电接触（电器学）-湖南电气与信息工程学院-课件.pdf

第五讲电接触理论A电接触:导体与导体之间相互接触（传递电流或电信号）。内容提要电接触与触头接触电阻及其影响因素二.各种工作状态下的触头 触头材料2教学目的与要求:1、掌握电接触、触头的定义和分类，掌握换接触头的四种工作状态及基本参数；2、掌握接触电阻的组成、影响因素和工程计算公式；3、掌握接触点最高温升的计算，了解Rj-Uj特性，掌握触头 闭合过程的振动；4、掌握触头间的电动斥力、熔焊与电侵蚀，了解触头材料。3教学内容1、电接触与触头；2、触头的接触电阻；3、闭合状态下的触头；4、触头接通过程及其熔焊；5、触头分断过程与其电侵蚀；6、栓接连接触头与接触导电膏;7、触头材料。4教学重点与难点:1、电接触和触头；2、接触点最高温升的计算；3、接触电阻。通过本章的学习，学生应掌握触头的接触电阻,接触点最高温升的计算，了解如何降低触头闭合过程 中的振动。51、2、3、4、5、6、本章基本内容电接触的定义和分类;接触电阻的组成、影响因素、减小措施和计算;触点最高温升的计算;触头间电动斥力、熔焊和电侵蚀;触头材料;欧洲两指令及对策。65-1电接触与触头电接触及其可能出现的问题1、任何电工装置都由彼此间以任意方式联系着的单元构成,其中赖以保证电流流通的导体间的联系称为电接触，它是一种 物理现象。通过互相接触以实现导电的具体物件称为电触头（简称触 头），它是接触时接通电路、操作时因其相对运动而断开或闭 合电路的两个或两个以上的导体。75-1电接触后触头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。8 5-1电接触与触头二、触头及其分类-结构：两个或以上的导体基本要求：P35电阻不大且稳定分类连接触头（图21）：机械方式连接-机械性能；总电阻小；温升；电动力换接触头（图22）-通常意义上的触头，用以接通、分断及转换电路的执 行部件，以动触头和静触头的形式成对出现、触头的四种工作情况及要求分断状态过电压防电击穿断口间隔和爬电距离足够闭合状态 1）一定过载能力，控制温升;2）抗电磁斥力和熔焊；3）接触电阻的长期稳定-理论计算,-如何尽量小-闭合过程 情况：mv2/2；弹跳过程预击穿引起的短弧 1）弹跳持续时间要短；2）抗电弧熔焊性好；-分断过程考虑电弧的破坏影响：触头、绝缘等要求：-介质恢复强度高，燃弧时间短，过电压低，抗电弧焊 性好。:触头的工作要求（开或断）电动斥力 熔焊材料要求 温升结构 可靠熄灭电弧多方面，可围绕电击穿、热击穿阶段来分析四、触头基本参数开距、超程、初压力、终压力这四个参数是决定触头在运行中行为的主要参数。口开距：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，移开静触头后，动触头还能 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。-接触压力力的全动态过程仿真或试验Skip五、电接触的分类(略)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。(1)固定电接触：用螺钉、钾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。14（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，如高压断路器和部分低压断路器）o15触头有关参数和指标：a工作参数（使用条件参数）：%、续率（即TD%）；b触头极数：直流有单极与双极;C断口数：单断口和双断口；与、工作制、操作频率、通电持交流有3、4、5极等；16d、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,触头将要移动的距离。移开动（或静）触头后，静（或动）初压力：动静触头刚刚接触时,每个触头上承受的压力O终压力：动静触头完全闭合后,每个触头上承受的压力O17(C)面接触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2：一按接触面积大小不同，分点、线、面接 触三种。6)点接触(b)线接触18六、对电接触的主要要求A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。A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。19七、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。205-1电接触概述八、各类接触器实物图215-1电接触概述225-1电接触概述235-1电接触概述BACK45-1电接触概述255-2触头的接触电阻:两个触头表面情况加工的凸凹不平工业金属表面的凸凹不平(110um)氧化污染接触处有金属、氧化污染后的金属及各种绝缘膜图225-触头温升恶性循环：温升导致接触电阻增加，接触电阻的 增加又导致温升增加R.=4(1+awT)5-2触头的接触电阻-、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。275-2触头的接触电阻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。图号电斑点附近电流线 收缩情况求意图28束流现象-实际接触面缩小到局限于少量的a斑点所造成的电流收缩现象口反向电动斥力 p=反21n R0 e-4乃 r(9)口 Pinch效应造成的附加斥力F=风/25-2触头的接触电阻二、接触电阻的组成:Rj=+(61+62)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，H.=%+2恳 J s2、在真空中，Rb y 0,故R。2凡。J30三、触头的接触电阻的计算和影响因素表面膜尘埃膜、化学吸附膜、无机膜、有机膜:接触电阻Rj式中耳；接触压力;(0.102/T(值：查表2-3；m值：与接触形式有关。点接触：m=0.5；面接触：m=l；线接触：相=0.51,约为0.7。三、接触电阻的影响因素:影响接触电阻的因素接触压力 K图227 R,=-&-表 2-5（0.102F.）m触头温升材料和接触面积材料、表面加工情况、接触点个数和接触面积（半径）、氧化和污染情况等归结为参数Ke接触形式：点接触、线接触和面接触（图226）*表2-4 Skig5-2触头的接触电阻四、如何减小Rj：1、收缩电阻Rs：1）分析某孤立的圆形、半径为a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 o图6-5瓶立。舞点收缩电阻物理模型（只绘出一半）335-2触头的接触电阻（略）图中细底线表示接触内表面，其中间的一小段粗线代表斑点 a,共焦点的椭圆壳和半圆弧线是等位面，指向a的是电流线。假设：除a导电外，其它接触面不导电。设a的电位为零，两接触元件收缩区的无限远处电位为（+/-）0.5Uj（出七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。345-2触头的接触电阻3)孤立斑点a与总收缩电阻Rs：K=2R=2x9V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：Rs=i=l式中ap：n个斑点半径的平均值。实践上，求n、ap困难。355-2触头的接触电阻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。365-2触头的接触电阻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H2 s的空气：在水膜中生成Ag2 s绝缘暗膜，干燥时不易 侵蚀银。Ag2 s是半导体，近似于绝缘件。375-2触头的接触电阻b、以铜为例：空气中，金属材料表面由吸附膜发展成肉眼可 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。小E Z工一/I图6T几种常用触头材料在不同条件下氧化膜的生长加小O空气中b）相中385-2触头的接触电阻五、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：0 隧道电阻率。（或称膜的面电阻率）：0 二 了式中U：接触面间的电阻率；J：电子透过位垒形成的电流 密度。395-2触头的接触电阻（略）由。求膜厚：见下页图6-7。图6-7强道电阻率。的理论计算结果，膜*电子递出功405-2触头的接触电阻3、分析膜电阻Rb：单个斑点R产7n个并联斑点：凡二上F7r-n-ap4、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。图6-8绝缘暗膜的击穿膜的塔解415-2触头的接触电阻（略）1）半导体特征：电压U由0升高，膜电阻由MQ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U、UO,膜被击穿，用虚线表示，并最终稳定在终止点（Rz,Uz）o O，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，称电压在0.010.02 V数量级的为B类熔解。425-2触头的接触电阻(略)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。435-2触头的接触电阻（略）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。445-2触头的接触电阻6、计算接触电阻的理论公式：r _ Q+。271ap 7mo2P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 F=HA=H7Tq2；修正后，F=式中，是与材料变形有关的参数，0.3(1 o45r 1A5-2触头的接触电阻由这两式化简，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2-3；m值：与接触面变形有关。将上式两端取对数，得知Rj与F的关系为一直线，如下页图 6-9。TO时，得：Tm 3200 Ujo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。605-3闭合状态下的触头（参考教材内容）（略）、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图6-13分析接触导体系统温度 分布的模型边导体各传一半。61三、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6-13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 o收缩区外导体的温度分布的解为：Z=泉+（工o 一%）.e式中：x=0处（即收缩区边界）的导体温升，其大小为：T0Tw+2AAKtP 5-4 触头接通过程及其熔焊、接通过程中的机械振动因有触头弹簧，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。1.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。63 6-4触头闭合过程的振动分析2.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。,烧等777万 7777777 a)b)动触头图6-14触头振动物理过程图解64 5-4触头接通过程及其熔焊闭合弹跳过程图232能量渐小部分能量转换为热量-塑性变形部分能量转换为反弹运动弹性变形共振熔焊与弹跳力的作用2:振幅计算”=卬+卬能量平衡公式 2 A W：位能；WA：塑性变形的消耗能式 231 5-4触头接通过程及其熔焊（略）碰撞图示:图6-15 触头振动弹开距离与时间的关系;图6-15触头振动弹开距离与时间的关系 崔6 16触头板科过程典型示波图66 5-4触头接通过程及其熔焊（略）3、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）。