低压电器中的常用材料教案资料.docx
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低压电器中的常用材料教案资料
低压电器中的常用材料
低压断路器常用材料
主要包括以下材料：
1、热双金属材料
2、电阻合金材料
3、触头材料
4、绝缘压塑料
5、磁性材料
6、弹性材料
热双金属材料
热双金属是由两层不同膨胀系数的金属（或合金）组元彼此牢固结合而成的复合材料。
其中热膨胀系数较高的一层，称为主动层，热膨胀系数较低的一层，称为被动层。
有时为了获得特殊性能，还可以复合第三层（中间层）。
由主动层产生的张力和由被动层所产生的拉力组成的合力矩使热双金属的弯曲受到限制时，将产生推力，热能转变为机械能。
热双金属材料可分为：
高灵敏度型、通用型、低温型、高温型、特殊型和电阻系列等类别。
热双金属材料的主要性能有：
电阻率、比弯曲、弹性模量E、线性温度范围、允许使用温度范围和密度等。
比弯曲：
单位厚度的平直热双金属试样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之半。
单位名称为每摄氏度，单位符号为/10-6℃-1。
目前最常用的双金属材料有：
5J4140、5J20110（5J11）、5J1480（5J18）、5J1578（5J16）、R5、R10、R15（R12）、R25、R30、R50等。
其中，5J4140、5J20110（5J11）、5J1480（5J18）、5J1455（R50）、5J1430（R33）等用于电流规格较小的直热式（由双金属元件直接通电发热）断路器。
5J表示双金属，5J20110中的20为比弯曲K值，110为20℃时的电阻率（μΩ·cm）。
一些中等规格电流如40、50、63A断路器等，它的旁热式或直热式大量使用R15（R12）、R25、R30、R50等。
它们使用3Ni24Cr2（镍鉻钢）为主动层，Ni36为被动层，加上中间层如锆铜Cu－Zr（多用于R15、R12）和镍层（用于R30、R50）。
改变中间层的厚度，可以调节电阻率的大小。
R后面的数值越小，适用的电流等级越大，反之，适用的电流等级越小。
同时还表示该材料20℃时的电阻率（μΩ·cm）。
大电流等级的塑壳式断路器不再采用旁热式或直热式的双金属元件作为过载延时的保护。
主要是如此大的热量会使断路器的温升大大超过标准要求，而能满足各项性能的小电阻率的金属材料也很难找到。
就采用其他方式，如电流互感器型。
电阻合金材料
电阻合金材料广泛应用于低压断路器，热过载继电器等低压电器产品中，用于调节和控制电流。
这类材料的主要技术要求是电阻率、机械强度、耐腐蚀性能、耐热性能等。
常用的有铜镍、镍鉻铁、铁鉻铝和低电阻的（紫）铜板（带）等。
铜镍系列种类最多，如NC103、NC105、NC110、NC112、NC115、NC120、NC125、NC130、NC132、NC135、NC140、NC145、NC148、NC150。
他们的镍含量依次为1％～45％，其余为铜，还有少量的锰。
有的厂家也用下面的表示方法，如CuNi1,CuNi2,CuNi6,CuNi8,CuNi10,CuNi14,CuNi19CuNi23,CuNi30,CuNi44等，主要标识出镍的含量。
NC1后面的数字表示该材料20℃时的电阻率。
如NC150的电阻率为50μΩ·cm
镍鉻铁、铁鉻铝合金为高阻发热电阻材料，主要有NCF072、NCF104、NCF113和FCA126、FCA137、FCA142、FCA153等。
NCF和FCA后面的数字表示该材料20℃时的电阻率。
如NCF072的电阻率为72μΩ·cm，FCA137的电阻率为137μΩ·cm。
紫铜T2Y2或T2（1/4硬）20℃时的电阻率为1.72μΩ·cm。
