Контактная система электрических аппаратов

Контактная система электрических аппаратов

Условия работы контактов. Контактная система электрического аппарата состоит в большинстве случаев из пары или нескольких пар подвижных и неподвижных контактов, при замыкании которых обра­зуется электрическая цепь. Материал контакта должен обладать высо­кой механической прочностью, хорошей электропроводностью, термо­стойкостью и антикоррозийностью. Широкое распространение по­лучили контакты из меди и ее сплавов (латунь, бронза). При длительной

 

 

 

 

 

Рис. 1. Соединение двух контактов (а) и за­висимости изменения переходного сопротивле­ния от контактного нажатия (б)

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схема линии тока (а) и направление электродинами­ческих сил при включении кон­тактов (б)

непрерывной работе во избежание окисления в некоторых аппара­тах медные контакты покрывают слоем олова или выполняют с сереб­ряными накладками. Алюминий и сталь применяются главным образом для неподвижных контактных соединений. Для защиты от коррозии алюминиевые контакты иногда оцинковывают, а стальные покрывают слоем кадмия.

В зависимости от характера соприкосновения элементов контакт­ного соединения контакты подразделяют на точечные, линейные и по­верхностные (плоскостные). Полное сопротивление контактного соеди­нения в основном определяется переходным сопротивлением Rn в мес­те

соприкосновения контактов. При соприкосновении двух контактных поверхностей 1 и 2 (рис. 1, а) электрическое соединение происходит не по всей поверхности, а по точкам соприкосновения, которые образу­ются из-за неточной обработки поверхностей и износа в результате воз­действия электрической дуги. На контактной поверхности располага­ются также различные пленки (окисные, сульфидные и др.), образую­щиеся в результате взаимодействия материала контактов с кислородом воздуха и другими химическими реагентами. Окисные пленки боль­шинства металлов не проводят электрический ток и резко повышают переходное сопротивление.

При нажатии контактов силой Q происходит частичное смятие ма­териала контакта и продавливание пленок в точках соприкосновения; при этом возрастает площадь реального соединения и уменьшается переходное сопротивления Rп (рис. 1, б).

На контакты электрических аппаратов в моменты их включения и отключения действуют электродинамические и механические силы, ко­торые влияют на переходное сопротивление и приводят к механичес­кому износу контактов. В первый момент включения аппарата, когда на контактные поверхности еще полностью не действует сила нажатия, соприкосновение происходит по отдельным точкам, через которые про­ходит весь ток I (рис. 2, а). При этом линии тока в месте контактного перехода искривляются, располагаются параллельно и имеют в нижнем и верхнем контактных элементах противоположное направление (рис. 2, б). Магнитные поля этих токов, взаимодействуя между собой, соз­дают электродинамические усилия взаимного отталкивания F, которые стремятся разомкнуть контакты и вызывают их вибрацию. Кроме электродинамических усилий, отталкиванию контактов способствуют механические силы, возникающие в момент упругого удара одного контакта о другой. В результате под действием сил нажатия и инер­ции происходит вибрация контактных элементов, что приводит к рас­плющиванию и механическому разрушению контактов. В момент раз­мыкания контактов между ними образуется электрическая дуга, вызы­вающая электрический износ контактов (их выгорание и эрозию). Ме­ханический и электрический износы контактов в основном определяют срок службы аппаратов (выражаемый числом его срабатываний) и на­ибольшую частоту его включений.

Контактные системы аппаратов. В аппаратах, рассчитанных на зна­чительные токи и большое число включений (выключатели, контакто­ры, контроллеры), применяют конструкции контактов с перекатываю­щимися поверхностями, для чего этим поверхностям придается выпук­лая форма.

Для уменьшения переходного сопротивления необходимо, чтобы в. процессе включения и отключения наряду с перекатыванием контак­тов происходило их скольжение друг по другу для зачистки контакт­ных поверхностей от окисной пленки, нагара и загрязнений. Для этого подвижной контакт 1 (рис. 3) монтируют на контактном рычаге 4, связанном с якорем электромагнита не жестко, а с помощью шарнирной связи и между держателем 3 контакта и рычагом 4 устанавливают кон­тактную пружину 2. Она смягчает удары при включении контактов и преодолевает возникающие между ними электродинамические усилия, которые могли бы привести к их вибрации.

В начальном положении аппарата между контактами имеется зазор Р (рис. 3, а). При перемещении якоря контактный рычаг 4 с держате­лем 3 поворачивается вокруг оси 5, вследствие чего контакты соприка­саются друг с другом точками Л (рис. 3, б). При дальнейшем движе­нии якоря контактный рычаг продолжает поворачиваться, контактная пружина 2 сжимается, увеличивая нажатие на контакты, и подвижной контакт перекатывается по неподвижному. После окончания процесса включения контакты соприкасаются друг с другом точками Б (рис. 3, в). При отключении аппарата процесс размыкания контак­тов происходит в обратном порядке, следовательно, перед началом раз­мыкания контакты соприкасаются точками A и при дальнейшем их расхождении между этими точками образуется дуга.

Соприкосновение контактов 1 и замыкание цепи при включении аппарата с магнитным приводом возникают раньше, чем якорь

 

 

 

 

 

 

Рис. 114. Схема замыкания контактов в аппаратах  с перекатывающимися кон­тактами

 

 

его электромагнита полностью притянется к сердечнику. В дальней­шем по мере движения якоря подвижной контакт будет как бы провали­ваться, упираясь своей верхней частью в неподвижный контакт и по­ворачиваясь на некоторый угол вокруг оси 6, сжимая контактную пру­жину 2. В результате образуется провал контактов (смещение подвиж­ного контакта на уровне точки его касания с неподвижным контактом в случае, если неподвижный будет удален). Провал контактов обеспе­чивает надежное замыкание цепи, когда толщина контактов уменьшает­ся вследствие их износа в процессе эксплуатации. В аппаратах с Г-образным и Т-образным контактами о провале судят по изменению зазора U между подвижным контактом 1 и его упором. Раствором Р называют расстояние в свету между контактами при отключенном положении; обычно оно составляет 1—20 мм.

Нажатие контактов создается предварительным натяжением кон­тактной пружины 2. Она снижает переходное сопротивление контактов во включенном состоянии, предотвращая их перегрев проходящим током, смягчает удары при включении контактов и снижает их вибра­ции, что предохраняет контакты от приваривания при включении элек­трической цепи. Обычно конечное нажатие в 2 раза больше, чем началь­ное.

В аппаратах, рассчитанных на небольшие токи, применяют точеч­ные контакты мостикового типа (рис. 4). Контактный мостик 2 с при­паянными к нему контактами и контактной пружиной 3 устанавливают на подвижной части аппарата. При включении такой мостиковый кон­такт замыкает неподвижные контакты 1, создавая между ними элект­рическую цепь. Раствор контактов Р в этих аппаратах определяется расстоянием между ними при отключенном положении контактов (мож­но определить с помощью шаблона); провал П определяется в замкну­том положении контактов по перемещению поводка 4, на котором ук­реплен контактный мостик, от начала соприкосновения контактов до положения, соответствующего их полному включению.

В аппаратах барабанного типа — контроллерах часто используют пальцевые контакты (рис. 5, а). Неподвижный контакт 2 (палец) прижимается к вращающемуся на оси 4 барабану пружиной 1. Подвиж­ные контакты 3, 5, 6 укреплены на барабане в виде полос или сегментов, обычно выполненных из меди. В зависимости от тока параллельно мо­жет устанавливаться несколько пальцев. В различных разъединителях, плавких предохранителях применяют рубящие контакты (рис. 5,б), состоящие из плоского медного или латунного ножа 7 (подвижного контакта) и неподвижного контакта 8 в виде стоек из упругого металла. При больших токах стойки усиливаются дополнительными стальными пружинами 9.