НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ. Электрические контактыЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫнажатия. Для срабатывания реле поток Фу должен превысить максимальное значение потока Ф1 при минимальном значении зазора δ. По мере движения якоря вправо 1зазорувеличиваетсяδ , поток Ф1 и его противодействующее влияние уменьшаются. В среднем положении наступает динамическое равновесие, после чего возросший поток Ф2 создает дополнительную силу, ускоряющую якорь. Намагничивающая сила, которая обеспечивает срабатывание реле, определяется по формуле N=Iωc=Ф0 x, 0,4pS т. е. намагничивающая сила срабатывания пропорциональна потоку постоянного магнита Ф0 и смещению якоря х, когда он притянут к ярму. В поляризованном реле положение контактов можно регулировать. Это повышает быстродействие поляризованных реле. Для возврата контактной системы в начальное положение необходимо опять изменить полярность тока в управляющей обмотке. Поляризованное реле, имеющее такую настройку, называется двухпозиционным. Оно переключается под действием разнополярных импульсов, причем после прекращения действия управляющего импульса контактная система реле не возвращается в исходное состояние. В двухпозиционных поляризованных реле с преобладанием один из неподвижн контактов выдвинут за нейтральную линию(рис. 3-3,б). Такое реле реагирует на управляющие импульсы только определенной полярности и возвращается в исходное положение, когда управляющий импульс снят. КОММУТАТОРЫ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ Коммутационная аппаратура — устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей— бывает ручного, дистанционного и автоматического управления. Аппаратура - ручного управления работает от непосредственного воздействия на ее органы управления. Аппаратура дистанционного управления работает воздейств электромагнитных сил на ее приводные элементы. Аппаратуру ручного управления по своему назначению и использованию подразделяют: для коммутации силовых цепей(обмоток электродвигателей, электромагнитов, трансформаторов, нагревателей и т. п. токоприемников) и
значениями токов и напряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры аппаратов. Все аппараты ручного управления обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме этого они могут иметь элементы фиксации, дугогашения, монтажа и т. п.
рассмотрим процессы, протекающие в электрических цепях при их замыкании и размыкании. Электрический контакт—местоперехода тока из одной токоведущей детали в другую. Конструктивно коммутирующий контакт выполняют в виде контактного узла, состоящего из несколькихконтактов-деталей.Обычно контактный узел имеет подвижный и неподвижный контакты, хотя последний также может иметь некоторое перемещение, связанное с упругими и температурными деформациями элементов коммутирующего аппарата. На рисунке а, показан мостиковый контактный узел, образующий два стыковых электрических контакта. Он состоит из неподвижных контактов 4, подвижного контакта 3, нажимной пружины 2 и штока 1, который studfiles.net Электрические контактыФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. Кафедра: «Электроснабжение промышленных предприятий» Семестровое задание по дисциплине: «Электрические аппараты» Вариант №7 Выполнил: Студент группы КЭЛ – 051(с) Ермаков М.М. Проверил: Донченко А.М. Камышин 2008г. Содержание 1. ИЗНОС КОНТАКТОВ…………………………………………………..…….2 2. ДРЕБЕЗГ КОНТАКТОВ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НИМ………………….9 3. РАБОТА КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ, В УСЛОВИЯХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ…………………………………………………………….…..…13 4. СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ В КОНТАКТАХ……………………………………………………………….........15 5. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ…………….......….17 1 ИЗНОС КОНТАКТОВ Под износом контактов понимают разрушение рабочей поверхности коммутирующих контактов, приводящее к изменению их формы, размера, массы и к уменьшению провала. Износ, происходящий под действием электрических факторов, будем называть электрическим износом — электрической эрозией. Износ под действием механических факторов здесь не рассматривается, он обычно много меньше электрического. При размыкании сила, сжимающая контакты, снижается до нуля, резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Площадка сильно разогревается, и между расходящимися контактами образуется контактный перешеек из расплавленного металла, который в дальнейшем рвется. При этом в промежутке между контактами могут возникнуть различные формы электрического разряда. При токе и напряжении, больших минимально необходимых (например, для меди при I = 0,5 А и U = 15 В), возникнет дуговой разряд. Если ток меньше минимально необходимого, а напряжение выше напряжения зажигания дуги, то возникнет искровой разряд. Под действием высокой температуры дуги или искры, а также других факторов (см. ниже) часть металла контактного перешейка испаряется, часть разбрызгивается и выбрасывается из промежутка между контактами, часть переносится с одного контакта на другой. Наряду с абсолютной величиной износа в цепях постоянного тока важной характеристикой является также знак износа, или знак переноса. Если больше изнашивается положительный электрод (анод), то переносу приписывается знак плюс, и наоборот. Учитывая, что наличие дуги существенно меняет характер и величину износа, рассмотрим отдельно износ (эрозию) при малых токах (когда дуга отсутствует) и износ при больших токах (при наличии дуги). Износ контактов при малых токах. Эрозия контактов обусловлена тем, что разрушение жидкого контактного перешейка происходит вследствие распыления и разрыва его, но не в середине, а ближе к одному из электродов. Чаще всего контактный перешеек разрывается у анода, вследствие чего износу подвергается только анод (можно считать, что сам перешеек состоит из металла анода и катода поровну). При искровом разряде знак переноса обычно тоже положительный. Величина эрозии пропорциональна количеству электричества, прошедшего через контакты за время искры, и зависит от свойств материала контактов. Снижение эрозии может быть достигнуто за счет применения эрозионно-устойчивых материалов, а также за счет шунтирования контактов искрогасительньми (активно-емкостными) цепочками. В этом случае при размыкании часть энергии цепи уходит на заряд конденсатора. Длительность искрового разряда существенно сокращается. Следует, однако, иметь в виду, что при значительных емкостях при замыкании может произойти разряд конденсатора на сблизившихся, но еще не замкнутых контактах и как следствие этого — сваривание контактов. Износ контактов при больших токах. Износ происходит как при размыкании контактов, так и при их замыкании и зависит от многих переменных факторов. До настоящего времени нет аналитического выражения для расчета величины износа. Ввиду этого приведем некоторые зависимости, полученные опытным путем. Износ контактов при размыкании. Зависимость износа от числа размыканий. Износ контактов при данной напряженности магнитного поля прямо пропорционален числу размыканий. Если износ при одном размыкании равен с, то за n размыканий он будет  (1) Зависимость износа от напряженности магнитного поля. Эта зависимость характеризуется кривой на рис.1. При малых напряженностях дуга длительное время находится на одних и тех же опорных точках, что и приводит к увеличенному износу контактов. С ростом напряженности растет скорость движения опорных точек дуги, контакты меньше нагреваются и оплавляются, износ снижается.   Однако при некоторой напряженности магнитного поля начинает сказываться новое явление, меняющее картину процесса. Как отмечалось, появлению дуги на расходящихся контактах предшествует перешеек из расплавленного металла. С ростом напряженности возрастают электродинамические силы взаимодействия тока с внешним магнитным полем. Эти силы начинают выбрасывать из щели между контактами расплавленный металл перешейка. Износ возрастает. Когда электродинамические силы достигают такого значения, что выбрасывают весь расплавленный металл из промежутка между контактами, износ практически уже не зависит от дальнейшего возрастания напряженности магнитного поля. Зависимость износа от напряжения. При наличии внешнего магнитного поля гашения дуга покидает щель между контактами, едва последние успеют разойтись на 1 — 2 мм; износ контактов практически не зависит от напряжения сети. Зависимость износа от тока. Износ контактов растет с увеличением тока. При неизменных других условиях эта зависимость близка к линейной. В аппаратах, однако, изменение тока вызывает и изменение внешнего магнитного поля (в частности, при последовательной дугогасительной катушке), и тогда износ идет интенсивнее роста тока. Зависимость износа от ширины контакта. При каждом отключении расплавляется, испаряется и выгорает определенное количество металла. Это главным образом металл из площадок контактирования. Изменение количества металла, влияющего на износ в области касания, может быть достигнуто за счет изменения ширины контактов. Опыты подтверждают сказанное: износ контактов, измеряемый изменением провала, обратно пропорционален ширине контактов. Зависимость износа от скорости расхождения контактов. В аппаратах на большие токи, где имеется магнитное дутье и в которых сам контур тока создает достаточные электродинамические силы, скорость расхождения контактов практически не сказывается на величине износа контактов. Увеличение скорости расхождения контактов не может служить способом борьбы с износом. Только при очень малых скоростях расхождения контактов износ увеличивается с уменьшением скорости их расхождения.  