3.5. Жидкометаллические контакты[3]

Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:

1. С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса контактов. При токах 10 кА и выше резко увеличиваются габариты и масса аппарата в целом.

2. Эрозия контактов ограничивает износостойкость аппарата.

3. Окисление поверхности и возможность приваривания контактов понижают надежность аппарата. При больших токах КЗ контактные нажатия достигают больших значений, что увеличивает необходимую мощность привода, габариты и массу аппарата.

Рассмотрим принцип действия контактора с жидкометаллическим контактом (ЖМК) (рис. 17). Внешняя цепь подключается к электродам 1 и 2. Корпус 3 выполнен из электроизоляционного материала. Полости корпуса заполнены жидким металлом 4 и соединяются между собой отверстием 5. Внутри полостей корпуса плавают пустотелые ферромагнитные цилиндры 6. При подаче напряжения на катушку 7 цилиндры 6 опускаются вниз. Жидкий металл поднимается и через отверстие 5 соединяет электроды 1 и 2, контактор включается.

Рис. 17. Контактор с жидкометаллическим контактом

По сравнению с твердометаллическими ЖМК обладают следующими преимуществами:

1. Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела электроизоляционного материала. Полости корпуса заполнены жидким металлом 4 и соединяются между собой отверстием 5. Внутри полостей корпуса плавают пустотелые ферромагнитные цилиндры 6. При подаче напряжения на катушку 7 цилиндры 6 опускаются вниз. Жидкий металл поднимается и через отверстие 5 соединяет электроды 1 и 2, контактор включается.

По сравнению с твердометаллическими ЖМК обладают следующими преимуществами:

1. Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела жидкий металл—электрод (до 120А/мм2), что позволяет резко сократить габаритные размеры контактного узла и контактное нажатие, особенно при больших токах.

2. Отсутствие вибрации, приваривания, залипания и окисления контактов при их коммутации.

3. Высокая механическая и электрическая износостойкость ЖМК, что позволяет создавать аппараты с большим сроком службы.-

4. Возможность разработки коммутационных аппаратов на новом принципе [автоматический восстанавливающийся предохранитель и др.] благодаря свойствам текучести жидкого металла.

5. Возможность работы ЖМК при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме.

К электрическим аппаратам обычно предъявляется требование сохранять работоспособность в интервале температур ±40СС. Очевидно, что жидкий металл должен сохранять свое состояние в указанном интервале. Из известных материалов только ртуть находится в жидком виде при температуре ниже 0°С и может быть в чистом виде пригодна для ЖМК. Высокая токсичность паров ртути существенно осложняет технологию ее применения.

В ЖМК перспективно применение диэлектрического или металлокерамического твердого каркаса, пропитанного жидким металлом.

3.6. Примеры расчета контактов аппарата[1]

Задача 1

Определить сопротивление стягивания R_ст в месте контакта сферических тор-цевых поверхностей двух круглых медных стержней (рис. 18).

Дано: F_к = 100, Н – контактное нажатие; r = 40, мм – радиус стержня; ρ₀ = 1,62∙10^–8, Ом.м – удельное сопротивление меди при температуре 0 ^оС; σ_см = 38,3∙10⁷, Н/м² – предел прочности материала на смятие; Е = 10,8∙10¹⁰, Н/м – модуль упругости меди.

F_к

Рис. 18. Контакт

Решение: Предполагая упругую деформацию, радиус площадки касания определим по формуле

Механическое напряжение в контактной площадке

Для мягкой меди это напряжение больше, чем напряжение смятия σ_см и, следовательно, будет иметь место пластическая деформация.

Радиус площадки касания при пластической деформации определяется по формуле

Сопротивление стягивания по (1) будет равно

Ответ: R_ст=0,283∙10^-4 Ом.

Задача 2

Определить величину контактного нажатия мостикового контакта вспомогательной цепи контактора (рис. 19). Контакты подвижные и неподвижные изготовлены из серебряных накладок полусферической формы.

Дано: ток контактов i = 5 А; радиус контакта r = 1,0 см; напряжение рекристаллизации серебра U_к1 = 0,09 В; падение напряжения на контакте U_конт = 0,1∙U_к1, В; модуль упругости серебра E = 7,35∙10¹⁰ Н/м; удельное сопротивление серебра ρ₀ = 1,5∙10^-6 Ом∙см.