Фи3ические явления в электрическом контакте

Электрические аппараты состоят из отдельных деталей (проводников), элект­рически соединенных между собой. Соприкосновение тел, обеспечивающее непре­рывность электрической цепи, называется электрическим контактом; деталь, соприкасающаяся с другой деталью при образовании электрического контакта, контакт-деталью, а образование и существование электрического контакта - электрическим контактированием.

Электрическое контактирование весьма сложное явление. Контактные поверх­ности всегда имеют некоторую шероховатость и, как правило, всегда покрыты пленками, которые образуются под воздействием кислорода воздуха, озона, азота и других химических реагентов. Пленки имеют толщину примерно до 10^-6 см и удельное сопротивление ρ = 105 Ом см [30]. Металлическое контактирование осуществляется не по всей поверхности, а лишь в немногих точках. Имеющаяся на поверхности металла пленка может быть в одних случаях продавлена силой, сжимающей контакты (рис.19,а), в других случаях пробита под влиянием раз­ности электрических потенциалов. В месте пробоя может образоваться металли­ческий перешеек (рис. 19,6), проводящий электрический ток.

Явление пробоя пленки при некотором напряжении называется фриттингом. Оно заключается в том, что при некотором (пороговом) значении напряжения, зависящем от вида и толщины пленки, сопротивление ее резко падает. В последующих главах при описании устройства различных аппаратов контакты рас­сматриваются как контакты электрической цепи - части электрической цепи, предназначен­ные для коммутации и проведения электрического тока.

Электрический пробой пленки, завершающийся образованием в ней тонкого метал­лического проводника, который может остаться после снятия напряжения.

В местах чисто металлического контактирования развиваются большие силы меж молекулярных и межатомных связей. Чисто металлическое контактирование явление редкое. Такой контакт при значительной площади соприкосновения по­верхности невозможно было бы разорвать теми силами, которые реально су­ществуют в электрических аппаратах. Вероятно, чисто металлическое контактирование может наблюдаться лишь в местах очень узких металлических перешейков, которые могут образоваться при пробое пленок и развиваться, например, под воздействием электростатических, сил. Явления электрического контактирования окончательно еще не изучены.

Рисунок 19 - Физические явления при контактировании

По форме контактирования различают три вида контактов: точечный, линейный, поверхностный.

Точечный электрический контакт, при котором сопри­косновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит в точке. Следовательно, контактирование происходит только в одной точке-площадке (рис. 4-2, а) и например соприкосновение таких поверхностей, как сфера - сфера, сфера - плос­кость, вершина конуса- плоскость.

Линейный электрический контакт - электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по линии (рис. 20,6 и д), например цилиндр — цилиндр по образующей цилиндр — плоскость, виток —виток и т.д. Физическая картина контактирования здесь представляет собой ряд точек-площадок (минимум две), расположенных на одной линии.

Поверхностный электрический контакт — электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по поверхности (рис. АХ в). Физическое контактирование происходит здесь в ряде точек-площадок (минимум в грех), расположенных на рабочей поверхности.

Под рабочей поверхностью контакт-детали понимают часть поверхности кон­такт-детали, предназначенную для осуществления электрическою контакта. При этом часть рабочей поверхности контакт-детали, по которой происходит сопри­косновение с другой контакт-деталью, называют условной площадью контактиро­вания, а ту часть условной площади контактирования, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую, эффективной площадью контактирования.

Размеры площадок контактирования пропорциональны силе, сжимающей де­тали, и зависят от сопротивления смятию материала деталей. Если две детали контактируют в одной площадке, то ее размер в первом приближении

(4-1)

где

• Р сила, сжимающая летали;
• σ - временное сопротивление материала смятию.

Рисунок 20 - Типы контактов, условная и физическая картины контактирования

Если детали контактируют в m площадках, то размер каждой площадки опреде­лится тем же уравнением, m размер общей площади будет равен сумме размеров отдельных площадок. В первом приближении силу сжатия для каждой площадки можно считать равной

(4-2)

Соотношение (4-1) с достаточным приближением справедливо до некоторого значения силы Р. С ростом силы сжатия рост размеров площадок сопри­косновения замедляется, начинается осадка всей условной площади контакти­рования. Отсюда следует, что увеличение силы нажатия контактов выше опреде­ленного предела нецелесообразно.

Тип контакта определяется его назначением, значениями тока и контактного нажатия, конструкцией контактного узла и всего аппарата. При этом следует всегда иметь в виду, что многоточечное контактирование обеспечивает более надежный электрический контакт.

Дата добавления: 2013-12-12