1.5. Вопросы для самоконтроля

1.5.1. Перечислите наиболее распространенные материалы, применяемые для изготовления 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 сопротивления 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, отрицательно 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 зависят?

1.5.8. Как возникает вибрация (дребезг) при замыкании контактов и к каким последствиям это приводит? Укажите способы снижения вибрации.

1.5.9. Какие процессы происходят в межконтактном промежутке в режиме замыкания контактов?

1.5.10. Приведите классификацию контактов.

1.5.11. Какие процессы происходят в контакте в режиме замкнутого состояния при длительном номинальном токе?

1.5.12. Охарактеризуйте способы уменьшения переходного сопротивления контакта.

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.

1.6. Примеры расчета [6]

1 .6.1. Определить сопротивление стягивания R_ст в месте контакта сферических торцевых поверхностей двух круглых медных стержней (рис. 11).

Дано: F_к = 100, Н – контактное нажатие; r = 40, мм – радиус стержня; ρ₀ = 1,62∙10^–8 , Ом.м – удельное сопротивление меди при температуре 0 ^оС; σ_см = 38,3∙10⁷, Н/м² – предел прочности материала на смятие; Е = 10,8∙10¹⁰, Н/м – модуль упругости меди.

Решение: Предполагая упругую деформацию, радиус

площадки касания определим по формуле (2)

Рис. 11. Контакт

м .

Механическое напряжение в контактной площадке

Н/м² . (7)

Для мягкой меди это напряжение больше, чем напряжение смятия σ_см и, следовательно, будет иметь место пластическая деформация.

Радиус площадки касания при пластической деформации определяется по формуле (3)

м.

Сопротивление стягивания по (1) будет равно

Ом .

Ответ: R_ст=0,283∙10^-4 Ом.

1.6.2. Определить величину контактного нажатия мостикового контакта вспомогательной 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 рекристаллизации серебра U_к1 = 0,09 В; падение напряжения на контакте U_конт = 0,1∙U_к1, В; модуль упругости серебра E = 7,35∙10¹⁰

Н/м; удельное сопротивление серебра ρ₀ = 1,5∙10^-6 Ом∙см.

Решение. Максимально допустимое

сопротивление контактов

. (8)

Рис. 12. Мостиковый контакт Для слаботочных контактов по формуле (1) имеем

. (9)

Приравнивая правые части выражений (8) и (9) получим

откуда имеем . (10)

П одставляя полученное значение а, в формулу (2), и решая относительно F_к, найдем искомое контактное нажатие

, Н. (11)

Так как мостиковый контакт состоит из двух контактов, то суммарное контактное нажатие будет равно

, Н.

Ответ: F_к=1,66∙10^-3 , Н.

Рис. 13. Контактное соединение

1.6.3. Рассчитать контатное сопротивление болтового соединения двух токоведущих 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 ^оС; размеры кажущейся площади соприкосновения l = a = 25 мм; число болтов n_б = 1; материал шин медь.

Таблица 3. Болтовые соединения

Марка болта	Iн, А	Ширина площадки а, мм	Сила нажатия на 1 болт
			Не контролир. затяжка, Р1, Н	Норм. контролир. затяжка, Р2, 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

Таблица 4. Рекомендуемые значения удельных давлений

Материал	р, МПа
Медь	> 5…10
Латунь	> 6…12
Алюминий	> 20…25

Таблица 5. Коэффициент переходного сопротивления

Материал	Кпх
Медь - медь	0,24∙10-3
Латунь – латунь	0,67∙10-3
Алюминий - алюминий	0,3∙10-3

Таблица 6. Удельное сопротивление

Материал	ρ0, Ом∙м
Медь	1,62∙10-8
Латунь	7,2∙10-8
Алюминий	2,62∙10-8

Таблица 7. Температурный коэффициент сопротивления

Материал	α при 0 оС	α при 20 оС
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 таблице 3.

Удельное давление на площадку

Па или р = 16 МПа. (12)

Расчетное значение удельного давления удовлетворяет рекомендуемым значениям (таблица 4).

Переходное сопротивление (сопротивление стягивания) расчитываем по (5).

Здесь K_пх = 0,24∙10⁴ из таблицы 5; α = 0,004 из таблицы 7; n =0,7 для поверхностного контакта.

Сопротивление сплошного проводника длиной l ,

где , Ом∙м.

Тогда , Ом.

Коэффициент сопротивления концов соединяемых проводников

. (13)

Сопротивление концов соединяемых проводников

, Ом.

Общее сопротивление контактного соединения

, 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 расчетной температуры, вследствие повышенных потерь мощности на сопротивлении контактного соединения.

Устранить это нежелательное явление можно путем увеличения контактного нажатия. 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.

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 диаметра, если а будет не меньше 3D_б.

Увеличим силу сжатия за счет выбора нормально контролируемой затяжки F =13000 Н. Тогда по (5) определяем

, Ом.

Проверяем общее сопротивление контатного соединения

, Ом.

Это меньше чем R_ш0, следовательно, сопротивление контактного соединения соответствует требованию.