Главная Элементы систем автоматического управления Контакты реле. Средства дуго- и искрогашения

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) КГЭУ

Контакты реле. Средства дуго- и искрогашения

Контакты, являясь важнейшим элементом реле, определяют надежность и срок их службы. По характеру работы контакты подразделяются на замыкающие (при отсутствии сигнала в обмотке реле они разомкнуты, а при наличии тока в управляющей обмотке они замыкаются) и размыкающие (при отсутствии сигнала они замкнуты и размыкаются при наличии сигнала в обмотке реле). В процессе работы реле контакты могут находиться в следующих состояниях: замкнутом, в процессе размыкания, разомкнутом и в процессе замыкания.

К тяжелым условиям работы контактов, при которых происходит наибольший износ, относятся их замкнутое состояние, когда через контакты течет весь ток нагрузки, и процесс размыкания, когда между контактами возникает дуга.

По мере увеличения усилия FK, действующего на контакты, увеличивается площадь их соприкосновения, а переходное сопротивление уменьшается. При наличии на поверхности контактов окисной пленки необходимо, чтобы механическое давление в точках контакта было достаточным для ее разрушения.

Зависимость переходного сопротивления от контактного давления следующая:

где а - коэффициент, зависящий от свойств контактного материала и шероховатости контактной поверхности; Fk - контактное усилие; b - коэффициент, характеризующий форму контактов.

Контакты по форме контактирующих поверхностей и в зависимости от тока, на который они рассчитаны, делят на три основные группы (рис. 11.14):

  • точечные - конус и плоскость или полусфера и плоскость (теоретически с соприкосновением в одной точке), рассчитаны на небольшие токи;

  • плоскостные - плоскость и плоскость, рассчитаны на средние токи;

  • линейные - с соприкосновением по линии, рассчитаны на большие токи.

В реле малой и средней мощностей наибольшее распространение имеет точечный контакт, как обеспечивающий надежное электрическое соединение при небольшом контактном давлении. Контакты при этом закрепляются на упругих плоских пружинах. Существуют контакты специальных типов: вакуумные и ртутные.

К материалам, из которых изготовляются контакты, предъявляются особые требования: они должны быть механически прочными, твердыми, иметь высокие значения температуры плавления, обладать хорошей тепло- и электропроводностью, легко обрабатываться, быть устойчивыми против коррозии и эрозии, а также дешевыми.

На практике при выборе материала контактов пользуются следующими соображениями:

  • малые давления - 0,01... 0,03 Н (высокочувствительные реле) - платина;

  • давления от 0,05 до 1 Н (при малой частоте срабатывания) - серебро;

  • давления от 0,3 до 1 Н (при большей частоте срабатывания) - металлокерамические материалы;

  • давление свыше 1 Н (большая частота срабатывания) - вольфрам.

Основной причиной разрушения контактов, определяющей срок их службы, является дуговой разряд, возникающий при их размыкании. Причиной интенсивного разряда является наличие в управляемой цепи реактивного сопротивления. Если оно имеет емкостный характер, то интенсивное искрение наблюдается при замыкании контактов. Если же управляемая цепь содержит значительную индуктивность, то особенно сильный и затяжной разряд возникает при разрыве этой цепи из-за образующегося перенапряжения на контактах. В большинстве случаев управляемая цепь содержит индуктивность.

Применяются два основных метода искро- и дугогашения: шунтирование индуктивности разрываемой цепи и шунтирование контактов. В обоих случаях, пока контакты замкнуты, в магнитном поле индуктивности накапливается энергия, которая при размыкании контактов расходуется не в дуге, а в шунтирующем устройстве. Методы искрогашения сводятся к созданию замедленного исчезновения тока.

На рис. 11.15 изображены основные схемы искрогашения. В схеме, представленной рис. 11.15, а, применяется метод шунтирования индуктивной нагрузки последовательным включением емкости с сопротивлением Rm. В момент размыкания контактов в контуре, образованном нагрузкой и шунтом, под действием энергии, запасенной в магнитном поле, возникает ток переходного процесса, который протекает еще некоторое время после размыкания контактов, предотвращая тем самым наведение высоких значений ЭДС самоиндукции.

Энергия магнитного поля переходит в теплоту, которая выделяется на сопротивлении шунта Rm. Наличие конденсатора в схеме исключает прохождение тока нагрузки при замкнутых контактах, и, следовательно, исключаются потери энергии в сопротивлении шунта.

Для того чтобы в контуре LH - RH - С - Rш не возникли автоколебания тока, емкость выбирают из условия RH + Rm > 2√LH/C.

В схеме на рис. 1.15, б диод производит аналогичное действие, т. е. шунтирует индуктивную нагрузку и пропускает ток переходного процесса I, который создает ЭДС самоиндукции в момент разрыва управляемой цепи. При замкнутых контактах диод заперт напряжением сети и не пропускает ток нагрузки.

На рис. 11.15, в изображена схема шунтирования контактов емкостью с сопротивлением. Здесь емкость исключает протекание тока нагрузки в шунтирующей цепи при разомкнутых контактах. Кроме того, устраняется расход энергии как в цепи нагрузки, так и в шунтирующем сопротивлении, поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток.

Цепочка Rш - С создает путь мимо контактов для убывающего после их разрыва тока нагрузки и для рассеяния энергии, запасенной в магнитном поле цепи нагрузки. После размыкания контактов ток по мере заряда конденсатора от нуля до напряжения питания U постепенно уменьшается до нуля (т.е. резкого увеличения напряжения на контактах не возникает). Напряжение на контактах, как и на емкости, постепенно увеличивается до значения U. Ток в этом случае проходит мимо контактов через цепочку Rш - С и дуговой разряд не возникает. Так как на практике емкость конденсатора выбирают в пределах 0,5... 2 мкФ, то зарядка конденсатора будет происходить медленно и, следовательно, напряжение на контактах будет также нарастать достаточно медленно.