电接触理论
霍尔姆接触定律
霍尔姆接触定律
霍尔姆接触定律（Holm's Law of Contact）是电接触理论中的一个基本原理，它描述了接触电阻与接触压力之间的关系。
该定律是由德国物理学家霍尔姆（R. Holm）在19世纪末提出的，它指出在一定条件下，接触电阻与接触压力成反比关系。
霍尔姆接触定律的表达式为：
R = K / F^m
其中：
R 是接触电阻；
F 是接触压力；
K 和 m 是与接触材料、表面状况、温度等有关的常数。
这个定律表明，当接触压力增加时，接触电阻会减小。
这是因为增加接触压力可以改善接触界面的机械接触，使得接触面积增大，从而减小了接触电阻。
这个定律在电接触领域中有着广泛的应用，它可以帮助我们理解和预测电接触的性能和稳定性。
需要注意的是，霍尔姆接触定律只适用于一定范围内的接触压力和接触条件。
当接触压力过大或接触条件发生变化时，接触电阻与接触压力之间的关系可能会发生变化。
此外，该定律也忽略了其他因素（如接触材料的电阻率、温度等）对接触电阻的影响。
因此，在实际应用中，我们需要综合考虑各种因素，以便更准确地预测和控制电接触的性能。
第六章 电接触理论
§6-2 接触电阻的理论和计算 实际的金属表面加压接触的过程如下：两金属表面开始接
触时，有三个起始的实际接触点，由于刚接触时还未发生形变，
实际接触面积非常小，接近于零。由于此时接触面压强很大 （近似无限大）而发生形变。起始接触点在强大压强下将由弹 性形变过渡到塑性形变。在起始接触面受压变形的同时，总实 际接触面积扩大，两金属表面未接触部分逐渐互相接近。这样 金属表面凸出高度较小的点也会陆续不断接触而出现许多新的 实际接触点。由于总的实际接触面不断增大，实际接触面上所
触头烧损，有时是将主、副和弧触头并联在一起使用。
② 触头根据控制电流的大小分为：弱电流触头(几个培以下， 如继电器的触头)、中电流触头(几个安培~几百个安培，如 低压断路器的触头)和强电流触头(几百个安培以上，如高 压断路器和部分低压断路器)。
§6-1 电接触的分类和要求
§6-1 电接触的分类和要求
§6-1 电接触的分类和要求
四、为保证电接触长期稳定而可靠工作，必须做到：
1、电接触在长期通过额定电流时，温升不超过国家标准规定的数值，
而且温升长期保持稳定；
2、电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，接触处不发生熔焊或松 弛；
3、可分合接触在开断过程中，接触材料损失尽量小；
4、可分、合接触在闭合过程中。接触处不应发生不能断开的熔焊，且 触头表面不应有严重损伤或变形。
§6-2 接触电阻的理论和计算
导体电阻比接触电阻小得多，工程中可近似认为：Rj=Rab’
接触电阻的物理实质是什么呢？
电接触 学科的奠 基人霍尔 姆 (R. Holm)做了正确的解释。
电接触学科的奠基人霍尔姆(R. Holm)指出：任何用肉眼看 来磨得非常光滑的金属表面，实际上都是粗糙不平的，当两 金属表面互相接触时，只有少数凸出的点(小面)发生了真正 的接触，其中仅仅是一小部分金属接触或准金属接触的斑点 才能导电.当电流通过这些很小的导电斑点时，电流线必然 会发生收缩现象，见下图6-4的示意图。
电接触理论
第六章电接触理论§6-1 概述任何一个电系统，都必须将电流（作为电的信号或电的能量）从一个导体通过导体与导体的接触处传向另一个导体。
此导体与导体的接触处称为电接触，它常常是电信号或电能传送的主要障碍。
由电机、电器、自动元件、仪表、计算机等组成的现代化大型复杂电系统，例如通信系统、控制系统、拖动系统、电力系统等，它们所包含的电接触数目往往成千上万。
如果其中一个或几个工作不正常或失效，则将导致整个系统工作紊乱甚至停顿，其后果极其严重。
电系统和电器元件中电接触的具体结构类型是多种多样的，一般分为三类：1．固定接触两接触元件在工作时间内固定接触在一起，不做相对运动，也不相互分离。
例如母线的螺栓连接或铆接（称永久接触），仪表中的塞子、插头（又称半永久接触器）等。
2．滚动和滑动接触器两接触元件能作相对滚动和滑动，但不相互分离。
例如断路器的滚轮触头，电机的滑环与电刷及电气机车的馈电弓与电源线等。
3．可分、合接触两接触元件可随时分离或闭合。
这种可分、合接触元件常称为触头或触电。
一切利用触头实现电路的接通和断开的电器中都可见到这种接触类型。
上述三种接触型式中，它们共有的工作状态是接触元件闭合接通电流。
运行经验表明，当两导体相互接触流过电流时，接触处会出现局部高温，严重时可达接触导体材料的熔点。
在可分、合接触中它的通电状态除闭合通电以外，还有由闭合过渡到分离，最后切断电路，或由分离过渡到闭合，最后接通电路，以及处于开断状态等。
触头在切断或闭合电路的过程中，触头间往往会出现电弧。
电弧的温度很高，大大超过一般金属材料的熔点或沸点。
即使电弧存在的时间很短，也会使触头表面融化或气化，造成触头材料的损失，或者产生触头的熔焊。
因此，在以上三种电接触类型中，工作任务最重的是分、合接触器。
为了保证电接触长时间稳定而可靠的工作，必须做到：（1）电接触在长期通过额定电流时，温升不超过国家规定的数值，而且温升长期保持稳定。
（2）电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，接触处不发生熔焊成松弛。
军用连接器专业基础知识
第一章概论一、什么是连接器连接器的作用非常单纯：在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，保证电流顺畅连续和可靠地流通，使电路实现预定的功能。
连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路观察，你总会发现有一个或多个连接器。
连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。
例如，球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器，以及点燃火箭的连接器是大不相同的。
二、为什么要使用连接器设想一下如果没有连接器会是怎样？这时电路之间要用连续的导体永久性地连接在一起，例如电子装置要连接在电源上，必须把连接导线两端，与电子装置及电源通过某种方法（例如焊接）固定接牢。
这样一来，无论对于生产还是使用，都带来了诸多不便。
以汽车电池为例。
假定电池电缆被固定焊牢在电池上，汽车生产厂为安装电池就增加了工作量，增加了生产时间和成本。
电池损坏需要更换时，还要将汽车送到维修站，脱焊拆除旧的，再焊上新的，为此要付较多的人工费。
有了连接器就可以免除许多麻烦，从商店买个新电池，断开连接器，拆除旧电池，装上新电池，重新接通连接器就可以了。
这个简单的例子说明了连接器的好处。
它使设计和生产过程更方便、更灵活，降低了生产和维护成本。
连接器的好处改善生产过程连接器简化电子产品的装配过程。
也简化了批量生产过程易于维修如果某电子元部件失效，装有连接器时可以快速更换失效元部件便于升级随着技术进步，装有连接器时可以更新元部件，用新的、更完善的元部件代替旧的提高设计的灵活性使用连接器使工程师们在设计和集成新产品时，以及用元部件组成系统时，有更大的灵活性。
三、连接器行业涉及的主要相关理论知识（一）电接触理论电接触理论的范围很广，接触的物理—化学过程包括：接触时的热、电、磁、半导体等各种效应，接触电阻的物理本质及其计算，触头接触点温度场、触点的温差热电势及其对金属迁移的影响，触头金属小桥理论与计算，触点间热量和质量转移的物理过程及其数学模型等。
电器学 第二章 电接触与电弧理论(第7-11节)课堂笔记及练习题
电器学 第二章 电接触与电弧理论（第7-11节）课堂笔记及练习题主 题： 第二章 电接触与电弧理论（第7-11节）学习时间： 2016年11月14日--11月20日内 容：一、本周知识点及重难点分布表7-1 本周知识点要求掌握程度一览表二、知识点详解☆【知识点1】触头的接触电阻两个导体接触时产生的附加电阻即为接触电阻。
导体在接触时，是由一些小点接触的，在这些点的电流要收缩，称之为收缩效应，并且会形成与接触压力反向的电动斥力。
束流现象引起的电阻增量称为束流电阻。
导体的接触面暴露在大气中会导致表面膜层产生。
它包含尘埃膜、化学吸附膜、无机膜和有机膜。
触头表面由于尘埃膜、化学吸附膜、无机膜和有机膜等原因，使得电子无法穿过这层来导电，但是由于电子本身存在波粒二相性，可以以波的形式来穿透这层膜而导电。
这种现象称为隧道效应。
因此，膜层导致的电阻增量称为膜层电阻。
可见，接触电阻的实质是收缩电阻和膜电阻。
接触电阻的经验计算公式：c (0.102)j mj K R F 其中：c K --与触头材料、接触面加工情况以及表面情况有关的系数；j F --接触压力；m --与接触形式有关的指数（点接触0.5m =，线接触0.50.7m =，面接触 1.0m =）影响接触电阻的因素有很多，接触形式、接触压力、表面状况、材料性质等都会影响接触电阻的大小。
【知识点2】闭合状态下的触头接触电阻：两个导体接触时的附加电阻。
1、触头的发热触点对周围介质的温升为：()()j T j j jm A pK R I R I τλλρτ++=2/8/2222 式中：p A 、---触头本体的截面积及其周长；T K ---综合散热系数；j τ---温升()pA K I T j /2ρτ=。
