第六章 电接触

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1、电器学中南大学信息学院电气工程系中南大学信息学院电气工程系2 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。 3 第六章 电接触教学基本内容： 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

2、算； 5、触头闭合过程的振动分析； 6、触头间电斥力、熔焊与焊接力； 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。 4 第六章 电接触教学重点与难点： 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m和接触电阻Rj的大小。 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。 5 第六章 电接触6 本章基本内容本章基本内容 1、电接触的定义和分类; 2、接触电阻的组成、减小措施和计算; 3、接触电阻的-理论与计算; 4、触头间电动斥力计算; 5、电接触新材料； 6、欧洲两指令及对策

3、。7 一、电接触及其可能出现的问题： 1、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。 2、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。 3、主要分析对象：接触电阻、温升、熔焊和磨损等。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求8 二、电接触的定义和分类： 1、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。

4、 (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。 (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。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求9 (3) 可分、合电接触： 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。 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

5、分低压断路器)。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求10 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； 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求11 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。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分

6、类和要求12 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。 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。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求13 三、 对电接触的主要要求 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。 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。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要

7、求14 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。 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求15 五、各类接触器实物图 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求16 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求17 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求LOGO18 6-1

8、6-1 电接触的分类和要求电接触的分类和要求第六章第六章 19 6-6- 电接触的分类和要求电接触的分类和要求20 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算一、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。 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。21 当电流通过这些很小的导电斑点时，电流线必然回发生收缩现象，见下图6-4的示意图。 6-2 6-2 接触

9、电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算22 二、接触电阻的组成： 式中 Rb：表面间膜电阻； Rs：收缩电阻。因电流线收缩（图6-4），使流过导电斑点附近的电流路径增长，有效导电 面积减小，故电阻值相应增大而形成。 特别地：1、材料相同时， ； 2、在真空中， 0，故 。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算23 三、如何减小Rj： 1、收缩电阻Rs ： 1） 分析某孤立的圆形、半径为的导电斑点（尺寸只有零点几毫米，甚至几微米的数量级）； 2） 对a建立收缩物理模型，理论上定量分析。见图 6-5。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算24 图中细底线表示接

10、触内表面，其中间的一小段粗线代表斑点 ，共焦点的椭圆壳和半圆弧线是等位面，指向的是电流线。 假设：除导电外，其它接触面不导电。 设的电位为零，两接触元件收缩区的无限远处电位为(+/-)0.5Uj （Uj用表测得的接触元件两端电压降），则 沿电流线方向的等位面将为一系列共焦点的椭圆壳，见图6-5。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算25 3）孤立斑点a与总收缩电阻Rs ：式中 a：导电斑点a的半径；b：导电斑点a的直径；：接触元件材料电阻率。 4）n个并联斑点的总收缩电阻：式中ap：n个斑点半径的平均值。实践上，求n、ap困难。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻

11、的理论和计算26 2、膜电阻Rb分析： 1） 吸附现象：产生表面膜； 2） 表面膜有导电膜和绝缘膜。导电膜也叫吸附膜，它的膜薄，由电子“隧道效应”导电；绝缘膜较厚，有氧化物、硫化物、聚合物膜、玻璃状绝缘膜等。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算27 3） 金属表面膜的形成：以铜和银为例。 a、 以银为例分析： 空气：银不易氧化； 臭氧：Ag2O，易清除，200即分解； 含H2S的空气：在水膜中生成Ag2S绝缘暗膜，干燥时不易侵蚀银。Ag2S是半导体，近似于绝缘件。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算28 b、 以铜为例：空气中，金属材料表面由吸附膜发

12、展成肉眼可见的氧化暗膜，生长规律理论上由氧化速率的抛物线定律决定，但实际的生长规律复杂。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算29 四、膜的导电性问题： 1、 理论分析：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。而量子力学理论：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： 隧道电阻率（或称膜的面电阻率）： 式中 U：接触面间的电阻率； J：电子透过位垒形成的电流密度。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算30 由求膜厚： 见下页图 6-7。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触

13、电阻的理论和计算31 3、分析膜电阻Rb： 单个斑点： n个并联斑点： 4、绝缘暗膜的击穿：因与气体介质击穿过程不同，也称之为膜的熔解。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算32 1） 半导体特征：电压U由0升高，膜电阻由M级下降；U下降，膜电阻上升。 2） U上升至某临界值（如5伏），膜被击穿，膜电阻突然消失，接触面之间的电压立即下降到零点几伏的数量级。 绝缘暗膜的电击穿过程： 实线：加压或减压时，膜处于完好绝缘状态； U0：临界电压。当UU0，膜被击穿，用虚线表示，并最终稳定在终止点（Rz，Uz）。 3） 膜击穿后，称电压在0.30.5V数量级的为A类熔解； 膜击穿后，

14、称电压在0.010.02V数量级的为B类熔解。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算33 5、绝缘暗膜击穿的机理： 电方面： （1） 电击穿：电场内部电子发射，形成电子云，使金属表面局部加热直至熔化，由于强大静电力作用，液态金属被吸入放电通道而桥接，最后形成金属的电流通路。 （2） 热击穿：由于膜的不均匀性，使电流集中通过局部电导率较高的点，引起半导体膜的温度升高，电导率增大，又使电流更加集中和加大，以致发生最终的热击穿，被熔化的金属最后引入击穿通道而桥接。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算34 机械方面： 膜的机械破坏要求实际接触面上作用有很高的局

15、部压力，并且边面膜比本体金属应具有大得多的硬度和脆性。为此需要接触表面有一定的粗糙度，使接触斑点有小的接触面积，以获得高的局部接触压力，同时选用适当的接触材料和结构。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算35 因式中的n、ap无法确定，改用F代替。 根据弹性力学，理论光滑弹性球与平面接触时，a与F的关系为 ，而 ； 修正后， 式中，是与材料变形有关的参数，0.3 1 。6、计算接触电阻的理论公式： 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算36 由这两式化简，并考虑膜的影响，得工程上计算接触电阻的公式： 式中 k值：查表6-1； m值：与接触面变形有关： 将上

16、式两端取对数，得知Rj与F的关系为一直线，如下页图6-9。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算37 由直线的截距和斜率可分别求出k值和m值。 6-2 6-2 接触电阻的理论和计算接触电阻的理论和计算38 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算一、 ： 是指导电斑点附近的电位-温度 最终将温度T与电压U联系在一起。 二、接触面附近的温度分布的定性分布： 发热功率与电流密度的平方成正比。导电斑点处的电流密度最大，故产生大量热量。 导电斑点处传热面积最小、散热最差。 由、知：已知电流下的斑点处的温度最高。39 三、实际测斑点温度困难，引入理论以确定斑点a最高温度

17、及其附近温度分布： 1、求斑点的温度： 理论：已知电流值i，求斑点上的最高温度及整个收缩区中的温度分布。 设两接触元件的材料相同，且都是均匀的；其电阻率和热导率都与温度有关。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算40 设斑点形状为圆点，半径为a，电位为零（即温度=m），为一等位面和等温面。 在相同的边界条件下，两接触元件收缩区中热流-温度场与电流-电位场完全重合，且接触面两边的场对称，故两收缩区中没有热量从一个元件流向另一个。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算41 如各导体斑点间的热流-温度场互不干扰，则只需研究一个斑点一侧收缩区中的热流-温度场。 具体

18、分析其原理： 利用稳定情况下的热平衡式： 参考右图6-10。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算42 对斑点，由远及近，对斑点由远及近分析：先忽略高阶无限小并积分，积分上下限分别取： 由到零， 由到 ，其中（ ， ）为收缩区任一等位面的电位和温度。 得： 。 它是收缩区中电位与温度之间的一般关系表达式，是分析电接触热问题的基础。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算43 由魏得曼-弗朗兹定律求解，得： 当Tm T0时，得： Tm 3200 Uj。 由此得出斑点a的温度与接触电压间的简单数值关系。 说明：Uj是反映斑点a温度的重要参量，有重要意义。 6 63

