Методическая разработка по теме"Электрические контакты"

Электрические контакты

Слово «контакт» означает «соприкосновение», «касание». Электрическим контактом называют соприкосновение двух тел, обеспечивающих непрерывность электрической цепи. В электрической системе, объединяющей различные аппараты, машины, линии и т. д., для их соединения используется огромное число контактов. От качества контактных соединений в значительной степени зависит надежность работы оборудования и системы. Контакты предназначены для соединения источников электрической энергии с потребителями, а блокировочные обеспечивают заданный логический алгоритм работы схемы управления. Требования, предъявляемые к материалам контактных соединений: 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. Перечисленные требования противоречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям. Медь .Материалом контактов, как правило, служит электротехническая медь , имеющая низкое сопротивление, достаточную механическую прочность и износостойкость. Медь с присадкой кадмия увеличивает износостойкость контактов. Медные контакты со временем покрываются слоем окислов, что увеличивает их переходное сопротивление. В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Серебро .Альтернативой меди при изготовлении контактов является серебро. Оно имеет сопротивление меньшее, чем медь, но значительно дороже меди и уступает ей по износостойкости. Серебряные контакты в виде тонких пластинок, напаянных на медные держатели, используются в отдельных аппаратах цепей управления электрических аппаратов. тепловозов. Также  находят широкое применение металлокерамические контакты, представляющие композицию серебра с другими металлами (окись кадмия, никеля, вольфрама). Серебро используется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы. В контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок — вся деталь выполняется из меди или другого материала, на который приваривается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую поверхность. Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшими проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью. Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится (не следует завышать контактное нажатие). Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.  Электрический контакт, предназначенный только для проведения электрического тока, называют контактным соединением, а предназначенный, кроме того, и для коммутации — контактом электрической цепи или контактом. Детали соприкасающиеся друг с другом при образовании электрического контакта, называют контакт-деталями.  Часть поверхности контакт-детали, предназначенной для осуществления электрического контакта, называют рабочей поверхностью, а не предназначенной для электрического контакта — нерабочей или крепежной. При самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все же будут микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому, в действительности две поверхности будут соприкасаться не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками. Благодаря нажатию одной контакт-детали на другую вершины соприкасающихся выступов сминаются и образуют площадки, при этом поперечное сечение площадок во много раз меньше поперечного сечения проводника, что резко увеличивает сопротивление контакта электрическому току. Сопротивление в зоне перехода тока из одной контакт-детали в другую называют переходным. По своей природе это обычное сопротивление металлического проводника. Возрастание переходного сопротивления контакта электрической цепи приводит к увеличению потерь и, следовательно, повышению температуры контакт-деталей. При увеличении силы, сжимающей контакт-детали переходное сопротивление уменьшается только до определенного значения. Дальнейшее увеличение силы нажатия не приводит к заметному уменьшению его. При постоянном нажатии переходное сопротивление одного и того же контакта при каждом замыкании может быть разным. Это сопротивление очень чувствительно к окислению поверхности, поскольку оксиды большинства металлов являются плохими проводниками. Для уменьшения переходного сопротивления контакты иногда покрывают оловом или серебром. Эти металлы меньше подвержены окислению, а оксиды серебра имеют электропроводность, близкую к электропроводности чистого серебра. В зависимости от формы соприкосновения контакт-деталей в электрических аппаратах различают точечный, линейный и поверхностный контакты.  Типы контактов: а, б, в - точечные, г, д, е - линейные, ж - поверхностный В точечном контакте (рис. а, б, в) соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей и прохождение электрического тока происходит в точке. Этот вид контакта образуется при соприкосновении поверхностей шар — шар, шар — плоскость, конус — плоскость. В линейном контакте (рис. г, д, е) соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по линии, а прохождение электрического тока — через две точки. Такое соприкосновение образуют поверхности цилиндр — цилиндр, цилиндр — плоскость. В поверхностном контакте (рис. ж) соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по поверхности,  прохождение электрического тока — через три точки. Различают три вида контактных соединений: неразбираемое —которое не может быть разъединено, без разрушения; Неразмыкаемые контакты выполняются при помощи болтового соединения, сваркой, пайкой или скруткой разбираемое — которое может быть разъединено разборкой без его разрушения. Размыкаемые контактные соединения осуществляют периодическое замыкание и размыкание электрической цепи.  разъемное — может быть разомкнуто или замкнуто без разборки или сборки. Конструктивное исполнение контактов Рис. 9.2. Конструктивное исполнение контактов: а — перекатывающиеся; б — пластинчатые; в — скользящие; г —мостиковые; д — клиновые; Н — неподвижный контакт; П — подвижный контакт

Режимы работы контактов.

При коммутации электрической цепи работу контактов можно разделить на следующие режимы: режим замыкания, режим замкнутого состояния и режим размыкания.

Режим замыкания. В этом режиме возможны следующие процессы: 1) вибрация контактов, 2) эрозия контактов. При замыкании подвижный контакт приближается к неподвижному контакту с определенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация материала обоих контактов. Это приводит к отбросу подвижного контакта, и он отскакивает от неподвижного на десятые или сотые доли миллиметра. Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контактов. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой При каждом отбросе между контактами возникает электрическая дуга, вызывающая износ контактов в виде оплавления и распыления

Режим замкнутого состояния. В этом режиме возможны два случая: 1) через контакты проходит длительное время номинальный ток; 2) через контакты проходит ток короткого замыкания. При длительном номинальном токе на переходном сопротивлении контакта выделяется мощность, которая вызывает нагрев контакта. Это приводит к размягчению и плавлению материала контактов.  Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе Iн падение напряжения на переходном сопротивлении было меньше допустимого

При коротком замыкании через контакты проходят токи в 10…20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контактной площадки практически мгновенно повышается и может достигнуть темпера туры плавления. Это может привести к свариванию контактов

Режим размыкания контактов. При размыкании сила нажатия уменьшается, переходное сопротивление возрастает  и растет температура точек касания. В момент разъединения контактов температура достигает температуры плавления и между контактами возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик взрывается и, в зависимости от параметров отключаемой цепи, возникает либо дуговой разряд, либо тлеющий. При возникновении дугового разряда температура катодного и анодного пятен дуги достигает точки плавления материалов. Высокая температура контактов приводит к их интенсивному окислению, распылению материала контактов в окружающем пространстве, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок. Все это влечет за собой износ контактов.

Вопросы для самоконтроля

1.Перечислите наиболее распространенные материалы, применяемые для изготовления размыкаемых контактов, укажите их достоинства и недостатки.

2.Какие факторы могут вызвать сваривание контактов?

3.Какие процессы происходят в межконтактном промежутке в режиме замыкания контактов?

4.Что такое переходное сопротивление контакта и чем оно обусловлено?

5.Приведите классификацию контактов.

6.В Интернет-ресурсах найдите информацию о дугогасительных элементах, приведите пример его устройства .

Интернет-ресурсы.

http://lms.tpu.ru/pluginfile.php/52709/mod_resource/content/0/content/1.pdf

 http://elmashina.ru/content/view/27/38/