Типы контактных соединений

Точка-точкаНазвание Точечные соединения, которое подразумевает, что контакт осуществляется в одной точке. Они успешно используются для соединения проводов в цепях с малыми токами. Для снижения контактного сопротивления в качестве материалов используются металлы, не образующие оксидов.

Электрические контакты

Электрический контакт В электротехнике – точка, где две или более частей проводящих материалов вступают в контакт друг с другом и где токоведущие части электрической цепи соединяются так, что по ним может течь электричество.

В зависимости от формы и площади соприкосновения между поверхностями контактных частей электрические контакты можно разделить на:

Контактное лицо .Их название подразумевает, что контакт происходит в одной точке. Они успешно используются для соединения проводников в цепях с малыми токами. Для снижения переходного сопротивления контакта в качестве материалов используются металлы, не образующие оксидов.

Линейный. В этих контактах возможна большая степень контактного давления, чем в точечных контактах. Материалом для последнего является медь. Контактными частями являются цилиндр и контактная часть, по поверхности которой прокатывается линия.

Поверхность – контакт между двумя поверхностями. Высокое качество контакта обусловлено большой площадью поверхности и степенью усадки контактирующих частей, что делает этот способ соединения наиболее часто используемым для коммутации больших токов в цепях.

Основными типами контактных соединений являются. Следующие типы определяются по конструкции и назначению:

– Неподвижные – соединители (болтовые, паяные, сварные и т.д.) проводников); – Скользящие (например, лабораторные трансформаторы типа ЛАТП, реостаты, соединение графитовой щетки с коллектором электродвигателя и т.д.); – Коммутационные – основные компоненты коммутационных элементов, реализующих включение, выключение и коммутацию электрических цепей.

Последние могут находиться в замкнутом состоянии (в этом случае электрическая цепь с данным коммутационным соединением будет включена) или разомкнутом (соответственно цепь будет выключена).

Существует множество типов переключающих контактов: пальчиковые контакты (контакт осуществляется между неподвижным пальцем и подвижным лезвием), втулочные контакты (используются в выдвижных переключателях), усеченные контакты (между плоской контактной частью и двумя пружинными контактами, используются в выключателях, разъединителях и других переключающих устройствах), концевые контакты, гнездовые контакты, щеточные контакты (скользящие контакты) и т.д.

Это соединение обладает как хорошей электропроводностью благодаря использованию меди или серебра, так и высокой температурой плавления благодаря использованию вольфрама или молибдена.

Контакты в электроустановках и оборудовании

Контакты в электроустановках и оборудованииСоединение отдельных компонентов, составляющих электрическую цепь, называется электрическим контактом.

Электрический контакт – это комбинация проводников, которая позволяет протекать электрическому току. Проводники тока, образующие контакт, называются контактными телами или положительными и отрицательными контактами, в зависимости от того, к какому полюсу источника тока они подключены.

Слово “контакт” означает “соприкосновение”, “прикосновение”. В электрической системе, соединяющей различные аппараты, машины, линии и т.д., для их соединения используется большое количество контактов. Качество контактных соединений в значительной степени определяет надежность оборудования и систем.

Классификация электрических контактов

Электрические контакты могут быть как неподвижными, так и подвижными. Фиксированные контакты бывают разъемными или неразъемными и предназначены для длительного соединения проводников. Разъемные контакты выполняются с помощью зажимов, винтов, болтов и т.д., неразъемные – с помощью пайки, сварки или клепки. Подвижные контакты делятся на раздвоенные (контакты реле, кнопок, переключателей, контакторов и т.д.) и скользящие (контакты между коллектором и щетками, контакты переключателей, потенциометров и т.д.).

Самый простой тип электрического контакта – это пара контактов. Более сложным типом контакта, например, является контакт, образующий двойную параллельную цепь или двойную последовательную цепь (последний называется мостовым контактом). Контакт, который переключает цепь при срабатывании устройства, называется переключающим контактом. Коммутационный контакт, который разрывает цепь при переключении, называется перекидным, а тот, который не разрывает цепь при переключении, называется тумблером.

В зависимости от формы электрические контакты делятся на:

точечные контакты (точка-плоскость, сфера-плоскость, сфера-сфера), которые обычно используются для чувствительных приборов и реле, коммутирующих небольшие нагрузки;

линейный – используется с контактами с цилиндрическим корпусом и щеточными контактами;

планарные – используются в высокотоковых коммутационных аппаратах.

Контакты обычно устанавливаются на плоских пружинах, так называемых контактных пружинах (из дисульфидной бронзы, фосфористой бронзы, бериллия, реже из стали), к которым предъявляются высокие требования в отношении неизменности механических свойств в течение всего срока службы устройства, часто исчисляемого десятками миллионов циклов и более. Выполненный как отдельный блок, набор пружин, переключающихся одновременно, образует контактную группу (или пакет).

Особенности электрических контактов

Контакты остаются в контакте не по всей поверхности, а только в отдельных точках, из-за шероховатости поверхности контакта, независимо от точности обработки. Почти независимо от типа контакта, соприкосновение компонентов всегда происходит на небольших поверхностях.

Причина этого заключается в том, что поверхность контактных элементов не может быть идеально плоской. Поэтому, практически говоря, при контакте поверхностей сначала в контакт вступают несколько выступающих вершин (точек), а затем, по мере увеличения давления, материал контакта деформируется, и эти точки превращаются в небольшие выступы.

Линии электрического тока, протекающего от одного контакта к другому, проводятся в направлении этих точек контакта. Поэтому контакт вносит дополнительное контактное сопротивление Rk в коммутируемую цепь.

Если на контактную поверхность нанесено покрытие, то Rk увеличивается. Однако очень тонкие пленки (до 50 A) не влияют на контактное сопротивление из-за туннельного эффекта. Более толстые пленки могут быть разрушены силой прикосновения или приложенным напряжением.

Электрическое прерывание пленок в месте контакта называется фриттованием. Если пленки не разрушены, то R k в основном определяется сопротивлением пленки. Сразу после зачистки контакта, при достаточной контактной силе и напряжении в контактной цепи, его сопротивление определяется в основном сопротивлением участков трения.

Переходное сопротивление является одним из основных параметров качества электрических контактов, поскольку оно характеризует количество энергии, поглощенной в контактном соединении, которая преобразуется в тепло и нагревает контакт. На переходное сопротивление может сильно влиять обработка контактных поверхностей и их состояние. Например, быстро образующийся оксидный слой на алюминиевых контактах может значительно увеличить переходное сопротивление.

Контакты релеПри прохождении тока через контакты они нагреваются, причем самая высокая температура возникает на поверхности контакта из-за контактного сопротивления. Нагрев контакта увеличивает удельное сопротивление материала контакта и, следовательно, переходное сопротивление контакта.

Кроме того, повышение температуры контакта способствует образованию оксидов на поверхности контакта, что еще больше увеличивает контактное сопротивление. Хотя при повышении температуры материал контакта может немного размягчиться, из-за увеличения площади контакта этот процесс обычно приводит к разрушению контакта или сварного шва. Последнее, например, очень опасно в случае нормально разомкнутых контактов, так как это приведет к тому, что аппарат с такими контактами не сможет обесточить цепь. По этой причине для различных типов контактов установлена определенная предельная температура для непрерывного протекания через них тока.

Для уменьшения нагрева можно увеличить массу металла контакта и охлаждающей поверхности контакта, чтобы увеличить теплоотдачу. Для снижения сопротивления контакта следует увеличить контактное давление, выбрать подходящий материал контакта и тип контакта.

Например, рекомендуется, чтобы НО контакты, предназначенные для использования вне помещений, были изготовлены из материалов, не подверженных окислению, или имели антикоррозийное покрытие на своей поверхности. К таким материалам относится, например, серебро, которое может быть использовано для покрытия контактной поверхности.

Медные контакты, которые не могут быть открыты, можно лудить (луженые поверхности труднее окисляются). Для этой же цели используется покрытие контактной поверхности смазкой, например, вазелином. Контакты, погруженные в масло, хорошо защищены от коррозии без необходимости принятия других специальных мер. Используется в выключателях, погруженных в масло.

Работа любого электрического выключателя состоит из 4 этапов – размыкание, замыкание, замыкание и размыкание – каждый из которых влияет на надежность контакта.

В открытом состоянии электрический контакт подвергается воздействию внешней среды, в результате чего на его поверхности образуются пленки.

В замкнутом состоянии, когда контакты прижимаются друг к другу и через них проходит ток, они нагреваются и деформируются; при определенных условиях, если контакты перегреваются, может произойти сваривание.

При замыкании и размыкании контактов происходят явления перемыкания или разряда, сопровождающиеся испарением и переносом металла с контакта, изменяя его поверхность. Кроме того, возможен механический износ контактов из-за ударов и скольжения между ними.

Если контакты сближаются, даже при относительно низком напряжении питания, градиент поля становится настолько большим, что электрическая прочность зазора нарушается и происходит отказ. Если на поверхности контакта присутствуют посторонние частицы, особенно содержащие углерод, контакт испаряется и создает условия для разряда.

