Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические аппараты

Электрические контакты - Электрические аппараты

Оглавление
Электрические аппараты
Режимы работы электрических аппаратов
Электромагниты
Электрические контакты
Дуга
Предохранители
Автоматические выключатели
Контакторы и магнитные пускатели
Реле, интегральные микросхемы
Трансформаторы тока
Трансформаторы напряжения
Разьединители, отделители и короткозамыкатели
Масляные выключатели
Воздушные выключатели
Элегазовые выключатели
Выключатели электромагнитные
Выключатели вакуумные
Выбор выключателей

Электрический контакт – это место перехода тока из одной контакт детали (токоведущей детали, осуществляющей контакт) в другую. (Слово контакт происходит от латинского слова contactus – прикосновение).
Контакты бывают – 1) неразъемные (болтовое соединение двух шин)2) скользящие (реостат, ЛАТР) 3) коммутирующие
По форме контакты различают на следующие группы:

  • ТОЧЕЧНЫЕ – т.е. контакт происходит в одной точке. При точечном контакте контактные нажатия небольшие и для уменьшения сопротивления контактов применяют драгоценные металлы, не образующие окиси.

точечный контакт

  • ЛИНЕЙНЫЕ – условное контактирование происходит по линии. В этом случае можно создать большую степень нажатия. Эти контакты выполняются так, что цилиндр во время контактирования перемещается по плоскости и окислы стираются. Для этих контактов применяют медь.

линейный контакт

  • ПОВЕРХНОСТНЫЕ – контактирование между двумя поверхностями. Применяются при больших токах, создается высокая степень нажатия, благодаря чему в некоторых местах поверхность очищается от окислов.

поверхностный контакт

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ КОНТАКТОВ
На малые токи контакты выполняются в основном точечными.
Контакты, рассчитанные на средние и большие токи, делятся на следующие группы.

  • РЫЧАЖНЫЕ – в них применяется проскальзывание подвижного контакта по неподвижному для стирания окислов, в качестве материала контактов применяется медь.
  • МОСТИКОВЫЕ – контакт осуществляется в точке сфера-сфера. Применяется для прямоходовых магнитных систем. В качестве материала используется серебро и его сплавы.
  • ВРУБНЫЕ – применяются в низковольтной аппаратуре (рубильники, предохранители). Материал – медь.
  • РОЛИКОВЫЕ – предназначены для токосъема.
  • ТОРЦЕВЫЕ – контактирование по плоскости, контакт имеет большое переходное сопротивление и используется преимущественно как дугогаситель.
  • КОНТАКТЫ С ПЛОСКИМИ КОНСОЛЬНЫМИ ПРУЖИНАМИ – слаботочная аппаратура, контакт в точке сфера-сфера, материал серебро и его сплавы.
  • ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ КОНТАКТ – содержащий главные контакты и дугогасительные контакты (большие токи – при включении замыкаются вначале дугогасящие, а потом главные, а при отключении наоборот).

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

  • РАСТВОР – наименьшее расстояние между полностью разомкнутыми контактами. Его величина определяется условиями гашения дуги, родом и величиной тока.
  • ПРОВАЛ – расстояние, которое проходит до полной остановки подвижный контакт после первого соприкосновения с неподвижным, если неподвижный убрать. Провал дает возможность скомпенсировать износ контактов, поэтому чем больше провал, тем больше срок службы контактов, но это требует и более мощную магнитную систему.
  • КОНТАКТНОЕ НАЖАТИЕ – это сила, сжимающая контакты деталей в месте их соприкосновения. Различают начальное контактное нажатие в момент первого соприкосновения контактов, т.е. когда провал равен 0.,С – жесткость контактной пружины; - ее первоначальное сжатие

Конечное контактное сжатие при полностью выбранном провале,
 - дополнительное сжатие пружины при выборе провала.
ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТОВ ВО ВКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ
Существование переходного сопротивления контактов (ПСК) связано с:

  • наличием окисных пленок на поверхности контактов;
  • при соприкосновении контактов контактирование происходит не по поверхности, а в некоторых отдельных точках.