Износ контактов при замыкании. При замыкании имеет место также электрический износ, который в ряде случаев превосходит износ при размыкании. Он вызван дребезгом контактов, возникающим при замыкании. Подвижный контакт подходит к неподвижному с определенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация материала обоих контактов: Упругая деформация приводит к отбросу подвижного контакта — он отскакивает от неподвижного на некоторое расстояние, измеряемое сотыми и десятыми долями миллиметра (иногда до 1мм). Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контактов. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой, как показано на рис.2, а. При каждом отбросе между контактами возникает электрическая дуга, вызывающая их износ.  Рис. 2. Дребезг контактов при замыкании Дребезг при замыкании возможен вследствие удара при притяжении якоря. При этом износ может быть большим, чем от удара самих контактов, так как здесь дребезг контактов происходит при гораздо больших мгновенных токах (рис.2,б). Ниже приводятся полученные опытным путем зависимости износа контактов при замыкании от ряда факторов. Зависимость износа от соотношения механической и тяговой характеристик аппарата. Скорость движения контактов определяется соотношением между механической (кривая 1) и тяговой (кривые 2, 3 и 4) характеристиками (рис.3). Чем больше запас тягового усилия (кривая 4), тем большей будет скорость, а следовательно, будут большими удар и дребезг контактов. При недостаточном тяговом усилии (кривая 2) будет происходить остановка подвижной системы в момент соприкосновения контактов (двухтактное включение), что также приведет к повышению износа. Для обеспечения минимального износа тяговая характеристика должна обеспечивать четкое включение аппарата и не иметь чрезмерных запасов (кривая 3).  Рис. 3. Тяговые и механическая характеристики Зависимость износа от начального нажатия Рн и жесткости контактной пружины. Начальное нажатие на контакты в момент их соприкосновения — это та сила, которая противодействует отбросу контактов при их соударении. Естественно, что чем больше эта сила, тем меньше будут отброс и дребезг, а следовательно, и износ (рис. 4). На рисунке показан характер дребезга контактов при пониженном и повышенном нажатии. Кривая UK изображает напряжение на контактах, кривая IК — ток через контакты. Как видно из графиков, при пониженном нажатии контакты размыкались несколько раз. При повышенном нажатий размыкания не было. mirznanii.com Электрические контактыЭлектрические контакты – наиболее ответственные элементы выключателей, кнопок и многих других электрических аппаратов. От работы контактов зависят срок службы и надежность электрического аппарата. В месте электрических контактов соприкасаются два проводника и возникает переходное сопротивление Rk, которое зависит от: - размеров, - материала контактов, - шероховатости поверхности. Соприкосновение контактов происходит не по всей поверхности, а по вершинам микронеровностей, которые всегда имеются на поверхности деталей. Если контакты сильно сжать, то микронеровности сминаются, площадь контакта увеличивается и переходное сопротивление уменьшается. Обычное переходное сопротивление в новых контактах не должно превышать 0,01...0,02 Ом. Многие материалы (медь и др.) на воздухе покрываются слоем окиси, которая плохо проводит электрический ток. Контакты, покрытые слоем окиси, могут быть замкнуты, но переходное сопротивление контактной пары будет столь велико, что цепь тока практически окажется разомкнутой. При нагреве контактов током тепловая мощность, выделяемая в контактной паре, определяется формулой
где I – сила постоянного тока или действующее значение переменного тока, А. Из (5.1) видно, что чем больше переходное сопротивление, тем больше нагреваются контакты. В критическом случае нагрев бывает так велик, так что может произойти сваривание контактов. Таким образом, необходимо, чтобы переходное сопротивление контактов было по возможности малым. Для этого подбирают материал, форму контактов и сжимают контакты специальной пружиной. Наиболее тяжелый режим – размыкание контактов, т.к. при этом между ними возникает электрическая дуга. Дуга продолжает замыкать цепь тока, и оборудование не отключается от сети, что может привести к аварии. Кроме того, под действием электрической дуги контакты «обгорают» и быстро выходят из строя. Интенсивность дуги и время ее горения зависят от электромагнитной энергии, запасенной в индуктивных элементах электрической цепи. Электрическая дуга между контактами существует до тех пор, пока вся электромагнитная энергия перейдет в тепло. Чтобы уменьшить дугу, в электрической цепи включают дополнительный резистор. Тогда часть электромагнитной энергии переходит в тепло в этом резисторе и дуга гаснет быстрее. Кроме того, увеличивают расстояние между контактами, а в мощных аппаратах применяют специальные меры дугогашения. Особенно опасна электрическая дуга в цепях постоянного тока. В цепях синусоидального тока дуга часто гаснет, когда сила тока проходит через ноль. Однако при определенных условиях дуга может вновь загореться в следующий полупериод. Лучшими проводящими материалами являются серебро, медь, алюминий. Первые два материала применяют и для электрических контактов. Алюминиевые контакты не применяют, т.к. плотная пленка окиси алюминия плохо проводит ток. Наиболее распространенным материалом электрических контактов является медь. Серебряные контакты применяют в маломощных устройствах. Кроме того, в небольших и ответственных контактных электрических аппаратах используют золото, платину и др. драгоценные металлы. Электромагниты Катушка со стальным разомкнутым магнитопроводом (сердечником) образует электромагнит (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Схема простейшего электромагнита: 1 – катушка; 2 – магнитопровод; 3 – якорь
Ток I в катушке создает магнитный поток Ф магнитопровода. Этот поток замыкается через подвижную часть магнитопровода, которую называют якорем. Якорь намагничивается и притягивается к неподвижной части магнитопровода. Если ток в катушке прерывается, якорь отпадает от магнитопровода под действием собственной тяжести или специальной возвратной пружины. Якорь электромагнита, изображенного на рисунке 5.3, поворачивается на оси. В этом случае электромагнит называется электромагнитом клапанного типа. Существуют электромагниты прямоходовые (в которых якорь движется поступательно), со сложным движением якоря и др. Школьный звонок и звонок телефона – это электромагнитные механизмы. Существуют электромагнитные тормоза, муфты и т.д. Точные электромагниты используют в измерительной технике. Очень сильные электромагниты применяют в физических экспериментах. Если в электромагните убрать якорь, то его можно применять для подъема ферромагнитных предметов. Такие электромагниты (их называют подъемными) работают на металлургических заводах, поднимают металлолом и др. Важнейшей характеристикой электромагнита является сила тяги. Если зазор между сердечником и якорем невелик, то силу тяги F можно определить по формуле Максвелла:
где S – площадь поперечного сечения сердечника, точнее площадь полюса, т.е. окончания сердечника, взаимодействующего с якорем;
Если площади сечения сердечника и полюса одинаковы, то можно принять, что
где В – индукция магнитного поля в сердечнике. Если зазор
где I – сила тока в обмотке электромагнита, А; N – число витков обмотки. Из (5.4) следует, что при малых зазорах сила тяги очень велика, но при увеличении зазора Для производственных механизмов такая зависимость силы тяги электромагнита и зазора нежелательна, и конструкторы электромагнитов применяют специальные меры для того, чтобы обеспечить постоянство силы тяги при изменении зазора. Если обмотку электромагнита включить на переменный ток, то сила тяги также станет переменной и будет изменяться в больших пределах, а в момент, когда ток проходит через нуль и сила тяги равна нулю, якорь будет то притягиваться, то отпадать. Этот эффект используется в вибраторах. Так как сила тяги пропорциональна квадрату тока, то частота вибрации якоря вдвое превышает частоту сети. Контакторы Простейшие коммутирующие аппараты (выключатели, рубильники и т.д.) обладают одним общим недостатком. Для того чтобы включить или выключить электрическую цепь, надо подойти к выключателю и дотронуться до него рукой. На расстоянии (дистанции) переключить обычный выключатель невозможно. Однако в мощных нагрузках протекают большие токи и имеются большие напряжения, что делает невозможным включение и выключение мощного электрооборудования вручную по соображениям техники безопасности. Кроме того, дистанционное автоматическое выключение необходимо в аварийных ситуациях. Аппарат, в котором мощные электрические контакты замыкаются электромагнитом, а не вручную, называют контактором. Схема простейшего контактора изображена на рисунке 5.4.