1 2 1 2mv=（2）xm：动触头第一次反弹能达到的最大距离。Xm2+(k)一(lo+qtm)c674、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。xm 2xm 2xm/ffl/f f L ft Lm _ 4o i Vi Jl-kT_代人触头初压力FO,得:xm=也_+cl_k：麻To m Qc-(l+=)Jl-k式中V：动触头闭合速度；ml：动触头质量；c：弹簧刚度；k：决定于触头材料弹性的碰撞损失系数。5-4触头接通过程及其熔焊5、结论:采用较大的触头压力、刚度较大的触头弹簧，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。69 5-4触头接通过程及其熔焊二、触头的熔焊1.分类静熔焊动熔焊2.影响因素 电参数 机械参数 表面状况 材料3、分析（略）：（一）第1类：静熔焊。1）与电流的关系：r（i）南包容化：电流由o增大至卜定值斑点故I薄层金属尹始w匕耳下降,止田珀钝流为触汨我锵化崛触汨捌可分开；（2）尹始隈I磔暨大，角蚁尹始隈对应的电滞尔为开始容焊电流。僦I再增冗般逮底金属熔为一（本2）开始熔化电流与通电时间关系：聿f图6-21 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。71与通电时间供关系（囱接触的视在接被面积:八。*HhirZ）（二）第2类：动熔焊。见下图6-22动熔焊 过程图解（时间只有几毫秒）。Q图6-22触头闭合时产生动熔焊过程的图解）触头开始接触前产生预击穿 b）触头 接触井开始反跳 c）两接触而开始分高产 生电弧 d）触头反跳达最大距离后又开始第新闭合 e）触头闭合后焊接724、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。三、触头的冷焊一、压力情况下连接处金属分子或原子间的结合735-5触头分断过程与其电侵蚀触头电磨损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。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。74 5-5触头分断过程与其侵蚀：分断过程触头损失严重 过程历时长 电弧持续时间长 侵蚀 机械侵蚀：机械摩擦 化学侵蚀：氧化膜破碎导致 电侵蚀：电火花或电弧一、电侵蚀的类型桥蚀图2 5弧蚀 5-5触头分断过程与其侵蚀:桥蚀-阳极材料向阴极转移阴极凸起、阳极凹陷火花放电 物理过程 电压较高而功率较小强电场击穿一无热电离-间歇性和不稳定 阴极受电蚀阴极向阳极发射电子 5-5触头分断过程与其侵蚀：弧蚀阴极电蚀正离子在阴极附近形成正空间电荷层，形成强电场阴极材料向阳极转移阴极凹陷、阳极凸起净侵蚀高温情况下，阴极和阳极材料的局部熔化和蒸发阳极电蚀火花放电和电弧放电情况下，触头材料损耗2 5-5触头分断过程与其侵蚀二、小电流情况下的触头电侵蚀桥蚀、火花放电性质的弧蚀-侵蚀程度的计算阳极材料的侵蚀：v=al2火花放电时，触头材料的侵蚀 V=yq 5-5触头分断过程与其侵蚀三、大电流情况下的触头电侵蚀弧蚀-侵蚀程度的影响参数 电弧电流、电弧移动速度、燃烧时间、触头结构 形式、操作频率、磁吹磁场等 电流较大而操作频率不高的情况 电流较小的情况-侵蚀量 Hm=KnIaxlQ-9 5-5触头分断过程与其侵蚀四、电侵蚀与触头的使用期限和超程-使用期限电侵蚀起主要影响作用部分触头材料的损耗导致使用期限电侵蚀的不均匀特性-超程补偿电侵蚀的量1 T”6-7触头熔焊与焊接力四、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，使二接触表面牢固粘在一起的现象。81触头材料、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。82触头材料接触电阻、温升、抗熔焊能力、抗侵蚀能力-要求：低电阻率，低电阻温度系数 高的最小燃弧电压和最小燃弧电流；高的热导率、比热容、熔点和沸点；高的抗氧化和抗化学腐蚀能力；适当的硬度，良好的工艺性能种类纯金属材料银、铜、铝：导电和导热率高金：不氧化；易冷焊、变形和磨损柏、鸨、石墨：性能稳定，不易氧化合金材料 银合金 金合金 铝合金 铝合金等等 金属陶瓷材料（粉末冶金材料）:金属陶瓷材料（粉末冶金材料）两相金属的机械混合物耐弧、低接触电阻、耐侵蚀和抗熔焊等 难熔相起骨架作用：硬度高、熔点高，不易变形材料：鸨、铝、金属氧化物等载流相 起载流作用：高电导率和热导率 能防止喷溅现象，并能降低触头材料损失程度 材料：银、铜等:代表种类 银氧化镉粉末合金 银氧化锡锢粉末合金 银氧化锌粉末合金 铜鸨合金等等真空开关电器触头材料 电导率高、抗熔焊性强、分断能力高 大容量电器产品：铜钿银合金 中小容量电器产品：铜钿铀合金 触头跑弧面：真空铜Skip触头材料的选择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、柏；铜银合金、柏合金及金；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：87、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 头的触头材料。b、例：I、银一鸨陶冶材料：II、银一石墨陶冶材料：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。883、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（S。等材 料，目的是降低接触表面的Rj,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。89几种常用金属材料在接触电阻方面的性能(1)银夕与4都小；在低温下不易氧化，高温下Ag2O Ag、。2；银的氧化物的?也很低。3：.从减少接触电阻角度看，银是最理想的材料。银的价格较贵 k因此，电器中常采用铜镀银触头。90几种常用金属材料在接触电阻方面的性能(2)铜令P与%比银略大；在室温下，在大气中或变压器油中铜会氧化，形成C%。；铜的氧化膜厚度随温度增高而增加。从减小接触电阻看，铜是仅次于银的材料。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。91几种常用金属材料在接触电阻方面的性能(3)铝令P与4不算太高；铝的严重缺点是化学性质活泼。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。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。92几种常用金属材料在接触电阻方面的性能(4)金、钳、钺：化学性能稳定，触头表面不会产生不导电的薄膜。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。93几种常用金属材料在接触电阻方面的性能(5)铸铜和鸨银合金以高熔点铝与高导电铜、银采用粉未治金的方法制成的铝铜、鸨银合 金。具有导电性能好在电弧作用下烧损小鸨铜价格较便宜。开关电器中广泛使用的触头材料缺点：在大气中易氧化，接触电阻不稳定。94几种常用金属材料在接触电阻方面的性能适宜用在油断路器和六氟化硫断路器中。常用的是含铝量为80%的铝铜合金。铝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。95触头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。96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、三聚氟胺改性酚醛塑料”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。97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，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。98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。99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；100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品不得 含有铅、汞、镉、六价铭、多澳联苯和多澳联苯酸等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虬 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%。1012、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；小型家用器具，如吸尘器、熨斗、钟表；信息技术和远程通讯设备，如电脑、复印机、打印机(4)用户设备，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；司,(8)医用设备；(9)监视和控制装置；(10)自动售货机等。1023、“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、银等重金属类关系密切。103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。104欧盟限制银氧化镉的应用，原因之一是银氧化镉最好的替代物是银氧 化锡（AgSnC）2 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。1054、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。106比如，聚澳二苯酸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。107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。108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。109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，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。110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。111 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。112 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。113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。114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。115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。116思考练习:课后练习：2.3,2.4,2.14,2.15,2.19 2.2 5:思考题 2.2