Вибрация контактов — явление периодического отскока и последующего замыкания контактов под действием различных причин. Вибрация может быть затухающей, когда амплитуды отскоков уменьшаются и через некоторое время вибрация прекращается, и незатухающей, когда явление вибрации может продолжаться любое время.
Явление вибрации контактов является чрезвычайно вредным, так как через контакты протекает ток и в момент отскоков между контактами появляется дуга, вызывающая усиленный износ, а иногда и сваривание контактов.
Причиной затухающей вибрации, получающейся при включении контактов, является удар контакта о контакт и последующий отскок их друг от друга вследствие упругости материала контактов (рис. 4.6).
Избавиться полностью от механической вибрации невозможно, но всегда желательно, чтобы как амплитуда первого отскока, так и полное время вибрации были наименьшими. В правильно сконструированных контактах время вибрации 0,008-0,01 сек. Полное время вибрации контактов определяется обычно экспериментально.
Приближенно максимальная амплитуда первого отскока [Л. 13]
(4.18)
где v0 — скорость подвижного контакта в момент его касания с неподвижным, м/сек, т — масса подвижного контакта, кг; f0 — предварительный прогиб контактной пружины, м; с — жесткость контактной пружины, н/м; k — коэффициент упругости материала контактов (например, для меди k=0,95).
Рис. 4.6. Механическая вибрация контактов
Рис. 4.7. Устранение вредного влияния зазоров в шарнирах (стрелками показано направление движения при включении): а — неправильно; б — правильно
Время вибрации может быть охарактеризовано отношением массы контакта к начальному контактному нажатию. Эту величину во всех случаях желательно иметь наименьшей, порядка 10-3 кг/н. Ее довольно часто можно уменьшать за счет снижения массы подвижного контакта и увеличения начального контактного нажатия; однако уменьшение массы не должно влиять на нагрев контактов.
Особенно большие значения времени вибрации при включении получаются, если в момент касания контактное нажатие не возрастает скачком до своего действительного значения. Это бывает при неудачной конструкции кинематики подвижного контакта, когда после касания контактов начальное нажатие устанавливается лишь после выбора люфтов в шарнирах. Примеры таких правильных и неправильных конструкций приведены на рис. 4.7.
Необходимо отметить, что увеличение процесса притирания, как правило, увеличивает время вибрации, так как контактные поверхности при перемещении относительно друг друга встречают неровности и шероховатости, способствующие отскоку подвижного контакта. Это означает, что величина притирания должна выбираться в оптимальных размерах, обычно определяемых опытным путем.
Причиной незатухающей вибрации контактов, появляющейся при их замкнутом положении, являются электродинамические усилия; причины возникновения последних указаны в § 4.4. Так как вибрация под действием электродинамических усилий появляется при больших значениях тока, то образующаяся дуга весьма интенсивна, и вследствие такой вибрации контактов, как правило, происходит их сваривание. Таким образом, этот вид вибрации контактов является совершенно недопустимым.
С целью уменьшения возможности возникновения вибрации под действием электродинамических усилий нередко токоподводы к контактам выполняются таким образом, чтобы электродинамические усилия, действующие на подвижной контакт, компенсировали бы электродинамические усилия, возникающие в контактных точках контактов. Пример такой конструкции показан на рис. 4.8.
При прохождении через контакты тока такой величины, при которой температура контактных точек достигает температуры плавления материала контактов, между ними появляются определенные силы сцепления: происходит сваривание контактов. Сварившимися считаются такие контакты, когда сила, обеспечивающая их расхождение, не может преодолеть сил сцепления сварившихся контактов. Величина контактного нажатия (в н) при мгновенном значении тока in (в а), создающем сваривание [Л.23],
(4.19) где С — коэффициент, учитывающий количественное влияние различных факторов на сваривание, в том числе свойства материала контактов, н/а2.
Значение коэффициента С зависит также от контактного нажатия и от времени протекания тока через контакты. Значения С при импульсном пропускании тока (время импульса 0,3 сек) и силе отрыва в 1 ни 15 н приведены в табл. 4.7.
Рис. 4.8. Использование электродинамических усилий, вызываемых петлей тока в подводящих токопроводах, для компенсации электродинамических усилий контактных точек контактов:
FK — электродинамические усилия контактных точек контактов; F п — электродинамическая сила, вызванная прохождением тока по токопроводам и действующая на контакт
Необходимо отметить, что отдельные, несистематические, случаи сваривания контактов могут наблюдаться и при токах, меньших, чем рассчитанные по значениям С, приведенным в табл. 4.7. Установлено, что контакты из разнородных материалов свариваются хуже. Очень высокую стойкость против сваривания имеют контакты из металлокерамики, в состав которой входит графит. Наиболее простым средством борьбы со свариванием контактов является применение соответствующих материалов, а также увеличение в разумных пределах контактного нажатия.
Рис. 4.9. Зависимость коэффициента износа k от тока I при размыкании контактов в воздухе:
1 — металлокерамика СН; 2 — металлокерамика СОК-15; 3 — серебро; 4 — кадмиевая медь; 5 — медь
Потеря контактами материала и изменение их геометрических размеров и формы в процессе работы называется износом контактов. Износ вызывается целым рядом физических факторов, в той или иной степени влияющих на его величину. Износ может выражаться в массовых единицах — потеря массы обоих контактов на одну операцию (включение и выключение) — или в линейных единицах — изменение суммарной толщины контактов на одну операцию. Недостатком массового измерения износа является то, что он не учитывает переноса материала с одного контакта на другой, при котором, хотя суммарная масса и не меняется, контактная поверхность портится и требует зачистки.
Все процессы, вызывающие износ контактов, можно разделить на две группы: механические и электрические.
Величина массового износа (г) на одну операцию [Л. 19]
(4.20)
где I — разрываемый контактами ток, a; k — коэффициент износа, г/а2, учитывающий материал контактов, условия горения дуги и форму контактов; определяется опытным путем.
Ориентировочные значения коэффициентов k для разных материалов контактов при отключении тока воздушными электромагнитными аппаратами и при напряжении цепи
50-500 в указаны на рис. 4.9 [Л. 19].