Рис. 5.4. Схема простейшего контактора
Если в обмотке электромагнита 1 возникнет ток I1, якорь притянется к сердечнику, стержень 2 переместится вверх и замкнет контакты a-b. Цепь с током I2 окажется включенной (замкнутой). Если разорвать цепь с током I1 электромагнита, то под действием пружины 3 подвижные контакты с – d переместятся вниз и разорвут цепь с током I2, потребляемого нагрузкой. Включение электромагнита можно производить вручную на большом расстоянии от контактора, т.к. обмотку электромагнита и подводящие провода можно выполнить из тонкого провода (сигнальные провода).
Похожие статьи:poznayka.org Условия, влияющие на работу электрических контактов. Окисление контактов.УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВНадежность работы электро- и радиотехнических устройств и, в частности, электрических контактов — это свойство сохранять непрерывную работоспособность со стабильностью не ниже разрешенной техническими условиями. Иначе, надежность — это безотказность в работе. Надежность электрического контакта определяется как вероятность Р выполнения им основной задачи, например замыкания какой-то цепи в течение заданного времени. Надежность контактов при их работе не гарантируется полностью; возможны отказы, вызываемые химическими (образование непроводящих пленок), тепловыми, электрическими (перегрев и разрушение) и механическими (разрушение) причинами. Возможные отказы в работе электрических контактов трудно прогнозировать. Как правило, они относятся к случайным явлениям. К внезапному отказу в работе могут привести количественные и качественные изменения как внутри контактной пары, так и вне ее (коррозия, эрозия, чрезмерное увеличение тока или температуры, удары, толчки, вибрация).Кроме внезапных отказов наблюдаются явления постепенного нарастания дефекта, приводящие к прекращению работы контакта. Суммарная надежность Р контакта может быть определена как произведение надежности при действии внезапных отказов Рво на надежность при действии постепенных отказов Рпо, а именно:Р = Рво х Рпо. При определении качества электрического контакта также важен и параметр, называемый долговечностью и и определяющий время, в течение которого электрический контакт выполняет возложенные на него функции, заметно не ухудшая параметров, заданных техническими условиями. Нарушение работоспособности электрических контактов может быть вызвано: — отсутствием графика профилактических работ или невыполнением по утвержденному графику работ по осмотру, чистке и регулировке контактов, а также плохим или неквалифицированным выполнением этих работ;— недопустимым изменением режимов работы контактов в частности пропусканием через контакты токов короткого замыкания и токов, превышающих разрешенные техническими условиями;— механическим износом, истиранием, переносом металла с контакта на контакт, осыпанием и испарением материала во время дуговых процессов. Большое влияние на интенсивность отказов оказываю климатические условия и механические воздействия. Для некоторых видов контактных систем найдены уравнения, позволяющие определять интенсивность отказов в зависимости от эксплуатационных параметров, величин коммутируемого тока и числа коммутационных операций.Надежность работы электрических контактов в основном зависит от их конструкции, но часто электрические узлы, приборы и аппараты выходят из строя вследствие недостаточно правильной эксплуатации, нарушения установленного графика профилактики и ремонта. На надежность электрических контактов существенно влияют среда, в которой они находятся и работают, а также различные механические воздействия. Ремонт узлов, приборов, аппаратов и установленных в них электрических контактов бывает текущий и капитальный.Текущий ремонт включает в себя работы, не вызывающие необходимости разборки аппаратуры и приборов. Например, в электрических машинах замена износившихся щеток новыми, пришлифовка их, промывка, шлифовка и полировка коллектора проводятся при текущем ремонте.Капитальный ремонт обычно связан с длительной остановкой и разборкой аппаратуры. Так, проточка коллектора или колец требует разборки машины и относится к капитальному ремонту. Планово-предупредительный осмотр и ремонт контактов, а в необходимых случаях замена их повышают надежность работы узлов, приборов и аппаратуры. Надежность особенно возрастает в том случае, когда обслуживающий персонал знаком с основами теории работы контактов всех видов, умеет быстро находить и устранять дефекты, возникающие при их работе. Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу электрических контактов. Влажность воздуха в разных климатических поясах и в разное время года неодинакова. Повышенная влажность — одна из основных причин, которая может нарушить нормальную работу контактов. Понижает надежность работы контактов и загрязнение воздуха в виде дымов и пыли. Если влага может вызвать коррозию, контактов, то дымы приводят к покрытию поверхности контактов не проводящими ток пленками, а твердые частицы пыли способны изолировать контакты относительно друг друга на короткое или продолжительное время.На скорость протекания коррозионных процессов и образование окисных пленок влияет температура окружающей среды (чем выше температура, тем активнее эти процессы).Отрицательно влияют на надежность работы электрических контактов пониженное атмосферное давление, ультрафиолетовые и другие излучения Солнца, морской туман, морская вода, а также грибковые и бактериальные воздействия.Наиболее сложны условия эксплуатации электрических контактов в тропических областях, где очень высоки температура и влажность воздуха. В такой среде процесс коррозии идет особенно быстро. Многие электрические контакты в процессе эксплуатации подвергаются непрерывным или периодически возникающим механическим воздействиям: ударам, линейным ускорениям, вибрациям. Создаваемые при этом ускорения достигают иногда десятков и сотен. Наиболее чувствительны к механическим воздействиям разрывные и скользящие контакты, что необходимо учитывать при их эксплуатации. ОБРАЗОВАНИЕ ПЛЕНОК НА КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХНа поверхностях электрических контактов, соприкасающихся с атмосферой, образуются пленки. Как правило, эти пленки имеют сложный химический состав. Одним из компонентов пленки является металл контакта, другим — кислород, сера и прочие химические реагенты, оседающие на поверхности металла. Например, атомы кислорода сначала создают на поверхности металлов тонкую одноатомную пленку сцепления, которая со временем и при повышении температуры утолщается. Толщина образующихся пленок зависит от химической активности металлов, степени их очистки и полировки, состояния и химического состава среды, в которой находятся контакты. Так, в чистом воздухе окисная пленка алюминия имеет толщину 10—15 нм, а цинка— лишь 0,5—0,6 нм. Нижеприведенные цифры говорят о скорости проникновения в глубину металлов атмосферной коррозии. Она составляет: для свинца—4 мкм/год, алюминия — 8 мкм/год, меди и олова — 12 мкм/год, цинка — 50 мкм/год и железа —200 мкм/год. Физико-химические процессы, идущие при образовании различных пленок, отличаются друг от друга, поэтому пленки принято разделять на адгезионные, пленки потускнения, пассивирующие, водяные и пленки граничной смазки. Адгезионные пленки. Пленки этого вида имеют относительно малую толщину, не превышающую 2,5—З нм. Благодаря действию туннельного эффекта они не являются изоляторами цепи электрического тока.Если толщина пленки превышает 2,5—З нм, туннельный эффект прекращается, а электроны уже не могут преодолеть достаточно большой потенциальный барьер и пленка становится диэлектриком. Пленки потускнения. Эти пленки, как правило, относятся к диэлектрическим пленкам. Их появление на поверхности чистых металлов приводит к потере последними блеска, вследствие чего такие пленки и названы пленками потускнения. Очень часто создаются две разновидности пленок потускнения: окисные пленки (соединение металла с кислородом воздуха) и сульфидные пленки (соединение металла с серой).Сопротивление пленок потускнения зависит (помимо остальных факторов) от строения кристаллической решетки металла. Обычно пленки, образующиеся на поверхности металла, имеют неравномерную толщину.Молекулы кислорода, соприкасаясь с поверхностью металла, сначала связываются с металлом наиболее слабыми, остаточными связями силами Ван-дер-Ваальса. Как известно, эти силы значительно слабее сил металлических связей, образующих твердые кристаллические тела металлов за счет связи положительных ионов (ядер) с валентными электронами. Однако дальнейшее продолжение процесса окисления может изменить характер связей, так как атомы кислорода, проникая в кристаллическую решетку металла, способны создавать более или менее прочные решетки из окислов. Процесс образования окисной пленки идет по следующей схеме: кислород осаждается на поверхности металла, атомы металла диффундируют в пленку кислорода, происходит химическая реакция, заканчивающаяся появлением молекул окисла. Повышение температуры способствует ускорению процесса диффузии и образования окисных пленок. Этот процесс активизируется также в случае возникновения искро- и дугообразования, при длительном прохождении тока и длительном нахождении электрических контактов в среде, богатой кислородом или другими активными реагентами. На поверхностях некоторых металлов окисные пленки создаются чрезвычайно быстро (доли секунд или секунды), на других они формируются в течение минут.