電弧放電對(duì)汽車(chē)?yán)^電器使用可靠性的影響
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/13 源自:互聯(lián)網(wǎng) 【字體：
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1引言
電弧放電導(dǎo)致腐蝕繼而產(chǎn)生高的接觸電阻是汽車(chē)上開(kāi)關(guān)與繼電器出現(xiàn)故障的一個(gè)主要根源。采用的接觸間隙有兩種：一種是常規(guī)間隙接觸，與接觸區(qū)域垂直移動(dòng)；另一種是滑動(dòng)間隙接觸，與接觸區(qū)域平行移動(dòng)。
關(guān)于常規(guī)接觸，研究的比較多，但很少有人研究通斷過(guò)程中發(fā)生電弧現(xiàn)象時(shí)的滑動(dòng)接觸。通過(guò)研究與銅滑動(dòng)時(shí)的這種電弧放電，發(fā)現(xiàn)在各種負(fù)載下均發(fā)生了嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象，如高度腐蝕及隔離物軌跡。對(duì)于電感性負(fù)載，腐蝕主要在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生，而在燈負(fù)載中主要在接通時(shí)產(chǎn)生，而且滑動(dòng)接觸條件下的腐蝕比非滑動(dòng)下的腐蝕高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
因此可以得出結(jié)論：導(dǎo)致腐蝕的主要原因是燃弧過(guò)程中物質(zhì)遷移使觸點(diǎn)變得粗糙，繼而引起的機(jī)械磨擦。
此外還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電阻性及燈負(fù)載，可產(chǎn)生短弧，在短弧持續(xù)過(guò)程中，接觸電阻保持其額定值（<1mΩ）。另一方面，在電感性負(fù)載下，可產(chǎn)生長(zhǎng)弧，在長(zhǎng)弧持續(xù)過(guò)程中，接觸電阻隨動(dòng)作次數(shù)而增加，并可達(dá)到高值（>25mΩ）。這是由于電弧長(zhǎng)時(shí)間氣相燃燒產(chǎn)生的碳顆粒及氧化物的積累，使觸點(diǎn)表面污染增大的緣故。因此，在目前情況下，銅不適用于非滑動(dòng)觸點(diǎn)，也不適用于帶電感性負(fù)載的滑動(dòng)開(kāi)關(guān)。
為了提高可靠性，對(duì)替換材料如銀基材料進(jìn)行了試驗(yàn)。根據(jù)對(duì)材料一般切換特性的認(rèn)識(shí)，考慮到其腐蝕性低，因而選擇了銀、銀金屬氧化物及滑動(dòng)觸點(diǎn)通常使用的銀－石墨復(fù)合物（作為試驗(yàn)材料）。本文簡(jiǎn)要描述滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，隨后討論了在兩類(lèi)電弧情況下（燈負(fù)載產(chǎn)生的短弧及電感性負(fù)載產(chǎn)生的長(zhǎng)弧）的試驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果涉及材料的腐蝕及接觸電阻特性，此外還研究了一些對(duì)接觸材料產(chǎn)生影響的因素（極性、壓力、速度等）。
2試驗(yàn)裝置和方法
2.1裝置
裝置示意圖如圖1所示。
這種全自動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)和模擬工控元件（如推動(dòng)按鈕）遇到的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。主要由機(jī)械和儀器兩部分構(gòu)成。
1）機(jī)械部分
