Материал контактов

Сравнение цепей переменного и постоянного тока

Если мы хотим предохранить контакт от разрушения, то дугу, как только она возникнет, необходимо быстро прервать, чтобы свести к минимуму ущерб, наносимый ею контакту. Если разряд прервать недостаточно быстро, часть металла перейдет с одного контакта на другой. Вызываемые дугой разрушения пропорциональны ее энергии, т. е. произведению напряжения, тока и времени.

Чем выше напряжение, приложенное к контактам, тем труднее прервать дугу. В условиях дугообразования контактная группа должна выдерживать паспортное (номинальное) значение вольт-ампер при напряжении, равном или меньшем номинального.

Контактная группа обычно выдерживает намного большее переменное напряжение, чем постоянное. Причины этого заключаются в следующем:

1. Среднее значение переменного напряжения меньше его действующего значения.

2. В период, когда напряжение не превышает 10 – 15 В, возникновение дуги маловероятно.

3. Вследствие изменения полярности каждый контакт попеременно служит анодом и катодом.

4. При переходе напряжения через ноль дуга гаснет.

В результате, например, контакты, рассчитанные на 30 В постоянного напряжения, будут работать при переменном напряжении до 115 В. У цепей переключения переменного тока имеется, однако, один недостаток, заключающийся в том, что в них намного труднее обеспечить соответствующие цепи защиты контактов там, где они требуются.

Ни один материал не может одинаково хорошо работать и при нулевых токах (обесточенная цепь), и при больших значениях тока. Палладий хорошо подходит для сильноточных цепей в условиях, вызывающих эрозию контактов. Серебро и кадмиевое серебро хорошо работают в сильноточных цепях, но в отсутствие дугового разряда могут работать плохо. Золото и сплавы золота рекомендуется использовать в условиях слаботочных или почти обесточенных (например, компенсационных) цепей, однако большие токи вызывают у них сильную эрозию.

Многие так называемые реле общего назначения, имеющиеся в продаже, рассчитаны на токи до 2 А. Их контакты изготавливаются обычно из таких материалов, как позолоченные серебро или палладий, которые хорошо работают при большой нагрузке. При использовании в слаботочной цепи сопротивление контактов остается малым, что обусловлено наличием позолоченного покрытия.

При пропускании сильного тока это покрытие за несколько первых переключений выжигается, и остается только материал контакта, выдерживающий большие токовые нагрузки. По этой причине реле общего назначения, которое было использовано в сильноточной цепи, уже не пригодно для работы с малыми токами.

Иногда при покрытии серебра золотом возникает следующая проблема: серебро мигрирует сквозь золото и образует на поверхности контакта высокоомную пленку (сульфид серебра). Это может привести к нарушению контакта вследствие высокого сопротивления поверхностной пленки.

Нагрузки, создающие большие всплески тока (лампы накаливания, электродвигатели и емкостные нагрузки) при замыкании контактов потребляют намного больший ток, чем в установившемся режиме. Например, как показано на рис.3, начальный ток в нити лампы накаливания может в 10 – 15 раз превышать номинальный ток. Обычно при использовании контактов с нагрузкой в виде ламп накаливания номинальным считается ток, составляющий всего лишь 20% тока, который они пропускают в резистивную нагрузку. Емкостные нагрузки также могут потреблять исключительно большие начальные токи. Зарядный ток конденсатора ограничен только последовательным сопротивлением внешней цепи.

Для двигателей типичным является потребление начального тока, в 5–10 раз превышающего ток при установившемся режиме. Кроме того, индуктивность двигателя в момент прерывания тока вызывает генерацию высокого напряжения (индуктивный бросок), а также дуговой разряд. Поэтому двигатели трудно коммутировать, так как в данном случае разрушение контактов происходит как при замыкании, так и при размыкании.

Чтобы предохранить контакт, используемый в цепи с большим начальным током, последний необходимо ограничить. Включение с этой целью последовательно с контактами резистора не всегда возможно, так как он ограничивает также и ток в установившемся режиме.

Если резистор не подходит, для ограничения начального тока можно применить катушку индуктивности с малым сопротивлением постоянному току. В некоторых случаях достаточное ограничение начального тока без воздействия на ток в установившемся режиме могут обеспечить ферритовые кольца, надетые на подводящие провода контактов.

Иногда может потребоваться переключаемый токоограничивающий резистор, включенный, как показано на рис.4. Здесь параллельно емкостной нагрузке включено реле с нормально-разомкнутыми контактами, шунтирующими токоограничивающий резистор. При замыкании переключателя зарядный ток конденсатора ограничивается резистором R. Когда напряжение на конденсаторе становится достаточным для срабатывания реле, нормально-разомкнутые контакты замыкаются, шунтируя токоограничивающий резистор.

Другой проблемой, связанной с замыкающимися контактами, является дребезг. После того, как контакты соприкоснутся, они могут опять разомкнуться и разорвать цепь У некоторых типов контактов это может повторяться до десяти и более раз, и каждый раз контакты замыкают и разрывают цепь с током. Возникающий при этом повторяющийся дуговой разряд может не только нарушать работоспособность схемы, но также вызывать значительно большие, чем обычно, повреждения контактов и высокочастотное излучение.