1、電器學湖南大學 任何電工裝置皆由彼此間以任意方式聯系著任何電工裝置皆由彼此間以任意方式聯系著的單元構成，其中賴以保證電流流通的導體間的的單元構成，其中賴以保證電流流通的導體間的聯系稱為聯系稱為電接觸電接觸 通過互相接觸以實現導電的具體物件稱為通過互相接觸以實現導電的具體物件稱為電觸頭( (簡稱觸頭簡稱觸頭) ) ，它是接觸時接通電路、操作，它是接觸時接通電路、操作時因其相對運動而斷開或閉合電路的兩個或兩個時因其相對運動而斷開或閉合電路的兩個或兩個以上的導體。以上的導體。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭一、觸頭的分類 (一一)連接觸頭連接觸頭 連接觸頭是以機械

2、方式:焊接焊接、鉚接鉚接和栓接栓接來連接電路的不同環(huán)節(jié)，使電流得以自一環(huán)節(jié)流向另一環(huán)節(jié)。這種觸頭在工作過程中無相對運動，永無相對運動，永遠閉合遠閉合。連接觸頭除栓接式為可卸式外，其余為不可卸式。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭 是在其所在裝置的使用期限內，應能完整無損地長期通過正常工作電流正常工作電流和短時通過規(guī)定的故障電流故障電流。為此，它的電阻應當不大而且穩(wěn)定。這就要求它能耐受周圍介質的作用，又能耐受溫度變化引起的形變形變和通過短路電流時所產生的電動力。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭二、換接觸頭換接觸頭 (二)換接觸

3、頭換接觸頭 換接觸頭是電器中用以接通、分斷、轉換電路的執(zhí)行部件，并且總是以動觸頭和靜觸頭的形式成對地出現。它具有多種形式，諸如楔形觸頭、刷形觸頭、指形觸頭、橋式觸頭和瓣式觸頭等。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭 是電阻小而穩(wěn)定，并且耐電弧、抗熔焊和電侵蝕。有觸點電器的故障很大一部分是觸頭工作不良所致，且后果嚴重。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭觸頭的工作狀態(tài)觸頭的工作狀態(tài)a.a.閉合狀態(tài)閉合狀態(tài) 主要任務是保證能通過規(guī)定的電流主要任務是保證能通過規(guī)定的電流,且觸且觸頭溫升不超過允許值，主要問題是觸頭的發(fā)頭溫升不超過允許值，

4、主要問題是觸頭的發(fā)熱及熱和電動穩(wěn)定性。熱及熱和電動穩(wěn)定性。b.b.閉合過程閉合過程 觸頭在閉合過程中會因碰撞而產生機械觸頭在閉合過程中會因碰撞而產生機械振動，主要問題是減小機械振動，從而減小振動，主要問題是減小機械振動，從而減小觸頭的磨損，避免觸頭熔焊。觸頭的磨損，避免觸頭熔焊。 第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭c. 斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)d.d.開斷過程開斷過程 觸頭處于斷開狀態(tài)時，必須有足夠的開距，觸頭處于斷開狀態(tài)時，必須有足夠的開距，以保證可靠地熄滅電弧和開斷電路。以保證可靠地熄滅電弧和開斷電路。 觸頭開斷過程是觸頭最繁重的工作過程。觸頭開斷過程是觸頭最繁重

5、的工作過程。當觸頭開斷電路時，一般會在觸頭間產生電當觸頭開斷電路時，一般會在觸頭間產生電弧，主要問題是熄滅電弧，減小由電弧而產弧，主要問題是熄滅電弧，減小由電弧而產生的觸頭電磨損。生的觸頭電磨損。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭觸頭的主要參數觸頭的主要參數a.a.觸頭的開距觸頭的開距s s 觸頭處于斷開位置時，動、靜觸頭處于斷開位置時，動、靜觸頭之間的最小距離。觸頭之間的最小距離。安全絕緣間隔。安全絕緣間隔。b.b.觸頭的超程觸頭的超程r r 觸頭完全閉合后，如果將靜觸觸頭完全閉合后，如果將靜觸頭移開，動觸頭在觸頭彈簧的作頭移開，動觸頭在觸頭彈簧的作用下繼續(xù)

6、前移的距離。用下繼續(xù)前移的距離。保證觸頭經磨保證觸頭經磨損至電壽命終結之前，仍能可靠接觸所必需的結損至電壽命終結之前，仍能可靠接觸所必需的結構措施。構措施。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭c.c.觸頭的初壓力觸頭的初壓力 動觸頭剛與靜觸頭接觸時所具有的一定動觸頭剛與靜觸頭接觸時所具有的一定的互壓力。的互壓力。降低觸頭閉合過程中的彈跳現象。降低觸頭閉合過程中的彈跳現象。 動、靜觸頭閉合終了時，觸頭間的接觸動、靜觸頭閉合終了時，觸頭間的接觸壓力。壓力。保證觸頭在閉合狀態(tài)接觸電阻小而穩(wěn)定。保證觸頭在閉合狀態(tài)接觸電阻小而穩(wěn)定。d.d.觸頭的終壓力觸頭的終壓力第一篇

7、電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第一節(jié)電接觸與觸頭一、載流電路的開斷過程一、載流電路的開斷過程1.動靜觸頭的接觸原本是許多個點在接觸，而接觸壓力一般是由彈簧產生的。由于超程的存在，觸頭開始分斷時，電路并沒開斷，僅僅是動觸頭朝著與靜觸頭分離的方向運動。這時，超程和接觸壓力都超程和接觸壓力都逐漸減小，接觸點也減少。及至極限狀態(tài)、即僅剩一個點接觸時，逐漸減小，接觸點也減少。及至極限狀態(tài)、即僅剩一個點接觸時，接觸面積減至最小，電流密度非常巨大，故電阻和溫升劇增。以致接觸面積減至最小，電流密度非常巨大，故電阻和溫升劇增。以致觸頭雖仍閉合，但接觸處的金屬已處于熔融狀態(tài)。觸頭雖仍閉合，但接觸處的金

8、屬已處于熔融狀態(tài)。2.此后，動觸頭繼續(xù)運動，終于脫離，但動靜觸頭間并未形成間隙，而由熔融的液態(tài)金屬橋所維系著。液態(tài)金屬的電阻率遠大于固體金屬的，故金屬橋內熱量高度集中，使其溫度達到材料的沸點，并隨即發(fā)生爆炸形式的金屬橋斷裂過程，觸頭間隙也形成了。3. 金屬橋剛斷裂時，間隙內充滿著空氣或其他介質及金屬蒸氣，它們均具有絕緣性質。于是，電流被瞬時截斷，并產生過電壓，將介質和金屬蒸氣擊穿，使電流以火花放電乃至電弧的形式重新在間隙中流通。4.隨著動觸頭不斷離開靜觸頭以及各種熄弧因素作用，電弧終將轉化為非自持放電并最終熄滅，使整個觸頭間隙成為絕緣體，觸頭分斷過程亦告終結至此，觸頭已處于斷開狀態(tài)。第一篇 電

9、器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第二節(jié)電弧及其產生過程第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第二節(jié)電弧及其產生過程二.電弧的形成過程在兩觸頭分離時，的電壓、0.25的電流即可形成高溫電弧。（一）氣體的電離（一）氣體的電離電離形式表面發(fā)射場所：金屬電極表面種類：熱發(fā)射、場致發(fā)射、光發(fā)射、二次發(fā)射等四種形式空間電離場所：觸頭間隙內種類：光電離、熱電離、碰撞電離等三種形式1. 1. 表面發(fā)射表面發(fā)射：指由金屬表面發(fā)射電子的現象；：指由金屬表面發(fā)射電子的現象； 它包括了熱發(fā)射、高電場發(fā)射、光發(fā)射和二它包括了熱發(fā)射、高電場發(fā)射、光發(fā)射和二次發(fā)射。次發(fā)射。 熱發(fā)射熱發(fā)射：在：在2000

10、20002500K2500K范圍內，金屬表范圍內，金屬表面自由電子獲得足夠的動能，超越金屬表面晶格電面自由電子獲得足夠的動能，超越金屬表面晶格電場造成的勢壘而逸出的現象。場造成的勢壘而逸出的現象。 逸出功：記為逸出功：記為ycyc，是指一個電子逸出金屬所是指一個電子逸出金屬所需的最低能量，單位為需的最低能量，單位為eVeV。 高電壓發(fā)射高電壓發(fā)射：也叫場致發(fā)射，是常溫下當金：也叫場致發(fā)射，是常溫下當金屬表面的電場強度屬表面的電場強度10106 6(v/cm)(v/cm)時，自由電子逸出金屬時，自由電子逸出金屬的現象。的現象。 2. 2. 空間電離空間電離：是指電極間氣體受外力影響，其分子：是指

11、電極間氣體受外力影響，其分子及原子分裂成自由電子和正離子的現象。及原子分裂成自由電子和正離子的現象。 空間電離的方式有空間電離的方式有光電離光電離、碰撞（電場）電離碰撞（電場）電離和和熱電離熱電離；它們可能同時存在。；它們可能同時存在。 熱電離熱電離：當氣體溫度在：當氣體溫度在300030004000K4000K以上時，氣以上時，氣體粒子因高速熱運動而互相碰撞所產生的電離。體粒子因高速熱運動而互相碰撞所產生的電離。 氣體的熱電離度可用沙哈公式計算：氣體的熱電離度可用沙哈公式計算：58001.2521.5510133ylWTTeP式中，式中，P P是壓力（是壓力（PaPa），），T T是氣體溫度

12、是氣體溫度(K)(K)，W Wylyl是中性粒子的是中性粒子的電離能電離能(J)(J)。氣體中混有金屬蒸汽時，其電離度要比純氣體的高，即電氣體中混有金屬蒸汽時，其電離度要比純氣體的高，即電導率要大。導率要大。（二）消電離及其方式：（二）消電離及其方式：1. 1. 消電離消電離：也叫去游離；是指電離氣體中的帶電粒：也叫去游離；是指電離氣體中的帶電粒子自身消失或者失去電荷變?yōu)橹行粤Ｗ拥默F象。子自身消失或者失去電荷變?yōu)橹行粤Ｗ拥默F象。2. 2. 消電離方式：包括消電離方式：包括復合復合與與擴散擴散。 復合：兩個帶異性電荷的粒子相遇后，相互作用復合：兩個帶異性電荷的粒子相遇后，相互作用引起電荷消失，形