在處于下部的固定陽(yáng)極和處于上部的滑動(dòng)陰極之間形成間隙。采用一個(gè)精密步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該電機(jī)以固定速度（速度范圍為0.5cm/s～20cm/s）移動(dòng)陰極。陽(yáng)極安裝在第二個(gè)電機(jī)上，該電機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中將施加的接觸壓力控制在3N。加工成形的陰極沿陽(yáng)極板運(yùn)動(dòng)2.5mm，并沿絕緣材料夾具移動(dòng)2.5mm。
2）儀器部分
主要測(cè)量?jī)x器是數(shù)字式抽樣示波器，它能夠獲取電弧電壓、電流及電弧持續(xù)時(shí)間，并進(jìn)行能量測(cè)量。GPIB/PIO總線控制滑動(dòng)速度、負(fù)載、電源及施加的力。整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備通過(guò)采用技術(shù)軟件“TestPoint”來(lái)監(jiān)控，該軟件可對(duì)受控回路進(jìn)行處理。
2.2測(cè)試條件
考慮到電阻性負(fù)載與燈負(fù)載之間及電感性負(fù)載與電機(jī)負(fù)載之間的性能相似，故將試驗(yàn)的重點(diǎn)放在電壓為14V、負(fù)載電流為22A的燈及電感性負(fù)載上。首先采用10個(gè)并聯(lián)的燈，其次采用0.66mΩ的電阻器與0.5mH的電感器串聯(lián)（時(shí)間為0.8ms）。打開(kāi)速度是5mm/s，每個(gè)接觸對(duì)以0.5Hz的工作頻率，進(jìn)行5×104個(gè)動(dòng)作。觸點(diǎn)材料分別是純銀、純銅、AgC96/4、AgCNi94/4/2及AgSnO290/10（摻入Bi2O3）。陰極是圓柱形，直徑為1mm，長(zhǎng)度為5mm，而陽(yáng)極是平板形。對(duì)每種材料和負(fù)載進(jìn)行3次相同測(cè)試，以確保計(jì)算的精確性。重量的變化隨磨損顆粒的遷移及清除而變，通過(guò)稱(chēng)量受測(cè)觸點(diǎn)來(lái)確定。
2.3電弧電壓、電流及能量
根據(jù)電弧電壓及電流能夠計(jì)算出電弧持續(xù)時(shí)間及能量。表1和表2給出兩種負(fù)載下試驗(yàn)材料的典型平均值。
如預(yù)期的那樣，在電感負(fù)載下比在燈負(fù)載下的電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、能量大。值得注意的是，對(duì)于銀－錫氧化物，與銀相比，電弧持續(xù)時(shí)間及能量要大30倍。在通常（非滑動(dòng)）電弧間隙下沒(méi)有觀察到電弧持續(xù)時(shí)間有如此巨大的差異。電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的主要原因是磨擦產(chǎn)生的SnO2顆粒粉末維持著電弧的存在。此外，對(duì)于AgC，電弧持續(xù)時(shí)間與質(zhì)量變化（動(dòng)作次數(shù)）同時(shí)遞增。
3腐蝕
3.1觸點(diǎn)磨損與表面檢查
對(duì)固定的陽(yáng)極采用顯微鏡進(jìn)行表面分析，結(jié)果顯示，在樣件的邊緣（滑動(dòng)開(kāi)始部分）存在一個(gè)深而寬的摩擦區(qū)域，導(dǎo)致軌跡的末端產(chǎn)生大量磨損顆粒。
對(duì)于可移動(dòng)的陰極，磨損的區(qū)域包括3個(gè)分區(qū)：物質(zhì)遷移區(qū)、受陽(yáng)極磨損區(qū)和受絕緣材料磨損區(qū)。
忽略這些檢查以及在零電流時(shí)滑動(dòng)接觸過(guò)程中的質(zhì)量損失，且在正常電弧下非滑動(dòng)觸點(diǎn)的腐蝕很小，可以認(rèn)為機(jī)械磨擦和電弧共同導(dǎo)致了觸點(diǎn)的嚴(yán)重磨損。磨損的原因是物質(zhì)遷移并伴有機(jī)械摩擦，它可用示意圖分解成相應(yīng)的階段，如圖2所示。
