2. Контакти електричних апаратів

Електричний контакт – це місце дотику двох або декількох провідників з метою продовження шляху струму від однієї деталі до іншої.

1. Класифікація контактів

За можливістю переміщення частин, контактні з’єднання поділяються на три групи:

1. Контактні з’єднання, що не розмикаються – в процесі роботи не переміщуються один відносно одного, а залишаються надійно скріплені (наприклад, приєднаний провід до клем, болтові з’єднання).

2. Контактні з’єднання, що розмикаються – в процесі роботи замикаються або розмикаються (наприклад, контакти вимикачів, контакторів та ін.).

3. Контактні з’єднання, що ковзають – одна з деталей переміщується відносно іншої, але електроконтакт при цьому не порушується (наприклад, щіткові контакти електричних машин, реостати).

При електроконтакті розрізняють уявну і фізичну площини дотику. За формою дотику розрізняють три типи контактів:

1. Точковий – дотик забезпечується тільки в одній мікроскопічній ділянці – точці (наприклад, куля – куля, куля – площина, конус – площина).

2. Лінійний – уявний дотик деталей здійснюється по лінії (наприклад, циліндр – циліндр, циліндр – площина). Фізичний дотик забезпечується мінімум двома ділянками, що розташовані на лінії.

3. Поверхневий – уявний дотик здійснюється на поверхні. Фізичний дотик забезпечується мінімум трьома ділянками, що розташовані на цій поверхні.

2. Перехідний опір контактів

В зоні переходу струму від одного тіла до іншого має місце відносно велике значення електричного опору, яке називається перехідним опором контактів. Фізична суть його полягає в тому, що в місці фізичного дотику різко підвищується густина струму порівняно з густиною струму в тілі контакту.

Величина перехідного опору залежить від зусилля, що стискує контакти:

, (1.48)

де - величина, що характеризує форму, стан контакту, його матеріал;

р- сила стискання, Н;

n – показник степеня, який характеризує число точок дотику.

Для одноточкового контакту n = 0.5, для багатоточкового n = 0.7 – 1, для лінійного n = 0.7 – 0.9, для площинного n = 1.

1.3.3 Основні конструкції контактних з’єднань

Контактні з’єднання, що не розмикаються – застосовуються для жорсткого з’єднання між собою окремих струмоведучих частин. З’єднання проводиться болтами, накладками, кінцевиками. З’єднання через різьбу ненадійне і може застосовуватись при струмах до 100 А.

Контактні з’єднання, що розмикаються – є основним елементом комутаційних апаратів. Для малих струмів застосовують одноточковий дотик. Для середніх та великих струмів застосовують пальцеві, місткові, врубні, роликові, стикові, розеткові контакти, а з’єднання можуть виконуватися одноступінчастими та багатоступінчастими.

В одноступінчастому контакті контактна пара слугує як для довготривалого пропускання струму під час вмикання, так і для розривання дуги при розмиканні.

В багатоступінчастій контактній системі існують головні та дугогасійні контакти. Інколи до цих груп додається третя група – проміжні.

Пальцеві контакти – мають поворотну рухому частину, виконуються у вигляді площина – циліндр, циліндр – циліндр. Наявність гнучкого зв’язку обмежує рівень стійкості та зносу.

Місткові контакти – застосовуються в апаратах з прямохідною рухомою системою. Відсутність гнучкого з’єднання підвищує надійність системи, але вимагає застосування подвійної кількості контактів. Контактні пари виконують у вигляді площина – площина, площина – циліндр, циліндр – циліндр, площина – куля, куля – куля (для комутації малих струмів).

Врубні контакти – складаються з нерухомої контактної стійки (губки) та рухомого контакту – ножа. Необхідно підтримувати пружність губок.

Розеточні – різновид врубних, складаються з нерухомих контактів і ряду рухомих сегментів.

4. Параметри контактних конструкцій

Розхил контактів – найбільша відстань між рухомою та нерухомою поверхнею контактів. Його величина вибирається з умов гасіння дуги при малих струмах;

Провал контакту – додаткова відстань, яку проходить рухомий контакт, якщо прибрати нерухомий контакт;

Контактне натиснення – сила, що стискує контакти в місцях їх дотику.

4. Зношеність контактів

Розрізняють механічну (внаслідок тертя, ударів) та електричну (електроерозія) зношеність.

Зношеність залежить від числа вмикань та напруженості магнітного поля.

При малій напруженості дуга знаходиться на одних опорних точках, з часом контакти оплавляються і динаміка зношеності спадає. З ростом напруженості електродинамічна сила взаємодії зростає, що призводить до збільшення зношуваності.

6. Вібрація контактів і способи боротьби з нею

Вібрація виникає, як результат пружної деформації контактів. Якщо амплітуда коливання контакту (х_к) буде більша за величину пружної деформації (х_д), то вібрація буде небезпечною. Якщо х_к< х_д – то вібрація є безпечною.

Рисунок 1.7 – Вібрація контактів при замиканні кола

Для зменшення вібрації збільшують початкове натиснення, а також жорсткість контактної пружини, застосовують амортизатори.

6. Матеріали контактів

До матеріалів ставлять наступні вимоги:

1. Висока електрична провідність і теплопровідність.

2. Висока корозостійкість в повітряному та іншому середовищі.

3. Стійкість проти утворення плівки з високим електричним опором.

4. Висока твердість для зменшення механічної зношеності при частих ввімкненнях та вимиканнях.

5. Мала ерозія.

6. Висока дугостійкість.

7. Простота обробки, низька вартість.

Характеристика матеріалів, що найчастіше застосовують для виготовлення контактів та їх властивості:

Мідь (Cu) – висока питома електропровідність, теплопровідність, достатня твердість, невисока вартість. Недолік – окислюється .

Срібло (Ag) – висока електрична провідність та теплопровідність, малий перехідний опір. Недолік – мала дугостійкість (застосовується в апаратах до 20 А) та велика вартість.

Алюміній (Al) – застосування в основному для шин.

Вольфрам (W) – висока дугостійкість, протиерозійність, застосовується при частих комутаціях.

Металокераміка – висока дугостійкість, добра електрична провідність. Найбільше поширені системи з’єднань: срібло-вольфрам, срібло-молібден, срібло-нікель, срібло-оксид кадмію, срібло-вуглець, мідь-вольфрам, мідь-молібден та інші. Металокерамічні контакти мають відносно велику вартість, але їх застосування забезпечує збільшення терміну експлуатації.

Контрольні питання:

1. Як розрізнюють типи контактів за формою дотикання?

2. Які ви знаєте параметри контактних конструкцій?

3. Чи бажана вібрація контактів?

4. Що таке електричний контакт?

5. Від яких фізичних величин залежить величина перехідного опору контакту?

6. Які є види зношеності контактів?

7. Як поділяються контактні з’єднання за можливістю переміщення своїх частин?

8. До чого призводить шліфування контактів?

9. Як залежить зношуваність контактів від дії струму?