Матеріали для контактних з'єднань

Найбільш поширеними контактами, що застосовуються в електротехніці, є контакти, які служать для періодичного замикання і розмикання електричних кіл (розривні і ковзаючі). В якості контакт-них матеріалів використовуються чисті тугоплавкі метали і різно-манітні сплави, а також металокерамічні композиції.

Ковзаючі контакти забезпечують перехід електричного струму від нерухомих частин пристрою до рухомих, наприклад в потенціомет-рах, реостатах, електричних машинах.

Розривні контакти забезпечують періодичне замикання чи розмикання електричних кіл протягом тривалого часу, зокрема, в таких пристроях як реле, пускачі, електромеханічні перетворювачі.

Матеріали для таких контактів повинні мати такі властивості:

1) малий питомий електричний опір;

2) малий спад напруги на контактах;

3) стійкість до механічного і електричного зносу;

4) не допускати ерозії (вигоряння) контактуючих поверхонь;

5) не допускати приварювання контактних поверхонь одна з одною при дії електричної дуги при розмиканні контактів;

6) стабільність контактного електричного опору.

Контакт повинен бути надійним з’єднанням, здатним проводити струм з низьким і стабільним в часі електричним опором.

Cтруктура площі контакту складається з ділянок з металічним контактом, опір яких визначається сумарним опором металів пари, що утворюють контакт, через який протікає струм без перехідного опору; контактних ділянок, покритих тонкими адгезійними плівками, що пропускають струм завдяки тунельному ефекту; ізолюючих ділянок, покритих плівками оксидів і сульфідів, що не пропускають електрич-ний струм.

Загальна площа контакту є сумою площ цих ділянок, що значно менша контактної поверхні, так званої умовної площі контакту. При цьому стан поверхонь контактів безпосередньо впливає на перехідний опір і нагрівання контактів при проходженні через них струму.

Основні причини зносу контактів під час їх експлуатації залежать від умов експлуатації і зводяться до таких:

1) ерозія контактів – порушення форми робочих поверхонь;

2) перенос матеріалу з одного контакту на інший, утворення кратерів, і навіть заклинювання контактів;

3) електричний знос контактів, зумовлений електричною дугою, іскрінням контактів при розмиканні і вібрацією контактів;

4) механічний знос, пов’язаний не тільки з силою удару контактів, але й з контактним тиском і частотою замикань контакту;

5) хімічний знос, на який впливають склад навколишнього середовища, його вологість та температура.

Для зменшення дії ерозії необхідна висока температура плавлення контактних матеріалів.

Вибір матеріалів для розмикаючих контактів проводять за значеннями комутованого струму або за потужністю розмикання електричних кіл.

За значенням комутованого струму розривні контакти поділяють на слабострумові (до одиниць ампер) і сильнострумові (десятки, сотні ампер).

Слабострумові (малопотужні) розмикаючі контакти виготовлю-ють з благородних і тугоплавких металів та сплавів на їх основі.

Основні області застосування контактних матеріалів:

1) срібло – реле, сигнальна апаратура, телефонна і телеграфна апаратура, управління флуоресцентними лампами, контакти допоміжних кіл контакторів і магнітних пускачів;

2) срібло-мідь-нікель – реле вуличних сигналів, перетворювачі струму, реле автоматики, електромагнітні лічильники, автомобільні і залізничні сигнальні реле;

3) срібло-кадмій – реле, термостати холодильників, стартери, теплові вимикачі;

4) срібло-оксид міді – контактори змінного і постійного струму, автоматичні запобіжники;

5) мідь-вольфрам – потужні масляні і повітряні високовольтні вимикачі дугових печей та перетворювачі струму.

6) срібло-вольфрам – магнітні пускачі і контактори з високою частотою ввімкнень, вимикачі побутових приладів, кнопки керування, високовольтні вимикачі, випрямлячі струму.

Більшість благородних металів застосовують для контактів у вигляді гальванічного покриття (крім срібла, яке може застосовуватись в чистому вигляді). Гальванічні покриття більш зносостійкі в електричному полі. Товщина гальванопокриття зазвичай коливається в межах від одного до декількох десятків мікрометрів.

Сильнострумові (потужні) розмикаючі контакти виготовляють з металокерамічних матеріалів, що отримуються методом порошкової металургії. Металокерамічні контакти володіють рядом переваг в порівнянні зі звичайними металічними:

1) більш стійкі до приварювання та зносу;

2) значно збільшують термін служби контактів при середніх навантаженнях;

3) підвищують надійність і довговічність конструкції апаратів при значній економії срібла.

Металокерамічні матеріали для контактів через які протікають високі струми повинні складатись із невзаємодіючих один з одним компонентів.

Срібло і мідь забезпечують високу електро- і теплопровід-ність, а тугоплавка частина підвищує зносостійкість, термостійкість і опір до зварювання контактів. У низьковольтних апаратах часто використову-ється срібло-оксид кадмію, для високовольтних (дугогасних камер) – залізо-мідь-вісмут та ін.

Матеріали для ковзаючих контактів повинні мати малий питомий опір, високу стійкість до стирання, витримувати роботу на високих швидкостях.

Матеріали для ковзаючих контактів можна розділити на пружинні металічні та електротехнічні вугільні.

