ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование и разрушение плеНеподвижные контакты из "Материалы в приборостроении и автоматике " Основной задачей теории контактирования является анализ статических и динамических процессов, происходящих на рабочей поверхности контактов. Сюда относятся вопросы определения переходного сопротивления и нагрева контактов, образования и разрушения пленок, электротермической эрозии и переноса материала, а также вопросы борьбы со слипанием и свариванием контактов. [c.271] По величине и форме шероховатости (в зависимости от способов обработки поверхности) могут быть весьма разнообразны. Поэтому при выводе формулы переходного сопротивления приходится делать некоторые допущения. Например, площадки действительного соприкосновения приходится считать круглыми и одинаковыми по величине, а распределение линий тока в теле контакта — радиальным (рис. 2). При этих условиях линии тока распределяются аналогично линиям электростатического поля заряженной круглой пластинки. [c.271] Для выведения формулы переходного сопротивления точечного контакта пользуются тем обстоятельством. [c.271] Однако значения, вычисленные по этой формуле, ниже тех, которые наблюдаются в действительности. Так, для меди р = 1,7-Ом-см и ос = = 45 000 МПа, откуда кси = 1-10 . [c.272] Если увеличивать ток, а следовательно, и падение напряжения, то переходное сопротивление сначала возрастает в результате увеличения температуры соприкасающихся выступов, а затем, по достижении некоторого критического значения Д /кр резко падает. Это объясняется размягчением материала выступов, вследствие чего резко увеличивается площадь действительного соприкосновения контактов. Опытом установлено, что критическая величина падения напряжения зависит только от материала контактов и не зависит от силы нажатия. Это дает возможность выбирать допустимую величину ДУдоп падения напряжения, при котором температура контактов не превышает заданную. Зависимость между ДУдоп и Д 7нр легко установить исходя из энергетического баланса Рц = Рф где Рн — мощность, затрачиваемая на нагрев Ро — мощность, отводимая путем охлаждения. [c.274] Переход от применения маломощных контактов к использованию контактов средней и большой мощности может быть осуществлен без изменения формы контактов. Однако при этом необходимо увеличивать не только силу нажатия, но и геометрические размеры контактов, чтобы их поверхность была достаточна для интенсивного отвода тепла от переходного слоя в окружающую среду. Поэтому нередко контакты рассчитывают по кажущейся плотности тока /, т. е. по величине отношения силы тока к кажущейся площади соприкосновения. У коммутационной аппаратуры / в среднем равно 0,1—0,15 А/мм . Однако на практике встречаются надежно работающие контакты, у которых кажущаяся плотность тока значительно отличается от приведенной величины. Окончательный выбор кажущейся плотности тока и размеров контактов следует устанавливать на основании опытной проверки. [c.275] Пленки, возникающие на рабочей поверхности контактов, могут быть органического и неорганического происхождения. Образованию пленок способствуют электрические разряды при коммутации контактов, но пленки могут возникать и на разомкнутых контактах. Источником материала пленок являются органические и неорганические пары и газы, содержащиеся в окружающей атмосфере и химически активные компоненты материала контактов. [c.275] Пленки уменьшают слипание и трение между контактами, но увеличивают переходное сопротивление. При отсутствии электрических разрядов механизм образования пленок в общих чертах заключается в следующем. Молекулы окружающих газов и паров адсорбируются поверхностью контакта. Через некоторое время эти молекулы диссоциируют при одновременном электронном обмене с адсорбирующей средой (химическая адсорбция). Ионы металла освобождаются из пространственной решетки и вступают в соединения с химически адсорбированными ионами газа, образуя пленку, равномерно покрывающую поверхность контакта. [c.275] При наличии электрических разрядов механизм образования пленок усложняется. Под влиянием высокой температуры разрядов возникают стекловидные смешанные окислы и нитриды, образующие неравномерные по толщине пленки, локализованные вблизи мест разрядов. Последующие разряды могут вызвать частичное разложение пленок и очищение контактной поверхности, но в