Предельная толщина пленки зависит от химической активности металла с кислородом. Многие металлы, часто используемые для изготовления контактов, покрываются пленками потускнения. Так, например, на поверхности никеля при невысоких температурах окисная пленка формируется очень медленно, но в среде с высокой температурой толщина ее может быстро увеличиваться. В конце концов постепенное утолщение пленки приводит к разрыву электрической цепи. Соединение концов проводов из алюминия и обеспечение при этом надежного электрического контакта — задача довольно сложная, так как образование непроводящей электрический ток плотной окисной пленки толщиной до 10—15 нм происходит с большой скоростью— длится лишь десятки секунд. Латунь сравнительно легко окисляётся, поэтому использование ее для изготовления контактов нежелательно. Бронза при нормальной температуре заметно не окисляется. На поверхности вольфрама изолирующие пленки не образуются, если температура среды не достигает больших величин. Золото, даже при высокой температуре, заметному окислению не подвержено. На его поверхности может образовываться лишь тонкий слой адгезионной пленки. Платина не окисляется, но при соединении с некоторыми газами углеводородного характера может создавать на своей поверхности полуизоляционные пленки, приводящие к некоторому увеличению контактного сопротивления. Серебро окисляется весьма незначительно. Окисные пленки на серебре непрочны и легко снимаются как под действием повышенной температуры, так и механических усилий. Значительно более опасными и прочными являются пленки, образуемые серебром с серой и ее соединениями, особенно в присутствии влаги. Серебро при этом тускнеет, на его поверхности появляются темные пятна. Однако при определенных механических сдавливающих усилиях пленка потускнения на серебряных контактах может разрушаться, в результате чего появляются очаги проводимости (пропускания). Существует ряд способов снятия пленок потускнения с поверхности металлов в целях улучшения электрического контакта. Слой пленки можно счищать напильниками, наждачной бумагой, снимать химическими методами. Кроме того, возможно разрушение пленок с помощью встряхивания, вибраций, приложения ударных или статических сдавливающих усилий. Такие методы называются искусственным старением. Поскольку часто адсорбированный на поверхности металла кислород бывает связан с металлом лишь незначительными, остаточными силами Ван-дер-Ваальса, то пленки в сами по себе с течением времени могут растрескиваться и отваливаться, что ведет к улучшению электрического контакта. Этот процесс постепенного улучшения контакта при длительной его эксплуатации называется естественным старением. Помимо рассмотренных выше методов естественного и искусственного старения и разрушения пленок потускнения известно явление электрического пробоя пленок— фриттинг, также приводящее к восстановлению электрической цепи. Так, если толщина пленки потускнения весьма значительна и составляет, например, З0—40 нм, удельное электрическое сопротивление образованного диэлектрического слоя будет велико (10—1000 Мом см). В этом можно убедиться, если подвести напряжение к двум сторонам пленки потускнения и включить в цепь амперметр и вольтметр. Установив минимальное напряжение, например, менее одного вольта, можно увидеть, что ток цепи практический отсутствует (составляет доли или единицы микроампер). Если затем увеличивать напряжение, то при каком-то его значении произойдет резкое увеличение тока в цепи. Этог эксперимент позволяет сделать вывод, что при определенной величине напряжения происходит электрический пробой диэлектрической пленки и восстановление очагов проводимости (пропускания). Пробой пленки потускнения есть процесс разрушения диэлектрика и появления канала, заполненного проводящими ток электронами и ионами. В месте пробок возникает высокая температура, металл расплавляется, проникает через пленку потускнения и создает мост для электрического тока. Пробой пленок потускнения происходит в тот момент, когда напряженность электрического поля на границах пленки достигает величины 1—10 Мв/см.Если энергия электрического пробоя относительно небольшая и не приводит к расплавлению металла в месте пробоя, то около очагов пробоя пленка потускнения лишь как бы тает (утоньшается), отчего площадь освобожденной от пленки поверхности электрического контакта несколько увеличивается. Пассивирующие пленки. Промежуточными по проводимости между адгезионными пленками и пленками потускнения являются пассивирующие пленки. Пассивирующие пленки иногда создаются на поверхностях некоторых металлов с валентностью 2 и более (например, цинка). Толщина таких пленок более или менее постоянна и равна 1,0—1,5 нм, однако электрическое сопротивление пассивирующих пленок несколько изменяется со временем в зависимости от степени влияния туннельного эффекта. Водяные пленки. Водяные пленки могут образовываться на поверхностях всех металлов, но их толщина для разных металлов неодинакова. Если относительная влажность в атмосфере превышает 70——80%, то вода адсорбируется на поверхности металла, создавая слой толщиной до 5 нм на благородных металлах и до 10 нм на других металлах.Вода, появившаяся на поверхности металла, растворяет его верхние слои; при этом ионы металла уходят в воду. По истечении некоторого времени дипольные молекулы воды, несущие электрические заряды, создают на поверхности металла электрическое поле и переводят некоторое количество ионов металла в раствор, после чего они уже не могут более поддерживать разность потенциалов, достаточную для продолжения процесса движения ионов, и последний прекращается. Так создается состояние динамического равновесия и образуется водяная пленка определенной толщины.Несколько иначе идет процесс образования пленки на поверхности железа. Молекулы располагаются на сравнительно больших расстояниях друг от друга, создавая бугорки, под которыми легко продолжается этот же процесс. Бугорки постепенно растут, становятся тяжелее и без труда отваливаются от поверхности металла. Если влажность атмосферы, в которой находится кусок железа, значительна (80—90%), такой процесс может продолжаться непрерывно. Описанное явление называется коррозией железа или ржавлением. Изделия из железа, подвергающиеся ржавлению, постепенно становятся все тоньше, металл в конце концов рассыпается на отдельные куски и переходит в окружающее пространство в виде мелких частиц пыли коричневого цвета. Скорость коррозионных процессов связана с климатом и характером местности. Например, в сельской местности с умеренным климатом железо коррозирует со скоростью около 2,6 мкм/год, в городах того же пояса — со скоростью 200 мкм/год, а в тропическом поясе на берегу моря — до 620 мкм/год. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТОВ И ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА НИХЭлектрические разрывные контакты могут находиться в одном из трех возможных положений:— контакты замкнуты и ток без затруднений проходит через них;— контакты разомкнуты, находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, между ними имеется значительный по толщине слой диэлектрика, например воздуха, и прохождение тока поэтому исключается; — контакты были замкнуты и началось их размыкание или контакты были разомкнуты и началось их сближение до появления между ними наименее возможного расстояния называемого зазором. В этом случае, хотя прямого металлического контакта еще нет, все же может создаться цепь электрического тока благодаря возникновению в зазоре между контактами искрового или дугового процесса. В третьем возможном положении контактов величина тока может быть непостоянной, а поэтому режим работы контактов при наличии зазора называется нестационарным, или неустановившимся переходным. При конструировании контактов стараются рассчитать их так, чтобы длительность неустановившегося режима работы была минимальной. В идеальных замкнутых контактах вся геометрическая поверхность является проводником электрического тока. В реальных замкнутых контактах ток проводят отдельные очаги проводимости (пропускания), поэтому электрическая проводимость реальной поверхности во много раз меньше электрической проводимости идеальной поверхности.В случае идеальных контактов их электрическое переходное сопротивление можно было бы не принимать во внимание вследствие его малости. Однако поскольку электрический ток проходит лишь через очаги проводимости (пропускания), линии электрического тока не могут распределяться равномерно по всей геометрической поверхности контактов. Они вынуждены стягиваться к местам расположения очагов проводимости (пропускания) и искривляться. Естественно, что стягивание и уплотнение линий тока ведет к увеличению электрического сопротивления прохождению тока в очагах проводимости (пропускания). Это добавочное сопротивление принято называть сопротивлением стягивания. Когда поверхность, проводящая ток, составляется из многих очагов проводимости (пропускания), результирующее сопротивление стягивания определяется как величина, обратная сумме проводимостей отдельных очагов. Во многих случаях определение сопротивления стягивания представляет собой трудную задачу, так как приходится учитывать очень сложную форму отдельных очагов проводимости (пропускания), находить размеры очагов, расстояния между ними и одновременно считаться с неравномерностью их расположения на контактной поверхности. К тому же сопротивление каждого очага проводимости(пропускания) меняется с изменением температуры поверхности контактов и со временем. Если же на поверхности очагов проводимости (пропускания) появляются пленки, например пленки потускнения, рабочая поверхность очагов вследствие этого уменьшается и еще более усиливается эффект стягивания линий тока. Создается дополнительное сопротивление, вызываемое пленками потускнения, расположенными на поверхностях обоих контактов.Следовательно, контактное сопротивление Rконт — это добавочное сопротивление поверхности контактов, появляющееся за счет сужения участков, проводящих ток, как вследствие наличия лишь отдельных очагов проводимости (пропускания), и вследствие появления на них пленок потускнения.Если известны величина добавочного переходного контактного сопротивления Rконт и проходящий через контакты ток I, можно определить добавочное падение напряжения на контактах от эффекта стягивания линий тока:Ucт = IRконт.В идеальном случае, когда два контакта соединены между собой по всей геометрической поверхности, т. е. отсутствуют линии стягивания и пленки потускнения, переходное контактное падение напряжения будет определяться какUпер = IRпер, где переходное контактное сопротивление Rпер намного меньше Rконт. Так как последний случай практически не реален, то, измеряя переходное падение напряжения между контактами, фактически находят величину добавочного падения напряжения Uст. Атмосферные и другие воздействия могут приводить к многократному увеличению добавочного переходного контактного сопротивления вследствие коррозии. www.smazelektro.ru Термины и определения на контакты электрическиеВведениеНастоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения понятий в области электрических контактов. Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается. Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования. Установленные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма – светлым. Общие понятияЭлектрический контакт Соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи. Электрическое контактирование Контактирование Образование и существование электрического контакта. Контакт электрической цепи Контакт Часть электрической цепи, предназначенная для коммутации и проведения электрического тока. Контакт-деталь Деталь, соприкасающаяся с другой при образовании электрического контакта. Контактное соединение Контакт электрической цепи, предназначенный только для проведения электрического тока и не предназначенный для коммутации электрической цепи при заданном действии устройства.Виды электрических контактовСтыковой электрический контакт Электрический контакт, образовавшийся при перемещении одной контакт-детали в направлении, перпендикулярном к поверхности первого соприкосновения с другой контакт-деталью. Клиновой электрический контакт Электрический контакт, образовавшийся при перемещении одной контакт-детали в направлении первого соприкосновения с другой контакт-деталью. Скользящий электрический контакт Электрический контакт, существующий при скольжении одной контакт-детали по другой. Катящийся электрический контакт Электрический контакт, существующий при качении одной контакт-детали по другой. Поверхностный электрический контакт Электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по поверхности. Линейный электрический контакт Электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по линии. Точечный электрический контакт Электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит в точке. Притирающийся электрический контакт Электрический контакт, замыкающийся с проскальзыванием. Перекатывающийся электрический контакт Электрический контакт, замыкающийся с перекосом.Виды контакт-деталейПодвижная контакт-деталь Контакт-деталь, жестко или упруго связанная с подвижной частью устройства и перемещающаяся вместе с ней. Неподвижная контакт-деталь Контакт-деталь, жестко или упруго связанная с неподвижной частью устройства. Плоская контакт-деталь Контакт-деталь, имеющая плоскую рабочую поверхность. Цилиндрическая контакт-деталь Контакт-деталь, имеющая цилиндрическую рабочую поверхность. Сферическая контакт-деталь Контакт-деталь, имеющая сферическую рабочую поверхность. Гнездовая контакт-деталь Гнездо Контакт-деталь, предназначенная для ввода штырей контакт-детали и электрического контактирования с ней по своей внутренней поверхности. Штыревая контакт-деталь Штырь Контакт-деталь, предназначенная для ввода в гнездовую контакт-деталь и электрического контактирования с ней по своей внешней поверхности. Биметаллическая контакт-деталь Контакт-деталь, выполненная из двух слоев различных материалов, образующих между собой по всей плоскости неразборное контактное соединение. Металлокерамическая контакт-деталь Контакт-деталь, выполненная методом порошковой металлургии. Композиционная контакт-деталь Контакт-деталь, состоящая из материалов, которые практически не растворяются друг в друге.Поверхности контакт-деталейРабочая поверхность контакт-детали Часть поверхности контакт-детали, предназначенная для осуществления электрического контакта. Нерабочая поверхность контакт-детали Часть поверхности контакт-детали, не предназначенная для осуществления электрического контакта. Крепежная поверхность контакт-детали Крепежная поверхность контакт-детали. Условная площадь контактирования Часть рабочей поверхности контакт-детали, по которой происходит соприкосновение с другой контакт-деталью. Эффективная площадь контактирования Часть условной площади контактирования, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую.Виды контактов электрической цепиЗамыкающий контакт электрической цепи Контакт электрической цепи, разомкнутый в начальном положении устройства и замыкающийся при переходе устройства в конечное положение. Размыкающий контакт электрической цепи Контакт электрической цепи, замкнутый в начальном положении устройства и размыкающийся при переходе устройства в конечное положение. Переключающий контакт электрической цепи Переключающий контакт Переключающиий контакт электрической цепи, размыкающий одну электрическую цепь до замыкания следующей. Перекрывающий контакт электрической цепи Перекрывающий контакт Переключающий контакт электрической цепи, не размыкающий одну электрическую цепь до замыкания следующей. Вставной контакт электрической цепи Вставной контакт Контакт электрической цепи, образующийся введением одной контакт-детали в другую при приложении осевого усилия, причем его расчленению препятствует сила трения. Врубной контакт электрической цепи Контакт электрической цепи, образующийся введением плоской контакт-детали между двумя пружинящими контакт-деталями. Мостиковый контакт электрической цепи Контакт электрической цепи, образующийся при соединении одной подвижной токопроводящей части с двумя неподвижными. Рычажный контакт электрической цепи Рычажный контакт Контакт электрической цепи, образующийся между неподвижной контакт-деталью и подвижной контакт-деталью, имеющей форму рычага и осуществляющей угловое перемещение. Кольцевой контакт электрической цепи Кольцевой контакт Контакт электрической цепи, образующий скользящий электрический контакт на цилиндрической поверхности.Параметры и характеристики контакта электрической цепиЗазор контакта электрической цепи Зазор контакта Кратчайшее расстояние между подвижной и неподвижной контакт-деталями в их разомкнутом положении. Провал контакта электрической цепи Провал контакта Расстояние, на которое переместится из замкнутого положения одна контакт-деталь при удалении другой контакт-детали. Ход контакта электрической цепи Расстояние, на которое перемещается подвижная контакт-деталь между своими предельными положениями, соответствующими включенному и отключенному состоянию устройства. Контактное нажатие Сила, действующая между двумя замкнутыми контакт-деталями, нормальная к поверхности их соприкосновения. Начальное контактное нажатие Контактное нажатие в момент начала замыкания контакт-деталей. Конечное контактное нажатие Контактное нажатие в момент начала замыкания контакт-деталей. Усилие сочленения (расчленения) контакта электрической цепи Сила, приложенная вдоль оси вставного контакта электрической цепи, необходимая для его сочленения (расчленения). Сопротивление контакта электрической цепи Электрическое сопротивление, состоящее из сопротивлений контакт-деталей и переходного сопротивления контакта электрической цепи. Переходное сопротивление контакта электрической цепи Электрическое сопротивление зоны контактирования, определяемой эффективной площадью контактирования, и равное отношению падения напряжения на контактном переходе к току через этот переход. Падение напряжения на контактном переходе Напряжение между двумя замкнутыми совместно работающими контакт-деталями. Дребезг контакта электрической цепи Дребезг контакта Процесс многократного самопроизвольного размыкания и замыкания контакта электрической цепи по причинам, не предусмотренным заданным действием устройства. Отброс контакта электрической цепи Отброс контакта Самопроизвольное временное однократное размыкание контакта электрической цепи по причинам, не предусмотренным заданным действием устройства.Виды контактных соединенийРазъемное контактное соединение Контактное соединение, которое может быть разомкнуто (замкнуто) без разборки (сборки). Разборное контактное соединение Контактное соединение, разъединяемое путем разборки без его разрушения. Неразборное контактное соединение Контактное соединение, которое не может быть разъединено без его разрушения.Литература
