Министерство образования и науки РСФСР
Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева
Кафедра электротехники и промышленной электроники
Ю. Н. Кривов, ю. В. Семенова, в. В. Юдин
Контактные элементы
Учебное пособие
Рыбинск 2012
Контактные элементы
Учебное пособие 4 п.п.
Рыбинск 2012 г.
В учебном пособии отражены элементы теории электрических контактов: контактная поверхность, сопротивление электрических контактов, усилие контактирования, образование электрической дуги, особенности работы контактов.
Изложены основные конструкции контактных элементов, их работа и износ. В пособии приведены основные материалы изготовления контактов и требования к ним.
Учебное пособие предназначено для очного обучения студентов специальности «Промышленная электроника», изучающих курс «Контактные элементы».
Оглавление
Оглавление 3
Введение 4
1. Электрические контакты в технических устройствах 5
1.1. Элементы коммутации 5
1.2. Резисторы 7
1.3. Конденсаторы 9
1.4. Намоточные элементы 12
1.4.1. Катушки индуктивности 12
1.4.2. Дроссели 13
2. Физика контакта 13
2.1. Модель контакта 13
2.2. Физические свойства материалов для изготовления контактов 17
2.3. Контактная поверхность 20
2.4. Усилие контактирования 24
2.5. Прилипание электрических контактов 29
2.6. Износ контактов 31
2.7. Образование электрической дуги 36
2.8. Контактные помехи 39
3. Контактные элементы 44
3.1. Рубильники 44
3.2. Контакторы 46
3.3. Электромагнитные реле 49
3.4. Герконы 52
3.5. Выключатели 55
3.5.1. Автоматические выключатели 55
3.5.2. Пакетные выключатели и переключатели 55
3.6. Разъемы 57
3.7. Кабельная продукция 60
3.8. Контактные сети 64
4. Особенности эксплуатации 65
4.1. Надежность контактов 65
4.2. Внешние факторы и защита от них 66
Литература 68
Введение
Механические и электромеханические элементы коммутации являются связующим звеном между всеми другими типами элементов промышленной автоматики. Они обеспечивают электрическую контактную связь на физическом и логическом уровне между объектами управления в системах автоматизации. Причем эта связь может быть статической (неизменной) и динамической (изменяемой по сигналам управления). В последнем случае речь идет о разных типах реле и им подобным устройствам.
Параметры механических и электромеханических элементов коммутации в настоящее время сильно унифицированы и стандартизированы как на электрическом уровне, так и на конструктивном. Что позволяет разработчикам выполнять новые проекты быстро и надежно. А высокая степень взаимозаменяемости коммутирующих элементов значительно снижает стоимость эксплуатации и модернизации систем промышленной автоматики на любых производствах.
Общим требованием к элементам коммутации является их высокая надежность по сохранению контактных пар на протяжении длительного срока эксплуатации, а для переключателей и реле в течение заданного цикла включений/выключений. Кроме этого важна повышенная защищенность контактов от различного типа воздействий окружающей среды, в ряде случаев даже агрессивной.
1. Электрические контакты в технических устройствах
1.1. Элементы коммутации
Любая электротехническая установка состоит из элементов, так или иначе связанных между собой. Места соединения отдельных элементов, составляющих любую электрическую цепь, называются электрическими контактами.
Слово «контакт» означает «соприкосновение», «касание». В электрической системе, объединяющей различные аппараты, машины, линии и так далее, для их соединения используется огромное число контактов. От качества контактных соединений в значительной степени зависит надежность работы оборудования и системы.
Электрический контакт – место (площадь поверхности) соединения (соприкосновения) токопроводящих тел с целью создания непрерывности электрической цепи. Реализуется как способом контактного давления соединяемых проводников (для увеличения размеров токопроводящей поверхности), так и пайкой или сваркой (цельнометаллический контакт).
По способу коммутации тока в электрических цепях, различают следующие виды электрических контактов:
Неподвижные контакты.
Их можно разделить на следующие виды:
а) Неразъемные – представляющие собой постоянное соединение проводников (сварка, пайка, клёпка);
б) Разъемные – отличающиеся от неразъемных возможностью нечастого коммутирования проводников (штепсельные, винтовые зажимы) представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Разъемные контакты
Скользящие контакты.
Это неразмыкаемые контакты, предназначенные для непрерывной передачи электрического тока между подвижной и неподвижной частями электрических машин. Примером скользящих контактов являются пластины коллектора или контактные кольца и щетки в электрических машинах (рис. 2).
Рис. 2. Скользящие контакты
Разрывные контакты.
Контакты этого вида используются для частых коммутаций электрических цепей – размыкания, замыкания, переключения (рис. 3).
Рис. 3. Разрывные контакты
Область применения разрывных контактов довольно широка – этот вид контактов используется в подавляющем большинстве самых различных электрических приборов (рубильниках, выключателях, переключателях, реле и так далее).
По роду соприкасающихся поверхностей различают также плоские, линейные и точечные контакты. Плоские контакты образуются при соприкосновении плоских контактных элементов (плоских шин и т. п.).
Примером линейных контактов может служить соприкосновение двух цилиндров с параллельными осями, а точечных — двух сферических поверхностей.
Практически независимо от вида контактов соприкосновение контактных элементов всегда происходит по небольшим площадкам и в месте этого соприкосновения возникает активное сопротивление. Это активное сопротивление называется переходным.
Переходное сопротивление — один из основных параметров качества электрических контактов, так как оно характеризует количество энергии, поглощаемой в контактном соединении, которая переходит в теплоту и нагревает контакт.
У контактных групп предназначенных для передачи импульсных сигналов и сигналов высокой частоты немаловажными характеристиками становятся такие, как электрическая емкость и индуктивность, т.к. дополнительные емкости и индуктивности приводят к искажению импульсных сигналов.
Для уменьшения влияния этих параметров параллельно контактным группам подключают цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов – RC цепи и из резисторов и индуктивностей (дросселей) – LC цепи или их комбинации.