Электрические контакты (лекция 2)

1. Электрические контакты

Под электрическим контактом понимают
соединение двух проводников, позволяющее
проводить ток между ними.
Соприкасающиеся проводники называются
контактами.
Переходное сопротивление контакта – это
относительно большое электрическое сопротивление в
зоне перехода тока из одного контакта в другой.

2. По конструкции различают жесткие, неразмыкающиеся и разрывные контакты.

Жесткие контакты служат для неподвижного
соединения токоведущих деталей (шинные
соединения, соединения кабелей, присоединения
аппаратов к цепи). В процессе эксплуатации оба
контакта связаны либо болтами, либо с помощью
горячей или холодной сварки.
Неразмыкающиеся контактные соединения подвижных
элементов используют для того, чтобы передать ток с
подвижного контакта на неподвижный или дать
возможность элементу неподвижного контакта иметь
небольшое перемещение под действием подвижного
контакта.

3. Разрывные контакты.

Контактная система аппаратов состоит из неподвижных
и подвижных контактов, которые могут иметь самую
разнообразную форму.
В зависимости от величины соприкасающихся поверхностей
контакты подразделяют на:
точечные (а)
линейные (б)
плоскостные (в)

4.

Контакт, имеющий возможность
свободно устанавливаться на
поверхности, обладает максимальным
числом точек касания. Такой контакт
называется самоустанавливающимся.
Неподвижные контакты 1 и подвижный
мостиковый контакт 3 в месте касания
имеют сферические либо
цилиндрические напайки 2,
выполненные из серебра или
металлокерамики. Нажатие контактов
создается пружиной 4. После касания
контактов скоба 5, связанная с
приводам аппарата , продолжает свое
движение вверх на величину, равную
вжиму (провалу) контакта δ.
Провалом (вжимом) контакта называют расстояние, на которое
переместится подвижный контакт, если убрать неподвижный
контакт.

5.

Пальцевая система с перекатыванием, широко применяется в
контакторах с медными контактами.
Контактный рычаг 4 связан с якорем электромагнита. При
включении аппарата центр Оl перемещается по дуге радиусом
О2О1 (положение I).
Касание контактов 1 и 2 происходит в точках а (положение II).
При дальнейшем перемещении центра Оl в соприкосновение
приходят точки b (положение III).
Перекатывание контакта 1 по контакту 2 происходит с
небольшим проскальзыванием.

6.

При больших номинальных токах (более 2 кА)
применяется двухступенчатая контактная
система.
Аппарат с такой системой имеет основные 1, 1'
и дугогасящие 2, 2' контакты.
Тело главных контактов выполняют из меди, а
поверхности их соприкосновения - из
серебра в виде нанесенного
электролитическим способом слоя
толщиной до 20 мкм или припаянных
серебряных пластинок. Тело дугогасящих
контактов изготовляют из меди,
наконечники дугогасящих контактов - из
термостойкого материала (вольфрама или
металлокерамики).

7.

Контакты высокой надежности и
большого быстродействия –
герметизированные контакты –
герконы.
Контакты 1 и 2 геркона,
выполненные из
железоникелевого сплава,
размешены внутри стеклянного
баллончика 4, заполненного
азотом с примесью водорода или
гелия.
При прохождении тока через обмотку 3 контакты 1 и 2 под
действием магнитного поля замыкаются.
После отключения тока в обмотке контакты размыкаются под
действием упругих пластин.
Управление контактами может производиться и с помощью
постоянного магнита. При приближении такого магнита
происходит смыкание контактов, при удалении - размыкание.

8.

К материалу контактов предъявляются следующие
требования:
• высокие электрическая проводимость и
теплопроводность;
• стойкость против коррозии в воздухе и других газах;
• стойкость против образования пленок с высоким
удельным сопротивлением;
• малая твердость для уменьшения необходимой силы
нажатия (в то же время для уменьшения
механического износа при частых включениях и
отключениях хорошо иметь высокую твердость);
• малая эрозия;
• высокая термостойкость (температура плавления);
• большие значения тока и напряжения, возникающих
при образовании электрической дуги;
• простота обработки, низкая стоимость.

9. Медь

Положительные свойства контактов из меди: высокие
электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная
твердость, простота технологии изготовления, низкая
стоимость.
К недостаткам следует отнести низкую температуру плавления.
Кроме того, при работе на воздухе контакты из меди
покрываются слоем прочных окислов, имеющих высокое
сопротивление, что требует довольно больших сил нажатия.
Для защиты меди от окисления поверхность контактов
покрывают электролитическим способом слоем серебра
толщиной 20 ... 30 мкм.
Медь используется для изготовления плоских и круглых шин,
контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов,
автоматических выключателей и др. Вследствие низкой
термостойкости меди нежелательно ее применение в
аппаратах, отключающих цепь с образованием мощной дуги и
имеющих большое число включений в час.

10. Серебро

Положительные свойства контактов из серебра: высокие электрои теплопроводность, малая механическая прочность пленки
окисла серебра, в результате чего пленка быстро разрушается
при нагреве контактной точки. Контакт из серебра устойчив,
благодаря малой механической прочности для него достаточны
малые нажатия. Устойчивость, малое переходное
сопротивление являются характерными свойствами контактов
из серебра.
В то же время малая термостойкость и недостаточная твердость
серебра препятствуют использованию серебряных контактов в
аппаратах с образованием мощной дуги, а также работающих
при частых включениях и отключениях.
Серебро применяется в реле и контакторах при токах до 20 А.
В аппаратах на большие токи (вплоть до 10 кА) из него
изготовляют главные контакты, работающие без дуги .

