6 Лекция 6. Электрические контакты 6

Содержание лекции:

основные понятия. Терминология. Переходное сопротивление контакта. Температура контактной площадки. Зависимость переходного сопротивления от состояния контактных поверхностей.

Цель лекции:

изучить основные понятия о контактах, оценить важную роль, которую играют контакты в обеспечении надежной работы электрических аппаратов и электрических сетей.

6.1 Основные понятия. Терминология

Электрическим контактом называют как место металлического соприкосновения проводников, так и сами проводники. Назначение контакта – продолжить путь тока из одного проводника в другой.

По способу соединения проводников между собой контакты делятся на 3 группы:

а) неразмыкаемые контактные соединения;

б) размыкаемые контактные соединения;

в) скользящие контактные соединения.

К первым относятся проводники жестко соединяемые между собой. К ним относятся: болтовые соединения шин, присоединение проводников к клеммам и т.п. Ко вторым относятся проводники, предназначенные для коммутации электрических цепей.К ним относятся выключатели, рубильники и т.п. К третьим относятся щеточные контакты электрических машин, реостатов и т.п.

У электрических контактов необходимо различать кажущуюся и физическую площади соприкосновения.

Как ни тщательно будут отшлифованы контактные поверхности, они всегда будут иметь микроскопические бугорки или шероховатости, поэтому физически две поверхности будут соприкасаться не всей кажущейся площадью, а лишь отдельными микроскопическими площадками (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 –Соприкосновение поверхностей контактов

Количество контактных площадок зависит от геометрических форм соприкасающихся контактов.

По форме соприкосновения различают 3 типа контактов:

а) точечный контакт – соприкосновение обеспечено только в одной микроскопической площадке – точке. Например: шар-шар, шар-плоскость и т.п.;

б) линейный контакт - кажущееся соприкосновение происходит по линии. Например: цилиндр- плоскость, виток-виток и т.п. Физически же соприкосновение происходит по ряду площадок (минимум две), расположенных по линии;

в) поверхностный контакт – кажущееся соприкосновение происходит по поверхности, а физически по ряду элементарных площадок (минимум три), расположенных на этой поверхности.

Размеры элементарных площадок соприкосновения пропорциональны силе, сжимающей контакты, и зависят от сопротивления материала контактов смятию

(6.1)

где Р - сила, сжимающая контакты;

 - временное сопротивление материала смятию (из справочника).

Однако с ростом силы сжатия рост размеров площадок замедляется из-за усадки площади контакта.

6.2 Переходное сопротивление контакта

В зоне перехода тока из одного проводника в другой возникает большое электрическое сопротивление, называемое переходным сопротивлением контакта.

Физически – природа переходного сопротивления – это электрическое сопротивление микроскопических бугорков, по которым происходит соприкосновение проводников между собой. Переходное сопротивление контакта можно представить как результат резкого повышения плотности тока в площадках соприкосновения по сравнению с плотностью тока в теле контакта.

Величину переходного сопротивления контактов определяют, используя опытные данные, по следующему выражению

(6.2)

где  - некоторая величина, зависящая от материала, формы, способа обработки и состояния контактной поверхности;

Р - сила, сжимающая контакты;

n – показатель степени, характеризующий тип контакта и число точек соприкосновения.

Значения , определяемые опытным путем, в значительной мере зависят от состояния поверхности контактов, характера их обработки и, особенно, от степени окисления.

Как показали опыты, переходное сопротивление контактов быстро уменьшается с ростом силы сжатия контактов (см. рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 - Зависимость переходного сопротивления контакта от силы нажатия

6.3 Зависимость переходного сопротивления от температуры

Так как сопротивление контакта это сопротивление металла проводника, поэтому оно также увеличивается с ростом температуры.

Однако с увеличением температуры меняется структура бугорков и элементарных площадок соприкосновения за счет изменения величины удельного сопротивления смятию. Поэтому с ростом температуры переходное сопротивление вначале растет (см. рисунок 6.3), а затем происходит резкое падение механической прочности материала, например, у меди при 200 град. и переходное сопротивление также резко падает. При дальнейшем росте температуры переходное сопротивление снова линейно возрастает до температуры плавления материала, при которой контакты свариваются, а переходное сопротивление падает почти до нуля.

Рисунок 6.3 –Зависимость переходного сопротивления от температуры