Что такое свариваемость контактов в реле

Сваривание контактов

При прохождении через контакт больших токов (например, то­ков к. з.) падение напряжения на них может достичь таких величин, что температура на площадке касания станет равной или даже превзойдет температуру плавления материала. Если этот ток проходит достаточное время, то может произойти сваривание контактов. Значение тока, при котором в установившемся режиме нагрева наступает оплавление площадки касания, называется минимальным плавящим током. Если предположить для простоты, что темпера­турный коэффициент сопротивления металла контактов равен нулю, то из формулы Хольма-Кольрауша и выражения для сопротив­ления стягивания можно найти минимальный плавящий ток:

.

В этом выражении все величины должны быть взяты при температуре плавления. Размеры площадки касания при температуре плавления могут быть приняты в 1,5 раза боль­шими, чем при нормальной температуре.

Теоретически минимальный плавящий ток плавит металл на площадке бесконечно долго. Практически же, ввиду малых размеров площадки, для плавления минимальным плавящим током достаточно 10 с. Если время действия тока меньше 10 с, то для оплавления требуется >.

В действительности появление эффекта сваривания начинается при меньших токах, которые можно назвать граничными токами сваривания, при которых появляются весьма небольшие площадки схватывания (микроплощадки), едва замет­ные для невооруженного глаза, создающие прихватывание кон­тактов настолько, что для отделения их требуется некоторая сила. Особенно заметно проявляются такие схватывания у скользящих и рубящих контактов.

Однако следует иметь в виду, что некоторое схватывание кон­тактов (сваривание) может иметь место даже и без оплавления контактных пятен. Так, при заметном размягчении металла и при на­личии достаточно больших сил сжатия контактов возможно сцеп­ление – взаимное проникновение поверхностных слоев друг в друга подобно тому, как это наблюдается при холодной сварке. Это особенно сказывается на увеличении сил трения (покоя) в скользящих и рубящих контактах.

Таким образом, установление значений граничных токов сваривания представляет собой сложную задачу.

Следует учитывать, что свариванию контактов аппаратов могут способствовать электродинамические усилия, возникающие в са­мом контакте.

В про­воднике, где наблюдается резкий переход сечения проводника, воз­никают продольные растягивающие усилия. В контактах имеет место стягивание тока к площадкам касания и, следовательно, возникают имеющие ту же природу силы отталкивания между кон­тактами. Эти силы могут оказывать решающее значение в явлении сваривания, так как они существенно снижают результирующую силу сжатия контактов. При снижении силы сжатия увеличиваются переходное сопротивление и, в связи с этим, тепловая мощность, выделяемая в месте соприкосновения, металл плавится и происхо­дит сваривание.

Источник

Сваривание контактов и их термическая стойкость.

Контактная система с нажатием F_к, рассчитанная по данной методике, будет надежно работать в номинальном режиме. Однако возникают нагрузки, аварийные режимы, когда I↑. Будет резко ↑ температура и она может достигать Q_плавл. Контакты свариваются.

Какой максимальный ток, в течение какого времени контакты могут пропустить без сваривания?

I_св зависит от ряда факторов:

1) от материала контактов, его мягкости (σ_см):

σ_см↓→I_св↑ (R_c↓→ ).

3) от длительности протекания тока:

,

где (когда процесс нагрева площадки касания не выходит за пределы адиабатического процесса).

, где m – количество контактных точек.

4) от состояния контактных поверхностей.

,

1,5 – коэффициент, учитывающий размягчение материалов контактов.

Rc.пл – сопротивление сужения при температуре плавления.

По этой же формуле можно рассчитать Iсв∞ при переменном токе, тогда получается амплитудное значение тока. Для мощных контактов используют формулу Буткевича: ,

где I_св0,01 – амплитудное значение минимального переменного тока частотой 50 Гц, который протекает через контакты в течение полупериода и вызывает их легкое сваривание.

Эта формула позволяет определить Iсв и на постоянном токе, который протекает через контакты в течение 0,01 сек.

Термическая стойкость контактов.

Она характеризуется током термической стойкости (It) – это наибольшее значение тока, который выдерживает контакт в течение времени t без недопустимого сваривания. Для сильноточных контактов наибольшее сваривание, которое легко снимается отключающими силами аппарата.

Электромагниты с внешним притягивающимся якорем и с втягивающимся якорем. Электромагнитная статическая тяговая характеристика электромагнитов и способы ее регулирования.

1. Электромагниты с втягивающимся якорем (рис 4.4). В зависимости от формы магнитопровода они подразделяются

а) с U образным магнитопроводом

здесь Fэм создаётся только рабочим потоком.

Поэтому: 1) Fэм создаётся рабочим Ф_δ. 2) Fэм при срабатывании нарастает по гиперболе, однако экспериментальные исследования показали, что с ↓δ эл магнитная хар-ка всё более отклоняется от закона гиперболы в сторону ↓ Fэм. Это объясняется тем, что с ↓δ магнитная система насыщается в результате .

Регулирование эл магнитные силы путём изменения диаметра полюсного наконечника при δ=δн

при δ=δк практически не изменяется, не зависит он наличия полюсного наконечника.

