Контакти та контактні елементи
Завантажити конспект в форматі “docx” ви можете в кінці опису
Контакт — місце проходження струму з однієї струмоведучої частини в іншу. В електричних апаратах контактами називають також струмоведучі деталі, при зіткненні яких замикається електричний ланцюг. Контакти апаратів підрозділяють на: комутуючі, які замикають або розмикають електричні кола в процесі роботи електроустаткування; розбірні контактні з’єднання, які можуть бути розімкнені при монтажі чи демонтажі частин електроустаткування; та нерозбірні контактні з’єднання, які з’єднують або роз’єднують тільки при виготовленні електроустаткування або при його ремонті.
Стосовно до тягових апаратів розбірні й нерозбірні контактні з’єднання при роботі постійно замкнуті. На умови дії струму впливає стан контактних поверхонь. На поверхнях практично завжди є нерівності — наслідок обробки, зношування, пластичних деформацій. Крім того, поверхні контактів покриті плівкою окислів і забруднювачів, що утворюються як під впливом повітря, так і при випадковому влученні на них різних забруднювачів.
Товщина такої плівки залежить від багатьох факторів, вона має значний питомий електричний опір. Під впливом сили, що стискає дотичні контакти, на їхніх поверхнях утворюються контактні плями. Порівняно невелика частина струму проходить через плівку, що покриває поверхню, основна його частина — через окремі струмопровідні крапки (струмопровідні канали, в яких поверхневі плівки зруйновані натисканням або в результаті електричного пробою.
Таким чином, розподіл струму по дотичних поверхнях нерівномірний і має випадковий характер. При нормальному стані контактних поверхонь число струмопровідних крапок досить велике і в межах кожної контактної плями приблизно пропорційно його площі. Проходження струму тільки через контактні плями приводить до того, що струм, рівномірно розподілений по площі перетину контактних деталей, стягається до контактних плям, це викликає місцеве підвищення його щільності.
Відповідно, виникає електричний опір стягування Крапковий контакт утвориться, якщо контактуючим поверхням додати форму сфер або сфери (рис. 8.1, а) або площини (рис. 8.1, б). Геометрично такі
Рис. 8.1 Крапковий контакт: а) сфера – сфера; б) сфера – площина
поверхні стикаються в крапці, що і дало найменування виду контакту. Однак під впливом сили натиску відбувається деформація контактних деталей, і теоретично вони стикаються площадкою у вигляді кола. Припускають, що при крапковому контакті виникає лише одна контактна пляма нерегулярної форми. Насправді можливо виникнення декількох контактних плям. Радіус плями можна збільшувати, підвищуючи силу натиску, але можливе виникнення пластичних деформацій контактних деталей.
При цьому крапковий контакт губить свої властивості і стає поверхневим. Найбільший тиск у місці зіткнення. У крапкових контактів обмежені число й розміри контактних плям, що обмежує і розрахункові значення припустимих струмів. В умовах тягових апаратів крапкові контакти застосовують переважно в електричних колах управління. При мідних контактних деталях припустимі струми в місці контакту становлять до 6…8 А, при контактах виконаних зі срібних сплавів до 100…120 А.
Рис. 8.2 Лінійний контакт: а) циліндр – циліндр; б) циліндр – площина
Лінійний контакт утвориться, якщо контактуючі поверхні мають циліндричну форму і стикаються по утворюючим (рис. 8.2, а) або циліндричної утворюючої із площиною (рис. 8.2, б). Стикаються такі поверхні по прямій лінії. Стиск контактів силою F супроводжується їхньою деформацією й перетворенням контактної лінії в площину, яка має приблизно форму прямокутника. У дійсності струм проходить не по всій поверхні зіткнення, а через окремі контактні плями, число яких і площа залежать від стану поверхонь контактуючих деталей.
Також вас може зацікавити:
Електрична дуга та способи дугогасіння (docx)
Теоретично лінійні контакти можна використати при будь-яких струмах, тому що число контактних плям і їхня загальна площа збільшуються зі збільшенням ширини контактів. Однак значення, особливо якщо контактують дві циліндричні поверхні, обмежується труднощами забезпечення точної паралельності їхніх осьових ліній. При взаємному перекосі довжина поверхні зіткнення зменшується. Якщо необхідно збільшити їхню ширину, застосовують не одну, а декілька контактних пар, з’єднуючи їх паралельно.
При лінійному контакті — місце первісного зіткнення контактних деталей при замиканні і розмиканні віддаляється від місця робочого зіткнення, проходить перекочення контактів. Крім того, здійснюється самозачищення (притирання) контактних поверхонь. Тому лінійні контакти є основними в силових колах комутаційних тягових апаратів. При струмах більше 1000…2000 А застосовують поверхневі контакти.
Поверхневими контактами (рис. 8.3) називають такі, в яких передбачене геометричне зіткнення контактних деталей по поверхні. Поверхневі контактні з’єднання з’явилися раніше інших видів контактів, поступово уступаючи їм місце в комутуючих апаратах. В тягових апаратах їх використовють переважно при розмиканні, при відсутності струму або як роз’єднувачі з ручним чи пневматичним приводом. Поверхневі контакти стикаються не всією поверхнею, а контактними плямами. Кількість, площа і розташування контактних плям випадкові і залежать переважно від
Рис. 8.3 Поверхневі контакти: а) стиковий; б) клиновий; в) ножовий; г) штепсельний
стану контактуючих поверхонь і від сили натискання. У розбірних контактних з’єднаннях збільшення сумарної площі контактних плям досягається в результаті пластичних деформацій контактних поверхонь. Для цього контактні поверхні покривають шаром більш м’якого металу свинцю або олова, їх лудять м’якими припоями. У контактах будь-яких видів виникають випадкові місцеві перехідні опори, які називають контактними опорами.
Вони залежать від матеріалу контактних деталей, стану контактних поверхонь (їхньої обробки, ступеня окислювання і забруднення), сили натискання і її розподілу по контактній поверхні. Окисли більшості металів мають значно більші контактні опори, чим їх чисті поверхні. Найгірші властивості має алюміній, який практично не можна використати для комутуючих апаратів, крім тих випадків, коли контактна деталь безупинно механічно зачищається при роботі, або не розбирається.
Найменша різниця між контактними опорами окислених і не окислених контактів властива сріблу. Так, до температур 180 °С на поверхні срібла утвориться дуже тонкий шар окисла Ад20, що не погіршує істотно властивості контакту. При температурі вище 180 °С окисел розкладається на вихідні елементи. Аналогічні властивості, але в меншому ступені, має олово. Срібло і олово в чистому виді для контактів не застосовують. їм покривають мідні контактні елементи.
Поряд з мідними і срібними використовують металокерамічні контакти, отримані спіканням суміші порошків провідникових металів (срібла, міді) з порошками матеріалів, що мають високу теплову та зносостійкість (вольфрам, окисли різних металів). Для розбірних контактних з’єднань із поверхневим контактом застосовують переважно луджені мідні наконечники.
Більшість комутуючих контактів силових кіл виготовляють із твердотягнутої профільної міді, яка має високу твердість та зносостійкість. У тягових апаратах також використовують контакти з металокерамічними напайками.
Вони підвищують довговічність контактних деталей приблизно в 2…4 рази в порівнянні з мідними контактами. При їхньому застосуванні в результаті меншого зношування краще зберігаються первісні форма і розміри, тобто більш стабільні основні характеристики апарата. В електричних колах управління застосовують ковзні пальцеві контактні з’єднання (вони складаються з нерухомого сталевого контакту — пружини та рухомого мідного), а також стикові одиночні або мостикові контакти зі срібними напайками.
У тягових апаратах стан контактів має випадковий характер, тому їх необхідно періодично перевіряти. Основний показник якості контактного з’єднання — спадання напруги в ньому, або контактний опір при номінальному значенні струму. При включенні комутаційних апаратів поверхні їхніх контактів повинні самозачищатися, взаємно переміщаючись. Це можливо, якщо контактні поверхні при включенні під тиском прослизають один щодо одного, стираючи поверхневу плівку і можливі забруднювачі.
Такий процес часто називають притиранням контактів. Його можна здійснювати, надаючи спеціальні форми контактним деталям і траєкторії їхнього переміщення. Як правило, у комутаційних апаратах переміщається тільки один контакт із контактної пари, а інший залишається нерухомим. Апарати, в яких переміщаються обидва контакти, порівняно рідкі, тому що мають більш складну конструкцію.
Рис. 8.4 Мостикові контакти: а) вмикаючий з мідними накладками; б) вимикаючий з мідними накладками; в) та г) вмикаючий з срібними накладками
У тягових апаратах основний вид комутуючих контактів силових ланцюгів — лінійні стикові контакти, у ланцюгах керування — крапкові. Притирання (самозачищення) крапкових контактів здійснюється внаслідок деформації пружних конструктивних елементів їхнього кріплення. У найпростішому мостиковому контакті (рис. 8.4) електричних кіл управління роль пружного елемента виконує пружинна траверса містка, до якої припаяні або приварені рухливі контакти.
При включенні вони переміщаються до зіткнення із плоскими нерухомими контактами. У грибкових контактів після зіткнення, сила, яка прикладена до рухомого контакту, повертає його на певний кут (рис. 8.5). Розглянемо вузол рухомої частини контактора із грибковими стиковими контактами (рис. 8.6). Важіль (1) може повертатися щодо закріпленої осі Оі під впливом сили приводу Fnp, прикладеної до шарніра 03.
Важіль (2) рухомого контакту (4) повертається на осі 02 щодо важеля (1) доти, поки контакт (4) не стикнеться з нерухомим контактом (3), важіль (2) віджимається пружиною (7), яка знаходиться між упором (8) важеля (1) і упорним кронштейном (6) важеля (2), у крайнє положення. При цьому кронштейн (6) упирається в упор (5) важеля (1).
У такому стані вся рухлива система може переміщатися, повертаючись щодо точки Оі доти, поки після зіткнення контактів між ними не виникне сила контактного натискання, під дією якої, переборюючи момент, створюваний пружиною (7), важіль (2) повертається, забезпечуючи поворот контакту (4) і переміщення його поверхні по поверхні контакту (3).
Рис. 8.5 Притирання грибкових контактів при їх перекоченні
Зношування комутуючих контактів залежить від багатьох факторів і мають випадковий характер. Основні види зношування — механічне, виникаюче в результаті взаємного стирання контактів, і електроерозійне, обумовлене переносом металу дуговим або іскровим розрядом. Зазвичай говорять про циклове зношування, оцінюване обсягом металу з витрати за одне включення і одне вимикання апарата.
Рис. 8.6 Рухома частина контактора – а) та його кінематична схема – б): 1,2- важіль; 3 – нерухомий контакт; 4 -рухливий контакт; 5 – упор; 6, 8 – кронштейн; 7 – пружина
Залежно від умов роботи встановлені наступні значення циклів: для апаратів, що спрацьовують не менш чотирьох разів у період від пуску до гальмування, 1×106 циклів, для реверсорів — 0,5×106 циклів; для апаратів допоміжних ланцюгів (0,2-0,5)х106 циклів; для апаратів захисту (0,02-0,05)х106 циклів. Менше чотирьох разів у період від пуску до гальмування, 1×106 циклів, для реверсорів — 0,5×106 циклів; для апаратів допоміжних ланцюгів (0,2-0,5)х106 циклів; для апаратів захисту (0,02-0,05)х106 циклів.
У тягових комутаційних апаратах для безпосереднього перемикання під струмом встановлюють спеціальні дугогасильні контакти, а тривале з’єднання ланцюгів роблять іншими, головними контактами, які включаються і вимикаються в знеструмленому стані. Це запобігає ушкодженню останніх під дією дуги. Більша частина тягових комутаційних апаратів — електромеханічні, які здійснюють комутації ланцюгів у результаті переміщення контактів.
Пристрої, що виконують такі переміщення, називають приводами апаратів. Контактні системи характеризуються чотирма параметрами — розчин, провал, початковий та кінцевий натиск. Розчин — це відстань між контактами у вимкненому стані. Провалом називають відстань, яку пройшов би рухомий контакт від моменту з’єднання з нерухомим до його зупинки, якщо забрати нерухомий контакт. Провал показує, на яку відстань може діяти привід, що створює силу натиску.
При замиканні контактів натиск рухомого контакту на нерухомий поступово наростає, так як його створює підконтактна пружина, саме цей натиск називають початковим. Після притирання контактів підконтактна пружина повністю стиснута, і подальший натиск створює привід. На контакти діє сумарний натиск пружини та привода, цей натиск називають кінцевим.
Чим більший струм і напругу комутують контакти, тим більші значення повинні мати ці параметри. Не допускаючи утворення дуги між виключеними контактами та створюючи достатні зусилля натиску контактів. Для недопущення підвищення температури контакту і контактного опору. Кінцевий натиск та провал залежать від конструкції приводу рухливого контакту.
За умовами електробезпеки безпосередній привід. Тобто привід, при якому апарат приводиться в дію безпосередньо вручну, застосовують переважно тільки для апаратів кіл управління (контролери машиніста, рубильники акумуляторної батареї) А також різних роз’єднувачів, що перемикають електричні кола у знеструмленому стані. Останні необхідно перемикати вручну за умовами безпеки для того, щоб машиніст переконався в тому, що зроблене їм перемикання дійсно відбулося.
Всі виконавчі апарати, що здійснюють перемикання у високовольтних електричних колах, виконують із приводами з дистанційним керуванням, що спрацьовують по сигналах кіл управління. У ці ж ланцюги включені приводи комутаційних датчиків та різних реле. За принципом дії приводи з дистанційним керуванням можуть бути електромагнітними, електропневматичними, моторними або гідравлічними. Розрізняють приводи й по їхній швидкодії.
Швидкодіючі приводи мають мінімально можливий час спрацьовування. Для апаратів оперативної комутації час спрацьовування приводів не має істотного значення. У приводів з витримкою часу спрацьовування штучно затримується. Приводи апаратів бувають індивідуальні — окремий привід на одне контактне з’єднання (електропневматичні та електромагнітні контактори). І групові — один привід до декількох контактних з’єднань ланцюгів, що комутирують. Розрізняють приводи й по числу фіксованих позицій. Для індивідуального приводу можливі тільки дві позиції — включене і виключене.
Групові контактори або перемикачі, які мають дві позиції, називають двопозиційними (реверсори, гальмові перемикачі). Якщо позицій більше, ніж дві, то такі контактори називають багатопозиційними (головні контролери та перемикачі ступенів електровозів змінного струму). Багатопозиційні приводи мають одну пряму послідовність перемикань, або дві — пряму і зворотну. Контактні елементи групових перемикачів приводяться в дію кулачковими валами. Муфти яких натискають на важелі рухомих контакт, замикаючи або розмикаючи їх. Приводи їх, як правило, моторні або пневматичні.
Також вас може зацікавити:
Електрорухомий склад (електровози, електропоїзди) Електронний підручник (docx)
