 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Перехідні опори контактів
Наявність у контактному з'єднанні місця переходу струму з одного провідника в іншій створює збільшення електричного опору в порівнянні із суцільним провідником таких же розмірів і форм.
Цей додатковий опір називають контактним опором Rk.
Тоді повний опір контактного з'єднання буде складатися з опору тіла контактних елементів Rt і опору Rk.
.
У свою чергу, опір Rk можна вважати складається з двох частин - перехідного опору, обумовленого нерівностями поверхонь опору Rп, і опору Rпл, обумовленого поверхневими плівками.
Перехідний опір контактів є дуже важливою характеристикою для всіх типів контактних з'єднань. Для з'ясування його природи розглядають зону переходу струму між дотичними поверхнями, що стикаються тільки в окремих крапках, як показано на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Крапки торкання реальних контактів.
Число крапок торкання залежить від сили натискання на контакти FK і числа ступенів свободи, що стикають поверхні.
При незначному тиску число крапок буде дуже обмежено: одна, дві чи три, у залежності від числа ступенів свободи.
При збільшенні сили FK у крапках опору матеріали мнуться й утворяться площадки, число яких буде збільшуватися в залежності від сили натискання і міцності металу контактних поверхонь.
Загальна площа точок дотику (елементарних площадок крапкових контактів)
,
де FK - загальна сила стиску контактів; s - тимчасовий опір зминанню матеріалу контактів.
Величини тимчасових опорів зминанню найбільш розповсюджених провідникових матеріалів приведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1
| Матеріал | sвр. кг/см2 |
| Мідь тверда | |
| Мідь м'яка | |
| Алюміній | |
| Срібло | |
| Цинк | |
| Олово | |
| Свинець | |
| Графит |
Перехід струму з одного провідника в іншій у контактному з'єднанні має вид, представлений на рис. 1.5.
Рис.1.5. Перехід струму з одного провідника в іншій.
Перехідний опір контакту з однією крапкою торкання визначається відповідно до виразу (1.3).
.
Приймаючи 
, одержуємо:
,
чи
. (1.4)
Тоді перехідний опір для крапкового контакту
, (1.5)
де 
- постійна величина для даного матеріалу.
При збільшенні сили натискання і збільшенні числа крапок торкання до n
. (1.6)
Перехідний опір контактів, які тількі зачистили, при великих силах натискання може бути визначене по емпіричній формулі
Ом, (1.7)
де k - коефіцієнт, що залежить від матеріалу контактів і стану поверхонь; m - коефіцієнт, що залежить від числа крапок торкання.
Значення k для різних контактних пар приведені в таблиці 1.2.
Таблиця № 1.2.
| Матеріали контактів | k |
| Мідь - мідь | (0.08-0.14)×10-3 |
| Мідь - мідь (луджена) | (0.07-0.1)×10-3 |
| Срібло - срібло | 0.06×10-3 |
| Алюміній - алюміній | 0.127×10-3 |
| Алюміній - латунь | 1.85×10-3 |
| Алюміній - мідь | 0.98×10-3 |
| Сталь - сталь | 7.6×10-3 |
| Сталь - мідь | 3.1×10-3 |
Значення k відносяться до випадку збільшення сили натискання.
Як видно з (1.7), перехідний опір залежить не від питомого тиску, а від повної сили натискання FK.
Залежність перехідного опору контактів від сили FK ілюструється кривими, представленими на графіку (рис. 1.6).
Значення m для різних типів контактів приведені в таблиці №1.3.
Таблиця 1.3.
| Тип контакту | Тип з'єднання | m |
| Крапковий | Торцевий | 0,5 |
| Панельний | ||
| Шинний | ||
| Лінійний | Розетковий | 0,7 |
| Лінійний роз'єднувач | ||
| Площинний (багатокрапковий) | Пальцевий | 0,8...1,0 |
| Щітковий | ||
| Площинний |
Рис. 1.6. Залежності перехідного опору контактів
від сили натискання при різних способах торкання.
Опір контактів може значно змінюватися з появою плівок на поверхнях зіткнення.
При великих тисках опору плівок виявляються незначними, тому що вони руйнуються і RПЛ можна не враховувати. Опір плівок варто враховувати при малих тисках, що має місце в контактах електричних реле, блокконтактах у вторинних ланцюгах керування й ін.
Плівки на контактах утворюються також від агресивних середовищ, нагрівання контактів дії дуги й ін.
