Elektripaigaldiste ja elektriseadmete kontaktid

Üksikute elementide ühenduspunkte, mis moodustavad mis tahes elektriahela, nimetatakse elektrikontaktideks.

Elektriline kontakt - juhtmete ühendus, mis võimaldab elektrivoolu üle kanda. Voolujuhtide kontakti moodustumist nimetatakse kontaktkehadeks või positiivseteks ja negatiivseteks kontaktideks, olenevalt sellest, millise vooluallika poolusega need on ühendatud.

Sõna "kontakt" tähendab "puudutust", "puudutamist". Erinevaid seadmeid, masinaid, liine jms ühendavas elektrisüsteemis kasutatakse nende ühendamiseks tohutul hulgal kontakte. Seadmete töökindlus ja süsteemi töö sõltub suuresti kontaktühenduste kvaliteedist.

Elektrikontaktide klassifikatsioon

Elektrikontaktid on fikseeritud ja liigutatavad. Fikseeritud kontaktid - igat tüüpi eemaldatavad ja integraalsed, mõeldud juhtmete pikaajaliseks ühendamiseks. Eemaldatavad kontaktid valmistatakse klambrite, poltide, kruvide jms abil, terviklikult — jootmise, keevitamise või neetimise teel.Liigutavad kontaktid jagunevad katkestusteks (releede, nuppude, lülitite, kontaktorite jne kontaktid) ja libisevateks (kontaktid kollektori ja harjade vahel, lülitite kontaktid, potentsiomeetrid jne).

Lihtsaim elektrikontakti tüüp on kontaktpaar. Keeruline kontaktitüüp on näiteks kontakt, mis moodustab kahe paralleelse ahela sulguri või kahekordse jadasulguri (viimast nimetatakse sidestuseks). Kontakti, mis lülitab vooluringi seadme käivitamisel, nimetatakse ümberlülituseks. Lülituskontakti, mis katkestab vooluringi lülituskontaktiks, nimetatakse lülituskontaktiks ja lülituskontakti, mis lülituse hetkel ei katke, siirdekontaktiks.

Sõltuvalt vormist jagunevad elektrikontaktid järgmisteks osadeks:

• punkt (ülemine — tasapind, sfäär — tasapind, sfäär — kera), mida kasutatakse tavaliselt tundlikes seadmetes ja releedes, mis lülitavad väiksemaid koormusi;

• lineaarne - esinevad silindriliste kehade kujul olevate kontaktide ja pintslite kontaktide juures;

• tasapinnaline — suure vooluga lülitusseadmetes.

Tavaliselt kinnitatakse kontaktid lamevedrudele, nn kontakt (valmistatud nikkelhõbedast, fosfor- ja berülliumpronksist ning harvem terasest), millele kehtivad kõrged nõuded nende mehaaniliste omaduste püsivuse osas kogu seadme kasutusea jooksul, sageli arvutatuna kümnete ja enam kui miljoni tsüklina. Eraldi ploki kujul valmistatud vedrude komplekt, mis lülitatakse samaaegselt, moodustavad kontaktrühma (või paki).

Elektriliste kontaktühenduste tööomadused

Kontaktide kokkupuude ei toimu kogu pinna ulatuses, vaid ainult üksikutes punktides kontaktpinna kareduse tõttu selle töötlemise mis tahes täpsusega. Peaaegu sõltumata kontaktide tüübist toimub kontaktelementide kokkupuude alati väikestel aladel.

Seda seletatakse asjaoluga, et kontaktelementide pind ei saa olla täiesti tasane. Seetõttu puutuvad praktikas kokkupuutepinnad üksteisele lähenedes esmalt kokku mitme väljaulatuva otsaga (punktiga) ja seejärel, aga rõhu suurenemisel, tekib kontaktmaterjali deformatsioon ja need punktid muutuvad väikesteks mänguväljakuteks.

Ühelt kontaktilt teisele kulgevad elektrivooluliinid tõmbavad nendesse kontaktpunktidesse. Seetõttu tekitab kontakt temaga ühendatud vooluringi täiendava kontakttakistuse Rk.

Kui kontaktpind on kaetud kilega, siis R suurendatakse. Väga õhukesed kiled (kuni 50 A) aga tunneliefekti tõttu kontakttakistust ei mõjuta. Paksemad kiled võivad kontaktjõu või rakendatud pinge mõjul puruneda.