weldworld.ru Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов в контактахТехнологии в электронной промышленности №6'2007Заказать этот номерМы продолжаем цикл статей по прямоугольным электрическим соединителям (ПЭС). В данной статье проводится анализ основных физических процессов, которые происходят в контактах электрических соединителей в процессе эксплуатации, и даются рекомендации по минимизации их отрицательных воздействий. ВведениеЭлектрический контакт является одним из основных элементов любой электрической схемы. В связи с усложнением технических систем растет количество и разнообразие типов и форм контактов, их режимов и условий работы. Роль контактов становится ответственнее как в техническом, так и в технико-экономическом отношении. Все это требует более интенсивного и глубокого изучения физических процессов в различных режимах и условиях работы контактов, методов инженерного расчета и конструирования, правильного нормирования режимов и условий работы, разработки и исследования новых контактных материалов и новых конструктивных форм контактов. В данной статье излагаются основные принципы действия, физические процессы и явления, происходящие в электрических соединителях, обозначаются основные понятия и их физический смысл. Приводятся факторы, определяющие надежность, долговечность и условия сохраняемости электрических соединителей. Определяются пути повышения надежности и долговечности, излагаются правила эксплуатации. Контактная поверхностьПоверхность контакта, как и всякого твердого тела, всегда обладает шероховатостью и волнистостью. Приближенно геометрическую модель контактной поверхности можно рассматривать как некоторую волнистую поверхность, на которой расположены сферические выступы. Высота выступов относительно основания волн неодинакова. Статистическое распределение значений высот этих выступов близко к нормальному. Наличие шероховатости и волнистости приводит к тому, что две поверхности всегда контактируют только в отдельных «пятнах». Поверхность, представляющая собой совокупность точек, через которые передается давление, называется эффективной поверхностью механического контакта, и если это чистый металл, то есть его поверхность свободна от непроводящих пленок, то такая поверхность будет также являться эффективной поверхностью электрического контакта. Эффективная поверхность контакта является функцией контактного нажатия. Под действием усилия нажатия две поверхности сближаются за счет деформации контактирующих выступов, и в соприкосновение входит все большее и большее количество отдельных выступов. Сближение контактирующих поверхностей происходит до тех пор, пока сумма реакций упруго деформированных выступов не будет равна усилию нажатия N, то есть когда:  где nk — количество контактирующих выступов; Ni — реакция выступа, деформированного на величину Δi . Величина эффективной контактной поверхности при этом равна:  где r — средний радиус выступов, величина которого определяется чистотой обработки контактных поверхностей. Зависимость между величиной эффективной контактной поверхности и контактным давлением можно представить в виде:  для случая контактирования по линии (например, контакт между образующей цилиндра и плоскостью).  для случая контактирования по плоскости, где Е — модуль Юнга; hm — максимальная высота выступов; no — общее количество выступов на «кажущейся» контактной поверхности. При контактных давлениях порядка 0,015ч1,0 кгс, которые обычно имеют место на практике в разъемных контактах, эффективная поверхность контактирования ничтожно мала по сравнению с кажущейся контактной поверхностью. Обычно она составляет от долей до единиц процента. Механизмы проводимости электрического контактаКак было уже сказано, эффективная площадь механического контакта в случае чистых металлических поверхностей совпадает с эффективной площадью электрического контакта. Однако понятие чистых металлических поверхностей весьма условно, так как на практике на них обязательно в той или иной мере присутствуют различного рода пленки. При определенных условиях на поверхностях контактов образуются окисные пленки. Окисные и сульфидные пленки, получившие название пленок потускнения, появляются на большинстве металлических поверхностей при повышенных температурах, повышенной влажности и повышенном содержании в атмосфере сернистого газа. Кроме перечисленных выше пленок, существенное влияние на работу контактов оказывают органические пленки, которые образуются на любых металлических поверхностях путем адсорбирования молекул органических веществ, которые присутствуют в воздухе, окружающем контакты. Таким образом, на практике контактные поверхности всегда покрыты пленками, изолирующими их друг от друга. Проводимость электрического тока через пленки обычно реализуется либо за счет туннельного эффекта, либо путем термоэлектронной эмиссии. Сопротивление электрическому току при этих механизмах проводимости сравнительно велико и даже при малой толщине пленки (порядка 5–10 Å) достигает десятков Ом. Однако на практике электрические контакты имеют в десятки и сотни раз меньшее сопротивление. Это объясняется тем, что основным механизмом проводимости электрического контакта является омическая проводимость через участки с чисто металлическим контактом, которые образуются вследствие локального разрушения пленок, так как даже при сравнительно небольшом контактном давлении (порядка 15–100 г) механическое давление, действующее на пленку на отдельных контактирующих выступах, достигает очень больших значений. Таким образом, основным механизмом проводимости в разъемных электрических контактах является омическая проводимость электрического тока через участки с чисто металлическим контактом. Эмиссионная составляющая проводимости обычно не превышает 1–4% и практически не оказывает существенного влияния на общую проводимость контакта. Переходное сопротивлениеЕсли на металлическом стержне отметить две точки а и b, как указано на рис. 1, и измерить сопротивление между ними, а затем разрезать стержень на две части, соединить встык и снова измерить это сопротивление, то разность показаний между вторым и первым измерениями дает величину, получившую название переходного сопротивления контакта.  Природа переходного сопротивления заключается в следующем. При прохождении электрического тока через контакт вследствие малой площади контактных пятен линии тока значительно искривляются, образуя так называемые области «стягивания» (рис. 2).  За пределами области стягивания плотность тока по всему сечению контактного электрода одинакова, поэтому приращение сопротивления электрода за пределами областей стягивания равно:  где ρ — удельное сопротивление материала электрода; Δl— приращение длины электрода; Аэлектр — площадь сечения контактного электрода. В сечениях контактных электродов, пересекающих области стягивания, плотность тока по сечению неодинакова. В предельном случае приращение сопротивления равно:  где Аi — площадь i-го контактного пятна; Аэфф — эффективная контактная поверхность. Из вышеизложенного видно, что приращение сопротивления электрода в сечении, совпадающем с контактной поверхностью, будет во столько раз больше, во сколько раз Аэлектр больше Аэфф. Таким образом, вблизи контактной поверхности как бы появляется дополнительное сопротивление, получившее название сопротивления «стягивания», которое определяет переходное сопротивление контакта. В случае одиночного контакта переходное сопротивление равно сопротивлению стягивания и определяется в виде  где а — радиус контактного пятна. В случае многоточечного контакта переходное сопротивление представляет собой параллельное соединение сопротивлений стягивания каждого контактного пятна. Его можно представить как функцию контактного нажатия в виде:  (для случая контактирования по линии). Как видно из приведенных выражений, для получения наименьшего Rпер контакта необходимо использовать материал с наименьшими удельным электрическим сопротивлением и механической твердостью, с малой шероховатостью контактных поверхностей и при этом обеспечивать наибольшее контактное давление. Однако следует отметить, что использование контактных пар с малой шероховатостью контактных поверхностей не всегда эффективно, так как не обеспечивает хороших условий для разрушения окисных и сульфидных пленок на контактных поверхностях. Поэтому оптимальную чистоту обработки контактных поверхностей необходимо определять для каждой конструкции отдельно, учитывая механическую прочность пленок и интенсивность их роста при конкретном давлении. Особенности работы контактов в цепях с микротоками и микронапряжениямиОсновным фактором, определяющим особенности работы контактов в цепях с микротоками и микронапряжениями, является влияние на них поверхностных пленок. Необходимым условием нормальной работы контактной пары является механическое разрушение поверхностных пленок за счет контактного давления. Дополнительно разрушение поверхностных пленок происходит и за счет явления фриттинга пленок. Явление фриттинга представляет собой электрический пробой поверхностной пленки, который возникает тогда, когда величина напряженности электрического поля внутри пленки достигает порядка 106 В/см. Пробой может вызвать образование металлических мостиков в пленке. При напряжении в цепи выше 1 В нарушение электрического контакта за счет образования и роста пленок без влияния других внешних факторов маловероятно, так как это напряжение достаточно для пробоя поверхностных пленок толщиной до  При работе же контактов в цепях с напряжением ниже 0,05 В фриттинг практически невозможен, что резко ухудшает условия работы контактов и делает их очень чувствительными к пленкообразованию. Поэтому контакты, предназначенные для работы в цепях с микротоками и микронапряжениями, должны иметь покрытие из инертных материалов, стойких к образованию окисных пленок (таких, как золото и др.) и обеспечивать значительные контактные давления. Кроме наличия окисных пленок, причиной нестабильной работы контактов в цепях с микротоками и микронапряжениями