Лекция 4 Конструкции контактов. Режимы работы контактов. Виды износа.
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ КОНТАКТОВ n Разборные контакты — это те, у которых в процессе n Коммутирующие контакты — это те, которые в n Скользящие контакты — разновидность работы детали не перемещаются относительно друга, а остаются надежно скрепленными (болтовое соединение шин, присоединение проводников к зажимам) процессе работы замыкают, размыкают или переключают цепь, в которой течет или может протекать ток ( контакты выключателей, контакторов, рубильников ) коммутирующих контактов, у ко торых одна из деталей перемещается (скользит) относительно другой, но электрический контакт при этом не нарушается (контакты реостатов, щеточный контакт электрических коллекторных машин, шарнирный контакт)
Разборные контакты • Такие контакты применяются для жесткого соединения между собой отдельных токоведущих частей. Конструкция должна обеспечивать надежное, не ослабевающее при эксплуатации прижатие контактных поверхностей и минимальное переходное сопротивление. Рис. 1 Болтовое соединение шин
Коммутирующие контакты n n n n n Такие контакты являются основным элементом коммутационных аппаратов. В контактах на малые токи нескольких ампер) стремятся независимо (до от конструктивного исполнения обеспечить одноточечное контактирование, чтобы при малых нажатиях получить относительно высокое удельное давление в контактной точке. При сколько-нибудь значительных токах конструкция должна обеспечивать многоточечное контактирование. Контактные узлы на средние и большие токи могут быть подразделены на рычажные, мостиковые, врубные, роликовые, торцовые, розеточные и могут выполняться одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Одно- и двухступечатые коммутирующие контакты n n а) одноступечатые, б) двухступечатые контакты 1, 1’ основные; 2, 2 ’ дугогасительные Замыкаются контакты в следующей очередности: сначала дугогасительные, а затем основные. n Рис. 2 Основные контакты выполняются из серебра и служат для продолжительного проведения тока, дугогасительные выполняются из дугостойких материалов и играют основную роль при включении и отключении аппарата. При размыкании очередность обратная: сначала размыкаются основные контакты, разрыва цепи не происходит, так как весь ток переходит в дугогасительные контакты, а затем размыкаются дугогасительные, на которых и возникает электрическая дуга.
Рычажные контакты применяются в аппаратах с поворотной подвижной системой. n при замыкании и размыкании происходит перекатывание и проскальзывание подвижного контакта по неподвижному n Проскальзывание контактов при достаточном контактном нажатии приводит к стиранию окисной пленки и грязи с поверхности контакта, т «е. к самоочистке контактов, и это позволяет применять медь в качестве контактного материала. n Проскальзывание при той шероховатости, которую обычно имеют поверхности контактов (в особенности, работавших), вызывает дополнительный дребезг контактов при их замыкании, а следовательно, и их повышенный износ. Ввиду этого появилась тенденция исключать или сводить к минимуму проскальзывание, сохраняя перекатывание. n Отказ от проскальзывания требует повышения контактного нажатия для обеспечения работы аппарата в продолжительном и прерывисто продолжительном режимах. При полном отсутствии Рис 4 8. Рычажные проскальзывания и недостаточно высоком нажатии контакты: а, в — кинематика следует ожидать высокого перегрева медных движения контактов за счет постепенного окисления конечной контактной точки n
Врубные контакты n n n Более совершенной является контактная система, изображенная на (рис. Б). Здесь неподвижный контакт 1 охватывается подвижными контактными ножами 2, имеющими цилиндрические выступы. Нажатие осуществляется стальными пружинами 3. При практически возможных перекосах линейный контакт в этой конструкции не нарушается. Рассмотренные конструкции находят широкое применение в рубильниках, переключателях, плавких предохранителях. В высоковольтных выключателях применяются контакты ламельные врубные (рис. в). Подвижный контакт здесь выполняется из отдельных ламелей, их может быть несколько пар, неподвижный выполняется клинообразным. Подвижная система прямоходовая. Ламели могут быть несамоустанавливающиеся или самоустанавливающиеся (рис. в). В самоустанавливающейся конструкции ламель может всегда принять положение, обеспечивающее не менее двух контактных точек. Такая конструкция более совершенна и дает при равных нажатиях меньшее переходное сопротивление. Рассмотренные контакты могут выполняться на очень большие токи путем параллельного присоединения любого числа пар ламелей.