另外，不锈钢（1Cr18Ni9）也可作为发热电阻合金材料，20℃时的电阻率为75μΩ·cm。
触头材料
触头材料的基本要求：
1）良好的导电性和导热性；
2）抗熔焊性好；
3）良好的耐电磨损性能；
4）良好的机械性能和焊接性能；
5）化学稳定性；
6）低的气体含量。
断路器中常用的触头材料：
1、银氧化镉合金（AgCdO）
氧化镉含量5％～15％。
银氧化镉合金的抗熔焊性仅次于银石墨。
导电性高，接触电阻低而稳定，耐电腐蚀性是所有含银大于85%的银基材料中最好的。
主要有AgCdO12、AgCdO13应用较多。
2、银氧化锡合金（AgSnO2＋In2O3）
合金中含有少量的铟。
比银氧化镉有更高的热稳定性，其他性能已与银氧化镉相当。
3、银氧化锌合金（AgZnO）
氧化锌含量为8％～10％。
有较好的抗熔焊性和抗电弧烧损性。
主要用于中小容量断路器，一般63A以下。
4、银氧化铜合金（AgCuO）
氧化铜含量高达10％。
有很好的抗熔焊性和抗电磨损性。
主要用于中容量断路器。
5、银镍合金（AgNi）
银镍合金中，含镍10％～40％。
镍的含量增加，材料的的电导率下降，但硬度增加，可提高机械耐磨损性能。
银镍合金在中小电流时的抗熔焊性优于银和硬银合金，但比银氧化镉差。
在大电流时银镍很容易熔焊，此时必须与银石墨配对才能使用。
镍含量20％以下的合金可用于10A的辅助触头，镍含量30％以上的合金可用于几百安培的断路器。
6、银石墨合金（AgC）
石墨的含量一般为3％～5％。
银石墨是完全不熔焊的。
但必须与其他触头材料配对使用。
银石墨与银镍30或银镍40配对用于断路器可达到很好的效果。
7、银钨（AgW）
含钨20％～80％，还有少量的镍。
随着钨含量的增加，硬度和电阻率增加。
银钨的特点是对大电流电弧的承受能力强，含70％～80％的合金抗电弧烧损性能在所有触头材料中是最高的。
抗熔焊性与银镍差不多，可设计与银石墨配对来提高抗熔焊性。
银钨合金的电导率较低，容易生成氧化钨和钨酸银表面膜，在使用中会发生接触电阻增大和温升过高的问题，并且还是短路时触头熔焊的原因之一。
银钨合金主要用于较大电流的断路器。
8、银碳化钨（AgWC）
碳化钨含量20％～80％，硬度很高。
由于银碳化钨在很大程度上能够阻止生成不导电的表面膜，所以能改善接触电阻和使用中温升逐渐提高的问题。
碳化钨含量60％及以上的合金用作弧触头，碳化钨含量40％及以下的合金用作主触头。
在高分断能力的断路器中，为了提高触头材料的抗熔焊性，可采用银碳化钨12石墨3的合金与银碳化钨配对的方式。
国内外断路器采用的触头材料
小型断路器、塑壳断路器：
AgW、多元AgCdO、Cu镀Ag与AgC3配对；
Cu镀Ag与AgCdO、多元AgCdO13、多元AgSnO2配对；
AgNi30与AgC5、AgWC10C5、AgWC40C、AgWC40、AgW50等配对。
万能式断路器：
AgW50、AgZnO2做主触头，弧触头用AgW65、AgW73和Cu。
序号
材料名称
性能特点
主要应用领域
01
纯银
导电率高，强度、硬度低，接触电阻低而稳定。
无线电、通讯用微型开关及小电流电器等领域。
02
细晶银、银铈合金
在银中添加少量合金元素形成银合金，细化了银基体的晶粒，提高了材料的强度、抗熔焊性及耐电磨损性，同时又具有纯银导电率高、接触电阻低等优点。
适用于工作电流10A以下的低压电器，如通用继电器、热保护器、定时器等，且几乎所有应用纯银的场合都可由它来代替。
03
银镍
具有导电率高、低接触电阻低而稳定的特点，在直流开闭时，材料转移比纯银少。
抗熔焊性及耐电磨损性一般，通常与银石墨配对使用。
采用先进的挤压技术，镍颗粒呈纤维状分布，显著提高了材料性能。
广泛应用于中小电流交、直流继电器、指令开关、接触器、光控开关、温控器及洗衣机的定时器等。
04
银氧化镉
采用先进烧结挤压工艺，CdO质点弥散分布于银基体中，在电弧作用下，氧化镉剧烈分解、蒸发使触头表面冷却，起到降低电弧能量和熄弧的作用。
该材料具有高的抗熔焊性及耐电磨损性能、接触电阻低而稳定。
是应用最广泛的低压触头材料，大量用于中大容量继电器、接触器、交直流开关及中小容量断路器中，特别适合于中大容量交流接触器。
05
银氧化锡
AgSnO2材料具有优良、稳定的抗熔焊性及良好的抗电弧侵蚀能力。
在500～3000A的电流范围内，AgSnO2有比AgCdO更好的抗电弧侵蚀能力，在灯及容性负载下，AgSnO2比AgCdO、AgNi明显表现出更优良的抗熔焊能力，在交流阻性负载下，AgSnO2比AgCdO具有稍高的接触电阻，但在直流电路13.5V以下的灯/电机负载（如汽车继电器）应用场合下，却表现出低而稳定的电阻值。
直流条件下，与AgCdO相比，AgSnO2具有更低的材料转移。
广泛适用于中大容量交流接触器（如CJ20、CJ40、3TF系列等）、大功率交流开关（50kW以上）、直流接触器、交（直）流功率继电器、汽车电器及中小容量低压断路器上。
06
银氧化锌
具有抗熔焊、耐电磨损性好，接触电阻低而稳定，燃弧时间短，分断性能高、抗大电流冲击能力强的特点。
与AgCdO触头材料相比，AgZnO材料具有更好的抗接通熔焊性，在3000～5000A的分断电流条件下，具有更理想的抗分断电弧侵蚀能力。
主要应用于额定电流在200A以内的中小容量低压断路器上，如DZ15系列塑壳式断路器、DZ15L系列漏电断路器等，某些大容量开关也使用AgZnO材料，如ME万能式断路器。
07
银石墨
因石墨的熔点非常高，AgC系列触头材料具有极优良的抗熔焊性（在短路电流下也不熔焊）。
接触电阻低。
广泛应用于大电流，低压交直流自动断路器，起动器，线路保护开关，故障电流保护开关，铁路信号继电器等领域。
与银镍配对使用，抗熔焊性能提高，可应用于塑壳与万能式断路器、中小电流接触器、微动开关等。
08
银钨
既具有银的良好导电性和易加工性，又具有钨的高熔点、高硬度、耐电弧侵蚀、抗熔焊、材料转移少的特性。
其最大特点就是对大电流电弧的承受能力强。
可应用于各种万能式断路器、塑壳式断路器、重负荷交、直流接触器及其它开关电器。
09
银镍石墨
兼具银镍和银石墨的优点。
广泛应用于万能式断路器中，如DW45等智能型万能断路器。
10
银碳化钨
与银钨相比，不易氧化，接触电阻低而稳定，抗熔焊性较好。
主要应用在各种较大电流断路器等开关装置中，如各种万能式断路器、塑壳式断路器、真空接触器、重任务交、直流接触器等。
材料类别
产品名称
AgCdO
AgCdO（8）
AgCdO（10）
AgCdO（12）
AgCdO（13）
AgCdO（15）
AgCdO（17）
AgCdO（20）
AgCe
AgCe（0.5）
AgNi
AgNi（0.15）
AgNi（5）
AgNi（10）
AgNi（15）
AgNi（20）
AgSnO2
AgSnO2（8）
AgSnO2（10）
AgSnO2（12）
AgSnO2（6）In2O3（4）
AgSnO2（7）In2O3（3）
AgSnO2（8）In2O3（4）
AgW
AgW50
AgNiC
AgNi（30）C
（2）/ AgNi（25）C
（2）
绝缘压塑料
二十世纪五十年代初，聚酯模塑料逐渐取代酚醛、脲醛等模塑料。
后在英国被正式称之为聚酯料团DMC即DoughMouldingCompound的简称。
DMC具有易成型、成本低、可着色，电性能好等优点。
在电器领域中能制造结构复杂的零部件，从而得到广泛应用。
但人们也发现DMC制品表面平滑度差，易产生裂纹，不致密，机械性能不高，加料操作处理比较困难，为了解决这些问题，人们又通过使用低收缩，低波纹度添加剂来改善制品
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