13、成中性粒子的現象。具體有以下兩引起電荷消失，形成中性粒子的現象。具體有以下兩種方式：種方式： a. a. 表面復合表面復合：有四種方式。此時，釋放的能量：有四種方式。此時，釋放的能量多用以加熱電極、金屬或絕緣材料的表面。多用以加熱電極、金屬或絕緣材料的表面。 圖圖3-2 3-2 在金屬表面的復合過程在金屬表面的復合過程a) a) 正離子和電子復合成一個中性粒子正離子和電子復合成一個中性粒子b) b) 正離子和負離子復合成兩個中性粒子正離子和負離子復合成兩個中性粒子 b. b. 空間復合：有直接復合和間接復合空間復合：有直接復合和間接復合( (電子粘在中性粒電子粘在中性粒子上，子上， 再與正離子

14、相遇復合成為兩個中性粒子再與正離子相遇復合成為兩個中性粒子) )。 對空間復合而言，促使空間復合的決定因素是冷卻，因對空間復合而言，促使空間復合的決定因素是冷卻，因為冷卻促使帶電粒子運動速度減小。為冷卻促使帶電粒子運動速度減小。 復合概率：氣體性質及純度復合概率：氣體性質及純度惰性氣體、氫氣、氮氣等不會復合惰性氣體、氫氣、氮氣等不會復合SF6SF6等等極強的俘獲電子的能力極強的俘獲電子的能力第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第二節(jié)電弧及其產生過程氣體放電過程在兩極之間施加電壓，當逐漸增大電壓U至一定值時，便發(fā)生了間隙內的氣體放電現象。OC段非自持放電階段在此階段，若無外界催離素

15、的作用，間隙內就沒有自由電子，放電亦將終止。C點以后自持放電階段在此階段，場致發(fā)射及二次電子發(fā)射的電子已甚多，以致除去外界電離因素后仍可借空間的碰撞電離維持放電。(三)電弧的外觀與本質圖25AanodeCcathode陰極斑點溫度極高（氣化溫度）、電流密度極高在自身磁場作用下運動陽極斑點近陰極區(qū)、近陽極區(qū)兩極區(qū)的電壓降與電流無關，20V弧柱其內部氣體全部電離等離子區(qū)：正負帶電粒子電量相等電場強度近乎恒值圖25電弧本質自持放電的一種形式P41第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第三節(jié)電弧的特性和方程一.電弧的電壓方程四、電弧的能量平衡電弧功率計算電弧電壓公式25電弧功率公式26短弧

16、：U0占主導地位金屬件散熱長?。篣A占主導地位弧柱散熱電弧的動態(tài)熱平衡方程式27電弧的熄滅取決于PA和Pd滅弧指導AcapUUUU0AAAAAPU IU IElIAAddQPPdt 在電弧長度維持不變的情況下，對應每一個直流電流Ih，當電弧中的發(fā)熱和散熱過程達到平衡后，弧隙兩端都會有一個與之對應的電壓Uh，則稱Uh與Ih的關系為直流電弧的靜態(tài)伏安特性。 二二.直流電弧的伏安特性直流電弧的伏安特性負阻特性：負阻特性：電流增大，而電弧電壓降低電流增大，而電弧電壓降低增大的電流使熱電離加劇，離子濃度增大，維持增大的電流使熱電離加劇，離子濃度增大，維持穩(wěn)定燃弧所需電壓降低穩(wěn)定燃弧所需電壓降低式中 U0

17、：是電弧近極壓降，V； L：電弧長度，cm； n和c：常數，n0.25； Ih：電弧電流，； 曲線1是在弧長不變的條件下逐漸增大電流測得的。 由于電弧本身的熱慣性，電弧電阻的增大總是滯后于電流的變化。當電流減至I2時，電弧電阻大抵仍停留在I1時的水平上。 極限情況下，即電流減小速度為無窮大，電弧電阻來不及變化，伏安特性即為曲線3。電流減小時伏安特性與縱軸相交處的電壓Ue極為熄弧電壓。2原因：弧柱的溫度和直徑具有熱慣性原因：弧柱的溫度和直徑具有熱慣性，具體為：123(),hhhhhhhhhhIRI RIRI RdIITdt hhhhh、 快速 ， 來不及減小，則U新穩(wěn)態(tài)時的U 值；、 快速 ，

18、來不及增大，則U新穩(wěn)態(tài)時的U 值；、變化期間，弧柱的 、直徑保持不變，R 也不變，為直線。定義定義：如下后圖所示，是指一個周期內h與h關系曲線，用uh-ih表示。 三.交流電弧的伏安特性和時間特性第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第四節(jié)直流電弧及其熄滅直流電弧的穩(wěn)定燃燒點：也叫直流電弧的穩(wěn)定燃燒點：也叫“工作點工作點”，它應滿足：，它應滿足：EIRUh； 二、直流電弧的燃燒與熄滅（續(xù)二、直流電弧的燃燒與熄滅（續(xù)4 4）增大縱向觸頭間隙法向拉長電弧借使弧斑上移拉長電弧利用金屬柵片(n片)將電弧分割成系列短?。?）增大近極區(qū)電壓降Uh=（n+1）U0+El這比無柵片時增大了nU0，

