3.3. Контактная система реле

 Наиболее ответственными элементами, определяющими надеж­ность действия и срок службы, являются контакты, которые пе­реключают электрические цепи.

Особенно высокие требования предъ­являют к контактам реле, работающим в импульсном режиме: трансмиттерные и импульсные реле кодовой автоблокировки производят около 50 млн. переключений в год.

От надежности работы реле зависит действие автоблокировки, бесперебойность и без­опасность движения поездов, поэтому контакты реле должны удовлетворять ряду технических требований, чтобы обеспе­чивать надежное переключение электрических цепей.

Основными параметрами контактов являются:

• переходное сопро­тивление,

• контактное нажатие,

• коммутируемая мощность (напря­жение, ток)

• температура нагрева.

 

Переходное сопротивление должно быть небольшим, поэтому контакты в большинстве случаев изготов­ляют из металлов, обладающих высокой электрической проводи­мостью (серебро, платина, золото, красная медь, а также некоторые сплавы и металлокерамические композиции).

Наилучшими свойства­ми обладает серебро: переходное сопротивление контактов из серебра сохраняется низким (не более 0,03 Ом) даже после окисления, по­скольку проводимость окиси серебра равна проводимости чистого серебра.

Контакты большей части реле железнодорожной автоматики и телемеханики, за исключением фронтовых контактов реле I класса надежности, изготовляют из серебра. Так как фронтовые контакты реле I класса надежности замыкают ответственные цепи, то должна исключаться возможность сваривания этих контактов, поэтому для изготовления фронтовых контактов применяют графит с серебряным наполнителем (графито-серебряная композиция), а общие и тыловые контакты делают серебряными. Переходное сопротивление контактов графит-серебро составляет не более 0,25 Ом. Графито-серебряные контакты необходимо проверять на равно­мерное вкрапление серебра. При скоплении серебра на поверхности не исключается возможность сваривания контактов.

Для изготовления усиленных контактов реле (трансмиттерных, аварийных, пусковых) применяют металлокерамические сплавы, в частности металлокерамический сплав марки СрКд86-14, содержа­щий 86% серебра и 14% кадмия. Переходное сопротивление таких контактов по техническим условиям должно быть не более 0,15 Ом.

Контакты в виде наклепок укрепляют на упругих пружинах. При срабатывании якорь реле перемещает подвижную пружину (об­щий контакт) до соприкосновения с неподвижной (фронтовой кон­такт). Поверхности соприкосновения (контакты) прижимаются друг к другу с определенным усилием, называемым контактным нажатием. Чтобы обеспечить длительную надежную работу кон­тактных пружин, они не должны иметь остаточных деформаций. С целью обеспечения надежности замыкания цепи некоторые кон­тактные пружины на концах разрезают, образуя два или три лепест­ка, на каждый из которых помещают контактирующий материал.

 

Для обеспечения надежного размыкания цепи между поверхно­стями контактов в разомкнутом состоянии делают зазор 1—5 мм. Для большинства реле железнодорожной автоматики и телемехани­ки он равен 1,3 мм.

Надежная работа контактов обеспечивается созданием соответ­ствующего контактного нажатия. Контактное нажатие фронтовых контактов для большей части реле должно быть не менее 0,3 Н, тыловых—0,15 Н. Для некоторых специальных типов реле преду­сматривают другие значения контактного нажатия.

Коммутируемая мощность (напря­жение, ток). Контактная система реле, как правило, рассчитана на переключе­ние электрических цепей постоянного тока при нагрузке 2 А напря­жением 24 В и переменного тока при нагрузке 0,5 А напряжением 220 В.

В ряде случаев требуется переключение более мощных цепей (рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных электроприводов, пере­ключение цепей питания).

Неблагоприятным режимом работы кон­тактов является переключение (разрыв) цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке, так как при этом создаются условия для возникновения и поддержания дуги. В цепях перемен­ного тока дуга гаснет при прохождении мгновенного значения тока через нуль, поэтому при прочих равных условиях те же контакты в це­пях переменного тока могут коммутировать в два-три раза большую мощность.

Усиленные контакты изготовляют из металлокерамических спла­вов, между контактами предусматривают увеличенное расстояние, а также обеспечивают большее контактное нажатие.

Контакты аварий­ных реле рассчитаны на переключение электрических цепей перемен­ного тока напряжением 220 В при токе до 15 А. Контакты некоторых пусковых реле, предназначенные для коммутирования больших токов, имеют магниты дугогашения (магнитное дутье), при этом используют принцип возникновения силы, действующей на проводник с током (дуга), расположенный в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.

 

В соответствии с действующими техническими условиями на реле железнодорожной автоматики и телемеханики темпера­тура нагрева контактов допускается не более 100 °С по отно­шению к температуре окружающей среды. Повышение температуры контактов сверх допустимых норм приводит к увеличению со­противления контактного перехода, что в свою очередь вызывает дальнейший нагрев контактов. Таким образом, процесс может стать необратимым и приведет к разрушению контактов.

 В момент размыкания цепи, содержащей индуктивность, поверх­ность соприкосновения контактов резко уменьшается, что приводит к быстрому возрастанию сопротивления и материал в точках соприкосновения плавится, между расходящимися контактами появляется жидкий мостик, кото­рый разрывается при дальнейшем увеличении расстояния между контактами. После этого происходит газовый разряд, сопровождае­мый появлением искры. В мощных цепях может возникнуть дуга. Искрение вызывает эрозию контактов, которая связана с плавлением, распылением и переносом материала с контакта на контакт. Это при­водит к изменению формы контактов, их быстрому износу и возмож­ности сваривания. Кроме того, при искрении и дугообразовании про­исходит окисление контактов при высоких температурах, это приво­дит к образованию непроводящих пленок и к временному или устой­чивому нарушению контакта.

Степень эрозии контактов зависит от тока и напряжения ком­мутируемой цепи, индуктивности и емкости цепи, материала контак­тов, состояния их поверхности, вибрации, условий окружающей сре­ды и ряда других факторов: чем ниже твердость и температура плавления металла, тем при меньших значениях напряжения и тока начинается искрообра­зование. Для большинства реле при токе переключения 0,5—1 А на­пряжение, при котором создаются условия возникновения искры, сос­тавляют около 300 В. В цепях с индуктивной нагрузкой возможно сильное искрение контактов, вызываемое э.д.с. самоиндукции, стре­мящейся сохранить ток такого же значения, который протекал по це­пи до момента ее размыкания. При этом напряжение, возникающее при размыкании контакта, может в десятки и даже сотни раз превы­шать напряжение источника питания, и хотя его действие весьма кратковременно, оно вызывает искровой разряд между размыкаемы­ми контактами.

При использовании в схемах совместно с реле полупроводниковых приборов под действием импульсов перенапряжения может нару­шиться нормальное действие бесконтактных схем или произойти их повреждение (пробой).

Для уменьшения искры и увеличения срока службы контактов применяют специальные меры: искрогасящие схемы, особые кон­струкции контактов из тугоплавких металлов и сплавов, магниты дугогашения и др.

Наиболее широкое распространение получили искро­гасящие схемы, содержащие резисторы и конденсаторы, подключае­мые параллельно контакту или нагрузке (обмотке реле). Искрогасящий элемент выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение на кон­тактах при размыкании не превышало напряжения зажигания искро­вого разряда Uз 300 В.

На схеме (рис. 3.4, а) контакт K шунтируется резистором r. В этой схеме ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через ре­зистор r. Так как в первый момент после размыкания контакта K ток за счет э. д. с. самоиндукции равен , то максимальное напря­жение на контакте

где — напряжение источника питания;

R — сопротивление нагрузки, например сопротивление обмотки включаемого реле.

Чтобы напряжение на контакте не превышало 300 В, сопротивле­ние искрогасящего резистора:

При отключении реле НМШ1-1800 от источника питания 24 В со­противление резистора r не должно превышать 22 500 Ом. Эффект искрогашения тем лучше, чем меньше r. Однако при малом r теряется управляемость контакта, так как при разомкнутом контакте ток про­ходит через управляемый прибор (обычно другое реле), который мо­жет остаться возбужденным при размыкании контакта. Кроме того, при разомкнутом контакте непроизвольно расходуется электроэнер­гия.

Рис. 3.4. Схемы искрогашения

 

В схеме (рис. 3.4, б) контакт шунтируется конденсатором С. При размыкании цепи энергия вместо пробоя воздушного промежутка расходуется на заряд конденсатора. Однако при очередном замыка­нии контакта конденсатор разряжается через малое сопротивление контакта, что ухудшает условия работы последнего, особенно при частых переключениях. При пробое конденсатора С теряется управ­ляемость схемы.

Эти недостатки схемы в основном устраняются включением по­следовательно с конденсатором резистора r (рис. 3.4, в). Такую схему применяют наиболее часто, причем в практических схемах емкость конденсатора С равна 0,25—4 мкФ, а сопротивление резисто­ра r — 30—200 Ом. При пробое конденсатора в данном случае также теряется управляемость схемы, поэтому в ответственных схемах ее не применяют.

В схеме (рис. 3.4, г) контакт шунтируется нелинейным резистором (варистором) r. При рабочем напряжении цепи сопротивление этого резистора велико и практически не оказывает влияния на режим ра­боты цепи. В момент размыкания контакта и увеличения напряжения за счет э.д.с. самоиндукции сопротивление нелинейного резистора резко уменьшается, ограничивая перенапряжение на контактах.

Эффект искрогашения достигается также включением рассмот­ренных искрогасительных цепей параллельно нагрузке (рис. 3.4, д, е. ж, з). В схеме (см. рис. 3.4, д) резистор подключают параллельно нагрузке (например, обмотке реле). В момент размыкания контакта К ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через резис­тор r. Чтобы напряжение на контакте Uк не превышало 300 В, сопро­тивление резистора

Подключение резистора r параллельно нагрузке повышает потреб­ление энергии от источника питания. Однако, если резистор по срав­нению с нагрузкой имеет высокое сопротивление, то этот недостаток не играет существенной роли. В тех случаях, когда нежелательно иметь дополнительный расход энергии, последовательно с резистором включают диод VD (рис. 3.4, и). Эта схема практически является равноценной схеме рис. 3.4, з. Диод включают по отношению к источ­нику питания во встречном направлении, его обратное сопротивление велико и потерь энергии почти нет. При размыкании контакта воз­никающая э.д.с. самоиндукции имеет обратное направление, ток за­мыкается через диод. Для исключения короткого замыкания при пробое диода последовательно с ним включают резистор. Включение диода для искрогашения вызывает замедление на отпус­кание управляемого реле, поэтому применение диода недопустимо, если появление замедления изменяет режим работы схемы.

При включении резистора (см. рис. 3.3, д) замедление на отпус­кание якоря также увеличивается, хотя и в меньшей степени. При с замедлением, обусловленным подключением резистора, можно практически не считаться. На временные параметры управ­ляемого прибора (реле) оказывают влияние в той или иной степени и схе­мы искрогашения (см. рис. 3.4, е, ж, з).

Вопросы для самоконтроля по пункту: Контактная система реле

 

1)   Основные параметры контактов.

2)   Материалы, из которых изготавливаются контакты реле, обоснуйте выбор этих материалов.

3)   Перечислите факторы, приводящие к разрушению контактов, поясните причину их появления.

4)   Перечислите способы увеличения срока службы контактов.

5)  Опишите принцип действия искрогасительных схем (рис. 3.4).

Схемы искрогашения

11