19、 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算44 四、电接触下的Rj-Uj特性关系 1、 定义：在直流稳态电流下，分别调不同的I值，待稳定后测出Uj，由Rj = Uj/I，得 Rj，即得RjUj静特性。 因Uj对应一个 ，故由上式可得Rj 特性。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算45 2、 特性曲线分析：清洁的交叉铜棒（主要考虑收缩电阻）。 五、意义： 由材料的软化电压和熔化电压，可推算不发生融焊的最小通过电流，或Rj的上限。 6 63 3 导电斑点处的温度计算导电斑点处的温度计算46 6-4 6-4 触头闭合过程的振动分析触头闭合过程的振动分析一、触头的振动过程： 因

20、有触头弹簧触头会产生类似的弹跳，称为触头的机械振动。在此过程中，Rj会周期性增大，分离时有电弧，使触头烧损和熔焊，从而影响触头工作。二、电器触头的三种结构： 第1类 在动触头边装弹簧，静触头为刚性连接； 第2类 在静触头边装弹簧，动触头为刚性连接； 第3类 在动、静触头边都装有弹簧。47 三、本讲介绍第一类情况下的振动物理过程和影响因素 1、第一次碰撞和反跳：见图6-14。 2、 动触头在弹簧张力作用下，发生第二次、第三次的碰撞和反弹。 6-4 6-4 触头闭合过程的振动分析触头闭合过程的振动分析48 四、碰撞图示： 图6-15 触头振动弹开距离与时间的关系； 6-4 6-4 触头闭合过程的振

21、动分析触头闭合过程的振动分析49 2、第一次碰撞后动触头反弹的最大距离xm和所经过的时间tm的计算： （1）原则：碰撞前后的能量守恒，即碰前动能等于碰后的动能加上塑变消耗的能量（WA）。 （2）xm：动触头第一次反弹能达到的最大距离。 6-4 6-4 触头闭合过程的振动分析触头闭合过程的振动分析50 3、 动触头达到xm的时间tm：设动触头反跳速度随时间变化的关系为直线关系。 代入触头初压力F0，得： 式中 v：动触头闭合速度；m1：动触头质量；c：弹簧刚度； k：触头材料恢复速度。 6-4 6-4 触头闭合过程的振动分析触头闭合过程的振动分析51 四、结论： 采用较大的触头压力、刚度较大的触

22、头弹簧，减小动触头闭合速度，减轻动触头质量，选K接近于1的触头材料，即可实现触头的无危险振动。 6-4 6-4 触头闭合过程的振动分析触头闭合过程的振动分析52 6-5 6-5 接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算一、接触导体的稳定温升分布： 两根同材料、同截面的均质圆主柱形导体互相对接，接触面内有一圆形导电斑点，流过一稳定电流。 二、假定: 接触点附近收缩区这一小段 导体外表面并不散热。 接触电阻热损失向接触点两 边导体各传一半。53 三、在收缩区外，沿导体轴向的任意横截面积上电位和温度相等，故收缩区外导体中的温度分布是一维场问题。 图6-

23、13中，令收缩区边界（即接触面接触点）为直角坐标系的原点，导体轴线与x轴平行。 在距离原点x处取一小段dx。 收缩区外导体的温度分布的解为： 式中 ：x=0处（即收缩区边界）的导体温升，其大小为 ： 6-5 6-5 接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算接触导体的稳定稳升分布与接触点最高温升的计算54 6-6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力一、触头间产生电动斥力的原因： 电流线在接触面附近发生收缩，从而在由左手定则，知触头间将出现电动斥力。 二、定量分析： 导体为非磁性材料，周围为空气或其他非导磁或非导电介质。 假定： （1） 接触内表面中只有一个导电斑点，或认为全部导电 斑点

24、集中在中心形成一个大的导电斑点； （2） 导电斑点是一个超导小球，为一等位体；55 （3）收缩区中的等位面为与超导小球同心的圆球面，电流线成为一系列通过超导下球球心的辐射状直线。 6-6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力56 离超导小球中心r处的无限小段dr处的磁场强度H为： 设流过导体元da中的电流为dI，则dr环受到的电动力的大小为： 方向：左手定则，垂直于dr。 6-6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力57 整个收缩区导体在垂直方向（水平方向分力互相抵消）所受电动力总和为： 式中 B：圆柱体接触导体的截面半径；b：导电斑点超导小球的半径。 将b转换为接触力F后，得： 6-

25、6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力58 一、熔焊： 1、静熔焊：是电阻熔焊，原因是导电斑点及其附近因存在电阻，导致触头熔焊。 2、动熔焊：是电弧熔焊。是由于电弧高温作用，使触头表面金属熔化和气化，导致触头熔焊。它由短路或短时大电流产生。 6-6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力59 二、分析： 1、第1类：静熔焊。 1）与电流的关系： 2）开始熔化电流与通电时间关系： 图6-21 一对面接触的铜触头，不同t对应的开始熔化电流，与F有关，数据由实验测得，见下页。 6-6 6-6 触头间的电动斥力触头间的电动斥力60 2、第2类：动熔焊。见下图6-22 动熔焊过程图解（时间只有几

26、毫秒）。 6-7 6-7 触头熔焊与焊接力触头熔焊与焊接力61 三、触头焊接力： 1、等于金属抗拉强度乘以熔焊面积； 2、随材料电阻率和抗拉强度的增大而增大，随材料的熔化温度增高而降低； 3、触头焊接力是随机、正态分布； 4、真空环境下，无氧化，电弧由表面材料熔化和气化而xing成，焊接现象特别严重。 6-7 6-7 触头熔焊与焊接力触头熔焊与焊接力62 四、减小触头熔焊的方法： 1、选电阻率小、抗拉强度小和熔化温度高的材料； 2、材料中加少量其他材料，使凝结面变脆； 3、尽量减小触头振动。 五、冷焊： 在常温、无电流情况下，因贵金属(金及金的合金)的原子与原子之间的化学亲合力的作用，使二接触

27、表面牢固粘在一起的现象。 6-7 6-7 触头熔焊与焊接力触头熔焊与焊接力63 6 68 8 触头的质量转移触头的质量转移一、触头电磨损 1、触头磨损：触头表面形成凹凸不平、变形、材料转移或损失等，结果导致触头寿命终结。 2、磨损产生原因：机械、电、热、化学。其中，触头磨损主要原因是电和热。 3、触头电磨损：与电流和触头断开时的电压有关。 （1）定义：触头电磨损指触头在开断与闭合电路时，产生金属液桥、电弧与火花放电等，引起金属转移、喷溅和气化，使触头材料损耗和变形的现象。64 （2） 触头电磨损的两种主要形式：桥磨损和电弧磨损。 （3） II0（形成金属液桥的最小电流，为0.050.06A）；

28、 （4） 电压： 6 68 8 触头的质量转移触头的质量转移65 5）利用“液桥温度分布不对称”的性质，限制桥材料转 移的措施： 导热好的作最高温度偏移处，形成“补偿触头对”； 利用不同材料形成的液桥直径不同，选配“触头对”； 加其它金属形成合金，使桥温度对称分布； 附加电流回路，使总电流工作在零转移电流下。 6）防止液桥产生的措施：选用导热性好的材料作阳极(如“铂”)，形成“补偿触头对”，以减小电磨损。 6 68 8 触头的质量转移触头的质量转移66 2、电弧磨损： 1）液桥形成条件： 2）电弧产生条件： 6 68 8 触头的质量转移触头的质量转移67 6 69 9 电接触材料电接触材料一、

29、对电接触材料的性能要求： 1、电气性能； 2、热性能； 3、物理与力学性能；4、化学性能； 5、加工与经济性能； 在实际工作中，根据工作条件和负荷大小，满足主要要求即可。 68 二、分述： 按照触头上通过的电流的大小、电接触的结构形式等选择触头材料。 1、弱电流：铜、银、铂；铜银合金、铂合金及金； 2、中、强电流：铜、黄铜、青铜及其它合金，其中金属陶冶(粉末冶金)材料被大量使用。 、黄铜、青铜性质：6 69 9 电接触材料电接触材料69 、金属陶冶(粉末冶金)材料： a、定义：叫粉末冶金材料， 是由二种或二种以上的金属粉末经混合压制及烧结而成，是彼此不相熔合的机械混合物。它常常用作大容量触头的

30、触头材料。 b、例：、银钨陶冶材料：、银石墨陶冶材料： c、金属陶冶材料的优点：综合了所含的各种材料的优点，有良好的耐热、耐弧、 耐磨性能，价格低。 d、金属陶冶材料的缺点：导电率较低，为此常将其作成薄片焊在触头的接触面上。6 69 9 电接触材料电接触材料70 3、固定电接触选材： 常选铝，实际工作中，在其上常常覆盖有银、铜、锡(N)等材料， 目的是降低接触表面的j，以减少静熔焊。 4、真空开关电器的触头材料性能： 除一般要求外，还要求触头表面特别洁净，触头材料的抗熔焊性能更高，材料有坚固而致密的组织；截流值小；本身含杂质很少等。6 69 9 电接触材料电接触材料71 （1）银 与 HB 都

31、小；在低温下不易氧化，高温下 Ag2O Ag 、O2 ；银的氧化物的 也很低。 从减少接触电阻角度看，银是最理想的材料。 银的价格较贵 因此，电器中常采用铜镀银触头。 几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 72 （2）铜 u 与HB比银略大； u在室温下，在大气中或变压器油中铜会氧化，形成Cu2O； u铜的氧化膜厚度随温度增高而增加。 u 从减小接触电阻看，铜是仅次于银的材料。 u 为了减小接触电阻，可以在铜上镀银或镶银，也可以镀锡。锡的优点是硬度小，氧化膜的机械强度低。几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 73 （3）铝

32、 u 与HB不算太高；铝的严重缺点是化学性质活泼。 u在空气中，室温条件下就很容易生成又硬又厚的氧化膜，从而使接触电阻增高。 u因此，铝一般只用于固定接触，并常采用表面覆盖锡的方法来减小接触电阻。 几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 74 （4）金、铂、铱： u化学性能稳定，触头表面不会产生不导电的薄膜。 u价格昂贵，来源稀缺，不能大量使用，一般只用于低压电器中的弱电流触头。 几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 75 （5）钨铜和钨银合金 u以高熔点钨与高导电铜、银采用粉未治金的方法制成的钨铜、钨银合金。 u具有导电性

33、能好 u在电弧作用下烧损小 u钨铜价格较便宜。 u开关电器中广泛使用的触头材料 u缺点：在大气中易氧化，接触电阻不稳定。几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 76 u适宜用在油断路器和六氟化硫断路器中。 u常用的是含钨量为80%的钨铜合金。 u钨银合金通常用于对接式触头，接触电阻稳定，但耐弧性能稍差。 几种常用金属材料在接触电阻方面的性能几种常用金属材料在接触电阻方面的性能 77 三、电接触新材料的发展 电器新产品的开发在很大程度上依赖于电工绝缘材料和电工合金的新发展，新材料的应用使电工产品的单机输出功率大大提高、功耗降低，同时极大地缩小体积、减轻重量，也改

34、善和提高了产品的性能，甚至可以美化外观造型。 电器制造技术的发展以“磁性材料、绝缘材料和电接触材料”三种特种材料为基础。 6 69 9 电接触材料电接触材料78 为提高我国发电机单机容量，开发高效节能的电机、电磁开关等电工产品的需要，先后研制成功的“高磁感应低铁损冷轧取向硅钢片、特种硅钢片、电工纯铁、高磁能稀土永磁”等磁性材料和“聚酰亚胺玻璃纤维塑料、氨基玻璃纤维塑料、酚醛注射塑料、三聚氰胺改性酚醛塑料”等高分子绝缘材料，促进了高低压电器与仪表更新换代产品的开发研制。6 69 9 电接触材料电接触材料79 由于电接触材料已成为现代科学技术和工业发展不可缺少的重要材料，国外特别重视电接触复合材料

35、，其发展方向主要是“合金多元化、复合多元化、超小型化和性能综合化”，如“粒状强化（粉末冶金）、弥散强化、纤维增强和层状复合材料”，其中的“层状复合材料”应用广泛。6 69 9 电接触材料电接触材料80 目前我国从事电触头材料生产的企业有60多家，职工总数约12000人，资产规模约12亿元。经过多年的发展，国内低压电触头材料整体发展水平与国外相差不大，某些品种的低压电触头材料性能已接近或达到国际先进水平，但是在生产工艺研究和产品可靠性方面与国外先进水平相比存在明显差距，特别是不含有害物质的银金属氧化物电触头材料的差距更大。我国对银氧化镉替代品的研究较少，基础研究近乎空白，技术储备严重不足。 6

