L’AgCdO est l’un des matériaux de contact parmi les plus répandus dans le monde du fait de ses excellentes propriétés. Cependant, étant donné la présence de Cadmium dans celui-ci, il sera bientôt totalement interdit par des directives européennes d’ordre environnementales. Trouver un matériau ne contenant pas de Cadmium et ayant au moins d’aussi bonnes propriétés est donc la clé du projet. Le phénomène d’érosion du matériau de contact suite à l’impact d’un arc électrique joue un rôle de premier ordre dans la fiabilité et la durée de vie des dispositifs de commutation de puissance. Celui-ci influe en effet sur les propriétés du matériau et affecte ainsi le fonctionnement du dispositif de commutation de puissance. Dans ce contexte, nos axes de recherche ont été les suivants. Avant tout, et ce afin de mieux comprendre le comportement à l’érosion suite à l’impact d’un arc électrique de l’AgCdO (matériau de contact utilisé actuellement dans l’industrie aérospatiale) et celui de l’AgSnO2 (candidat potentiel au remplacement de l’AgCdO), des essais ont été réalisés en soumettant les dispositifs de commutation de puissance à différents nombres de décharges. Ensuite, un modèle macroscopique permettant de prédire l’érosion d’un matériau suite à l’impact d’un arc électrique, valable pour faibles et forts courants, a été développé. Ce modèle décrit le processus complet de coupure et donne la quantité totale de matériau érodé suite à une opération de commutation. En parallèle, des essais ont été réalisés sur des dispositifs de commutation de puissance AgCdO à forts courants (0 -> 1000 A) afin de valider ce modèle d’érosion. Les propriétés matériau les plus influentes sur le processus d’érosion ont ensuite été déterminées à l’aide de ce modèle. Enfin, une étude ab initio portant sur les effets d’un changement de composition locale du matériau sur ses propriétés identifiées comme influentes sur le processus d’érosion a été réalisée. Ainsi, l’ensemble de ces travaux permettront de conclure sur des directives dans l’élaboration du matériau de contact qui remplacera l’AgCdO, objectif principal de ces travaux de recherche / AgCdO is one of the most widely used contact materials in the world because of its outstanding performance. Nevertheless, due to environmental considerations, it will soon be completely forbidden by European environmental directives. Therefore, finding a good substitute is of crucial importance. Electrical arc erosion plays a crucial role in the reliability and life of power switching devices. Depending on the contact material’s behavior in response to an electrical arc, surface damage can induce severe changes in contact material properties that will impact the power switching device’s functioning. Consequently, electrical arc effects and consequences on the contact material surface are of first importance. In this context, we have focused our research activities on the following axes. First of all, in order to better understand AgCdO (Current contact material in aerospace industry) and AgSnO2 (Potential candidate to AgCdO substitution) arc erosion behaviors, arc erosion experiments, where the power switching devices have been subjected to different numbers of arc discharges, have been realized. Further, a general macroscopic electrical contact arc erosion model valid for low and high currents was developed. To compare model results to experimental data, this model describes the complete breaking process of electrical contacts and gives the total amount of material removed after one breaking operation. In parallel, arc erosion experiments on AgCdO power switching devices have been conducted at high currents (0 -> 1000 A) in order to validate the arc erosion model. Next, using the general arc erosion model, the properties having the greatest influence on the electrical arc erosion process have been determined through simulations on silver contact material. At this stage, ab initio calculations were needed to obtain ranges of variation of certain silver contact material properties. Finally, an investigation of the trends of changing local contact material composition of AgSnO2 on these identified material properties was performed. This study was based on ab initio calculations for two different oxide compositions of AgSnO2. These will allow us to give directions to aid the design of a good substitute for AgCdO, and therefore, to complete the main objective of this research work
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2010METZ039S |
| Date | 07 May 2010 |
| Creators | Pons, Frédéric |
| Contributors | Metz, Cherkaoui, Mohammed |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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