原来如此15：开关电器的触头也有动稳定性？

电流会产生磁场，载流导体周围也有磁场，磁场对载流导体会产生力的作用。这种作用力称为电动力。电动力的本质仍然是安培力（洛伦兹力）。

导线间的电动力与导线的长度成正比，与导线间的距离成反比，与导线间流过的电流的乘积成正比。若两导线的电流相等，则电动力与电流的平方成正比。

当两电流方向一致时，导体间的电动力是吸力；当两电流方向相反时，导体间的电动力是斥力。

所谓开关电器的动稳定性，指的是开关电器当其内部的载导电体流过短路电流时，开关电器能够承受短路电流产生的巨大电动力的冲击而不发生形变。

我们以低压交流接触器为例来说明。下图是某型拍合式接触器，我们可以从灭弧罩的缝隙中看到触头：

我们能看到接触器触头的尺寸很小，短路电流似乎对触头不会产生什么电动力。那么触头也有动稳定性吗？

看下图：

图中绘出了动、静触头间的电流线。我们用右手定则判断出磁力线方向，再用左手定则判断出电动力方向，我们会发现动、静触头间的作用力是斥力Fd。于是电磁吸力F为：

$F>F_{d} +F_{f}$

这里的Fd是正常运行电流产生的触头斥力，Ff是反力拉簧产生的拉力。

那么Fd的表达式是什么？见下式：

$F_{d} =\frac{\mu _{0} }{4\pi } I^{2} ln\frac{R}{r}$

这里的R是触头底面的半径，而r则是接触点的半径。

我们发现，触头斥力与电流的平方成正比，且触头半径越大，斥力也就越大。

设流过触头的交流电流为： $i=I_{m} sin\omega t$ 。我们来看看交流电流的平方是什么？

$i^{2}= (I_{m} sin\omega t)^{2} ={(\sqrt{2}I) }^{2} \frac{1-cos2\omega t}{2} =I^{2} -I^{2} cos2\omega t$

也就是说，交流电流的平方有如下特点：

第一个特点：它包括两个部分：其一是直流分量，它等于交流电流有效值的平方；其二是交流分量，它的最大值与直流分量相同，但方向相反，且它按2倍于电流频率变化；

第二个特点：它的最大值为2倍直流分量，最小值为零。

结合其它参数，我们可以得出结论：触头电动斥力Fd包括了两个部分，其一是恒定分量 $F_{d-}$ ，其二是交变分量 $F_{d\sim }$ 。我们来看它的图像：

我们看到了触头斥力的最大值和最小值，且最小值为零。

其实，不但触头斥力是如此，交流线圈的吸力也是如此。这样一来，每次电流过零时，在拉力弹簧的反力作用下，触头就会松动，严重时甚至会出现间隙。当电压再次加载后，就会在触头间隙中出现电弧，烧灼触头材料。

解决的办法是什么呢？第一是增加触头的压力，第二是在电磁吸力的铁心中增加短路环，使得电流过零时仍然保持有一定的吸力。短路环的作用十分重要，它可以在主磁通 $\Phi$ 流过时产生感应电流，而感应电流又会产生一个辅助磁通 $\Phi _{F}$ 。当主磁通过零时，辅助磁通 $\Phi _{F}$ 不过零，使得触头和电磁系统存在吸引电磁力，有效地消除触头振动和电磁系统振动。