电接触
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。
4. 电接触
式中 K 不同金属的接触系数，可查表 F 接触压力(N) 0.5 m= 0.75 点接触 线接触
0.8~0.95 面接触
Rs
HB
2 nF
经推导而得，值得相信。
当m=0.5时，两式的量纲一致，但当m取其它值时， 两者的量纲不同。 经验公示后可介绍量纲分析，模型缩比实验、巴申定律
6. 减小接触电阻的措施
3. 电接触
定义：两个导体间通过机械连接的方式而实现的 导电叫做电接触 日常的闸刀：指片式接触，面接触 高压接线 不良电接触的危害： 1. 接触处发生熔焊，造成开关拒动； 2. 收缩电动力使触头相斥而高速振动，形成间歇 电弧，使触头严重烧损。
3.1 电接触的方式
1. 固定接触：两连接导体间没有相对运动 2. 可动接触：两连接导体间 有相对运动 • 可分接触：两连接导体可连接、可分离。 开关 中的动、静触头即为可分接触 • 不可分接触：两导体间有相对运动（滑动或滚 动），但不可分离。开关中的中间触头即为不可 分接触
（1）点接触：只在一个点或很小面积上的接触，如球面与球面，球面与平面 （2）线接触：只在一条线或很狭长面积上的接触，如柱面与平面，柱面与弧面 （3）面接触：大面积上的接触
• 接触压力
图4所示的实验结果表明：当压 力较小时，接触电阻很大；随着 压力增大，接触电阻迅速减小； 当压力大于一定值后，接触电阻 基本不变。
3.5 典型的触头结构
• • • • • 1. 插入式（梅花瓣形式）：油、SF6、真空 2. 片式（指型） 3. 端面对接式：真空 4. 滚动或滑动式触头（动触头的中间部分） 5.刀式： 负荷开关、隔离开关
课堂作业
• 解释开距、行程和超行程的含义。 • 超行程的作用是什么？
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
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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
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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
第一章 电接触考题
第一章0001：按照导体连接方式的不同，电接触可以分为三大类，它们是Ａ、点接触，线接触，面接触。
★Ｂ、固定接触，滑动接触，可分接触。
Ｃ、单断点接触，双断点接触，桥式触点接触。
Ｄ、常开接触，常闭接触，转换接触。
0002：可分接触的触点在电路中所起的作用是（一）接通电路（二）开断电路（三）控制电路的通断（四）防止产生电弧放电。
其中最正确的答案是Ａ、（一）Ｂ、（二）★Ｃ、（三）Ｄ、（四）0003：在触点的工作过程中会发生触点弹跳的工作阶段是Ａ、闭合状态Ｂ、断开状态★Ｃ、闭合过程Ｄ、断开过程0004：相互接触的导体在接触层之间产生接触电阻的原因是（一）接触导体本身的电阻；（二）流过接触面处的电流线发生收缩；（三）接触面上形成表面膜；（四）接触表面承受压力。