Однак навіть при відсутності плівок окислів на поверхні металу завжди мається шар адсорбованих газів, що також приводить до збільшення перехідного опору.
Додатковий опір від плівок залежить від питомого опору плівки rпл і її товщини d.
З урахуванням опору плівок
. (1.8)
У випадку малих тисків (порядку одиниць грам), радіус r буде малий і тоді з другим членом рівняння варто рахуватися.
Опір контактного з'єднання у великому ступені залежить від окислювання контактної поверхні, що може привести до збільшення опору в десятки і сотні разів.
Лекція 7.
«Матеріали контактних з'єднань»
Вимоги, які пред’являють до матеріалів контактних з'єднань.
1. Висока електро- і теплостійкість.
2. Стійкість проти ерозійного зносу при тліючому розряді і при випалюванні дугою (дугостійкість).
3. Механічна міцність.
4. Висока стійкість до впливу навколишнього середовища.
5. Низька вартість одержання і виготовлення контактів.
Контактні матеріали можна розділити на три групи:
а) чисті метали;
б) сплави металів;
в) металокерамічні (композиційні) матеріали.
У залежності від величини струму використовуються наступні матеріали:
| Слабкі струми | Середні струми | Сильні струми |
| Осмій, Іридій, Рутеній, Палладій, Платина, Радій, Золото, Молібден | Вольфрам і сплави, Ртуть, Нікель, Срібло | Залізо, Ртуть, Нікель, Вольфрам, Срібло, Графіт, Мідь |
Основні характеристики матеріалів контактів:
| Матеріали | Питомий опір ом×мм2/м | Електро і теплопровідність | Дугостійкість | Твердість sсм, Мпа | Техноло-гічність | Вартість |
| Метали чисті | ||||||
| Мідь Алюміній Срібло Золото Платина Вольфрам | 0,0172 0,028 0,016 0,024 0,105 0,055 | + + ++ + + - | - - - - - ++ | + + + + + - | - - + ++ ++ + | |
| Сплави металів | ||||||
| Латунь Бронза Дюралюміній | 4×r(Cu) (1,1...6…6)×r(Сu) 0,032 | + + - | - - - | + + - | - - - | |
| Металокерамічні матеріали | ||||||
| Ag+Cd Ag+Wo Cu+Wo | 0,03 0,04 0,06 | + + + | ++ ++ ++ | - - - | - + - |
Мідь Сu: контакти з чистої міді застосовуються дуже рідко через виникнення окалини під навантаженням (робота не більш 8 годин). Мідь покривають сріблом
Алюміній Al: Алюміній у три рази легше міді.
Срібло Ag: Має найнижчий питомий опір і застосовується у виді покрить і для виготовлення контактів.
Золото, платина Au, Pt: У чистому виді використовується у винятково рідких випадках (супутники, космічні об'єкти, медичні прилади діагностики); в основному застосовуються у виді покрить для особливо важливих контактів.
Вольфрам Wo: Виготовляються дугозгасуючі накладки і т.п.
Латунь (сплав міді з цинком): Має гарну пружність (пружини)
Бронза (сплав міді з оловом): призначені для виготовлення корпусних елементів контактних з'єднань.
Сплави алюмінію: Використовуються для виготовлення струмоведучих частин електричних апаратів невеликої довжини.
Композиційні матеріали: виходять методами порошкової металургії, при цьому використовуються матеріали, які мають різні позитивні властивості.
Наприклад: Wo і Ag. Вони спікаються під тиском при високій температурі. Виходять композити з більш високою температурою плавлення чим Ag і кращою електропровідністю, чим Wo.
При проектуванні контактних з'єднань варто уникати сполучень із двох різнорідних металів, так як при попаданні вологи і пилу на місце контактного з'єднання утворюється гальванічна мікропара з різницею потенціалів, що залежить від положення металів в електрохімічному ряді напруг.
Електрохімічний ряд матеріалів контактних з'єднань:
| Елемент | Ag | Cu | H2 | Sn | Ni | Cd | Fe | Zn | Al |
| Потенціал по відношенню до H2 | +0,8 | +0,52 | -0,14 | -0,22 | -0,4 | -0,43 | -0,76 | -1,34 |
Чим далі друг від друга розташовані метали, що утворюють пари, тим більше різниця потенціалів, що вони створюють у гальванічній мікропарі і тем більше буде руйнування металу від корозії. При цьому більше руйнується метал, що має більший негативний потенціал у ряді.
Поиск по сайту: