电接触

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触头的接触电阻
接触电阻的产生 两个导体接触时 的附加电阻。 视在接触面积 实际接触面 导电斑点
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触头的接触电阻
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触头的接触电阻
接触电阻的实质 收缩电阻：由电流线收缩所产生的附加电阻，其本 质就是金属电阻，其大小与触头材料电阻率成正 比，与导电斑点直径成反比 膜电阻：电流通过接触面上薄膜产生的附加电阻， 此薄膜包括尘埃膜、吸附膜、无机膜和有机膜
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银镍合金
银镍合金(AgNi)电接触材料的制成采用先进的烧结、 挤压技术，镍颗粒呈纤维状均匀分布。 银镍合金(AgNi)的接触电阻低而稳定，导电、导热性 好，且烧损小、 电磨损小而均匀，材料转移比纯银 接点少，特别适用于狭小外壳中通断使用。 银镍合金在通断时由于氧化物而使电接点接触电阻 增高 ，对硫敏感，大电流下抗熔焊性能差。银镍 (AgNi)通常与银石墨（AgNiC）配对使用。银镍合金 材料(AgNi)中含有微量特殊添加物，明显提高了材料 的抗熔焊性能和耐电磨损性能。 主要应用于狭小外壳中的高负载触头，直流下用的 触头件；低压中、小电流等级接触器、继电器等。
电接触是研究固态导体与固态导体、固态导体与液态 导体、固态导体或液态导体与等离子体接触过渡区 中的机械现象、电现象、热现象、化学现象的专门 学科。 工程中的电接触按接触工作的原理可分为： 固定电接触 滚动和滑动电接触 可分合电接触
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电接触与触头
电接触 保证电流流通的导体间的接触 电接触类型 固定接触 滚动和滑动接触
=
µ I
0
2 m
4π n
ln
nσ
A
j
1
FHale Waihona Puke Im—通过触头的电流的幅值 A1—触点的横截面积
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触头接通过程及其熔焊
触头的机械振动 触头在闭合过程中产生的弹跳现象，机械振动 会使接触电阻周期性增大，甚至分离产生电 弧，使触头熔焊烧损
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触头接通过程及其熔焊
触头间距离随时间变化
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触头接通过程及其熔焊
限制桥蚀的方法：
选用导热性好的材料作为桥最高温度偏移侧的触 头，组成补偿触头对 采用合金材料，使金属桥的温度成对称分布
减小弧蚀的方法：
有效灭弧，缩短燃弧时间 磁场吹弧，使弧根运动 选用耐烧蚀的触头材料
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触头分断过程及其电侵蚀
小电流下的触头电侵蚀 桥蚀: V = aI 2 火花放电: V = γ q 大电流下的触头电侵蚀 电弧造成的侵蚀量
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电接触与触头
触头的分类 连接触头﹙焊接、栓接等﹚ 换接触头﹙动、静触头﹚ 换接触头的工作状态 闭合状态： 接触电阻 温升 熔焊 断开状态： 电弧 接通过程： 弹跳 分断过程： 电侵蚀
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电接触与触头
换接触头的基本参数 开距：触头处于断开状态时其动静触头间的最短距离 超程：触头运动到闭合位置后，将静触头移开时动触 头还能移动的距离 初压力：触头刚闭合时作用于触头上的压力 终压力：触头闭合终止位置时的压力
µ0 2 A1 Fy = i ln A2 4π
轴向电动力与导体粗细处的半径或截面积之比有 关，而与电流在收缩区内过渡的形状以及电流的 方向无关。
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闭合状态下的触头
当接触压力为Fj、触点材料的挤压强度为б、 触点数量为n，且压力和电流都均匀分布，触 点的接触面积为 A2 = F j (nσ )
F
y
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闭合状态下的触头
根据材料的软化电压和熔化电压，可估算触点 的允许接触电阻或不发生熔焊的最大电流 铜软化电压为0.12V，熔化电压为0.43V，相 应的软化温度和熔化温度为180℃和1083℃ 接触电阻非恒定值，是时变量
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闭合状态下的触头
触头间的电动力 触头间的电动力相当于变截面载流导体受到的电 动力。运用安培力公式可以导出总电动力的轴向 分量为：
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触头的接触电阻
Kc Rj = m (0.102 Fj )
Kc ---- 与触头材料，接触面加工情况以及表面 状况有关的系数 Fj ---- 接触压力 m ---- 与接触形式有关的指数
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触头的接触电阻
影响接触电阻的因素 接触形式：点接触 线接触 面接触 接触压力：压力越大 接触电阻越小 表面状况：加工精度 表面膜 材料性能：电阻率
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触头分断过程及其电侵蚀
电磨损的类型 桥蚀：触头分断时，分断点及其附近的触头表面金 属材料将熔化，并在动触头继续分离时形成液态金 属桥。液态金属桥断裂以致材料自一极向另一极转 移的现象。 弧蚀：由火花放电或电弧放电造成触头材料的损耗 火花放电 — 电压较高但功率很小 电弧放电 — 电流较大
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触头分断过程及其电侵蚀
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电接触参考书