试判断Ａ、只有（一）（二）正确★Ｂ、只有（二）（三）正确Ｃ、只有（三）（四）正确Ｄ、只有（一）（四）正确0005：接触电阻中形成收缩电阻的物理本质是★Ａ、相互接触导体的实际接触面积减小了Ｂ、相互接触导体的电阻率增大了Ｃ、相互接触导体表面温度升高而使电阻增大Ｄ、加在相互接触导体上的压力增大0006：用银制成的触点表面被氧化后Ａ、收缩电阻增大Ｂ、膜电阻增大Ｃ、收缩电阻和膜电阻都增大★Ｄ、对接触电阻影响不大0007：电流流过闭合的触点时会使触点温度上升，这是由于★Ａ、导体电阻和接触电阻上的电能损耗Ｂ、动静触点发生弹跳引起能量损耗Ｃ、动静触点相互摩擦引起发热Ｄ、加在触点上的电压太高0008：接触电阻的两个组成部分是Ａ、导体电阻和触点电阻Ｂ、触点电阻和膜电阻★Ｃ、膜电阻和收缩电阻Ｄ、收缩电阻和导体电阻0009：研究电接触理论所涉及的三类问题是Ａ、接触形式，触点结构，接触电阻Ｂ、接触形式，接触压力，接触电阻Ｃ、接触材料，气体放电，触点磨损★Ｄ、接触电阻，气体放电，触点磨损0010：当相互接触的两触点上的压力增大时，会使Ａ、收缩电阻减小，膜电阻增大Ｂ、膜电阻减小，收缩电阻增大Ｃ、收缩电阻和膜电阻都增大★Ｄ、收缩电阻和膜电阻都减小0011：触点在闭合过程中常常会发生弹跳现象，其原因是★Ａ、动静触点的相互碰撞和电动力的推斥Ｂ、动触点运动太快，动能太大Ｃ、返回弹簧的推斥作用Ｄ、静触点对动触点的反作用力0012：触点的接触形式对接触电阻有很大影响，在一定压力的条件下，对点接触和面接触两种形式的比较可知（一）点接触的膜电阻小（二）面接触的膜电阻小（三）点接触的膜电阻大（四）面接触的膜电阻大，上述四个结论中只有Ａ、（一）（二）正确Ｂ、（二）（三）正确Ｃ、（三）（四）正确★Ｄ、（一）（四）正确0013：继电器的触点压力很小，为了获得低值而稳定的接触电阻，其触点多数采用★Ａ、点接触Ｂ、线接触Ｃ、面接触Ｄ、三种形式都可以0014：加在闭合触点上的压力很小时，面接触的接触电阻要比点接触的接触电阻Ａ、小★Ｂ、大Ｃ、时大时小Ｄ、大小一样0015：接触电阻的存在是触点发生故障的重要因素，为了提高电接触的可靠性，可以采取相应措施以便（一）完全消除接触电阻（二）减小接触电阻（三）提高接触电阻的稳定性。
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
电器学原理06电接触理论03
__
v2
v20 0 2
v20 2
__
xm v2 tm
tm
xm
__
v2
xm v20 2
2xm
v1
2xm 1 K v1
HOME
9
§6.6 触头闭合过程的振动分析
反跳达到最大距离 xm：
xm
l02
1 K m1v12
C
l0
触头第一次碰撞后反跳 t 时间后，动触头弹簧将被压缩的总距离为:
x l0 x x' l0 x v1t
弹簧所具有的弹性势能为:
1
Wx 2 C
x2
1 2
Cl0
x
v1t 2
C — 弹簧刚度。
HOME
7
§6.6 触头闭合过程的振动分析
动触头在反跳过程中，实际的能量交换(弹簧储能变化)为：
v1
v1
2xm 1 K
xm 1
2 1 K
l02
1 K m1v12
C
l0
xm
l02
1 K m1v12
C
l0
1 2
1 K
HOME
10
§6.6 触头闭合过程的振动分析
考虑到动触头的预压力: F0 Cl0
xm
F02 C1 K m1v12 F0
HOME
11
设其塑性变形所消耗的能量为 WA，则触头碰撞前后的能量平衡方程式：
W1 W2 WA
1 2
m1v120
1 2
m1v220
电接触与电弧
电接触与电弧（2006-12-21）第四章 电接触第一节 电接触的分类一：电接触的分类电器导电回路总是有若干部件构成。
其中，两个零件通过机械方式互相接触，而实现导电的现象，这称为电接触现象。
接触方式有三大类：（1）：固定接触；（2）：可分接触：1）：弱电电流触点：电流在1安以下；2）：中负荷触头：电流从几安到几百安； 3）：强电流触头：几百安以上； （3）：滑动及滚动接触二：对电接触的主要要求（1）：在长期工作中，要求电接触在长期通过额定电流的情况下，温升不能超过稳定值，接触电阻稳定。
（2）：通过短路电流时。
不发生或喷溅；（3）：在关合过程中要求能关合短路电流（对断路器）； （4）：在开断过程，要求触头在开断过程中磨损尽可能小。
对固定接触、滑动或滚动接触，只遵循前两项要求。
第二节：接触电阻一：接触电阻两个相接触的导体，通电以后，产生接触压降，说明存在着一个电阻，称为接触电阻。
接触电阻由两部分组成，收缩电阻s R 和膜电阻m R ，即j R ＝s R ＋ m R （4－3）1：收缩电阻s R由于电流收缩而引起的，一个接触点的收缩电阻为：1s R ＝2aρ（4－4）其中，ρ—电阻率；若电接触是由n 个接触点组成，则得：s R ＝1s R n＝2naρ（4－5）接触点半径a 及接触点数目n 个接触点组成和接触压力有关，也与导体材料、外形尺寸和表面状态有关，即2n a H Bρπξ=（4－6）式中，H B —材料的布氏硬度； ξ—与材料变形有关的系数。
一般情况0.3<ξ<1。
当压力大时，接触处全部是塑性变形时，ξ＝1。
上述二式合并得到：s R （4-7）2:膜电阻m R ，膜电阻是金属氧化物、硫化物等组成，这类化合物主要是由于接触材料与周围空气介质如空气、油污等形成，以及水膜、污物等。
这些金属氧化物电导率很小。
其金属氧化物如表4－2所示。
氧化薄膜使接触电阻大为增加。
计算表明，其薄膜几个A （510-㎝）的氧化薄膜，几乎成为不导电的绝缘体。
关于电接触
膜的性质分类:
(1)前锈膜: 它在基体金属上产生，能发展 成锈膜，故有前锈膜之称。如化学吸附的 单层氧化膜 (2)锈膜 它由阵点金属原子组成。例如氧 化物就是一种常见的锈膜。 (3)外膜 在金属表面附的一层其他物质。 例如润滑膜、水膜。
根据膜的厚度分:
(1)吸附膜 它只有一个到几个原子厚。最 典型的是单层膜。 (2)保护膜 这种膜在很薄时,停止生长，它 能阻止化学侵蚀。 (3)暗膜 这种膜能连续生长、加厚，颜色 灰暗，故有暗膜之称。在许多普通金属表 面上，例如钢，常生成这种暗膜。
在不同的接触方式,膜的破裂情况是极不相 同的。 对于两金属表面无相对滑动的接触，实际 接触面内膜的破裂呈不规则的网状分布， 膜破裂成一块块小矩形碎片，在碎片与碎 片之间，基底金属被挤压填满这些缝隙。
对于两金属表面且有相对活动的接触，当 接触斑点上的膜按压碎后，膜碎片在切线 力的作用下,产生大块剥离，在接触斑点中 形成大面积金属接触。 因此有相对滑动和无相对滑动的两类接触 中，接触斑点内膜的破裂情况和形成金属 接触的详细结构是不同的，在考虑收缩电 阻和有关特性时应该区别对待。
电接触理论
1-1 电接触的定义、现象和问题
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、化学现象的一个专门学科。 电接触含义是指导体接触过渡区产生的各种 物理、化学现象。 在工程实际应用中，“电接触”常指的是接 触导体的具体结构或接触导体本身，称为 “电触头”，简称触头或触点。
材料的实际硬度都不是无限大，在外力作用下，材料都会产生变形。 当外加接触力较小时，材料产生弹性变形，如果接触力超过一定限度， 材料将产生塑性变形。因此，在外加接触力作用下，两实际金属面的 接触过程如下：两表面开始接触时只有很少的实际接触点，如图2— 4a。由于此时实际接触面积非常小，单位实际接触面积受到的力非常 大，起始接触点首先产生弹性变形，然后向塑性变形过渡。由于起始 接触点变形，实际接触面积扩大， 同时两金属表面的空隙部分相互 靠近，继续产生新的实际接触点，如图2—4b，图中箭头所指为新产 生的接触点。最后，当总的实际接触面积扩大到支持力与外力相平衡 时，接触过程结束。
电接触第一章绪论
第1章 绪论
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二、电接触失效的原因
3. 环境因素
• 大气环境：尘土、腐蚀性气体、温度、湿度，有 机气体都会在接触界面上造成绝缘异物的产生。
• • 在非贵金属表面易发生干腐蚀（氧化、硫化） 在潮湿环境中引发原电池反应
二、电接触失效的成因
1.