КАРТИНА ПРОТЕКАНИЯ ТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КОНТАКТЕ
протекание тока в контактах
Суммарное сопротивление контактов:,
Rпл – сопротивление плёнок;Rст – сопротивление стягивания.
Для слаботочных контактов наибольшее влияние оказывает первая составляющая - . Для сильноточных - .
ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ:

  • Величины контактного нажатия:

,
 - величина контактного нажатия;
 - показатель степени, зависящий от формы контактов:=0,5 – для точечных;
=0,50,8 – для линейных;=1 – для поверхностных;
 - коэффициент, зависящий от материала контакта.

  • От температуры:

, - температурный коэффициентПСК.

 

I – нарастание переходного сопротивления (ПС) до температуры, при которой происходит
II – уменьшение ПС при  рекристаллизации (происходит размягчение контактов и их смятие);
III – при дальнейшем повышении температуры ПС возрастает до температуры плавления материала
IV – на этом участке при температуре плавления контакты свариваются и  практически падает до 0 (tпл для меди примерно равна 1100 °С).

  • От состояния поверхности контактов

Шлифовка контактной поверхности увеличивает ПС. Контакты сильноточных аппаратов должны зачищаться только крупнозернистыми напильниками, но не наждачной шкуркой. При шлифовке бугорки на поверхности становятся более пологими и смятие их затрудняется.

  • От материала контактов

У меди ПС с течением времени увеличивается в 1000 раз в отключенном состоянии и в сотни раз во включенном. Поэтому для медных контактов, находящихся длительное время во включенном состоянии, необходимо через каждые 8 часов отключать контакты и пару раз включить их под нагрузкой. При этом сжигаются (дуга) окислы и ПС уменьшается. Окислы серебра имеют практически такое же сопротивление как и серебро, поэтому с течением времени это сопротивление не изменяется.
ИЗНОС КОНТАКТОВ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ
При размыкании контактов количество площадок контактирования уменьшается и, наконец, остается одна площадка, которая под действием тока разогревается, металл в этом месте расплавляется и возникает жидкометаллический мостик, который впоследствии рвется. Вследствие чего возникает либо электрическая искра, либо электрическая дуга. Все определяется порогом дугообразования
ИЗНОС КОНТАКТОВ ПРИ МАЛЫХ ТОКАХ
Если  а  появляется электрическая искра. Возможны 2 процесса износа:

  • износ, связанный с образованием окисных пленок или коррозия;
  • износ, связанный с переносом материала контактов с одного на другой и в окружающую среду под действием электрического поля. Он называется эрозией контакта.

Износ контактов при малых токах определяется по формуле:,
gи – коэффициент, характеризующий материал контакта;q – количество электричества.
Износ контактов при малых токах появляется из-за наличия цепи с индуктивностью. При резком снижении тока появляется разность потенциалов, обусловленная ЭДС самоиндукции, из-за этого возникает искровой разряд. Для уменьшения износа под действием искрового разряда применяют искрогасительные цепочки.
В этом случае при размыкании часть энергии цепи уходит на заряд конденсатора. Длительность искрового разряда существенно сокращается.
ИЗНОС КОНТАКТОВ ПРИ БОЛЬШИХ ТОКАХ
Возникает, если , т.е. появляется электрическая дуга.
Износ зависит:1) От количества размыканий контактов (линейная зависимость от числа размыканий)
,
- суммарный износ; - одно размыкание; - количество размыканий.
2) От напряженности магнитного поля (с увеличением  износ уменьшается).

При малых  дуга горит в основном на одних и тех же опорных площадках (точках) – износ достаточно велик.

При увеличении  дуга перемещается к поверхности контакта – износ снижается.

При дальнейшем нарастании магнитного поля часть материала контактов выбрасывается этим полем за пределы межконтактного промежутка и износ увеличивается. При еще большем увеличении поля уже весь материал из расплавленного перешейка выбрасывается за пределы контактного промежутка и износ стабилизируется (мы отмечали , что на расходящихся контактах появляется перешеек из расплавленного металла).

  • От напряжения. При наличии магнитного поля дуга покидает межконтактный промежуток уже при зазоре 1...2 мм, поэтому износ от  практически не зависит.
  • От тока (зависимость линейная). Чем больше ток, тем больше износ контактов.
  • От скорости расхождения контактов. При наличии поля износ от скорости практически не зависит. При отсутствии поля зависимость обратная, т.е. чем больше скорость расхождения, тем износ меньше.

ИЗНОС КОНТАКТОВ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ

Износ контактов при включении

Износ контактов при включении имеет дуговой характер и существует за счет дребезга контактов.
 - максимальный ход контактов (максимальная величина отброса контакта).
 - величина упругого восстановления деформации материала контактов.
Пусть контакты соприкоснулись в т. А, появился ток в цепи. Под действием силы натяжения контактной пружины контакты продолжают двигаться навстречу друг другу. В т. В движение заканчивается и под действием упругих сил начинается обратный ход контактов. В т. С контакты размыкаются. В т. Д они снова замыкаются под действием контактной пружины и т.д. В промежутке СД появляется электрическая дуга, т.е. условия появления электрической дуги
Через 2-3 периода это условие не выполняется и дребезг контактов прекращается.
Износ контактов при включении зависит от:

  • предварительной деформации контактной пружины или начального контактного нажатия

с   уменьшается до некоторых пор. При дальнейшем нарастании  возможен отброс контактов и появления дуги,  износ .
 с   уменьшается до некоторых пор. При дальнейшем нарастании  возможен отброс контактов и появления дуги,  износ .

  • жесткости контактной пружины  - с увеличением жесткости ;
  • соотношения тяговой и механической характеристик

,
 - избыточное усилие (разность между тяговой и механической характеристиками). Чем больше , тем больше скорость отброса якоря, больше энергия отброса контактов, больше износ контактов (кривая 4).

11 – механическая характеристика;22,3,4 – тяговые характеристики.
При недостаточном тяговом усилии (кривая 2) будет происходить остановка подвижной системы в момент соприкосновения контактов (двухтактное включение), что также приведет к повышению износа.
Для обеспечения минимального износа тяговая характеристика должна обеспечивать четкое включение аппарата и не иметь чрезмерных запасов (кривая 3).

МАТЕРИАЛЫ КОНТАКТОВ
Основные требования:

  • высокая электро- и теплопроводность;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • стойкость к образованию окисных пленок с высоким удельным сопротивлением;
  • высокая твердость для исключения механического износа при частых коммутациях;
  • малая твердость для уменьшения силы контактного нажатия;
  • высокая дугостойкость ();
  • простота обработки и низкая стоимость.

МЕДЬ
Достоинства:

  • высокая электро- и теплопроводность;
  • высокие значения порогов дугообразования;
  • относительно малая стоимость.

Недостаток: - наличие окисных пленок с высоким удельным сопротивлением.
Область применения: шины, контакты аппаратов, рассчитанные на сильно высокие токи.
СЕРЕБРО
Достоинства:

  • высокая проводимость;
  • малое удельное сопротивление.

Недостатки:

  • твердость;
  • высокая стоимость.

Область применения: контакты, накладки главных контактов 2х ступенчатых контактных систем.
АЛЮМИНИЙ
Достоинства:

  • легкий в обработке;
  • низкая цена.

Недостаток: неудаляемость окисной пленки с высоким удельным сопротивлением.
Область применения: шины, провода.
ПЛАТИНА, ЗОЛОТО
Достоинства: что и у серебра.
Недостатки:

  • малая дугостойкость;
  • высокая стоимость.

 

ВОЛЬФРАМ
Достоинства:

  • высокая дугостойкость и твердость;
  • стойкость против эрозии и сваривания.

Недостатки:

  • высокое удельное сопротивление;
  • образо вание сульфидных и окисных пленок.

Область применения – в качестве дугогасительных контактов.
МЕТАЛЛОКЕРАМИКА
Результат спекания порошка вольфрама, серебра, меди, никеля. В результате полученный материал обладает всеми положительными качествами перечисленных компонентов.



 
« Электрическая дуга переменного тока и ее гашение   Электрические аппараты и оборудование выше 1000В »
электрические сети