第6讲 触头的特点和触头的通断过程

(3)铝 电导率和热导率在纯金属材料中居第三位，氧化膜难 去除，经济电导率高，价格低廉。 用于母线材料及其他线材 (4)钨 高的熔点、沸点和硬度，耐弧、耐电侵蚀和耐熔焊； 电阻率大、易氧化，且氧化膜几乎不导电，以致接触电阻很大。 工程上不采用纯钨触头 (5)石墨 非金属材料，不易氧化和产生氧化膜，电阻率高，机 械强度低，但耐弧和耐熔焊。 用于开关电器的灭弧触头材料 此外，继电器和弱电电器还常用金、铂等贵金属及其合金作 为触头材料。 二、合金材料 (1)铜钨合金 非常高的耐弧、耐侵蚀及抗熔焊能力。但因电阻 率高，需要高接触压力，故主要用于高压及大电流断路器。 (2)铜石墨合金 性能与铜钨合金相近，在很大的冲击电流作用 下也不致发生熔焊，故也常用于大中容量开关电器。 铜基合金虽然电阻率高，但工艺性强、价格低廉，至今仍被广泛 应用。
(3)银钨合金 耐弧、基本上不熔焊，而在工艺性及电阻率方面 均优于铜钨合金。因此，它尤适用于大容量开关电器。 (4)银镍合金 镍熔点较高，加入后可提高抗硫化及抗熔焊性能 ；它的接触电阻稳定，耐侵蚀，易作辗压加工，但抗熔焊能力 仍很低，且价格较高。此合金一般用于中小容量开关电器。 (5)银石墨合金 其含碳量与铜石墨合金相仿佛、具有高抗熔焊 能力，但质地软，不耐摩擦，一般用于非频繁操作的大中容量 电器。 (6)银碳化钨合金 碳化钨的化学稳定性优于钨，耐腐蚀性也较 高，故接触电阻较稳定，能耐受大电流，适用于低电压大电流 电器。 (7)银铜合金 铜之掺入可提高硬度和抗侵蚀性能，故用于频繁 操作处优于纯银。但铜含量达一半后极易氧化，使接触电阻不 稳定。因此，它不宜用于接触压力小的电器。 此外，继电器和弱电电器还常采用金与镍、铂、锆的合金以及 铂和铱或钌的合金。
二、触头的熔焊 定义：动静触头因被加热而熔化，以致焊在一起无法正常分开的 现象。 静熔焊：连接触头或闭合状态下的转换触头通过大电流时、因热 效应和正压力的作用使a斑点附近的金属发生的现象。 动熔焊：转换触头在接通过程中因电弧的高温作用或闭合状态的 转换触头为短路电流的电动力斥开使接触区局部发生的熔焊现象。 影响熔焊的因素主要有： 1、电参数：流过触头的电流、电路电压 2、机械参数：接触压力 3、表面状况：粗糙度 4、材料：品种、比热容、电导率和热导率 三、触头的冷焊 定义：继电器贵金属触头的氧化膜被破坏、因而纯金属接触面扩大 时，因金属受压力作用使连接处的原子或分子结合在一起的现象。
电器原理
第6讲：触头的特点和 触头的通断过程
电器原理
本讲课程主要内容
（1）触头的接触电阻和闭合状态下的触头
contact resistance of contact and contact under closing state
（2）触头接通过程和触头分断过程
contact turn-on process and contact turn-off process
第十一节 栓接连接触头与接触导电膏
一、母线在运行中的行为 搭接面的氧化膜对铜铝母线搭接的导电构成了很大威胁 化学和电化学腐蚀除造成材料侵蚀外，更严重的是使接触面状 况劣化、接触电阻剧增，温度骤升，最终破坏了电接触连接。 蠕变：在一定的温度下，当应力超过某一限度时，即使外力不 再增大，材料的塑性形变仍将缓慢地增大的现象。 蠕变极限：抵抗蠕变的强度。它会随温度上升而锐减。 栓接段的能量损耗很大 二、母线搭接区的处理 接触面压花、间隙填铜屑、包封搭接区、接触面搪锡 三、接触导电膏及其作用机理和效果 接触导电膏：含导电填料和胶粘剂的有流动性的糊状导电涂料 接触导电膏的作用：除膜、密封、隧道效应导电 涂敷导电膏的优点：减小接触电阻、节能降温、提高运行可靠 性、降低停电检修带来的损失
第九节 触头接通过程及其熔焊
一、接通过程中的机械振动
触头接通时的机械振动
触头的机械振动过程
触头振动的原因： 1、触头本身的碰撞 2、电磁机构中衔铁与铁心接触时的撞击 3、短路电流通过触头时产生的巨大电动斥力 触头第一次振动的持续时间
t1 = 2mυ1 1 − K / F0