36、69 9 电接触材料电接触材料81 四、 欧洲绿色指令及我们的对策。 1、什么是两指令？ 2003年2月，欧盟议会及理事会通过两项被称为“双绿指令”的新环保指令：关于报废电子电气设备指令(WEEE)和关于在电气电子设备中禁止使用某些有害物质指令(RoHS)。 前者要求2005年8月13日以后，欧盟市场上流通的电气电子设备的生产商必须在法律意义上承担支付自己报废产品回收费用的责任。对2005年8月13日前投放市场所产生的电气电子废弃物的管理费用，将由市场上所有的生产者按其产品所占市场份额的比例承担；6 69 9 电接触材料电接触材料82 后者要求从2006年7月1日以后投放欧盟市场的电气和电子产

37、品不得含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等6种有害物质。 据国务院发展研究中心市场经济研究所市场咨询中心副主任陆刃波介绍，目前欧盟约占我国家电出口市场的1/4。两项指令付诸实施后，中国受到直接影响的电器产品出口额将达317亿美元，占到中国出口欧盟机电产品总值的71%。欧盟绿色指令生效后，将导致我国家电出口成本将增10%，家电出口价格至少上涨10%。6 69 9 电接触材料电接触材料83 2、欧盟两指令涉及的十大电子电气产品 (1) 大型家用器具，如冰箱、洗衣机、微波炉； (2) 小型家用器具，如吸尘器、熨斗、钟表； (3) 信息技术和远程通讯设备，如电脑、复印机、打印机； (4) 用

38、户设备，如电视机； (5) 照明设备，如荧光灯； (6) 电气和电子工具，如电锯、缝纫机； (7) 玩具、休闲和运动设备； (8) 医用设备；(9) 监视和控制装置；(10) 自动售货机等。 6 69 9 电接触材料电接触材料84 3、“RoHS”指令规定的与电器行业有关的禁用物质存在形式 因为欧盟两个指令禁用物质是指“用电、传输电或者利用电磁定律”的这样一些设备，从而产生了一系列问题：首先，你要用电就必须解决导电与绝缘材料的问题。开关、继电器可能用的是含镉的银基触头材料、绝缘材料里面它要用很多热稳定剂、要用阻燃剂，还有制造过程当中的脱膜剂、油漆使用平流剂等等，都与铅、镉、钡等重金属类关系密切

39、。6 69 9 电接触材料电接触材料85 以我国电触头材料中产量最大、应用面最广的银氧化镉为例，它被广泛地使用在交流接触器、直流接触器、空气断路器、限流及漏电开关、框架式断路器、一般继电器、过流继电器、按纽开关及家电方面。在日本，使用这种触头材料的家用电器有：冰箱冷藏装置、洗涤器、烤面包器、电饭煲、电风机、空调器、电热毯、电位计、搅拌器、水泵、定时器、果汁机、干燥器、电剃刀、电视机、收音扩音等音像设备、汽车开关、稳压器等等。它用到的具体方面除了10类102种设备之外很多我们日常民用的耗电设备，几乎都包括在里面。 6 69 9 电接触材料电接触材料86 欧盟限制银氧化镉的应用，原因之一是银氧化镉

40、最好的替代物是银氧化锡（AgSnO2 In2O3），而世界上银氧化锡技术最先突破、最为成熟的是欧洲的Degussa公司（德国）。 与此同时，目前在我国解决这个问题的只有一二个科研单位，产量也只有一二吨，与我国每年几百吨的需求量两相比，还有很大的差距。6 69 9 电接触材料电接触材料87 4、 我们应采取的对策 寻找新技术、新材料，提高环保标准，并增加回收的成本。 在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令要求我国企业寻找替代产品，替代材料的研发成本也将削弱中国机电产品的价格竞争力。该指令中的一些要求涉及到电器原材料的技术，这要求企业有很强的研发能力，对于企业来说难度相当大。6 69 9 电接触