Kontaktkilede elektrilist riket nimetatakse frittimiseks. Kui kilesid ei hävine, siis Rk määrab peamiselt kilede takistus. Vahetult pärast kontakti eemaldamist, samuti piisava kontaktjõu ja pinge korral kontaktahelas määrab selle takistuse peamiselt kokkutõmbumistsoonide takistus.

Mida suurem on kontaktidele rakendatav jõud ja mida pehmem on nende materjal, seda suurem on kontaktpindade kogu kokkupuutepind ja seega ka vähem aktiivne. elektritakistus ristmikul (kontaktpindade vahelise üleminekukihi tsoonis). Seda aktiivset takistust nimetatakse mööduvaks takistuseks.

Transienttakistus — üks peamisi elektrikontaktide kvaliteedi parameetreid, kuna see iseloomustab kontaktühendis neeldunud energia hulka, mis muutub soojuseks ja soojendab kontakti. Kontaktpindade töötlemisviis ja nende seisund võib tugevalt mõjutada kontakti takistust. Näiteks alumiiniumkontaktidel kiiresti tekkiv oksiidkile võib kontakttakistust oluliselt suurendada.

Kui vool läbib kontakte, siis need kuumutatakse ja üleminekutakistuse olemasolu tõttu täheldatakse kontaktpinnal kõrgeimat temperatuuri. Kontakti kuumutamise tulemusena kontaktmaterjali takistus ja vastavalt ka ülemineku takistus.

Lisaks soodustab kontakttemperatuuri tõus selle pinnale oksiidide teket, mis suurendab transienttakistust veelgi oluliselt. Ja kuigi temperatuuri tõusuga võib kontaktmaterjal mõnevõrra pehmeneda, mis on seotud kontaktpinna suurenemisega, võib see protsess üldiselt põhjustada kontaktide hävimise või nende keevitamise. Viimane on näiteks avatud kontaktide puhul väga ohtlik, sest selle tulemusena ei saa nende kontaktidega seade vooluahelat välja lülitada. Seetõttu määratakse erinevat tüüpi kontaktide jaoks maksimaalne lubatud temperatuur neid läbiva pika vooluga.

Kuumutamise vähendamiseks on võimalik suurendada kontaktide metalli ja nende jahutatud pinna massi, mis suurendab soojuse hajumist. Kontakttakistuse vähendamiseks on vaja tõsta kontaktrõhku, valida sobiv materjal ja kontaktide tüüp.

Näiteks välispidiseks kasutamiseks mõeldud lahtised kontaktid on soovitatav valmistada vähesel määral oksüdeeruvatest materjalidest või katta nende pind korrosioonivastase kihiga. Selliste materjalide hulka kuulub eelkõige hõbe, mida saab kasutada kontaktpindade katmiseks.

Vasest purunematuid kontakte saab tinatada (tinatatud pinnad on raskemini oksüdeeruvad). Samadel eesmärkidel kaetakse kontaktpinnad määrdeainega, näiteks vaseliiniga. Õliga sukeldatud kontaktid on ilma muude erimeetmeteta hästi korrosiooni eest kaitstud. Seda kasutatakse õlikaitselülitites.

Iga elektriseadme töö koosneb neljast etapist - avatud olek, lühis, suletud olek ja avanemine, millest igaüks mõjutab kontakti töökindlust.

Avatud olekus mõjutab elektrikontakti väliskeskkond ja selle tulemusena tekivad nende pinnale kiled.

Suletud olekus, kui kontaktid on kokku surutud ja vool läbib neid, kuumenevad need ja deformeeruvad; teatud tingimustel võib kontaktide ülekuumenemisel tekkida keevitamine.

Kui kontaktid sulguvad ja avanevad, tekivad silla- või tühjenemisnähtused, millega kaasneb metallikontakti aurustumine ja ülekandumine, muutes selle pinda. Lisaks on võimalik mehaaniline kulumine. kontaktid, mis tekivad üksteise vastu põrkumisel ja libisemisel.