Мостиковые контакты n n n n применяются главным образом в аппаратах с прямоходовой подвижной системой. Гибкая связь отсутствует, что является достоинством конструкции, но зато требуется удвоенное контактное нажатие сравнительно с рычажными, так как число переходных контактов удваивается. У мостиковых контактов теоретически перекатывание и проскальзывание отсутствуют. Поэтому медные контакты здесь применяться не могут, и используются контакты из серебра или металлокерамики на базе серебра. Рабочие поверхности выполняются в виде плоскость — плоскость, плоскость — цилиндр, цилиндр — цилиндр, плоскость — сфера, сфера — сфера (при малых токах).
Розеточные контакты 1 – контактный стержень (подвижный контакт); 2 –ряд сегментов (ламелей) с пружинами 3, образующих неподвижный контакт. Розеточные контакты применяются преимущественно в качестве основных. Врубные и розеточные конструкции не могут отключать значительные токи. Возникающая при этом дуга нарушает контактные поверхности. На них появляются оплавления, контакт нарушается. Кроме того, резко возрастает усилие, необходимое для включения и выключения. Для отключения значительных токов применяют параллельное включение дугогасительных контактов.
Роликовые контакты n n служат для токосъема с неподвижных деталей (стержней) 1, перемыкаемых роликами 2, на подвижный контакт 3. Ролики как бы заменяют гибкую связь и широко применяются при больших ходах подвижного контакта и больших номинальных токах.
Торцовые контакты выполняются в виде сплошных металлических стержней или полых труб. Контактные поверхности могут быть плоскими, сферическими или одна — плоской, а другая — сферической. Контакты имеют большие переходное сопротивление и требуют большого нажатия, поэтому применение их на большие номинальные токи затруднено. Они используются преимущественно как дугогасительные. Торцовые контакты требуют гибкой связи, роликового или другого токоподвода.
Скользящие контакты § Эти конструкции осуществляют передачу тока без обрыва цепи с неподвижной контактной детали на подвижную. Они могут выполняться с рычажными, мостиковыми, роликовыми и другими контактами. § Разновидностью скользящего контакта является шарнирный контакт. Он одновременно обеспечивает и механическую связь между деталями. В аппаратах низкого напряжения скользящие соединения широко применяются в реостатах и контроллерах.
Жидкометаллические контакты Контактор с жидкометаллическим контактом Выключатель с жидкометаллическим контактом
Преимущества жидкометаллических контактов
Герметичные контакты n герметичные магнитоуправляемы контакты (МК) — герконы Простейшая конструкция МК представляет собой стеклянный баллон 1 с заключенными в нем двумя электродами 2 и 3. Баллон заполнен инертным газом (азот, аргон, водород и т. п. ) либо вакуумирован до остаточного давления 0, 13— 0, 0013 Па. Электроды выполнены из магнитного материала (обычно пермаллоя) и являются одновременно и магнитопроводом. Концы электродов F в месте контактирования покрываются слоем какого либо благо родного металла (золото, палладий, радий либо их сплавы). Управление МК осуществляется магнитным полем, которое может создаваться либо катушкой, либо постоянным магнитом 4. Электроды выполняют функции контакта, магнито провода и пружины.
Преимущества и недостатки герконов n n n По своим техническим характеристикам МК приближаются к бесконтактным устройствам, обладая в то же время и всеми достоинствами контактных. Преимущества: высокое быстродействие (допускают частоту включений до 100 Гц), большой ресурс (107 — 109 срабатываний), высокая надежность, обеспечивают коммутацию весьма малых токов при малых напряжениях (единицы микроампер при напряжении несколько милливольт), могут применяться во взрыво опасной аппаратуре, допускают эксплуатацию при любом положении в прост ранстве и при большом диапазоне изменения температуры (от 60 до +125°С). Основными недостатками МК являются их сравнительно малая коммутационная (до 15 — 60 Вт) и перегрузочная способность и низкая электрическая прочность межконтактного промежутка.
