原來如此——低壓電器觸頭在閉合前後發生的若干物理現象（2）

第二個物理現象：觸頭間的電動斥力

我們來看下圖：

上圖中有一對觸頭，它們已經閉合。我們看到，電流線在觸電的接觸處出現收縮。我們伸出右手，用右手螺旋定則來判斷電流線的磁力線方向，再伸出左手來判斷電動力方向。我們發現，觸頭間存在電動斥力，而且電流越大，斥力也就越大。

如果我們設流過觸頭的電流為I，觸頭半徑為R，觸頭的接觸點的半徑為r，則觸頭之間的電動斥力表達式為：

什麼意思呢？觸頭的電動斥力，與流過的電流的平方成正比，還與觸頭半徑與觸點半徑之比的自然對數值成正比。

我們來看一個實例：

我們用接觸器來控制一台三相籠型非同步電動機電動機，電動機的功率是22kW，則它的電流為：

在這裡，電動機主迴路配套了額定電流為52A的單磁脫扣器斷路器，配套了額定電流為50A的交流接觸器，配套了測量電流範圍為36到52A的熱繼電器。組合完成後，最大工作電流為50A。

那麼當系統送電瞬間，電流對斷路器和接觸器的觸頭會產生何種作用？

當電機帶電瞬間，它的轉子還未旋轉，這時流過電機的電流叫做起動衝擊電流，它的值大約為電機額定電流的10到15倍。例如上述這台電機的起動衝擊電流大約為10X42=420A。雖然起動衝擊電流存在的時間很短暫，不過數毫秒而已，但起動衝擊電流會對斷路器的觸頭、接觸器的觸頭和熱繼電器帶來電流衝擊。

從圖中看到，斷路器執行短路保護的磁脫扣器動作參數I3的值大於Ip，所以斷路器不會對電動機的起動衝擊電流執行保護操作，系統能夠也必須忍受這種電流衝擊。

我們假定接觸器的觸頭半徑是5mm，而觸點的半徑是0.2mm，我們用公式來計算一下觸頭產生的電動斥力是多少。如下：

一般的接觸器觸頭壓力為300N，這一點觸頭斥力對系統來說，不過是零頭的零頭而已，完全不在話下。所以，接觸器的觸頭完全可以承受電動機起動電流的衝擊。

現在，我們假定系統中出現了短路電流，它的大小按上述表格中給出的值是36kA，那麼情況又會如何？我們再來計算一下：

看得出來，這下這台接觸器就存在問題了，觸頭斥力已經大於觸頭壓力。也就是說，這台接觸器觸頭的動穩定性不合格。

觸頭動穩定性不合格，會在觸頭間出現電弧間隙，繼而出現高溫燒灼和觸頭材料熔融沾粘等非正常現象。這是在為電動機選配接觸器時必須竭力避免的。

顯然，對於上述ABB電動機起動配置方案表中出現的A50接觸器來說，它的觸頭壓力必定大於300N。那麼到底是多少呢？從計算值來看，它的觸頭壓力應當是420N才能滿足要求。由於我沒有這方面的資料，我們只能認可A50接觸器的觸頭壓力為420N。

現在我們來考慮另外一個問題：觸頭的接觸電阻和接觸電壓之間有何種關係？此影響會有何種物理現象出現？我們且聽下回分解。