Конструкції взаєморухливих контактних з'єднань

По конструктивному виконанню взаєморухливі контакти можна підрозділити на наступні групи:

1. Клинові, чи врубні контакти (рис. 3.1).

Цей тип контактів знайшов широке застосування в рубильниках і запобіжниках.

Рис. 3.1. Клинові, чи врубні, контакти:

1 -ніж; 2 -качани; 3 -плоска пружина

 

Контактні натискання в контактах на невеликі струми створюються за рахунок пружних властивостей матеріалу качани, у контактах на великі струми маються спеціальні пружини. Гасіння дуги клинові контакти не забезпечують; мають гарне прослизання при включенні; матеріал - мідь. Контактні поверхні - лінійні, іноді площинні; різновид клинового контакту – розеточний контакт, у якого роль ножа виконує круглий штирьовій контакт.

2. Стикові пальцеві контакти (рис. 3.2).

Цей тип контактів знайшов найбільше широке поширення в електричних апаратах. Контактні поверхні - лінійні і крапкові. Конструкції виконуються як без притирання, так і з притиранням; матеріал-мідь; напайки зі срібла і срібної металокераміки. Контактне натискання створюється спеціальною контактною пружиною.

На великі струми контакти нерідко виконуються з профільної міді з розвитий поверхнею (рис. 3.2, у, г). При відсутності гасіння дуги і для одержання стабільного опору контакти виконуються з напайками з чи срібла срібної металокераміки (рис. 3.2, е).

Рис. 3.2. Стикові пальцеві контакти: а) - крапкові; б) - лінійні штамповані; в) і г) - лінійні профільні; д) - крапкові на перах для слабкострумових апаратів; е) - лінійні з напайкою: 1 - сфера; 2 - сталеві чи бронзові плоскі пружини

Рис. 3.3. Підоймові пальцеві контакти: а¢,а¢¢ - крапки дугозгашення; у¢,у¢¢ - крапки проведення тривалого струму

 

Для слабкострумових апаратів роль пружини виконує сам власник контактної напайки (рис. 3.2, д), виконуваний у виді сталевої чи бронзової плоскої пружини, що називається пером. Перо одночасне відіграє роль провідника, що підводить струм до контактів. Звичайно стикові пальцеві контакти мають однократний розрив і вимагають наявності гнучкого з'єднання, що підводить струм до рухливого контакту, що є їхнім недоліком.

При замиканні підоймових пальцевих контактів (рис. 3.3) відбувається перекочування поверхні контактів із прослизанням і їхнім самозачищенням. Використання підоймових контактів дозволяє рознести контактні поверхні дугозгашення і проведення тривалого струму.

3. Стикові місткові контакти (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Стиковий містковий контакт

 

Достоїнство місткового контакту - відсутність гнучкого з'єднання і подвійний розрив, що поліпшує гасіння дуги; недолік - подвоєний перехідний опір і чи відсутність дуже невелика величина процесу притирання, унаслідок чого місткові контакти звичайно виконуються з напайками з чи срібла срібної металокераміки. Знайшли широке застосування в ланцюгах низької напруги з невеликими значеннями струмів, що розриваються, тому що конструкція дугозгасуючого пристрою для місткового контакту виходить складної і недостатньо надійної.

4. Ковзні пальцеві контакти (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Ковзні пальцеві контакти:

а) і б) - складені на великі струми; в) - сталевий на невеликі струми; 1 - сталева пружина; 2 - гнучке з'єднання; 3 - мідний сухар; 4 - мідний сегмент

 

Це найбільш проста конструкція контактних з'єднань, яка має гарне притирання поверхонь, але створює внаслідок тертя ковзання пальця по ізоляційній чи мідній поверхні великі зусилля і знос. Гасіння дуги ковзні пальцеві контакти не забезпечують і застосовуються в апаратах, переключення контактів яких відбувається без струму і досить рідко. Матеріал - мідь; на малі струми палець нерідко виконується сталевим (рис. 3.5, в). Контактне натискання здійснюється або спеціальною пружиною (рис. 3.5, б), або плоскою пружиною, що є одночасно тілом контакту - сухаря (рис. 3.5, а, в).

Досить часто при пропущенні через апарат великих струмів застосовуються конструкції з рівнобіжними контактами. При цьому, незважаючи на повну ідентичність рівнобіжних контактів, їхній перехідний опір усе-таки виявляється різним і струм розподіляється по контактах нерівномірно. Звичайно приймається, що при двох рівнобіжних контактах кожний з них повинний витримувати струм до 0,6 від повного струму, при трьох рівнобіжних контактах - до 0,4...0…0,45 від повного струму. Унаслідок такої нерівномірності застосування великої кількості рівнобіжних контактів не є доцільним; як правило, обмежуються трьома - чотирма рівнобіжними контактами.

5. Здвоєна контактна група (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Здвоєна контактна група

 

Здвоєна контактна група використовується на струми більш 1000 А. Завдяки наявності пружин при відключенні ланцюга спочатку розмикаються основні контакти (б¢ і б¢¢) і лише пізніше дугозгасуючі контакти (а¢ і а¢¢), між якими загоряється дуга.

6. Герметичні контакти.

Контакти звичайних реле працюють у середовищі атмосферного повітря. Вони забруднюються пилом, парами металів, покриваються окислами, що виникають при хімічних реакціях під впливом електричної дуги (іскри), підпадають під вплив різних атмосферних агресивних газів, водяних пар. Усі ці фактори знижують надійність їхньої роботи і зносостійкість, особливо при малих струмах і напругах, коли окислювання контактних поверхонь може привести до припинення провідності контактів. Зазначені явища можна чи послабити практично виключити, якщо помістити контакти в інертний чи газ вакуум.