Kuna kontaktid lähenevad üksteisele väga väikeste vahemaade tagant, isegi väikese toiteallika pinge korral, muutub välja gradient nii suureks, et lõhe dielektriline tugevus laguneb ja tekib rike. Kui pinnal on võõrosakesi, eriti neid, mis sisaldavad süsinikku, siis nende kokkupuutel toimub aurustumine ja tekivad tingimused kõrvaldamiseks.

Avamine on tavaliselt töö kõige raskem osa. elektriline kontakt Sõltuvalt ahela parameetritest (R, L ja C) ja avamisel rakendatava pinge suurusest ilmnevad nähtused, mis põhjustavad kulumist Kontaktid. Kui vooluahela pinge on suurem pingest Upl, kus kontaktide metall sulab, väheneb pärast nende eraldumist kontaktjõud ja seetõttu suureneb kontaktpindala, takistus ja temperatuur.

Kui temperatuur ületab metalli sulamistemperatuuri, tekib kontaktpindade vahele sulametallist sild, mis järk-järgult venib ja seejärel kõige kuumemas kohas puruneb. Kõrge temperatuur silla purunemisel hõlbustab väljutamist.

Sild ise eksisteerib ainult oomilistes ahelates kaarepingest madalamal toitepingel. Kui ahelas on induktiivsus, aitavad sellest põhjustatud liigpinged voolu katkemise hetkel kaasa sädeme tekkimisele kaarevooludest madalamate voolude korral ja kaarevooludest kõrgemate voolude korral - kaare. Kuna ahelas on peaaegu alati induktiivsus, kaasneb sildadega enamikul juhtudel tühjenemine. Minimaalne sädepinge pistikupesas — 270-300 V.

Igat tüüpi kontaktid peavad tagama mitte ainult pideva töö ilma lubamatu ülekuumenemiseta tavatingimustes, vaid ka vajaliku soojus- ja elektrodünaamilise takistuse lühisrežiimis. Liigutatavaid katkendlikke kontakte ei tohiks hävitada ka nende avamisel tekkiva elektrikaare kõrge temperatuur ning lühise sisselülitamisel usaldusväärselt ilma keevitamise ja sulamiseta sulgeda. Eelpool käsitletud meetmed aitavad samuti kaasa nende nõuete täitmisele.

Metallkeraamilised kontaktid, mis on segu purustatud vasepulbritest volframi või molübdeeniga ja hõbedast volframiga.

Selline ühend omab samaaegselt hea elektrijuhtivus vase või hõbeda kasutamise tõttu ning volframi või molübdeeni kasutamisest tingitud kõrge sulamistemperatuur.

Olemasoleva vastuolu kõrvaldamiseks on veel üks võimalus, mis seisneb selles, et hea elektrijuhtivusega materjalidel (hõbe, vask jne) on reeglina suhteliselt madal sulamistemperatuur ja tulekindlatel materjalidel (volfram, molübdeen) madal elektrijuhtivus. See on topeltkontaktisüsteemi kasutamine, mis koosneb paralleelselt ühendatud töö- ja kaarkontaktidest.

Töökontaktid on valmistatud suure elektrijuhtivusega materjalist ja kaarkontaktid — tulekindlast materjalist. Tavarežiimis, kui kontaktid on suletud, voolab suurem osa voolust läbi töökontaktide.

Kui vooluring on pingevaba, avanevad esmalt töökontaktid, seejärel kaarkontaktid.Seetõttu katkestavad vooluringi tegelikult kaarekontaktid, mille puhul isegi lühisvool suurt ohtu ei kujuta (oluliste lühisvoolude korral kasutatakse lisaks spetsiaalseid kaareseadmeid).

Kui ahel on sisse lülitatud, suletakse esmalt kaarekontaktid, seejärel töökontaktid. Seega töökontaktid tegelikult ei katkesta ega sulge vooluringi täielikult. See välistab sulamise ja keevitamise ohu.

Kontaktide spontaanse avanemise võimaluse välistamiseks elektrodünaamilised jõupingutused kui lühisvoolud voolavad, on kontaktsüsteemid projekteeritud nii, et elektrodünaamilised jõud nendes tingimustes tagavad täiendava kontaktrõhu ja väldivad kontaktide võimalikku sulamist ja keevitamist lühise, kiirendatud lülituse sisselülitamise hetkel.