Открытие обычно является самым сложным этапом электрического контакта. В зависимости от параметров цепи (R, L и C) и величины приложенного напряжения, размыкание вызывает явления, которые могут привести к износу контактов. Если напряжение в цепи больше, чем напряжение Uбар, при котором металл контакта плавится, так как по мере их распространения сила контакта, а значит и площадь контакта, будет уменьшаться, а сопротивление и температура увеличиваться.

Когда температура превышает температуру плавления металла, между контактными поверхностями образуется мостик из расплавленного металла, который постепенно расширяется и затем разрывается в самой горячей точке. Высокая температура, при которой происходит разрушение моста, способствует образованию разрядов.

Мост существует независимо в омических цепях только при напряжении питания ниже напряжения дуги. Однако если в цепи присутствует индуктивность, то наводимые ею при прерывании тока импульсы способствуют возникновению искры при токах меньше дугообразующего тока и дуги при токах больше дугообразующего тока. Поскольку индуктивность почти всегда присутствует в цепи, мосты обычно сопровождаются разрядами. Минимальное напряжение искры при электрическом контакте составляет 270-300 В.

Цельные контактыКонтакты всех типов должны обеспечивать не только длительную работу без недопустимого перегрева в нормальных условиях, но и требуемую тепловую и электродинамическую стойкость в условиях короткого замыкания. Подвижные НЗ контакты также не должны повреждаться под воздействием высокой температуры электрической дуги, возникающей при их размыкании, и должны надежно замыкаться без сварки или плавления при коротком замыкании. Рассмотренные выше меры также способствуют выполнению этих требований.

Контакты из кермета, представляющего собой смесь измельченных медно-вольфрамовых или молибден-серебряно-вольфрамовых порошков, особенно хорошо сопротивляются разрушительному воздействию электрической дуги.

Это соединение обладает как хорошей электропроводностью благодаря использованию меди или серебра, так и высокой температурой плавления благодаря использованию вольфрама или молибдена.

Существует и другой способ устранения существующего противоречия, который заключается в том, что материалы с хорошей электропроводностью (серебро, медь и т.д.), как правило, имеют относительно низкие температуры плавления, в то время как тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден) обладают низкой электропроводностью. В этом случае используется двойная контактная система, в которой рабочие и гасящие контакты соединены параллельно.

Рабочие контакты изготовлены из высокопроводящего материала, дугогасительные контакты – из огнеупорного материала. В нормальном режиме работы, когда контакты замкнуты, большая часть тока протекает через рабочие контакты.

Контакты контакторовПри размыкании цепи сначала размыкаются рабочие контакты, а затем дугогасительные. Поэтому цепь фактически прерывается дугогасительными контактами, для которых даже ток короткого замыкания не представляет большой опасности (для больших токов короткого замыкания дополнительно используются специальные дуговые устройства).

При включении цепи сначала замыкаются дугогасительные контакты, а затем рабочие контакты. Таким образом, рабочие контакты не прерывают или полностью замыкают цепь. Это исключает риск плавления и сварки.

Чтобы исключить возможность самопроизвольного размыкания контактов под действием электродинамических сил при протекании тока короткого замыкания, контактные системы сконструированы таким образом, что электродинамические силы обеспечивают дополнительное давление на контакты в этих условиях и предотвращают возможное расплавление и сваривание контактов при переключении короткого замыкания – ускоренное переключение.

Для того чтобы исключить риск значительной упругости контактной поверхности, предварительное давление на контакт осуществляется с помощью специальных пружин. Это обеспечивает как высокую скорость переключения, так и устранение возможных вибраций, поскольку пружина предварительно сжимается, и контактное усилие начинает увеличиваться не с нуля, а с определенного заданного значения после контакта.

Подвижные НЗ контакты также не должны быть повреждены высокой температурой электрической дуги, возникающей при их размыкании, а также не должны быть способны надежно замыкаться без сварки или плавиться при коротком замыкании. Рассмотренные выше меры также способствуют выполнению этих требований.

Разрушающим контактам электрической дуги особенно хорошо противостоит кермет, представляющий собой смесь измельченных порошков меди и вольфрама или молибдена и серебра и порошков вольфрама.

Такое соединение обладает как хорошей электропроводностью благодаря использованию меди или серебра, так и высокой температурой плавления благодаря использованию вольфрама или молибдена.

Конструкция основных контактов для электрических установок и оборудования

Основные конструкции контактов для электрических установок и оборудования

Постоянные (жесткие) неразборные контактные соединения должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить надежное удержание контактной поверхности и минимальное контактное сопротивление. Шинопроводы лучше соединять несколькими болтами меньшего диаметра, чем одним большим болтом, так как это обеспечивает больше точек контакта. При ламинировании шин переходное сопротивление ниже, чем при использовании сквозных болтов, для которых необходимо сверлить отверстия в шинах. Высокое качество контактного соединения обеспечивается сваркой шин.

Болтовые соединения сборных шин

НЗ подвижные контакты являются основным компонентом распределительных устройств. Помимо общих требований ко всем контактам, они должны быть дугостойкими, надежно включать и выключать цепь в случае короткого замыкания, а также выдерживать определенное количество переключений без механических повреждений.

Самый простой контакт этого типа – разделочный нож. При включении подвижное лезвие входит между неподвижными подпружиненными губками. Недостатком этого типа плоского контакта является то, что контактные поверхности соприкасаются в нескольких местах из-за неровности этих поверхностей.

Для достижения линейного контакта на ножевых планках штампуются полуцилиндрические выступы, а для увеличения давления планки сжимаются зажимом из пружинной стали. Контакты режущего типа чаще всего используются в разъединителях и разъединителях.

Контакты пальчикового типа чаще всего используются для выключателей и разъединителей.

Контактная часть самоустанавливающегося контакта штыревого типа выполнена в виде штырей, у пластинчатого контакта – в виде пластин, у торцевого контакта – в виде плоского конца, у гнездового контакта – в виде реек (сегментов), у щеточного – в виде щеток, собранных из гибких тонких медных или бронзовых пластин.

Во многих конструкциях эти контактные части могут изменять свое положение по отношению к неподвижным контактам в ограниченных пределах. Для их безопасного электрического подключения предусмотрены гибкие токовые соединители.

Пружинистость размыкающих контактов и требуемое усилие контакта обычно достигается с помощью пластинчатых или спиральных пружин.

Для аппаратов свыше 1000 В на различные токи в качестве рабочих и дуговых контактов используются пальцевые и розеточные контакты, а в качестве рабочих контактов – ламельные контакты. Концевые контакты используются при напряжении 110 кВ и выше, при токах не более 1 – 1,5 кА в качестве рабочих и дугогасящих контактов. Щеточные контакты используются для различных напряжений и высоких токов, но только в качестве рабочих контактов, поскольку относительно тонкие пластины щеток могут быть повреждены дугой.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!

Электрический контакт – это когда два или более проводников соприкасаются друг с другом, обеспечивая переход от одного проводника к другому. Наличие электрического контакта называется контактом.

Классификация и конструкция контактов и контактных соединений

Контакты делятся на два типа:

  • – Переключение (размыкание), при котором одна контактная часть отделяется от другой так, что электрическая связь между ними разрывается;
  • – Неразборные, в которых одна контактная часть скользит по другой без разрыва электрического соединения между ними. Контактные части могут перемещаться скользящим образом (скользящий контакт) или катящимся образом (катящийся контакт).

Как переключающие, так и непереключающие контакты состоят из двух частей – неподвижного контакта и подвижного контакта.

Неподвижный контакт – это контакт, который жестко или гибко соединен с неподвижной частью устройства. Подвижный контакт – это контакт, который соединен с подвижными частями устройства и который перемещается относительно неподвижного контакта.

Коммутационные контакты делятся на главные и дугогасящие в зависимости от их назначения для проведения тока. Главные контакты предназначены для пропускания номинального тока в непрерывном или других режимах, на которые рассчитано устройство, но не предназначены для открытия дуги. Дугогасящие контакты предназначены для размыкания электрической цепи, в том числе в присутствии электрической дуги. Они замыкаются перед основными контактами и размыкаются после них. Во многих приборах функции главного и дугогасящего контактов объединены в один контакт.

Электрические аппараты оснащены контактами, которые не участвуют в проведении основного тока, но выполняют дополнительные функции. Эти контакты являются вспомогательными.

Контакты подразделяются в зависимости от их конструкции на:

  • – концевые контакты (стыковые контакты);
  • – выключенные контакты;
  • – розетка;
  • – роликовые контакты.

Торцевые контакты контактируют без перемещения поверхности неподвижного контакта относительно поверхности подвижного контакта (без зазора).

Гнездовые контакты – это контакты, в которых подвижные или неподвижные контакты выполнены в виде пластин.

Гнездовой контакт имеет подвижный контактный стержень и ряд сегментов (ламелей), которые образуют неподвижный контакт.