большинстве случаев скорость образования пленок выше скорости очищения даже на контактах из благородных металлов. Наличие пленки существенно изменяет величину переходного сопротивления контактов. Ниже приведены значения удельного сопротивления некоторых окислов, часто образующихся на поверхности контактов. [c.275] Если /к /о, то при размыкании возникает дуга, кратер образуется на катоде, а выступ, имеющий форму бугорка, — на аноде. При замыкании в этом случае по-прежнему возникает искра и перенос происходит с анода на катод, но менее интенсивно, чем при размыкании, а результирующий перенос происходит с катода на анод. Если же ток /к значительно больше, чем /о, то картина переноса при размыкании снова меняется, и выступ образуется на катоде. Перенос в этом случае становится наиболее интенсивным, а эрозия распространяется почти по всей поверхности контактов. Картина переноса при замыкании контактов по-прежнему остается неизменной. Результирующий перенос направлен с анода на катод. [c.276] Сваривание и спекание. Кроме перечисленных видов износа выход контактов из строя может вызываться также их свариванием и спеканием. Сплошное соединение материала обоих контактов в одно целое называется свариванием. Обычно сваривание происходит на небольшом участке поверхности контакта вследствие нагревания места соприкосновения контактов при длительном прохождении слишком сильного тока. В момент сваривания площадь соприкосновения контактов значительно возрастает в результате размягчения материала. Сопротивление в месте сваривания при этом падает, металл остывает и довольно прочно сцепляется с металлом другого контакта. У маломощных контактов сваривание может произойти и без длительного прохождения слишком сильного тока, например при дребезжании контактов и при их работе в емкостных цепях, когда в момент замыкания образуется короткая дуга. [c.278] Спеканием называется соединение материала контактов металлическим мостиком, который пронизывает непроводящую пленку окислов, разделяющую контакты. Это явление происходит в результате пробоя изолирующей пленки, чаще всего при малых контактных давлениях, недостаточных для механического разрушения пленки. При спекании металл контактов сцепляется значительно менее прочно, чем при сваривании. [c.278] Наименее подвержены свариванию и спеканию контакты из вольфрама благодаря его тугоплавкости и хрупкости. Сваривание вольфрамовых контактов происходит редко, а место сваривания характеризуется малой прочностью. Наиболее подвержены свариванию контакты из серебра, которые по этой причине не могут применяться в случае, если сила тока превышает 100 А. [c.278] Зажимные контакты сконструированы так, что их можно собирать и разбирать без разрушения отдельных частей. Они предназначены для длительного неподвижного соединения проводников и представляют собой различного рода зажимы, болты, винты (шины соединяют на болтах и на винтах, а провода при помощи промежуточного устройства, например зажима). Сопротивление контакта зависит от состояния поверхности проводников и контактного давления. [c.278] Цельнометаллические контакты. Контакт осуществляется пайкой или сваркой соединяемых проводников. При этом отсутствует физическая граница, разграничивающая оба проводника. Ток проходит через промежуточный слой, состоящий из сплавленного металла проводников (при сварке) или сплава металла проводников с припоем (при пайке). Сопротивление контактов не зависит от давления. Промежуточные сплавы, образованные припоем с материалом контакта, повышают сопротивление, но оно в несколько раз меньше, чем сопротивление зажимного контакта при оптимальном давлении. [c.278] Материалами для неподвижных контактов служат медь, алюминий, цинк и сталь в виде проводов и шин, соединяемых пайкой (цельнометалли ческие). Главным требованием к неподвижному (зажимному) контакту является малое и стабильное сопротивление контакта, отсутствие в нем перегревов. Материалы контактов должны быть коррозионно устойчивы. [c.278] Для зажимных контактов применяют покрытия, защищающие их от коррозии и обеспечивающие малое переходное сопротивление при невысоких контактных давлениях (лужение, цинкование, кадмирование, серебрение). [c.278] В случае соединения неподвижных контактов пайкой применяют обычные методы паяния. Припои выбирают в зависимости от материала проводов. [c.278] Вернуться к основной статье