могут быть также электрохимические и термоэлектрические процессы. Два различных металла, находящихся в контакте друг с другом, образуют электрохимический элемент. Металл, имеющий больший электродный потенциал, становится катодом, а металл, имеющий меньший электродный потенциал, — анодом. Возникает гальванический элемент со всеми вытекающими последствиями. Эффективность действия этого элемента во многом зависит от наличия между контактами водной пленки. Чтобы исключить или максимально уменьшить влияние такого рода элемента, контактная пара должна иметь покрытие металлом, имеющим одинаковый электродный потенциал. Наличие градиента температуры вдоль длины контакта обычно приводит к генерированию паразитных термотоков, величина которых может быть одного порядка с рабочими токами, проходящими через контактную пару. Обычно для электрических схем используются луженые медные провода, поэтому, чтобы паразитные токи были минимальными, необходимо применять электрические соединители с контактами из материалов или материалами покрытий, которые образуют минимальную термо-ЭДС в паре с медью. Необходимо учитывать еще и такой фактор, что легирование металлов и их обработка приводят к изменению термо-ЭДС. Поэтому два одинаковых металла, имеющих различную обработку, могут в паре создавать термо-ЭДС. Например, нагартованное серебро в паре с отожженным серебром развивает термо-ЭДС до 30 мкВ/К. Особенности работы контактов в сильноточных цепяхПри прохождении электрического тока через контакт на последнем выделяется мощность, равная: P = I2Rпер, которая обусловливает тепловой режим работы контактов в областях стягивания. В установившемся состоянии тепло, выделяемое в областях стягивания, компенсируется теплом, отдаваемым этими областями телу контактов. Разность между температурой на эффективной контактной поверхности и температурой тела контакта называется температурой локального перегрева. Она равна:  где Т0 — температура тела контакта, К; L = 2,4×10–8 В2/К2 — коэффициент Вейдемана-Лоренца; U(θ1) — падение напряжения в области стягивания, В. Вследствие малой массы металла, находящегося в областях стягивания, температура локального перегрева нарастает почти мгновенно после включения электрического тока. Время установления температуры локального нагрева обычно составляет 1–50×10–4 с. Указанное свойство контактов используется для получения контактной сварки. В электрических разъемах с этим явлением приходится бороться, то есть при расчете токовой нагрузки контактов и режимов их эксплуатации необходимо обязательно учитывать влияние переходных процессов и импульсных токовых перегрузок. При этом температура перегрева области стягивания ни в коем случае не должна превышать допустимую, которая соответствует или температуре плавления материала покрытия контактов, или температуре, при которой резко повышается химическая активность материала. На этот момент необходимо обратить внимание при эксплуатации электрических соединителей. Ни в коем случае нельзя допускать превышения токовых нагрузок относительно ТУ без согласования отклонений с разработчиком. Нагрев области стягивания электрического контакта вызывает изменение переходного сопротивления. Так как температура перегрева в области стягивания распределена неравномерно, то зависимость переходного сопротивления от температуры локального перегрева отличается от обычной температурной зависимости сопротивления и имеет вид:  Тепло, отдаваемое областью стягивания электрическому контакту, вызывает нагрев последнего. Кроме того, при прохождении тока через тело электрических контактов на них выделяется определенная мощность, вызывающая их дополнительный нагрев. Температура перегрева электрических контактов в установившемся режиме равна:  где I — ток, Rпер — переходное сопротивление контакта, Ом; λ — теплопроводность материала контакта, Вт/см·К; k* — коэффициент теплопередачи с поверхности в 1 см, Вт/см·К; ρ — удельное сопротивление материала контакта, Ом·см; Дк — диаметр контакта, см; х — расстояние между исследуемой точкой и местом стыка контактных электродов, см. В точках, расположенных в непосредственной близости от места стыка электрических контактов (то есть при x = 0), температура контактов максимальна. Из приведенных выражений видно, что если температура локального перегрева не зависит от геометрических размеров электрических контактов, то у температуры общего перегрева электрических контактов эта зависимость проявляется довольно-таки существенно. Поэтому уменьшение нагрева контактов можно обеспечить не только за счет уменьшения переходного сопротивления, но и за счет увеличения размеров электрических контактов. Переходное сопротивление электрических контактов в соединителях при их многократных сочлененияхКоличество контактируемых выступов определяется вероятностью встречи выступов контактирующих поверхностей при их наложении друг на друга. После каждого сочленения контактов формируется новая эффективная контактная поверхность, площадь которой Аэфф, а величина переходного сопротивления Rпер может принимать различные значения с вероятностью, определяемой плотностью распределения количества контактируемых выступов. Установлено, что значения переходного сопротивления разъемных контактов, полученные после каждого их сочленения, в зависимости от величины контактного давления имеют различные законы распределения. Для давлений более 0,1 кг имеет место нормальный закон распределения, для давлений менее 0,1 кг — нормально-логарифмический. Разброс значений переходного сопротивления, как и его средняя величина, уменьшается с увеличением контактного давления, а также с уменьшением удельного сопротивления и твердости материала контакта. Переходное сопротивление контактов электрических разъемов при воздействии на них вибрационных нагрузокПри воздействии вибрационных нагрузок на электрические разъемы передача механических колебаний от одной детали разъема к другой происходит с существенными искажениями, что приводит к появлению механических колебаний контактов относительно друг друга. Величина и периодичность такого рода колебаний определяется конструктивно-технологическими характеристиками электрических соединителей, такими как величина люфтов, масса деталей, жесткость крепления одной детали соединителя к другой, усилие расчленения контактов, количество контактов и т. д., а также частотой и ускорением вибрации. Кроме того, на колебания контактов относительно друг друга в контактной паре значительное влияние могут оказывать механические резонансы отдельных деталей соединителя. Колебания контактов в контактной паре вызывают изменения величины переходного сопротивления. Характер и величина изменения переходного сопротивления очень зависят от частоты и ускорения вибрационных нагрузок (рис. 3). Зависимость величины изменения переходного сопротивления от частоты вибрации характеризуется наличием так называемых «резонансов».  Резонансные частоты, то есть частоты вибрации, при которых изменение переходного сопротивления принимает наибольшее значение, в одном и том же электрическом соединителе для разных контактных пар непостоянны, так как на них в значительной степени оказывает влияние изменение конструктивно-технологических характеристик в пределах заданных технологических допусков. Эксплуатация электрических соединителей в режимах резонансных частот не допускается. Изменение переходного сопротивления при воздействии вибрационных нагрузок вызывает генерацию контактами виброшумов, а пределы этих изменений характеризуют виброустойчивость конструкции. Уменьшение изменения переходного сопротивления может быть в значительной степени достигнуто за счет увеличения усилия расчленения контактов, то есть за счет увеличения контактного давления. Механический износ контактов при их многократном соединении и размыканииДля защиты контактных поверхностей от пленок, особенно окисных (пленок потускнения), контакты электрических соединителей покрываются коррозионностойкими металлами и их сплавами (золото, серебро, палладий, золото-никель идр.). Однако при многократном соединении и размыкании контактных парт покрытия на их поверхностях разрушаются и контактирующие поверхности лишаются защиты от пленкообразования. В современных электрических соединителях число соединений и размыканий, после которых гарантируется их нормальная работа, устанавливается порядка тысячи и более. Процесс износа покрытий контактных пар электрических контактов является очень сложным, поэтому разработчикам, изготовителям и пользователям необходимо знать физические процессы износа, происходящие в зоне контакта с целью определения их оптимальных конструктивных и технологических характеристик. Износ контактов в основном обусловливается трением контактирующих поверхностей относительно друг друга в процессе соединения и размыкания электрических соединителей. Факторы трения и причины износа различны. К ним относятся: механические, физико-химические, тепловые, электрические и др. Многообразны и виды износа. В первом приближении весь процесс износа контактов характеризуется тремя фазами, как указано на рис. 4.  