2. Коммутирующие контакты.

Основные требования к контактной системе:

а) при работе аппарата в его номинальном рабочем режиме температура нерабочей поверхности металла коммутирующих контактов не должна превышать предельно допустимой.

б) при больших предельно допустимых для аппаратов токах (пусковых, короткого замыкания и т.д.) коммутирующие контакты должны быть устойчивы, т.е. не должны свариваться, как в замкнутом состоянии, так и при размыкании цепи.

в) при работе аппарата в номинальном рабочем режиме, а также при больших предельных токах коммутирующие контакты должны иметь возможно меньший электрический и механический износ. Вибрация контактов должна быть не больше допустимой.

На основании этих требований задачей расчёта является определение параметров контактной системы: силы нажатия контактов, переходного сопротивления, падения напряжения в переходном сопротивлении, температуры контактной площадки, тока сваривания контактов, вибрации контактов, износостойкости контактов и т.д.

Исходные данные: номинальный ток, допустимая температура токопроводящего проводника .

Расчёт

2.1 Материал и размеры сечения.

Выбираем материал контактов для получения приемлемой износостойкости. Сечение контактов должно быть больше сечение вводных шин с целью увеличения механической прочности и износостойкости контактов. Ширина неподвижного контакта принимается большей, чем подвижного, вследствие возможных отклонений подвижного контакта от центрального положения. По конструктивным соображениям размеры сечения приняты у подвижного контакта и неподвижного .

2.2 Сила нажатия контактов.

Силы нажатия должны быть достаточны не только при рабочем режиме, но и при кратковременных сверхтоках - пусковых, перегрузочных и короткого замыкания, чтобы не было отбросов контактов вследствие электродинамических сил и не было их сваривания вследствие дугообразования при отбросах и вибрации.

Она необходима для того, чтобы температура на поверхности контактов не превышала допустимую, и может быть рассчитана по теоретической зависимости:

(9)

где - сила, отнесённая к одной контактной площадке, так как контакт линейный, считается, что площадок две. , где - температура проводников контура, , - твёрдость при (по рис. 5-8 [1]).

Определяем силу нажатия контактов по таблице 5-7 [1]. Учитывая значение, полученное по теоретической зависимости, для дальнейших расчётов принимают конечное нажатие контактов во включенном состоянии. Начальное нажатие при касании контактов .

2.3 Переходное сопротивление.

В нашем случае деформация пластичная и переходное сопротивление двух точечных площадок при по формуле:

(10)

По эмпирической зависимости переходное сопротивление равно:

(11)

Третье значен6ие определяем из рисунка 5-11[1].

Выбираем переходное сопротивление из полученных тремя способами значений.

2.4 Падение напряжения в переходном сопротивлении.

Определяем падение напряжения в переходном сопротивлении:

(12)

Сравниваем полученное значение с напряжением рекристаллизации меди, которое равно 90 – 130 мВ (если контакты медные).

Общее падение напряжения в контуре определяется как:

(13)

2.5 Температура контактной площадки.

Температуру контактной площадки определяем по формуле:

(14)

Полученное значение сравниваем с температурой рекристаллизации меди (если контакты медные).

2.6 Ток сваривания контактов.

При протекании через коммутирующие контакты токов, значительно больше номинальных (при перегрузках, коротких замыканиях) происходит повышенное нагревание, отброс контактов и они свариваются.

По теоретической зависимости граничный (начальный) ток сваривания зависит от постоянной :

(15)

(16)

По эмпирической формуле начальный ток сваривания:

(17)

здесь определяется по таблице 5-9, п. 3 [1].

Третье значение получаем по графической зависимости (рисунок 5-12[1]). Из трёх полученных значений выбираем ток сваривания.

2.7 Вибрация контактов.

Амплитуда первого отброса подвижного контакта и время, в течение которого происходит этот отброс, рассчитывается по формулам:

Рисунок 1 - Контактная система

(18)

здесь , – угол, соответствующий предварительному сжатию контактной пружины, относительно оси О₂; , , – жесткость постоянная контактной пружины, приведенная к оси, проходящей через место удара в его направлении, кгс/м; – коэффициент удара, зависящий от упругих свойств материала соударяющихся деталей, для меди он равен 0,9; – момент инерции контакта относительно оси О₁, кг∙м²(пункт 4.2) ω₁₀ – угловая скорость контакта подвижной части в момент удара.

(19)

Угловая скорость определяется по:

(20)

здесь – площадь на графике, заключенная между статической характеристикой действующих сил F на участке пути подвижной части от начального разомкнутого состояния контактов до момента удара (их касания), выражает потенциальную энергию, Н∙м(кгс∙м), (рисунок 9-9 [л.1]), J’_я – момент инерции якоря относительно оси О₁, кг∙м²; (приложение 1П, п.4[1]).

Cуммарное время вибрации:

(21)

Суммарное время вибрации не должно превышать допустимого значения, равного 0,3мс.

2.8 Износостойкость контактов.

Износостойкость контактов определяется числом коммутаций до допустимого износа и рассчитывается по формуле:

(22)

N должно быть больше (по ГОСТ 11206-65).

Удельный объёмный износ определяется по формуле :

(23)

где ток размыкания , ток замыкания , - опытные коэффициенты износа, у твёрдой меди по рисунку 5-14 [1], для меди по таблице 5-11 [1], - коэффициент неравномерности, учитывающий разброс величин износа массы, принимается 1,5.