Материал: Конспект лекций по курсу Электрические и электронные аппараты. Гуляев А.А., Королев Н.И

11

кратковременных режимах стремятся искусственно увеличить T (в основном за счет массы материала участвующего в нагреве).

Повторно-кратковременный режим (рисунок 2.3) является наиболее общим случаем, периоды нагрузки – tн чередуются с паузами - tп. Причем ни за время tн, ни за tп– температура не достигает установившегося значения.

Цикл работы tн+tп=tц характеризуется продолжительностью включения

ПВ.

tн

при неизменном ПВ% эквивалентный ток – Iдоп зависит от соотношения tн\T, при возрастании этого соотношения тепловая нагрузка аппарата увеличивается, коэффициент допустимой перегрузки по току уменьшается.

Нагрев при к.з.

Ввиду скоротечности процессов при к.з. (защита 3-5 сек.) допускается в 2-3 раза более высокая температура нагрева проводника, чем при номинальном токе. Поэтому теплоотдача возрастает минимум в 3 раза, а потери в проводнике в сотни раз.

Таким образом, можно считать, что вся энергия идет на нагрев ЭА. Уравнение теплового баланса

Отсюда

где i – мгновенное значение тока;

-удельное сопротивление;

-удельный вес материала; c – удельная теплоемкость; s – сечение проводника;

Кд – коэффициент дополнительных потерь.

Если принять P=const ,c=const и i=const, то

где д – начальное превышение температуры проводника относительно среды перед к.з.

Нагрев проводника при к.з. происходит практически по прямой, охлаждение как и при нормальных режимах (рисунок 2.4).

Термическая устойчивость аппарата – это его способность выдерживать без повреждений и перегрева свыше норм термическое действие токов к.з. определенной длительности (1, 3, 5 и 10 сек.).

связь между токами и временами Т.У.:

Для аппаратов низкого напряжения длительность пропускания тока термической устойчивости задается либо собственным временем срабатывания (авт. выключатели, пускатели), либо 1 сек. или 1\2 сек.

Допустимая плотность тока термической устойчивости:

откуда ток Iт.у. jт.у. s .

Предельно допустимая температура нагрева ЭА – это температура, при которой гарантируется надежная длительная работа ЭА, и воздействие которой проводники и детали могут длительно выдерживать без снижения своих

электрических и механических свойств - доп. Соответствующий ей ток:

Для изолированных проводников tдоп определяется классом изоляции, а также механической прочностью самих проводников. Для контактных соединений tдоп определяется температурой начала интенсивного окисления контактной поверхности.

13

3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ. ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТОКТОВ, ЗАВИСИМОСТЬ ЕГО ОТ

РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Электрический контакт - это место соединения или соприкосновения нескольких проводников или деталей для перехода из одной в другую. Поверхность соприкосновения называется контактной поверхностью.

По характеру взаимного перемещения различают три группы контактных соединений:

1)не размыкаемые;

2)размыкаемые;

3)скользящие.

По форме соприкосновения контакты также делятся на три типа:

1)точечный – кажущееся соприкосновение в одной точке (шар - шар);

2)линейный – кажущееся соприкосновение по линии (цилиндр - цилиндр);

3)плоскостной - кажущееся соприкосновение по поверхности (плоскость - плоскость).

Требования к контактам:

1)надежность электрического соединения;

2)достаточная механическая прочность;

3)нагрев не свыше tдоп при длительном протекании Iн;

4)термическая и электродинамическая устойчивость при протекании

Iк.з.;

5) стойкость против внешних воздействий.

Переходное сопротивление контактов Rп – это сопротивление мест перехода одного проводника в другой (обычно больше по сравнению со сплошным проводником таких же размеров). Rп – результат резкого повышения плотности тока в контактных площадках (рисунок 3.1) по сравнению с плотностью тока в теле контакта.

где - величина, зависящая от материала, формы и состояния контакта; p – сила контактного нажатия;

n – показатель, характеризующий число точек соприкосновения.

Для одноточечного контакта n=0,5; многоточечного n=0,7-1; линейного

– 0,7=0,8; плоскостного – n=1.

Для поверхностей, шлифованных напильником и смазанных вазелином одноточечных контактов:

14

Зависимость Rп от усилия нажатия pn определяется формулой (3.1) и показана на рисунке 3.2.

Кривая 1 – нарастание нажатия; кривая 2 – снижение нажатия. Воспроизводимость опытов в пределах зоны 1-1'.Гистерезис Rп=f(pn)

объясняется наличием остаточной деформации и поэтому кривая 2 идет ниже кривой 1.

Зависимость Rп=f(tO) (рисунок 3.3) – объясняется изменением структуры бугорков и площадок соприкосновения за счет изменения величины удельного сопротивления смятию. Поэтому для переходного сопротивления контакта температурный коэффициент будет меньше, чем для сплошного проводника.

С ростом температуры Rп вначале растет (I), затем резко падает (II) за счет падения механической прочности материала, далее растет (III) и при tпл падает до 0.

Rп сильно зависит от состояния контактной поверхности: так шлифовка контактов увеличивает Rп по сравнению с обработкой напильником, т.к. бугорки становятся более пологими и снятие их затрудняется.

Rп очень чувствительно к окислению, т.к. многие окислы плохие проводники. Медные контакты начинают окисляться на воздухе (кислород) при 20-30ОCи особенно сильно при 70ОC (со временем Rп возрастает и1000 раз). У замкнутых контактов доступ воздуха затруднен и окисление медленнее. Алюминиевые контакты на воздухе быстро окисляются и покрываются пленкой (2*10-6мм) с высоким Rп, поэтому им необходима специальная обработка – зачистка под вазелин. Не размыкаемые контакты покрываются оловом или серебром, окислы которых имеют Rп порядка чистых металлов. Размыкаемые контакты выполняют из серебра или керамики на основе серебра. ЭА с медными контактами рекомендуют, где возможно, периодически, после 8- 12 часов работы 2-3 раза отключать под током и снимать электрической дугой.

15

Рост величины контактной поверхности приводит к уменьшению Rп, но не безгранично (т.к. число точек соприкосновения уже мало возрастает). Однако ее увеличивают для снижения потерь и улучшения теплоотдачи.

Rп - тем меньше, чем меньше удельное сопротивление и чем меньше сопротивление снятию материала. Этим объясняется серебрение, лужение и т.д.

Параметры контактных конструкций

Раствор контактов (рисунок 3.4) – кратчайшее расстояние между разомкнутыми поверхностями подвижного и неподвижного контактов.

Величина раствора выбирается обычно из условия гашения малых токов. Для обеспечения надежности соприкосновения контактов кинематика ЭА выполняется, т.о. что контакты соприкасаются раньше, чем подвижная часть доходит до упора.

Провал (рисунок 3.4) – расстояние, которое прошел бы контакт от соприкосновения контактной поверхности до положения при упоре якоря.

Величина провала определяет износ контактов при заданном числе срабатываний. В общем случае больший провал способствует большому износу устойчивости, т.е. больший срок службы, однако требует и более мощной магнитной системы.

Контактное нажатие – сила, снимающая контакты в месте их соприкосновения.

Различают начальное нажатие PO(провал l1) и конечное нажатие Пк

где с – жесткость контактной пружины, т.е. величина силы, необходимой для нажатия на 1 см;

l1 – величина первоначального сжатия пружины;

l2 – дополнительное сжатие до уровня провала.

Износ контактов – изменение их формы, размеров, веса в процессе работы, приводящее к уменьшению провала.

Различают: механический износ – удар, трение, перекатывание; химический износ или коррозия – связан с окислением,

образованием пленок.

Наибольший вред контактам наносит электрический износ или эрозия. При замыкании или, особенно, при размыкании контактов Rп возрастает,

поэтому сильно растет температура точек касания. В момент разрыва контактов температура достигает значений температуры плавления и возникает мостик гладкого металла. При дальнейшем движении мостик может оборваться и в зависимости от параметров отключаемой цепи между контактами возникает тлеющий разряд. Высокая температура контактов и действие на них дуги приводит к переносу металла с контакта на контакт, распылению,