Конструктивные типы контактов

По форме контактирующих поверхностей все конструкции контактов могут быть подразделены на три основных типа: точечные, линейные и поверхностные. Точечные контакты (рис. 2, а) имеют вид конусов или полусфер, соприкасающихся с плоскостью или полусферой в одной точке. Такие контакты предназначены для переключения малых токов. Линейные контакты (рис. 2, б) имеют вид двух цилиндрических поверхностей, или призмы и плоскости, соприкасающихся по линии. Они предназначены для средних и больших токов. Плоскостные контакты (рис. 2, в) имеют соприкосновение по плоскости и предназначены для больших токов.

Рис. 2. Основные типы контактов

Контактные узлы включают в себя кроме контактов витые или плоские пружины, обеспечивающие силу прижима между контактами.

На рис. 3 показан рычажный контактный узел, состоящий из двух плоских пружин с неподвижным 1 и подвижным 2 контактами.

Пружины жестко закреплены одним концом в изоляционном основании 3. Перемещение подвижного контакта 2 происходит под действием упора 4. После того как подвижный контакт 2 переместится на величину раствора контактов х₀, произойдет замыкание контактов. Обе пружины получат дополнительный прогиб на величину провала контактов х_п, поскольку движение упора 4 немного продолжится. За счет этого произойдет проскальзывание контактов (его еще называют притиранием), которое необходимо для удаления пыли и оксидной пленки с поверхности контактов.

На рис. 4 показан мостиковый контактный узел, обеспечивающий разрыв электрической цепи в двух местах, что повышает надежность работы. При перемещении упора 1 мостик с двумя подвижными контактами 3 перемещается в направлении двух неподвижных контактов 4 до соприкосновения контактов. Витая пружина 2 обеспечивает усилие прижима и возможность самоустановки подвижных контактов относительно неподвижных, что компенсирует износ контактов и некоторые неточности при их изготовлении. Полный ход упора 1 состоит из раствора контактов х₀ и провала х_п (аналогично контактному узлу по рис. 3).

Рис. 3. Рычажный контактный узел

Рис. 4. Мостиковый контактный узел

Рис. 5. Рычажный контактный узел с перекатывающимися контактами

На рис. 5 показан рычажный контактный узел с шарнирным закреплением подвижного контакта 2, соприкасающимся с неподвижным контактом 3 по линии. Контактное нажатие осуществляется с помощью пружины 4. Перемещение подвижного контакта происходит при повороте рычага 1 против часовой стрелки относительно оси О₁. Сначала подвижный контакт 2 перемещается на величину раствора контакта до соприкосновения с неподвижным контактом 3 в точке А. После этого подвижный контакт совершает сложное движение, поворачиваясь одновременно относительно оси О₂ и вместе с рычагом 1 относительно оси О₁. В результате подвижный контакт 2 перекатывается по неподвижному 3. В замкнутом положении контактирование происходит в точке В. Перекатывание способствует очищению контактов от окисных пленок, а главное — точка В не подвергается электрической эрозии в момент размыкания контактов.

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. Низкая стоимость, конечно, желательна, но она не относится к основным требованиям. Основные требования — это те, которые обеспечивают высокую надежность. Известны случаи, когда отказ одного единственного контакта приводил к потерям, в миллионы раз превышающим стоимость этого контакта.

Перечисленным выше требованиям в наибольшей степени удовлетворяют серебро, золото, платина и их сплавы, вольфрам, медь (табл. 1).

Таблица 1. Материалы для контактов

Сопротивление контактного перехода определяется по формуле

 (1)

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

Для точечных контактов ; для линейных; для плоскостных .

Коэффициент а для меди, например, находится в пределах от 0,07 до 0,28, т. е. может изменяться в четыре раза. Наименьшие значения а (и соответственно сопротивления R_K) обеспечиваются при покрытии меди слоем олова (лужение). Слой олова препятствует образованию оксида, поэтому для луженых медных контактов коэффициент а < 0,1. Большие значения а получаются для нелуженых плоскостных медных контактов, поскольку у них имеются участки, покрытые слоем окиси. Для серебряных контактов а = 0,06. Интересно отметить, что электропроводность оксида серебра и чистого серебра примерно равны.

Для малых контактных усилий в высокочувствительных реле применяются благородные металлы (платина, золото, платиноиридий) при контактных усилиях  Н. Эти материалы не окисляются и мало подвержены эрозии. При контактных усилиях  Н и малой частоте срабатывания применяется серебро, которое имеет хорошую электропроводность, легко обрабатывается, но имеет невысокую твердость и подвержено эрозии. При контактных усилиях  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 или молибденом). При контактных усилиях F > 1 H и большой частоте срабатывания применяется вольфрам.

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