电接触理论及应用，程礼椿 机械工业出版社，1988 电接触理论，荣命哲 机械工业出版社， 2004 电接触理论及其应用技术， 郭凤仪，陈忠华，中国电力出版社，2008
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主要内容
电接触与触头 触头的接触电阻 闭合状态下的触头 触头接通过程及其熔焊 触头分断过程及其电侵蚀 触头材料
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电接触的定义和分类
电接触理论
大连理工大学电气工程学院
电接触学科的发展
电接触学科的创始人是德国人R. Holm 1941 《电接触技术物理》， Die Technische Physik der Elektrischen Kontakte 1958 《电接触手册》 Electric Contacts Handbook 1967 《电接触理论与应用》 Electric Contacts Theory and Application
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银氧化锡
银氧化锡（AgSnO2）电触点材料具有优良、稳定的抗熔焊性 能及良好的耐电弧烧蚀性能。在电流较大（500~3000A的电 流范围内）的条件下，银氧化锡（AgSnO2）触点有比银氧化 镉（AgCdO）触点更好的耐电弧烧蚀能力。 在交流阻性负载下，银氧化锡触点比银氧化镉触点具有稍高 的接触电阻（由于有微量的特殊金属氧化物作添加剂，从而 保证了它的接触电阻处于允许的范围内），但在直流电路应 用场合下（如汽车继电器），却表现出低而稳定的电阻值。 广泛应用于大容量交流触器（如CJ20 、 CJ40 、 3TF系列 等）、直流接触器、交（直）流功率继电器、汽车电器、及 中小容量低压断路器上。
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银氧化镉
银氧化镉触头材料采用烧结或挤压工艺制成，银氧化镉 （AgCdO）内氧化镉（CdO）质点弥散分布于银基体中，电 触头动作时在电弧作用下，由于温度提高，氧化镉剧分烈解 蒸发而使电触头表面冷却，降低了电弧能量，从而极大地改 善了电触头的灭弧性能，因而银氧化镉触头材料具有耐电磨 损、抗熔焊等特点，且接触电阻低而稳定。氧化镉含量增 加 可提高材料抗熔焊性，但会增大接触电阻及温升，同时降低 材料塑性。 银氧化镉触头材料在大电流电器中其电寿命比银和银镍合金 有很大提高，被大量用于中大容量继电器、接触器、交直流 开关等低压电器领域中。 但近年来欧盟国家因环保问题已逐步禁用该材料，已大部分 由性能相近的银氧化锡等材料替代
τ
jm
=I
2
R (8λρ ) + I R ( 2
2 j 2 j
λ pKT A + τ j
本体温升
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)
触点超温
接触电阻损耗温升
闭合状态下的触头
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闭合状态下的触头
Rj — Uj 特性 直流稳态电流下，测量接触电压Uj ，求得接 触电阻Rj = Uj／I ，改变电流，得电接触Rj — Uj特性曲线 软化电压Us ﹙b点﹚ 熔化电压Um ﹙d点﹚
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电接触与触头
开距：保证断开后的安全绝缘间隔，其数值是由它 能否耐受电路中可能出现的过电压以及能否保证顺 利熄灭电弧来决定的。 超程：保证触头磨损后仍可靠接触，其值取决于触 头在其使用期限内遭受的电侵蚀。 初压力：降低闭合过程中的弹跳。 终压力：保证闭合状态下接触电阻低而稳定，其值 由许多因素，诸如温升、熔焊等所决定。
可分、合接触
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电接触与触头
对电接触的主要要求：
在长期工作中 —— 要求电接触在长期通过额定电流 时，温升不超过一定数值。接触电阻要求稳定。 在短时通过短路电流时 —— 要求电接触不发生熔焊 或触头材料的喷溅等。 在关合过程中 —— 要求触头能关合短路电流，不发 生熔焊或严重损坏。 在开断过程中 ——— 要求触头在开断电路时电磨损 尽可能小。
m = KnI × 10
α
−9
(g)
侵蚀系数 操作次数 分断电流
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触头分断过程及其电侵蚀
为了保证触头在其规定使用期限内能正常运 行，必须设有能够补偿其电侵蚀的超程。 电器触头的超程值主要取决于其允许的最大侵 蚀量
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栓接连接触头与接触导电膏
蠕变现象 在一定的温度下，栓接母线所受应力超过某一 限度时，即使外力不再增大，材料的塑性形变 缓慢增大的现象 导电膏 含导电填料和胶粘剂的糊状导电涂料 除膜 密封 隧道效应
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触头的接触电阻
接触电阻的分散度是很大的 在 F 较小时，接触电阻下限 的差别高达10倍之多 而当 F 增大时，接触电阻的 分散度逐渐减小 F 过大对减小接触电阻无明 显效果
接触电阻的试验曲线 材料：黄铜－黄铜 接触形式：球－平面
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闭合状态下的触头
触头的发热分为本体发热和触点发热两部 分。触点处有接触电阻，产生热量很大， 同时其表面积很小，热量只能通过热传导 传给触头本体。因此，触点的温度要比触 头本体高。 触点相对周围介质的温升为：
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电接触学科的发展
中国电工学会电接触及电弧研究会 王其平，程礼椿 中国通信学会通信设备制造专业委员会电接触组 章继高
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电接触主要研究内容
电接触科学是一门交叉科学，研究方向主要以下几个方面： 电接触现象与基本理论 固定接触中的接触电阻、温升、熔焊 滑动电接触的摩擦、磨损与润滑 可分合接触中的电弧、电磨损 环境效应 尘土、腐蚀性气体等对电接触的影响，实验室加速模拟 电接触材料 表面材料、抗电弧材料，润滑剂，加工工艺等 可靠性估计与故障检测