交流接触器接触电阻的建模及应用

摘要

接触器是电力系统中重要的开关器件，是保障电力系统可靠运行的关键设备，因此研究提高其工作可靠性的方法有重要意义，而触头接触电阻是影响交流接触器性能和工作可靠性的关键因素，也是衡量触头失效和寿命预测的重要依据，因此对交流接触器触头接触电阻的建模及研究显得尤为重要。 本文首先简述了表面接触问题的研究情况，整理、汇总了各国学者关于粗糙接触面模型及触头接触电阻的研究现状,并在此基础上对粗糙表面的表征及建模等问题进行了深入研究。从触头粗糙表面轮廓数据提取特征值，并分别用统计抽样和分形函数两种方法对粗糙面进行了表征，通过比较两种表征方法，分形表征方法比统计学表征方法更具有普遍性和广泛性，因此本文选取了分形表征方法对粗糙面进行分析。 然后在考虑接触形变的情况下，为了简化接触建模，将两个可形变的触点粗糙接触面简化为一个粗糙度等于两表面等效粗糙度的平面和一个理想光滑的平面接触，以微凸体为最小分析单元，分析微凸体的受力及形变情况。再经积分整合后得到触点的实际载荷和接触面积表达式，进而计算出触点实际接触面积。 最后结合分形表征粗糙面模型建立接触电阻数学模型，并通过对其的分析研究提出减小接触电阻的建议：（1）通过更精细的工艺加工触点，减小触点表面的粗糙度，触点越光滑，电流实际传导的面积就越大，接触电阻就越小；（2）通过定量计算增大接触载荷，对于特定材料和加工工艺的触点表面来说，即分形参数D和G固定时，可以定量计算出接触电阻值较小时对应的接触载荷；（3）通过选取适当的材料减小接触电阻，例如本文中提到的添加500nmBi的银氧化锡作为触点材料提高导电率和硬度，优化接触器工作性能。通过以上三种方法达到减小接触电阻值的目的，进而优化交流接触器性能，满足市场对其越来越高的工作性能要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 课题的研究现状

1.2.1 粗糙接触面模型研究现状

1.2.2 接触电阻模型研究现状

1.3 本文主要内容

1.3.1 粗糙面表征

1.3.2 粗糙面接触模型

1.3.3 建立接触电阻模型

1.4 本章小结

第二章 粗糙表面的分形模拟

2.1 表面轮廓的提取

2.2 基于统计抽样的粗糙面表征模型

2.2.1 正态分布下的蒙特卡罗抽样

2.2.2 抽样参数的确定

2.2.3 基于统计学抽样的粗糙表面轮廓曲线模拟

2.3 分形模拟模型

2.3.1 分形理论

2.3.2 模拟表面轮廓的W-M函数

2.3.3 分形参数的计算

2.3.4分形图像

2.4 模型的对比分析

2.5 W-M函数的三维推广

2.6 本章小结

第三章 弹塑性分形接触模型

3.1 引言

3.2 表征粗糙表面的粗糙度函数

3.3 弹性、弹塑性、塑形分形接触模型

3.3.1 微凸体接触模型

3.3.2 微凸体弹性形变部分

3.3.3 微凸体塑性形变部分

3.3.4 微凸体弹塑性形变部分

3.4 接触面积与载荷模型

3.4.1 微凸体的接触面积与载荷

3.4.2 整体接触的面积与载荷

3.5 数值仿真

3.6 本章小结

第四章 接触电阻模型建立与分析

4.1 接触电阻概念

4.1.1 收缩电阻

4.1.2 膜电阻

4.1.3 隧道电阻

4.2 接触电阻建模

4.2.1 触点表面轮廓的表征

4.2.2 接触电阻的计算

4.3 接触电阻模型的优化与应用

4.3.1 考虑温度影响下的接触电阻模型

4.3.2 计算结果与分析

4.4 结合模型计算结果对优化交流接触器接触电阻的建议

4.4.1 影响触头电接触可靠性的因素

4.4.2对交流接触器的优化建议

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