Замедление действия электромагнита при помощи короткозамкнутого витка.

В некоторых случаях необходимо замедление или ускорить действие электромагнита. Широко применяется замедление действия электромагнита при помощи короткозамкнутого витка, имеющего малое электрическое сопротивление (рис.6.1. г)

При включении питающей обмотки в магнитной цепи нарастает магнитный поток Ф₁. Этот поток наводит в короткозамкнутом витке э. д. с. Последняя вызывает ток такого направления, при котором магнитный поток короткозамкнутого витка Ф₂ направлен навстречу потоку Ф₁. Результирующий поток равен алгебраической сумме этих потоков.

При отсутствии короткозамкнутого витка нарастание магнитного потока Ф и соответствующей ему силы магнитного притяжения F_м происходило бы по кривой 1 рис.6.1.д

При наличии короткозамкнутого витка скорость нарастание суммарного магнитного потока Ф и соответствующей ему силы магнитного притяжения F_м уменьшается и происходит по кривой 2 рис.27. При этом поток и сила магнитного притяжения достигнут требуемого для трогания значения через время t₂ > t₁. Время включения будет замедленно на время ∆t – выдержку времени на включение.

При отключении электромагнита замедляющий эффект выше 8-12 раз, чем при включении.

6.5. Электромагниты переменного тока.

Параметры и характеристики аналогичны электромагнитам постоянного тока. Основное отличие в характере силы магнитного притяжения. Так как ток, протекающий по катушке, изменяется по синусоидальному закону, то и магнитный поток также синусоидален. Поэтому сила магнитного притяжения также изменяется по гармоническому закону.

Чтобы якорь хорошо притянулся необходимо, чтобы среднее значение F_м было больше силы противодействующих пружин F_п + F_кп. Но существуют моменты времени, когда F_м < F_п + F_кп. В результате получается вибрация якоря и шум при работе электромагнита переменного тока.

Вопросы для самопроверки:

· Какие элементы входят в состав магнитной цепи простейшего электромагнитного механизма?

· Задачи расчета магнитной цепи?

· Как производится согласование тяговой характеристики с нагрузкой?

· Причина возникновения вибрация якоря и шума при работе электромагнита переменного тока?

Вопросы к экзамену:

20. Магнитная цепь простейшего электромагнитного механизма.

21. Тяговая статическая характеристика электромагнита постоянного тока.Динамика срабатывания электромагнитов постоянного тока.

22. Замедление действия электромагнита при помощи короткозамкнутого витка.Электромагниты переменного тока.

 

 

ЛЕКЦИЯ 6. КОНТАКТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Материалы контактов.

3. Конструкция контактов.

Общие сведения

Электрический контакт – место прохождения тока из одной токоведущей части в другую.

Контактная поверхность – поверхность проводника, соприкасающаяся с поверхностью другого проводника. У электрического контакта следует различать кажущуюся и действительную площади соприкосновения, две поверхности будут соприкасаться не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками. По кажущейся форме соприкосновения условно различают три типа контактов: точечный, линейный и поверхностный.

При точечном контакте контактирующие поверхности соприкасаются в точке, при линейном контакте по линии, а при плоскостном контакте по поверхности.

Контактная система электрического аппарата – сборочная единица в составе электрического аппарата, с помощью которой в процессе работы аппарата производится замыкание или размыкание электрической цепи.

В контактной системе электрический контакт осуществляется нажатием одного токоведущего элемента на другой при помощи контактных пружин, болтов, резьбовых соединений и т.д.

Контактное нажатие – усилие, с которым сжимаются токоведущие элементы контакта.

Раствор контактов – расстояние между контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов в разомкнутом положении. Размер раствора выбирают из условий гашения электрической дуги.

Провал контактов – величина, которая равна расстоянию, которое пройдет подвижный контакт с момента касания с неподвижным, если последний убрать.

Притираниеконтактов – это перемещение линии касания подвижного контакта по поверхности неподвижного контакта.

Переходное сопротивление контакта – резкое увеличение активного сопротивления в месте перехода тока из одной детали в другую (рис.4.а).

В пределахкажущуюся поверхности соприкосновения контактов контакт происходит лишь на отдельных участках, площадь которых во много раз меньше номинальной (кажущейся) поверхности соприкосновения. При этом в пределах этих отдельных участков истинный металлический контакт происходит также лишь на отдельных участках из-за наличия здесь различных пленок. Вследствие этого, ток проходит не по всей поверхности соприкосновения, а через отдельные контактные пятна.

