漫談低壓電器之1——交流接觸器的主觸頭參數與線圈有關嗎？

來自專欄低壓電氣和低壓電器技術

作為電氣工作者，不知道交流接觸器的人應當不多。交流接觸器主要用作低壓電動機的控制電器。

下圖是交流接觸器用於控制電動機的具體電路圖：

在圖2中，KM就是交流接觸器。我們在圖2左側的主迴路中看到交流接觸器的主觸頭，在右側輔助迴路的下方看到交流接觸器的線圈，在右側輔助迴路的上方看到交流接觸器的輔助觸點。

當我們按下輔助迴路中的控制按鈕SB1，交流接觸器的線圈得電，接觸器進入吸合階段，主觸頭也隨之閉合，同時與SB1並聯的交流接觸器輔助觸點閉合，實現自保持功能。所謂自保持，指的是合閘控制按鈕SB1隨著人手鬆開而返回後，輔助觸點能維持交流接觸器線圈帶電狀態。於是，電動機進入到起動和運行狀態。

當我們按下輔助迴路中的控制按鈕SB2，交流接觸器線圈失壓，接觸器釋放，主觸頭也打開返回，電動機失去電能供應而進入停止運行狀態。

上述過程對於電氣工作者來說應當是再熟悉不過了，現在我們來仔細推敲一番，看看能不能挖掘出什麼來。

第一：接觸器主觸頭屬於主迴路，接觸器線圈屬於輔助迴路

所謂主迴路，指的是電能傳輸和控制的迴路。主迴路又叫做一次迴路；所謂輔助迴路，指的是實施控制、信號傳遞、信號放大和電參量採集的迴路。輔助迴路又叫做二次迴路。

第二：接觸器主觸頭在開合瞬間到底發生了什麼？

當接觸器主觸頭閉合瞬間，在主觸頭上有哪些作用力存在？我們看圖3：

圖3中，我們看到主觸頭上有線圈給予的電磁合閘吸力Fx，有反力彈簧給予的反力Ff，有觸頭導電杆C形結構施加的斥力Fc，有觸頭電流收縮到接觸點而產生的霍姆斥力Fh，還有磁路銜鐵與鐵芯吸合撞擊反彈力作用在主觸頭上的作用力Ft。可見，主觸頭的吸合過程並非僅僅與線圈有關。

撞擊反彈作用的時間大約在5毫秒左右。當觸頭接觸後被彈開時，動靜觸頭之間會出現電弧燒蝕現象。觸頭材料會因此而熔融和蒸發，產生金屬蒸汽。金屬蒸汽的出現更加劇了電弧作用。

隨著反彈作用的消失，觸頭再次閉合後，霍姆力開始出現。

圖4是用來分析霍姆力的圖：

圖4的左圖可見觸頭中電流線的分布情況，圖4右圖中可見右側電流線產生的磁場以及受力情況分析。

右圖下方是靜觸頭中的電流，我們注意到電流線Ix，用右手螺旋定則可以判斷出它產生的磁力線方向，注意到右側為進入紙面方向。再看動觸頭的電流線Is，我們用左手定則可以判斷出它受到的電動力方向為圖中的Fs。Fs可以分解為水平方向的作用力Fsx和垂直方向的作用力Fsy。我們看到，水平方向的作用力會被另外一條對稱電流線產生的作用力抵消，但垂直方向的作用力卻得到增強。這垂直方向的力就是霍姆力，它是由西門子公司的電氣工程師霍姆發現的。

霍姆力表現為斥力，在一般情況下它的值不大，但在出現較大的電流（例如電動機的起動衝擊電流和短路電流）時霍姆力可以達到很大的值，並使得觸頭被斥開，而斥開後霍姆力消失，觸頭再次閉合，隨之再次因為霍姆力而被斥開。幾次過後，觸頭會因為電弧燒蝕而發生材料噴濺和蒸發，甚至出現動靜觸頭熔焊。也因此，霍姆力的作用被稱為開關電器的動穩定性。

上述這些作用參加我的系列文章：原來如此——低壓電器觸頭在閉合前後發生的若干物理現象（1）之一到之五。

看到這裡，我們發現接觸器的觸頭開斷不但與各種力有關，與電弧的關係也十分密切。

我將在下一篇文章來討論接觸器觸頭與電弧的關係，以及接觸器的若干主要技術參數背後的知識。