电接触理论
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机械的方法：挤压、滚滑、碰撞
2020/6/16
第六章 电接触理论
17
§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
面电阻率：Ω·m2
2020/6/16
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）
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
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，
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
2020/6/16
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
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
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
7
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
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
2
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。
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
2020/6/16
第六章 电接触理论
10
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
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
2020/6/16
第六章 电接触理论
13
§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
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
16
§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
2020/6/16
第六章 电接触理论
4
§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
2020/6/16
第六章 电接触理论
5
§6-1 概述
电接触的类型
固定接触 滚动和滑动接触 可分、合接触
2020/6/16
第六章 电接触理论
11
§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
Hale Waihona Puke Baidu
电流路径 导电截面 收缩电阻
2020/6/16
膜电阻
接触电阻
第六章 电接触理论
12
§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
实质
2020/6/16
第六章 电接触理论
8
§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
9
§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）
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
3
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
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
14
§6-3 接触电阻的理论和计算
2020/6/16
第六章 电接触理论
17
§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
面电阻率：Ω·m2
2020/6/16
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）
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
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，
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
2020/6/16
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
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
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
7
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
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
2
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。
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
2020/6/16
第六章 电接触理论
10
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
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
2020/6/16
第六章 电接触理论
13
§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
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
16
§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
2020/6/16
第六章 电接触理论
4
§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
2020/6/16
第六章 电接触理论
5
§6-1 概述
电接触的类型
固定接触 滚动和滑动接触 可分、合接触
2020/6/16
第六章 电接触理论
11
§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
Hale Waihona Puke Baidu
电流路径 导电截面 收缩电阻
2020/6/16
膜电阻
接触电阻
第六章 电接触理论
12
§6-3 接触电阻的理论和计算
接触电阻（Rj）
实质
2020/6/16
第六章 电接触理论
8
§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
9
§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）
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
3
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
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
14
§6-3 接触电阻的理论和计算