06电接触理论02

1、2021/3/111电接触理论电接触理论请分析电接触的请分析电接触的 Rj - Uj静特性。静特性。2021/3/1125 5.4 4 - -理论理论（一）导电斑点附近的发热与散热（一）导电斑点附近的发热与散热 当电流通过两导体接触处时，由于存在接触电阻，使得接触处的温当电流通过两导体接触处时，由于存在接触电阻，使得接触处的温度高于附近导体的温度。度高于附近导体的温度。 在导电斑点内，电流线发生收缩，从而使得该处的电流密度增大。在导电斑点内，电流线发生收缩，从而使得该处的电流密度增大。 导电斑点处的电流线越收缩，其电流密度越大，功率损耗也越大。导电斑点处的电流线越收缩，其电流密度越大，功率损耗

2、也越大。 接触内表面中空气隙很小，很难与外界形成对流散热，且空气的导接触内表面中空气隙很小，很难与外界形成对流散热，且空气的导热率很小，辐射散热以因接触处在正常工作时温度不是很高，可以忽略。热率很小，辐射散热以因接触处在正常工作时温度不是很高，可以忽略。故电流收缩区所产生的大量热量只能通过两接触元件导体身本身传导，故电流收缩区所产生的大量热量只能通过两接触元件导体身本身传导，最后散失到周围的介质中去。最后散失到周围的介质中去。 导电斑点处发热：导电斑点处发热： 电流密度高，传热面积小，发热最强，散热最电流密度高，传热面积小，发热最强，散热最差差 温度最高。温度最高。导电斑点处主要散热方式：导电

3、斑点处主要散热方式： 热传导。热传导。2021/3/1135 5.4 4 - -理论理论 - -理论用于求解已知电流下，导电斑点上的温度以及整个收缩区中的温度理论用于求解已知电流下，导电斑点上的温度以及整个收缩区中的温度分布分布。（二）导电斑点上的温度计算（二）导电斑点上的温度计算 导电斑点附近的发热与散热物理模型：导电斑点附近的发热与散热物理模型：（1）导电斑点形状为半径为）导电斑点形状为半径为a的圆形，其上的电位为零的圆形，其上的电位为零(=0)，温度最高温度最高(=m)；（2）两接触元件的材料相同，且材质均匀）两接触元件的材料相同，且材质均匀；（3）各导电斑点之间的热流）各导电斑点之间的

4、热流温度场互不干扰温度场互不干扰，两收缩区空间中两导电元件之两收缩区空间中两导电元件之间不发生热量的传递间不发生热量的传递 ；（4）在相同的边界条件下，两接触元件收缩区中热流）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温度场与电流电位场电位场完全重合，且接触面两侧的场对称分布。完全重合，且接触面两侧的场对称分布。（5）收缩区外）收缩区外=U/2（接触电压降）（接触电压降）, =0 （收缩区外导体收缩区外导体温温度度）。）。 2021/3/1145 5.4 4 - -理论理论2021/3/1155 5.4 4 - -理论理论 取离开斑点取离开斑点a任意远处，且无限靠近的两等温面所形成

5、的半椭圆球壳，任意远处，且无限靠近的两等温面所形成的半椭圆球壳，壳内表面的电位为壳内表面的电位为，温度为，温度为；壳外表面的电们为；壳外表面的电们为+d 温度为温度为+d。 (1) 单位时间内，半椭球壳本身的发热量为单位时间内，半椭球壳本身的发热量为RQdd2式中：式中： d 半椭球壳的电压降；半椭球壳的电压降； dR 半椭球壳的电阻。半椭球壳的电阻。 (2) 在半椭球壳在半椭球壳内内表表面面边界上，单位时间内传入壳内的热量为：边界上，单位时间内传入壳内的热量为：nAQdd1 材料的热导率；材料的热导率； A 半椭球壳内表面的面积；半椭球壳内表面的面积； 半椭球壳内表面沿法线方向的温度梯度。半

6、椭球壳内表面沿法线方向的温度梯度。ddn2021/3/1165 5.4 4 - -理论理论(3) 在半椭球壳外表面边界上，单位时间内由壳内传出的热量为在半椭球壳外表面边界上，单位时间内由壳内传出的热量为dd2ddnAQ A 半椭球壳外表面的面积；半椭球壳外表面的面积； 半椭球壳外表面沿法线方向的温度梯度。半椭球壳外表面沿法线方向的温度梯度。dnd在稳定状态下，达得热平在稳定状态下，达得热平衡衡21QQQdd2ddddddnAnAR展开各项，忽略高阶无限小项并积分，积分区间展开各项，忽略高阶无限小项并积分，积分区间(0, , ) 、 ( m ,)，得：，得： 221md2021/3/1175 5

7、.4 4 - -理论理论令令 _则则m_将发热将发热考虑至收缩区外时：考虑至收缩区外时：2j0m_221U0mm或或0_2jm8U281jU_2j8Um221ddm_2021/3/1185.4 -理论根据根据理论物理学中理论物理学中WiedeMannFranz定律定律： 理论上，任何纯金属材料的热导率理论上，任何纯金属材料的热导率和电阻率和电阻率的乘积与温度的乘积与温度T（ T为为绝对温度，单位为绝对温度，单位为K）成线性关系：）成线性关系：LT式中，式中， L Lorenz系数。系数。 L与金属材料的种类和温度都无关，其理论值为与金属材料的种类和温度都无关，其理论值为2.4x10-8(V/K

8、)2。 mmTTLTdTd02j202m41ULTT202j2m41TULT202m21TTL82jU2021/3/1195.4 -理论 若若TmT0（例如斑点（例如斑点a的温度达到了材料的熔点），则的温度达到了材料的熔点），则T0可以忽略。由此，可以忽略。由此，可求得导电斑点可求得导电斑点a上的温度与接触电压之间的关系上的温度与接触电压之间的关系:jm21ULT （三）收缩区的温度分布三）收缩区的温度分布收缩区内收缩区内:2m_21md斑点至收缩区外斑点至收缩区外:0m_m0dj3200Uj8104 . 221U2j81U2021/3/11105 5.4 4 - -理论理论2j0mm21U得

9、得忽略忽略0:2jmm21U电接触元件一边的收缩电阻电接触元件一边的收缩电阻:,21jSIUR 斑点斑点a到电位为到电位为处之间的收缩电阻处之间的收缩电阻:IURsI02021/3/11115 5.4 4 - -理论理论mmm1（四）电接触的（四）电接触的 Rj - Uj静特性静特性2SS221IRIR2SSRRb: 软化点软化点d: 溶化点溶化点2021/3/11125.5 接触导体稳定温升的分布接触导体稳定温升的分布一、接触导体稳定温升的分布一、接触导体稳定温升的分布 两相同材料，同截面，均匀材质的圆柱形导体的电接触两相同材料，同截面，均匀材质的圆柱形导体的电接触。物理模型：物理模型： (

10、1) 接触点附近（收缩区）导体外表面不散热；接触点附近（收缩区）导体外表面不散热； (2) 通过收缩区通过收缩区内内的导体外表面散热的导体外表面散热较小，忽略不计；较小，忽略不计； (3) 收缩区外，电流线和热流线与导体平行；收缩区外，电流线和热流线与导体平行； (4) 导体任一横截面上电位和温度相等导体任一横截面上电位和温度相等(一一维场维场)； (5) 接触接触元件元件对称。对称。2021/3/11135.5 接触导体稳定温升的分布接触导体稳定温升的分布取接触表面为坐标原点，取接触表面为坐标原点，x轴一导体轴线平行，在距原点轴一导体轴线平行，在距原点x处取一无限小处取一无限小长度导体长度导体 ，稳定温升：，稳定温升：xew0w式中式中: 0 x=0 处的导体温升（收缩区内）。处的导体温升（收缩区内）。ST2wAKRIApKTlpKAlIT2ApKIT22021/3/11145.5 接触导体稳定温升的分布接触导体稳定温升的分布0的计算：的计算：假设接触电阻损耗功率假设接触电阻损耗功率IUj ，且该损耗能向两接触元件各传，且该损耗能向两接触元件各传走一半，忽略收缩区导体侧表面的散热，则热平衡时。走一半，忽略收缩区导体侧表面的散热，则热平衡时。0jdd21xxAIUAIU2jw00w0 xxeAw0AApKAIUTjw2ApKIUTjw22021/3