Режимы работы контактов
Включение цепи.
При включении электрических аппаратов в их контактных системах могут иметь место следующие процессы:
· вибрация контактов;
· эрозия на поверхности контактов в результате образования электрического разряда между ними.
Эрозия или физический износ – износ контактов в результате переноса материала с одного контакта на другой, т.е. испарение в окружающее пространство без изменения состава материала.
Рассмотрим контактную систему контактора.
Подвижный контакт 1 связан с контактным рычагом 2 и контактной пружиной 3. Неподвижный контакт 4 жестко закреплен на опоре. При включении контактора его электромагнит воздействует на рычаг 2, перемещение которого приводит к соприкосновению контактов 1 и 4. В момент соприкосновения контактов происходит удар, в результате которого происходят деформация смятия контактов и отброс контакта 1 вправо. Между контактами образуется зазор и под воздействием приложенного к ним напряжения загорается электрическая дуга. Движение контакта 1 вправо прекратится тогда, когда энергия, полученная им при ударе, перейдет в энергию сжатия пружины 3. После этого контакт 1 под действием пружины 3 начинает перемещаться влево. Произойдет новый удар и новый отброс контакта, но уже на меньшее расстояние. Это называется вибрацией контактов. После нескольких циклов соприкосновения-отброса вибрация прекратится.
При вибрации контактов происходит многократное образование электрической дуги, которое приводит к их сильному износу из-за оплавления и распыления материала контактов. В связи с износом контактов уменьшается усилие их нажатия во включенном положении, что приводит к повышению переходного сопротивления. При большом числе включений и отключений возможен быстрый выход контактов из строя.
Для уменьшения вибрации создается предварительная деформация контактной пружины при разомкнутых контактах. С ростом начального усилия нажатия вибрация контактов резко сокращается. Однако при чрезмерно большом начальном усилии вибрация может возрасти из-за недостаточной мощности включающего электромагнита. Увеличение жесткости контактной пружины также влияет на уменьшение вибрации. Однако это влияние слабее влияния предварительного натяга.
Иногда между контактным рычагом и подвижным контактом вводится противовибрационный вкладыш из пористого материала, например в виде губчатой резины. Этот материала способствует затуханию колебаний контакта и уменьшению его вибрации.
Как показали исследования, в низковольтных аппаратах время вибрации контактов не превышает 0,5-1 мс.
При включении на существующее КЗ вибрация контактов усиливается из-за возникновения отбрасывающих сил в точке касания.
Контакты во включенном состоянии.
В этом режиме следует различать два случая: через контакты проходит длительный номинальный ток и через контакты проходит ток КЗ.
В следующей таблице приведены температуры и падения напряжения в контакте.
Материал | Точка размягчения | Точка плавления | ||
Θ 1, °С | Uконт1, В | Θ 2, °С | Uконт2, В | |
Алюминий | 0,1 | 0,3 | ||
Сталь | 0,21 | 0,6 | ||
Никель | 0,22 | 0,65 | ||
Медь | 0,12 | 0,43 | ||
Серебро | 0,09 | 0,35 | ||
Кадмий | - | - | 0,15 | |
Вольфрам | 0,4 | 1,0 | ||
Олово | 0,07 | 0,13 | ||
Платина | 0,25 | 0,7 | ||
Графит | - | - |
Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе падение напряжения на переходном сопротивлении контакта было меньше Uконт1.
При КЗ через контакты проходят токи, в 10-20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контактной площадки поднимается практически мгновенно и может достигнуть температуры плавления.
Электродинамические силы, действующие между токоведущими деталями, необходимо использовать для повышения электродинамической стойкости контактов.
На первой схеме аппарата контактная пружина P должна создавать усилие 2P1, и усилие P2 создаваемое вертикальными токоведущими деталями. На второй схеме электродинамическое усилие P2, действующее на перемычку, позволяет выбрать контактную пружину с меньшим усилием нажатия.
Отключение цепи.
В процессе размыкания контактов контактное нажатие уменьшается, переходное сопротивление возрастает, и за счет этого растет температура точек касания. В момент разъединения контакты нагреваются до температуры плавления и между ними возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает дуговой либо тлеющий разряд.
Высокая температура приводит к интенсивному окислению и распылению материала контактов в окружающем пространстве, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок. Все это влечет за собой износ контактов. Износ, связанный с окислением и образованием на электродах пленок химических соединений материала контактов со средой, называется химическим износом или коррозией.
Перенос материала с одного электрода на другой наиболее вреден при постоянном токе. Направление переноса в этом случае постоянно, что ведет к быстрому выходу из строя контактов.
Для существования дугового разряда необходимо, чтобы значения напряжения и тока превышали минимальные значения, приведенные в следующей таблице.
Материал | U0, В | I0, А | Материал | U0, В | I0, А |
Платина | 0,9 | Вольфрам | 0,9 | ||
Золото | 0,38 | Медь | 12,3 | 0,43 | |
Серебро | 0,4 | Уголь | 18-22 | 0,03 |
Для борьбы с эрозией контактов на токи от 1 до 600 А:
· сокращается длительность горения дуги с помощью дугогасительных устройств;
· устраняются вибрации контактов при включении;
· применяются дугостойкие материалы контактов.
Для контактов на токи от долей ампера до нескольких ампер применяются схемные методы уменьшения эрозии.
При отключении ток протекает через шунтирующий резистор Rш и сопротивление нагрузки Rн и электромагнитная энергия, накопленная в индуктивности, переходит в тепловую.
При включении цепи через диод протекает только небольшой обратный ток. При отключении на нагрузке (индуктивной) появляется ЭДС самоиндукции для которой диод оказывается открыт и он закорачивает нагрузку. Вся электромагнитная энергия выделяется в сопротивлении нагрузки.
Контактный промежуток шунтируется резистором Rш, что облегчает гашение дуги и уменьшает износ контактов. Другой контакт полностью отключает цепь после отключения первого контакта.
Наличие конденсатора в четвертой схеме уменьшает ток, текущий через контактный промежуток и снижает скорость нарастания напряжения на контактах.
Дата добавления: 2021-10-28; просмотров: 306;