Kontaktpindadele olulise elastse löögi ohu välistamiseks kasutage kontaktide eelpressimist spetsiaalsete vedrudega... Sel juhul on tagatud nii suur lülituskiirus kui ka võimalike vibratsioonide kõrvaldamine, kuna vedru on eelpressitud. kokkusurutud ja pärast kontaktide puudutamist hakkab tõukejõud kasvama mitte nullist, vaid teatud kindlast väärtusest. režiim, aga ka vajalik soojus- ja elektrodünaamiline takistus lühisrežiimis.

Liigutatavaid katkendlikke kontakte ei tohiks hävitada ka nende avamisel tekkiva elektrikaare kõrge temperatuur ning lühise sisselülitamisel usaldusväärselt ilma keevitamise ja sulamiseta sulgeda.Eelpool käsitletud meetmed aitavad samuti kaasa nende nõuete täitmisele.

Metallkeraamikast valmistatud kontaktid, mis on purustatud vasepulbrite segu volframiga või molübdeeni ja hõbedaga koos volframiga, on eriti vastupidavad elektrikaare hävitavale toimele.

Sellisel ühendil on nii hea elektrijuhtivus tänu vase või hõbeda kasutamisele kui ka kõrge sulamistemperatuur tänu volframi või molübdeeni kasutamisele.

Elektripaigaldiste ja elektriseadmete kontaktide põhiprojektid

Fikseeritud (jäikade) purunematute kontaktliidete konstruktsioon peab tagama kontaktpindade usaldusväärse kinnituse ja minimaalse kontakttakistuse. Parem on rehve ühendada mitme väiksema poldiga kui ühe suure poldiga, sest nii on rohkem kokkupuutepunkte. Rehvide ühendamisel on kontakttakistus väiksem kui poltide kasutamisel, kui on vajalik rehvidesse aukude puurimine. Kontaktühenduse kõrge kvaliteedi tagab siinide keevitamine.

Liigutavad katkestuskontaktid — lülitusseadmete põhielement... Lisaks kõikidele kontaktidele esitatavatele üldnõuetele peab neil olema kaartakistus, võimalus lühise korral vooluahelat usaldusväärselt sisse ja välja lülitada, samuti taluma teatud arvu lülitustoiminguid ja seiskamist ilma mehaaniliste kahjustusteta.

Lihtsaim seda tüüpi kontakt on tasapinnaline lõikekontakt. Kui see on sisse lülitatud, siseneb liikuv tera fikseeritud vedruga lõugade vahele. Sellise tasapinnalise kontakti puuduseks on see, et nende pindade ebatasasuste tõttu tekib kontaktpindade kokkupuude mitmes punktis.

Lineaarse kontakti saamiseks tembeldatakse noaribadele poolsilindrilised eendid, rõhu suurendamiseks surutakse ribad vedruga terasklambriga kokku.Katkekontakte kasutatakse kõige sagedamini kaitselülitites ja lahklülitites.

Isejoonduva sõrmekontakti kontaktosa on tehtud sõrmede kujul, plaadis - plaatide kujul, lõpuks - lameda ülaosa kujul, pesas - lamellide kujul ( segmendid), harjas - elastsete, õhukeste vask- või pronksplaatide pintslite kujul.

Määratletud kontaktosad (osad) paljudes konstruktsioonides võivad oma asukohta fikseeritud kontaktide suhtes piiratud piirides muuta. Nende usaldusväärseks elektriühenduseks on ette nähtud painduvad voolu kandvad ühendused.

Katkestuskontaktide stabiilsus ja vajalik survejõud saavutatakse tavaliselt leht- või spiraalvedrude abil.

Sõrmekontakte ja kontakte kasutatakse seadmetes pingega üle 1000 V erinevate voolude jaoks töö- ja kaarkontaktidena ning tasapinnalisi kontakte töökontaktidena. Otsakontakte kasutatakse pingetel 110 kV ja kõrgemal, vooludel mitte üle 1 — 1,5 kA töö- ja kaarkontaktidena. Harjakontakte kasutatakse mitmesuguste pingete ja oluliste voolude jaoks mõeldud seadmetes, kuid ainult töökontaktidena, kuna elektrikaar võib kahjustada suhteliselt õhukesi harju.