Конструктивные типы контактов

Контакты реле выполняют коммутирующие функции и в значительной мере определяют надежность их работы. К контактам предъявляются следующие требования: иметь небольшое и стабильное переходное сопротивление (10 ^-1 – 10^-3 Ом) при замыкании, иметь большое сопротивление (от десятков МОм до бесконечности) в разомкнутом состоянии, не иметь вибраций в различных режимах работы, обладать высокой электрической проводимостью, быть стойкими к внешним воздействиям (изменениям температуры, влажности и т.п.), обладать высокой износоустойчивостью, надежно коммутировать расчетную мощность управления. По форме контакты бывают: точечные, линейные и плоскостные, рисунок 1.13, изготавливаемых из серебра, меди, платины, золота, вольфрама и т.д. Благородные металлы, используемые для контактов, в частности золото и платина, весьма стойки против коррозии, но сильно подвержены эрозии, что ограничивает их применение.

Точечные контакты выполняются один в виде конуса, второй в виде плоскости, полусферы и плоскости, оба в виде полусфер. Соприкасаются контакты в одной точке. Такие контакты рассчитаны на небольшую силу тока управления (не свыше 2 – 3 А).

Линейные контакты соприкасаются по линии. Они выполняются парами клин – плоскость, цилиндр – полуплоскость (соприкосновение по образующей линии полуцилиндра), полуцилиндр – полуцилиндр. Они работают в цепях с силой тока от единиц до десятков ампер.

Плоскостные контакты соприкасаются по плоскости; они рассчитываются на работу в цепях с силой тока от десятков до сотен ампер.

В реле малой и средней мощностей наибольшее распространение имеет точечный контакт, как обеспечивающий надежное электрическое соединение при небольшом контактном давлении. Контакты при этом закрепляются на упругих плоских пружинах, рисунок 1.14.

а – точечные; б – линейные; в - плоскостные

Рисунок 1.13 – Типы контактов

1 – основание; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 - упор

Рисунок 1.14 Рычажный контактный узел

Применяется также мостиковый контактный узел, в котором размыкание цепи происходит на двух контактах, рисунок 1.15. мостиковый контактный узел обеспечивает разрыв электрической цепи в двух местах, что повышает надежность работы. В более мощных реле используют контактный узел с шарнирным креплением подвижного контакта, рисунок 1.16. При замыкании подвижный контакт этого узла перекатывается по неподвижному, что способствует очищению контактных поверхностей от оксидных пленок.

а – разомкнутый; б – замкнутый; 1 – упор; 2 – пружина сжатия контактов; 3 – мостик с подвижными контактами; 4 – неподвижные контакты

Рисунок 1.15 Мостиковый контактный узел

а – разомкнутый; б – замкнутый; 1 – рычаг; 2 – подвижный контакт; 3 – неподвижный контакт; 4 – пружина; O₁ – ось поворота рычага

Рисунок 1.16 Рычажный контактный узел с перекатывающимися контактами

При замыкании и размыкании контактов на них может возникать искровой или дуговой разряд. Особенно велика возможность возникновения разряда при коммутации цепей, содержащих индуктивность и емкость. При этом возрастает износ контактных поверхностей. Наибольшее разрушение контактов происходит при возникновении электрической дуги. Износ обусловлен бомбардировкой положительного контакта электронами, вырываемыми электрическим полем дуги с отрицательного контакта, который при этом разрушается, а также за счет термического действия дуги. Кроме того, появление искры или электрической дуги между контактами создает радиопомехи и может привести к ложному срабатыванию различных цепей в автоматических системах.

Для снижения возможности возникновения искры или дуги, а также их гашения применяют специальные схемы, основанные на шунтировании нагрузки или контактов последовательным соединением резистора с емкостью или цепочки с диодом (если коммутируется цепь постоянной полярности). Действие этих схем основано на том, что магнитная энергия, накопленная на индуктивности, расходуется не в зазоре между контактами, а на элементах шунтирующей цепи.

а – шунтирование нагрузки е6мкостью и сопротивлением; б - шунтирование нагрузки диодом; в - шунтирование контактов

Рисунок 1.17 – Схемы гашения искры

На рисунке 1.17 приведены некоторые из схем гашения искры. В схемах, представленных на рисунке 1.17, а, б, при размыкании контактов К накопленная в нагрузке Z_н энергия расходуется в замкнутом контуре. Значения сопротивления R и емкости С выбирают такими, чтобы не возникали колебания в образовавшемся контуре LC. Для этого используются конденсаторы емкостью С = 0,1 ÷ 1 мкФ и резисторы R = 50 ÷ 100 Ом. Следует отметить, что в установившихся рабочих режимах для постоянного тока сопротивление емкости С равно бесконечности и поэтому подключенная к нагрузке шунтирующая цепь не оказывает никакого отрицательного действия на рабочую цепь.

В схеме, представленной на 1.17, в, RC-цепь шунтирует контакты К реле, в результате чего при их размыкании энергия индуктивной нагрузки Z_н в большей ее части проходит через шунтирующую цепь.

Материалы контактов

При выборе материала контактов необходимо обеспечить выполнение целого ряда требований: большая механическая прочность, высокая температура плавления, хорошие теплопроводность и электропроводность, устойчивость против коррозии и эрозии.

Перечисленным выше требованиям в наибольшей степени удовлетворяют серебро, золото, платина, медь и их сплавы, а также вольфрам, таблица 1.

Таблица 1.1 – Материалы для контактов

Сопротивление контактного перехода определяется по формуле

где а – коэффициент, зависящий от материала и обработки поверхности контакта; F – контактное усилие; b –коэффициент формы контактов.

Для точечных контактов b ≈ 0,5; для линейных b ≈ 0,55 ÷ 0,7; для плоскостных b ≈ 1,0.

Коэффициент а для меди лежит в пределах от 0,07 до 0,28. Наименьшее значение a (и соответственно сопротивления R_к) обеспечиваются при покрытии меди слоем олова (лужение). Слой олова препятствует образованию оксида, поэтому для луженных медных контактов коэффициент a < 0,1. Большие значения a получаются для нелуженых плоскостных медных контактов, поскольку у них имеются участки, покрытые слоем окиси.

Для малых контактных усилий в высокочувствительных реле применяются благородные металлы (платина, золото, платинородий) при контактных усилиях F = 0,01 ÷ 0,05 Н. Эти материалы не окисляются и мало подвержены эрозии. При контактных усилиях F = 0,05 ÷ 1 Н и малой частоте срабатывания применяется серебро, которое имеет хорошую электропроводность, легко обрабатывается, но имеет невысокую твердость и подвержено эрозии. При контактных усилиях F = 0,3 ÷ 1 Н и большой частоте срабатывания используются металлокерамические контакты, получаемые методами порошковой металлургии (путем спекания смеси порошков двух металлов: серебра с вольфрамом, молибденом или никелем, меди с вольфрамом и молибденом). При контактных усилиях F > 1 Н и большой частоте срабатывания применяется вольфрам.

Наиболее дешевым материалом является медь, которая применяется для мощных контактов, имеющих сравнительно большие размеры и требующих большого расхода материала. Контактные усилия для меди F > 3 Н. Для защиты от коррозии кроме лужения применяется серебрение или кадмирование медных контактов.