開(kāi)始是平滑表面，陰極被移動(dòng)到絕緣部件的右邊（A）。在陽(yáng)極切斷電弧放電過(guò)程中，物質(zhì)從陽(yáng)極遷移到陰極（B），改變了陰極表面原始粗糙度（C）。導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極的損耗增大，而陰極質(zhì)量的增大被機(jī)械磨擦所消除（D）。
3.2材料性能
在對(duì)電感性負(fù)載及燈負(fù)載進(jìn)行50000次動(dòng)作后，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極質(zhì)量損失多，陰極質(zhì)量損失很小。
總的結(jié)果表明：AgC及AgCNi質(zhì)量損失最高，而銀、銅的損失最低。雖然AgSnO2電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但仍保持了中等的磨損性能。
3.3參數(shù)的影響
為考察并降低陽(yáng)極的嚴(yán)重磨損，采取了一些措施來(lái)確定首要的影響因素：極性、形狀及正壓力。
1）極性的影響
采用相反的極性對(duì)固定的板形陰極及可移動(dòng)的圓柱形觸點(diǎn)進(jìn)行了一些試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圓柱形陽(yáng)極的連續(xù)腐蝕和磨損大大增加，而陰極板的磨損減少。可見(jiàn)磨損隨極性的不同而有所變化。在所有材料中，AgC的陽(yáng)極腐蝕最高，導(dǎo)致圓柱形狀嚴(yán)重變形。產(chǎn)生的彎角類(lèi)似于臺(tái)階，在動(dòng)作的開(kāi)始階段（1000次）阻礙了滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種取決于極性的失效使得該材料不適于常規(guī)應(yīng)用。
2）機(jī)械參數(shù)
關(guān)于磨擦導(dǎo)致的磨損，主要由機(jī)械因素引起。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，球狀觸點(diǎn)的接觸力大于3N時(shí)，磨損增大，這是由于在球狀觸點(diǎn)中接觸區(qū)域變小而使接觸壓力增大。由于機(jī)械振動(dòng)及電弧回跳的緣故，2cm/s的中等速度也使磨損更嚴(yán)重。
4接觸電阻
4.1電感性負(fù)載內(nèi)的接觸電阻
在對(duì)銅觸點(diǎn)滑動(dòng)研究中，曾設(shè)想接觸電阻的升高是由于氣相長(zhǎng)弧產(chǎn)生的碳及氧化物顆粒在接觸區(qū)域堆積所致。此外，頻繁的動(dòng)作（>4×107）也可能使銅的電阻急劇增大。
在對(duì)Ag、AgC、AgCNi及AgSnO2材料腐蝕試驗(yàn)中，對(duì)接觸電阻的變化進(jìn)行了研究。對(duì)于電感性負(fù)載，由于電弧放電造成表面的改變，可以觀察到接觸電阻的起伏和遞增。故對(duì)3組試驗(yàn)后積累的接觸電阻累積頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和測(cè)定。
如圖3所示，對(duì)于銀、銀－石墨復(fù)合物及銀－石墨－鎳，接觸電阻值的90％仍然低于允許值0.5mΩ。
對(duì)于銀－錫氧化物，大于90％的阻值已超過(guò)05Ω標(biāo)準(zhǔn)。高電阻導(dǎo)致的接觸溫度超過(guò)100℃，使這種材料不適于滑動(dòng)接觸應(yīng)用。雖然AgSnO2的接觸電阻可以承受很高值，但并無(wú)絕緣現(xiàn)象。
4．2燈負(fù)載接觸電阻
燈負(fù)載接觸電阻阻值的累積頻率如圖4所示，與電感性負(fù)載相反，對(duì)于燈負(fù)載，銅接觸電阻沒(méi)有達(dá)到很高值且不超過(guò)3mΩ。總的結(jié)果是，與其它材料相比，銀錫氧化物的特性較差，實(shí)際上90％以上的阻值介于0.5mΩ～0.9mΩ，因此該材料不適于滑動(dòng)接觸應(yīng)用。
另一方面，對(duì)于其它材料(AgC、AgCNi和Ag)阻值的99％小于0.5mΩ。
5結(jié)語(yǔ)
提高材料的可靠性并獲得最佳的低磨損特性及穩(wěn)定的接觸電阻是一項(xiàng)復(fù)雜和艱巨的任務(wù)。眾所周知，由于電弧放電與機(jī)械磨損的相互作用，可加重破壞。要保持接觸電阻的穩(wěn)定性，一個(gè)成功的方法就是在銀中加入石墨，但產(chǎn)生的銀－石墨會(huì)因磨損而消耗掉。
根據(jù)對(duì)允許的接觸電阻及磨損量的累積頻率分析，將材料按性能分以下3類(lèi)：
1）好——99％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<15mg；
2）中——95％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<30mg；
3）差——68％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<30mg。
基于這種分類(lèi)，材料的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所示。
如上所述，任一材料測(cè)試均沒(méi)有達(dá)到良好的性能。考慮到AgC的接觸電阻性能良好，我們?cè)噲D改善材料的磨損特性，但到目前為止，包括添加鎳在內(nèi)的改善措施一直來(lái)獲成功。雖然正在采取措施通過(guò)改變鎳或石墨的含量進(jìn)一步增強(qiáng)硬度以降低磨損。此外，銅電阻性能差可以通過(guò)添加石墨來(lái)改善。
相對(duì)于正常切換的陽(yáng)極的過(guò)度磨損，可以說(shuō)明陰極表面粗糙接觸所產(chǎn)生的磨擦是主要因素。粗糙度是由于物質(zhì)遷移到發(fā)生電弧的觸點(diǎn)邊緣而產(chǎn)生和改變的。
在正常的電弧放電下，AgSnO2顯示出物質(zhì)遷移量低于Ag，但在滑動(dòng)的燃弧下，AgSO2比Ag的腐蝕量更高。這就確認(rèn)了滑動(dòng)接觸過(guò)程中的腐蝕是物質(zhì)遷移與機(jī)械磨損的共同結(jié)果。
最后,AgC等材料的磨損高使得該材料對(duì)極性敏感，因?yàn)榛瑒?dòng)運(yùn)動(dòng)可能受阻并停止。關(guān)于機(jī)械參數(shù)，試驗(yàn)表明，接觸力小及形狀大將降低磨損并增大接觸電阻，而形狀小、接觸力大則增大磨損并降低接觸電阻。
電弧放電導(dǎo)致腐蝕繼而產(chǎn)生高的接觸電阻是汽車(chē)上開(kāi)關(guān)與繼電器出現(xiàn)故障的一個(gè)主要根源。采用的接觸間隙有兩種：一種是常規(guī)間隙接觸，與接觸區(qū)域垂直移動(dòng)；另一種是滑動(dòng)間隙接觸，與接觸區(qū)域平行移動(dòng)。
關(guān)于常規(guī)接觸，研究的比較多，但很少有人研究通斷過(guò)程中發(fā)生電弧現(xiàn)象時(shí)的滑動(dòng)接觸。通過(guò)研究與銅滑動(dòng)時(shí)的這種電弧放電，發(fā)現(xiàn)在各種負(fù)載下均發(fā)生了嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象，如高度腐蝕及隔離物軌跡。對(duì)于電感性負(fù)載，腐蝕主要在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生，而在燈負(fù)載中主要在接通時(shí)產(chǎn)生，而且滑動(dòng)接觸條件下的腐蝕比非滑動(dòng)下的腐蝕高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
因此可以得出結(jié)論：導(dǎo)致腐蝕的主要原因是燃弧過(guò)程中物質(zhì)遷移使觸點(diǎn)變得粗糙，繼而引起的機(jī)械磨擦。
此外還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電阻性及燈負(fù)載，可產(chǎn)生短弧，在短弧持續(xù)過(guò)程中，接觸電阻保持其額定值（<1mΩ）。另一方面，在電感性負(fù)載下，可產(chǎn)生長(zhǎng)弧，在長(zhǎng)弧持續(xù)過(guò)程中，接觸電阻隨動(dòng)作次數(shù)而增加，并可達(dá)到高值（>25mΩ）。這是由于電弧長(zhǎng)時(shí)間氣相燃燒產(chǎn)生的碳顆粒及氧化物的積累，使觸點(diǎn)表面污染增大的緣故。因此，在目前情況下，銅不適用于非滑動(dòng)觸點(diǎn)，也不適用于帶電感性負(fù)載的滑動(dòng)開(kāi)關(guān)。
