- •Оглавление Введение
- •8.1. Общие сведения 2
- •14.1. Общие сведения
- •Введение
- •Раздел I элементы автоматики и телемеханики
- •Глава 1. Свойства элементов автоматики, телемеханики и связи
- •1.1. Общие сведения о системах автоматики и телемеханики
- •1.2. Классификация элементов
- •1.3. Характеристики элементов
- •1.4. Датчики
- •1.5. Исполнительные элементы
- •Глава 2. Электрические реле
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Классификация реле
- •2.3. Основные параметры реле
- •2.4. Эксплуатационно-технические требования к реле
- •2.5. Реле железнодорожной автоматики
- •Глава 3. Контактная система электрических реле
- •3.1. Требования к контактам
- •3.2. Виды и конструкция контактов
- •3.3. Замкнутое состояние контактов
- •3.4. Размыкание контактов
- •3.5. Способы искрогашения
- •3.6. Герметизированные контакты
- •Глава 4. Электромагнитные нейтральные реле постоянного ток а
- •4.1. Механическая характеристика реле
- •4.2. Особенности магнитной цепи реле
- •4.3. Тяговая характеристика реле
- •Сила притяжения электромагнита
- •4.4. Растет магнитодвижущей силы электромагнита реле
- •4.5. Нейтральные реле железнодорожной автоматики и связи
- •Глава 5. Переходные процессы в электромагнитных реле постоянного тока
- •5.1. Переходные процессы
- •5.2. Способы замедления и ускорения работы реле
- •Полная проводимость гильзы
- •5.3. Временные диаграммы работы реле
- •6.1. Виды реле
- •6.2. Однополярное реле пл
- •6.3. Комбинированное реле
- •6.4. Временная диаграмма работы поляризованного реле
- •Глава 7. Реле переменного тока
- •7.1. Реле с выпрямителями
- •7.2. Реле непосредственного действия
- •7.3. Индукционные двухэлементные реле
- •Глава 8. Реле зарубежных фирм
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Реле постоянного тока
- •Глава 9. Бесkohtaktkныe реле
- •9.1. Сравнительная характеристика контактных и бесконтактных реле
- •9.2. Бесконтактное магнитное реле
- •9.3. Магнитные элементы с прямоугольной петлей гистерезиса
- •9.4. Элементы релейного действия на негатронах
- •9.5. Элементы релейного действия на оптронах
3.3. Замкнутое состояние контактов
Переходное сопротивление контактов
R0=Rс+Rпл
где Rс - сопротивление стягивания; Rпл - сопротивление пленки.
Даже хорошо отполированные контактные поверхности соприкасаются в одной или нескольких выступающих контактных точках (площадках). Их диаметр измеряется микронами и в тысячи раз меньше общей площади соприкосновения контактов. Линии тока, проходящего через контакт, искривляются и стягиваются к этим площадкам, сопротивление которых называют сопротивлением стягивания:
Rс = σ/(2ан),
где σ - удельное сопротивление материала контактов; а, н - соответственно радиус и число контактных площадок.
По формуле Герца для контакта сфера — плоскость (см. рис. 3.4, б) радиус контактной площадки из серебра
,
где Рк - контактное нажатие; r - радиус сферы контакта; Е - модуль упругости материала.
Таким образом, сопротивление стягивания зависит от материала и формы контактов, а также от силы их сжатия. С увеличением контактного нажатия возрастают число и площадь контактных площадок и уменьшается сопротивление R0.
Сопротивление R0 зависит и от сопротивления тонких поверхностных пленок Rпл, которые образуются на контактах. Например, на поверхности серебра в атмосфере могут образоваться окись серебра Ag2O, азотнокислое серебро AgN3 и сульфидная пленка Ag2S. Толщина пленок мала и измеряется в ангстремах (10-8 см), а сопротивление примерно 0,5—1,5 Ом. При замыкании контакта пленки на контактных площадках часто разрушаются, а их сопротивление уменьшается под действием протекающего тока и нагревания.
Если через контакт длительное время протекает большой ток (например, ток короткого замыкания), то температура контактных площадок, плотность тока на которых достигает значений 107 А/см2, может превысить температуру плавления материала. Это приводит к свариванию контактов. Поэтому для данного типа контактов технические требования устанавливают максимальный ток, при котором этого не происходит. Для контакта графит - серебро у реле I класса надежности такой ток 6 А (см. п. 3.1).
В момент замыкания контактов при малых расстояниях (примерно 10-5 см) из-за большого градиента напряжения возникает эмиссия электронов, и между контактами загорается дуга замыкания. Это разрушает контакты. Однако в следующий момент дуга гаснет, так как контактные поверхности соприкасаются. После первого соприкосновения (удара) контакты могут разойтись и дуга или искра возникает снова, что вызывает дребезг, который ведет к износу контактов.
3.4. Размыкание контактов
При размыкании контакта уменьшается площадь соприкосновения от S0 до нуля и увеличивается переходное сопротивление от R0 до ∞. Пусть контакт коммутирует индуктивную нагрузку (реле) (рис. 3.5, а), где L, R - индуктивное и активное сопротивления обмотки реле.
Для момента размыкания цепи уравнение баланса напряжений:
(3.1)
или
, (3.2)
где uк - напряжение на контакте.
При t = 0 (процесс размыкания еще не начался) i(t) =I0 = E/R + R0 и uк(t) = Е - I0.R = I0. R0 (рис. 3.5, б). При этом , так как i = I0 = const. С началом размыкания (t>0) магнитная энергия, накопленная в индуктивности, поддерживает убывающий ток в цепи: , . В момент полного размыкания контакта t = Т скорость убывания тока до нуля максимальна. Поэтому , ик = max [выражение (3.2)], и на контакте возникает перенапряжение. Например, при размыкании цепи реле НМШ с напряжением питания Е = 24 В на контакте возникает "скачок" напряжения с амплитудой 300 В и выше. Под действием перенапряжения на контакте может возникнуть дуга, которая приводит к интенсивному разрушению контактных поверхностей.
Условия устойчивого наличия дуги задаются вольт-амперной характеристикой ид(ід) (рис. 3.6), которую для данного контакта строят экспериментально или рассчитывают. Например, точка А соответствует ситуации, когда для горения дуги необходимы напряжение на контактах и ток дуги не меньше ид1 и і д1, задаваемых координатами точки А. Кривая ид(ід) асимптотически приближается к некоторым значениям Umin и Іmin, необходимым для поддержания стационарного дугового процесса. Эти значения зависят от материала контактов и среды. Например, для серебряных контактов в воздухе Umin = 12 В, Іmin = 0,3 0,4 А, а для контактов из вольфрама в воздухе Umin = 15 7,5 В, Іmin = 1,0 1,4 А.
Предположим, что имеется дуга. Тогда уравнение (3.1) имеет вид:
. (3.3)
Прямая линия (см. рис. 3.6) соответствует функции Е — iд.R (tg a = R). Разность ординат прямой и кривой ид определяет напряжение , знак которого указан на рис. 3.6. Пусть в данный момент времени ток дуги равен ід1. Тогда ЭДС источника Е расходуется на падение напряжения на резисторе ід1.R и напряжение дуги ид1, но остается еще избыток напряжения > 0, поддерживающий горение дуги. Поскольку > 0, ток дуги возрастает (дуга "разгорается") и достигает значения ід2. При этом Е = ід2.R + ид2, и iд = const. Точка 2 соответствует режиму устойчивого горения дуги, когда значение тока колеблется около значения iд2. Пусть ток возрос до значения iдз. Тогда Е < iдз.R + uдз, <0, и для горения дуги напряжение на контактах (отрезок ВС) недостаточно. Ток дуги опять уменьшается до значения iд2.
Рис.3.6. Схема самопогасания дуги
Таким образом, условие гашения дуги состоит в том, чтобы вольт-амперная характеристика дуги и нагрузочная прямая не пересекались, или в том, чтобы для всех значений тока выполнялось неравенство:
<0. (3.4)
Условие (3.4) можно выполнить перемещением кривой ид(ід) вверх, для чего следует увеличить межконтактный промежуток, или перемещением прямой Е - iд.R вниз. Для этого следует уменьшить напряжение Е, и прямая переместится вниз параллельно первоначальному положению, или увеличить сопротивление R и, следовательно, увеличить угол α.
По условию (3.4) выбирают режим работы контакта. Для этого строят предельную вольт-амперную характеристику контакта (рис.3.7). К кривой ид(ід) проводят касательные в нескольких точках. Каждая касательная определяет предельный случай, когда дуга еще не загорается (прямая и кривая не пересекаются). Пересечение касательной с осями задают координаты точки на предельной вольт-амперной характеристике 1, т. е. задают напряжение и ток в цепи, размыкаемой контактом, при которых еще происходит самопогасание дуги. Рабочую характеристику 2 выбирают с уменьшением этих предельных значений.