Роликовые контакты – это контакты, в которых один из контактов (подвижный или неподвижный) выполнен в виде ролика.

На рисунке 4.1 показана структура различных типов контактов.

Контакты могут быть самоустанавливающимися с несколькими степенями свободы и могут сами выбирать точку контакта. Несамоустанавливающиеся

Варианты исполнения контактов

Рисунок 4.1: Схемы контактов: а – с пружинным контактом; б – с гибкой подводкой; в – с пружинным контактом; d – со вставным контактом: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 – пружинный контакт; 4 – гибкое соединение; 5 – неподвижная часть: / – растворение контакта; /, – разрушение контакта Контакты имеют одну степень свободы, и точка контакта для них оказывается “принудительной”.

По направлению движения подвижных контактов аппараты делятся на прямолинейные контактные системы (рис. 4.1, в) и поворотные контактные системы (рис. 4.2).

Поворотная контактная система

Рис. 4.2. Поворотная контактная система:

/ – мобильный контакт; 2 – неподвижный контакт

В устройствах с прямой контактной системой подвижные контакты называются мостовыми. Они образуют два разрыва на каждом полюсе. В основном они используются для токов до 100 А. Они не допускают проскальзывания и скатывания. В устройствах с вращающейся контактной системой подвижные контакты называются рычажными. Они движутся по радиусу. Подвижные контакты соприкасаются с поверхностью неподвижных контактов до того, как подвижная система достигнет конечного положения. Поэтому с момента контакта до достижения конечного положения контакты перекатываются и скользят друг по другу. Если контакты достаточно сильно прижаты друг к другу, оксидный слой и примеси удаляются. Контакты самоочищаются.

Контакты могут контактировать и гаситься электрической дугой в воздухе, газе, масле или вакууме. Сами коммутационные устройства часто называются в соответствии с их контактной средой. К выключателям с воздушной изоляцией относятся выключатели на напряжение свыше 1000 В и выключатели на напряжение до 1000 В. В выключателях с элегазовой изоляцией контакт происходит в атмосфере изолирующего газа (гексафторид серы). Это инертный газ, который не реагирует с кислородом и плохо разлагается при воздействии электрической дуги. Элегантные выключатели используются при напряжении свыше 1000 В. В масляных выключателях контакт происходит в среде трансформаторного масла. Когда контакты замыкаются, масло вытесняется с поверхности контакта, а когда контакты размыкаются и возникает дуга, оно способствует гашению дуги. Вакуумные контакты используются в вакуумных выключателях с напряжением свыше 1000 В и в слаботочных устройствах с напряжением до 1000 В. Контакты для низкоточных вакуумных приборов называются герметичными (герконы), а сами приборы – герконами (реле, пускатели).

Особое место занимают жидкометаллические контакты, где контакт происходит в жидкометаллической среде.

Поверхности проводников, по которым ток течет от одного проводника к другому, называются контактными поверхностями. Контакты делятся на три типа в зависимости от типа контактной поверхности: точечные, линейные и плоские (рис. 4.3).

Типы контактов

Рисунок 4.3: Типы контактов: а – точка; 6 – линейный; в – планарный

При точечном контакте контакт происходит в одной точке (например. Сфера-сфера, сфера-плоскость, конус-плоскость). При линейном контакте контакт происходит по линии (цилиндр-цилиндр, цилиндр-плоскость). При плоском контакте контакт происходит вдоль плоскости.

Контактные соединения можно разделить на разъемные, неразъемные и неразделимые. Разъемные соединения выполняются с помощью винтов, штифтов или зажимов. Разъемные соединения используются для соединения отдельных частей токовых цепей оборудования, для соединения шин с выводами оборудования, для соединения шин или других проводников друг с другом. Разъемные соединения обеспечиваются пружинами или пружинными деталями. Конструкции контактных соединений показаны на рисунке 4.4.

Соединение круглых проводников между собой и с плоскими проводниками может быть выполнено с помощью конической гильзы, с помощью переходных наконечников. Соединение плоских проводников с шинами и плоских проводников друг с другом осуществляется с помощью винтов. Пружинные шайбы используются в съемных контактных соединениях для обеспечения стабильного контакта, а также в

Контактные конструкции

Рисунок 4.4: Конструкции контактных соединений: а – болтовое соединение круглого проводника с шиной; б – болтовое соединение двух шин; в – соединение круглых проводников с помощью конической втулки

использование алюминия в качестве проводящего материала – тарельчатые пружины.

Неразъемные соединения выполняются с помощью электродуговой сварки, холодной сварки, пайки или клепки соединяемых деталей. Заклепки не рекомендуется использовать для контактных соединений, подверженных токам короткого замыкания, так как они ослабевают, снижается надежность контактов и они перегреваются при воздействии токов короткого замыкания.

Пружинные элементы или гибкие крепления могут использоваться в устройствах для передачи тока к контактам от основного проводника (см. рис. 4.1). Соединения между этими компонентами и проводами и контактами могут быть съемными или несъемными.

Электрический контакт это точка контакта между двумя или более проводящими частями, где ток течет от одной части к другой. Узел с этими частями также называется электрическим контактом.

Типы и виды электрических контактов

Электрический контакт – это это место, где две или более проводящие части соприкасаются друг с другом и где ток течет от одной части к другой. Узел с этими частями называется электрическим контактом.

В общепринятой практике электрические контакты делятся на три типа, в зависимости от способности контактных частей (контактов) перемещаться во время работы ЭП. Этот контакт может быть внутренняя, скольжение или съемный.

Неразборные контакты определяются как сборки токопроводов, части которых не перемещаются относительно друг друга, но остаются надежно закрепленными во время работы ЭП. Обычно ЭП подключается к внешним электрическим цепям с помощью неразмыкаемых контактов. Они могут быть делимыми, разделяемыми или неразделяемыми.

В скользящих контактах одна часть контакта перемещается относительно другой части без нарушения электрического соединения между частями. Например, электрический контакт между неподвижной частью устройства и вращающейся частью часто осуществляется с помощью щетки и кольца, расположенных на неподвижной и вращающейся частях ЭП, соответственно.

Размыкание контактов происходит при воздействии на электроусилитель, а размыкание – при соприкосновении и разрыве электрической цепи. Эти контакты известны как переключающие контакты. Коммутационные контакты классифицируются как нормально разомкнутые, нормально замкнутые и нормально переключающие.

На рисунке 2.1 показана иллюстрация символов контактов, которые различаются тем, как одна часть контакта может перемещаться относительно другой части контакта во время работы ЭП.

Комбинация нескольких электрических контактов устройства с дугогасительными устройствами и другими вспомогательными деталями называется контактная система (CS) устройства.

Площадь контакта соприкасающихся частей называется “кажущейся” и фактической площадью контакта. Из-за шероховатости поверхности (неровностей и впадин) детали соприкасаются не на всей видимой площади, а на отдельных небольших участках, образующих фактическую площадь контакта. Количество таких зон зависит от геометрических форм контактирующих поверхностей, сил FК прижатие одной детали в контакте с другой, прочность материала детали.

В зависимости от видимой площади контакта условно различают три типа контактов: точка, линейный, планарный. Соответственно, видимый контакт контактных частей происходит в точке (на микропластине), вдоль линии и на плоскости (на поверхности).

Все три типа переключающих контактов используются в электрооборудовании.

Основные характеристики переключающих контактов

В зависимости от конструкции различают надмостовые, язычковые, гнездовые, роликовые и стыковые контакты.

Чтобы проиллюстрировать параметры главного переключающего контакта, возьмем в качестве примера мостовой контакт. Иллюстрация мостового контактного узла показана на рисунке 2.2.

Контактный узел состоит из неподвижных контактных полос 1, электрически соединенных контактной перемычкой 2. Контактные части 1 и 2 образуют электрический контакт.

Мост 2, толкатель 3 и контактная пружина 4 сформировать мобильное контактное устройство (MCU) 5. пределы движения (ρ) СКУ условно ограничены заштрихованными треугольниками.

В случае разомкнутого положения контактов (рис. 2.2a), между контактными частями образуется зазор необходимого размера δ>0. Минимальное расстояние между открытыми контактными поверхностями называется решение (δр) контакта.

Для обеспечения надежного контакта контактных частей при замыкании контакта кинематика панели управления такова, что контактные части соприкасаются до того, как толкатель подвижного блока достигнет упора. В результате контактный мост останавливается при соприкосновении с контактными шестернями, а толкатель продолжает двигаться в том же направлении до упора, сжимая контактную пружину. После удаления неподвижных контактных шин, когда толкатель находится в конечном положении при замкнутом контакте, контактный мост перемещается на расстояние, известное как зазор между контактами зазор между контактами.

На рисунке 2.2b показан контакт в замкнутом положении и диаграмма, объясняющая понятия размыкания и разрушения контакта.

Когда контакт разомкнут (рис. 2.2a), контактная пружина в контактном узле подвижной контактной системы сжимается на ΔlН (м) относительно его свободной длины. Это приводит к так называемому начальному контактному давлению начальное контактное давление (контактная сила)

(Н),

где c – жесткость контактной пружины (Н/м).

Когда контакт замкнут и толкатель перемещается к верхнему упору (рис. 2.2b), сила контакта увеличивается до

за счет дополнительного сжатия пружины на ΔlК. Force FKK называется конечное контактное давление.

Раствор, зазор, начальное давление, конечное давление – это основные параметры электрического контакта. Gap δ (0≤δδp) и контактное давление FK (0 ≤ FKFKK) являются входными управляющими воздействиями для переключающего контакта, поскольку его выходное воздействие на электрическую цепь, а именно сопротивление, введенное в цепь RK зависит от этих параметров.

На рис. 2.3a показана схема контактного блока и устройств, с которыми он взаимодействует (они показаны пунктирными линиями).

Работа подвижной части контактного блока SCU для замыкающего контакта QC иллюстрируется характеристиками управления на рисунке 2.3b. Значение сопротивления RK зависит не только от прессы FK но и на размер зазора δ если на контакте возникает дуга при δ>0 и FK =0 (см. 2.4 и 2.5). Сопротивление RK может принимать небольшое значение, когда зазор δ>0 и дуга зажигается.

Характеристика управления переключающим контактом QC (функция RK z FK и δ) зависит от коммутируемого в нем тока и падения напряжения на контакте. Ток и напряжение в цепи являются мешающими воздействиями КК. Влияние этих мешающих воздействий показано пунктирной стрелкой на блок-схеме (рис. 2.3a).

7. СЛИПАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Два треснувших контакта при сжатии в течение определенного периода времени могут прилипать друг к другу и оставаться в таком положении после снятия сжимающего усилия. Это явление объясняется сближением структур кристаллических решеток двух контактов, а также тепловыми эффектами, возникающими в материале контакта.
Возможно, что электрически ненагретые контакты и электрически нагретые контакты прилипают друг к другу.

Электрические контакты

Электрический контакт – это соединение между двумя проводниками, обеспечивающее надежное протекание тока. Электрический контакт должен передавать электрическую энергию от одного устройства к другому без заметных потерь. Для достижения надежного электрического контакта к соприкасающимся поверхностям необходимо приложить определенное сжимающее усилие, чтобы размер проводящей поверхности достиг необходимого значения.
Электрические контакты работают в широком диапазоне условий при коммутации электрических цепей, пропуская токи от долей микроампера до тысяч или десятков тысяч ампер. Конечно, дизайн, форма и размеры контактной поверхности, а также материалы, из которых они изготовлены, могут сильно различаться.
Электрические контакты обычно делятся на три типа: неподвижные, скользящие и ломаные.
Классификация электрических контактов основана на условиях, при которых они работают в электрических цепях, т.е. на характере коммутации тока.
Фиксированные контакты Не переключайте токи вообще, создавая тем самым постоянное соединение, или переключайте их нечасто. Постоянные контакты – это либо неподвижные контакты (сварные, паяные), либо гнездовые контакты (обжимные, штепсельные). Характеристики сварных и паяных постоянных контактов заключаются в отсутствии заметного износа и длительном сроке службы.
Также наблюдается небольшой износ контактов клемм, но не контактов штекера, которые имеют ограниченный срок службы. Примерами сварных контактов являются соединения проводов и кабельных жил воздушных линий. Паяные контакты широко используются при сборке многих типов электроизлучающих компонентов в электрических приборах и оборудовании.
Обжимные контакты используются в низковольтном и высоковольтном оборудовании для распределения электроэнергии (распределительные щиты, панели управления и т.д.).
Также широко используются вставные разъемы. Они используются для соединения цепей отдельных узлов, блоков, приборов и аппаратов в стационарном и мобильном наземном и передвижном оборудовании и в бортовом оборудовании самолетов.
Скользящие контакты используются для создания цепей постоянного тока между подвижными и неподвижными частями электрических машин, аппаратов и приборов. К контактам скольжения относятся, например коллекторы, кольца и щетки в электрических машинах, обмотки и направляющие в реостатах и потенциометрах. Скользящие контакты в электрических машинах характеризуются постоянным трением и быстрым износом контактных поверхностей.
Разрывные контакты используются для периодического переключения цепей путем выполнения, прерывания или переключения операций. Они характеризуются способностью создавать или разрывать электрические цепи в сложных условиях. Это обычно приводит к возникновению электрической дуги или искрению, которые постепенно разрушают контактные поверхности. Нарушение контакта может произойти в результате:
– коррозия, вызванная химической реакцией при возникновении искры или дуги;
– эрозия, перенос металла с контакта на контакт под действием электрического тока;
– Износ, вызванный специфической природой разрывных контактов, т.е. ударом и трением одного контакта о другой.
Большое количество электрических устройств (реле, контакторы, переключатели) основано на использовании нормально разомкнутых контактов.

2. НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Надежность электро- и радиооборудования, и в частности электрических контактов, – это свойство непрерывно функционировать, по крайней мере, со стабильностью, установленной техническими условиями. Другими словами, надежность – это безотказная работа. Надежность электрического контакта определяется как вероятность P выполнения его основной задачи, например, замыкания цепи в течение заданного времени. Надежность контактов полностью не гарантируется; возможны отказы по химическим (образование непроводящих слоев), термическим, электрическим (перегрев и разрушение) и механическим (поломка) причинам.
Возможные сбои электрических контактов трудно предсказать. Как правило, они относятся к случайным явлениям. Количественные и качественные изменения как внутри, так и вне контактной пары (коррозия, эрозия, чрезмерный ток или повышение температуры, удары, импульсы, вибрации) могут привести к внезапному отказу.
Помимо внезапных отказов, наблюдаются явления постепенного накопления дефектов, приводящие к прекращению эксплуатации контакта. Общая надежность P контакта может быть определена как произведение надежности при внезапных отказах Pvo на надежность при прогрессирующих отказах Ppo, т.е:
P = Rvo x Rpo.
При определении качества электрического контакта также важно учитывать параметр, называемый сроком службы, который определяет время, в течение которого электрический контакт выполняет свою функцию по назначению без заметного ухудшения параметров, указанных в технических условиях.
Отказ в течение срока службы электрического контакта может быть вызван следующими причинами
– Невыполнение профилактического обслуживания или осмотра, чистки или регулировки контактов в соответствии с утвержденным графиком, а также некачественное или неквалифицированное выполнение этой работы
– Недопустимые изменения в работе контактов, в частности, передача токов короткого замыкания и токов, превышающих допустимые техническими условиями;
– механический износ, истирание, перенос металла с контакта на контакт, сколы и испарение материала во время дуговых процессов.
Климатические условия и механические воздействия оказывают большое влияние на частоту отказов. Для некоторых типов контактных систем были найдены уравнения, определяющие интенсивность отказов как функцию рабочих параметров, тока переключения и количества переключений.

2. УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Надежность электрических контактов в основном зависит от их конструкции, но часто электрические компоненты, оборудование и аппаратура выходят из строя из-за неправильной эксплуатации, нарушения установленных графиков профилактического обслуживания и ремонта. На надежность электрических контактов существенно влияет среда, в которой они находятся и работают, а также различные механические воздействия.
Ремонт узлов, приборов, аппаратов и установленных в них электрических контактов может быть как текущим, так и капитальным.
Текущий ремонт включает работы, не требующие разборки аппаратуры и оборудования. Например, в электрических машинах при текущем ремонте изношенные щетки заменяются новыми, щетки шлифуются, а коллектор моется, шлифуется и полируется.
Ремонт обычно связан с длительным отключением и демонтажем аппарата. Например, шлифовка коллекторов или колец требует разборки машины и является частью капитального ремонта. Профилактический осмотр и ремонт контактов, а при необходимости их замена, повышает надежность компонентов, оборудования и аппаратуры. Надежность особенно повышается, если обслуживающий персонал знаком с основной теорией работы контактов всех типов и может быстро обнаружить и устранить любые неисправности, которые могут возникнуть в работе контактов.
Окружающая среда оказывает значительное влияние на работу электрических контактов. Влажность различается в разных климатических зонах и в разное время года. Повышенная влажность – одна из основных причин, которая может нарушить правильную работу контактов. Загрязнение воздуха в виде дыма и пыли также снижает надежность контактов. Влага может вызвать коррозию контактов, дым – непроводящий слой на поверхности контактов, а твердые частицы пыли могут изолировать контакты друг от друга на короткое или длительное время.
На скорость коррозионных процессов и образование оксидных слоев влияет температура окружающей среды (чем выше температура, тем активнее процессы).
На надежность электрических контактов отрицательно влияют низкое атмосферное давление, ультрафиолетовое и другое солнечное излучение, морской туман, морская вода, а также грибковое и бактериальное воздействие.
Наиболее сложные условия эксплуатации электрических контактов возникают в тропических районах, где температура и влажность очень высоки. В такой среде процесс коррозии протекает особенно быстро.
Многие электрические контакты в процессе эксплуатации подвергаются постоянным или периодическим механическим нагрузкам: ударам, линейным ускорениям, вибрациям. Эти силы ускорения иногда достигают порядка десятков или сотен раз. Сломанные и скользящие контакты наиболее чувствительны к механическим нагрузкам и должны использоваться с осторожностью.

