1 引言

　　电触头是开关电器的关键部件之一，其性能直接关系到整个电器设备或系统的运行可靠性，而触头材料又是决定电触头寿命的关键因素，因此研究触头材料的电寿命对材料的选用和新型材料的开发具有指导作用。另外，在低压电器领域，银基触头材料种类繁多且得到*广泛的应用，即使同一种类的触头材料，由于制造方法、配对方式及所用试验设备等条件的不同，其电寿命也会有很大差别，因此研究触头材料电寿命的试验方法具有实际意义。

　　2 实验方案、电路及设备

　　2.1 实验方案

　　由广州市银玑电工合金有限公司加工制造五种电触头AgZnO10、AgCdO12、AgSnO2(8.5)In203(4)、AgNil0、AgC5各12套共60套，然后把加工好的电触头固定在实验接触器上，每种材料在每台接触器上采用对称配对方式分别开断交流50A电流10000次、100A电流5000次、150A电流3000次，采用非对称配对方式开断交流100A电流5000次，对称配对时开断次数如表1所示，实验前、中(即二分之一操作次数)、后分别用电光分析天平称量动、静触头的质量并作记录。实验中闭合时间为1秒，由SJ;完成，开断时间为4秒，由SJ。完成，总的开断次数通过时间继电器SJl定

　　时(*长定时时间可达12小时)。在实验过程中，还用数字式荧光示波器采集五种材料在开断和闭合过程中的电弧电压、电流波形。

　　图1 实验电路图

　　M1：中间继电器 KM2：实验接触器 QS：隔离开关 QF;空气断路器

　　QA：起动按钮 QT：停止按钮 SJ1~SJ3：时间继电器 R：电阻性负载

　　2.2 实验电路

　　实验电路如图1所示。

　　2.3 实验设备

　　本实验的设备主要有：

　　a.实验开关

　　实验开关是三台接触，型号分别为CJ20——40、CJ10——60。

　　b.数显时间继电器

　　实验用的SJ1、SJ2和SJ3都是数显时间继电器，其中SJ1是JS14S型，它控制电路的总定时时间，量程为12小时。SJ2和SJ3都是JS11S型，SJ2控制接触器的开断，SJ3控制接触器的闭合，它们的量程都是99秒。

　　c.JDZl型中间继电器

　　主要技术参数：额定电压380V，额定发热电流为5A。

　　d.TG328B电光分析天平

　　主要用于测量触头材料在不同试验点的质量，基本参数：*大载荷200g，分度值0.1mg，机械加码范围10mg到199.90g。

　　e.数字式荧光示波器

　　TDS3034型数字式荧光示波器主要用于对各种电路中电信号波形进行捕捉、存储、数值计算，可将波形及结果存盘交PC机处理，也可直接接打印机输出。

　　3 实验结果

　　从接触器Cn0—20开断50A电流时的质量损失曲线(文中没有给出)中可以看出，绝大部分材料的侵蚀率都随电流的增加而增大，但不同的材料具有不同的变化趋势。随着电流的增加，AgCdO的变化是*平缓的，且在整个过程中它的侵蚀量几乎是*小的;AgC侵蚀率变化显著，且几乎总是*大的;AgNi的侵蚀率在150A时显著增大，仅次于AgC，说明AgN适宜于50A的IOOA的电流，不适宜于150A的电流。总的来说，在接触器Cn0—20开断50A和100A的电流时，四种材料(AgSnO：的规律不明显，没参与排序)侵蚀量的顺序为：AgC>AgZnO>AgNi>AgCdO;开断主要参数为：频率300MHz，4个数字通道，液晶彩显，高压衰减器的衰减倍数为1/500，电流探头指标为100mV/A。

　　f.扫描电子显微镜(附EDAX能谱仪)

　　实验用扫描电子显微镜的型号为：Cambridge S一360，主要用来观察试验后触头表面形貌;EDAX能谱仪可以很直观地给出触头材料表面不微区成份等信息。

　　g.电阻性负载

　　电阻性负载采用旋转式可调电阻器，额定电压220V，额定电流30A，*大电阻值4011。

　　表1 对称配对开断次数示意图

　　2.4 实验电路工作原理

　　实验电路的工作原理由下图表示

　　图2 电路工作原理图

　　150A电流时，四种材料侵蚀量排序为：AgC>AgNi>AgZnO~AgCdO。这从图3、图4的CJ10—20、50A时AgCdO和AgZnO触头断开时的电压、电流波形图上也可以看出，图上的数据是电弧电压和燃弧时间数值，实验时记录的相应的电流值分别为：△：310A和A1640A，从以上的数据可以看出，两种材料的电弧能量大小为：AgZnO~AgCdO，而实际两种材料动、静触头总的侵蚀量大小顺序也为：AgZnO(0.0266g)>AgCdO(0.0049g)。说明电弧能量越大，侵蚀量越大，其它材料也完全符合此结果。

　　两种触头材料非对称配对时，由于电接触表面动力学特性差异，可以减少触头材料的侵蚀量，并减少触头表面的裂纹，从而延长电触头的电寿命。例如，AgC(静)、AgNi(动)非对称配对，AgC有很好的耐熔焊性，而AgNi有较好的电弧运动特性，结果减少了AgC触头的侵蚀量，且表面的裂纹也显著减少，延长了它的电寿命。AgC表面裂纹的变化情况如图5、图6所示。

　　图3 AgCdO、CJi0-20、50A的电弧电压、电流波形图

　　图4 AgZnO、CJl0-20、50A的电弧电压、电流波形图

　　图5 AgC、CJ20-40、100A对称配对裂纹照片(放大500倍)

　　5 结论

　　1)该方法研究触头材料的电寿命，具有电路简单，操作简便容易实现的特点;

　　2)通过上述实验，得出对称配对时AgCdO的电寿命*长，AgC的电寿命*短，50A和100A时AgNi的电寿命较长，150A时电寿命缩短，仅次于AgC，说明AgNi适宜用于小100A的电流;

　　3)采用非对称材料配对，能够延长触头材料的电寿命，例如AgC与AgNi配对时，延长了AgC的电寿命，说明AgC适宜于非对称使用;

　　图6 CJ20-40、100A、AgC(静)、

　　AgNi(动)非对称配对AgC裂纹照片(放大500倍)

　　4)两种材料非对称配对时，可减少触头表面裂纹。例如AgC(静)、AgNi(动)非对称配对，AgC表面的裂纹明显减少。