Глава 7

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ

7.1. Назначение, классификация и основные характеристики

переключателей

Для коммутации сигнальных, силовых и других электрических цепей в аппаратуре широко применяются электромеханические пе­реключатели. Основными элементами переключателей являются одна или несколько пар контактов и механический узел, который по­зволяет замыкать и размыкать контакты. Переключатели класси­фицируют:

1. по величине коммутируемой мощности — малой (не более 60 В*А), средней (от 60 до 500 В*А), большой (более 500 В*А);

2. по роду коммутируемого тока — для постоянного, перемен­ного и т. п.;

3. по схеме коммутации;

4. по характеру переключения — с разрывом или без разрыва цепи;

5. по конструкции— клавишные, барабанные и др.;

6. по исполнению — обычные, тропические;

7. по габаритам — нормальные, малогабаритные.

К переключателям в зависимости от вида РЭА предъявляются многочисленные и самые разнообразные требования: электрические, механические, климатические, требования к надежности, долго­вечности, сохранности и т. п. В электрической схеме РЭА пере­ключатели должны оказывать минимальное воздействие на сигналы, передаваемые по коммутируемым цепям. Для этого они должны иметь:

1. необходимую схему коммутации, которая оценивается чис­лом направлений Н и положений П каждого направления. На рис. 7.1 показана схема переключателя на два положения и четыре на­правления (2П4Н);

2. низкое и стабильное переходное сопротивление, которое зависит от конструкции контактов, контактного усилия, материа­лов и т. д.;

3. малую емкость между контактами и малые потери в ней (в высокочастотных переключателях емкость не должна превышать 0,5 ... 3 пФ);

4. максимальное сопротивление изоляции между контактами (обеспечивается выбором конструкции и изоляционных материалов);

5. контакты переключателей не должны создавать гальваниче­ской пары. Для этого необходимо подбирать материалы контактов с минимальной разностью электродных потенциалов;

6. переключатели должны обеспечивать коммутацию заданных токов без перегрева контактов и разрушения изоляции. Допусти­мое значение тока через замкнутые контак­ты и напряжение на разомкнутых контак­тах, при которых гарантируется нормальная работа переключателя, определяют мощ­ность контактов.

На переходное сопротивление большое влияние оказывает наличие кислорода или других газов, вызывающих окисление поверх­ности контактов. Окисленная пленка имеет большее удельное сопротивление, чем ме­талл, а во многих случаях вообще не явля­ется проводником.

Контакты, применяемые в различных переключателях, можно разделить на прижимные, притирающиеся и врубающиеся (рис. 7.2). Замыкание в контактах прижимного типа осуществляет­ся приближением и прижатием контактных поверхностей. Прижим-

ные контакты очень чувствительны к загрязнениям и окислам на поверхности. Образующаяся в момент разрыва дуга или искра вы­зывает окисление той части поверхности, которая затем будет зам­кнута. Для устранения этого недостатка контакты устанавливают на упругих пружинах. При замыкании происходит некоторое взаимное скольжение соприкасающихся точек контактов, что приводит к за­чистке поверхности контактов и удаляет место контактирования от места разрыва. Притирающиеся и врубающиеся контакты обеспечи­вают эффективное разрушение пленки окислов и удаление грязи с контактных поверхностей. Однако такие методы самоочистки при­водят к значительному механическому износу контактов.

Переходное сопротивление понижается с ростом контактного усилия (рис. 7.3) и определяется выражением

(7.1)

где п — коэффициент, зависящий от формы контакта (для точеч­ного контакта п = 0,5; для линейного п = 0,5 ... 0,7; для плоского _п 1); K —коэффициент, зависящий от материала и чистоты поверхности контактов (для медных очищенных и луженых неочи­щенных контактов K = (1 ... 3) * 10^-4; для посеребренных кон­тактов К = 0,6 * 10^-6; для латуни К = 3 * 10^-4; для алюминия К = 8 * 10^-4.

Переходное сопротивление зависит также от приложен­ного напряжения. Это особен­но существенно при коммута­ции сигналов малых уровней (микро- и милливольты). При таких напряжениях окисная пленка на поверхности контак­тов не пробивается. Поэтому для контактов выбирают неокисляющиеся материалы (золото, пла­тину). Обычно переходное соп­ротивление в новых переклю­чателях не должно превышать 0,01 Ом; после заданного ко­личества ' переключений допу­скается возрастание R_K до 0,03 Ом. Нестабильность может колебаться в пределах 20 ... 30%.

Механические параметры должны обеспечивать работо­способность переключателя в течение определенного числа переключений или заданного срока . эксплуатации. Для этого механическое устройство переключателя должно обеспечивать:

1. Стабильное контактное усилие, необходимое для создания достаточной площади касания контактов, разрушения окисной плен­ки и удаления твердых посторонних частиц с поверхности самоочищающихся контактов. Стабилизация контактного усилия достигает­ся снижением механических напряжений в опасном сечении и приме­нением для упругих элементов материалов с высокими допустимыми напряжениями. При выборе контактных усилий исходят из мини­мально допустимого падения напряжения U_p на контакте, при ко­тором наступает размягчение материала. Опытные значения напря­жения размягчения приведены в табл. 7.1.

Для предотвращения перегрева и быстрого разрушения кон­такта падение напряжения на нем не должно превышать допусти­мой величины

(7.2)

В радиотехнических устройствах минимально допустимое уси­лие для неокисляющихся контактов (серебро, золото) составляет примерно 0,50 Н. Меньшие контактные усилия приводят к умень­шению надежности контакта и увеличению контактного сопротив­ления.

2. Четкость фиксации. Для предотвращения самопроизволь­ного движения подвижной системы в конструкцию переключателя вводят фиксирующее устройство. Качество работы фиксатора опре­деляется отношением момента, необходимого для вывода переклю­чателя из фиксированного положения, к минимальному моменту, достаточному для движения переключателя в промежуточном поло­жении. Это отношение должно быть не менее 2,5 ... 3.

3. Повторяемость геометрического положения контактов. Неповторимость приводит к нестабильности реактивных параметров контактного устройства. Наиболее стабильными по реактивным па­раметрам являются переключатели с точечными притирающимися контактами из серебра, золота и платины.

4. Высокую износоустойчивость контактов и несущих эле­ментов.

5. Виброустойчивость. Высокая виброустойчивость обеспе­чивается жесткостью конструкции и прочностью применяемых ма­териалов.

Влияние климатических факторов на переключатели весьма разнообразно и зависит от вида аппаратуры и условий ее эксплуа­тации. Поэтому контакты переключателей должны иметь высокую теплопроводность, коррозионную стойкость н~а воздухе и в корро­дирующих средах. Материалы изоляторов должны иметь высокие электроизоляционные характеристики.