11. Алюминий

Этот материал имеет достаточно высокие электрическую
проводимость и теплопроводность. Благодаря малой
плотности токоведущая часть круглого сечения из алюминия,
рассчитанная на такой же ток, что и медный проводник, имеет
почти на 4 % меньшую массу. Это позволяет снизить массу
аппарата.
Недостатки контактов из алюминия: образование на воздухе и в
активных средах пленок с высокой механической прочностью
и высоким сопротивлением, низкая термостойкость
(температура плавления алюминия значительно меньше, чем у
меди и серебра), малая механическая прочность. Кроме того ,
при контакте алюминия с медью образуется пара,
подверженная сильной электрохимической коррозии.
Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяют главным
образом для изготовления шин и конструкционных деталей
аппаратов.

12. Вольфрам

Положительными свойствами контактов из вольфрама
являются высокая термостойкость, большая стойкость
против эрозии, сваривания.
Высокая твердость вольфрамовых контактов позволяет
применять их в аппаратах, работающих с частыми
включениями и отключениями.
К недостаткам контактов из вольфрама относятся высокое
удельное сопротивление, малая теплопроводность,
образование прочных оксидных и сульфидных пленок.
В связи с высокой механической прочностью и
образованием пленок вольфрамовые контакты требуют
большого нажатия.
В реле на малые токи с небольшим нажатием применяются
стойкие против коррозии материалы: золото, платина,
палладий и др.

13. Металлокерамические материалы

Материалы, обладающие необходимыми для контактов
свойствами, получают методом порошковой металлургии
(металлокерамики).
Термостойкость керамике придают такие металлы, как
вольфрам, молибден.
Для получения низкого переходного сопротивления контакта
в качестве второго компонента используют медь или
серебро.
Чем больше в материале контактов вольфрама, тем выше их
термостойкость, механическая прочность, сопротивление
свариванию. Но соответственно тем больше
сопротивление контактов, меньше их проводимость.
Обычно металлокерамика с содержанием вольфрама выше
50 % применяется для тяжело нагруженных аппаратов,
отключающих большие токи короткого замыкания.

14.

В аппаратах низкого напряжения наибольшее распространение
получила металлокерамика из серебра и оксида кадмия
(CdO).
Отличительной особенностью этого материала является
диссоциация CdO на пары кадмия и кислорода.
Выделяющийся газ заставляет дугу быстро перемешается по
поверхности контакта, что способствует деионизации дуги.
Металлокерамика, состоящая из серебра и 10 % оксида меди,
обладает хорошей износостойкостью. Серебряно-никелевые
контакты хорошо обрабатываются, обладают высокой
стойкостью против электрического износа, обеспечивают
низкое и устойчивое в эксплуатации переходное
сопротивление.
Серебряно-графитовые и медно-графитовые контакты
благодаря высокой устойчивости против сваривания
применяются в качестве дугоrасящих.

15. Режимы работы контактов

Для создания замкнутой электрической цепи обычно
необходимо использовать несколько контактов.
Контакты могут быть подвижными и неподвижными.
При наличии неподвижных контактов токоведущие
элементы электрической цепи в процессе работы не
перемещаются относительно друг друга, а плотно и
надежно соединены между собой.
В случае подвижных контактов элементы цепи в
процессе работы соединяются между собой
(включение цепи), остаются в течение требуемого
времени плотно и надежно скрепленными
(проведение тока по цепи), после чего разъединяются
с помощью привода (отключение цепи).

16. Включение цепи

При включении контактов могут иметь место следующие процессы:
• вибрация контактов;
• эрозия в результате образования разряда между сходящимися контактами.
Подвижный контакт 1 связан с контактным рычагом 2 через контактную
пружину 3. Неподвижный контакт 4 жестко закреплен на опоре.
Электромагнит контактора воздействует на рычаг 2.
В момент соприкосновения контактов возникает удар, в
результате которого происходит деформация смятия
контактов и отброс контакта 1 вправо. Между контактами
образуется зазор и загорается дуга. Движение контакта 1
вправо прекращается когда энергия, полученная при ударе,
переходит в энергию сжатия пружины 3. После этого
контакт 1 под действием пружины 3 начинает
перемешаться влево. Происходят новый удар и новый
отброс контакта.
При включении цепи, имеющей короткое замыкание,
вибрация контактов усиливается из-за возникновения
отбрасывающих сил в точке касания.

17.

Износ контактов в результате переноса
материала с одного контакта на другой, т. е.
испарения в окружающее пространство без
изменения состава материала, называется
физическим износом, или эрозией.
Эрозия при замыкании невелика, но при малых
нажатиях и малых расстояниях между
контактами она может привести к их
спеканию.

18. Проведение тока во включенном состоянии

В этом режиме следует различать два случая:
1) через контакты проходит длительный
номинальный ток;
2) через контакты проходит ток короткого
замыкания.

19. Отключение цепи

При размыкании контактов сила нажатия
уменьшается, переходное сопротивление
возрастает, поэтому увеличивается
температура точек касания.
В момент разъединения контактов она достигает
температуры плавления и между контактами
возникает мостик из жидкого металла.
При дальнейшем расхождении контактов мостик
разрывается и в зависимости от параметров
отключаемой цепи возникает либо дуговой,
либо тлеющий разряд.

20. Электромагниты электрических аппаратов