19、所以也能起到使電弧伏安特性上移的作用。增大氣體介質的壓強增大電弧與介質間的相對運動速度使電弧與溫度較低的絕緣材料緊密接觸以加速弧柱冷卻采用如六氟化硫 SF6氣體等具有強烈消電離作用的特殊滅弧介質采用真空滅弧室（3）增大弧柱電場強度Uh=U0+El交流電弧的熄滅條件:電流過零后，弧隙介質恢復強度在任何時刻始終高于弧隙上的恢復電壓。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第五節(jié)交流電弧及其熄滅一一.弧隙介質恢復過程弧隙介質恢復過程第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第五節(jié)交流電弧及其熄滅 倘若在滅弧室內設若干金屬柵片，將進入滅弧室內的電弧截割成許多段串聯的短弧，則電流過零后

20、每一短弧的近陰極區(qū)均將立即出現150-250V的介質強度(。當它們的總和大于電網電壓(包括過電壓)時，電弧便熄滅。 出現于近陰極區(qū)的這種現象稱為近陰極效應，綜合利用截割電弧和近陰極效應滅弧的方法稱為短弧滅弧原理，它廣泛用于低壓交流開關電器。一般來說，電弧的熄滅過程要經歷兩個階段：熱擊穿電擊穿弧柱的介質恢復過程，對交流長弧的熄滅具有很重要的意義，因為它是幾乎所有高壓開關電器和部分低壓開關電器設計的理論基礎。.弧柱區(qū)的介質恢復強度 在電流前半周結束和下半周結束時電弧中電流一般并不按照正弦波變化而是按照另外一個規(guī)律變化，即電流等于電弧電壓與電弧電阻的比值。在電流自然過零前的一小段時間內，電流被電弧電

21、阻限制得很小實際上等于零。同樣。在下一個半周開始時也是如此。雖則電弧電流在事實上僅在某一瞬間過零點，但在電流自然過零前后整個一小段時間內，電流近似等于零，而整個這段時間就稱為電流的零休時間。零休時間 熱擊穿 由于熱慣性的影響，零休期間電弧電阻Rh并非無窮大，故電源仍向弧隙輸送能量。當電源輸送能量小于電弧散出的能量時，孤隙內溫度降低，消電離作用增強，弧隙電阻不斷增大，直至無窮大，也即弧隙變成了具有一定強度的介質，電孤也將熄滅。反之，若弧隙取自電源的能量大于其散出的能量， Rh將迅速減小，剩余電流不斷增大，使電弧重新燃燒。這就是所謂熱擊穿。 電擊穿 熱擊穿存在與否還不是交流電弧是否能熄滅的唯一條件

22、。 當弧隙兩端的電壓足夠高時，仍可能將孤隙內的高溫氣體擊穿，重新燃弧，這種現象稱為電擊穿。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第五節(jié)交流電弧及其熄滅二.弧隙電壓恢復過程第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第五節(jié)交流電弧及其熄滅三.交流電弧的熄滅交流電弧在零休期間是最好的滅弧時機。在此階段電弧能量最小。截流：電流自然過零前截斷。產生較高的過電壓。除非有特殊要求，交流開關電器多采用滅弧強度不過強的滅弧裝置，使電弧在零休期間、而且是在電流首次自然過零時熄滅。 電弧燃燒共約3個半波，i1、i2、i3分別表示這三個半波的電弧電流ih，而t1、t2、t3分別表示三個電流半波的過

23、零時刻，1、2、3分別表示i1、i2和i3過零之后落后于電源電壓u過零之后的相角。 觸頭分開前，uh為零。觸頭分開后，在第一個電流半波，lh很短，弧隙上的電壓uh0，故電流波形基本不變，ujf也較小。在t1時刻，ih第一次過零，因ujf不大，當弧隙上uhf上升到Urh時，弧隙發(fā)生重燃，電流繼續(xù)流通。 第二個電流半波，ih和uh較前增大，故ih幅值減小，過零附近波形有些畸變，u與ih的相位差角為2，ujf也較前增大。在t2時刻ih第二次過零，因ujf仍不夠高，故uhf上升到Urh”時，電弧又發(fā)生重燃，ih又繼續(xù)流通； 第三個電流半波，lh和uh繼續(xù)增大，故ih幅值又減小，過零附近波形畸變更劇烈，

24、ujf繼續(xù)增高。t3時刻ih第三次過零。因uhf在較低的工頻恢復電壓瞬時值作用下上升，呈振蕩性且有剩余電流is通過，但因實際ujf總是大于實際的uhf數值，電弧不再重燃，電路終被開斷。 第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第六節(jié)滅弧裝置一.滅火花電路用于保護直流繼電器的觸頭系統，降低其電侵蝕、提高其分斷能力，進而保證其安全可靠運行?；鸹óa生的原理火花產生的原理原因原因：當觸點斷開時，由于：當觸點斷開時，由于電路存在著電感電路存在著電感，而使觸點，而使觸點間產生過電壓，則觸點間隙被擊穿而產生火花放電。間產生過電壓，則觸點間隙被擊穿而產生火花放電?，F象現象：火花放電是由于觸點間隙被擊

25、穿而引起的忽通忽：火花放電是由于觸點間隙被擊穿而引起的忽通忽斷的不穩(wěn)定的放電現象。斷的不穩(wěn)定的放電現象。原理原理：觸點斷開時由于電路中存在著電感，而：觸點斷開時由于電路中存在著電感，而動靜觸點動靜觸點相當于電容的兩個極板相當于電容的兩個極板，所以當觸點斷開時，儲藏在，所以當觸點斷開時，儲藏在電感內的能量要釋放出來，而對動靜觸點充電。電感內的能量要釋放出來，而對動靜觸點充電。特點特點：隨著觸點間距不斷增大，擊穿電壓需要更高，所：隨著觸點間距不斷增大，擊穿電壓需要更高，所以火花放電以火花放電越來越微弱越來越微弱到最后熄滅。到最后熄滅。危害危害：火花放電會使觸點產生電氣磨損，并且會產生高：火花放電會

26、使觸點產生電氣磨損，并且會產生高頻信號，嚴重頻信號，嚴重干擾無線電通訊干擾無線電通訊，必須設法消除。，必須設法消除。火花放電的熄滅原理及滅火花電火花放電的熄滅原理及滅火花電路路設置附加電路，將電感中的能量消耗掉，設置附加電路，將電感中的能量消耗掉，就可以使電路不形成火花放電現象，或就可以使電路不形成火花放電現象，或降低觸點間過電壓，縮短放電時間。降低觸點間過電壓，縮短放電時間。滅火花電路一般用于直流繼電器中。因為滅火花電路一般用于直流繼電器中。因為繼電器的控制對象大都是電感性負載，繼電器的控制對象大都是電感性負載，所以需要設置滅火花電路。所以需要設置滅火花電路。熄滅火花的兩種途徑熄滅火花的兩種

27、途徑一種是一種是給負載電感線圈提供一條釋放能量的通給負載電感線圈提供一條釋放能量的通道道，當觸點斷開時，電感的能量可以通過輔，當觸點斷開時，電感的能量可以通過輔助通道釋放掉，如圖助通道釋放掉，如圖(a)(a)、(c)(c)及及(d)(d)；圖圖(d)(d)采用穩(wěn)壓二極板，是為了縮短電感放電時間，采用穩(wěn)壓二極板，是為了縮短電感放電時間，提高提高di/dtdi/dt，而且又能保證觸點不被擊穿產生火，而且又能保證觸點不被擊穿產生火花放電。花放電。熄滅火花的兩種途徑熄滅火花的兩種途徑另一種途徑是另一種途徑是限制觸點限制觸點斷開時的電壓斷開時的電壓圖圖(b)(b)，其電容兩端的，其電容兩端的電壓不能突變

28、，當觸點電壓不能突變，當觸點斷開時，加于觸點兩端斷開時，加于觸點兩端的電壓很小，當電容兩的電壓很小，當電容兩極板電壓升高之后，觸極板電壓升高之后，觸點已斷開一定的距離。點已斷開一定的距離。二、簡單滅弧 在大氣中開觸頭拉長電弧使熄滅。借機械力或電弧電流在大氣中開觸頭拉長電弧使熄滅。借機械力或電弧電流本身產生的電動力拉長電弧（本身產生的電動力拉長電?。╨增大），并使之在運動中增大），并使之在運動中不斷與新鮮空氣接觸而冷卻（不斷與新鮮空氣接觸而冷卻（E增大增大、介質恢復），從而介質恢復），從而UA增大，大于增大，大于u- -iR時，電弧熄滅。時，電弧熄滅。（多用于低壓電器中的刀開關和直動式交流接觸器

29、）（多用于低壓電器中的刀開關和直動式交流接觸器）130 除依靠觸頭分開拉長電弧以外，還可依靠導電回路的電流產生的磁場使電弧彎曲來拉長電弧。前者沿電弧的軸向(亦稱切向)拉長電弧，后者是沿著垂直于弧軸的方向(亦稱法向)拉長電弧。131 示例： 例一：刀開關拉長電弧。 132 例二：利用流過導電回路的特制線圈的電流在燃弧期間產生磁場，使電弧迅速移動和拉長。圖b）還增加了引弧角。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第六節(jié)滅弧裝置三.磁吹滅弧裝置采用專門的磁吹線圈建立足夠強的磁場，將電弧吹入滅弧室。（在開斷大電流與小電流時對磁場的要求不同，開斷大電流合適時，可能小電流無法開斷，而在開斷小電

30、流合適時的磁場在開斷大電流時會導致電動力過大而引起觸頭液化體被吹走以及引起不必要的過電壓。因此設計磁場時根據情況，使小電流時比較合適，而在大電流時由于磁路的飽合而不致于磁場過強。四、弧罩與縱縫滅弧裝置四、弧罩與縱縫滅弧裝置 所謂縱縫就是滅弧室的縫隙方向與電弧的軸線平行。 滅弧裝置的工作原理：利用磁吹線圈產生的磁場將電弧驅入耐弧絕緣材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有縱縫的滅弧室中進行滅弧。它既可用于熄滅直流電弧，也可用于熄滅交流電弧。 有些滅弧室還設有狹窄的縱縫，使電弧進入后在縫壁的緊密接觸中被冷卻。多用于低壓開關電器。135 按縫隙的尺寸和形式，它們又分兩種，如圖所示。 圖表示一單縱縫滅弧裝

