第六章电接触理论
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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。
电接触
12
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
13
触头的接触电阻
14
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
40
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
7
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
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
13
触头的接触电阻
14
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
40
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
7
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
电器学原理06电接触理论02
0
1 2
Uj 2
2
1 8
U
2 j
或
m m 0
U
2 j
____
8
m
U
2 j
____
0
8
HOME
6
§6.4 φ-θ理论
根据理论物理学中Wiede—Mann—Franz定律： 理论上，任何纯金属材料的热导率λ和电阻率ρ的乘积与温度T（ T为
d
展开各项，忽略高阶无限小项并积分，积分区间(0, φ) 、 ( θm ,θ)，得：
m
d
12
2
HOME
5
§6.4 φ-θ理论
____
令
则
1 2
m
d
2
m
____
d
将发热考虑至收缩区外时：
____
m
____
m
Q2
A d
d
dn
d
Aθ — 半椭球壳外表面的面积； d —半椭球壳外表面沿法线方向的温度梯度。 dn
在稳定状态下，达得热平衡 Q Q1 Q2
d 2
dR
A
d
dn
A
d
d
dn
1
U
R 2 j
S
I
1 2
U
j
IRS
斑点a到电位为φ处之间的收缩电阻:
Rs
U I
0
I
IRS
HOME
9
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
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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
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第六章 电接触理论
15
§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
电接触理论基础全套教学课件
第六章 电接触理论
6.4 jq理论和接触电压
一、研究的目的 •确定导电斑点的最高温升及收缩区的温升分布
•斑点尺寸小，分布内表面，使得测量困难
6.4 jq理论和接触电压
二、 对称收缩区的jq 理论
几点假定： ✓接触内表面斑点间相距很远，之间的电位场和温度场不影响； ✓接触元件材料相同，且为均质； ✓忽略热电效应（帕尔帖效应）； ✓两收缩区对称，元件间没有传热。
建立热平衡方程 Q Q1 Q2
(dj)2 dn
Aq
Aq
dq
dn
q
Aq dq
d(q dq )
dn
(dj)2 d2q
恒等式 dj dj jd2j d(jdj)
jdj jd2j dq
高阶无穷小
1 j 2
qm
dq
U
2 j
2
q
8
qm
q0
qm
U
2 j
8
6.4 jq理论和接触电压
三、jq 关系的应用
6.4 jq理论和接触电压
六、清洁对称接触的R-U 特性
清洁交叉铜棒的R-U特性
试验条件：改变电流I，测量接触 电压Uj和电流I，可以得到接触电 阻Rj与接触电压Uj之间的关系。 解释说明：
ab段：电流增加，温度升高，收 缩电阻增大；
bc段：达到材料的软化点，接触面 积增大，接触电阻显著减小；
cd段：曲线上升规律同ab段； de段：达到材料的熔化点，斑点处
6.4 jq理论和接触电压
二、 对称收缩区的jq 理论
发热量 传入量
(dj )2
Q dR
Q1
Aq
dq
dn
q
•导电斑点电位j=0，qqm等位
金属半导体(MS)接触
φM，半导体的功函数为φS，亲和势为χ
热平衡情形下，M和S之间电子的运动达到动态平衡。 热平衡时，电子从1到2（F1→2）和从2到1（F2 → 1 ）的 流量应该相等,即 F1 → 2＝F2 → 1 fD1g1(1－fD2)g2＝fD2g2(1－fD1)g1 fD1= fD2 则 Ef1＝Ef2
