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影響接觸電阻的因素

文章出處:亞森路電子有限公司 瀏覽次數:發表時間:2020-12-04
影響接觸電阻的因素  
影響接觸電阻的因素很多,為便于系統地掌握,這里再將主要因素綜述一下。  
1 觸點材料(包括表面鍍層村料)  
為了防止觸點冷焊,需要用硬度較高的觸點材料,如銠/金鈷合金等。但為要獲得低的接觸電阻,改善接觸性能,材料硬度又不宜太高。因此,要根據實際需要來選擇。  
材料的化學穩定性要好,抗污染、抗腐蝕、抗氧化能力要強,材料的導電性能要好,電阻率要低,以滿足接觸電阻小而穩定的要求。  
2 觸點接觸壓力  
觸點接觸壓力越大,接觸面積越大,接觸電阻越小。但觸點壓力增大到一定數值時, 觸電阻的減小已不明顯,反而會使觸點的機械磨損和電磨損增大。因此,觸點壓力應控制在適當的范圍內。  
3 觸點形狀和接觸形式  
接觸形式與觸點形狀有密切關系,點接觸時接觸電阻大;線接觸時接觸電阻要小些;面接觸時接觸電阻更小些。在中小功率的繼電器多采用線、面接觸,以提高抗熔接、抗腐蝕能力。在小型繼電器中往往還采用橋式接觸形式和分叉的雙觸點接觸形式,以適應頻繁動作,提高接觸可靠性。另外,大尺寸的觸點雖然接觸電阻可以減小,但尺寸太大既浪費材料又增大了體積和重量,而且會使回跳增多和回跳時間延長,增大觸點磨損,也降低了抗振動、抗沖擊的能力。  
4 表面光浩度  
觸點表面加工的光潔度越高,實際接觸點越多,是時不易粘附塵埃、吸附有害氣體和潮氣,增強了抗腐蝕的能力,同時減小了接觸電阻。一般為▽6-▽8.太高了就要拋光和研磨,拋光膏的存在會增大有機污染的機會,是極為不利的。光潔度過高也會增大冷焊的機會。  
5 觸點污染  
污染物有塵埃、潮氣、纖維、有機氣體的液體等,來自周圍環境和加工工藝過程及繼電器本身的結構材料(如絕緣材料).污染是影響接觸電阻的重要因素,會產生較大的膜電阻和化學腐蝕,增大接觸電阻,降低壽命。因此要求整潔生產和超凈生產以減少污染。采用全密封技術或接觸系統、電磁系統單獨密封技術都是抗污染的措施之一。  
6 觸點溫度  
觸點表面溫度的增加(包括環境溫度和觸點本身溫度的增加),會使其表面狀況、接觸面積都會發生變化。在觸點壓力不變的情況下,溫度升高會使電阻增大,因此接觸電阻增大,溫度升高到一定程度時,會使觸點軟化,接觸面積增大,接觸電阻下降。另外,溫度升高會加劇觸點金屬氧化和化學腐蝕,不利于工作的穩定和可靠。改善散熱條件的措施有:充入高壓氣體或罩殼涂黑  
電器開關的電觸點是電接觸系統中重要部位之一,文章通過對觸點失效因素和失效機理的分析,詳細地論述了觸點保護和潤滑新工藝對電接觸點可靠性的改善效果和改善機理,同時提出了觸點潤滑劑的選擇和使用原則。
影響觸點表面間電流導通量的因素:在了解觸點潤滑劑對提高觸點電氣性能的作用機理之前,必須首先了解下列影響觸點表面間電流導通量的幾個主要因素。
1. 觸點本身的污染腐蝕
通常情況下,觸點是工作在密封或非密封環境中。觸點工作在非密封環境時,因空氣中含有不同性質的污染物質,使外露的金屬表面必然會受到不同程度的污染。即使工作在密封環境中的觸點,由于工作介質的自身特性同樣會分解釋放出不同含量和性質的有機氣體,因此也會引起觸點表面不同程度的污染。
觸點表面的污染所帶來的直接危害就是,由污染物所形成的表面膜使觸點表面的接觸電阻明顯增加。為了使承擔載流工作的電接觸系統能正常工作,必須有效地去除這種保護膜。
2. 觸點間的電弧腐蝕
在電接觸系統中,當觸點閉合或打開負載時,對電流強度約在1A以上的開關裝置通常發生弧光放電現象。由于弧光放電會使觸點表面產生瞬間的局部高溫,而造成金屬表面的熔化、氣化及變形,同時還會使空氣中或電接觸系統內部氣體中的雜質污染金屬表面,而形成一層有機或無機膜?;」夥烹姮F象將引起觸點接觸表面的接觸電阻增大。
弧光放電也會在觸點表面之間的空氣中引起電化學反應并產生硝酸,先是在觸點表面產生腐蝕膜,然后再形成一層不導電的金屬化合物
觸點表面之間的空氣在弧光放電的作用下產生的電離以及電離后產生的高溫,同時伴隨著觸點表面之間金屬離子的“遷移”現象。這類電化學現象在完成直流電路的載流過程中表面的尤為突出。這種因弧光放電而產生的“遷移”現象主要表面為觸點產生的“尖頭”和“火山口”型弧光放電腐蝕損傷。
這里應特別指出的是:除了上述觸點載流密度是引起弧光放電的原因外,觸點表面的光潔度也是引起弧光放電的原因。不論是固定或非固定式觸點,由于兩個觸點表面之間的粗糙不平而引起的弧光放電,也會使觸點表面過早地遭受弧光放電腐蝕。
在弧光放電腐蝕中,阻性負載對觸點的危害是最小的。由于阻性負載相對比較固定,觸點在進行載流工作時電流不受脈動影響。而感性負載(例如馬達等)在起動時產生的起動電流是正常工作電流的近十倍,使觸點在進行這種存在電流密度突變的載流工作時,受到的弧光放電腐蝕的危害更大。急速增加的電流密度同樣會使觸點的發熱量加劇,也會使弧光放電腐蝕及觸點表面的熔結更為嚴重。對于容性負載(如鎢絲燈等),它具有與感性負載相類似的起動電流,如何保護觸點則必須給予認真對待。
就上面的論述而言,凡是進行載流工作的電接觸系統,如果它工作的環境存在弧光放電腐蝕的可能,則在設計電接觸系統時必須要特別關注,并采取必要的措施,使弧光放電腐蝕控制在最低限度。
3. 觸點接觸面間的機械磨損腐蝕
眾所周知,不論是化學涂敷還是機械加工,都無法制造出表面絕對光潔平滑的觸點,即使在客觀上用肉眼觀察其表面是非常光滑的,但在微觀上觸點表面仍存在許多微小的凹凸。這就是說,觸點的實際接觸面積總是小于理論接觸面積,也正是由于實際接觸面積的減小而使觸點表面工作溫度上升、載流效率下降,這是觸點燒損的主要原因之一。這種現象在功率開關系統中表現得尤其明顯。
機械結構的電接觸系統在完成載流信號的轉換過程中必然會伴隨接觸磨損現象,通常情況下,磨損是一個與被接觸表面的光潔度有著密切關系的物理現象。而磨損又必須在一定的摩擦阻力下產生。對于移動式或滑動式觸點,由于自身的工作特性而在電子器件的設計時就充分考慮到觸點的潤滑和磨損。對于繼電器、接觸器等所用的觸點,在設計、制造和使用過程中則往往忽略了對觸點的潤滑和磨損,而在設計與制造過程中則對觸點的材質和載流能力傾注了主要精力。因此,電子器件在設計、制造和使用的全過程中對觸點的清潔和潤滑必須引起特別的關注。
電子器件中觸點的磨損程度將主要受以下五種因素的影響:
(1). 觸點在工作中產生磨損的方式主要取決于觸點本身的形狀,而不同的觸點形狀則在不同程度上影響著觸點磨損量的大小。
(2). 觸點表面的光潔程度是影響磨損的直接因素,因為觸點表面不平整不僅引起磨損,而且磨損和腐蝕過程中產生的多余微粒將會聚集在觸點表面的凹陷處,給觸點工作表面的潔凈度、觸點的加速磨損及載流能力帶來一定的隱患
(3).不同的觸點材料具有不同的磨損特性。由于不同的金屬材料耐磨損、抗銹蝕及抗氧化能力存在著一定程度上的差異,所以觸點的材料既關系著電子器件的性能和成本,又直接影響著電子器件的使用壽命。而當兩種不同金屬材料作為觸點相互接觸時,其表面的潤滑和磨損問題則顯得更為重要。這是因為兩個相互接觸表面硬度的不對稱性造成高硬度的觸點表面過度磨損低硬度觸點表面,使電器元件過早失效而影響控制系統的可靠性。對于采用電鍍加工的觸點表面,由于表面鍍層容易產生剝離現象(電鍍層比化學鍍層更容易產生剝離現象),表面鍍層的剝離將使表面接觸電阻和多余物發生突變,從而加劇表面的磨損和溫升,直至電器元件失效。
(4). 任何接觸表面都存在一定的接觸電阻,一定的接觸電阻必然消耗一定的功率,而使觸點表面產生一定的溫升。觸點在一個變化的溫度場中工作時,由于金屬材料自身的熱脹冷縮物理特性而使觸點表面產生熱致微振磨損。這種熱磨損現象將會隨著配對觸點材料的熱脹冷縮特性差異的增大而增強,同時也會引起兩觸點間的相對移動量有所增加?;谕瑯拥臒崮p機理,溫度的變化可以引起接觸松緊程度的改變,這取決于兩種材料熱脹系數差異的大小。當接觸由于溫度變化而變松時,則使接觸電阻增大并加劇發熱,隨著接觸間隙的增大使接觸表面更易污染。當接觸變緊時,在每個觸點表面之間發生的任何相對位移都會加重表面磨損。
(5). 接觸壓力(觸電動合及靜合壓力):通常情況下,機械磨損正比于接觸壓力,在電接觸系統中,為了達到降低接觸電阻和提高接觸可靠性的目的,其中重要的手段之一就是提高接觸壓力,因此,觸點之間磨損現象的存在將是不可避免的。
4. 觸點本身的回跳
任何一種機械結構的電接觸系統,由于其自身的機械特性,觸點在完成負載轉換的工作中必然會伴隨著觸點回跳現象的產生。而在實際應用中,電接觸系統均工作在頻繁地啟動和關閉狀態中,這樣不僅增加了觸點回跳的頻次,同時也加速了觸點的磨損。更為嚴重的危害是每次觸點的回跳都可能引起弧光放電,隨著觸點表面的不斷靠近和閉合,放電強度越來越大,且持續的時間越來越長。
當電接觸系統在電感性或電容性負載環境中工作時,觸點回跳所帶來的危害將會特別嚴重。觸點回跳不僅會使觸點表面反復發熱而遭受高能電弧的破壞,而且還會使發生腐蝕和熔結的可能性增大。
觸點回跳對除自身電接觸系統之外所產生的其他危害則往往被人們忽視,然而隨著科學技術的不斷發展,對自動控制系統的可靠性要求越來越嚴格,因此觸點回跳產生脈動電流沖擊對控制電路的損害引起工程師的更多關注。另一方面,在精密電子測量儀器中,由于觸點回跳使得控制電路不能干凈利落地開啟和關閉被檢測對象,所以這種會跳往往會導致儀表指示出現假讀數或得出錯誤的測量結果。
5. 觸點實際使用環境中的微振
所謂的微振磨損是指一種幅度很小的接觸運動,微振的幅度一般在幾十微米至一百微米范圍內。而引起微振的主要原因有以下幾種:溫度的變化;電磁感應振動;聲波振動。在這方面,歐美的專家都進行了比較深入的研究。
微振現象必然會產生金屬的“遷移”和磨損,當觸點表面因磨損加劇或磨落的碎屑而導致進一步腐蝕時,稱這一過程為摩擦腐蝕。對于不同材料的觸點表面,所產生的微振磨損的結果和產生微振磨損的過程都是不同的。例如常見的觸點材料—金,由于它的化學性質相對穩定,因而鍍金的觸點表面其金屬一般只會遭受微振磨損和加劇后的碎屑磨損。但是,因鍍金層氣孔而引起的基底材料的摩擦腐蝕應予以關注。通常情況下,除金以外,其他觸點材料如銅、錫、銀或此類合金,均會發生摩擦腐蝕。
當配對觸點采用了不同硬度的金屬材料時,因金屬“遷移”現象的單向性使摩擦腐蝕現象更加嚴重。對于鉑族元素及其合金而言,經最新的研究表明,由于鉑及鉑合金的催化作用會使觸點表面覆蓋一層相當厚的、難以去除的有機聚合物,從而使觸點表面的接觸電阻大大增加

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