На основании опытных данных величина переходного сопротивления определяется выражением

(4.1)

Здесь k_кс – коэффициент, зависящий от материала и формы контакта, способа обработки и состояния контактной поверхности; F_кн – сила контактного нажатия; m – показатель степени, характеризующий число точек соприкосновения, для различных контактов имеет следующие значения: точечный контакт – m = 0.5, – линейный контакт – m = 0.5 - 0.7, –поверхностный контакт m = 0.7 - 1.0.

С увеличением контактного нажатия переходное сопротивление уменьшается. Переходное сопротивление очень чувствительно к окислению поверхности в виду того, что окислы многих металлов являются плохими проводниками. Окисление поверхности контактов происходит под воздействием кислорода воздуха. Вследствие окисления переходное сопротивление может возрасти в сотни и тысячи раз. Возрастание переходного сопротивления приводит к увеличению температуры контактного соединения.

Вибрация контактов (дребезг) в режиме замыкания – явление периодического отскока и последующего замыкания подвижной контактной системы за счет упругой деформации неподвижной контактной системы (на расстояние 0.01 - 0.1 мм). Процесс этот идет с затуханием (с затухающей амплитудой).

Эрозия контактов – физический износ контактов, как в режиме замыкания, так и размыкания в результате электрического пробоя межконтактного промежутка. В аппаратах НН пробой возникает при очень малом расстоянии и в дуговую форму разряд не переходит, так как подвижный контакт продолжает двигаться и замыкает контакт.

Однако пробой промежутка вызывает перенос металла с одного контакта на другой (с анода на катод). В аппаратах ВН при сближении контактов пробой происходит при больших расстояниях. Возникшая дуга горит долго, при этом возможно сваривание контактов.

Сваривание контактовв замкнутом состоянии. При коротком замыкании через контакты проходят токи в 10-20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контактной площадки практически мгновенно повышается и может достигнуть температуры плавления. Это может привести к свариванию контактов.

4. Конструкция контактов

Материалы контактов

Наиболее распространенные материалы представлены в табл. 4.1.

Таблиц 4.1

Материал контакта	Достоинства	Недостатки
Медь	Высокая удельная проводимость и теплопроводность	Низкая температура плавления, на воздухе покрывается слоем оксидов
Серебро	Высокие электрическая проводимость и теплопроводность, пленка имеет малую механическую прочность, малое переходное сопротивление	Малая дугостойкость и недостаточная твердость
Алюминий	Высокие электрическая проводимость и теплопроводность, малая масса	Образование на воздухе и в других средах пленок с высокой механической прочностью и сопротивлением; низкая дугостойкость; малая механическая стойкость, электрохимическая коррозии
Вольфрам	Высокая дугостойкость, большая стойкость против эрозии и сваривания	Высокое удельное сопротивление, малая теплопроводность. Образование прочных оксидных и сульфидных пленок
Металлокерамические материалы	Сочетают в себе все необходимые свойства	-

Распространенные материалы контактов

 

Конструкция контактов.

Неподвижные разборные и неразборные контакты служат для соединения неподвижных токоведущих деталей шин, кабелей и проводов. Эти детали могут находиться как внутри аппарата, так и вне его. В последнем случае они служат для присоединения аппарата к источнику или нагрузке. Контакты соединяются с помощью либо болтов (разборные соединения), либо горячей или холодной сварки.

Подвижные неразмыкающиеся контактные соединения используются либо для передачи тока с подвижного контакта на неподвижный, либо при небольшом перемещении неподвижного контакта под действием подвижного.

1. Гибкая связь, изготавливаемая из медной ленты или многожильного жгута из медных жил.

2. Скользящий токосъем (рис.4.б) применяется при больших ходах и больших номинальных токах. Подвижный контакт 1 скользящего токосъема выполнен в виде круглого стержня. Цилиндрическая обойма 2 соединяется с неподвижным выводом аппарата. Соединение контакта 1 и обоймы 2 осуществляется пальцами (ламелями) 3. Контактное нажатие создается пружинами 4. Подвижный контакт 1 имеет возможность перемещаться поступательно. Контактирование осуществляется по линии, отчего контакт называется линейным.