31、置的原理結構。圖中，1為用耐弧絕緣材料制成的滅弧室壁，2為磁吹線圈的鋼夾板，3為電弧。 通常上部縫寬小于熄滅電弧的直徑?？v縫：滅弧室縫隙方向與電弧軸線平行目的：冷卻電弧以滅弧多縫：比單縫的阻力??；縱向曲縫：顯著增大接觸面積，提高弧柱的冷卻和消電離作用電弧受到的阻力較大（需要較大的外加磁場）五、柵片滅弧裝置五、柵片滅弧裝置絕緣柵片：拉長電弧并使迅速冷卻金屬柵片：將電弧截割為多段短弧，增大近極區(qū)電壓降（特別是交流電弧近陰極效應）。金屬柵片為鋼質，對電弧有吸引的作用和冷卻作用。多用于低壓交流開關電器。138 絕緣柵片滅弧裝置 滅弧裝置如圖所示。 其中，滅弧室l中裝有用耐弧絕緣材料制成的幾片絕緣柵片2

32、，柵片的邊緣和電弧3的軸線垂直。 當開斷電流時，在觸頭4和5之間產生的電弧在導電回路的磁場作用下向上運動。139 當磁場的方向為垂直于紙面向里時，電弧AB、BC和CD段所受的電動力都使電弧壓向絕緣柵片頂部，增大與柵片表面的接觸面積，從而加強了電弧的冷卻和消電離作用；而DE段所受的電動力使電弧向上拉長，更加深入柵片間隙和增加電弧與絕緣柵片的接被面積。 由于受到絕緣柵片的阻擋，電弧彎曲成如圖5-9中AG曲線所示的形狀。B140 除此以外，電弧AB段和EF段相互作用產生一相吸電動力、CD段和EF段相互作用產生一相斥電動力，使AB、CD和EF段壓向絕緣冊片；CD段和EF段對DE段相互作用也產生一相斥電

33、動力，使DE段向上運動。 這種滅弧裝置充分利用了電弧自身磁場產生的電動力。141 金屬柵片(又稱去離子柵)滅弧裝置： 這種滅弧裝置的原理構造如圖5-10 a所示。142 滅弧室1內部有許多由厚度為23mm鋼板沖成的橫向柵片2。 柵片外表面鍍銅以增大傳熱能力和防止鋼片生銹。 每一柵片沖有三角形的缺口。柵片缺口錯開的作用為減 少電弧初始碰到的柵片數，從而減少進入的阻力。143 在電弧進入柵片之后，電弧電壓變?yōu)?金屬柵片滅弧裝置既能用于熄滅直流電弧，也能用于熄滅交流電弧。 0hUnUEl六、固體產氣滅弧裝置應用產氣式固體做絕緣管或滅弧室，短路時熔體形成多段電弧，產氣裝置分解汽化，形成高壓，有利于滅弧

34、。多用于高低壓熔斷器。 圖5-15是利用產氣原理提高氣壓，再利用氣壓進行滅弧的高壓跌落式熔斷器熔管的原理結構圖。 145 當短路電流通過時，熔絲3被熔斷產生電弧，于是彈簧6長度縮短，電弧被迅速拉長。同時，電弧的高溫使鋼紙分解產生大量的氣體，管內壓力迅速升高，這一壓力推動軟線5加速向右運動，從而也加速電弧的拉長和壓力的升高。 當軟線5被推出鋼紙管8以后，管內的高壓氣體向外沖出，進行縱向吹弧，使電弧熄滅。七、石英砂滅弧裝置七、石英砂滅弧裝置 石英砂充填在絕緣管內作滅弧介質。熔體融化后產生的金屬蒸汽擴散與石英砂縫隙內，迅速冷卻復合。滅弧能力強，截流作用顯著。 主要用于高低壓熔斷器。八、油吹滅弧裝置八

35、、油吹滅弧裝置 以變壓器油為介質，產生電弧后，油氣化為氫氣，利用氫氣的高導熱性和低粘度加強對弧柱的冷卻作用。 多用于高壓開關電器。曾在高壓斷路器中占重要地位，現已逐漸被其他滅弧裝置所取代。 九、壓縮空氣滅弧裝置九、壓縮空氣滅弧裝置 開斷電路時，以壓縮空氣向弧區(qū)強烈吹弧。一方面帶走大量熱量，另一方面吹散電離氣體。多用于高壓開關電器（現已較少使用）。 十、十、SFSF6 6氣體滅弧裝置氣體滅弧裝置 SF6氣體作為滅弧介質具有下列優(yōu)點：（1）它在電弧高溫下生成的等離子體電離度很高，故弧隙能量小，冷卻特性好；（2）介質強度恢復快，絕緣及滅弧性能好，有利于縮小電器的體積和重量；（3）基本上無腐蝕作用；無