其中fD1和fD2为电子的费米分布函数，g1和g2为电子的态密度
qφ B = q (φ M − χ )
qφi = qφ B − (EC − E f ) = q(φM − φS )
§6.1 金属/半导体接触
6.1.4 理想肖特基（Schottky）势垒 半导体表面电子的再分布和半导体表面势的形成，与金属的 功函数相关。M/S之间形成的肖特基势垒通常会形成如下图 所示的特征。
§6.1 金属/半导体接触
6.1.2 M/S接触的形成 M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而 形成。利用金属硅化物（Silicide）技术可以优化和 减小接触电阻，有助于形成低电阻欧姆接触。
§6.1 金属/半导体接触
6.1.3 理想M/S接触的平衡能带图 1. 热平衡条件：形成统一的费米能级，即Ef = Const 在前面的讨论中，我们已经说明，任意半导体系统 在达到热平衡时，费米能级在空间范围内保持平直， 即Ef＝常数。相关的能带图特征，在非均匀掺杂的半 导体系统（PN结）中已有演示。这一法则在两种不同 类型的材料接触形成的系统中仍然适用。 考虑两种材料：金属（M）与半导体（S）形成接触 ，设其各自费米能级分别为Ef1和Ef2。金属的功函数为
6.3.2偏置的肖特基二极管的电容特性 外加偏置为VA时，耗尽区上有：
Q = A 2 qε Si N d (φ i − V A )
电接触
减轻触头熔焊的方法 采用电阻率小抗拉强度低和熔化温度高的触头 材料 增大接触压力降低闭合速度等来减小触头振动 改善触头表面状况
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触头分断过程及其电侵蚀
触头在合分过程中，由于金属在触头间的转移和液 态金属的溅射以及金属蒸气的扩散等原因造成触头 材料消耗及转移，这种现象称为触头的磨损 触头的磨损分为机械、化学、和电磨损三种 机械磨损: 动、静触头在通断过程中发生碰撞和摩擦， 化学磨损: 触头表面的氧化膜破碎 电磨损: 由电火花和电弧引起，是触头磨损的主要 形式，决定触头的电寿命
µ I =
0
2 m
4πn
ln
nσ
A F
j
1
Im—通过触头的电流的幅值 A1—触点的横截面积
20
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
21
触头接通过程及其熔焊
触头间距离随时间变化
22
触头接通过程及其熔焊
13
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
14
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：
17
闭合状态下的触头
电接触理论与应用
1.背景电接触理论在电力一次和二次装置的设计中有着重要的作用，却广泛的被忽视，造成了很多的质量问题，本文主要对电接触的理论及其实际应用进行了分析，以期对电力一次和二次设备的开发有所帮助。
2.金属表面接触肉眼看到干净平滑的金属表面实际上是凹凸不平的，当两个金属表面相接触时，粗糙表面将刺破表面氧化层和其他污染膜层，从而建立局部的金属接触导电路径，这些接触斑点成为a斑点，如下图。
从上图可以看出，导电的接触面积只是名义接触面积的一小部分，通常认为远小于1%。
例如完全退火的两个铜表面接触，施加10N的力，导电接触面积只占实际接触面积的0.008%，1000N的力，只占0.8%。
两个金属表面从施加力到接触完成的过程：当粗糙表面相互接触时，最高的粗糙顶峰最先接触，出现局部的应力，使顶峰被压缩，新的顶峰参与接触，承受大部分载荷。
当接触的粗糙顶峰数量增加到足够承受所施加的载荷时，接触完成。
3. 电接触材料3.1 铜铜的硬度低，可锻造，延展性好，并且具有比较高的电导率。
当前电力工业中应用比较多的是EPT铜，而EPT铜因为含有氧元素在氢气环境中加热到370度会发生氢脆现象，可以采用特殊的工艺得到基本不含氧纯度为99.98%的纯铜，成为无氧高导电率铜（OFHC）。
紫铜加工材按成分可分为：普通紫铜(T1、T2、T3---这个编号是按照杂质的含量，T1是小于 0.05%，T2是小于0.1%，T3是小于0.3%)、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类。
黄铜是铜和锌的合金，锌的含量为15%~40%，其电导率为紫铜的1/4，很少用于导电器件，一般是加工成无缝钢管用于热交换器和冷凝器，硬度比紫铜高，也可以用于连接件。
铜在含有氨和氯化物的空气中会产生十分严重的腐蚀，在沿海地区的盐分会加重铜的腐蚀，潮湿空气中的二氧化硫也会腐蚀铜。
3.2 银银广泛的用于闭合触点和断开触点，其缺点主要是熔点和沸点低，机械强度低，其最严重的缺陷是在含硫化合物的影响下较容易产生硫化特性。