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

1. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ
Процессы, связанные с работой электрических контактов, чрезвычайно сложны. На них влияют физические и химические свойства используемых материалов, окружающая среда, а также механические и электрические нагрузки. Поэтому контактные материалы должны отвечать следующим требованиям: механический (истирание), химический (коррозия) и электрический (эрозия) износ должен быть минимальным. Кроме того, материалы должны обладать достаточной электро- и теплопроводностью и минимальной свариваемостью.
Контактные материалы в большинстве случаев лишь частично отвечают этим требованиям. Например, некоторые материалы, хотя и обладают хорошей электро- и теплопроводностью, не имеют достаточной твердости и быстро окисляются.
При проектировании и изготовлении электрических контактов важно выбрать материал, который наилучшим образом отвечает всем требованиям к рабочим характеристикам контактной пары.
Для производства электрических контактов используются следующие материалы:
твердая медь – для изготовления коллекторных пластин электрических машин, токоведущих частей электрооборудования, шин распределительных щитов, кабельных наконечников, токоведущих частей электрооборудования, щеточных контактов, крепежных и соединительных винтов и болтов;
мягкая медь – для производства воздушных проводов и сильноточных линий, кабельных проводников и электро- и радиопроводки
латунь – для производства токопроводящих частей электроприборов (винты, губки разъемов, предохранители) и электрических аксессуаров, крепежа для электроприборов и наконечников;
бронза – для производства коллекторных пластин и токопроводящих частей электрооборудования;
алюминий – для производства проводов воздушных линий электропередачи и кабельных проводов, шин для электрооборудования;
сталь – для производства проводов воздушных линий, розеток, токоведущих частей специального электрооборудования
серебро и другие драгоценные и редкие металлы – для размыкающих контактов приборов, контакторов переменного и постоянного тока, контактов электромагнитных реле управления
Сплавы, такие как константан, нихром, фехраль, хромал – для регулируемых сопротивлений;
Электротехнический углерод и графит – для изготовления щеток электрических машин, угольных реостатов.
Это далеко не полный перечень проводящих материалов, используемых при изготовлении различных электрических контактов (неподвижных, скользящих и ломаных).

2.СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.
Металлы и их сплавы имеют кристаллическую структуру, то есть их атомы образуют правильные геометрические трехмерные формы – сети. В пространственной кристаллической решетке атомы металла расположены по определенному закону, более или менее плотно, в зависимости от физических свойств металла. В природе чаще всего встречаются четыре типа кристаллических решеток: объемно-центрированная кубическая, гранецентрированная кубическая, гексагональная и простая тетрагональная. Тип решетки и расстояние между атомами определяют размер внутренних связей атомов.
Прочность кристаллических твердых тел зависит от типа связи соседних атомов. Следующие четыре типа облигаций являются наиболее распространенными.
Ковалентная связь, или гомеополярная связь, характерна для многих кристаллических тел неорганического происхождения; эта связь характеризуется присоединением некоторых электронов от соседних атомов. Это приводит к стабильной, целостной структуре внешнего слоя. Кристаллические решетки кремния и германия имеют ковалентные связи.
Для изготовления электрических контактов используются черные металлы и многие цветные металлы и их сплавы, а также углерод в виде графита, углерода и углеродных соединений. Для изготовления контактов используются следующие цветные металлы: тяжелые металлы – медь, олово, свинец, цинк, никель, кадмий; легкие металлы – алюминий; малые металлы – ртуть, висмут, кобальт; драгоценные металлы – золото, платина, серебро и редкие металлы – вольфрам, молибден, родий, палладий.

ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

1. ОБЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Современная теория контактов все еще развивается, и не все физические явления, происходящие между контактами, полностью изучены и объяснены. Тем не менее, многие теоретические вопросы были решены, а опыт позволяет дать полезные рекомендации по эксплуатации и ремонту электрических контактов.
Общая теория электрических контактов применима ко всем типам контактов, используемых на практике – неподвижным, скользящим и разрывным контактам. В основе теории лежат понятия площади контакта, поверхности сцепления, сопротивления сцепления, тепловых эффектов, матирующих слоев, контактного давления и других параметров, характеризующих работу контактов любого назначения и типа. Работа большинства электрических контактов тесно связана с процессами дуги и искрения, которые усложняют работу контактов, поэтому в общей теории электрических контактов рассматриваются также явления дуги и методы борьбы с ней.

2. КОНТАКТНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
В технике поверхность понимается как граница между реальным телом и окружающей средой. Простейшей формой поверхности является плоскость. Получить строго определенную форму поверхности практически невозможно, да зачастую в этом и нет необходимости.
Любая реальная плоскость может быть представлена как часть некоторой криволинейной поверхности с очень большим радиусом кривизны. Следовательно, такая поверхность имеет определенный прогиб. Величина прогиба зависит в основном от того, как построено дорожное покрытие и условий его эксплуатации. Диапазон отклонения описывает величину отклонения фактической плоскости от идеальной; его значение обычно варьируется от нескольких миллиметров до миллионных долей миллиметра. Поверхность реальных плоскостей обычно имеет крупное рифление. С помощью оптического или электронного микроскопа можно увидеть более сложные структуры отдельных микрогеометрических элементов поверхности.
В технике принято делить поверхности на гладкие гладкие, гладкие шероховатые и шероховатые. Только некоторые поверхности оптических приборов можно условно отнести к гладким. Поверхности электрических контактов обычно шероховатые.
В зависимости от назначения все поверхности делятся на две группы – А и В. Поверхности группы А активно используются, т.е. подвергаются износу, нагрузкам и трению. Это детали с относительно хорошей макро- и микрогеометрией. Это также относится к электрическим контактным поверхностям. Поверхности группы В пассивны в эксплуатации, т.е. не взаимодействуют с другими поверхностями, но улучшают внешний вид изделий и защищают их от коррозии.
Долговечность электрических контактов в электро- и радиооборудовании в значительной степени зависит от качества поверхности. Качество поверхности зависит от чистоты (микрогеометрии) и физико-химических свойств металла в тонких поверхностных слоях (твердость, микроструктура, остаточные напряжения и т.д.). Форма неровностей поверхности оказывает существенное влияние на следующие эксплуатационные свойства электрических контактов: износостойкость поверхностей трения, усталостную прочность, эрозионную стойкость, коррозионную стойкость.
Поскольку абсолютно гладких поверхностей достичь невозможно, практически поверхности двух соединенных электрических контактов соприкасаются только в определенных точках. Когда соприкасающиеся металлические поверхности сжимаются, металл дробится на выступах (шероховатости) и превращается в маленькие поверхности – точки проводимости или точки передачи тока.
Зона полной проводимости находится в точке наибольшего давления между контактами; частицы металла либо плотно прилегают, либо прижаты друг к другу.
Зона неполной проводимости включает поверхности, покрытые очень тонкими слоями (толщиной в один или несколько атомов или молекул). Электроны могут перемещаться от одного металла к другому, точнее, от одной контактной поверхности к другой, через такие пленки благодаря эффекту туннелирования. Следует отметить, что эффект туннелирования возникает во многих типах электрических контактов.
Зона непроводности начинается там, где туннельный эффект невозможен, где слои окисления (потускнения) имеют значительную толщину.
Деформация контактной поверхности может быть упругой или пластической.
При упругой деформации, происходящей при относительно небольших сжимающих усилиях, выступающие участки поверхности механически соприкасаются. Пластическая деформация возникает, когда давление на соприкасающиеся поверхности увеличивается настолько, что достигается предел упругости, в результате чего возникает необратимая деформация и материал начинает течь. Величина деформации обратно пропорциональна твердости металла. Некоторые металлы хорошо сопротивляются давлению, оказываемому на них, потому что они достаточно твердые, другие сопротивляются плохо, потому что они вязкие, легко деформируются, образуя большое количество очагов проводимости значительного размера. Для использования в качестве электрических контактов предпочтительны полимерные металлы. Находящиеся в них центры проводимости обеспечивают более надежный электрический контакт, поскольку имеются большие зоны полной проводимости.

3) ОБРАЗОВАНИЕ ПЛЕНКИ НА КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
На поверхностях электрических контактов, контактирующих с атмосферой, образуются пленки. Как правило, эти пленки имеют сложный химический состав. Одним из компонентов пленки является контактный металл, другим – кислород, сера и другие химические вещества, оседающие на поверхности металла. Например, атомы кислорода сначала образуют на поверхности металла тонкую моноатомную пленку связи, которая со временем и при повышении температуры утолщается.
Толщина образующихся пленок зависит от химической активности металла, степени его очистки и полировки, а также от состояния и химического состава среды, в которой производятся контакты. Например, в чистом воздухе слой оксида алюминия имеет толщину 10-15 нм, а слой оксида цинка – всего 0,5-0,6 нм. Следующие рисунки дают представление о скорости проникновения атмосферной коррозии в металлы. Это: свинец – 4 мкм/год, алюминий – 8 мкм/год, медь и олово – 12 мкм/год, цинк – 50 мкм/год и железо – 200 мкм/год.
Физико-химические процессы, участвующие в образовании различных пленок, отличаются друг от друга, поэтому пленки обычно делят на адгезионные, потускневшие, пассивирующие, водные и пограничные смазочные.
Самоклеящиеся пленки. Этот тип пленки имеет относительно небольшую толщину, не превышающую 2,5-3 нм. Из-за эффекта туннелирования они не изолируют цепь электрического тока.
Если толщина пленки превышает 2,5-3 нм, эффект туннелирования исчезает, электроны больше не могут пересечь достаточно большой потенциальный барьер, и пленка становится диэлектриком.
Потускневшие пленки. Эти пленки обычно являются диэлектрическими. Их появление на поверхности чистых металлов приводит к тому, что они теряют свой блеск, поэтому их называют пленками потускнения. Очень распространены два типа потускнения: оксидное потускнение (металл соединяется с кислородом воздуха) и сульфидное потускнение (металл соединяется с серой).
Стойкость потускневших пленок зависит (помимо прочего) от структуры кристаллической решетки металла. Пленки, образующиеся на металлических поверхностях, обычно имеют неравномерную толщину.
Молекулы кислорода при контакте с поверхностью металла сначала связываются с металлом самыми слабыми остаточными силами Ван-дер-Ваальса. Как мы знаем, эти силы намного слабее сил металлической связи, которые образуют твердые металлические кристаллические тела благодаря связыванию положительных ионов (ядер) с валентными электронами.
Однако дальнейшее продолжение процесса окисления может изменить природу связей, так как атомы кислорода, проникая в кристаллическую решетку металла, способны образовывать более или менее прочные оксидные сети.
Процесс формирования оксидного слоя происходит следующим образом: кислород осаждается на поверхности металла, атомы металла диффундируют в слой кислорода и происходит химическая реакция, в результате которой образуются молекулы оксида. Повышение температуры ускоряет процесс диффузии и образование оксидных слоев. Процесс также усиливается при искрении, дуге, протекании тока и длительном воздействии на электрические контакты среды, богатой кислородом, или других активных агентов.
На одних металлических поверхностях оксидные пленки образуются очень быстро (доли секунды или секунды), на других на их образование уходят минуты.
Окончательная толщина пленки зависит от химической активности металла с кислородом.
Многие металлы, часто используемые для контактов, покрыты слоем потускнения. Например, на поверхности никеля при низких температурах оксидный слой образуется очень медленно, но в высокотемпературной среде толщина пленки может быстро увеличиваться. В конце концов, постепенное утолщение слоя приводит к разрыву электрической цепи.
Соединение концов алюминиевой проволоки и обеспечение надежного электрического контакта является сложной задачей, поскольку образование непроводящего плотного оксидного слоя толщиной до 10-15 нм происходит с высокой скоростью и занимает всего несколько десятков секунд.
Латунь относительно легко окисляется, поэтому ее не следует использовать для создания контактов.
Бронза не окисляется при нормальных температурах.
Изоляционные пленки не образуются на поверхности вольфрама, если температура окружающей среды не высока.
Золото даже при высоких температурах заметно не окисляется. На его поверхности может образоваться только тонкий клейкий слой.
Платина не окисляется, но при взаимодействии с некоторыми углеводородными газами может образовывать на своей поверхности полуизолирующие слои, что приводит к небольшому увеличению сопротивления контакта.
Серебро окисляется очень слабо. Оксидные слои на серебре хрупкие и легко отслаиваются как при повышенных температурах, так и при механическом воздействии. Пленки, образуемые серебром с серой и ее соединениями, гораздо более опасны и устойчивы, особенно в присутствии влаги. Серебро потускнеет, и на его поверхности появятся темные пятна. Однако при определенных механических усилиях сжатия потускневший слой на серебряных контактах может растрескаться, что приводит к нарушению проводимости (пропускания).
Существует множество способов удаления потускневших слоев с металлических поверхностей для улучшения электрического контакта. Пленочный слой можно содрать напильником, наждачной бумагой или удалить химическими методами. Также возможно разрушение пленки при тряске, вибрации, ударе или статическом сжатии. Такие методы называются искусственным старением. Поскольку адсорбированный на поверхности металла кислород часто связан с металлом лишь небольшими остаточными силами Ван-дер-Ваальса, сами пленки со временем могут растрескиваться и отпадать, что приводит к улучшению электрического контакта. Этот процесс постепенного улучшения контакта с течением времени называется естественным старением.
Помимо рассмотренных выше способов естественного и искусственного старения и износа матовых пленок, известно также явление электрического пробоя пленки – фриттинг – приводящее к восстановлению электрической цепи.
Так, если толщина матового слоя очень значительна и составляет, например, З0-40 нм, то удельное электрическое сопротивление образующегося диэлектрического слоя будет высоким (10-1000 МОм см). Это можно проверить, подав напряжение на обе стороны потускневшей пленки и включив в цепь амперметр и вольтметр. Установив минимальное напряжение, напр. ниже одного вольта, вы заметите, что в цепи практически нет тока (это доли или единицы микроампер). Если затем увеличить напряжение, то в определенный момент ток в цепи резко возрастет. Этот эксперимент устанавливает, что при определенном напряжении диэлектрический слой электрически разрушается и проводимость (пропускание) восстанавливается. Разрыв диэлектрического слоя – это процесс разрушения диэлектрика и образования канала, заполненного проводящими электронами и ионами. В месте проникновения возникает высокая температура, металл плавится, проникает в потускневшую пленку и образует мостик для электрического тока. Разложение потускневшей пленки происходит, когда напряженность электрического поля на границах пленки достигает значения 1-10 Мв/см.
Если энергия электрического пробоя относительно мала и не приводит к плавлению металла в зоне пробоя, то потускневшая пленка просто плавится (становится тоньше) вблизи зон пробоя, а площадь электрического контакта, освобожденная от пленки, немного увеличивается.
Пассивирующие пленки. Между адгезивными и потускневшими пленками находятся пассивирующие пленки. Пассивирующие пленки иногда образуются на поверхности некоторых металлов со значением 2 или более (например, цинка). Толщина этих пленок более или менее постоянна и составляет 1,0-1,5 нм, но электрическое сопротивление пассивирующих пленок немного изменяется со временем в зависимости от степени влияния туннельного эффекта.
Водные пленки. Водные пленки могут образовываться на поверхности всех металлов, но их толщина варьируется от металла к металлу. Если относительная влажность в атмосфере превышает 70-80%, вода адсорбируется на поверхности металла, образуя слой толщиной до 5 нм на благородных металлах и до 10 нм на других металлах.
Вода, появляющаяся на поверхности металла, растворяет его поверхностные слои, ионы металла уходят в воду. Через некоторое время дипольные молекулы воды, несущие электрические заряды, создают электрическое поле на поверхности металла и переносят часть ионов металла в раствор, после чего они уже не в состоянии поддерживать разность потенциалов, достаточную для продолжения движения ионов, и последнее прекращается. Таким образом, создается состояние динамического равновесия и образуется водяная пленка определенной толщины.
Процесс образования пленки на железной поверхности происходит несколько иначе. Частицы размещаются на относительно большом расстоянии друг от друга, образуя холмы, под которыми легко происходит тот же процесс. Узелки постепенно растут, становятся тяжелее и легко отпадают от поверхности металла. Если влажность атмосферы, в которой находится утюг, значительна (80-90%), то этот процесс может протекать без каких-либо нарушений. Описанное явление называется коррозией железа или ржавлением. Ржавые железные изделия постепенно становятся все тоньше и тоньше, металл в конце концов распадается на отдельные куски и переходит в окружающую среду в виде мелких коричневых частиц пыли.
Скорость коррозионных процессов связана с климатом и характером местности. Например, в сельской местности с умеренным климатом железо корродирует со скоростью около 2,6 мкм/год, в городах того же пояса – со скоростью 200 мкм/год, а в тропическом прибрежном поясе – до 620 мкм/год.

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТОВ И ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА НИХ
Контакты электрического прерывания могут находиться в одном из трех возможных положений:
– контакты замкнуты, и ток проходит через них без препятствий;
– Контакты разомкнуты, находятся на большом расстоянии друг от друга, между ними толстый слой диэлектрика, например, воздуха, и поэтому протекание тока предотвращается;
– Контакты были замкнуты и начали размыкаться, или контакты были разомкнуты и начали двигаться навстречу друг другу, пока не будет достигнуто минимально возможное расстояние между ними, называемое зазором. В этом случае, несмотря на отсутствие прямого металлического контакта, в зазоре между контактами может образоваться цепь электрического тока за счет искрового или дугового разряда.
В третьем возможном положении контакта ток может быть непостоянным, поэтому действие контакта при наличии зазора называется нестационарным, или переходным. При проектировании контактов следует позаботиться о том, чтобы длительность переходного процесса была как можно меньше.
В идеальных замкнутых контактах вся геометрическая поверхность является проводником электричества. В реальных замкнутых контактах отдельные точки проводимости (передачи) проводят ток, поэтому электропроводность реальной поверхности во много раз меньше электропроводности идеальной поверхности.
Для идеальных контактов их электрическим переходным сопротивлением можно пренебречь из-за малого размера. Однако, поскольку электрический ток протекает только через точки проводимости (пропускания), линии электрического тока не могут быть распределены равномерно по всей геометрической поверхности контактов. Они вынуждены сужаться к местам расположения центров проводимости (пропускания) и изгибаться. Естественно, что сужение и утолщение линий тока приводит к увеличению электрического сопротивления протеканию тока в центрах проводимости (пропускания). Это дополнительное сопротивление принято называть сопротивлением удержания. Когда проводящая поверхность состоит из нескольких участков проводимости (трансмиссии), результирующее сопротивление конфайнмента определяется как обратная величина суммы проводимостей отдельных участков. Во многих случаях определение сопротивления конфайнмента является трудной задачей, поскольку необходимо учитывать сложную форму отдельных проводящих участков, определять размеры участков и расстояния между ними, а также принимать во внимание неравномерность их расположения на поверхности контакта. Кроме того, сопротивление каждой проводимости (пропускание) изменяется в зависимости от температуры контактной поверхности и с течением времени.
Если на поверхности проводящих (пропускающих) центров появляются мембраны, например, потускнение, то тем самым уменьшается эффективная площадь поверхности этих центров и усиливается сужающее действие токопровода. Дополнительное сопротивление возникает из-за потускнения пленок на поверхностях двух контактов.
Таким образом, контактное сопротивление Rcount – это дополнительное сопротивление контактной поверхности, возникающее в результате сужения токоведущих участков, как в результате индивидуальной проводимости (пропускания), так и в результате появления на них потускневших пленок.
Если известно значение дополнительного переходного сопротивления контактов Rcount и ток I, протекающий через контакты, то можно определить дополнительное падение напряжения на контактах, возникающее в результате эффекта сужения пути тока:
Uct = IRcont.
В идеальном случае, когда два контакта соединены по всей геометрической поверхности, т.е. когда нет линий короткого замыкания или потускневших слоев, переходное напряжение контакта определяется как
Uper = IRper,
где переходное контактное сопротивление Rper намного меньше Rcont. Поскольку последний случай практически нереален, путем измерения переходного падения напряжения между контактами фактически находится значение аддитивного падения напряжения Ust.
Атмосферные и другие воздействия могут привести к многократному увеличению добавочного переходного контактного сопротивления из-за коррозии.

5. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ КОНТАКТОВ
Вытягивание проводников тока в пучки, проходящие через переходное сопротивление, не позволяет избежать увеличения индуктивности контакта. Обозначив индуктивность контактов при отсутствии протягивания токопроводов к центрам проводимости (передачи) через L1, а фактическую индуктивность при условии протягивания токопроводов через L2, можно определить увеличение индуктивности вследствие протягивания как Ldob=L2 – L1.
Индуктивность контактов очень мала.
Когда переменный ток проходит, например, через контакт автоматического выключателя, поверхностный эффект увеличивает электрическое сопротивление контактов, поскольку линии тока перемещаются изнутри контактов к поверхности, и таким образом эффективное поперечное сечение контактов уменьшается.
Между контактами существует емкость, которая зависит от площади контакта, расстояния между контактами и диэлектрической проницаемости среды. Емкость может привести к возникновению сил электростатического притяжения между контактами.

6. ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ КОНТАКТА ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО СЖАТИЯ
Величина площади контакта, а значит и электропроводность, прямо пропорциональна величине механической силы сжатия, приложенной к контактам. Характер изменения проводимости при малых, средних и больших контактных усилиях несколько различен, но во всех случаях контактное сжатие приводит сначала к упругой, а затем к пластической деформации; очевидно, что внутренние напряжения в металле изменяются по мере изменения контактного усилия.
Сопротивление контактов определяется путем измерения тока, протекающего через контакты, и падения напряжения между контактами, после чего определяется значение проводимости.

Электропроводность контактов при низком контактном давлении

Низкоконтактное сжатие – это контактное сжатие, при котором приложенное механическое напряжение измеряется в тысячных или сотых долях грамма. Способ увеличения проводимости контактов из разных металлов не одинаков при увеличении контактной силы, она может увеличиваться непрерывно или даже перестать увеличиваться.
Контактные пары (из однородных или разных металлов) по-разному реагируют на изменение силы сжатия, например, кривые проводимости в зависимости от сжатия для серебряных контактов совсем не похожи на кривые для платиновых, никелевых, золотых и других контактов. Однако характер протекающих в них процессов является общим: сначала контакты открыты, затем на них оказывается незначительное давление, вызывающее лишь упругую деформацию и появление электропроводности за счет туннельного эффекта, и, наконец, значительное давление, приводящее к пластической деформации, сопровождающейся разрушением матирующих пленок и образованием большого количества проводящих (передаточных) карманов. При дальнейшем увеличении сжимающей силы количество очагов пропускания увеличивается плавно или ступенчато.
Некоторые металлические контакты (например, золото) при определенных условиях могут не только сильно сжиматься, но и прилипать друг к другу, что легко наблюдается при снижении давления. Проводимость в этом случае не может быть снижена.
Контакты из магнитных материалов (например, никеля) способны держаться вместе не только за счет адгезии или холодной сварки, но и за счет намагничивания, когда контактная сила уменьшается или удаляется.

Электропроводность контактов при среднем сжатии

Среднее сжатие определяется как сжатие, при котором контакты сжимаются с силой от нескольких граммов до ста граммов.
Характер деформации контактных поверхностей, количество и скорость образования центров передачи в каждом конкретном случае зависит от геометрической формы контактов, материалов, выбранных для их изготовления, степени полировки их поверхностей. Тщательная полировка поверхности приводит к возникновению преимущественно упругих деформаций, если соблюдены все остальные условия.

Электропроводность контактов при сильном сжатии

При высоком сжатии контакты подвергаются давлению от сотен граммов силы до десятков килограммов силы.
Характер улучшения проводимости контактов при увеличении сжатия до высоких значений такой же, как и для контактов, работающих при среднем сжатии.
Более высокие усилия приводят к пластической деформации контактов, дроблению контактного металла и, как следствие, к значительному улучшению электрического контакта. Это явление объясняется тем, что во многих случаях потускневшие пленки имеют относительно хрупкую структуру и при воздействии больших сил не способны пластически деформироваться, как чистый металл, и поэтому разрушаются, растрескиваются, вызывая образование большого количества новых очагов проводимости (пропускания).
Проводимость контактов, подвергшихся сильному сжатию, более стабильна во времени, чем контактов, к которым прикладываются средние или даже меньшие усилия сжатия.

7. АДГЕЗИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Два треснувших контакта при сжатии в течение определенного периода времени могут прилипать друг к другу и оставаться в таком положении после снятия сжимающего усилия. Это явление объясняется сближением структур кристаллических решеток двух контактов, а также тепловыми эффектами, возникающими в материале контакта.
Возможно, что электрически ненагретые и электрически нагретые контакты прилипают друг к другу.

Залипание ненагретых контактов

Сцепление контактов при их расширении обусловлено увеличением пластичности материала, что приводит к увеличению площади контакта. Процесс склеивания обычно сопровождается усилением взаимной диффузии атомов, что приводит к увеличению ковалентных и металлических связей между атомами и между кристаллическими решетками материалов обоих контактов.
Способность к склеиванию различных металлов неодинакова. Каждый из металлов, используемых для изготовления контактов, имеет меньшую или большую силу сцепления. В некоторых случаях доминирующей причиной адгезии могут быть высокотемпературные силы; в других случаях доминирующей причиной адгезии могут быть силы высокой межатомной когезии. Роль температуры в процессе адгезии в данном случае является лишь побочной по отношению к размягчению материала. Пластичные металлы также могут прилипать друг к другу без повышения температуры. Особенно легко прилипают контакты, изготовленные из высокопрочного, ковкого металла – золота.
Когда контакты сжимаются и пластически деформируются, поверхностные слои кристаллической решетки каждого из металлов, находящихся в контакте, неизбежно смещаются или проскальзывают. В результате смещений и скольжений между кристаллическими решетками металлов образуются новые грани и связи.
Контактная адгезия возможна только с чистыми металлами, на поверхности которых нет оксидов или других слоев. В присутствии слоев эффект адгезии ослабевает или полностью исчезает. С другой стороны, контактное разделение абсолютно чистых отожженных драгоценных металлов, таких как платина или золото, возможно только после приложения больших усилий, почти равных, а иногда и превышающих те, которые необходимы для разрушения монолитной структуры металла. Силы сцепления настолько значительны, что используются в технике холодной сварки. Перед холодной сваркой поверхности очищаются и насекаются, а затем сжимаются до достижения пластической деформации и соединения кристаллических решеток двух контактов.

Адгезия электрически нагретых контактов

Процесс склеивания электрических контактов облегчается и ускоряется под действием тока, проходящего через контакты. Если сила тока достаточна, отдельные контактные частицы размягчаются, а иногда даже плавятся. Если на контактной поверхности образовались слои потускнения, они могут частично или полностью отслаиваться, обнажая голый металл, что приводит к увеличению площади контакта и, следовательно, к увеличению контактной адгезии.
Сцепление контактов из разных металлов начинается с размягчения более твердого металла.

19. Сферический контактный элемент

Типы контактов

Термины и определения

Электрические контакты. Термины и определения

Дата вступления в силу 1981-01-01

Государственный комитет СССР по стандартизации Постановлением № 4018 от 23 октября 1979 года был создан 01.01.81.

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области электрических контактов, используемых в науке, технике и промышленности.

Термины, установленные в стандарте, обязательны для использования в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.

Для каждого понятия существует один стандартизированный термин. Использование синонимов стандартизированного термина запрещено.

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены краткие формы в качестве справочных, которые могут быть использованы в случаях, когда другое толкование невозможно. Определенные определения могут быть изменены по мере необходимости без изменения границ терминов.

Если необходимые и достаточные признаки включены в буквальное значение термина, определение не дается, а в графе “Определение” ставится прочерк.

Стандарт содержит алфавитный указатель терминов на русском языке.

Стандартизированные термины напечатаны жирным шрифтом, а их сокращенные формы – светлым шрифтом.

1. Электрический контакт

Контакт между телами, обеспечивающий непрерывность электрической цепи

2. Электрический контакт

Образование и существование электрического контакта

3. Контакт электрической цепи

Часть электрической цепи, предназначенная для переключения и проведения электрического тока

4. Контактная часть

Деталь, соприкасающаяся с другой деталью при электрическом контакте

5. Контактное соединение

Контакт в электрической цепи, предназначенный исключительно для проведения электрического тока, а не для коммутации электрической цепи в конкретном устройстве.

Типы электрических контактов

6. Электрический контакт

Электрический контакт, возникающий в результате смещения одной контактной части в направлении, перпендикулярном поверхности первого контакта, с другой контактной частью.

7. Клиновидный электрический контакт

Электрический контакт, образованный смещением контактной части в направлении первого контакта с другой контактной частью

8. Скользящий электрический контакт

Электрический контакт, образующийся при скольжении одной контактной части по другой контактной части.

9. Электрический контакт ролика

Электрический контакт, который осуществляется путем прокатки одной контактной части по другой контактной части.

10. Электрический контакт для поверхностного монтажа

Электрический контакт, в котором контактные поверхности контактной части соприкасаются друг с другом на поверхности

11. Линейный электрический контакт

Электрический контакт, в котором контактные поверхности соприкасающихся частей движутся навстречу друг другу

12. Электрический контакт “точка-точка

Электрический контакт, при котором контактные поверхности соприкасающихся частей соприкасаются в точке на поверхности контакта.

13. Абразивный электрический контакт

Электрический контакт, который контактирует путем скольжения

14. Электрический контакт ролика

Электрический контакт, который неравномерно соприкасается

15. Подвижная контактная часть

Контактная часть, которая жестко или гибко соединена с подвижной частью устройства и перемещается вместе с ней.

16. Неподвижная часть-мониторный контакт

Контактная часть, которая жестко или упруго соединена с неподвижной частью устройства

17. Плоский контакт Часть

Контактная часть с плоской контактной поверхностью.

18. Цилиндрическая контактная часть

Цилиндрическая контактная часть.

19. Детали сферического фитинга

Деталь сферического контакта с кожей

20. Контактная часть ядра

Контактная часть, предназначенная для охвата штырей контактной части и для электрического контакта с ней на своей внутренней поверхности

21. Контактная часть штыря

Компонент, предназначенный для вставки в контактную часть гнезда и для электрического контакта с контактной частью гнезда на его внешней поверхности

22. Биметаллическая контактная часть

Контактная деталь, изготовленная из двух слоев различных материалов, которые образуют самонесущее контактное соединение по всей поверхности.

23. Металлокерамическая контактная часть

Контактная часть для порошковой металлургии

24. Композитная контактная часть

Контактная часть, состоящая из нерастворимых материалов.

25. Рабочая поверхность смачиваемой детали

Часть смачиваемой поверхности контактной части, предназначенная для электрического контакта.

26. Необработанная поверхность контактной части

Часть поверхности контактной части, не предназначенная для электрического контакта

27. Площадь контакта контактного элемента

28. Доля площади контакта

Часть площади контакта контактной части, которая находится в контакте с другой контактной частью

29. Эффективная площадь контакта

Часть номинальной площади контакта, через которую проходит электрический ток от одной части контакта к другой.

Типы контактов в электрической цепи

30. Контакт в электрической цепи

Контакт в электрической цепи, который размыкается в начальном положении устройства и замыкается, когда устройство перемещается в конечное положение.

31. Нормально разомкнутый контакт в электрической цепи

Контакт в электрической цепи, который замыкается в начальном положении устройства и размыкается, когда устройство перемещается в конечное положение

32. Переключающий контакт в электрической цепи

Контакт в электрической цепи, который размыкает одну электрическую цепь и замыкает другую при определенном действии устройства.

33. Неперекрывающийся контакт в электрической цепи

Переключающий контакт в электрической цепи, который размыкает одну электрическую цепь перед замыканием другой.

34. Переключающий контакт в электрической цепи

Переключающий контакт в электрической цепи, который не размыкает одну электрическую цепь перед замыканием следующей.

35. Вставной контакт электрической цепи

Контакт в электрической цепи, созданный путем вставки одной контактной части в другую при приложении осевого усилия, при этом разъединение предотвращается трением

36. Контакт розетки электрической цепи

Контакт в электрической цепи, образованный путем вставки плоской контактной части между двумя подпружиненными контактными частями.

37. Мостовой контакт в электрической цепи

Контакт в электрической цепи, образованный путем соединения одной подвижной проводящей части с двумя неподвижными частями.

38. Рычажный контакт в электрической цепи

Контакт в электрической цепи, образованный между неподвижной контактной частью и подвижной контактной частью, которая имеет форму рычага и перемещается в угловом направлении

39. Кольцевой контакт в электрической цепи

Контакт электрической цепи, образующий электрический скользящий контакт на цилиндрической поверхности

Характеристики и свойства контактов электрических цепей

40. Зазор между контактами электрической цепи

Наименьшее расстояние между подвижным и неподвижным контактным элементом в открытом положении

41. Зазор между контактами в электрической цепи

Расстояние, на которое одна контактная часть перемещается из закрытого положения при удалении другой контактной части

42. Воздействие электрического контакта цепи

Расстояние, на которое подвижная контактная часть перемещается между своими крайними положениями, которые соответствуют включенному и выключенному состоянию устройства

43. Контактное прессование

Сила между двумя замкнутыми контактными частями, нормальная к их контактным поверхностям

44. Начальное контактное давление

Контактное давление, когда контактные элементы начинают замыкаться

45. Конечное контактное давление

Контактное давление при размыкании контактных частей*.

_______________
* Соответствует оригиналу (повтор, см. параграф 44). – . – Примечание от производителя базы данных.

46. Усилие сопряжения (усилие разъединения) контакта электрической цепи

Сила сцепления (разъединения) контакта

Сила, приложенная вдоль оси контакта электрической платы для скрепления (разрыва) контакта

47. Сопротивление контактов электрической цепи

Электрическое сопротивление, состоящее из сопротивления контактной части и контактного сопротивления электрической цепи

48. Переходное сопротивление Сопротивление контактов электрической цепи

Сопротивление электрического контакта

Электрическое сопротивление участка контакта, определяемое эффективной площадью контакта и равное отношению падения напряжения на контакте к току, протекающему через контакт.

49. Падение напряжения на
контактное соединение

Напряжение между двумя частями, находящимися в контакте и замкнутыми накоротко

50. Дребезг контактов в электрической цепи

Процесс размыкания и замыкания контакта электрической цепи, многократно и независимо, по причинам, не предусмотренным предполагаемой работой устройства

51. Дребезг контактов в электрической цепи

Непреднамеренное, кратковременное, однократное размыкание контакта электрической цепи по причинам, не предусмотренным назначением устройства

Тип контактного соединения

52. Разъемное контактное соединение

Контактное соединение, которое можно размыкать (замыкать) без демонтажа (монтажа)

53. Разъемное контактное соединение

Контактное соединение, которое может быть отсоединено в процессе разборки без его разрушения

54. Неразъемное контактное соединение

Контактное соединение, которое нельзя разъединить, не разрушив его

Читайте далее:
Сохранить статью?