36、火災及爆炸危險；采用全封閉結構時易實現免維修運行；（4）可在較寬的溫度和壓力范圍內使用；（5）無噪聲及無線電干擾。十一、真空滅弧裝置十一、真空滅弧裝置 當滅弧室真空度在1.33x10-3Pa以下時，電子的自由行程達43m，發(fā)生碰撞電離的概率極小。因此，電弧是靠電極蒸發(fā)的金屬蒸氣電離生成的。若電極材料選用得當，且表面加工良好，金屬蒸氣就既不多又易擴散，故真空滅弧效果比其他方式都強得多。 目前，高低壓電器均有利用真空滅弧裝置的產品，以高壓為主。 第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第六節(jié)滅弧裝置十二.無弧分斷1.利用快速開關在電流過零時分斷電弧; 在交流電流自然過零時，以極快的速度使

37、動靜觸頭分離，在交流電流自然過零時，以極快的速度使動靜觸頭分離，使觸頭分斷過程中電弧能量最小，致使電弧很弱或根本無法產使觸頭分斷過程中電弧能量最小，致使電弧很弱或根本無法產生電弧，以達到無弧分斷電路的目的。生電弧，以達到無弧分斷電路的目的。2.應用半導體技術形成混合式無弧分斷。 在觸頭的兩端并聯晶閘管，讓晶閘管承擔電路的通斷，在觸在觸頭的兩端并聯晶閘管，讓晶閘管承擔電路的通斷，在觸頭斷開時將其電壓控制在極低的范圍內，從而避免電弧的產生。頭斷開時將其電壓控制在極低的范圍內，從而避免電弧的產生。同步開關同步開關 若發(fā)生短路，KA觸頭閉合，接通飽和電流互感器TA二次電路。當待分斷電流很大時，TA鐵心

38、處于飽和狀態(tài)，其二次繞組無輸出；電流減至一定值時，鐵心轉入非飽和狀態(tài)，二次繞組有輸出。TS給出觸發(fā)脈沖，令晶閘管導通，而電容器C經VS對靜止線圈放電，產生強大的磁通，使金屬盤出現感應電流，產生軸向電動斥力F，使金屬盤連同動觸頭起右移。同時，壓縮空氣功；吹向弧隙，使其介質強度于電流過零后迅速恢復?；旌鲜介_關混合式開關 晶閘管具有可控單向導電的性質。如果將它和開關電器S并聯，并且當交流電流I的流向如圖所示的方向時，將開關S的觸頭分開，同時使晶閘管v觸發(fā)導通，于是開斷電流將從v中流過。由于v的電壓降大大低于生弧電壓，弧隙中將無電弧。此后，當晶閘管v中交流電流過零時，它將自動閉鎖，于是電路被開斷。這種

39、綜合有觸頭開關電器和晶閉管而成的開關，通常稱為混合式開關。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第六節(jié)滅弧裝置a）導體電阻）導體電阻 R1SlR1第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第七節(jié)觸頭的接觸電阻b）導體電阻）導體電阻 R2JRSlR2接觸電阻：兩個導體接觸時的附加電阻。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第七節(jié)觸頭的接觸電阻名義平面的相互接觸名義平面的相互接觸 在顯微鏡下觀察都是凹凸不平的。在顯微鏡下觀察都是凹凸不平的。 接觸斑點接觸斑點視在接觸面視在接觸面在接觸表面中那些真正發(fā)生接觸的凸起的點或小在接觸表面中那些真正發(fā)生接觸的凸起的點或小面面稱

40、為機械接觸斑點或簡稱稱為機械接觸斑點或簡稱接觸斑點接觸斑點。 F在實際接觸的小面中，只有膜被壓破裂的地方才可在實際接觸的小面中，只有膜被壓破裂的地方才可能形成金屬與金屬的直接接觸，稱這些真正能導電能形成金屬與金屬的直接接觸，稱這些真正能導電的金屬接觸點為的金屬接觸點為導電斑點導電斑點，國際通用術語稱為，國際通用術語稱為a斑斑點點。 氧化膜氧化膜導電斑點的總面積又要比實際接觸斑點的面積導電斑點的總面積又要比實際接觸斑點的面積小得多，直徑只有小得多，直徑只有m到零點幾到零點幾mm的數量級。的數量級。 收縮電阻收縮電阻由于電流線在導電斑點附近發(fā)生收縮，由于電流線在導電斑點附近發(fā)生收縮，使電流流過的路

41、徑增加，在接觸內表面出現的局部使電流流過的路徑增加，在接觸內表面出現的局部附加電阻。附加電阻。 導電斑點附近電流線收縮示意圖導電斑點附近電流線收縮示意圖 束流現象電流限于接觸點和接觸面積極度縮小所造成的電流收縮現象反向電動斥力Pinch效應造成的附加斥力2004( )eRFI lnr206pFIpinch effect箍縮效應箍縮效應 載流導體是可以在其周圍空間建立磁場的，并且相互平行的兩載流導線間存在著相對吸引力。不僅載流同向電流的兩導線間存在著相對吸引力，若導體是液體或等離子體時，則由于離子的運動所產生的磁場可使導體產生收縮。猶如其表面受到外來力，向內的壓力。導體的的這種收縮稱為箍縮效應表

