Электрические контакты.

а)Точечный контакт (контакт в одной физической площадке: сфера-сфера, сфера-плоскость-конус, конус-плоскость).

б)Линейный контакт - условное контактирование происходит по линии (ролик-плоскость).

в)Поверхностный контакт - условное контактирование по поверхности.

Материалы для контактных соединений.

Требования, предъявляемые к этим материалам:

1. Высокая электропроводность и теплопроводность.

2. Стойкость против коррозии.

3. Стойкость против образования пленок с высоким r.

4. Малая твердость материала, для уменьшения силы нажатия.

5. Высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях.

6. Малая эрозия.

7. Высокая дугостойкость (температура плавления).

8. Высокое значение тока и напряжения, необходимые для дугообразования.

9. Простота обработки и низкая стоимость.

Нет в природе таких материалов.

1) Медь удовлетворяет всем пунктам, кроме 2^го и 5^го.

2) Серебро, удовлетворяет всем требованиям за исключением дугостойкости. Используют в качестве накладок на рабочие поверхности из меди.

3) Пластина, золото, молибден. Используются на малые токи при малых напряжениях, т.к. не образуют окисных пленок.

4) Вольфрам и его сплавы (с молибденом и платиной) используются на малые и большие токи в качестве дугостойких контактов.

5) Металлокерамика - механическая смесь двух практически не сплавляющихся, металлов получаемая методом спекания их порошков или пропиткой одного расплавом другого. Один из материалов имеет большую проводимость, другой обладает механической прочностью, дугостойкостью, тугоплавкостью (серебро, вольфрам, Ag-Ni, Ag-Графит,Ag-окись кадмия, Ag-молибден). Металлокерамика применяется в качестве дугогасительных контактов, в качестве основных контактов на токи до 600 А.

6)Aлюминий для коммутирующих контактов не используется, применяется только в разборных соединениях, при ормировании его медью или серебром. Применяются также его сплавы.

Переходное сопротивление электрического контакта.

Возьмем проводник с током и подключим вольтметр, потом разорвём и опять подключим вольтметр

DU₁ = I´R₁ DU₂ = I´R₂

DU₂ - DU₁ = I´(R₂ - R₁ ) R₂ - R₁ = DR

DR - R_K - контактное сопротивление.

Существует две причины возникновения контактного сопротивления:

1) Резкое уменьшение сечения проводника в месте контактирования (из-за микровыступов)

2) Образование на контакте окисных пленок, удельное сопротивление r которых обычно выше, чем r основного металла.

Контактное сопротивление определяется следующей зависимостью:

R_K = e / pⁿ

e - величина, зависящая от материала, способа его обработки, состояния контактирующей поверхности.

p - сила, сжимающая эти контакты.

n - показатель степени, характеризующий число точек соприкосновения:

0.5 - для точечного контакта

0.7 - для линейного контакта

1 - для поверхностного контакта

Значения для e:

Материал	e 10-3
медь
серебро	0,5
олово
алюминий	1,6
сталь

Выводы:

1. Контактное соединение зависит от материала и его окисла.

2. Контактное соединение зависит от контактного нажатия.

3. Контактное соединение зависит от состояния контактной поверхности.

4. От условной площадки контактирования. Если будем увеличивать площадь контакта, то будет увеличиваться число физических точек контактирования. Поскольку в пределе n = 1, то нет особого смысла увеличивать поверхность соприкосновения контакта.

Часто поверхность соприкосновения выбирается вследствие эффективного рассеивания тепловой мощности, выделяемой в контактах.

Pтепл = I² ´ R_K.

Явление спекания (сваривания) контактов во включенном состоянии.

При прохождении тока в площадке контактирования, согласно закону Джоуля-Ленца, будет выделяться тепловая энергия:

W_{контакта} = I² ´ R_K ´ t

Вследствие нагрева контакта, он еще в большей степени окисляется. Это приведет к увеличению контактного сопротивления R_K и приведет к увеличению энергии, выделяемой в контакте W_K . Ток определяется нагрузкой, он постоянный. Процесс может стать лавинообразным и при некоторой температуре на поверхности образуется слой жидкого металла. Контактное сопротивление резко уменьшается, выделяемая энергия также резко уменьшается. Металл охлаждается и кристаллизуется (затвердевает). Это явление является отрицательным для коммутирующих контактов. Для борьбы с этим явлением используется понятие - провал контактов, т.е. сжатие контактов при помощи контактной пружины.

Провал контактов - это расстояние, на которое перемещается подвижная контактная система после касания контактов.

Х - провал контакта [мм] - это паспортная техническая величина, обеспечивающая усилие нажатия.

В процессе эксплуатации контакт изнашивается (трение, выгорание части контакта вследствие электрической дуги) и контактное нажатие снижается, а значит, увеличивается сопротивление контакта и возрастает опасность сваривания. Поэтому провал контактов в процессе эксплуатации контролируется. Допустимо уменьшение провала контактов на 50% от начального значения приведенного в документации завода изготовителя.

Износ контактов. Дребезг.

Износ - это разрушение рабочей поверхности коммутирующего контакта, приводящее к изменению формы, размера, массы и к уменьшению провала контактов.

а) Износ при размыкании. Сила, сжимающая контакты, уменьшается до нуля, резко возрастает контактное сопротивление, возрастает плотность тока в последней площадке контактирования. Вся энергия выделяется в этой площадке, она разогревается и расплавляется. Между расходящимися частями контакта образуется мостик жидкого металла (контактный перешеек), этот мостик рвется и в промежутке между контактами возникает электрический разряд двух видов:

1) Для меди, при токе 0.5 А и напряжении > 15 В возникает дуговой разряд.

2) При токах < 0.5 A - искровой разряд.

Под действием высокой температуры искры (дуги) часть металла разбрызгивается и выбрасывается из контактного промежутка. При искровом разряде на поверхности контакта образуются лунки и наплывы - эрозия контактов.

б) Износ при замыкании вызван дребезгом контактов.

Дребезг - это отбрасывание подвижной контактной системы из-за упругой деформации неподвижной контактной системы (на расстояние 0.01 - 0.1 мм). Процесс этот идет с затуханием (с затухающей амплитудой). При каждом отбросе возникает электрическая дуга (искра). Дребезг может быть опасным, когда величина амплитуды колебаний системы превосходит величину упругой деформации системы. При этом происходит разрыв цепи. В противном случае возникает неопасный дребезг. Теоретически дребезга избежать невозможно, поэтому при проектировании электрического аппарата добиваются, чтобы дребезг был неопасным.

Работа контактной системы в условиях короткого замыкания.

В условиях короткого замыкания возникает опасность сваривания контактов, находящихся в замкнутом состоянии из-за электродинамического отброса и увеличение контактного сопротивления.

Меры по снижению износа контактов:

1. Применение дугостойких материалов.

2. Используют способы быстрого перемещения дуги по контакту.

3. При помощи способов компенсации электродинамических сил отброса.

Способы компенсации электродинамических сил в электрических контактах.

Электродинамические силы отброса возникают вследствие сужения линий тока, при этом возникает продольная сила, направленная внутрь проводника.

F = 10^-7

Способы компенсации этой силы имеют также электродинамическую основу.

а) Мостиковый контакт

P - сила контактного нажатия;

F_K - компенсационная сила.

б) Рычажный контакт

При увеличении электродинамических сил, увеличиваются и F_K , поэтому размыкания не произойдёт.

Основные конструкции контактов.

1. Неподвижные разборные контакты для жесткого соединения неразборных деталей. Контакт должен быть надежным, не ослабевать при эксплуатации, контактное сопротивление должно быть линейным.

2.Подвижные контакты (неразмыкающиеся контактные соединения). Применяются для передачи тока с подвижного на неподвижный контакт.

Пример : Гибкая связь

1)Медная лента толщиной 0.1 мм.

2)Роликовый съем

3)Шарнирный контакт.

3. Коммутирующие разрывные контакты на малые токи делают одноточечными, чтобы при малых нажатиях получить высокое удельное давление контактов.

4. Коммутирующие разрывные контакты на токи десятки тысяч ампер делают многоточечными и они бывают:

а) Рычажные (проскальзывающие, перекатывающиеся).

б) Мостиковые.

в) Врубные.

г) Торцевые.

д) Розеточные.

Эти контакты бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.

В многоступенчатых контактах существуют минимум две пары параллельных контактов:

1.Основные или рабочие. Для проведения тока в режиме.

2.Дугогасительные играют основную роль при включении, отключении.

4.1. Перекатывающий проскальзывающий контакт.

2 -рабочая точка.

1 -точка первого касания при замыкании и последнего при размыкании.

4.2. Контакт группы Шнайдеров

Фирма Merlin Gerlin.

4.3. Герметичный контакт (геркон).

Поскольку контакты обычно работают в среде атмосферного воздуха, то они покрываются пылью и окислами, которые возникают при химических реакциях под воздействием электрической дуги, подвергаются действию агрессивных и воздушных паров. Это понижает надежность контактов, особенно при малых токах и напряжениях когда вообще может прекратится проводимость. Для предотвращения этого контакт помещают в баллон, в котором содержатся: водород, аргон, инертный газ или вакуум с парами при давлении 0,13-0,0013Па. Контакт управляется магнитами.

Такой контакт по характеристикам приближен к бесконтактным устройствам по быстродействию и ресурсу включений и отключений. Его недостатком является малая конденсационная мощность - 60 Вт.