Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
II.Гл.6.Уст-ва коммутации.doc
Скачиваний:
14
Добавлен:
25.04.2019
Размер:
250.88 Кб
Скачать

6.4.2 Механический износ

Большое влияние на работу контактных устройств в отсутствие тока оказывает механический износ контактирующих поверхностей. Износ может быть абразивным в результате выработки поверхности из-за трения и усталости поверхностных слоев. Если для защиты контактных поверхностей от пленок контакты в некоторых конструкциях, рассчитанных на малое число соединений, покрываются коррозионно-стойкими металлами (серебро, золото, платина), то при многократном переключении контактов это покрытие разрушается.

6.4.3 Тепловые явления при контактировании

При протекании тока через контактное устройство в месте контакта происходит выделение тепловой энергии и перегрев контакта по сравнению с температурой окружающей среды.

Общая температура перегрева зависит от потерь в точках контактирования и в теле контакта при прохождении по нему тока, а также от температуры окружающей среды. Для иллюстрации на рис. 6.9 показана идеализированная конструкция контактного устройства, состоящего из двух цилиндрических контактов, соприкасающихся торцами. На рисунке видны две зоны перегрева, имеющие температуры перегрева ΔТК в точках контактирования и ΔТТ в теле контакта. Температуру перегрева тела контакта ΔТТ относительно температуры окружающей среды ТОКР можно представить как сумму

ΔТ= ΔТT+ ΔT’’T,

где ΔТT и ΔТ’’T - температура перегрева тела контакта, обусловленная мощностью, выделяемой на переходном сопротивлении (I2RП), и мощностью, выделяемой на сопротивлении тела контакта при прохождении по нему тока, соответственно. Вывод формулы для определения ΔТ сложен. Поэтому, опуская его, приведем выражение, полученное Хольмом:

где - коэффициент теплопередачи с поверхности цилиндра длиной 1 см;

DK - диаметр тела контакта;

- удельное электрическое сопротивление материала контакта;

- его теплопроводность.

Расчет температуры перегрева ΔТК также вызывает много трудностей из-за сложной конфигурации поверхности контактирования. Выражение для определения ΔТК по Хольму:

.

Результирующая температура в точках контактирования

,

а в теле контакта

.

Пользуясь приведенными выше выражениями, можно рассчитать температуры ТК и ТТ. Во многих случаях, особенно для контактных устройств сложной конфигурации, ТТ и ТК определяются экспериментально.

Температуры ТК и ТТ определяются током, протекающим по контактному устройству. Эти температуры не могут превышать определенных значений, что приводит к ограничению допустимого тока. Температура ТК ограничена тем, что при ее повышении активизируется процесс образования пленок. Допустимая температура тела контакта ограничена допустимой температурой для диэлектриков, используемых в конструкции. Например, для пластмассы ТТ <80°С, для керамики ТТ <200°С. В зависимости от конструкции контактного устройства и используемых материалов максимальный ток ограничивается ТК и ТТ.

6.4.4 Процессы при размыкании и замыкании при наличии напряжений (токов)

Наиболее сложные электрические и механические процессы в контактных устройствах возникают в динамическом режиме, когда соединение происходит при наличии токов и напряжений. При малых токах и напряжениях (порядка микровольт и микроампер) влиянием электрических процессов на работу контактного устройства можно пренебречь. Однако, когда коммутируемые токи и напряжения достаточно велики, они оказывают существенное влияние на работу контактных устройств.

Процесс замыкания происходит сравнительно просто. По мере сближения контакт-деталей воздушные промежутки пробиваются напряжением, действующим в цепи. Этот пробой существенно не влияет на работу контактного устройства, кроме случаев коммутации высоких напряжений, так как контакты продолжают сближаться до соприкосновения.

Более сложные процессы происходят при размыкании контакт-деталей, и надежность контактов при частом размыкании ухудшается. При определенном соотношении между током и напряжением при размыкании возникает дуга, сопровождающаяся переносом металла с одной поверхности контакт-детали на другую и его потерей, появлением неровностей на поверхностях контактов и образованием пленок из-за высокой температуры. Это так называемая дуговая эрозия контактов.

Возникновение дуги определяется тем, что при разведении контакт-деталей возникает значительная напряженность электрического поля. В результате происходит образование дуги, которая не исчезает и при дальнейшем раздвижении контактов в результате сильной ионизации. Условия образования дуги зависят от многих факторов: металла контакт-деталей, значений напряжений и токов, состава окружающей среды, состояния контактирующих поверхностей, наличия емкостей и индуктивностей в электрической цепи. Загрязнение окружающей среды и наличие индуктивностей в цепи облегчают возникновение дуги и ухудшают работу контактного устройства.

Характеристики дугообразования для незагрязненной окружающей среды, чистых поверхностей и при отсутствии индуктивностей и емкостей в цепи известны. В первом приближении справедливо выражение для условия дугообразования:

,

где UД и IД - минимальные значения напряжения и тока дуги;

U и I - напряжение и ток в цепи;

- коэффициент, зависящий от скрытой теплоты испарения контактов.

На рис. 6.10 показаны области образования дуги для некоторых металлов. Обычно UД =8...25 В, IД =0,5...1,3 А. Так, например, для серебра UД =8 В, IД =0,9 А; для золота UД =25 В, IД =0,5 А; для меди UД =25 В, IД =1,3 А. Эти значения указывают границы, в пределах которых следует учитывать явление дуговой эрозии.

Если ток и напряжение в цепи меньше UД и IД , то дуга не образуется, когда в цепи нет индуктивности. Если в цепи есть индуктивность, то после резкого изменения тока, связанного с размыканием, на ней создается большое напряжение UК.РАЗМ, которое практически оказывается приложенным к размыкаемому промежутку. Поскольку UК.РАЗМ >UP, то происходит пробой воздушного промежутка между контакт-деталями. Чем больше коммутируемый ток и индуктивность, тем легче возникает дуга. Очевидно, что этот эффект не наблюдается в соединителях, которые сочленяются и расчленяются в нерабочем состоянии аппаратуры.

При малых токах и напряжениях при размыкании не образуется дуги, но происходит мостиковая эрозия. Из-за шероховатости поверхности при размыкании контактов все больше и больше контактных точек перестает контактировать. При этом возрастает переходное сопротивление и падение напряжения на нем, а плотность тока в точках контактирования достигает 1000 А/см2. Мощность, выделяемая в контакте, резко увеличивается и рассеивается в нескольких точках, где металл начинает плавиться. Контактирующие поверхности продолжают расходиться, металл «тянется» до тех пор, пока механически не разрушается. На поверхности остаются «столбики», которые из-за повышенной температуры окисляются. Постепенно поверхность разрушается. Для каждого металла характерно определенное напряжение, при котором наблюдается плавление при размыкании. Значения напряжений и температур плавления для некоторых металлов приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Металл

UПЛ, В

ТПЛ, 0С

Платина

0,65

1773

Серебро

0,35

960

Золото

0,45

1063

Напряжение, меньшее 0,3 В, практически не создает условий для мостиковой эрозии.

19

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]