42、面膜電阻表面膜電阻當電流通過導電斑點時，使電流當電流通過導電斑點時，使電流受到一定的阻礙而導致產生另一附加電阻。受到一定的阻礙而導致產生另一附加電阻。 接觸電阻接觸電阻收縮電阻與表面膜電阻之和。收縮電阻與表面膜電阻之和。 fbJRRR 塵埃膜（灰塵）塵埃膜（灰塵） 化學吸附膜（水分）化學吸附膜（水分） 無機膜（導電材料）無機膜（導電材料） 有機膜（絕緣材料）有機膜（絕緣材料）可變可變電阻電阻不變不變部分部分可變可變部分部分收縮收縮電阻電阻表面膜表面膜電電 阻阻隧道效應：觸頭表面由于塵埃膜、化學吸附膜、無機膜和有機膜等原因，使得電子無法穿過這層來導電，但是由于電子本身存在波粒二相性，可以以波的形

43、式來穿透這層膜而導電，稱為隧道效應。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第七節(jié)觸頭的接觸電阻)0 . 17 . 05 . 05 . 0;)102. 0( mmmmFKFKRjcmjcj、面接觸、線接觸數（點接觸與接觸形式有關的指接觸壓力有關的系數加工情況以及表面狀況與觸頭材料、接觸面式：接觸電阻的經驗計算公1）接觸形式）接觸形式接觸形式分為：點接觸、線接觸和面接觸。接觸形式分為：點接觸、線接觸和面接觸。接觸形式對收縮電阻的影響主要與接觸點數目有關。接觸形式對收縮電阻的影響主要與接觸點數目有關。影響接觸電阻的各種因素影響接觸電阻的各種因素說明說明點接觸實際上指在一個小面積內的若干個

44、接觸點，點接觸實際上指在一個小面積內的若干個接觸點，而并非僅僅接觸于一點。而并非僅僅接觸于一點。表面上看似乎面接觸的接觸電阻最小，但若接觸壓表面上看似乎面接觸的接觸電阻最小，但若接觸壓力不大，面接觸時力不大，面接觸時a斑點多，每個斑點上的壓力反斑點多，每個斑點上的壓力反而很小，以致接觸電阻增大很多。而很小，以致接觸電阻增大很多。因此，接觸形式對接觸電阻的影響，視接觸壓力因此，接觸形式對接觸電阻的影響，視接觸壓力的大小而異。的大小而異。面接觸：固定接觸常采用此形式，且采用螺釘或鉚面接觸：固定接觸常采用此形式，且采用螺釘或鉚釘等壓緊以加大壓力，使接觸電阻減小。由于面接釘等壓緊以加大壓力，使接觸電阻

45、減小。由于面接觸的散熱面積及熱容量大，多用于大電流。觸的散熱面積及熱容量大，多用于大電流。 點接觸：雖然膜電阻小，但是散熱面積及熱容量均點接觸：雖然膜電阻小，但是散熱面積及熱容量均小，所以多于用小電流。小，所以多于用小電流。線接觸：壓力集中，實際接觸壓力強度較大，在中線接觸：壓力集中，實際接觸壓力強度較大，在中等壓力時接觸電阻較小，線接觸的優(yōu)點還表現在可等壓力時接觸電阻較小，線接觸的優(yōu)點還表現在可以使觸頭在閉合過程中有相對運動而自動凈化、便以使觸頭在閉合過程中有相對運動而自動凈化、便于調整。因此廣泛用于接觸器、自動開關及高壓開于調整。因此廣泛用于接觸器、自動開關及高壓開關電器的觸頭中。關電器的

46、觸頭中。2、 接觸壓力接觸壓力接觸面受壓后總有彈性及塑性形變，使接觸面積增接觸面受壓后總有彈性及塑性形變，使接觸面積增大。大。 當壓力較小時，接觸電阻受壓力變化的影響較大，當壓力較小時，接觸電阻受壓力變化的影響較大，加大壓力可減小收縮電阻與膜電阻，則接觸電阻將加大壓力可減小收縮電阻與膜電阻，則接觸電阻將變??；變??；當壓力達到一定值后，接觸電阻受壓力變化的影響當壓力達到一定值后，接觸電阻受壓力變化的影響很小。很小。 影響接觸電阻的各種因素影響接觸電阻的各種因素3、 化學腐蝕化學腐蝕4、 電化學腐蝕電化學腐蝕5、 溫度溫度6、 材料性質材料性質7、 接觸表面加工情況接觸表面加工情況173 （一）接

47、觸導體的穩(wěn)定溫升分布： 兩根同材料、同截面的均質圓柱形導體互相對接，接觸面內有一圓形導電斑點，流過一穩(wěn)定電流。 （二）假定: 接觸點附近收縮區(qū)這一小段 導體外表面并不散熱。 接觸電阻熱損失向接觸點兩 邊導體各傳一半。第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第八節(jié)閉合狀態(tài)下的觸頭一.觸頭的發(fā)熱174 （三）在收縮區(qū)外，沿導體軸向的任意橫截面積上電位和溫度相等，故收縮區(qū)外導體中的溫度分布是一維場問題。 圖中，令收縮區(qū)邊界為直角坐標系的原點，導體軸線與x軸平行。 在距離原點x處取一小段dx。 收縮區(qū)外導體的溫度分布的解為： 0()axwwe第一篇 電器的理論基礎 第二章 電接觸與電弧理論 第八節(jié)閉合狀態(tài)下的觸頭第一篇 電器的