电接触理论及应用

本书内容主要包括四个方面：①电接触现象的基础理论。主要介绍电接触产生、维持和消除过程中的物理、化学等现象的相关理论，包括电接触表面膜电阻的增值机理、电接触材料的侵蚀和转移理论等。②电接触材料。不同接触形式和工作条件对电接触材料的要求各有侧重，本书介绍了新型电接触材料的开发过程，以及如何从材料的组成和制造工艺两方面改善材料性能。③电接触试验和诊断技术。电接触产生、维持和消除过程中各种现象的观察测试都需要借助和开发优选的诊断技术，本书介绍了包括接触电阻和导电斑点温升测试技术、极间电弧特性测试技术、触头材料侵蚀和转移原位测试技术、接触表面形貌特征及电接触材料组织和成分的测试技术等。④电接触现象的数学模型。电接触是一个复杂的物理与化学过程，一些现象无法进行试验测试或费用太高，所以电接触的数学模型化也是一个非常重要的研究领域。本书对接触电阻的微观描述、接触材料烧蚀过程数学模型等方面的近期新进展也进行了介绍。本书是一部全面介绍电接触理论及应用的学术专著，内容不仅包含电接触现象的基本原理和研究发展脉络，还涉及该领域的近期新研究进展与成果，对从事开关电器及电连接器等相关工业产品的科研设计人员、高校教师和学生都有很好的指导和参考意义。

第1章静态电接触及其数学描述1
1.1接触电阻的物理模型1
1.2导电斑点电流密度分布3
1.3电触头体内电场及焦耳内热源分布6
1.4静态电接触热过程的数学模型及其求解7
1.5小结12
第2章基于分形理论的电接触数学模型13
2.1基于分形描述的粗糙表面形貌特征研究13
2.1.1粗糙表面的分形描述方法14
2.1.2微凸体尺寸分布规律的统计研究16
2.1.3微凸体简化轮廓模型的统计研究21
2.1.4数值统计结果的实验验证26
2.2粗糙表面微凸体弹塑性接触形变特性研究30
2.2.1微凸体弹塑性接触形变基础理论30
2.2.2微凸体接触形变有限元分析方法34
2.2.3微凸体弹塑性接触形变特性分析37
2.2.4微凸体弹塑性形变经验公式归纳43
2.3基于二维分形几何的电接触数学模型研究45
2.3.1电接触数学模型的建立47
2.3.2电接触影响因素的分析58
2.3.3电接触模型的实验验证62
2.4小结66
第3章电接触材料概论67
3.1电触头的用途67
3.2对电接触材料基本特性的要求68
3.3电接触材料的分类与特性69
3.4小结72
第4章电弧能量作用及电接触材料的响应73
4.1电极间发生的电弧放电及其特性74
4.1.1阳极型、阴极型电弧74
4.1.2电弧的状态及其转换75
4.1.3电弧停滞时间及电弧移动特性81
4.1.4电弧等离子体喷流及其特性86
4.1.5电弧对电极的热流输入和电弧力效应87
4.2电触头材料的温升特性97
4.3电触头材料转移98
4.3.1触头材料转移现象98
4.3.2触头工作过程中非对称因素分析99
4.3.3阳极向阴极的材料转移100
4.3.4阴极向阳极的材料转移102
4.3.5材料转移模式及转移方向反转102
4.4电触头材料的电弧侵蚀机理103
4.4.1触头材料对电弧热流输入和力效应的一般响应过程104
4.4.2银基触头材料的电弧侵蚀机理110
4.4.3银基触头材料的侵蚀模式117
4.5电触头黏附与熔焊118
4.5.1黏附与熔焊的基本概念118
4.5.2静熔焊的形成机理118
4.5.3动熔焊的形成机理119
4.6接通电路过程中的电接触特性119
4.7电触头电弧侵蚀表面形貌特征122
4.8小结128
第5章电弧烧蚀过程的实验测量方法129
5.1电弧烧蚀观测原理及实验方法129
5.1.1烧蚀行为的可视化原理129
5.1.2实验装置和实验方法130
5.1.3烧蚀行为的图像后处理方法133
5.2不同电极材料的熔池行为研究136
5.2.1熔池行为的高速摄影结果136
5.2.2燃弧过程中的熔池行为演变139
5.3不同电极材料的喷溅烧蚀特性研究144
5.3.1喷溅烧蚀行为的高速摄影结果144
5.3.2喷溅液滴的运动特征147
5.3.3喷溅液滴的空间分布154
5.4小结158
第6章电接触性能的试验、诊断及触头选用160
6.1接触电阻及其影响因素的测试方法160
6.1.1接触电阻的测试方法160
6.1.2环境应力加速试验方法161
6.2材料侵蚀、转移、熔焊特性的试验及诊断162
6.3电子显微分析技术在电接触研究中的应用165
6.4小结168
第7章考虑栅片烧蚀金属蒸气的电弧运动及栅片切割数学模型研究170
7.1电弧仿真数学模型和边界条件171
7.1.1几何模型的建立和求解区域划分171
7.1.2空气与铁蒸气混合物热力学参数和输运参数173
7.1.3鞘层数学模型174
7.1.4边界条件175
7.2电弧模型求解平台的建立178
7.3栅片切割过程的仿真研究178
7.3.1考虑铁栅片烧蚀的电弧切割过程的电弧特性计算结果178
7.3.2不考虑栅片烧蚀的切割过程181
7.3.3金属蒸气在切割过程中对电弧特性的影响181
7.4实验研究与对比分析183
7.4.1实验装置与实验条件183
7.4.2实验结果183
7.5小结184
第8章复合镀层接点的电接触185
8.1静态接触的复合镀层接点的电接触185
8.2振动环境下复合镀层接点的电接触187
8.2.1不同振动方向的比较187
8.2.2不同复合镀层接点材料的比较190
8.2.3非对称配对时阴极和阳极的比较192
8.2.4焊线时间对电接触性能的影响192
8.3插拔过程中复合镀层接点的电接触193
8.4复合镀层接点的磨损195
8.4.1电弧侵蚀对磨损的影响200
8.4.2磨损对电弧侵蚀的影响201
8.5复合镀层的组成原则及各镀层的作用202
8.6小结203
第9章高压断路器中的电接触现象及触头材料204
9.1对高压断路器触头材料的要求204
9.2真空断路器中的CuCr触头材料性能206
9.3小结207
参考文献208