3. Роликовый токосъем (рис.4.в). Подвижный контакт 1 роликового токосъема выполнен в виде стержня круглого сечения и имеет поступательное движение. Токосъемные стержни 2 также имеют круглое сечение и соединены с выводом аппарата. Соединение стержня 1 и стержней 2 осуществляется с помощью конусных роликов 3, которые катятся по поверхности стержней 1 и 2, контактное нажатие осуществляется пружинами 4.

Этот контакт для своего перемещения требует небольших усилий и широко распространен в современной аппаратуре ВН.

Разрывные контакты разрывают связь с током, большим, чем минимальный ток дугообразования.

Возникающая электрическая дуга приводит к быстрому износу контактов. Для надежного гашения дуги, образующейся при отключении, необходимо определенное расстояние между неподвижным и подвижным контактами, которое выбирается с запасом.

1. Контактный узел с перекатыванием подвижного контакта (рис.4.г).

При замыкании неподвижного контакта 1 и подвижного 2касание происходит в точ­ках а₁ — а_2. При дальнейшем перемещении подвижного контактака касание происходит в точках б₁ — б₂. При этом происходит перекатывание контакта 2по контакту 1 с не­большим проскальзыванием, за счет чего пленка оксида на них стирается.

При отключении дуга загорается между точками а₁ — а₂, что пре­дохраняет от оплавления точки б₁ — б₂, в которых контакты касаются уже во включенном положении. Таким образом, контакт разделяется на две части: в одной происходит га­шение дуги, в другой ток проводится длительно.

2. Неподвижный розеточный контакт (4.д).

Неподвижный контакт состоит из пальцев (ламелей) 1, расположенных по окружности. Контактное нажатие создается пружинами 2. Ламели с помощью гибких связей 3соединяются с медным цоколем 4. Подвижный кон­такт 5 выполнен в виде стержня круглого сечения, движуще­гося поступательно.

3. Мостиковый контакт (рис.4.е).

Мостиковые контакты образуются из подвижного контакта - мостика 1 и неподвижных контактов 2 к 3, к которым пайкой или сваркой прикреплены рабочие поверхности 4. Ток проходит от неподвижного контакта 2 через подвижный мостик 1 к другому неподвижному контакту 3. При разомкнутых неподвижных контактах создается двойной разрыв между ними, что является преимуществом по сравнению с контактами других типов. Другое преимущество - отсутствие гибких связей между подвижными и неподвижными токоведущими частями. У мостиковых контактов отсутствуют перекатывание и проскальзывание контактов, обеспечивающие их самоочищение. Поэтому рабочие поверхности контактов изготовляют не из меди, а из серебра или металлокерамики на базе серебра.

4. Врубной контакт (рис.4.ж).

Электрический контакт осуществляется между неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Контактное нажатие осуществляется за счет упругих свойств материалов контактов (твердотянутая медь, специальная бронза). Для увеличения усилия нажатия у врубных контактов на большие токи устанавливают стальные пружины 3.

5. Жидкометаллические контакты (рис.4.з).

Основными недостатками твердометаллических контактов являются:

1) с ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса контактов, при токах 10 кА и выше резко увеличиваются масса и габариты;

2) эррозия контактов ограничивает износостойкость аппарата;

3) окисление поверхности, возможность приваривания контактов понижают надежность аппарата, при больших токах КЗ контактные нажатия достигают

больших значений, что увеличивает необходимую мощность привода, габариты и массу аппарата.

Этих недостатков лишены аппараты (например контактор) с жидкометаллическим контактом (ЖМК).

Внешняя цепь подключается к электродам 1 и 2, корпус 3 выполнен из электроизоляционного материала. Полости корпуса заполнены жидким металлом 4 и соединяются между собой отверстием 5, внутри полостей корпуса плавают ферромагнитные цилиндры 6. При подаче напряжения на катушку 7 цилиндры 6 опускаются вниз. Жидкий металл поднимается, и, через отверстие 5, соединяет электроды 1 и 2, контактор включается.

Вопросы для самопроверки:

· Как различают контакты в зависимости от вида контактирующих поверхностей?

· Что такоепереходное сопротивление электрического контакта?

· Виды подвижных неразмыкающихся контактных соединений?

· Дайте определения раствора, провала и притирания контактов?

· Основные недостатки твердометаллических контактов?

Вопросы к экзамену:

23. Наиболее распространенные материалы контактов, их достоинства и недостатки?

24. Виды подвижных неразмыкающихся контактных соединений?

25. Виды разрывных контактов?