Список літератури

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов.-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат.-1988.-С. 186…189, 211…225.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. 4-е изд., перераб. и доп.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние.- 1989.-С. 114…122, 134…140.

3. Соболев С.Н. Расчет и конструирование низковольтной электрической аппаратуры. Учебник для техникумов. М.: Высшая школа.- 1972.-С. 128…141.

4. Намитков К.К. Испытание аппаратов низкого напряжения. М.:Энерго-атомиздат.- 1985.-С. 174…188.

Лабораторна робота № 3

Дослідження перехідного електричного опору

Контактів електричних апаратів

Мета роботи

Вивчити вплив перехідного електричного опору на роботу контактів. Оволодіти методикою експериментального дослідження R-U - характеристики контакту.

Програма роботи

1. Ознайомитися з робочим місцем. Записати паспортні дані тільки того обладнання, що бере участь в експериментах.

2. Вивчити фізичні процеси, які виникають в електричних контактах.

3. Зібрати схему для дослідження перехідного електричного опору контакту.

4. Дослідити R-U - характеристику контакту при постійному контактному натисканні F_к.

5. Побудувати R-U- характеристику контакту.

6. Зняти дані для побудови характеристики R_к = f(F_к) при I=I_н = const.

7. Розрахувати для цих же значень сили F_к перехідний опір контакту R_pозр.

8. Показати на графіку і порівняти отримані експериментальну R = f(F_к) і розрахункову R_розр = f(F_к) характеристики при I=I_н = const.

9. Дослідити залежність температури Т_м в місці торкання контактів від струму, який тече через контакти I₁ (Т_м = f(I₁)) при F_к = const.

10. Побудувати характеристику Т_м = f(I₁) при F_к = const.

Основні теоретичні положення

У зоні переходу струму з однієї деталі в іншу, що контактують, має місце відносно великий електричний опір який називається перехідним опором контакту. Виникнення його зв'язане з забрудненням, окислюванням і торканням не по всій поверхні контакт-деталей. Результуючий перехідний опір контакту R_к визначається:

, (3.1)

де - опір стягування, що з'являється в результаті стягування ліній струму до дійсної площадки зіткнення;

- опір сторонніх прошарків або плівок.

У процесі роботи контакту, його перехідний опір не залишається постійним. Під впливом кисню, інших агресивних газів, підвищеної температури інтенсивність утворення плівки росте і її товщина може досягати до 10^-6 см, а питомий електричний опір ρ≈10⁵Ом^.см. При цьому перехідний опір контакту, падіння напруги на ньому і його температура зростають. При деяких значеннях напруг і температури відбувається електричний пробій плівки й опір контакту падає. Це явище називається фриттингом.

Для електричного контакту характерні три види термоелектричних ефектів, що протікають незалежно від виділення джоулева тепла: ефект Томсона, Пельтьє і Колера.

Ефект Томсона полягає в переносі теплоти з однієї сторони контакту на іншу носіями електричного струму, в результаті одна сторона контакту нагрівається більше, ніж інша. При позитивному ефекті Томсона максимум температури зміщається в напрямку струму, що протікає, а при негативному – у протилежному напрямку.

Ефект Пельтьє виникає при проходженні струму через місце контактування провідників із двох різнорідних металів і в цьому місці виникає термо-е.р.с. Якщо електричне поле, створюване в шарі контактною різницею потенціалів, прискорює електрони, то в шарі виділяється тепло; якщо ж затримує – тепло поглинається.

Ефект Колера – результат тунельного опору, що підвластний плівкам на поверхні контактів, які торкаються. Кінетична енергія тунельних електронів, що пройшли через плівку збільшується, коли вони досягають анода, що має менший негативний потенціал, чим катод. Надлишок енергії перетворюється в тепло.

Перехідний опір контактів визначається за формулою:

, (3.2)

де - коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу контактів, способу обробки і чистоти контактної поверхні, [Ом^.Н^m];

- коефіцієнт, що залежить від числа точок торкання контактних поверхонь;

- сила контактного натискання, Н.

Значення коефіцієнтів і приведені в ДОДАТКУ 1.

Залежність перехідного опору контакту R_к від напруги U_конт при постійній силі контактного натискання (= const) називається R(U) - характеристикою контакту.

При протіканні електричного струму по контакт-деталях, температура Т_м у місці торкання контактів буде підвищеної в порівнянні з навколишнім середовищем за рахунок теплових ефектів, що виникають. Температура в місці торкання деталей визначається:

, (3.3)

де - напруга на контактах, В;

- температура контакт-деталей, ^оС;

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу контактів;

- питомий електричний опір (ПЕО) контактного матеріалу.

Значення коефіцієнта λ і ПЕО ρ приведені в ДОДАТКУ 2.

При відомому струмі I вираз (3.3) перетвориться до вигляду:

. (3.4)

Задаючись припустимою температурою нагрівання місця торкання контактів Т_{м прип}, при даному струмі I знаходять перехідний опір контакту R_к, при якому досягається дана температура. У якості Т_{м прим} приймається температура рекристалізації контактного матеріалу. Для головних контактів контакторів, магнітних пускачів, автоматичних вимикачів, що виготовлені з міді Т_{м прип} = 105^оС; срібла - Т_{м прип} = 200^оС. Для допоміжних контактів зі срібла Т_{м прип} = 120^оС.

Для кожного контактного матеріалу існують визначені падіння напруги в контакті, яким відповідають температура рекристалізації (напруга розм'якшення) і температура плавлення (напруга плавлення). Значення цих напруг приведені в таблиці Д2.2, ДОДАТКА 2.

Розрахунок контактів у режимі тривалого протікання струму зводиться до визначення необхідної сили натискання в контактах. Вихідною для розрахунку служить припустима температура нагрівання контактних площадок.