Одним з найбільш перспективних напрямків удосконалення контактних пристроїв (особливо на малі струми і напруги) є розробка герметичних магнітокерованих контактів (МК) - герконів.

Найпростіша конструкція МК (рис. 3.7) являє собою скляний балон 1 з ув'язненими в ньому двома електродами 2 і 3. Балон заповнений інертним газом (азот, аргон, водень і т.п.), або з нього викачено повітря до залишкового тиску 0,13...0,0013 Па.

Рис. 3.7. Герметичний контакт - геркон

 

Електроди виконані з магнітного матеріалу (пермалою), є одночасно і магнітопровідом. Кінці електродів F у місці контактування покриваються шаром якого-небудь благородного металу (золото, палладій, радій або їхні сплави).

Керування МК здійснюється магнітним полем, що може створюватися або котушкою, або постійним магнітом 4. Магнітний потік Ф замикається через електроди і повітряний зазор 8 (зазор контактів), замикаючи контакти. Розмикання контактів здійснюється за рахунок пружних властивостей електродів. Таким чином, електроди виконують функції контакту, магніто-проводи і пружини.

МК може виконуватися також із що розмикає чи переключає контактами. Маються МК із контактами, що змочуються ртуттю, що забезпечує їхнє краще контактування і велику потужність, що комутирується.

По своїх технічних характеристиках МК наближаються до безконтактних пристроїв, володіючи в той же час і всі достоїнства контактних.Вони мають високу швидкодію (допускають, частоту включень до 100 Гц), великий ресурс (10⁷…10⁹ спрацьовувань), високу надійність, забезпечують комутацію дуже малих струмів при малих напругах (одиниці мікроамперів при напрузі декілька мілівольт), можуть застосовуватися у вибухонебезпечній апаратурі, допускають експлуатацію при будь-якім положенні в просторі і при великому діапазоні зміни температури (від —60 до +125 °С).

Основними недоліками МК є їхня порівняно мала комутаційна (до 15…60 Вт) і перевантажувальна здатність, низька електрична міцність міжконтактного проміжку.

Для розвитку зазначеного принципу і з метою підвищення комутаційної здатності розроблені магнітокеровані герметичні силові контакти (МКС) — герсикони. На відміну від герконів тут застосовані різні деталі для контактів і магнітопроводу (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Герметичний силовий Контакт - герсикон

 

Усередину герметичної оболонки (плата 1, корпус 14 і кришка 9) уведені полюси 2 і 4 електромагніти Один полюс забезпечує тверде кріплення кінця феромагнітної пружини якоря 12, що несе рухливий контакт 10, а другий утворить з цією пружиною робочий зазор у ланцюзі магнітопроводу. Феромагнітна пружина з зовнішньої сторони шунтована більш тонкими феромагнітними пружними пластинками 13, що значно збільшують загальний перетин якоря електромагніта, але практично не підвищувальними протидіюче зусилля. Це дозволяє при відносно невеликій магніторушійній силі одержати необхідне електромагнітне зусилля. Магніторушійна сила створюється котушкою 3, розміщеної поза камерою герсикону.

Контакти герсикону виконані масивними з напайками з тугоплавкого матеріалу. Герметичний корпус герсикону заповнений захисним газом (суміш азоту з воднем), що забезпечує високу електричну міцність (до 3000 В)

Герсикон типу КМГ-12 на номінальний струм 6,3 А призначений для роботи в ланцюгах з напругою 380…440У при частоті 50...60…60 Гц. Він здатний включати струм 180 А и відключати струм 60 А. Зносостійкість контактів при напрузі 380 В и частоті комутацій 1200 включень і відключень у годину двигуна потужністю 1,1 квт складає більш 10 млн. циклів спрацьовувань. Герсикони мають велику швидкодію - близько 10 мс. Потужність, споживана котушкою контактора з герсиконом типу КМГ-12, не перевищує 2 Вт, що дозволяє застосовувати контактор як вихідний елемент логічних пристроїв замість більш складного тиристорного підсилювача.

Параметри контактів

1. Зазором контактів – називається мінімальна відстань між контактами у відключеному стані електричного апарата.

Зазор контактів штучно зменшувати не можна, оскільки може не відбуватися гасіння дуги. Спадання напруги в дузі приймається рівним 2000 В/м. Тому вибір зазору х контактів без дугозгашення приймається за умовою

м.

2. Провалом контакту – називається відстань на який перемістився б рухливий контакт, якщо забрати нерухомий контакт, у включеному стані електричного апарата. Провал контакту вибирається з умови

d=(0,5...2…2)×а,

де а – товщина контакту.

3. Розривною здатністю контактного з'єднання – називається максимальний чи струм потужність, що можуть комутирувати дане контактне з'єднання.

4. Контактне натискання – це зусилля взаємодії контактів у включеному стані електричного апарата.

Розрізняють:

- початкове контактне натискання F₀ - це зусилля взаємодії контактів у перший момент їхнього торкання;

- кінцеве контактне натискання F_К - це зусилля взаємодії контактів після остаточного спрацьовування електричного апарата.

Необхідне контактне натискання визначається з умови

F_K – F₀ =SF_Ki,

де SF_Ki сумарне натискання всіх контактних пружин електричного апарата.