Магнитоуправляемые герметичные силовые контакты (МКС) — герсиконы. n n В отличие от герконов здесь применены различные детали для контактов и магнитопровода. Внутрь герметичной оболочки (плата 7, корпус 14 и крышка 9) введены полюсы 2 и 4 электромагнита. Один полюс обеспечивает жесткое крепление конца ферромагнитной пружины якоря 12, несущей подвижный контакт 10, а второй образует с этой пружиной рабочий зазор в цепи магнитопровода n n Контакты герсикона выполнены массивными с напайками из тугоплавкого материала. Подвод тока к подвижному контакту осуществляется посредством гибкой связи высокой проводимости. Ниппель 6 служит для обеспечения откачки воздуха из герметичного корпуса и заполнения его защитным газом (смесь азота с водородом), обеспечивающим высокую электрическую прочность (до 3000 В). Герсикон типа КМГ 12 на номинальный ток 6, 3 А предназначен для работы в цепях с напряжением 380— 440 В при частоте 50— 60 Гц. Он способен включать ток 180 А и отключать ток 60 А. Износостойкость контактов при напряжении 380 В и частоте коммутаций 1200 включений и отключений в час двигателя мощностью 1, 1 к. Вт составляет более 10 млн. циклов срабатываний. Герсиконы обладают больщим быстродействием — около 10 мс. Мощность, потребляемая катушкой контактора с герсиконом типа КМГ 12, не превышает 2 Вт, что позволяет применять контактор в качестве выходного элемента логических устройств вместо более сложного тиристорного усилителя.
Режимы работы контактов. Включение цепи Контакты во включенном состоянии Отключение цепи
Включение цепи n 1) 2) При включении электрических аппаратов в их контактных системах могут иметь место следующие процессы: Вибрация контактов; Эрозия на поверхности контактов в результате образования электрического разряда между ними
ВИДЫ ИЗНОСА КОНТАКТОВ ØЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗНОС ØХИМИЧЕСКИЙ ИЗНОС ØФИЗИЧЕСКИЙ ИЗНОС
ХИМИЧЕСКИЙ ИЗНОС КОНТАКТОВ
ЭРОЗИЯ КОНТАКТОВ (ФИЗИЧСЕКИЙ ИЗНОС
Износ контактов при малых токах Эрозия контактов обусловлена тем, что разрушение жидкого контактного перешейка происходит вследствие распыления и разрыва его, но не в середине, а ближе к одному из электродов. Чаще всего контактный перешеек разрывается у анода, вследствие чего износу подвергается только анод (можно считать, что сам перешеек состоит из металла анода и катода поровну). При искровом разряде знак переноса обычно тоже положительный. Величина эрозии пропорциональна количеству электричества, прошедшего через контакты за время искры, и зависит от свойств материала контактов. Снижение эрозии может быть достигнуто за счет применения эрозионно устойчивых материалов, а также за счет шунтирования контактов искрогасительными (активно емкостными) цепочками. В этом случае при размыкании часть энергии цепи уходит на заряд конденсатора. Длительность искрового разряда существенно сокращается. Следует, однако, иметь в виду, что при значительных емкостях при замыкании может произойти разряд конденсатора на сблизившихся, но еще не замкнутых контактах и как следствие этого — сваривание контактов.
Износ контактов при больших токах n Износ происходит как при размыкании контактов, так и при их замыкании и зависит от многих переменных факторов. До настоящего времени нет аналитического выражения для расчета величины износа. Ввиду этого приведем некоторые зависимости, полученные опытным путем.
Износ контактов при размыкании § Зависимость износа от числа размыканий. Износ контактов при данной напряженности магнитного поля прямо пропорционален числу размыканий. Если износ при одном размыкании равен с, то за n размыканий он будет
Зависимость износа от напряженности магнитного поля n n Эта зависимость характеризуется кривой на рисунке. При малых напряженностях дуга длительное время находится на одних и тех же опорных точках, что и приводит к увеличенному износу контактов. С ростом напряженности растет скорость движения опорных точек дуги, контакты меньше нагреваются и оплавляются, износ снижается. Однако при некоторой напряженности магнитного поля начинает сказываться новое явление, меняющее картину процесса. Как отмечалось, появлению дуги на расходящихся контактах предшествует перешеек из расплавленного металла. С ростом напряженности возрастают электродинамические силы взаимодействия тока с внешним магнитным полем. Эти силы начинают выбрасывать из щели между контактами расплавленный металл перешейка. Износ возрастает. Когда электродинамические силы достигают такого значения, что выбрасывают весь расплавленный металл из промежутка между контактами, износ практически уже не зависит от дальнейшего возрастания напряженности магнитного поля.
n Зависимость износа от напряжения. При наличии внешнего n Зависимость износа от тока. Износ контактов растет с n Зависимость износа от ширины контакта. При каждом магнитного поля гашения дуга покидает щель между контактами, едва последние успеют разойтись на 1— 2 мм; износ контактов практически не зависит от напряжения сети. увеличением тока. При неизменных других условиях эта зависимость близка к линейной. В аппа ратах, однако, изменение тока вызывает и изменение внешнего магнитного поля (в частности, при последовательной дугогасительной катушке), и тогда износ идет интенсивнее роста тока. отключении расплав ляется, испаряется и выгорает определенное количество металла. Это главным образом металл из площадок контактирования. Изменение количества металла, влияющего на износ в области касания, может быть достигнуто за счет изменения ширины контактов. Опыты подтверждают сказанное: износ контактов, измеряемый изменением провала, обратно пропорционален ширине контактов.
Зависимость износа от скорости расхождения контактов n В аппаратах на большие токи, где имеется магнитное дутье и в которых сам контур тока создает достаточные электродинамические силы, скорость расхождения контактов практически не сказывается на величине износа контактов. Увеличение скорости расхождения контактов не может служить способом борьбы с износом. Только при очень малых скоростях расхождения контактов износ увеличивается с уменьшением скорости их расхождения.
Износ контактов при замыкании. , Дребезг контактов n При замыкании имеет место электрический износ, вызванный дребезгом контактов, возникающим при замыкании. Подвижный контакт подходит к неподвижному с определенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация обоих контактов. Упругая деформация приводит к отбросу подвижного контакта — он отскакивает от неподвижного на некоторое расстояние, измеряемое сотыми и десятыми долями миллиметра (иногда до 1 мм). Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контак тов. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой, как показано на рис. А,
Зависимость износа от начального нажатия Рн и жесткости контактной пружины Начальное нажатие на контакты в момент их соприкосновения — это та сила, которая противодействует отбросу контактов при их соударении. Естественно, что чем больше эта сила, тем меньше будут отброс и дребезг, а следовательно, и износ. На рисунке показан характер дребезга контактов при пониженном и повышенном нажатии. При повышенном нажатии размыкания не было. Повышение начального нажатия ограничено тяговой характеристикой. Если начальное нажатие превосходит некоторое значение, при котором МДС втягивающей катушки становится недостаточной для деформации тугой пружины и имеет место отброс всей подвижной системы, износ контактов начинает возрастать (штриховая часть кривой на рис. ). При большей жесткости отброс контактов будет несколько меньшим, а следовательно, износ несколько снизится.
РАБОТА КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ n При коротких замыканиях возникают весьма тяжелые условия работы как для разборных, так и для коммутирующих контактов. n В разборных контактах слабым местом оказывается болтовое соединение. Болт, стягивающий детали, практически не проводит тока, и вследствие кратковременности процесса короткого замыкания можно считать, что температура болта не изменяется. Тепловое расширение токоведущих деталей вызовет дополнительное напряжение, которое, складываясь с напряжением затяжки болта, может привести к остаточным деформациям и ослаблению контактного соединения после его остывания. Поэтому болтовые контактные соединения должны проверяться на дополнительные механические напряжения, возникающие в болтовом соединении при коротком замыкании.
РАБОТА КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ n n n Для коммутирующих контактов характерны: а) момент замыкания; б) замкнутое положение; в) момент размыкания. При коротких замыканиях возникает опасность сваривания контактов при нахождении их в замкнутом положении (при сквозном токе короткого замы кания) и тем более в момент замыкания (включение на короткое замыкание). Для определения минимального тока, при котором происходит сваривание контактов, можно пользоваться следующей опытной формулой (по данным Г. В. Буткевича [11]): где / — допускаемая амплитуда ударного тока, А; Р — контактное нажатие, Н; К — коэффициент, зависящий от материала контактов и числа точек соприкосновения
РАБОТА КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ n n n коммутирующие контакты При включении на короткое замыкание вероятность сваривания контактов возрастает как за счет возможного дребезга, так и за счет меньшего нажатия (в момент соприкосновения контактное нажатие равно начальному Рн). При отключении токов короткого замыкания происходит сильное выгорание и оплавление контактов. Снижение износа дугогасительных контактов достигается применением дугостойких материалов и быстрым перемещением дуги по контактам.
Скачать презентацию Лекция 4 Конструкции контактов Режимы работы контактов Виды
Лекция 4 все.ppt