Лабораторная работа № 2 изучение контактов электромагнитных реле
Цель работы: Изучить типы, устройство подвижных контактов реле и способы гашения искры на контактах.
Краткие сведения из теории
Электрическим контактом называют конструктивный узел, с помощью которого соединяются проводники электрической цепи. Различают неподвижные контакты (скрутка, спайка, винтовые соединения), скользящие (щетки на коллекторах, реостатах) и подвижные контакты реле. Контакты в значительной степени определяют надёжность реле. Контакты закрепляются на контактных пружинах.
Различают три типа контактов реле, упрощенная конструктивная схема которых показана на рис 1: замыкающие (рис. 1,а) – при срабатывании реле образуют путь току с малым сопротивлением; размыкающие (рис. 1,б) - при срабатывании реле разрывают цепь току; переключающие (рис. 1,в) – при срабатывании реле размыкают одну цепь и замыкают другую. Переключающие контакты еще называют тройником. Они могут быть безобрывного переключения, благодаря особой конструкции вначале замыкают цепь замыкающими контактами, а за тем размыкают ее размыкающими контактами (рис. 1,г).
а )
б )
О
Т
Ф
в )
г )
Рис. 1. Типы контактных групп реле:
а) замыкающий; б) размыкающий; в ) контактный тройник; г ) мостовой контакт.
Контактные реле должны удовлетворять следующим эксплуатационно-техническим требованиям:
не нагреваться свыше 1000 С в замкнутом состоянии ( достигается подбором материала с высокой тепло– и электропроводимостью и соответствующими контактным давлением ) ;
при замыкании контакты не должны иметь «дребезга» - многократного микроразмыкания (достигается подбором размеров контактной пружины);
иметь переходное сопротивление в разомкнутом состоянии близким к бесконечности (достигается воздушным зазором 1…5 мм);
не должна возникать устойчивая дуга в момент размыкания ( достигается подбором размыкающей мощности, материала и размеров контактной системы);
иметь ресурс безотказной работы при номинальной нагрузке не менее 1,50·106 срабатываний для обычных реле и не менее 200·106 срабатываний для импульсных реле;
не должны искажать амплитуду и длительность сигналов в управляемой цепи;
обладать долговечностью и стабильностью параметров в течение всего срока эксплуатации.
Основные характеристики контактов реле первого класса надежности : Rk - максимальное переходное сопротивление контактов серебро – графит -0,3 Ом; контактной пары серебро – серебро – 0,03 Ом; Рk - минимальное контактное давление на контактах серебро – графит 30 ГС, контактной пары серебро – серебро 25 ГС .
В зависимости от коммутируемой мощности W различают контакты контактной пары: маломощные , W≤ 35 Вт, точечные; усиленные W≤ 150 Вт, линейные; мощные W≤ 1000 Вт, плоские.
Для
изготовления контактов используются
следующие материалы: для маломощных –
серебро – золото , платина и их сплавы
с другими металлами, а также вольфрам:
для усиленных - в основном серебро,
серебро с графитом, при повышенных
частотах включения – металлокерамика
; для мощных – красная медь, уголь,
вольфрам, металлокерамика.
Наибольшему
износу контакты подвергаются в процессе
размыкания. При этом за счет энергии
накопленной в индуктивности размыкаемой
цепи объекта управления ОУ энергии
между контактными поверхностями
возникает ЭДС самоиндукции
Uk=
,которая
будет приложена к межконтактному
промежутку (рис. 2)
ОУ
Рис.2 Изменение тока и напряжения на розмыкающихся контактах
Под действием электрического поля ионизируется воздушный промежуток между контактами и возникает газовый разряд, который в зависимости от величины тока в цепи имеет вид искры или дуги. Вследствие перенапряжения на контактах практичски во всех электрических цепях в процессе коммутации наблюдается искрообразование.
Появление дуги в контактном промежутке приводит к быстрому разрушению контакта в результате воздействия высокой темпиратуры (до 5000 оС). Помимо этого, наличие искры увеличивает время размыкания управляемой цепи, так как цепь остается замкнутой еще на некоторое время после размыкания контактов. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению дугообразования и уменьшения вредного воздействия искрообразования на работу реле.
Для гашения искры или дуги и увеличения срока службы контактов принимают специальные меры: схемные и конструктивные. В искрогасящих схемах магнитная энергия, накопленая в цепи, расходуется не в зазоре между контактами, а на сопртивлении контуров искрогашения.
В качестве искрогасящих схем могут использоваться: линейные резисторы; емкости; цепочки R – C; нелинейные резисторы (из велита, тирита); полупроводниковые диоды.
Искрогасящие схемы могут включаться параллельно управляющим контактам или управляяемому объекту,за исключенем диода, который следует включить только параллельно управляемому объекту. Из-за сложности явлений при искрообразовании точный метод расчета оптимальных параметров схем искрогашения пока не разработан.Выбор параметров искрогасящих схем производится экспериментально, исходя из условий:
- процесс убывания тока должен быть апериодическим;
- напряжение на контакте не должно превышать напряжения зажигания искры 270 – 350 В при номинальных условиях эксплуатации реле.
Варианты искрогасящих схем представлены на рис. 3.
Все схемы искрогашения делятся на две группы: включение защитного элемента параллельно защищаемому контакту; включение защитного элемента параллельно коммутируемой нагрузке. Второй способ допустим в тех случаях, когда управляемые реле не критичны к изменению их временных параметров.
Наибольшее распространение из предоставленых искрогасящих схем получили R – C – цепочки. Однако и они обладают рядом недостатков: имеют относительно большие габариты, требуют дополнительного монтажа. На практике используют С = 0.1-1МКФ, R = 50-100 Ом.
В настоящее время для искрогашения все более широкое распространение получают Вариосторы – нелинейные полупроводниковые резисторы (НПР), сопртивление которых уменьшается с увеличением приложенного наапряжения по нелинейному закону.
Вариосторы имеют небольшие габариты и стоимость, потребляют меньше электрической энергии, неоказывают существенного влияния на временные характеристики реле.
Эффект искрогашения в приведенных схемахтем выше, чем меньше величина полного сопротивления защитного элемента для токов, созданых ЭДС самоиндукции управляемого объекта.
Конструктивными мерами дугогашения является: увеличение межконтактного расстояния; увеличение скорости расхождения контактов, применение дугогасящих камер, увеличение длины дуги с помощью магнитного дутья.
а)
б)
в) г)
R
д) е)
ж) з)
е)
Рис. 3. Схемы искрогашения.
В поляризованых пусковых реле типа ПМПШ, предназначенных для управления стрелочными электроприводами, используется последний способ. Сущность магнитного дутья заключается в создании с помощью дополнительного постоянного магнита поля, направленного перпендикулярно дуге. Дополнительное магнитное поле увеличивает длину дуги и она гаснет.