开关触点设计

可以使用任何机制来构造开关，使两个导体以受控方式相互接触。

这可以很简单，例如通过杠杆的运动让两根铜线相互接触，或者直接推动两个金属条接触。

但是，良好的开关设计必须坚固可靠，并避免给操作员带来触电的可能性。因此，工业开关的设计很少如此粗糙。

开关中用于接通和断开电气连接的导电部件称为触点 .

触点通常由银或银镉合金制成，其导电性能不会因表面腐蚀或氧化而受到显着影响。

金触点具有最好的耐腐蚀性能，但载流能力有限，如果与高机械力结合在一起，可能会“冷焊”。

无论选择哪种金属，开关触点都由一种机制引导，确保接触均匀，确保最大的可靠性和最小的电阻。

开关触点载流量的限制因素

诸如此类的触点可以构造为处理极大量的电流，在某些情况下高达数千安培。

开关触点载流量的限制因素如下：

• 电流通过金属触点（闭合时）产生的热量。
• 触点打开或关闭时会产生火花。
• 打开的开关触点两端的电压（电流跨越间隙的电位）。

标准开关触点的一大缺点是触点会暴露在周围环境中。

在一个漂亮、干净、控制室的环境中，这通常不是问题。然而，大多数工业环境并非如此良性。

空气中存在腐蚀性化学物质会导致触点劣化和过早失效。

更麻烦的是经常接触火花可能导致易燃或易爆化学品被点燃。

密封接触开关

当存在此类环境问题时，可以考虑将其他类型的触点用于小型开关。

这些其他类型的触点是密封的，不会与外部空气接触，因此不会遇到与标准触点相同的暴露问题。

水银开关

一种常见的密封触点开关是水银开关。汞是一种金属元素，常温下呈液态。

作为一种金属，它具有优良的导电性能。作为一种液体，它可以与密封室内的金属探针接触（以关闭电路），只需倾斜密闭室，使探针位于底部即可。

许多工业开关使用含有汞的小玻璃管，这些玻璃管以一种方式倾斜闭合触点，倾斜另一种方式打开。

除了管破裂和溢出汞（这是一种有毒材料）以及易受振动的问题外，这些设备是露天开关触点的绝佳替代品，只要环境暴露问题受到关注。

在这里，水银开关（通常称为倾斜 开关）显示在打开位置，此时水银与玻璃灯泡另一端的两个金属触点没有接触：

此处，同一开关显示为处于闭合位置。重力现在使液态汞与两个金属触点接触，从而提供从一个到另一个的电连续性：

水银开关触点无法制成大尺寸，因此您通常会发现此类触点的额定电流不超过几安培，不超过 120 伏。

当然也有例外，但这些都是常见的限制。

磁簧开关

另一种密封触点类型的开关是磁簧开关。与水银开关一样，簧片开关的触点位于密封管内。

与使用液态金属作为接触介质的水银开关不同，簧片开关只是一对非常薄的磁性金属条（因此得名“簧片”），通过施加强磁场使它们相互接触密封管外。

这种类型的开关中的磁场源通常是永磁体，通过致动机构移近或远离管子。由于簧片尺寸小，此类触点的额定电流和电压通常低于普通水银开关。

然而，簧片开关通常比水银触点更好地处理振动，因为管内没有液体可以四处飞溅。

“缓冲器”电路

如果被切换的电力是交流而不是直流，那么通常会发现通用开关触点电压和电流额定值在任何给定的开关或继电器上都更高。其原因是交流电弧跨越气隙的自熄趋势。

由于 60 Hz 电力线电流实际上每秒停止并反转方向 120 次，因此电弧的电离空气有很多机会失去足够的温度以停止传导电流，直至电弧不会在下一个电压峰值重新启动.

另一方面，DC 是一种连续的、不间断的电子流，它倾向于更好地保持跨越气隙的电弧。

因此，在切换给定值的直流电时，任何类型的开关触点都会比相同值的交流电产生更多的磨损。

当负载具有大量电感时，开关 DC 的问题会被夸大，因为当电路打开时，开关触点上会产生非常高的电压（电感器尽最大努力将电路电流保持在与以下情况相同的幅度）开关闭合）。

对于交流和直流，通过添加与触点并联的“缓冲”电路（串联连接的电容器和电阻器），可以最大限度地减少触点电弧，如下所示：

由触点断开引起的开关触点两端电压的突然升高将通过电容器的充电作用（电容器通过汲取电流来抵抗电压升高）来缓和。

电阻器限制电容器在再次闭合时通过触点放电的电流量。如果没有电阻器，电容器实际上可能会使触点闭合时的电弧放电比没有电容器时触点打开时的电弧放电更严重！

虽然这种对电路的添加有助于减轻接触电弧，但它并非没有缺点：主要考虑因素是电容器/电阻器组合出现故障（短路）的可能性，从而始终为电子流过电路提供路径，即使在触点断开，不需要电流。

这种故障的风险以及由此产生的后果的严重性必须考虑到在没有缓冲电路的情况下增加的触点磨损（和不可避免的触点故障）。

在直流开关电路中使用缓冲器并不是什么新鲜事：汽车制造商多年来一直在发动机点火系统上这样做，用一个叫做冷凝器的小电容器来最小化分配器中开关触点“点”上的电弧em> .

任何机械师都可以告诉您，分配器“点”的使用寿命与冷凝器的运行状况直接相关。

润湿电流

通过所有关于减少开关触点电弧的讨论，人们可能会认为机械开关的电流越小越好。

然而，这并不一定如此。已经发现，少量的周期性电弧实际上对开关触点有益，因为它可以使触点面免受少量污垢和腐蚀。

如果机械开关触点在过小的电流下操作，触点将倾向于积累过大的电阻并可能过早失效！

保持机械开关触点健康所需的最小电流量称为润湿电流 .

通常，开关的额定润湿电流远低于其最大额定电流，并且远低于设计合理的系统中的正常工作电流负载。

但是，在某些应用中，可能需要机械开关触点来常规处理低于正常润湿电流限值的电流（例如，如果机械选择器开关需要打开或关闭电流值极小的数字逻辑或模拟电子电路） ).

在这些应用中，强烈建议指定镀金开关触点。黄金是一种“贵重”金属，不会像其他金属那样腐蚀。

因此，这种触点具有极低的润湿电流要求。如果在这种低电流服务中使用普通的银或铜合金触点将无法提供可靠的操作！

评论：

• 负责接通和断开电气连续性的开关部件称为“触点”。通常由耐腐蚀金属合金制成，触点通过有助于保持正确对齐和间距的机制相互接触。
• 汞开关使用液态汞金属块作为移动触点。水银触点的火花密封在玻璃管中，与外界环境隔绝，使这种类型的开关非常适合可能含有爆炸性蒸气的环境。
• 簧片开关是另一种密封触点装置，触点由玻璃管内的两个薄金属“簧片”形成，在外部磁场的影响下连接在一起。
• 开关触点承受比交流更大的直流切换压力。这主要是因为交流电弧具有自熄性。
• 称为“缓冲器”的电阻-电容网络可以与开关触点并联，以减少触点电弧。
• 润湿电流 是开关触点进行自清洁所需的最小电流量。通常，该值远低于开关的最大额定电流。

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