电器学演示稿2 电接触
接触点。 2) 线接触：实际的接触面是分布在狭长区域内的若干 个接触点。 3) 面接触：实际的接触面是分布在平面上的若干个接 触点。 对RS来说，接触形式的影响主要表现在接触点数目n上， RS=ρ /2apn 。面接触 n 多 RS 小；点接触 n 少 RS 大；线接触 介乎两者之间。 对 Rb 来说，接触形式的影响主要表现在每个接触点所 承受的压力上，F1=F/n。面接触n多F1小，清膜能力小， Rb大；点接触n少F1大，清膜能力大，Rb小；线接触介乎 两者之间。
为了对触头间的电动斥力作定量分析，现仍采用一个 接触点的电接触收缩区电流—电位场物理模型。为了使 分析简化，假定接触面上的导电斑点是一个超导小球(等 位体)，这样，等位面变成圆球面，电流线变成辐射线。
令斑点超导小球的半径为b，圆柱形接触导体的半径为 B。可导出整个收缩区导体所受轴向总电动斥力为 2 Fd=μ0/4π·I ln(B/b) 2 =μ0/8π·I ln(AB/Ab) (6-66) 式中 I —电流通过触头的电流； AB —触头最大导电截面积； Ab —触头最小导电截面积，Ab=F/σ。 上式表明，触头间的电动斥力只与电流通过触头的最 大导电截面和最小导电截面有关，而与电流在收缩区内 的过渡情况无关。 在大功率电器中，为了减小触头间的电动斥力，常采 用多触头并联结构。设并联触头数为n，总电流为I，流
3 材料性质 包括电阻率ρ ( 影响 RS) ，机械强度σ 和硬度 ( 影响变 形) ，化学性能(易形成什么膜，膜的性质) 。 4 接触面加工情况 对大电流触头，采用线接触或面接触时，一般粗糙度 Ra1.6已足够，有的压花纹，提高平整度。 对小电流触头，为使 Rj 小而稳定，不易受污染，粗糙 度达Ra0.1以下，有的采用抛光工艺。
§6-6触头闭合过程的振动分析 一、触头振动的物理过程 触头在闭合过程中产生的弹跳现象，称为触头的机械
电器学原理06电接触理论01
HOME
12
§6.3 接触电阻的理论和计算
a 导电斑点点接触物理模型
HOME
13
§6.3 接触电阻的理论和计算
等位面为一系列共焦点的椭球壳。 根据导电媒质中恒定电场与介质中静电场的相关关系：
C G
式中：G、κ — 导电煤质中的电导、电导率； C、ε — 介质中相同场的电容、介电常数。
R 1 1 G C C
HOME
10
§6.3 接触电阻的理论和计算
2. 接触电阻的理论计算 1）收缩电阻：
HOME
11
§6.3 接触电阻的理论和计算
物理模型： （1）接触内表面中，导电斑点的几何形状为圆形，半径为a，且a 为常数； （2）导电斑点之间有足够大的分散距离，以至于斑点与斑点之间 电流—电位场互不干扰； （3）两接触元件中，收缩区内的电流—电位场是全对称； （4）两接触元件材料的电阻率处处相等； （5）除导电斑点外，其余的接触表面均不导电； （6）斑点圆形平面上电位处处相等； （7）取斑点圆形平面上的电位为零。
孤立斑点a总收缩电阻的理论公式为
2Rj 2a
式中： ρ — 接触元件材料的电阻率。 收缩电阻的物理意义： 收缩电阻的本质是金属电阻，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。
HOME
14
§6.3 接触电阻的理论和计算
一般情况下，接触内表面中，导电斑点不只一个，设有n个导电斑
电子可借助于“隧道效应”，透过薄膜而导电，这类膜由“吸 附”效应产生，故又称为吸附膜。
点，则 n个导电斑点的总电导为：
n
Gj Gji
i 1
n 2ai i 1
1
电接触理论2
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(1)触头相互趋近到接触前，因触头表面凸出 物的场增强效应，使小间隙击穿而引燃电 弧； (2)触头闭合时一个触头表面的某凸丘与另一 触头凸丘相遇，凸丘立即被电流加热气化 而引燃电弧； (3)触头闭合时当表面毛须短接立即爆炸而引 燃电弧。 (4 ) 触头闭合时产生反跳，拉出电弧。
40
41
触头断开电路,如果供给触头的电压和电流超过某一 最小值时将引燃电弧。触头从正常闭合位置开始 向断开的方向运动，因接触力逐渐减小，实际接 触面和导电面的面积减小，接触电阻相应增大。 在接触面最后分离前的一瞬间，I2R能量集中加热 最后离开点的一个很小很小的金属体积，使其温 度迅速上升到金属的沸点而引起爆炸式的气化。 在间隙充满高温金属蒸气的条件下，可能在10-8s 以内就形成电弧。这种由触头断开电路而引燃的 电弧称之为”拉弧”。
20
21
22
23
6—4 触头闭合时的撞击产生的机械磨损
由于触头多次撞击和某些滑动导致触头表面品粒疲劳而松动， 这些松动的微粒可能因触头分开过程造成的真空吸气作用 把这些微粒堆积起来，然后，在触头闭合时的撞击下，使 堆积起来的金属微粒锤紧并硬化，于是，另一触头在撞击 时受到凸出物压入的很大应力，使材料继续向凸块转移。 在以后的闭合作用下，凸块很容易从触头表面脱落下来。 根据滑动接触的磨损理论，触头撞击接触时，至少那些很 小的金属接触斑点会产生很大的粘接力(冷焊)，产生与滑 动磨损类似的过程。因此触头表面涂敷润滑剂，甚至触头 在潮湿大气中吸附水膜都能使触头机械转移和磨损减小。 如果能够使撞击松动的微粒在触头打开时随即吹走，则微 粒的堆积便不能形成因而触头的凸块转移即可避免。 在真空中，由于不存在触头打开时的吸气作用，故没有观察 到微粒的堆起，但是冷焊粘按作用往往弄得触头表面非常 粗糙。
(1)触头相互趋近到接触前，因触头表面凸出 物的场增强效应，使小间隙击穿而引燃电 弧； (2)触头闭合时一个触头表面的某凸丘与另一 触头凸丘相遇，凸丘立即被电流加热气化 而引燃电弧； (3)触头闭合时当表面毛须短接立即爆炸而引 燃电弧。 (4 ) 触头闭合时产生反跳，拉出电弧。
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触头断开电路,如果供给触头的电压和电流超过某一 最小值时将引燃电弧。触头从正常闭合位置开始 向断开的方向运动，因接触力逐渐减小，实际接 触面和导电面的面积减小，接触电阻相应增大。 在接触面最后分离前的一瞬间，I2R能量集中加热 最后离开点的一个很小很小的金属体积，使其温 度迅速上升到金属的沸点而引起爆炸式的气化。 在间隙充满高温金属蒸气的条件下，可能在10-8s 以内就形成电弧。这种由触头断开电路而引燃的 电弧称之为”拉弧”。
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6—4 触头闭合时的撞击产生的机械磨损
由于触头多次撞击和某些滑动导致触头表面品粒疲劳而松动， 这些松动的微粒可能因触头分开过程造成的真空吸气作用 把这些微粒堆积起来，然后，在触头闭合时的撞击下，使 堆积起来的金属微粒锤紧并硬化，于是，另一触头在撞击 时受到凸出物压入的很大应力，使材料继续向凸块转移。 在以后的闭合作用下，凸块很容易从触头表面脱落下来。 根据滑动接触的磨损理论，触头撞击接触时，至少那些很 小的金属接触斑点会产生很大的粘接力(冷焊)，产生与滑 动磨损类似的过程。因此触头表面涂敷润滑剂，甚至触头 在潮湿大气中吸附水膜都能使触头机械转移和磨损减小。 如果能够使撞击松动的微粒在触头打开时随即吹走，则微 粒的堆积便不能形成因而触头的凸块转移即可避免。 在真空中，由于不存在触头打开时的吸气作用，故没有观察 到微粒的堆起，但是冷焊粘按作用往往弄得触头表面非常 粗糙。
电气工程导论第六章电工理论与新技术PPT课件
磁共振成像技术(MRI)和CT成像技术比较，首 先是成像原理不同。
CT即计算机断层扫描技术,是将X射线对人体 组织作横断面扫描后通过计算机对密度对比 分析成像诊断疾病，对人体有X线辐射损伤，
MRI是通过发射脉冲磁场信号，对人体氢质子磁共振信号进行分析成像，
诊断疾病，不存在X线幅射损伤。可根据需要对人体进行横断面、矢状面、
托卡马克装置是一种磁约束 热核聚变实验装置，经过人 们50多年的不懈努力，1992 年以来，已经成功的在欧洲 联合环jet和美国TFTR上进行 了氘氚放电，开发聚变能的 科学可行性终于在托卡马克 装置上得到证实。
1911年夏天，当昂纳斯的两个研 究生在做低温实验时，偶然 发现某些金属在极低温环境 中，金属的电阻突然消失了 。昂纳斯接着用水银做实验 ，发现水银在4.1K时（约相当 于-269℃），出现了这种超 导现象；他又用铅环做实验 ，九百安培的电流在铅环中 流动不止，两年半以后仍旧 毫无衰减。
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通过研究人们发现：所有 超导物质，如钛、锌、汞 等，当温度降至临界温度 时，皆显出某些共同特征：
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将近一百年过去了，经过 几代科学家的不断探索， 人类也对超导的机理有了 一个大概的认识，目前我 们对它有一下解释：
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1950年，美籍德国人弗茹里赫与美国伊利 诺斯大学的巴丁经过复杂的研究和推论后， 同时提出：超导电性是电子与晶格振动相 互作用而产生的。他们都认为金属中的电 子在点阵中被正离子所包围，正离子被电 子吸引而影响到正离子振动，并吸引其它 电子形成了超导电流。
在磁悬浮列车方面的应用
列车的最高时速为300公里，飞机的为1000公里。所以人们就想寻 求一种时速介于两者之间的交通工具。磁悬浮列车整好满足了这个
要求。最高时速可达到500公里。
电器学原理06电接触理论06
被强烈的气流和电动力吹离触头，不再沉积到触头表面。
阳极和阴极触头都将产生严重的磨损
3. 触头电弧磨损的机理： (1) 带电粒子在电场作用下轰击电极，使触头表面材料蒸
发而损失； (2) 由于电弧区域内，电动力和气吹的作用，使熔化金属
成滴状喷出而损失。
HOME
HOME
§6.9 触头的质量转移和磨损
2. 电弧磨损
1） 分断电流I小于维持电弧放电的最小电流I0 ，线路电压U高于最小起弧
电压U0 ：
触头分离
液态金属桥
产生电弧
电弧不能维持燃烧
由于放电时触头间隙极短，从阴极发射出来的大量电子将很少碰到气体分 子，而直接轰击阳极使阳极触头材料蒸发，并落在阴极表面上凝结，从而造成 材料由阳极向阴极转移。
由于阳极触头导热能力较强，得液桥的温度分布接近对称，从而 限制了桥磨损。 （2）利用不同金属材料形成的液桥的直径不同，适当选配“触头对” 来实现触头正负转移的平衡。
例如，用金做阳极，铂做阴极。开始时，铂形成的液桥直径大，材 料从阴极转向阳极，当阳极表面满铂之后，桥转移方向相反，达到直自 动补偿。 （3）采用合金材料，使金属桥的温度分布对称。
§6.9 触头的质量转移和磨损
触头磨损的原因： 机械磨损 、化学磨损 、电磨损。
本节重点研究电磨损。
（1）电压≈ U0 (最小起弧电压)：
当 触头分开后，将产生金属桥（高温液体）。
触头进一步分开，金属桥被拉细，接触电化，金属桥被拉断。
一边触头表面上形成一针刺状，另一边表面上形成一凹坑。
阳极电弧
短弧
2） I < I0 ， U 较高 ( >300伏)：
电弧不能维持燃烧，高压产生为花放电，阴极在正离子的轰击下 蒸发而磨损。
阳极和阴极触头都将产生严重的磨损
3. 触头电弧磨损的机理： (1) 带电粒子在电场作用下轰击电极，使触头表面材料蒸
发而损失； (2) 由于电弧区域内，电动力和气吹的作用，使熔化金属
成滴状喷出而损失。
HOME
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§6.9 触头的质量转移和磨损
2. 电弧磨损
1） 分断电流I小于维持电弧放电的最小电流I0 ，线路电压U高于最小起弧
电压U0 ：
触头分离
液态金属桥
产生电弧
电弧不能维持燃烧
由于放电时触头间隙极短，从阴极发射出来的大量电子将很少碰到气体分 子，而直接轰击阳极使阳极触头材料蒸发，并落在阴极表面上凝结，从而造成 材料由阳极向阴极转移。
由于阳极触头导热能力较强，得液桥的温度分布接近对称，从而 限制了桥磨损。 （2）利用不同金属材料形成的液桥的直径不同，适当选配“触头对” 来实现触头正负转移的平衡。
例如，用金做阳极，铂做阴极。开始时，铂形成的液桥直径大，材 料从阴极转向阳极，当阳极表面满铂之后，桥转移方向相反，达到直自 动补偿。 （3）采用合金材料，使金属桥的温度分布对称。
§6.9 触头的质量转移和磨损
触头磨损的原因： 机械磨损 、化学磨损 、电磨损。
本节重点研究电磨损。
（1）电压≈ U0 (最小起弧电压)：
当 触头分开后，将产生金属桥（高温液体）。
触头进一步分开，金属桥被拉细，接触电化，金属桥被拉断。
一边触头表面上形成一针刺状，另一边表面上形成一凹坑。
阳极电弧
短弧
2） I < I0 ， U 较高 ( >300伏)：
电弧不能维持燃烧，高压产生为花放电，阴极在正离子的轰击下 蒸发而磨损。
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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。
讲授内容
§6.1 电接触的分类和要求 §6.2 接触电阻的理论和计算 §6-3 导电斑点处的温度计算 §6-4 触头闭合过程的振动分析 §6-5 接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算 §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 §6－9 电接触材料 §6.10 小结
不同的接触形式所涉及的问题不相同！
§6-1 电接触的分类和要求
对于固定接触，滑动或滚动接触，它们的工作性质决定了 只有前两项要求。
滑动或滚动接触还存在润滑和磨损问题。 可分和接触最关心接触电阻、电弧以及由电弧引起的材料
转移、接触恶化、动熔焊等。
§6-1 电接触的分类和要求 五、各类接触器实物图
§6-1 电接触的分类和要求
一、电接触及其可能出现的问题： 任一导电系统都有电流流过导体，或是由一个导体通过导体 与导体间的接触处传到另一个导体。 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。
e、特性指标： 包括容许温升、电动稳定性和动稳定电流和 电寿命（在规定的电路参数下，能正常通断 规定的负载电流的操作次数）等。 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。
3、电接触的分类2：
按接触面积大小不同，分点、线、面接触三 种。
§6-1 电接触的分类和要求
三、 对电接触的主要要求
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。
§6-1 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
§6-1 电接触的分类和要求
§6-2 接触电阻的理论和计算
一、电接触内表面物理图景
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。
如图6-1所示，为几种机械加工后的钢 表面轮廓图并与玻璃表面比较。
§6-1 电接触的分类和要求
1、可能出现的问题： （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，其高温使触 头表面熔化和气化，使触头材料损失，或导致触头的熔焊。
2、主要分析对象：接触电阻、温升、熔焊和磨损等。
§6-1 电接触的分类和要求
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。
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。
§6-1 电接触的分类和要求
(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。
§6-1 电接触的分类和要求
(3) 可分、合电接触： ① 定义：可分合电接触又叫触头或触点，是指可随时分开 和闭合的电接触，常由动、静触头组成。为防止电弧将主 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
二、电接触的定义和分类： 1、定义：电接触是导体与导体的接触处；也称电接触是2个或n个导体
通过机械方式连接，使电流得以通过的状态。
2、电接触的分类1：按结构形式不同，分三种。 (1) 固定电接触：用螺钉、铆钉等将母线与母线固定连接在一起，是
既无相对移动也无相对分合的电接触方式。
§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
Hale Waihona Puke §6-1 电接触的分类和要求
③ 触头有关参数和指标： a 工作参数(使用条件参数)：UN、IN、工作制、操作频率、通电持续 率(即TD％)； b 触头极数：直流有单极与双极；交流有3、4、5极等； c 断口数：单断口和双断口；
第六章 电接触理论
教学基本内容：
1、电接触概述； 2、电接触内表面的物理图景； 3、接触电阻的
理论和计算； 4、接触导体稳定温升的分布与接触点最高温升的计算；
5、触头闭合过程的振动分析； 6、触头间的电动斥力;
7、触
头熔焊与焊接力； 8、触头质量的转移与磨损； 9、触头材料。
第六章 电接触理论
教学重点与难点： 1、接触电阻的理论和计算； 2、接触点最高温升的计算； 3、斑点的温度θm和接触电阻Rj的大小。
电 器 理 论 基 础-第六章
天津工业大学 电气工程与自动化学院
电气工程及其自动化专业
第六章 电接触理论
电接触： 导体与导体之间相互接触（传递电流或电信号）。
内容提要 电接触的类型与要求 接触电阻及其影响因素 开关电器的触头 电接触材料
第六章 电接触理论
教学目的与要求： 1、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； 2、掌握接触点最高温升的计算，了解触头闭合过程的 振动； 3、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。
§6-1 电接触的分类和要求
d、结构参数： 开距：触头完全断开时，动静触头间的最短距离； 超程：当动静触头完全闭合后，移开动(或静)触头后，静(或动)触头
将要移动的距离。 初压力：动静触头刚刚接触时，每个触头上承受的压力。 终压力：动静触头完全闭合后，每个触头上承受的压力。
§6-1 电接触的分类和要求
讲授内容
§6.1 电接触的分类和要求 §6.2 接触电阻的理论和计算 §6-3 导电斑点处的温度计算 §6-4 触头闭合过程的振动分析 §6-5 接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算 §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 §6－9 电接触材料 §6.10 小结
不同的接触形式所涉及的问题不相同！
§6-1 电接触的分类和要求
对于固定接触，滑动或滚动接触，它们的工作性质决定了 只有前两项要求。
滑动或滚动接触还存在润滑和磨损问题。 可分和接触最关心接触电阻、电弧以及由电弧引起的材料
转移、接触恶化、动熔焊等。
§6-1 电接触的分类和要求 五、各类接触器实物图
§6-1 电接触的分类和要求
一、电接触及其可能出现的问题： 任一导电系统都有电流流过导体，或是由一个导体通过导体 与导体间的接触处传到另一个导体。 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。
e、特性指标： 包括容许温升、电动稳定性和动稳定电流和 电寿命（在规定的电路参数下，能正常通断 规定的负载电流的操作次数）等。 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。
3、电接触的分类2：
按接触面积大小不同，分点、线、面接触三 种。
§6-1 电接触的分类和要求
三、 对电接触的主要要求
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。
§6-1 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
§6-1 电接触的分类和要求
§6-2 接触电阻的理论和计算
一、电接触内表面物理图景
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。
如图6-1所示，为几种机械加工后的钢 表面轮廓图并与玻璃表面比较。
§6-1 电接触的分类和要求
1、可能出现的问题： （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，其高温使触 头表面熔化和气化，使触头材料损失，或导致触头的熔焊。
2、主要分析对象：接触电阻、温升、熔焊和磨损等。
§6-1 电接触的分类和要求
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。
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。
§6-1 电接触的分类和要求
(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。
§6-1 电接触的分类和要求
(3) 可分、合电接触： ① 定义：可分合电接触又叫触头或触点，是指可随时分开 和闭合的电接触，常由动、静触头组成。为防止电弧将主 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
二、电接触的定义和分类： 1、定义：电接触是导体与导体的接触处；也称电接触是2个或n个导体
通过机械方式连接，使电流得以通过的状态。
2、电接触的分类1：按结构形式不同，分三种。 (1) 固定电接触：用螺钉、铆钉等将母线与母线固定连接在一起，是
既无相对移动也无相对分合的电接触方式。
§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
Hale Waihona Puke §6-1 电接触的分类和要求
③ 触头有关参数和指标： a 工作参数(使用条件参数)：UN、IN、工作制、操作频率、通电持续 率(即TD％)； b 触头极数：直流有单极与双极；交流有3、4、5极等； c 断口数：单断口和双断口；
第六章 电接触理论
教学基本内容：
1、电接触概述； 2、电接触内表面的物理图景； 3、接触电阻的
理论和计算； 4、接触导体稳定温升的分布与接触点最高温升的计算；
5、触头闭合过程的振动分析； 6、触头间的电动斥力;
7、触
头熔焊与焊接力； 8、触头质量的转移与磨损； 9、触头材料。
第六章 电接触理论
教学重点与难点： 1、接触电阻的理论和计算； 2、接触点最高温升的计算； 3、斑点的温度θm和接触电阻Rj的大小。
电 器 理 论 基 础-第六章
天津工业大学 电气工程与自动化学院
电气工程及其自动化专业
第六章 电接触理论
电接触： 导体与导体之间相互接触（传递电流或电信号）。
内容提要 电接触的类型与要求 接触电阻及其影响因素 开关电器的触头 电接触材料
第六章 电接触理论
教学目的与要求： 1、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； 2、掌握接触点最高温升的计算，了解触头闭合过程的 振动； 3、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。
§6-1 电接触的分类和要求
d、结构参数： 开距：触头完全断开时，动静触头间的最短距离； 超程：当动静触头完全闭合后，移开动(或静)触头后，静(或动)触头
将要移动的距离。 初压力：动静触头刚刚接触时，每个触头上承受的压力。 终压力：动静触头完全闭合后，每个触头上承受的压力。
§6-1 电接触的分类和要求