УМК. Национальный исследовательскийтомский политехнический
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.1. Общие сведения. Место перехода тока из одной токоведущей части в другую называется электриче- ским контактом. Электрические контактные соединения бывают неразмыкаемые и раз- мыкаемые. Неразмыкаемые контакты выполняются при помощи болтового соединения, сваркой, пайкой или скруткой. Размыкаемые контактные соединения осуществляют пе- риодическое замыкание и размыкание электрической цепи. Cборочная единица в составе электрического аппарата, с помощью которой в про- цессе работы аппарата производится замыкание или размыкание электрической цепи, называется контактной системой электрического аппарата. В контактной системе элек- трический контакт осуществляется нажатием одного токоведущего элемента на другой при помощи контактных пружин. Усилие, с которым сжимаются токоведущие элементы контакта (контактдетали), называется контактным нажатием. В размыкаемых контактных соединениях имеет место раствор и провал контактов. Раствор контактов – это минимальное расстояние между контактдеталями в разомкну- том состоянии контакта. Провал контактов – это максимальное расстояние, на которое переместится подвижная контактдеталь в замкнутом состоянии контакта, если убрать неподвижную контактдеталь. Поверхность проводника, соприкасающаяся с поверхностью другого проводника, называется контактной поверхностью. У электрического контакта следует различать кажущуюся и действительную поверхности соприкосновения. При самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все же будут микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому, в действительности две поверхности будут соприкасаться не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками. По кажущейся поверхно- сти соприкосновения условно различают три типа контактов: точечный, линейный и поверхностный (рис. 2). 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ а б в Рис. 2. Типы электрических контактов а – точечный, б – линейный, в – поверхностный. У точечного контакта соприкосновение происходит только в одной точке, кажу- щаяся и действительная поверхности соприкосновения совпадают. У линейных контак- тов соприкосновение происходит по точкам, лежащим на одной линии. Минимальное количество точек соприкосновения в линейном контакте равно двум. У поверхностного контакта кажущееся соприкосновение происходит по точкам, расположенным на со- прикасающейся поверхности. Минимальное количество точек соприкосновения в по- верхностном контакте равно трем. Рис. 3. Модель контакта Все контактные соединения должны удовлетворять требованиям надежности, ме- ханической прочности, термической и электродинамической устойчивости, стойкости против влияния внешней окружающей среды. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.2. Переходное сопротивление контакта. В месте перехода тока из одного проводника в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. Переходное сопротивление контакта можно представить как результат резкого по- вышения плотности тока в местах соприкосновения контактных поверхностей по сравнению с плотностью тока в самом контакте (рис. 3). В местах соприкосновения проводников линии тока стягиваются к участкам с малым сечением, которые представ- ляют большое сопротивление току. Это сопротивление называется сопротивлением стя- гивания и определяется по следующей формуле: an 2 R ст , (1) где – удельное сопротивление материала контактов, Ом. м; – радиус площадки фак- тического касания, м; n – число точек касания. Радиус фактического касания (рис. 4) зависит от вида деформации материала кон- тактов. При упругой деформации радиус площадки определяется формулой: 3 86 , 0 E r F a к , (2) где F к – контактное нажатие, Н; Е – модуль упругости материала, Н/м. При пластической деформации радиус площадки определяется формулой: см к n F a , (3) где σ см – предел прочности материала контактов на смятие, Н/м 2 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Рис. 4. Площадка касания Таким образом, переходное сопротивление контакта можно представить следую- щим выражением: R п = R ст + R пл. (4) Здесь R пл – сопротивление окисной пленки на поверхности контакта. На основании опытных данных величина переходного сопротивления определяется выражением R k F п пх к n ( , ) 0 102 (5) Здесь k пх – коэффициент, зависящий от материала и формы контакта, способа