41、材料电接触材料88 比如，聚溴二苯醚是在电器开关节点上大量使用的一种阻燃剂，现在几乎没有可以替代的产品。而在某些电器元件中，只有使用铅才能达到技术标准，才能保证电器的性能良好，目前国内很难找到替代品。这些将给中国机电产品带来致命打击。 6 69 9 电接触材料电接触材料89 需要政府及相关部门、企业等多方努力。 首先，有关部门应加深对指令的研究。企业及有关行业协会、政府部门要加强对两个指令的研究，认真研究欧盟等一些发达国家绿色消费浪潮的基本趋势，大力推进清洁生产，发展无污染和少污染产品。 其次，企业应积极加大对产品的研究。对自身产品中哪些原材料和生产工艺存在被禁物质要做到心中有数，这是积极应对

42、的基础。同时，要组织技术攻关，在产品设计、工艺改进上下功夫。6 69 9 电接触材料电接触材料90 再次，有关部门和企业要加强国际交流，借鉴国际知名企业应对两个指令的措施及经验。针对两项指令涉及的范围，开展调查研究、分析两指令对我国电子电气产品出口影响程度，研究针对措施，把工作做在前头，避免届时措手不及。 此外，建议政府及早出台支持出口机电产品的技术改造和产品研发措施，如设立专项资金，加大技改项目奖励力度，引导企业建立绿色产业链条和绿色生产体系。6 69 9 电接触材料电接触材料91 自欧盟二指令出台后，行业反应强烈，企业感受到了前所未有的压力。近年来国内部分院校的研究者已开始了这方面的研究，

43、提出了诸如用“银基导电陶瓷触点材料”作触点材料的新思路，替代品已部分替代了银氧化镉材料，但从性能看，与发达国家仍有较大差距 。6 69 9 电接触材料电接触材料92 小小 结结 电接触分为固定接触、滑动接触和可分合接触三类。可分合接触又称触头，是三类接触型式中工作任务最重的一类。 名义上光滑的金属表面实际上都是凹凸不平的，并常覆盖有一层不导电的表面膜。这样的金属表面互相接触时，实际上只有极少的点(面)发生了真正的接触，在这些实际接触的 面中又只有少部分膜被压破了面能够导电。93 接触电阻为收缩电阻和膜电阻之和。收缩电阻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。金属表面的表面膜有绝缘

44、膜和导电膜两类。导电膜由“隧道效应”导电；绝缘膜靠施加一定的电压或机械压力使膜破坏而导电。对电接触的基本要求是接触电阻小而稳定，实现的方法是选用合适的接触材料和接触型式，保持一定的接触压力，防止表面膜的生长和接触面的污染。小小 结结94 电流通过接触面而发热，其中导电斑点的温度最高。斑点温升超出导体的温升与接触电压成简单的函数关系。斑点周围的温升分布为抛物线。导电斑点总温升为斑点超温、接触电阻损耗温升和导体温升三项之和。 触头闭合过程中常产生机械振动，供触头磨损增大和发生熔焊。根据式(6-60)，减小振动的方法是：采用一定的触头预压力，选用一定刚度的触头弹簧，减小动触头闭合速度和减轻动触头质量

45、。小小 结结95 电流通过触头，因电流线收缩而产生触头电动斥力，它正比于电流的平方，并与触头的最大导电截面和最小导电截面有关。 触头熔焊有静熔焊和动熔焊之分。触头焊接后拉开触头的力称为焊接力。减轻触头熔焊的方法是选用抗熔焊性能好的材料，采取一切有效措施减小接触电阻和触头振动。小小 结结96 触头磨损有机械的、电的(热的)和化学的三方面原因，电的原因是主要的。触头电磨损有金属桥和电弧磨损之分。金属桥和小电流电弧磨损的特点是材料定向的转移，而强电流电弧磨损常因触头强烈气化和喷溅造成净损失。消除桥磨损的主要方法是材料配对，减轻电弧磨损的主要方法是选用复合材料，加磁场使弧根运动和使电弧迅速熄灭。小小 结结97 触头材科对触头工作的可靠性和寿命起重要作用。触头材料有纯金、合金和金属陶瓷之分。现代电器一般较少采用纯金属。 触头的温升、熔焊和磨损等热过程可用数学模型进行定量分析。小小 结结