為了提高可靠性，對(duì)替換材料如銀基材料進(jìn)行了試驗(yàn)。根據(jù)對(duì)材料一般切換特性的認(rèn)識(shí)，考慮到其腐蝕性低，因而選擇了銀、銀金屬氧化物及滑動(dòng)觸點(diǎn)通常使用的銀－石墨復(fù)合物（作為試驗(yàn)材料）。本文簡(jiǎn)要描述滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，隨后討論了在兩類(lèi)電弧情況下（燈負(fù)載產(chǎn)生的短弧及電感性負(fù)載產(chǎn)生的長(zhǎng)弧）的試驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果涉及材料的腐蝕及接觸電阻特性，此外還研究了一些對(duì)接觸材料產(chǎn)生影響的因素（極性、壓力、速度等）。
2試驗(yàn)裝置和方法
2.1裝置
裝置示意圖如圖1所示。
這種全自動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)和模擬工控元件（如推動(dòng)按鈕）遇到的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。主要由機(jī)械和儀器兩部分構(gòu)成。
1）機(jī)械部分
在處于下部的固定陽(yáng)極和處于上部的滑動(dòng)陰極之間形成間隙。采用一個(gè)精密步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該電機(jī)以固定速度（速度范圍為0.5cm/s～20cm/s）移動(dòng)陰極。陽(yáng)極安裝在第二個(gè)電機(jī)上，該電機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中將施加的接觸壓力控制在3N。加工成形的陰極沿陽(yáng)極板運(yùn)動(dòng)2.5mm，并沿絕緣材料夾具移動(dòng)2.5mm。
2）儀器部分
主要測(cè)量?jī)x器是數(shù)字式抽樣示波器，它能夠獲取電弧電壓、電流及電弧持續(xù)時(shí)間，并進(jìn)行能量測(cè)量。GPIB/PIO總線控制滑動(dòng)速度、負(fù)載、電源及施加的力。整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備通過(guò)采用技術(shù)軟件“TestPoint”來(lái)監(jiān)控，該軟件可對(duì)受控回路進(jìn)行處理。
2.2測(cè)試條件
考慮到電阻性負(fù)載與燈負(fù)載之間及電感性負(fù)載與電機(jī)負(fù)載之間的性能相似，故將試驗(yàn)的重點(diǎn)放在電壓為14V、負(fù)載電流為22A的燈及電感性負(fù)載上。首先采用10個(gè)并聯(lián)的燈，其次采用0.66mΩ的電阻器與0.5mH的電感器串聯(lián)（時(shí)間為0.8ms）。打開(kāi)速度是5mm/s，每個(gè)接觸對(duì)以0.5Hz的工作頻率，進(jìn)行5×104個(gè)動(dòng)作。觸點(diǎn)材料分別是純銀、純銅、AgC96/4、AgCNi94/4/2及AgSnO290/10（摻入Bi2O3）。陰極是圓柱形，直徑為1mm，長(zhǎng)度為5mm，而陽(yáng)極是平板形。對(duì)每種材料和負(fù)載進(jìn)行3次相同測(cè)試，以確保計(jì)算的精確性。重量的變化隨磨損顆粒的遷移及清除而變，通過(guò)稱(chēng)量受測(cè)觸點(diǎn)來(lái)確定。
2.3電弧電壓、電流及能量
根據(jù)電弧電壓及電流能夠計(jì)算出電弧持續(xù)時(shí)間及能量。表1和表2給出兩種負(fù)載下試驗(yàn)材料的典型平均值。