б) С Ш образной магнитной системой

В процессе срабатывания происходит перераспределение потоков.

В — создаётся Fэм. доп, когда ↑ весь поток как и в U образной системе. Мэм будет ещё более ↑ из- за↑ плеча силы.

в) Электромагниты с подковообразной магн системой и двумя катушками.

г) Электромагниты с цилиндрической магн системой не имеют паразитных зазоров поэтому развивают большие усилия при ↓δ. Нашли применение в качестве ударных магнитов и Эл магнитных муфтах.

д) >> при конечном δ. Данные магниты за счёт имеют повышенную чувствительность.

e) Клапанные электромагниты благодаря простоте и технологичности, удобству регулирования Fэм=f(δ) повышенной чувствительности, быстродействию нашли широкое применение в реле и др устройствах.

2. Электромагниты с втягивающимся якорем. в них кроме Фраб, имеется Фs1 с якоря Фs2, кот. замыкаются на станине.

Фs1 существенно ↑Fэм при повышенных δ до 30%, при ↓δ >> ₁ добавка Fэм от Фs1 становится =0.

Основной способ регулирования крутизны характеристики путём изменения угла конусности полюсов α Fэм.н ↑ из-за ∟α↓ значит ↑S полюса в 1/sinα раз. А значит проводимость Gδ↑ в 1/sinα 2 раз. Сопротивление стали постоянно значит Fэм.к= const.

3. Эл магниты с уравновешенным якорем.

а) Ось вращения якоря проходит через центр его массы в результате эл магниты ха­рактеризуются повышенной вибростойкос­тью, стойкость к линейным ускорениям важно для эл магнитов работающих на подвижном транспорте.

б) Они имеют меньшие габариты, ↓Фs ↑ чувствительность сравнению с клапанными. Дальнейшее развитие – с внутри катушечным якорем. что позволило ещё большее ↓ габариты и ↑ чувствительность магнита.

4. Полярные эл магниты.

В отличие от неполярных реагируют на полярность входного сигнала, при одной полярности в одну строну, а при другой в другую; в качестве примера принцип действия одного из реле.

Срабатывающий стержень на базе постоянного магнита который создаёт поляризующий поток Фп₁, этот поток выйдя и постоянного магнита разбивается на 2 потока.

и

Если якорь в нейтральном положении, то = сила действующая на якорь=0.

При подаче управляющего сигнала обмотки Wу создаёт управляющий поток Фу, который будет замыкаться по крайним стержням не заходя в средний стержень. При этом первом зазоре Фу будет складываться с Фп, а в другой вычитаться. В результате возникает Fрез, которая будет направлена к тому полюсу под которым потоки складываются.

При притянутом якоре к одному из полюсов управляющий сигнал можно убрать, якорь будет удерживаться Fэм от потока Фп.

— отклонение якоря от нейтрального положения.

Чтобы ↑ чувствительность реле нужно ↓Фп, ↓Х, а чтобы мощное реле надо ↑ Фп и ↑Х. В данном случае проявляется общая закономерность всех устройств.

Полярные эл магниты по сравнению с нейтральными хар-ся 1) чувствительностью по отношению к полярности сигнала. 2) обладают высокой чувствительностью, мощность срабатывания на порядок ниже. 3) большое быстродействие. 4) импульсное управление, что снижает мощность управления.

Недостатки Меньшая Рвых, повышенная сложность и стоимость.

Применяются 1) В качестве ЭП поляризованного реле. 2) В устройствах проводной связи.

Она будет согласована, если δ=δкр, Fэм.кр=Кз*Fпр.кр.

Под δкр понимается такой δ при котором электро магнитная система характеристика которой наиболее близко подходит противодействующей характеристике.

Кз=1,2…1,5 для маломощных, Кз=1,5…3 для реле.

Взаимное расположение характеристик Мэм и Мпр определяет один из важнейших параметров электромагнитов

коэффициент возврата.

, , , — напряжения и токи при возврате и срабатывании.

Это такие значения U и I катушки при которых Эл магнит ещё срабатывает, характеристика проходит выше противодействующей ( кривая 2).

— превышение эл. магнитной характеристики при Iср над противодействующей при притянутом конечном положении якоря

Источник

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Предисловие

Любое электромагнитное реле, как правило, состоит из трех основных частей (органов):
— воспринимающая часть (система) – это та часть реле, которая воспринимает управляющее воздействие (сигнал) и преобразует его в воздействие на промежуточный орган. В простейшем электромеханическом реле воспринимающей системой является катушка с обмоткой, надетая на ферромагнитный магнитопровод;
— промежуточный орган (передающая часть) – эта часть реле, которая при достижении управляющим воздействием заданной величины передает это воздействие исполнительному органу. В электромагнитных реле промежуточным органом, как правило, является якорь и связанные с ним толкатели;
— исполнительный орган – часть реле, осуществляющая, как правило, скачкообразное изменение управляемой величины. Исполнительным органом являются контакты реле.
В данной статье речь идет именно об исполнительном органе электромагнитных реле, а именно об электрических контактах. Если быть более конкретным, то в статье в краткой форме рассмотрены материалы, из которых изготавливаются контакты реле, которые непосредственно соприкасаются друг с другом. В статье не описаны материалы, из которых изготовляются контактные пружины, это отдельная большая тема, и о них я напишу в другой статье.
О параметрах (сопротивление, коммутируемые токи и т.д.), износе контактов, форме, конструкции и размерах контактов электромагнитных реле, а также о других частях электрических реле мы также поговорим в других статьях.

Введение

Электрические контакты, применяемые в электрических аппаратах, к которым относится реле, различаются между собой по принципу действия и конструкции и в соответствии с этим могут быть разделены на три основные группы:
— неподвижные;
— разрывные контакты;
— скользящие контакты.
Наибольшую группу представляют собой разрывные контакты, применяемые в электрических реле, контакторах, переключателях, включателях и других электрических аппаратах. В замкнутом, неподвижном состоянии разрывные и скользящие контакты, очевидно, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к неподвижным контактам.
Характер износа разрывных контактов существенно зависит от величины коммутируемых мощностей, тока и напряжения.
По величине коммутируемой мощности разрывные контакты разделяются на маломощные (слаботочные), средненагруженные и высоконагруженные (сильноточные).
К электрическим разрывным контактам предъявляются следующие основные требования: очень малое и постоянное по величине переходное сопротивление, малая эрозия и коррозия, большая износоустойчивость, малая склонность к иглообразованию и привариванию, высокая электро- и теплопроводность, высокая температура плавления, отсутствие искажений при работе (отсутствие дребезжания контактов), большая надежность и большой срок службы.

Таблица 1. Характеристики материалов, применяемых для изготовления контактов реле

Удельное электрическое сопротивление при 20° С ρ, ом*мм 2 /м

Предел прочности при растяжении
σ_пч, кг/мм 2

Для контактов реле, работающих при небольших токах, меньше тока возникновения дуги (слаботочные контакты), применяются драгоценные металлы: серебро, платина, палладий, золото и сплавы на их основе.
Для контактов электрических реле, работающих при токах, превышающих ток возникновения дуги, наиболее подходящими являются твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы типа твердых растворов: вольфрам, рений, молибден, платина-иридий, палладий-серебро и тому подобные материалы.
При больших токах металлы и их сплавы оказываются недостаточно износоустойчивыми, они быстро окисляются, оплавляются, имеют большой износ вследствие испарения и разбрызгивания и обладают способностью свариваться. В таких случаях обычно используются двухфазные системы, так называемые композиции.
Характеристики некоторых контактных материалов даны в таблице 1.
Далее рассмотрим конкретные материалы, используемые для изготовления контактов реле, их особенности, достоинства и недостатки.

Контакты реле из серебра и сплавов на его основе.

Фотография 1. Контактная система реле РЭС-47, выполненная с применением пружинно-контактного сплава СрМгН-99

Пружинно-контактные сплавы используются для коммутации широкого диапазона токов и напряжений, обладают повышенной износостойкостью и обеспечивают более стабильное сопротивление цепи и контактов.
Применение пружинно-контактных сплавов позволяет отойти от традиционной конструкции контактов реле, состоящих, как правило, из контактной пружины с вклепанными или приваренными контактами.
Вместо этого изготавливается одна деталь, совмещающая в себе функции контакта и пружины. При этом уменьшаются габариты контактных систем и повышается их устойчивость к внешним механическим воздействиям.
Контактные пружины, изготовленные из этих сплавов, приобретают максимальные упругие свойства после термообработки на воздухе при температуре 700-730° С (внутреннего окисления). При температуре окисления ниже 650° С сплавы склонны к хрупкому разрушению. Повышение пластичности сплава (отпуск) достигается нагревом при 800° С в течение 10 минут.
При длительном нахождении на воздухе пружины из этих сплавов становятся хрупкими, поэтому их следует применять в герметичных реле, заполненных инертным газом.
Твердость внутриокисленных сплавов сохраняется при температурах до 400° С, в то время, когда твердость негартованных материалов резко падает уже при температуре 200° С. Релаксационная стойкость внутриокисленных сплавов при 200° С в течение 100 часов выше, чем у бериллиевой бронзы, применяемой для изготовления контактных пружин обычных электромагнитных реле.
Сплавы, содержащие золото (ЗлСрМгН-2-97) и цирконий (СрМгНЦр-99), имеют меньшую релаксацию напряжений, больший предел прочности и меньшую склонность к хрупкому разрушению, но сплав, содержащий цирконий, непригоден для коммутации малых напряжений и токов и отличается повышенным распылением при нагрузке 0,3 ампера 250 вольт.
Сплавы на основе серебра, магния и никеля (СрМгН-99) не имеют склонности к иглообразованию, поверхность контактов реле из этих сплавов изнашивается равномерно, и поэтому они позволяют коммутировать сравнительно большие токи (1,2 А и 30 В) при очень малых расстояниях между контактами (0,05-0,15 мм).
Удельное сопротивление этих сплавов в два раза меньше, чем у бериллиевой бронзы, поэтому пружины из сплава СрМгН-99 допускают в 1,4 раза больший предельный ток.

Источник