Первая фаза относится к приработке контактных поверхностей и характеризуется резким возрастанием веса материала покрытия, удаленного с трущихся поверхностей. Эту фазу принято называть фазой приработки, и обычно она составляет не более 5–10% от общего ресурса работы электрических соединителей. Вторая фаза — это фаза установившегося износа покрытия контактных поверхностей. Характеризуется она более равномерным износом и значительно бульшим ресурсом работы по сравнению с первой фазой — около 90–95% от общего ресурса работы соединителя. Третья фаза — фаза катастрофического износа. На этой фазе дальнейшая эксплуатация соединителя становится практически невозможной. В период приработки контактов происходит полное или частичное разрушение поверхностных неровностей, полученных при механической обработке, и образование новых неровностей. При этом изменяются форма, размеры и направленность неровностей, а также физическое состояние поверхностных слоев металла покрытия и основного металла контакта. На форму, направленность неровностей и интенсивность износа в период приработки значительное влияние оказывает состояние поверхности покрытия и наличие адсорбированных слоев, играющих роль граничной смазки. После приработки неровности на поверхностях контактов оказываются направленными в сторону движения скольжения при трении. Новая микрогеометрия, полученная поверхностью после приработки, если в процессе приработки соблюдались все рекомендованные режимы эксплуатации, указанные в ТУ на электрический соединитель, является самой оптимальной для нормальной эксплуатации в течение всего срока работы электрического соединителя. Поэтому особое внимание необходимо обращать на соблюдение всех требований и условий эксплуатации в период приработки, когда формируется основа для дальнейшей нормальной работы соединителя. Очень важным условием для обеспечения нормальной работы электрических соединителей после приработки является сохранение всех параметров неизменными в течение всего срока эксплуатации. Главным условием для перехода от фазы приработки к фазе нормальной работы, кроме вышеперечисленных условий, является удаление с трущихся поверхностей контактов продуктов износа, образовавшихся в зоне контактирования в процессе приработки. Основной формой изнашивания в фазе нормальной работы контактов является заглаживающее изнашивание. В данном случае тонкие пленки граничной смазки из адсорбированных слоев под действием сил трения сдвигаются и увлекают с собой поверхностный слой металла покрытия. При этом отдельные неровности контактирующих поверхностей контактов закрываются. Изнашивание происходит путем сдвига, наклепа и открашивания тончайших слоев металла покрытия. Фаза катастрофического износа наступает, когда при сдвиге адсорбированных слоев происходит слипание металлических контактируемых поверхностей и вырывание отдельных небольших фрагментов неровностей. Процесс приварки, слипания и вырыва фрагментов неровностей развивается во времени лавинообразно, что приводит к резкому увеличению процесса износа. В процессе износа начинают участвовать не только поверхностные слои покрытия, но и основной металл, из которого изготовлены контакты. Дополнительно продукты износа, находящиеся в зоне контактирования, интенсифицируют процесс разрушения контактируемых поверхностей, переводя его в режим абразивного износа. В целях недопущения серьезных последствий эксплуатация электрических соединителей должна прекращаться до начала фазы катастрофического износа. Для обеспечения наибольшей износоустойчивости разъемных контактов необходимо, чтобы соблюдались следующие условия:
Однако перечисленные требования противоречат условиям обеспечения минимальной величины переходного сопротивления, поэтому для каждой конкретной конструкции контактной пары необходимо определять свои приемлемые параметры, но в то же время рекомендации по соблюдению требований ТУ, сохранению режимов и условий эксплуатации неизменными в период приработки и дальнейшей работы, проведению регламентных работ после фазы приработки остаются обязательными для любых конструкций контактных пар. Соблюдение этих требований в значительной мере позволит обеспечить нормальное функционирование электрических соединителей. Особенности износа контактов, размыкаемых под токомНормальный режим работы основной массы электрических соединителей предусматривает их размыкание и соединение в обесточенном состоянии. Исключение составляют разрывные соединители и некоторые другие конструкции. Иногда возникает необходимость размыкания электрических соединителей под током. Это крайне нежелательно, так как такой режим эксплуатации резко снижает ресурс нормальной работы электрических соединителей. При размыкании контактов под током происходит резкое увеличение переходного сопротивления и падения напряжения на них, что приводит в соответствии с уравнением  к возрастанию температуры контактируемых выступов, вплоть до температуры плавления материала контакта. В первый момент размыкания контактов между ними образуется мостик из расплавленного металла покрытия контактов и металла самих контактов, который при дальнейшем расхождении контактов будет утончаться не в середине, а ближе к положительному электроду, где, наконец, прервется. Это явление аналогично электролизу. Этот процесс вызывает перенос металла с одного контакта на другой. Указанное явление получило название мостиковой эрозии контактов. При напряжениях и токах в размыкаемой цепи, меньших определенных значений для конкретных материалов контактов (например, для серебра U < 12 В, I < 0,4 А), мостиковая эрозия будет являться основным видом электрического износа контактов. В результате эрозии изменяется микрогеометрия контактных поверхностей, что приводит к повышению механического износа контактных поверхностей, так как электрическая эрозия препятствует переходу процесса износа контактов из фазы приработки в фазу нормального износа. В том случае, когда напряжение и ток в раз- рываемой цепи больше определенных значе- ний (например, для серебра U > 12 В, I > 0,4 А), между контактами при их размыкании возникает электрическая дуга. Дуга вызывает повышенную эрозию контактов — как за счет своего термического действия, так и за счет бомбардировки катода ионами газа, которые образуются в момент горения дуги. Режим работы электрических соединителей с образованием между контактами в момент их размыкания электрической дуги является крайне нежелательным и при эксплуатации электрических соединителей его необходимо исключать. Даже кратковременная работа соединителей в режиме образования электрической дуги практически сводит к нулю ресурс нормальной эксплуатации электрических соединителя. ЗаключениеЗа последние годы удалось достичь несомненного прогресса в области повышения качества и надежности работы электрических соединителей. Значительно увеличился ресурс их нормальной работы:
Достигнуты условия эксплуатации электрических соединителей в электрических цепях с достаточно низким уровнем сигнала:
Удалось довести максимальную температуру перегрева сильно нагруженных контактов до 30 °С. Число контактов в одном электрическом соединителе сегодня достигает 800 единиц, с плотностью расположения до 256 контактов на 1 см2 (шаг 0,625 мм). Таких значительных показателей удалось достичь в том числе и благодаря знанию и учету физических процессов, которые протекают в контактных парах электрических соединителей. Дальнейшее изучение и учет основных физических процессов позволит еще повысить качественные и эксплуатационные характеристики электрических соединителей. Литература
 tech-e.ru Контакт электрический - это... Что такое Контакт электрический?поверхность соприкосновения составных частей электрической цепи, обладающая электропроводностью, или приспособление, обеспечивающее такое соприкосновение (соединение). Различают К. э. проводников тока (механические контакты), проводника тока и полупроводника (ПП), двух ПП. В работе механических К. э. различают 4 состояния: разомкнутое, замыкание, замкнутое и размыкание. Во всех состояниях происходит механический износ контактов. Особенно в тяжёлых условиях оказывается подвижной К. э. при размыкании электрической цепи, в которой протекают сильные токи, т. к. образуется электрическая дуга с температурой, при которой материал контакта плавится, частично испаряется, изменяя поверхности соединения. Для ослабления этого вредного явления электрическая цепь разрывается одновременно в нескольких местах, применяются дугогасители устройства и т. д. Материалами для К. э. служат чистые металлы (платина, серебро, вольфрам, родий, медь и др.), сплавы (платина — иридий, палладий — медь, золото — никель и др.) и металлические композиции (серебро — окись кадмия, серебро — графит и др.), выбор которых зависит от назначения контакта и условий его работы. Для улучшения К. э. прибор или его часть, содержащую К. э., помещают в баллоны, наполненные водородом, азотом и др. или из которых откачан воздух. В таких приборах на К. э. воздействуют механически (через гофрированную трубку) или с помощью магнитного поля (см. Геркон).Механические К. э. разделяют на неподвижные (разъёмные и неразъёмные) для длительного соединения и подвижные для включения на определённое время. Разъёмные К. э. осуществляются зажимами, болтами, винтами и т. п.; неразъёмные — пайкой, сваркой или клёпкой. Подвижные К. э., в свою очередь, делятся на разрывные (в кнопках, переключателях, реле и др.), скользящие (соединение коллектора и щёток в электрическом генераторе и т. п.) и катящиеся (соединение контактных проводов и токосъёмных роликов троллейбуса и др.). Механические К. э. применяются в радио-, телефонной, телеграфной аппаратуре, электроэнергетических устройствах, прецизионных приборах и т. д.
Лит.: Справочник по электротехническим материалам, т. 2, М.— Л., 1960; Хольм P., Электрические контакты, пер. с англ., М., 1961. В. И. Баранов. dic.academic.ru | ||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
(5.1)
, (5.2)
– магнитная постоянная, равная 
и тогда:
(5.3)
между полюсами сердечника и якоря соизмерим с линейными размерами полюсов, то сила тяги электромагнита определяется по формуле
, (5.4)