2、接触电阻与接触电压降由于存在软化点和熔化点，所以趋势见图7-1。
图7-1 触头的i i U R -特性接触电阻随时间有一定的变化。
与薄膜的形成有关。
图7-2 接触电阻随时间的变化3、触头间的电动斥力2120ln π4d r r i F F y y ⎰==μ 式中：21r r 、---导体粗处和细处的半径；21A A 、---导体粗处和细处的截面积。
电弧电接触理论
SF6断路器灭弧室设计姓名：叶玮学号： 2010255专业：电机与电器指导教师：曹云东论文提交日期：年月日目录1 灭弧室简介 (1)2 平均分闸速度υ的设计 (1)f3 触头开距ι及全行程0ι设计 (3)k4 喷嘴设计 (3)4.1 上游区设计 (3)4.2 喉颈部设计 (5)4.3 下游区设计 (7)5 总结 (8)1 灭弧室简介断路器的主要功能是安全可靠地开断与关合。
目前高压SF6断路器的发展方向是单断口开断容量增大，而产品整体体积逐渐缩小，这就要求断路器开断过程中吹弧气体流动必须合理。
SF6断路器是靠气吹来熄弧的，因此在开断过程中灭弧室内气流场的分布状况就成为研究高压SF6断路器开断特性非常重要的组成部分。
GCB 灭弧室带负荷开断过程，是一个涉及热力学、气体动力学、电磁学及高压绝缘等专业的极其复杂的物理过程，电弧的燃烧与熄灭特性与灭弧室结构息息相关。
以往的灭弧室设计是以理论定性分析为基础结合研究试验的经验设计，设计可靠性小、盲目性大、成功率低。
近年来，灭弧室开断特性的数学模拟计算软件包已做了许多研究，有成果但不能满足工程设计计算需要，还应继续研究。
一个新的GCB 灭弧室数学计算模型(或新型灭弧室研究试品)设计的好坏，对计算机计算结果的可适用性及反复修改设计、重复计算的次数都有直接的影响。
SF 6断路器灭弧室的喷口，对开断过程中吹弧气体的流动起着控整理用，它直接影响着开断过程中喷口内SF6气体的介质强度的恢复特性。
从而对灭弧室喷口的设计成为SF6断路器整体设计中的核心内容之一。
断路器喷口结构对开断性能的影响很大，喷口是决定特高压断路器开断性能的最关键部件，也是特高压断路器设计的核心。
为此，世界上各大SF6断路器制造厂家研发出各具特色、具有独立知识产权的喷口结构。
但是，各公司的喷口的设计技术都是核心的机密。
目前为止，研究喷口结构和气流控制的国内外报道极少。
影响灭弧室工作特性的主要元件和特性参数是：分闸速度；行程、超程和开距；压气缸直径与容积；喷嘴尺寸与形状；触头形状与尺寸。
电接触理论
可分、合接触在开断过程中，触头材料损失应尽量小
可分、合接触在闭合过程中，接触处不应发生不能断 开的熔焊，且触头表面不应有严重的损伤或变形
主要研究内容
接触电阻 温升 熔焊 触头材料损失
2019/5/24
第六章 电接触理论
6
第六章 电接触理论
§6-1 §6-2 §6-3 §6-4 §6-5 §6-6 §6-7 §6-8
第六章 电接触理论
本章教学目的与要求：
• 掌握接触电阻的理论和计算，熟悉各种电接触，了解电接 触内表面的物理图景；
• 掌握接触点最高温升的计算，了解触头闭合过程的振动； • 掌握触头间的电动斥力、熔焊与焊接力，熟悉触头材料，
了解触头质量的转移与磨损； • 通过本章的学习，学生应掌握电器开关中接触电阻所涉及
触头闭合过程的振动分析 触头间的电动斥力 触头熔焊与焊接力 触头的质量转移和磨损
2019/5/24
第六章 电接触理论
2
第六章 电接触理论
§6-1 §6-2 §6-3 §6-4 §6-5 §6-6 §6-7 §6-8
概述 电接触内表面的物理图景 接触电阻的理论和计算 ψ-θ理论和接触电压 触头闭合过程的振动分析 触头间的电动斥力 触头熔焊与焊接力 触头的质量转移和磨损
铜
在空气中会由吸附膜发展为氧化暗膜
2019/5/24
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
对于电接触，最关于的是膜的导电性和是否易于破坏 设电子透过势垒形成的电流密度为J，接触面之间的
电压为U
膜的隧道电阻率（面电阻率）
膜电阻
n个并联导电斑点的膜电阻
绝缘膜的破坏
机车电器基础知识—电器的电接触理论
二、金属陶瓷材料
金属陶冶材料是由两种或两种以上的彼此不相熔合的金属组成的机械混合物， 其中一种金属有很高的导电性(如银、铜等)，作为材料中的填料，称为导电 相，另一种金属有很高的熔点和硬度(如钨、镍、钼、氧化镉等)，在电弧的 高温作用下不易变形和熔化，称为耐熔相，这类金属在触头材料中起着骨架 的作用。这样，就保持了两种材料的优点，克服了各自的缺点，是比较理想 的触头材料。