如預(yù)期的那樣，在電感負(fù)載下比在燈負(fù)載下的電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、能量大。值得注意的是，對(duì)于銀－錫氧化物，與銀相比，電弧持續(xù)時(shí)間及能量要大30倍。在通常（非滑動(dòng)）電弧間隙下沒(méi)有觀察到電弧持續(xù)時(shí)間有如此巨大的差異。電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的主要原因是磨擦產(chǎn)生的SnO2顆粒粉末維持著電弧的存在。此外，對(duì)于AgC，電弧持續(xù)時(shí)間與質(zhì)量變化（動(dòng)作次數(shù)）同時(shí)遞增。
3腐蝕
3.1觸點(diǎn)磨損與表面檢查
對(duì)固定的陽(yáng)極采用顯微鏡進(jìn)行表面分析，結(jié)果顯示，在樣件的邊緣（滑動(dòng)開(kāi)始部分）存在一個(gè)深而寬的摩擦區(qū)域，導(dǎo)致軌跡的末端產(chǎn)生大量磨損顆粒。
對(duì)于可移動(dòng)的陰極，磨損的區(qū)域包括3個(gè)分區(qū)：物質(zhì)遷移區(qū)、受陽(yáng)極磨損區(qū)和受絕緣材料磨損區(qū)。
忽略這些檢查以及在零電流時(shí)滑動(dòng)接觸過(guò)程中的質(zhì)量損失，且在正常電弧下非滑動(dòng)觸點(diǎn)的腐蝕很小，可以認(rèn)為機(jī)械磨擦和電弧共同導(dǎo)致了觸點(diǎn)的嚴(yán)重磨損。磨損的原因是物質(zhì)遷移并伴有機(jī)械摩擦，它可用示意圖分解成相應(yīng)的階段，如圖2所示。
開(kāi)始是平滑表面，陰極被移動(dòng)到絕緣部件的右邊（A）。在陽(yáng)極切斷電弧放電過(guò)程中，物質(zhì)從陽(yáng)極遷移到陰極（B），改變了陰極表面原始粗糙度（C）。導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極的損耗增大，而陰極質(zhì)量的增大被機(jī)械磨擦所消除（D）。
3.2材料性能
在對(duì)電感性負(fù)載及燈負(fù)載進(jìn)行50000次動(dòng)作后，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極質(zhì)量損失多，陰極質(zhì)量損失很小。
總的結(jié)果表明：AgC及AgCNi質(zhì)量損失最高，而銀、銅的損失最低。雖然AgSnO2電弧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，但仍保持了中等的磨損性能。
3.3參數(shù)的影響
為考察并降低陽(yáng)極的嚴(yán)重磨損，采取了一些措施來(lái)確定首要的影響因素：極性、形狀及正壓力。
1）極性的影響
采用相反的極性對(duì)固定的板形陰極及可移動(dòng)的圓柱形觸點(diǎn)進(jìn)行了一些試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圓柱形陽(yáng)極的連續(xù)腐蝕和磨損大大增加，而陰極板的磨損減少。可見(jiàn)磨損隨極性的不同而有所變化。在所有材料中，AgC的陽(yáng)極腐蝕最高，導(dǎo)致圓柱形狀嚴(yán)重變形。產(chǎn)生的彎角類(lèi)似于臺(tái)階，在動(dòng)作的開(kāi)始階段（1000次）阻礙了滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種取決于極性的失效使得該材料不適于常規(guī)應(yīng)用。
2）機(jī)械參數(shù)
關(guān)于磨擦導(dǎo)致的磨損，主要由機(jī)械因素引起。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，球狀觸點(diǎn)的接觸力大于3N時(shí)，磨損增大，這是由于在球狀觸點(diǎn)中接觸區(qū)域變小而使接觸壓力增大。由于機(jī)械振動(dòng)及電弧回跳的緣故，2cm/s的中等速度也使磨損更嚴(yán)重。
4接觸電阻