Як пружинні металічні контактні матеріали використовують спеціальні сорти бронз, наприклад кадмієві та берилієві.

З числа твердих неметалічних провідникових матеріалів найбі-льше значення мають матеріали на основі вуглецю (електротехнічні вугільні вироби, скорочено – електровугільні вироби). З вугілля виготовляють щітки електричних машин, електроди для прожекторів, для дугових електричних печей і електролітичних ванн, анодів гальванічних елементів, високоомних резисторів, розрядників для телефонних мереж.

В якості сировини для виробництва електровугільних виробів можна використовувати сажу, графіт або антрацит. Для отримання стержневих електродів подрібнена маса із зв’язуючими речовинами, в якості яких використовуються кам’яновугільна смола, а інколи і рідке скло, формується в прес-формах. При високих температурах досягається штучне переведення вуглецю в форму графіту і такий процес називають графітуванням.

Природний графіт – шаровий матеріал, один з різновидів чис-того вуглецю. Його фізичні властивості в напрямі шарів і перпендику-лярно до них різні, тобто він характеризується анізотропією як елект-ричних, так і механічних параметрів. У напрямі шарів електропровід-ність графіту має металічний характер (ρ = 8 мкОм·м, α_ρ = –10^-4 К^-1). Окремі частинки графіту легко відділяються і ковзають по його поверхні. Ця властивість використовується в техніці для виготовлення сухих змазок на основі графіту.

Сажа є мілкодисперсним вуглецем з домішкою смолистих речовин. Для них характерний широкий діапазон питомого опору       (ρ = 0,01÷400 Ом·м).

Електричні щітки застосовують в електричних машинах як змінного, так і постійного струму різного призначення і потужності, в тому числі і в швидкохідних машинах з кільцями для підведення або знімання електричного струму.

Обпалювання щіток для електричних машин проводять при температурі близько 800 ^оС; графітовані щітки піддають температурі до 2200 ^оС. Для різних марок щіток характерні визначені значення питомого опору, допустимої густини струму, лінійної швидкості на колекторі, коефіцієнта тертя і т.д.

Розрізняють щітки вугільно-графітні (УГ), графітні (Г), електрографітовані (ЕГ), мідно-графітні (МГ). Щітки із вмістом порошкового металу характеризуються особливо малим електричним опором і викликають незначне контактне падіння напруги (між щіткою і колектором). Основні параметри вугільних щіток зображені в таблиці 2.

Табл.2.

Типи щіток	Питомий опір ρ, мкОм·м	Допустима густина струму J, МА/м2	Допустима лінійна швидкість V, м/с
УГ	18–60	6–8	10–15
Г	10–45	7–11	12–25
ЕГ	10–45	9–11	25–45
МГ	0,05–1,2	12–20	12–25

 

Від матеріалу контакта значною мірою залежать термін його служби і надійність у роботі. До цих матеріалів висувають наступні вимоги: вони повинні мати високу електричну провідність і теплопровідність, бути стійкими до корозії і мати струмопровідну оксидну плівку, бути дугостійкими, тобто мати високу температуру плавлення і випару, бути твердими, механічно міцними і легко піддаватися механічній обробці, мати невисоку вартість. Ці вимоги суперечливі, а тому майже неможливо знайти матеріал, що задовольняв би всім вимогам.

Для контактних з'єднань застосовують (зазвичай) мідь, яка задовольняє майже всім перерахованим вище вимогам, за винятком корозійної стійкості.

Оксиди міді мають низьку провідність. Мідь – найпоширеніший контактний матеріал, що використовується як для розбірних, так і для комутуючих контактів. У розбірних з'єднаннях застосовують антикорозійні покриття робочих поверхонь.

У комутуючих контактах мідь застосовують при натисканнях понад 3 Н для всіх режимів роботи, крім тривалого. Для тривалого режиму мідь не рекомендують, але якщо її вже застосували, то треба вжити необхідних заходів для боротьби з окислюванням робочих поверхонь. Мідь може використовуватися і для дугогасних контактів.

При малих контактних натисканнях (Р < 3 Н) застосування мідних контактів не рекомендується.

Питання до самоперевірки

1. Що являє собою зазор контактів як параметр контактних конструкційтягових електричних апаратів?

2. Що називається провалом контактів як одним із основних параметрів контактних конструкцій тягових електричних апаратів?

3. Проаналізуйте вплив провалу контактів на надійність контактних конструкцій тягових електричних апаратів.

4. Дайте визначення контактного натискання контактних конструкцій тягових електричних апаратів.

5. Проаналізуйте вплив на надійність електричного контакту зміни кінцевого натискання в міру зносу контактів і зменшення провалу контактів тягових електричних апаратів.

6. Що розуміють під зносом контактів електричних апаратів?

7. Проаналізуйте процеси зносу контактів при їхньому розмиканні в тягових електричних апаратах.

8. Проаналізуйте зміну перехідного опору і густину струму в останній точці контактування при розмиканні контактів.

9. Проаналізуйте вплив розмикання контактів на температуру площадки контактування.

10. Проаналізуйте виникнення різних форм розрядів при розмиканні контактів електричних тягових апаратів.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: