Рис. 11-8. Прибор для измерения длины мостиков.
а — схема (1 — микрометрический винт; 2 — электроды); б — внешний вид.
Для наблюдения за образованием мостиков и измерения их длины применяется прибор, показанный на рис. 11-8,а и б. Он состоит из пружинящего рычага второго рода с отношением плеч 1:4. На конце короткого плеча закрепляется подвижной контакт и против него на стойке — неподвижный. В конец длинного плеча упирается микрометрический винт. При отпущенном винте оба контакта соприкасаются. При медленном ввинчивании винта в момент разъединения контактов образуется мостик, который при дальнейшем ввинчивании винта растягивается. В момент обрыва мостика фиксируется его длина по разности показаний на шкале лимба в момент образования и обрыва мостика. Контакты замыкают омическую цепь при напряжении и токе ниже предельных, т. е. без образования дуги при размыкании.
Момент образования и обрыва мостика устанавливается визуально с помощью микроскопа или, что более надежно, по падению напряжения на контактах, так как при растяжении мостика наблюдается картина, представленная на рис. 2-5.
Для измерения длины дуги, образующейся при разъединении контактов, служит прибор, показанный на рис. 11-9,а и б.
Рис. 11-9. Прибор для измерения длины контактной дуги.
а — схема; б — внешний вид
При помощи архимедовой спирали поднимается рычаг с укрепленным на нем подвижным контактом. Возникающая между контактами К дуга растягивается при этом до обрыва. Длина дуги измеряется с помощью индикатора. Так как известна скорость раздвижения контактов (0,265 мм/сек), можно определить время горения дуги:
Контакты включаются в цепь, параметры которой обеспечивают зажигание дуги (например, постоянный ток 1,5 а при 110 в). Испытание носит сравнительный характер, причем за эталон принимается серебро.
Испытание на эрозию контактов обычно производится на установке с кулачковым приводом. Многочисленные опыты показали, что наиболее четкие и воспроизводимые результаты получаются только при механическом, а не электромагнитном приводе, так как в последнем случае нет четкого размыкания контактов и замыкания их без подпрыгивания.
Рис. 11-10. Схема цепи для испытания контактов.
а — с дугогасящей емкостью С и демпфирующим сопротивлением; б — с активным сопротивлением.
Установка имеет две пары контактов, из которых одна размыкает, а другая замыкает цепь. Этим соблюдается чистота опыта, поскольку эрозия при размыкании и замыкании различна по природе, полярности и величине. При разделении операции размыкания и замыкания процессы, связанные с ними, не будут накладываться и затемнять друг друга.
Для получения воспроизводимых, мало зависящих от особенностей электрической цепи результатов испытания на эрозию производятся в простейших схемах либо с активным сопротивлением, либо с включенной параллельно контактам емкостью (рис. 11-10, а и б).
На рис. 11-11 дана схема установки для испытания контактов на эрозию с разделением операций размыкания и замыкания. Контакты приводятся в движение с помощью эксцентриков, сидящих на валу с поворотом по отношению друг к другу на 90о. Меняя угол поворота эксцентриков, можно менять последовательность замыкания одной и другой пар контактов [Л. 1-3].
Рис. 11-11. Схема установки с разделением операций замыкания и размыкания контактов в цепи с активным сопротивлением.
Рис. 11-12. Установка для испытания контактов на эрозию с эксцентриковым приводом.
На рис. 11-12 показана одна из установок, работающих по указанному принципу. Эксцентрики приводят в движение рычаги с подвижными контактами а. Неподвижные контакты снабжены демпфирующими пружинами, смягчающими удары контактов с целью устранения дребезга. Зазор между контактами регулируется винтами б. Контактное нажатие, осуществляемое пружинами, устанавливается с помощью винтов в.
Величина нажатия определяется по шкале динамометров г. Установка работает при токе до 20 а, напряжении 50 в и частоте включений 1 в секунду.
Рис. 11-13. Кинематическая схема машины Американского общества по испытанию материалов.
К — испытываемые контакты; Кс — контакты счетчика; а — изоляция, б — точка опоры рычага привода; в — ролик, сопряженный с эксцентриком.
Для комплексного испытания контактов разработана специальная машина (Л. 11-3 и 11-4). Машина имеет три пары контактов, которые могут быть отрегулированы так, что одна пара работает только на размыкание, другая — на замыкание и третья — на размыкание и замыкание. Контакты приводятся в движение от механического кулачкового привода, обеспечивающего, как уже было сказано, лучшую воспроизводимость результатов, чем другие виды приводов (электромагнитный и т. п.). На этой машине можно производить испытания при переменном и постоянном токе до 50 а при напряжении до 220 в в омической, индуктивной или емкостной цепи. Усилия при замыкании и размыкании можно варьировать в пределах 30— 500 Г, а скорость движения контактов — от 13 до 76 мм в секунду при частоте срабатываний от 20 до 200 в минуту. Эта машина при помощи счетчиков и тиратронных прерывателей автоматически регистрирует число частичных и полных приварок и их прочность. При этом под частичными приварками подразумеваются кратковременные приварки, самостоятельно устраняющиеся, тогда как полными называются длительные приварки, вызывающие автоматическую остановку машины (рис. 11-13). Кроме регистрации приварок контактов, машина дает возможность следить за нагревом контактов, контактным сопротивлением, деформированием контактов, а также путем взвешивания определять их износ.
После испытаний у ряда фирм и усовершенствования описанная машина в 1949 г. рекомендована для стандартных испытаний на срок службы материалов для электрических контактов.
Испытания на описанной машине позволили установить некоторые константы материала контактов, например минимальный ток приваривания, который оказался равным (а):
Для серебра .... 20,5—24,5
» никеля .... 5—7
» вольфрама . 35—39
» палладия ... 5
» плагины ... 15
» молибдена . . 20—22
Рис. 11-4. Схема установки Вильсона. Неподвижный контакт.
К — серебряная пластина (контакт); а — графитовая подложка; б — камера; в — манометр; г — контакты цепи двигателя.
Попытка связать ток приваривания с физическими константами материала контактов привела к созданию эмпирического уравнения, дающего, однако, не для всех металлов достаточно хорошее совпадение расчетных токов с практически установленными.
Новый метод испытания контактов на срок службы применил Вильсон [Л. 11-5]. Он определял конец службы контактов по появлению в рабочем слое первого отверстия вследствие местной эрозии. Таким путем удалось найти закономерности, связывающие срок службы (число операций до появлений отверстия) с величиной тока, толщиной и диаметром серебряных контактов. Этот метод отличается быстротой по сравнению с весовым определением износа контактов, но пока не имеет широкого применения.
На рис. 11-14 показана схема устройства неподвижного контакта. Он представляет собой серебряную пластину на графитовой подложке. Пластина с подложкой закрывают отверстие камеры, в которой поддерживается некоторое избыточное давление воздуха. Ртуть манометра замыкает цепь двигателя, который приводит в движение подвижной контакт. Контакт движется прямолинейно со скоростью 89 мм/сек, делая одно замыкание в секунду; контактное нажатие 80 Г; цепь, в которой работают контакты, имеет активную нагрузку.
В момент образования вследствие эрозии первого отверстия в серебряной пластине избыток воздуха выходит из камеры и ртуть манометра опускается, автоматически останавливая двигатель.
Некоторые из полученных с помощью описанной установки закономерностей можно выразить эмпирическими формулами:
Эти закономерности, конечно, справедливы только для имеющихся в опытах Вильсона условий.
Мы описали далеко не все предложенные методы испытания контактов, остановившись на наиболее распространенных. Критический обзор различных методов испытания контактов сделал Р. С. Кузнецов [Л. 11-6].
