而导致扩散速度的极大提高和接触面积的大幅扩大。触点接触部位的金属分子互相挤压渗透所形成的分子力是导致触点粘结的内在因素;触点间的滑动摩擦是加速分子挤压渗透和积聚粘结力的必要条件。粘结力的大小取决于触点材料的刚性与导致分子挤压渗透的物理条件,触点间是否粘结取决于粘结力是否大于簧片的返回力。

三、触点金属迁移

在触点通断电路的过程中,通常两触点间均有材料的相互转移,只有当这种相互转移不能抵消时,才出现材料的净转移,显著的触点金属迁移是存在大净转移的结果。触点工作中的各种因素的不对称是触点产生金属迁移的主要原因,这些因素包括电弧、触点材料特性和各种外力的作用。具体情况如下:

1、电弧对触点存在各种形式的能量输入。对处于阴极的触点而言,离子流经过阴极经降压加速后碰撞阴极的动能、离子流在阴极表面和电子复合时放出的位能、弧柱辐射或传导至阴极表面的能量,以及阴极体内电流产生的焦耳热。这些能量的输入都会使触点材料的温度升高,出现熔化蒸发。

2、触点在工作过程中还有各种力的作用,包括电子力、静电力、电磁力、物质运动的反作用力、等离子流力,这些力都可能使触点表面熔融液池中的金属发生液态喷溅。

3、影响触点金属迁移的材料特性主要是:导电导热率、比热容、熔化和气化潜热、熔点和沸点,以及熔融状态下液池的冶金动力学特性。另外触点的尺寸、形状、触点间的连接形式等也会对触点的金属迁移产生影响。 [2]


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