第4章_电器的电接触理论

电接触表面的物理景图
• 工程应用中的电接触实际接 触点的总面积往往只有整个 视在接触面积的千分之几 （压力非常强大时，可达到 百分之几），而导电斑点的 的总面积比实际接触斑点的 面积小得多。
4.3 接触电阻的理论和计算
接触电阻是产生局部高温的原因。
• 电流通过两导体点接触的主要现象是接触处出现局部高 温。产生此现象的原因是电接触处存在一附加电阻，称之 为接触电阻。
2、电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，接触处不发 生熔焊或或触头材料喷溅；
3、在关合过程中，触头能关合短路电流，不发生熔焊或触 头损坏； 4、在开断过程中，触头材料损失少，电磨损小。
4.2 电接触表面的物理景图
如图右图所示，为几种 机械加工后的钢表面轮 廓图并与玻璃表面。
由图可知：不同材料、 不同加工方法、不同工 艺过程所得到的表面微 观状态不相同。
电接触的可靠性
对电器的电接触，特别是可分触头的工作可靠性是很重 要的。
如果触头的材料、结构或制造质量不好，触头在工作过 程中就会发生严重损坏或因电弧而熔焊，电器工作的可靠性 就无法保证。
电接触的主要要求
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，接触电阻要求稳定。
两接触元件可随时分合。这种可分、合接触元件通常称为 触头或触点。
可分、合电接触按工作电流又可分为： ① 弱电流触头——电流在1A以下，如继电器的触头。 ② 中电流触头——电流从几个安到几百安，如低压断路器 的触头 ③ 强电流触头——电流在几百安以上，如高压断路器和部 分低压断路器。
4.1.1 电接触的分类
接触电阻、温升、熔焊和磨损等。
4.1.1 电接触的分类
按结构形式不同，分三种。 (1) 固定电接触： 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。
(2）滑动和滚动电接触： 触头能作相对滑动和滚动，但不相互分离，它们的相对运动 方向与接触表面平行。
4.1.1 电接触的分类
(3) 可分、合电接触：
触头结构示意图
电接触现象
电接触共有的工作状态是接触元件闭合接通电流。
可分接触——运动状态；静止状态。 运动状态——打开过程；闭合过程。 静止状态——打开位置；闭合位置。
当两导体相互接触流过电流时，接触处会出现局部高温，严 重时可达到接触导体材料的熔点。
电接触的主要要求
电接触的工作面临:
（1）长期工作电流作用； （2）开断与关合过程中的电弧作用。
R' ab

U
' ab
I
Rab
(4 3)
R 增大，增大部分称为接触电阻R j
Rj

R' ab
Rab
(4 4)
4.3 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？
a
a
电接触学科的奠基人霍尔姆(R.
b
b
Holm)做了正确的解释。
c) 两接触元件中，收缩区内的电流-电位场完全对称，且材 料的电阻率处处相等。
4.3.1 收缩电阻Rs
在导体媒介中，恒定电场与介质中静电场有相似关系
C
Gk
(4 10)
式中，G，k ——分别为导电媒质中的电导、电导率； C，——分别为介质中相同场的电容、介电常数；
4.3.1 收缩电阻Rs
孤立斑点a总收缩电阻的理论公式为
4.3 接触电阻的理论和计算
• 先用简单现象，说明接触电阻的性
a
a
质：一导体，通电流 I 时，用电压
表可测出导体上一小段的电压降为
b
b
Uab
导体的电阻为
Rab

Uab I
(4 1)
将此导体切成两半，对接一起，加力 F ，形成电接触，仍 通电流I ，测原小段导体的电压降U，就会发现Uab' Uab
(4 7) (4 8) (4 9)
4.3.1 收缩电阻Rs
经过加工的金属表面的情况示意图（放大）
接触面接触情况示意图
4.3.1 收缩电阻Rs
为简化问题，取一个接触点来分析。作如下假设：
a) 接触表面中，导电斑点的几何形状为圆形，半径为a，且a 为常数；
b) 导电斑点之间有足够大的分散距离，可认为斑点与斑点之 间电流-电位场互不干扰；

2Rs 2a
(4 11)
式中，ρ——接触元件材料的电阻率； a——导电斑点半径。
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。
4.3.1 收缩电阻Rs
电器的导电回路总是由若干元件构成，其 中，两个零件通过机械连接方式互相接触 而实现导电的现象——电接触
电接触的目的 —— 导电。 接触中出现的有关物理的、化学的、电的
现象称为电接触现象。 电接触 —— 是所有电器设备中不可避免
的，是一种普遍现象。
电器的电接触现象
1、可能存在的问题 （1）两导体接触后，接触处会出现局部高温，严重 时可达接触导体材料的熔点； （2）触头在通断过程中，触头间会产生电弧，其高 使触头表面熔化和汽化，使触头材料损失，或导致 触头的熔焊。 2、主要分析对象
另一个接触元件的收缩电阻Rs2；
三者在电路上是串联的关系，故接触电阻Rj可用下式表示：
R j Rs1 Rb Rs2
(4 6)
特别地
1、材料相同时， R j 2Rs Rb Rs1 = Rs2=Rs
2、在真空中洁净表面， Rj 2Rs Rb≈ 0
3、相反，若Rb＞＞2Rs ， Rj Rb
第4章 电器的电接触理论
福州大学 许志红 苏晶晶
复旦大学
第4章 电器的电接触理论
4.1 电器的电接触现象 4.2 电接触表面的物理图景 4.3 接触电阻的理论和计算 4.4 影响接触电阻的主要因素 4.5 接触区域的热效应 4.6 触头的振动与熔焊 4.7 触头磨损与材料转移
复旦大学
4.1 电器的电接触现象
产生接触电阻的Biblioteka 要原因1、电流线收缩：实际接触面积减小，电流线在接触面附近发生了收 缩 —— 收缩电阻R s。
产生接触电阻的主要原因
2、表面膜的存在
接触表面可能被一些导电性能很差的物质（如氧化 物）覆盖 —表面电阻R b
接触电阻的组成
接触电阻一般应包含以下几个部分：
一个接触元件的收缩电阻Rs1； 接触面间的膜电阻Rb。