Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления (стр. 5 из 33)
Рисунок 1.12 Изменение сопротивления контактного перехода в зависимости от усилия прижима
В разомкнутом состоянии сопротивлении контактов должно стремиться к бесконечности (практически миллионы Ом), что обеспечивается изолирующими свойствами среды в контактном промежутке и расстоянием между контактами. В разомкнутом состоянии контакты подвергаются химическому воздействию окружающей среды, происходит их коррозия. Коррозия заключается в образовании оксидных (под действием кислорода воздуха) и сульфитных (под действием серы воздуха) пленок. У некоторых материалов (например, у меди) эти пленки обладают большим сопротивлением, что приводит к увеличению сопротивления контактного перехода при замыкании контактов.
Наиболее тяжелый режим работы контактов связан с размыканием электрической цепи, поскольку при размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга. При этом происходит расплавление контактов и их износ, который называется электрической эрозией.
Таким образом, в процессе работы контакты подвергаются механическому истиранию, химической коррозии и электрической эрозии. Уменьшить отрицательное влияние этих факторов можно при правильном выборе конструкции контактов и их материала.
1.2.2 Конструктивные типы контактов
Контакты реле выполняют коммутирующие функции и в значительной мере определяют надежность их работы. К контактам предъявляются следующие требования: иметь небольшое и стабильное переходное сопротивление (10 -1 – 10-3 Ом) при замыкании, иметь большое сопротивление (от десятков МОм до бесконечности) в разомкнутом состоянии, не иметь вибраций в различных режимах работы, обладать высокой электрической проводимостью, быть стойкими к внешним воздействиям (изменениям температуры, влажности и т.п.), обладать высокой износоустойчивостью, надежно коммутировать расчетную мощность управления. По форме контакты бывают: точечные, линейные и плоскостные, рисунок 1.13, изготавливаемых из серебра, меди, платины, золота, вольфрама и т.д. Благородные металлы, используемые для контактов, в частности золото и платина, весьма стойки против коррозии, но сильно подвержены эрозии, что ограничивает их применение.
Точечные контакты выполняются один в виде конуса, второй в виде плоскости, полусферы и плоскости, оба в виде полусфер. Соприкасаются контакты в одной точке. Такие контакты рассчитаны на небольшую силу тока управления (не свыше 2 – 3 А).
Линейные контакты соприкасаются по линии. Они выполняются парами клин – плоскость, цилиндр – полуплоскость (соприкосновение по образующей линии полуцилиндра), полуцилиндр – полуцилиндр. Они работают в цепях с силой тока от единиц до десятков ампер.
Плоскостные контакты соприкасаются по плоскости; они рассчитываются на работу в цепях с силой тока от десятков до сотен ампер.
В реле малой и средней мощностей наибольшее распространение имеет точечный контакт, как обеспечивающий надежное электрическое соединение при небольшом контактном давлении. Контакты при этом закрепляются на упругих плоских пружинах, рисунок 1.14.
а – точечные; б – линейные; в - плоскостные
Рисунок 1.13 – Типы контактов
1 – основание; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 - упор
Рисунок 1.14 Рычажный контактный узел
Применяется также мостиковый контактный узел, в котором размыкание цепи происходит на двух контактах, рисунок 1.15. мостиковый контактный узел обеспечивает разрыв электрической цепи в двух местах, что повышает надежность работы. В более мощных реле используют контактный узел с шарнирным креплением подвижного контакта, рисунок 1.16. При замыкании подвижный контакт этого узла перекатывается по неподвижному, что способствует очищению контактных поверхностей от оксидных пленок.
а – разомкнутый; б – замкнутый; 1 – упор; 2 – пружина сжатия контактов; 3 – мостик с подвижными контактами; 4 – неподвижные контакты
Рисунок 1.15 Мостиковый контактный узел
а – разомкнутый; б – замкнутый; 1 – рычаг; 2 – подвижный контакт; 3 – неподвижный контакт; 4 – пружина; O1 – ось поворота рычага
Рисунок 1.16 Рычажный контактный узел с перекатывающимися контактами
При замыкании и размыкании контактов на них может возникать искровой или дуговой разряд. Особенно велика возможность возникновения разряда при коммутации цепей, содержащих индуктивность и емкость. При этом возрастает износ контактных поверхностей. Наибольшее разрушение контактов происходит при возникновении электрической дуги. Износ обусловлен бомбардировкой положительного контакта электронами, вырываемыми электрическим полем дуги с отрицательного контакта, который при этом разрушается, а также за счет термического действия дуги. Кроме того, появление искры или электрической дуги между контактами создает радиопомехи и может привести к ложному срабатыванию различных цепей в автоматических системах.
Для снижения возможности возникновения искры или дуги, а также их гашения применяют специальные схемы, основанные на шунтировании нагрузки или контактов последовательным соединением резистора с емкостью или цепочки с диодом (если коммутируется цепь постоянной полярности). Действие этих схем основано на том, что магнитная энергия, накопленная на индуктивности, расходуется не в зазоре между контактами, а на элементах шунтирующей цепи.
а – шунтирование нагрузки е6мкостью и сопротивлением; б - шунтирование нагрузки диодом; в - шунтирование контактов
Рисунок 1.17 – Схемы гашения искры
На рисунке 1.17 приведены некоторые из схем гашения искры. В схемах, представленных на рисунке 1.17, а, б, при размыкании контактов К накопленная в нагрузке Zн энергия расходуется в замкнутом контуре. Значения сопротивления R и емкости С выбирают такими, чтобы не возникали колебания в образовавшемся контуре LC. Для этого используются конденсаторы емкостью С = 0,1 ÷ 1 мкФ и резисторы R = 50 ÷ 100 Ом. Следует отметить, что в установившихся рабочих режимах для постоянного тока сопротивление емкости С равно бесконечности и поэтому подключенная к нагрузке шунтирующая цепь не оказывает никакого отрицательного действия на рабочую цепь.
В схеме, представленной на 1.17, в, RC-цепь шунтирует контакты К реле, в результате чего при их размыкании энергия индуктивной нагрузки Zн в большей ее части проходит через шунтирующую цепь.
При выборе материала контактов необходимо обеспечить выполнение целого ряда требований: большая механическая прочность, высокая температура плавления, хорошие теплопроводность и электропроводность, устойчивость против коррозии и эрозии.
Перечисленным выше требованиям в наибольшей степени удовлетворяют серебро, золото, платина, медь и их сплавы, а также вольфрам, таблица 1.
Таблица 1.1 – Материалы для контактов
| Материалы | Плотность, г/см3 | Твердость по Виккерсу | Точка плавления, °С | Удельное сопротивление, Ом·см·106 | Теплопроводность,Вт/см· с·град |
| Серебро | 10,5 | 26 | 960 | 1.6 | 4,186 |
| Платина | 21,3 | 65 | 1770 | 11,6 | 0,71 |
| Палладий | 11,9 | 40 | 1554 | 10,7 | 0,71 |
| Золото | 19,3 | 20 | 1063 | 2,4 | 2,92 |
| Серебро-золото (10%) | 11,4 | 29 | 965 | 3.6 | 1,98 |
| Серебро-палладий(10%) | 10,6 | 40 | 1000 | 6,8 | 1,46 |
| Серебро-медь (10%) | 10,3 | 62 | 778 | 2.0 | 3,42 |
| Платина-иридий (20%) | 21,6 | 120 | 1780 | 24,5 | 0,3 |
| Платина-серебро (40%) | 11,0 | 95 | 1290 | 35,8 | 0,312 |
| Золото-серебро(30%) | 16,6 | 32 | 1025 | 10.4 | 0,667 |
Сопротивление контактного перехода определяется по формуле