全部振动时间—般为(120％~130％)t1
第八节 闭合状态下的触头
一、触头的发热 本体发热和触头发热 触头温升： τ jm = I 2 R 2 / (8λρ ) + I 2 R j / 2 λpK T A + τ j j
(触头的Rj-Uj特性
接触电阻随时间的变化
三、触头间的电动力 触头间的电动力有两个分量： 径向分量和轴向分量。 轴向分量为电动收缩斥力， 与导体粗细处的半径有关 。
四、真空开关电器触头材料 真空开关电器用的触头材料是采用真空冶炼方法制造的。它们 的电导率高、抗熔焊性强、分断能力高。其中真空断路器用的触 头材料有适用于大中容量产品的铜铋银合金、适用于中小容量产 品的铜铋铈合金和适用于作触头跑弧面的真空铜。用于真空接触 器的触头材料有作镶嵌式触头材料的铜铁镍钴-第铋合金以及铜钨-碳化钨合金。前者截止电流小、抗熔焊性能好、分断能力大； 后者耐绝缘电压高、分断能力大、耐侵蚀。 总之，近年来触头材料无论在元素配合还是在制造工艺方面都 做了许多深入的研究工作，并取得了很有益的成果。
（3）触头材料
contact material
第七节 触头的接触电阻
接触电阻Rj ：两截导体接触时产生的电阻 接触电阻的产生：
金属导体表面接触情况
a)束流现象 b)表面情况
束流电阻Rb：电流线收缩现象引起的电阻 膜层电阻Rf ：膜层导致的电阻 接触电阻Rj的经验公式： 影响接触电阻的因素： Kc 接触形式 、接触压力 、 Rj = 表面状况 、材料性能 (0.102Fj )m
第十二节 触头材料
对触头材料的要求： 1、低的电阻率和低的电阻温度系数； 2、高的最小燃弧电压和最小燃弧电流； 3、高的热导率、比热容、以及高的熔点和沸点； 4、高的抗氧化和抗化学腐蚀能力； 5、适当的硬度和良好的工艺性能。 触头材料的种类：纯金属、合金和粉末合金 一、纯金属材料 (1)银：在金属材料中它具有最高的电导率和热导率，氧化膜 易去除，接触电阻小，耐弧、耐侵蚀和抗熔焊性能均较差。 用于中小容量开关电器 (2)铜 电导率和热导率均很高，仅次于银。比热容大、工艺 性好、价格低廉。氧化膜不易去除，接触电阻大而且不稳定。 用于动静触头的接触面之间有相对运动(摩擦)的电器
第十节 触头分断过程的电侵蚀
分断过程中产生的电弧对触头的危害大于接通过程。 侵蚀：触头材料在工作过程中的损失 侵蚀产生的原因： 1、机械 2、化学 3、电 一、电侵蚀的类型 桥蚀：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：火花放电或电弧放电使触头材料逐渐耗损的现象。 桥蚀属于阳极电蚀 弧蚀属于阴极电蚀
二、小电流下的触头电侵蚀 主要表现为桥蚀和火花放电性质的弧蚀。 为降低火花放电导致的电侵蚀，通常是采用火火花电路。 三、大电流下的触头电侵蚀 大电流时，触头材料的电侵蚀主要表现为电弧放电性质的弧蚀。 影响触头电侵蚀程度的因素： 1、电弧电流 2、电弧的移动速度 3、电弧的燃烧时间 4、触头的结构形式 5、操作频率 四、电侵蚀与触头的使用期限和超程 电侵蚀直接影响到触头的使用期限 电器触头的超程值主要决定于其允许的最大侵蚀量
三、粉末合金材料 (1)银氧化镉粉末合金 其氧化镉含量为12%~15%。含量过低 ，氧化镉(难熔相)效用难以发挥；含量过高，不仅不能扩大效果 ，反而有损工艺性。 (2)银氧化锡铟粉末合金 它的优点是无毒，且抗熔焊和分断 能力均与银氧化镉相当，而耐侵蚀能力强。 (3)银氧化锌粉末合金 它抗熔焊、抗电侵蚀好，而且电导率 高，常用于各种低压开关电器。 (4)银镍粉末合金 其电阻率小，接触电阻小，抗电侵蚀性能 好，又无毒，多用于小容量电器。 (5)银铬粉末合金 这种合金由于铬分散于银母相中，故抗熔 焊及抗电侵蚀性能好，接触电阻小而稳定。常用于小容量电器。 (6)银钨粉末合金 其抗熔焊及抗电侵蚀性能因两种元素均保 持了各自的本色而优于银钨合金，而且是随含钨量增加而提高。 (7)银碳化钨粉末合金 它具有很好的抗熔焊和抗电侵蚀性能 。由于其抗氧化性好，故接触电阻稳定。此外，它还具有体积小 、重量轻的优点，又能节银。