• •
材料选择：
材料对连接器可靠性的影响， 电接触材料首先要求其传导性好，然后根据不 同使用环境可靠性要求选择不同的材料
①防腐蚀能力强,则使用贵金属作表面镀层(Au) , (Au) ②要耐磨损,则使用高硬度中间层(Ni),再镀硬金(Au-Co) ③可靠性要求不太高时,则可使用锡代替金以降低成本 ④要减少电弧的影响则使用银氧化物(AgCdO，AgSnO2) ⑤对集成电路的封装材料也要考虑，从常用的封装材料PVC 塑料中释放出的HCl或室温下排出的醋酸或氨基气体 等都会对触点表面造成污染。
•
通过机械连接装置以达到电子连接的目的。
2011-4-17
第1章 绪论
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Communications
Computer & Consumer Electronics
Automotive
2011-4-17
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第1章 绪论
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二、电接触失效的原因
2. 加工制造过程 ①加工过程中的过度应力可能造成接触表面 的裂缝或坑穴。 ②冲压成形后电镀的元件,由于应力释放造 成电镀表面的微孔率和缺陷的增加 ③加工装配、清洗、运输和贮藏都可能在接 触表面形成有机、无机颗粒沉淀，导致表 面膜层的生长，以至于连接器在使用中失 效。
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。
电接触触的基本概念
H2
—
21
油
0.25
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4） 不同材料的极限燃弧电流和电压
材料
银（45％湿度空气中） 银（干燥的氮气中） 银铜（10％） 铂 铂铱（10％） 钯 金 金镍（含镍5％） 钨（空气） 钼 铜 铜在氮中 碳 铑
IO（A）
0.3～0.4 0.8 0.25 0.7～1 0.8～1.1 0.6～0.8 0.38 0.5 1～1.4 0.75～1 0.4～0.6 0.6 0.01～ 0.03 0.8
5、电弧的分类（大小）
持续时间很短的电弧
小功率电弧 强电弧（大功率电弧）
（1）、持续时间很短的电弧
当触点间大于极限燃弧电压U0，触头的最小 电流大于I00（形成液体桥的最小电流I00），小于 极限燃弧电流I0，首先产生液体桥，然后产生持续 时间很短的电弧，这种短弧使阳极受电蚀，主要是 因为液体桥产
在弧光放电过程中产生游离的同时还会发生相反过程即去 游离，主要是在电极附近的电子和离子的中和及扩散。正离子 趋近电极，从电极中拉出电子并与之结合，形成中性质点。正 离子及中性质点对电极的轰击将导致电极分散与毁坏。这种冲 击、正离子能把金属原子从电极中打出来。 带电质量的扩散：由于燃烧正域与周围介质中的带电质子 的浓度不同、温度差，因此气体质点的热运动而跑出燃烧区域 ，这就叫做热离子扩散。
产生液体桥后产生大功率强电弧，主要是阳极受电蚀，冷发 射，热发射，热游离，碰撞游离，触点材料的喷射蒸发，阳极受 电子的撞击，所以阳极电蚀为主，金属转移主要从阳极向阴极。 概括： 1、火花放电，U＞Ui（击穿电压270～330V），I＜I0（极限燃 弧电流） 阴极受电蚀，阴极向阳极发射电子，金属转移从阴极向阳极。 2、液体桥U＜U0 I0＞I≥I00（0.05～0.06A，产生液体桥的最 低电流） 阳极温度高，桥拉长变细，在阳极端拉断，所以阳极受电蚀，阳 极为凹坑，阴极为针尖，阳极向阴极转移。 3、燃弧时很短的短弧 U＞U0 I0＞I≥I00 液体桥加短弧，阳极被电蚀，主要是液体桥产生的电蚀，阳极向 阴极转移。 4、小功率电弧 U＞U0 In＞I＞I0 液体桥加小功率电弧，阴极受电蚀，阴极受正离子撞击而造成金 属由阴极向阳极转移。 5、强电弧 U＞U0 I＞In＞20A的继电器、接触器 液体桥加强电弧，冷热电子发射，热游离，碰撞游离，触点 材料的喷射蒸发，所以使阳极受电蚀，金属由阳极向阴极转移。
第3章 电接触与触头解读
固定电接触
特点：用螺丝、铆钉、夹紧件等将导电元件紧固在一 起，导电元件间无相对运动
滑动及滚动接触
特点：部分导电元件可动但不可分，接触元件间可相 互滑动或滚动
可分接触
特点：伴随导电件的闭合与分离
三种接触形式举例
(a)固定接触
(b)滑动接触
1—动接触元件，2—静接触元件
(c)可分接触
3. 使用中存在的问题
7、辅助触头(Auxiliary Contact) 接在开关的辅助回路中，并由该开关用机械 方式操作的触头。
触头术语
六、触头压力与触头弹簧
触头压力还有触头初压力和触头终压力之分。 触头初压力是指动静触头刚接触时的触头接触压力，它由 触头弹簧的预压缩产生。这个预压缩很重要，避免引起触 头的“弹跳”，如果预压力不足，弹跳同样会发生，仅是 弹开的程度不同。触头关合过程的弹跳会在电弧的作用下 严重的磨损触头。 触头的终压力，是指动、静触头在闭合位置时的接触压力， 它由触头弹簧的终压缩所产生。这也是触头的一个重要参 数，它决定着触头能否在长期负荷及故障短路下都能正常 工作。对低压空气断路器，触头压力与其所通过的额定电 流可按10～50g/A取值(这是银或银基材料触头，铜触头的 为其两倍)，初压力约为0.9～0.8的终压力。对高压断路器， 触头压力的校验方法后文还有述及。
一、接触电阻产生的机理
1 电流收缩 2 氧化膜 “隧道效应”
R j Rs Rm R j 接触电阻 Rs 收缩电阻 Rm 氧化膜电阻
二、接触电阻的负面影响
接触电阻
当接触电阻较大，引起发热严重，而发热严重又导致氧 化、腐蚀等的加剧，这样恶性循环就会使导电性能完 全破坏，要么接触面完全失去导电性，要么因发热严 重而熔焊。前者多发生在弱电情况下，后者多发生在 强电流导电中。 不过，在高压或低压强电开关设备中，触头的接触压 力通常都很大，膜常被压碎或自清扫，且很容易在膜 中形成106 V/lcm以上的高场强将膜击穿，因而主要是 收缩电阻的作用。 为了保证导体的温升，通常要控制接触电阻不能超过 规定的数量。
电器学原理06电接触理论01
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§6.3 接触电阻的理论和计算
a 导电斑点点接触物理模型
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§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
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§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
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§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
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§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
(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。
第4章_电器的电接触理论
2 Rs
2ai
i 1
n
( 4 12 )
若取
2ai 2nap
i 1
n
2 Rs
2nap
(4 13)
4.3.2 表面膜电阻Rb
不同的金属材料在不同的环境下会生出各种不同的表面膜，
从膜的性质来看，表面膜主要有导电膜和绝缘膜。
导电膜的面电阻率很小，厚度极薄。这类膜由“吸附” 效应产生，故也叫吸附膜，它的膜薄由电子“隧道效应” 导电. 绝缘膜电阻率非常大，厚度较大，有氧化物、硫化物、 聚合物膜、玻璃状绝缘膜等
和膜的破坏难易程度！
膜的导电性问题：
1、 理论分析：
电子具有粒子和波动两重性质，即所谓的“波”、“粒” 二相性。由经典理论知：一层绝缘膜，不论厚度如何，电 子都不能穿过它而导电。
量子力学理论：由电子的“波”的性质，电子能透过薄膜 而导电，这个效应叫“隧道效应”。
2、 “隧道效应”的计算：
U s J ① 隧道电阻率ρs（或称膜的面电阻率）：
（4）有机膜—— 漆、蒸汽，也可能来自电器本身。
金属表面膜的形成
金属表面膜的生长与材料种类、环境介质的情况，以及其它
