2. Контакти реле. Засоби дуго-і іскрогашення

Контакти, будучи найважливішим елементом реле, визначають надійність і термін їх служби. За характером роботи контакти поділяються на замикаючі (при відсутності сигналу в обмотці реле вони розімкнуті, а за наявності струму в керуючій обмотці вони замикаються) і замкнуті (при відсутності сигналу вони замкнуті і розмикаються при наявності сигналу в обмотці реле). У процесі роботи реле контакти можуть бути у таких станах: замкнутому, в процесі розмикання, розімкнутому і в процесі замикання.

До важких умов роботи контактів, при яких відбувається найбільший знос, належать їх замкнутий стан, коли через контакти тече весь струм навантаження, і процес розмикання, коли між контактами виникає дуга.

У міру збільшення зусилля F_K, що діє на контакти, збільшується площа їхнього зіткнення, а перехідний опір зменшується. При наявності на поверхні контактів окисної плівки необхідно, щоб механічний тиск в точках контакту був достатнім для її руйнування.

Залежність перехідного опору від контактного тиску має вигляд:

R_K = a / (0,1F_K)^b,

де а - коефіцієнт, що залежить від властивостей контактного матеріалу і шорсткості контактної поверхні; F_K - контактне зусилля; b - коефіцієнт, що характеризує форму контактів.

Контакти за формою контактуючих поверхонь і в залежності від струму, на який вони розраховані, ділять на три основні групи (рис. 6.11):

а - точкові; б - площинні; в - лінійні

Рисунок 6.11 – Типи контактів реле

• точкові - конус і площину або півсфера і площину (теоретично із зіткненням в одній точці), розраховані на невеликі струми;

• площинні - площину і площину, розраховані на середні струми;

• лінійні - із зіткненням по лінії, розраховані на великі струми.

У реле малої та середньої потужностей найбільше поширення має точковий контакт, який забезпечує надійне електричне з'єднання при невеликому контактному тиску. Контакти при цьому закріплюються на пружних плоских пружинах. Існують контакти спеціальних типів: вакуумні та ртутні.

До матеріалів, з яких виготовляються контакти, пред'являються особливі вимоги: вони повинні бути механічно міцними, твердими, мати високі значення температури плавлення, мати гарну тепло- і електропровідність, легко оброблятися, бути стійкими проти корозії і ерозії, а також відносно дешевими.

На практиці при виборі матеріалу контактів користуються такими міркуваннями:

• малі тиски 0,01 ... 0,03 Н (високочутливі реле) - платина;

• тиски від 0,05 до 1 Н (при малій частоті спрацьовування) - срібло;

• тиски від 0,3 до 1 Н (при більшій частоті спрацьовування) - металокерамічні матеріали;

• тиск понад 1 Н (велика частота спрацьовування) - вольфрам.

Основною причиною руйнування контактів, що визначає термін їх служби, є дуговий розряд, який виникає при розмиканні. Причиною інтенсивного розряду є наявність у керованій ланцюга реактивного опору. Якщо він має ємнісний характер, то інтенсивне іскріння спостерігається при замиканні контактів. Якщо ж керований ланцюг містить значну індуктивність, то особливо сильний і затяжний розряд виникає при розриві цього ланцюга через утворення перенапруги на контактах. У більшості випадків керований ланцюг містить індуктивність.

Застосовуються два основні методи іскро- і дугогашення: шунтування індуктивності ланцюга, що розривається, і шунтування контактів. В обох випадках, поки контакти замкнені, в магнітному полі індуктивності накопичується енергія, яка при розмиканні контактів витрачається не в дузі, а в шунтувальному пристрою. Методи іскрогашення зводяться до створенняуповільненого зникнення струму.

а - шунтування навантаження ємністю і опором; б - шунтування навантаження діодом; в - шунтування контактів

Рисунок 6.12 – Схеми іскрогашення в контактах

На рисунку 6.12 зображені основні схеми іскрогашення. У схемі, представленої рисунку 6.12, а, застосовується метод шунтування індуктивного навантаження послідовним включенням ємності з опором R_Ш. У момент розмикання контактів в контурі, утвореному навантаженням і шунтом, під дією енергії, запасеної в магнітному полі, виникає струм перехідного процесу, який протікає ще деякий час після розмикання контактів, запобігаючи тим самим наведення високих значень ЕРС самоіндукції.

Енергія магнітного поля перетворюється в теплоту, яка виділяється на опорі шунта R_Ш. Наявність конденсатора у схемі виключає проходження струму навантаження при замкнутих контактах, і, отже, виключаються втрати енергії в опорі шунта.

Для того щоб в контурі L_Н - R_H - С - R_Ш не виникли автоколивання струму, ємність вибирають з умови R_H + R_Ш  2 .

У схемі на рис. 6.12, б діод виробляє аналогічну дію, тобто шунтуэ індуктивне навантаження і пропускає струм перехідного процесу І, який створює ЕРС самоіндукції в момент розриву керованого ланцюга. При замкнутих контактах діод замкнений напругою мережі і не пропускає струм навантаження.

На рис. 6.12, в зображена схема шунтування контактів ємністю з опором. Тут ємність виключає протікання струму навантаження у ланцюзі шунтування при розімкнутих контактах. Крім того, усувається витрата енергії як в ланцюзі навантаження, так і в шунтувальному опорі, оскільки конденсатор не пропускає постійний струм.

Ланцюжок R_Ш - С створює шлях повз контактів для убутного після їх розриву струму навантаження і для розсіювання енергії, запасеної в магнітному полі ланцюга навантаження. Після розмикання контактів струм у міру заряду конденсатора від нуля до напруги живлення U поступово зменшується до нуля (тобто різкого збільшення напруги на контактах не виникає). Напруга на контактах, як і на ємності, поступово збільшується до значення U. Струм в цьому випадку проходить повз контактів через ланцюжок R_Ш - С і дугового розряду не виникає. Так як на практиці ємність конденсатора вибирають в межах 0,5 ... 2 мкФ, то зарядка конденсатора буде відбуватися повільно і, отже, напруга на контактах буде також наростати досить повільно.