об- работки и состояния контактной поверхности; n – показатель степени, характеризую- щий число точек соприкосновения, для различных контактов имеет следующие значе- ния: точечный контакт n = 0,5; линейный контакт n = 0,5…0,7; поверхностный контакт n = 0,7…1,0. С увеличением контактного нажатия переходное сопротивление уменьшается вслед- ствие увеличения площади касания за счет смятия бугорков (рис. 5). Причем, после сня- тия F к за счет остаточной деформации бугорков на поверхности контактов, переход- ное сопротивление становится меньше, чем при увеличении F к a r 2 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Рис. 5. Зависимость переходного сопротивления от силы контактного нажатия Переходное сопротивление очень чувствительно к окислению поверхности в виду того, что окислы многих металлов являются плохими проводниками. Окисление по- верхности контактов происходит под воздействием кислорода воздуха. Вследствие окисления переходное сопротивление может возрасти в сотни и тысячи раз. Возраста- ние переходного сопротивления приводит к увеличению мощности на R п и возрастанию температуры контактного соединения. Для борьбы с окислением контактов их покрыва- ют оловом, серебром или техническим вазелином. F к R п 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.3. Конструкции контактов Конструкция размыкаемых контактов определяется значениями номинального тока, номинального напряжения, тока короткого замыкания, режимом работы, назначением аппарата. На рис. 6, а показан мостиковый контакт с точечными контактами. Контактное нажатие при замыкании создается цилиндрической контактной пружиной. Контакты такого типа рассчитаны на номинальный ток до 100 А и применяются, в магнитных пускателях, в промежуточных реле и др. а б Рис. 6. Конструкции контактов Контакты, показанные на рис. 6, б выполнены в виде консольно закрепленных пло- ских пружин с контактными напайками, образующими точечный контакт. Контактное нажатие создается реакцией пружин при изгибе. Такие контакты находят применение в слаботочных реле, расчитанных на токи не более 10 А. В реле широко применяются контакты спускного действия, конструкция которых приведена на рис. 7. Между двумя парами неподвижных контактов 1 помещен контакт- ный мостик 2, установленный на траверсе 3. На мостик действуют две предварительно сжатые пружины 4, которые прижимают мостик к неподвижным контактам. Мостиковый контакт Контакт слаботочного реле пружины контактные упор 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.3. Конструкции контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Рис. 7. Контакты спускного действия При движении траверсы вниз пружины сжимаются и контактное нажатие F к увели- чивается. При переходе точки закрепления пружин на траверсе через мостик направле- ние действия сил F пр , создаваемых пружинами, меняется на противоположное и мостик скачком перемещается вверх, замыкая другую пару неподвижных контактов. Рис. 8. Контакт врубного типа В силовых электрических аппаратах, например, в аппаратах распределительных устройств (рубиль-ники, предохранители и др.) применяется врубной контакт (рис. 8). Такой контакт состоит из непод-вижного (стойка), подвижного (нож) контактов и пру- жины. Это самоочищающийся контакт, так как после каждого замыкания и размыка- ния окисная пленка стирается на соприкасающихся поверхностях. Нож Стойка пружина F к F к F пр F пр 1 2 3 4 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.3. Конструкции контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.4. Режимы работы контактов. При коммутации электрической цепи работу контактов можно разделить на сле- дующие режимы: режим замыкания, режим замкнутого состояния и режим размыкания. Режим замыкания. В этом режиме возможны следующие процессы: 1) вибрация контактов, 2) эрозия контактов. Рис. 9. Процесс вибрации контактов При замыкании подвижный контакт приближается к неподвижному контакту с оп- ределенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация материала обоих контактов. Это приводит к отбросу подвижного контакта, и он отскакивает от неподвижного на десятые или сотые доли миллиметра. Под действием контактной пружины происхо- дит повторное замыкание контактов. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой (рис. 9). При каждом отбросе между контактами возникает электрическая дуга, вызывающая износ контактов в виде оплавления и распыления ма- X U I t t t 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.4. Режимы работы контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ териала контактов. Для уменьшения вибрации контактная пружина должна иметь пред- варительное сжатие при разомкнутых контактах. В момент кассания контактов сила на- жатия возрастает не из нуля, а от величины предварительного нажатия. Увеличение жесткости контактной пружины способствует уменьшению вибрации. На вибрацию контактов влияет момент инерции, с ростом которого вибрация усилива- ется. При протекании больших токов через контакты вибрация усиливается из-за воз- никновения электродинамических усилий (ЭДУ), отбрасывающих контакты. Поэтому, для компенсации действия ЭДУ, необходимо увеличивать нажатие контактных пружин. В режиме замыкания контактов, по мере приближения подвижного контакта к не- подвижному, возрастает напряженность электрического поля между контактами и при определенном расстоянии происходит пробой межконтактного промежутка. В аппара- тах низкого напряжения пробой возникает при очень малом расстоянии и в дуговую форму разряд не переходит, так как подвижный контакт продолжает двигаться и замы- кает контакт. Однако пробой промежутка вызывает перенос металла с одного контакта на дру- гой (с анода на катод). Происходит физический износ или эрозия. В аппаратах высоко- го напряжения, при сближении контактов, пробой происходит при больших расстояни- ях. Возникшая дуга горит относительно долго, при этом возможно сваривание контак- тов. Для устранения пробоя применяют несколько разрывов, последовательно соеди- ненных между собой. Режим замкнутого состояния. В этом режиме возможны два случая: 1) через контакты проходит длительное время номинальный ток; 2) через контакты проходит ток короткого замыкания. При длительном номинальном токе на переходном сопротивлении контакта вы- деляется мощность, которая вызывает нагрев контакта. Это приводит к размягчению и плавлению материала контактов. Поэтому, контакт характеризуется двумя точками 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.4. Режимы работы контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ (рис. 10): точкой размягчения (рекристаллизации) с параметрами U к1 и θ к1 (U к1 – падение напряжения, θ к1 – температура) и точка плавления с параметрами U к2 и θ к2 , значение ко- торых приведено в таблице 1. Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе I н па- дение напряжения на переходном сопротивлении было меньше допустимого I н R п < U кдоп = (0.5 - 0.8) U к1 (6) При коротком замыкании через контакты проходят токи в 10…20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контакт- ной площадки практически мгновенно повышается и может достигнуть темпера туры плавления. Это может привести к свариванию контактов. Рис. 10. Зависимость падения напряжения на контакте от температуры U к к2 к к1 U к2 U к1 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.4. Режимы работы контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Таблица 1. Параметры точек рекристаллизации и плавления контактов из различных материалов Материал U к1 ,В θ к1 ,°C U к2 ,В θ к2 ,°C медь 0.12 190 0.43 1083 серебро 0.09 150 0.35 960 алюминий 0.10 150 0.30 658 вольфрам 0.40 1000 1.00 3370 Режим размыкания контактов. При размыкании сила нажатия уменьшается, переходное сопротивление возрастает (рис. 5) и растет температура точек касания. В момент разъединения контактов температура достигает температуры плавления и ме- жду контактами возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик взрывается и, в зависимости от параметров отключаемой цепи, воз- никает либо дуговой разряд, либо тлеющий. При возникновении дугового разряда тем- пература катодного и анодного пятен дуги достигает точки плавления материалов. Вы- сокая температура контактов приводит к их интенсивному окислению, распылению ма- териала контактов в окружающем пространстве, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок. Все это влечет за собой износ контактов. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.4. Режимы работы контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Перенос материала с одного электрода на другой наиболее вреден при постоянном токе, так как направление переноса не меняется. Это ведет к быстрому выходу из строя контактов. Направление эрозии и форма износа контактных поверхностей зависит от ви- да разряда и величины тока. Если величина тока и напряжения не превышают некото- рых пограничных значений I о и U о , то тлеющий разряд не переходит в дуговой (таблица 2). Таблица 2. Пограничные значения I 0 и U 0 различных материалов контактов Основными средствами борьбы с эрозией в аппаратах на токи от 1 до 600 А явля- ются: 1) сокращение длительности горения дуги за счет применения дугогасительных устройств; 2) устранение вибрации при включении; 3) применение дугостойких кон- тактных материалов. Материал U o , В I o , A серебро 12.0 0.40 золото 15.0 0.38 медь 12.3 0.43 вольфрам 17.0 0.90 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.4. Режимы работы контактов НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.5.1. Перечислите наиболее распространенные материалы, применяемые для изго- товления размыкаемых контактов, укажите их достоинства и недостатки. 1.5.2. Что такое раствор и провал коммутирующих контактов, как создаются и как влияют на качество контакта силы начального и конечного контактных нажатий? 1.5.3. Приведите графическую и аналитическую зависимости переходного сопро- тивления контакта от силы нажатия и объясните их. 1.5.4. Что такое напряжение размягчения и напряжение плавления? Каким образом обеспечивается допустимое падение напряжения на контакте? 1.5.5. Опишите три основных режима работы контактов и укажите факторы, отри- цательно влияющие на работу контактов в этих режимах. 1.5.6. Какие факторы могут вызвать сваривание контактов? 1.5.7. Что такое электрическая эрозия и дуговой износ контактов и от чего они за- висят? 1.5.8. Как возникает вибрация (дребезг) при замыкании контактов и к каким по- следствиям это приводит? Укажите способы снижения вибрации. 1.5.9. Какие процессы происходят в межконтактном промежутке в режиме замыка- ния контактов? 1.5.10. Приведите классификацию контактов. 1.5.11. Какие процессы происходят в контакте в режиме замкнутого состояния при длительном номинальном токе? 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.5. Вопросы для самоконтроля НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.5.12. Охарактеризуйте способы уменьшения переходного сопротивления контак- та. 1.5.13. Что такое переходное сопротивление контакта и чем оно обусловлено? 1.5.14. Какими процессами и в какой последовательности сопровождается режим размыкания контактов? 1.5.15. Опишите конструкции наиболее распространенных контактов. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.6. Примеры расчета Глоссарий 1.5. Вопросы для самоконтроля НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.6. Примеры расчета [6] 1.6.1. Определить сопротивление стягивания R ст в месте контакта сферических тор- цевых поверхностей двух круглых медных стержней (рис. 11). Рис. 11. Контакт Дано: F к = 100, Н – контактное нажатие; r = 40, мм – радиус стержня; ρ 0 = 1,62∙10 –8 , Ом.м – удельное сопротивление меди при температуре 0 о С; σ см = 38,3∙10 7 , Н/м 2 – предел прочности материала на смятие; Е = 10,8∙10 10 , Н/м – модуль упругости меди. Решение: Предполагая упругую деформацию, радиус площадки касания определим по формуле (2) , 10 86 , 2 10 8 , 10 10 40 100 86 , 0 86 , 0 4 3 10 3 3 E r F a к м . Механическое напряжение в контактной площадке , 10 9 , 38 10 86 , 2 14 , 3 100 7 8 2 2 a F к Н/м 2 (7) 2r F к 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Для мягкой меди это напряжение больше, чем напряжение смятия σ см и, следова- тельно, будет иметь место пластическая деформация. Радиус площадки касания при пластической деформации определяется по формуле (3) 4 7 10 86 , 2 10 10 9 , 38 14 , 3 100 см к n F a м. Сопротивление стягивания по (1) будет равно 4 4 8 0 10 283 , 0 10 86 , 2 2 10 62 , 1 2 a R ст Ом . Ответ: R ст =0,283∙10 -4 Ом. 1.6.2. Определить величину контактного нажатия мостикового контакта вспомога- тельной цепи контактора (рис. 12). Контакты подвижные и неподвижные изготовлены из серебряных накладок полусферической формы. Дано: ток контактов i = 5 А; радиус контакта r = 1,0 см; напряжение рекристаллиза- ции серебра U к1 = 0,09 В; падение напряжения на контакте U конт = 0,1∙U к1 , В; модуль упругости серебра E = 7,35∙10 10 Н/м; удельное сопротивление серебра ρ 0 = 1,5∙10 -6 Ом∙см. Рис. 12. Мостиковый контакт i r 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ ɊɢɫɄɨɧɬɚɤɬɧɨɟɫɨɟɞɢɧɟɧɢɟ Решение. Максимально допустимое сопротивление контактов i U i U R к конт к 1 1 , 0 (8) Для слаботочных контактов по формуле (1) имеем a R R ст к 2 0 (9) Приравнивая правые части выражений (8) и (9) получим i U a к 1 , 0 2 0 откуда имеем 1 0 2 , 0 к U i a (10) Подставляя полученное значение а,в формулу (2), и решая относительно F к , найдем искомое контактное нажатие 3 2 3 3 3 0 10 83 , 0 10 1 09 , 0 0051 , 0 E i F к , Н. (11) Так как мостиковый контакт состоит из двух контактов, то суммарное контактное нажатие бу- дет равно 3 3 10 66 , 1 10 83 , 0 2 к F , Н. Ответ: F к =1,66∙10 -3 , Н. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 1.6.3. Рассчитать контатное сопротивление болтового соединения двух токоведу- щих шин прямоугольного сечения (рис. 13). Дано: размер сечения шин a х b =25 х 4,5 мм; номинальный ток I н = 400 А; расчетная температура контактного соединения θ к = 100 о С; размеры кажущейся площади соприкосновения l = a = 25 мм; число болтов n б = 1; материал шин медь. Таблица 3. Болтовые соединения Марка болта I н , А Ширина площадки а, мм Сила нажатия на 1 болт Не контролир. затяжка, Р 1 , Н Норм. контролир. затяжка, Р 2 , Н М4 10…20 8…10 1000 1300 М5 20…50 10…13 1400 1800 М6 50…100 12…18 2300 2900 М8 100…160 16…24 4200 5400 М10 160…250 20…30 7000 8600 М12 250…400 25…40 10000 13000 М16 400…630 35…50 20000 24000 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Таблица 4. Рекомендуемые значения удельных давлений Материал р, МПа Медь > 5…10 Латунь > 6…12 Алюминий > 20…25 Таблица 5. Коэффициент переходного сопротивления Материал К пх Медь - медь 0,24∙10 -3 Латунь – латунь 0,67∙10 -3 Алюминий - алюминий 0,3∙10 -3 Таблица 6. Удельное сопротивление Материал ρ 0 , Ом∙м Медь 1,62∙10 -8 Латунь 7,2∙10 -8 Алюминий 2,62∙10 -8 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Таблица 7. Температурный коэффициент сопротивления Материал α при 0 о С α при 20 о С Медь 0,0043 0,004 Латунь 0,0015 0,00146 Алюминий 0,0042 0,0039 Решение. Выбираем болт М12 и не контролируемую затяжку F = 10000 Н по таб- лице 3. Удельное давление на площадку 6 6 2 4 10 16 10 25 10 l a F p Па или р = 16 МПа. (12) Расчетное значение удельного давления удовлетворяет рекомендуемым значениям (таблица 4). Переходное сопротивление (сопротивление стягивания) расчитываем по (5). 6 7 , 0 4 3 10 28 , 2 )] 20 100 ( 004 , 0 3 2 1 [ 1 ) 10 102 , 0 ( 10 24 , 0 )] 20 ( 3 2 [1 ) 102 , 0 ( к б n к пх пх n F k R Здесь K пх = 0,24∙10 4 из таблицы 5; α = 0,004 из таблицы 7; n =0,7 для поверхностно- го контакта. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Сопротивление сплошного проводника длиной l b a l R t ш 0 , где 8 8 0 0 10 317 , 2 ) 100 0043 , 0 1 ( 10 62 , 1 ) 1 ( к t , Ом∙м. Тогда 6 3 3 3 8 0 10 15 , 5 10 5 , 4 10 25 10 25 10 317 , 2 ш R , Ом. Коэффициент сопротивления концов соединяемых проводников 662 , 0 25 5 , 4 9 , 0 5 , 0 9 , 0 5 , 0 l b K ш (13) Сопротивление концов соединяемых проводников 6 6 0 10 41 , 3 662 , 0 10 15 , 5 ш ш ш К R R , Ом. Общее сопротивление контактного соединения 6 6 к 10 69 , 5 10 ) 41 , 3 28 , 2 ( R ш пх R R , Ом . Сравнивая R к с R ш0 , видим, что R к > R ш0 . Это недопустимо, так как при длительном протекании номинального тока контактное соединение будет нагреваться выше расчет- ной температуры, вследствие повышенных потерь мощности на сопротивлении контакт- ного соединения. Устранить это нежелательное явление можно путем увеличения контактного нажа- тия. Для этого можно использовать один из следующих способов. Во-первых, применить нормально контролируемую затяжку болта. При этом может оказаться недостаточной прочность на растяжение материала болта выполненного, например, из стали Ст.3. Тогда рекомендуется заменить на Ст.4, что увеличит прочность болта в 1,5 раза. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Во-вторых, можно взять следующий больший диаметр болта, например, М14 или М16, если это позволяет сделать ширина контактной площадки а, которая должна быть не менее 2D б В-третьих, можно применить два болта. При этом в формуле R пх , принять n б = 2, F – сила на один болт и l = 2a. Тогда R пх уменьшится в два раза, R ш несколько уменьшится за счет К ш , R ш0 возрастет в два раза. Это позволит даже применить болты меньшего диа- метра, если а будет не меньше 3D б Увеличим силу сжатия за счет выбора нормально контролируемой затяжки F =13000 Н. Тогда по (5) определяем 6 7 , 0 3 10 56 , 1 ) 13000 102 , 0 ( 1 10 24 , 0 пх R , Ом. Проверяем общее сопротивление контатного соединения 6 6 к 10 97 , 4 10 ) 41 , 3 56 , 1 ( R , Ом. Это меньше чем R ш0 , следовательно, сопротивление контактного соединения соот- ветствует требованию. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля Глоссарий 1.6. Примеры расчета НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ ГЛОССАРИЙ 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Автоматический выключатель – Электромеханический аппарат, предназначенный для нечастых включений и автоматического отключения в силовых электрических цепях при аварийных режимах. Биметаллическая пластина – Термочувствительный элемент теплового, температурного реле и расцепителя автоматического выключателя. Вибрация якоря – Периодическое притяжение и отпускание якоря электромагнита, обусловленное пульсирующим характером тяговой силы. Вольтамперная характеристика (ВАХ) дуги – Зависимость напряжения на дуге от тока дуги. Вольтамперная характеристика вентиля – Зависимость протекающего через вентиль тока от приложенного напряжения. Восстанавливающееся напряжение – Мгновенное значение напряжения на дуговом промежутке, возникающее в процессе восстановления. Восстановление напряжения – Процесс изменения напряжения на дуговом промежутке после прохождения тока дуги через нуль Геркон – Герметизированный магнитоуправляемый контакт. Датчик – Устройство, функционально преобразующее контролируемую величину в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и дистанцион-ной передачи. Деионизация – Процесс воссоединения положительно и отрицательно заряженных частиц и образования нейтральных частиц. Естественная коммутация – Отключение электронного аппарата за счет естественного изменения полярности напряжения источника питания. Индуктивный делитель – Электромагнитное устройство, предназначенное для выравнивания токов в параллельных цепях силовых электронных аппаратов. Интеллектуальный силовой модуль – Высокоинтегрированная система на основе максимального количества компонентов для полного решения какой-либо задачи. Ионизация – Процесс образования заряженных частиц в межконтактном промежутке. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Искусственная коммутация – Отключение электронного аппарата за счет изменения полярности напряжения искусственными (схемными) средствами. Кажущаяся поверхность – Поверхность соприкосновения элементов контакта, определяемая формой контакт-деталей. Комбинированный аппарат – Устройство, содержащее одновременно контактную систему электромеханического аппарата и силовую схему на основе полупроводниковых приборов. Контактное нажатие – Усилие, с которым сжимаются токоведущие элементы контакта. Контактор – Электромеханический аппарат, предназначенный для частых включений и выключений в силовых электрических цепях. Коэффициент перегрузки – Коэффициент, характеризующий увеличение тока кратковременного режима по отношению к току длительного режима, при котором за время работы проводник нагревается до допустимой температуры. Линия возврата – Характеристика, определяющая магнитные свойства постоянного магнита при изменении воздушного зазора. Магнитная нейтраль – Плоскость, проходящая через сердечник и ярмо электромагнита, на которой поток рассеяния равен нулю Магнитная цепь – Совокупность ферромагнитных деталей и немагнитных промежутков между ними, по которым замыкается магнитный поток. Магнитное демпфирование – Уменьшение скорости изменения магнитного потока в магнитной цепи электромагнита за счет действия вихревых токов в короткозамкнутых контурах. Магнитное дутье – Перемещение электрической дуги под действием электродинамических усилий. Магнитный пускатель – Комплектный коммутационный аппарат дистанционного управления, предназначенный для частых включений, отключений и защиты асинхронных электродвигателей. Параллельная катушка – Катушка электромагнита, подключаемая параллельно источнику питания. Перенапряжение – Превышение напряжения на контактах относительно напряжения источника питания. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Переходное сопротивление контакта – Электрическое сопротивление в месте перехода тока из одного проводника в другой. Поверхностный эффект – Явление вытеснения тока в проводнике под действием собственного магнитного поля. Полупроводниковый аппарат – Статическое устройство, способное находиться в двух устойчивых состояниях (в проводящем или непроводящем) и быстро переходить из одного состояния в другое по команде или параметрически. Последовательная катушка – Катушка электромагнита, включаемая последовательно в цепь с другими потребителями. Постоянная времени нагрева – Время, в течение которого проводник с током нагреется до 63,2 % от установившейся температуры. Противодействующее усилие – Механическая сила, создаваемая сжатыми пружинами, весом и трением. Реле – Электротехническое устройство, в котором при плавном изменении входной величины выходная величина изменяется скачком. Силовой блок – Совокупность мощных полупроводниковых ключей, охлаждающих устройств, снабберных элементов, соединенных в стандартные конфигура-ции. Силовой модуль – Совокупность силовых полупроводниковых прибо-ров и систем управления, объединенных в одном корпусе Система управления – Электрическая схема, предназначенная для формирования управляющих импульсов с определенными параметрами. Старение магнита – Ухудшение магнитных свойств постоянного магнита с течением времени. Твердотельное реле – Полупроводниковое устройство, предназначенное для бесконтактной коммутации силовых цепей исполнительных механизмов. Тиристор – Полупроводниковый аппарат, способный обеспе-чить произвольную задержку момента отпирания при наличии прямого напряжения. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Часть I. Физические явления в электрических аппаратах 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ Тяговая сила – Сила взаимодействия якоря электромагнита с магнитным потоком в рабочем воздушном зазоре. Ударный ток – Первая амплитуда тока короткого замыкания. Уставка реле – Изменяемое значение входной величины, при которой реле срабатывает Установившаяся температура нагрева – Температура проводника, которая не изменяется в течении 1 часа более чем на 1 градус Цельсия. ЭДС движения – Электродвижущая сила в катушке электромагнита, обусловленная скоростью уменьшения воздушного зазора при срабатывании электромагнита. Электрический аппарат – Электротехническое устройство, предназначенное для управления потоком электрической энергии. Электрический контакт – Место перехода тока из одной токоведущей части в другую. Электродинамическое усилие – Сила, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле. Эффект близости – Явление вытеснения тока в проводнике под действием магнитного поля соседних проводников с током. 1.1. Общие сведения 1.2. Переходное сопротивление контакта 1.3. Конструкции контактов 1.4. Режимы работы контактов 1.5. Вопросы для самоконтроля 1.6. Примеры расчета Глоссарий Home PgUp PgDn Alt F4 + Нажатие клавиши «Home» на клавиатуре вызывает переход к титульной странице документа. С титульной страницы можно осуществить переход к оглавлению (в локальной версии курса). Панель управления – содержит перечень разделов, а также кнопки навигации, управления программой просмотра и вызова функции поиска по тексту. Просматриваемый в данный момент раздел. Доступные разделы. В зависимости от текущего активного раздела в перечне могут присутствовать подразделы этого раздела. Кнопки последовательного перехода к предыдущей и следующей страницам. Кнопка возврата к предыдущему виду. Используйте её для обратного перехода из глоссария. Кнопка перехода к справочной странице. (этой) Кнопка завершения работы. Кнопка вызова функции поиска по тексту. Кнопка переключения между полноэкранным и оконным режимом просмотра. Нажатие клавиши «PgUp» («PageUp») или показанных клавиш со стрелками на клавиатуре вызывает переход к просмотру предыдущей страницы относительно просматриваемой в настоящий момент согласно порядку их расположения в документе. Нажатие комбинации клавиш «Alt»+«F4» на клавиатуре вызывает завершение работы программы просмотра документа (в локальной версии курса). Нажатие левой клавиши «мыши» или вращение колёсика в направлении «от себя» вызывает переход к просмотру следую щей страницы относительно просматриваемой в настоящий момент согласно порядку их расположения в документе. Нажатие правой клавиши «мыши» или вращение колёсика в направлении «к себе» вызывает переход к просмотру предыдущей страницы относительно просматриваемой в настоящий момент согласно порядку их расположения в документе. Нажатие клавиши «PgDn» («PageDown») или показанных клавиш со стрелками на клавиатуре вызывает переход к просмотру следующей страницы относительно просматриваемой в настоящий момент согласно порядку их расположения в документе. Возврат из справки |