Вибрация контактов

Вибрация контактов тесно связана с механическими и электродинамическими силами, возникающими в контактных соединениях. Процесс вибрации при соударении контактов рассмотрим на примере контактного механизма, изображенного на рис. 1.2.22. Подвижный контакт 1 связан с контактным рычагом 3 через контактную пружину 2. Под действием электромагнита подвижный контакт подходит к неподвижному 4 с определенной скоростью. В момент соприкосновения контактов возникает удар, в результате которого происходит деформация материалов контактов. Упругая деформация приводит к отбросу подвижного контакта вправо на расстояние порядка долей миллиметра. Между контактами образуется зазор и загорается дуга. Движение контакта вправо прекратится тогда, когда энергия, полученная им при ударе, перейдет в энергию сжатия пружины 2. Затем под действием контактной пружины контакт 1 начнет перемещаться влево. Происходит повторное замыкание контактов, удар и новый отброс контакта. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой.

Вибрация контактов может возникнуть вследствие удара якоря магнитной системы. В этом случае вибрация и износ контактов могут быть большими, чем от удара самих контактов.

При вибрации контактов многократно образуются короткие дуги, которые вызывают оплавление и распыление материала контактов. Износ контактов уменьшает их взаимное нажатие во включенном состоянии и приводит к повышению переходного сопротивления.

Для уменьшения вибрации контактная пружина имеет предварительное сжатие при разомкнутых контактах. Поэтому в момент касания контактов сила нажатия возрастает не с нуля, а со значения, определяемого предварительным начальным нажатием контактов. Начальное нажатие на контакты в момент их соприкосновения представляет собой силу, противодействующую отбросу контактов при их соударении. Следовательно, чем больше эта сила, тем меньше будет отброс и вибрация.

Рис. 1.2.22. Эскиз контактного механизма

Однако повышение начального нажатия ограничивается тяговой характеристикой аппарата. При чрезмерно большом начальном нажатии контактов вибрация может возрасти, так как МДС втягивающей катушки будет недостаточной для сжатия контактной пружины и возможен отброс контактного рычага. Увеличение жесткости контактной пружины также несколько уменьшает амплитуду вибрации.

Скорость движения контактов определяется соотношением механической и тяговой характеристик. Если тяговое усилие на всем пути движения якоря значительно больше противодействующей силы, то могут создаться большая скорость движения контактов, их сильный удар и вибрация. При недостаточном тяговом усилии подвижная часть может остановиться в момент соприкосновения контактов. Для получения минимального отброса тяговая характеристика аппарата не должна значительно превышать механическую.

Следовательно, вибрацию контактов можно свести к минимуму за счет

· увеличения начального нажатия и жесткости пружины,

· уменьшения массы подвижных контактов,

· выбора необходимой скорости их движения.

Вибрация контактов усиливается при воздействии электродинамических сил, возникающих в месте контакта.

Снижения вибрации можно достичь и искусственными мерами, основанными на компенсации отбрасывающих усилий, возникающих при замыкании контактов за счет электродинамических сил. Наиболее значительное действие электродинамические силы оказывают на работу контактов при коротких замыканиях. Так как электродинамические силы направлены в сторону отталкивания контактов, то при коротком замыкании они или уменьшают результирующее нажатие на контакты, или вызывают самопроизвольный отброс контактов. При уменьшении результирующего нажатия происходит интенсивное нагревание контактных площадок, а при отбросе контактов образуется дуга, которая может вызвать оплавление контактов.

При коротких замыканиях в тяжелых условиях работы находятся и неразмыкаемые контактные соединения. Токи короткого замыкания повышают температуру частей контактного соединения и уменьшают пределы упругости и прочности материала. При болтовом шинном соединении предельно допустимая температура для медных, латунных и бронзовых токоведущих частей принимается 300°С, а для алюминиевых — 200° С. Стальные болты нагреваются незначительно, так как ток через болты практически не проходит. Тепловой коэффициент меди или алюминия больше, чем стального болта, поэтому тепловое расширение токоведущих деталей вызовет дополнительные напряжения в болте. Если деформация болтов перейдет за предел упругости, то после отключения цепи и остывания контакта нажатие в контактах уменьшится. Это приведет к увеличению сопротивления контакта, сильному его нагреву. Для уменьшения дополнительных напряжений в болтовых контактных соединениях под головку болта и под гайку ставят пружинистые шайбы.

При коротких замыканиях в результате нагревания контактных точек большими токами и увеличения переходного сопротивления возможны случаи расплавления и сваривания контактов. На практике наиболее часто сваривание контактов происходит за счет электродинамических сил, отбрасывающих контакты. Возникающая при этом дуга вызывает оплавление контактных поверхностей и их сваривание при последующем замыкании. Сваривание контактов при небольших токах и частом их замыкании и размыкании может произойти вследствие эрозии.

При вибрации контактов между ними возникает дуга, которая расплавляет контактные поверхности. При последующем соударении контактов дуга гаснет, расплавленные поверхности соприкасаются, металл застывает и контакты оказываются сваренными.

При отключении токов короткого замыкания может произойти выгорание и оплавление контактов. Для уменьшения износа контактов и облегчения гашения дуги сильноточные аппараты снабжаются устройствами дугогашения.