许多复杂的情况有关。以铜和银为例说明金属表面膜的形成： 以银为例分析：
① 空气：银不易氧化；
② 臭氧：Ag2O，易清除，200℃即分解；
③ 含H2S的空气：在银表面水膜中易生成Ag2S绝缘暗
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。 另一个接触元件的收缩电阻Rs2；
三相电接触器接法
三相电接触器接法
三相电接触器是一种用于控制三相电路的电子设备，它通常由3个接触器组成，可以通过开关或其他输入进行控制。
以下是三相电接触器的接法：
1. 三相电源接法：将三相电源的三个相线分别接到接触器的A1、A2、A3端子上，其中A1和A2端子是电源的两个相线，A3端子则是中性线。
2. 电动机接法：将电动机的三个相线分别接到接触器的T1、T2、T3端子上，其中T1和T2端子是电动机的两个相线，T3端子则是中性线。
3. 控制电路接法：将控制电路的输入接到接触器的控制端子上，通常是接在接触器的A1和A2端子之间。
控制电路可以通过开关、传感器等方式控制接触器的开关状态，从而控制电动机的运行和停止。
需要注意的是，三相电接触器的接法比较复杂，在安装和使用时应严格按照说明书和相关标准进行操作，避免出现电器故障和安全事故。
电接触学
电接触学,一门研究电子可靠连接的学科“没有可靠的电子连接，就没有先进的电子学。
”阿波罗顾问J.B.P.威灵逊博士如是说。
事实证明，假如没有可靠的电接触予以保证，任何先进的电路或系统都无法发挥其应有功能。
本文着重介绍了电接触学科的重要必以及国内外在这一领域的研究开发和进展概况。
何为电接触学电接触学是一门研究电子可靠连接的科学。
在电子、通信或电力系统中，不仅元件之间、电路之间、设备之间乃至元件内部都需要可靠的电子连接。
传统上，称这门学科叫“电接触学”。
近年来，也有不少人称之为电子连接与内部连接系统的科学。
应用该科学理论及科研成果所制造的元件如连接器、继电器、开关、键盘、电位器、电刷与导电环等称之为机电元件，取这个名字的原意是指通过机械连接装置，以达到电子连接的目的。
连接的类型有很多：永久连接。
如焊接、压接、缠接等；半永久连接，如各种连接器，中小功率开关继电器等；滑动连接：如电刷/导电环；电弧连接，如中、小型继电器、断路器等。
电接触学在电连接中的重要意义在一个通信系统或电力传输系统中，存在着大量的连接环节，任何一个连接处出现故障，都会影响系统的可靠运行。
恼人的通信系统中断，烦人的计算机错码，骇人的控制系统失灵，误事的传输图象失真，人的生活中一系列不愉快的事情，以及多种事故的隐患，重大事故的发生，往往都与接触不良有关。
以阿波罗登月飞船为例：该飞船系统大约有一百万个接点，登月成功并保证按期返回地球，表明其接触点是完全可靠的，实际上，美国宇航局NASA为此投入了1亿美元的研究经费。
然而，要使电接触可靠并非易事。
它与其它电子元件不同，其可靠性不仅取决于其本身的材料、结构与几何尺寸等参数，更由于接触点大多暴露在大气中，大气污染如尘土、腐蚀性气体、湿度、温度，都会直接影响连接可靠性。
由于电子结构小型化。
连接器的尺寸亦随之减小，外界大气污染，温度影响和电磁干扰都会造成接触不可靠。
近年研究表明，电接触故障是数字通信电路系统中产生高误码率的重要原因之一，实际上电接触发生故障相当于在电路系统中介入了一个多变的网络，从而造成误码，这种误码大多无法用电路方法消除。
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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
4
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
19
)
触点超温
接触电阻损耗温升
闭合状态下的触头
20
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﹚
11
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：
2
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
3
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