1 .3. Электрические контакты.

1.3.1. Назначение и классификация.

Соединение элементов электрической цепи, обеспечивающее протекание электрического тока, осуществляется с помощью электрических контактов.

В электротехнике слово “контакт” имеет два значения:

1) Место перехода тока из одной токоведущей части в другую и физические процессы, связанные с этим.

2) Токоведущие детали, при соприкосновении которых замыкается электрическая цепь.

Электрические контакты можно классифицировать по назначению и конструкции. По назначению электрические контакты подразделяются на:

– соединительные – такие контакты, которые должны допускать длительное протекание тока в нормальных режимах и кратковременное в аварийных;

– коммутирующие – такие контакты, которые должны обеспечивать помимо функций соединительных контактов замыкание и размыкание электрической цепи.

По конструкции электрические контакты подразделяются на взаимно подвижные и взаимно неподвижные. Взаимно неподвижные могут быть

• цельнометаллические (пайка, сварка);

• составные (клепка, опрессовка).

Разъемные электрические контакты выполняются болтовыми или клиновыми.

Взаимно подвижные электрические контакты могут быть скользящими или роликовыми.

По конструктивному исполнению контактных элементов электрические контакты могут быть:

• точечными;

• линейными;

• щеточные (контакт обеспечивается по нескольким параллельным линиям);

• торцовыми (контактные элементы выполнены в одной плоскости);

• цилиндрическими;

• ножевые (контакт обеспечивается по двум параллельным плоскостям).

Материал контактов должен обладать следующими свойствами:

1) Электропроводность.

2) Твердость.

3) Тугоплавкость.

4) Износостойкость.

5) Стойкость к коррозии (разрушение под действием химически активных веществ).

6) Стойкость к эрозии (разрушение под действием электрической дуги).

Химически чистые материалы не удовлетворяют всем этим требованиям. Поэтому в качестве материала для контактов используют сплавы, металлокерамику.

1.3.2. Сопротивление точечного контакта.

Рассмотрим распределение градиента потенциала вдоль проводника, который имеет длину l и площадь поперечного сечения S. По проводнику протекает ток I. В сплошном проводнике линии тока параллельны и равномерно распределены по сечению проводника. Градиент потенциала одинаков по всей длине проводника (рис.1.3.1) и равен

.

Рис.1.3.1

Теперь рассмотрим проводник, состоящий из двух частей, торцы которых представляют сферу радиусом R (рис.1.3.2). При сжатии частей проводника с силой P, вследствие упругой деформации, образуется плоская контактная площадка. Эта площадка имеет форму круга радиусом a, который определяется по формуле Беляева-Герца

,

где E – модуль упругости материала.

Рис.1.3.2

Если сила P столь велика, что в месте контакта происходит пластическая деформация, тогда

,

где σ_см – напряжение смятия материала контактных элементов.

В месте контакта возрастает градиент потенциала. Для упрощения расчетов нелинейную область возрастания потенциала можно заменить прямоугольником равной площади, что соответствует уменьшению диаметра проводника до 2а на длине πа/2. В случае равномерного распределения плотности тока по всему сечению. Градиент потенциала на длине

увеличится на

.

Сопротивление контакта

r_к = r_ст + r_пл,

где r_ст – сопротивление, обусловленное стягиванием линий тока в месте контактной площадки;

r_пл – сопротивление, обусловливаемое пленкой окислов и загрязнений на поверхности контактной площадки.

Сопротивление r_ст для круглой контактной площадки радиусом а можно определить по формула Хольма:

.

Подставив формулу Беляева-Герца в формулу Хольма, получим зависимость вида

где К – коэффициент, зависящий от материала контактных элементов;

m – коэффициент, зависящий от формы контактных элементов: