风电滑环是一种通过滑动电接触来实现两个相对转动机构之间数据信号及动力传输的高精密输电装置。接触电阻是评判风电滑环系统电接触性能的重要指标,在小时间尺度下受自激振动影响瞬态变化,在大时间尺度下因表面磨损而缓慢变化。因此,关于风电滑环接触电阻的建模较为困难。接触电阻引起的界面温升是载流磨损的重要原因之一,但载流界面温升与磨损机理的关系尚不明确,制约了高性能滑环的发展。为解决这一问题,本文以分形为理论工具,以温升为联系接触电阻和表面磨损的桥梁,通过对粗糙表面接触力学性能、摩擦自激振动、磨损表面演化规律和温升的研究,将建立接触电阻模型,揭示载流磨损机理,阐明温升与磨损机理的关系。本文建立了静态接触电阻分形模型及考虑摩擦自激振动的动态接触电阻分形模型。研究了分形特征参数和摩擦系数对静态接触电阻的影响;分析了切向速度、刚度系数和阻尼系数对动态接触电阻的影响规律。结果表明,减小摩擦系数和分形粗糙度并将粗糙表面加工至分形维数为1.6左右,可提高粗糙表面的电接触性能。减小刚度系数,增大阻尼系数和切向速度,可减小动态接触电阻的波动,提高系统运动的稳定性。进行了球-盘载流摩擦试验,研究了表面形貌的分形演化规律,建立了考虑磨损的接触电阻模型。结果表明:载流摩擦过程中,磨损表面自相似性减弱。分形维数随接触压力的增大先减小后增大,随电流和滑动速度的增大而减小。电流和滑动速度越大,接触电阻越大,且增长趋势越陡峭;随着电流和滑动速度的增大,不同接触压力下接触电阻变化曲线之间产生交点的时间提前。建立载流摩擦瞬态温度场仿真模型,研究了耦合温度场的分布以及滑动速度、电流密度和接触压力对耦合温度的影响。结果表明:接触区后方出现“高温拖尾”现象,且尾迹长度随时间逐渐增加。电流密度是影响载流摩擦瞬态温升的主要因素,且耦合温度随电流密度和滑动速度的增大而增大。最大耦合温度随接触压力的增大呈现“U”字形变化。最佳接触压力与电流密度呈正相关,与滑动速度呈负相关。进行了销-盘载流摩擦磨损试验。结果表明,在载流摩擦过程中,摩擦副温度先快速升高,然后增速变缓,最终达到动态热平衡。小温升下表面的磨损机理主要为材料剥落,大温升下主要发生熔融喷溅和电弧烧蚀。温度是润滑膜形成和破坏的重要影响因素。随着温度的升高,石墨转移量增大,但是表面烧蚀逐渐增强,石墨润滑膜逐渐破裂,使磨损更加剧烈。本研究为风电滑环的减摩耐磨设计提供指导,对风力发电机的安全长效服役具有重大意义,也为其他机械部件在载流摩擦工况下的磨损问题研究提供借鉴。