4.1電感性負(fù)載內(nèi)的接觸電阻
在對(duì)銅觸點(diǎn)滑動(dòng)研究中，曾設(shè)想接觸電阻的升高是由于氣相長(zhǎng)弧產(chǎn)生的碳及氧化物顆粒在接觸區(qū)域堆積所致。此外，頻繁的動(dòng)作（>4×107）也可能使銅的電阻急劇增大。
在對(duì)Ag、AgC、AgCNi及AgSnO2材料腐蝕試驗(yàn)中，對(duì)接觸電阻的變化進(jìn)行了研究。對(duì)于電感性負(fù)載，由于電弧放電造成表面的改變，可以觀察到接觸電阻的起伏和遞增。故對(duì)3組試驗(yàn)后積累的接觸電阻累積頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和測(cè)定。
如圖3所示，對(duì)于銀、銀－石墨復(fù)合物及銀－石墨－鎳，接觸電阻值的90％仍然低于允許值0.5mΩ。
對(duì)于銀－錫氧化物，大于90％的阻值已超過(guò)05Ω標(biāo)準(zhǔn)。高電阻導(dǎo)致的接觸溫度超過(guò)100℃，使這種材料不適于滑動(dòng)接觸應(yīng)用。雖然AgSnO2的接觸電阻可以承受很高值，但并無(wú)絕緣現(xiàn)象。
4．2燈負(fù)載接觸電阻
燈負(fù)載接觸電阻阻值的累積頻率如圖4所示，與電感性負(fù)載相反，對(duì)于燈負(fù)載，銅接觸電阻沒(méi)有達(dá)到很高值且不超過(guò)3mΩ。總的結(jié)果是，與其它材料相比，銀錫氧化物的特性較差，實(shí)際上90％以上的阻值介于0.5mΩ～0.9mΩ，因此該材料不適于滑動(dòng)接觸應(yīng)用。
另一方面，對(duì)于其它材料(AgC、AgCNi和Ag)阻值的99％小于0.5mΩ。
5結(jié)語(yǔ)
提高材料的可靠性并獲得最佳的低磨損特性及穩(wěn)定的接觸電阻是一項(xiàng)復(fù)雜和艱巨的任務(wù)。眾所周知，由于電弧放電與機(jī)械磨損的相互作用，可加重破壞。要保持接觸電阻的穩(wěn)定性，一個(gè)成功的方法就是在銀中加入石墨，但產(chǎn)生的銀－石墨會(huì)因磨損而消耗掉。
根據(jù)對(duì)允許的接觸電阻及磨損量的累積頻率分析，將材料按性能分以下3類(lèi)：
1）好——99％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<15mg；
2）中——95％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<30mg；
3）差——68％的接觸電阻值<0.5mΩ，磨損量<30mg。
基于這種分類(lèi)，材料的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所示。
如上所述，任一材料測(cè)試均沒(méi)有達(dá)到良好的性能。考慮到AgC的接觸電阻性能良好，我們?cè)噲D改善材料的磨損特性，但到目前為止，包括添加鎳在內(nèi)的改善措施一直來(lái)獲成功。雖然正在采取措施通過(guò)改變鎳或石墨的含量進(jìn)一步增強(qiáng)硬度以降低磨損。此外，銅電阻性能差可以通過(guò)添加石墨來(lái)改善。
相對(duì)于正常切換的陽(yáng)極的過(guò)度磨損，可以說(shuō)明陰極表面粗糙接觸所產(chǎn)生的磨擦是主要因素。粗糙度是由于物質(zhì)遷移到發(fā)生電弧的觸點(diǎn)邊緣而產(chǎn)生和改變的。
在正常的電弧放電下，AgSnO2顯示出物質(zhì)遷移量低于Ag，但在滑動(dòng)的燃弧下，AgSO2比Ag的腐蝕量更高。這就確認(rèn)了滑動(dòng)接觸過(guò)程中的腐蝕是物質(zhì)遷移與機(jī)械磨損的共同結(jié)果。
最后,AgC等材料的磨損高使得該材料對(duì)極性敏感，因?yàn)榛瑒?dòng)運(yùn)動(dòng)可能受阻并停止。關(guān)于機(jī)械參數(shù)，試驗(yàn)表明，接觸力小及形狀大將降低磨損并增大接觸電阻，而形狀小、接觸力大則增大磨損并降低接觸電阻。
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