触头的参数 （a）断开状态； （b）刚接触时； （c）闭合状态。
五、触头的压力
1、触头的初压力：触头闭合后，其接触处有一定的互压力，称为触头压力。 触头压力是由触头弹簧产生的。 触头弹簧有一预压缩，使得动触头刚与静触头接触时就有一互压力F0，称为触头初
压力，它是由调节触头弹簧预压缩量来保证的。 初压力可以降低触头闭合过程的振动。 2．触头终压力：动、静触头闭合终了时，触头间的接触压力称为终压力FZ。它是由
在同一压力条件下，线接触的接触电阻比前两种较低。 其原因是触头的压力强度和实际接触面得到了适当配合。面接触的接触点虽较多，但
压力强度小，点接触的压力强度虽高，但接触点少，因此它们的接触电阻都比线接触情 况大。 线接触容易做到触头间有滑动和滚动，从而使触头的工作条件得到改善；线接触触头 的制造、调整、装配均比较方便，因而得到广泛的采用。常用于几十安至几百安电流的 中等容量的电器，如接触器、自动开关及高压开关电器的主触头。 触头实现电联接，一般采用触头弹簧压紧，压力较小，并考虑到装配检修的方便和工 作可靠，多采用点接触或线接触的形式。在近代高压断路器和低压自动开关中，有的采 用多个线接触和点接触并联使用，以减小接触电阻，使得工作可靠，制造检修方便。
电压表测量出其AB长度上的电压降为U， 则AB段导体的电阻为 R U
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2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
电接触处存在的附加电阻 产生接触电阻的原因
视在接触面
导电斑点
电流线收缩
导电膜
电流路径 导电截面 收缩电阻
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膜电阻
接触电阻
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
实质
接触电阻（Rj）
接触电阻一般包含三个部分 表面膜
清洁的金属表面吸附一层气体，其中的氧气或其他活泼气体常 与反应生成表面膜 表面膜的类型
绝缘膜：厚10-8 ~ 10-9 m，如金属表面氧化膜，颜色灰暗，又称为 暗膜 导电膜：厚度极薄、厚度为10-10 m，电子可借“隧道效应”透过 薄膜而导电，又称为吸附膜
平衡
实际接触面积 接触点压强
视在接触面积
>>
实际接触面积
>>
导电斑点面积
导电斑点
氧化膜破裂
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第六章 电接触理论
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第六章 电接触理论
§6-1 概述 §6-2 电接触内表面的物理图景 §6-3 接触电阻的理论和计算 §6-4 ψ-θ理论和接触电压 §6-5 触头闭合过程的振动分析 §6-6 触头间的电动斥力 §6-7 触头熔焊与焊接力 §6-8 触头的质量转移和磨损
电器理论基础
Fundamentals of Electrical Apparatus
电气与控制工程学院 王智勇
第六章 电接触理论
本章教学目的与要求：
• 掌握接触电阻的理论和计算，熟悉各种电接触，了解电接 触内表面的物理图景；
• 掌握接触点最高温升的计算，了解触头闭合过程的振动； • 掌握触头间的电动斥力、熔焊与焊接力，熟悉触头材料，
了解触头质量的转移与磨损； • 通过本章的学习，学生应掌握电器开关中接触电阻所涉及
的因素，电器设计中接触点最高温升的计算，如何降低触 头闭合过程中的振动。
2020/6/16
第六章 电接触理论
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第六章 电接触理论
本章教学重点与难点：
接触电阻的理论和计算；接触点最高温升的计算；斑点
的温度θm和接触电阻Rj的大小。
由电流线收缩而形成的附加电阻称为收缩电阻 若实际接触面之间的薄膜能导电，则当电流通过薄膜时有 另一附加电阻，称膜电阻
接触电阻一般包含三个部分
一个接触元件 的收缩电阻
接触面间的 膜电阻
另一个接触元件 的收缩电阻
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第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
接触电阻一般包含三个部分
可分、合接触的工作条件最苛刻，对其要求也最高
闭合状态：局部发热 分断、关合：产生电弧、触头烧蚀、触头材料损失、熔焊
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第六章 电接触理论
6
§6-1 概述
对电接触的要求
长期通过额定电流时，温升不超过国家标准规定的数 值，而且温升长期保持稳定
短时通过短路电流或脉冲电流时，不发生熔焊或松弛
本章教学基本内容：
概述 电接触内表面的物理图景 接触电阻的理论和计算
ψ-θ理论和接触电压
触头闭合过程的振动分析 触头间的电动斥力 触头熔焊与焊接力 触头的质量转移和磨损
2020/6/16
第六章 电接触理论
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第六章 电接触理论
§6-1 概述 §6-2 电接触内表面的物理图景 §6-3 接触电阻的理论和计算 §6-4 ψ-θ理论和接触电压 §6-5 触头闭合过程的振动分析 §6-6 触头间的电动斥力 §6-7 触头熔焊与焊接力 §6-8 触头的质量转移和磨损
2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-2 电接触内表面的物理图景
电接触
宏观 平坦光滑
微观 凸凹不平
电接触的表面状况与材料、加工方法、工艺有关
2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-2 电接触内表面的物理图景
电接触的物理过程
视在接触面积（大）
实际接触面积（很小） 接触点压强（很大）
面电阻率：Ω·m2
2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
接触电阻一般包含三个部分 表面膜
金
表面无暗膜，只有吸附膜。这种膜极易隧道导电，在电子设备中 大量使用
银
不易氧化，但大气中有臭氧存在时，氧化成Ag2O（易于清除，且 在200˚С时即分解），大量用于触头材料
铜
在空气中会由吸附膜发展为氧化暗膜
2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
对于电接触，最关于的是膜的导电性和是否易于破坏 设电子透过势垒形成的电流密度为J，接触面之间的
电压为U
膜的隧道电阻率（面电阻率）
膜电阻
n个并联导电斑点的膜电阻
绝缘膜的破坏
电的方法：击穿、熔解
收缩电阻
导电斑点之间没有影响
对孤立导电斑点，总收缩电阻理论公式为
接触元件材料的电阻率
导电斑点的半径
收缩电阻的物理意义：收缩电阻的本质就是金属电阻，其大小 与接触元件材料的电阻率成正比，与导电斑点的直径成反比
n个并联导电斑点的收缩电阻
2020/6/16
n个导电斑点半径的平均值
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
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第六章 电接触理论
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§6-1 概述
电接触（Electrical Contact）
电流从一个导体传向另一个导体，导体间的接触处称 为电接触
电接触的类型
固定接触
滚动和滑动接触
可分、合接触
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第六章 电接触理论
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§6-1触 可分、合接触
可分、合接触在开断过程中，触头材料损失应尽量小
可分、合接触在闭合过程中，接触处不应发生不能断 开的熔焊，且触头表面不应有严重的损伤或变形
主要研究内容
接触电阻 温升 熔焊 触头材料损失
2020/6/16
第六章 电接触理论
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第六章 电接触理论
§6-1 概述 §6-2 电接触内表面的物理图景 §6-3 接触电阻的理论和计算 §6-4 ψ-θ理论和接触电压 §6-5 触头闭合过程的振动分析 §6-6 触头间的电动斥力 §6-7 触头熔焊与焊接力 §6-8 触头的质量转移和磨损
机械的方法：挤压、滚滑、碰撞
2020/6/16
第六章 电接触理论
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§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
单个导电斑点的接触电阻
n个并联导电斑点的接触电阻
n和ap与接触力F有关
经验公式