1. Режим работы контактов

В коммутационных и электромеханических элементах, предназначенных для переключений электрических цепей при ручном и автоматическом управлении, основным является контактный узел. Именно надежность контактного узла определяет работоспособность любой коммутационной аппаратуры.

Контактный узел состоит из подвижного и неподвижного контактов. Эти контакты могут находиться в замкнутом и разомкнутом состоянии. В замкнутом состоянии сопротивление между контактами должно быть минимальным. Это сопротивление называют сопротивлением контактного перехода. Казалось бы, для того чтобы обеспечить малое сопротивление контактного перехода, надо увеличить площадь соприкосновения контактов. Однако даже при самой тщательной шлифовке поверхности контактов остается много микровыступов и микровпадин (рис. 1). Поэтому площадь реально контактирующей поверхности меньше площади контактов. Для того чтобы увеличить реальную контактирующую поверхность, надо приложить силу, прижимающую контакты друг к другу. В первый момент при сближении контактов они соприкасаются лишь в одной точке (рис. 1, а), площадь которой очень мала, а сопротивление контактного перехода велико. Усилие прижима F создает на малой площади большое удельное давление, что приводит к смятию материала контактов, увеличению площади соприкосновения и появлению новых точек соприкосновения (рис. 1, б). Удельное давление уменьшается, и процесс сближения контактов и смятия их материала завершится тогда, когда это удельное давление сравняется с пределом прочности материала на смятие. Характер зависимости сопротивления контактного перехода R_K от удельного контактного давления F_уд (рис. 1, в) показывает, что увеличение F_уд целесообразно только до некоторого предела, при котором сопротивление R_K уже достаточно близко к минимально возможному, определяемому электропроводностью материала контактов. Через замкнутые контакты проходит ток I, и они нагреваются под действием выделяющейся теплоты, соответствующей мощности потерь в контактном переходе: . Поэтому допустимое значение тока, проходящего через контакты, зависит от термической прочности контактов и от условий теплоотвода, т. е. от конструкции и размеров контактов.

Рис. 1. Изменение сопротивления контактного перехода в зависимости от усилия прижима

В разомкнутом состоянии сопротивление контактов должно стремиться к бесконечности (практически миллионы ом), что обеспечивается изолирующими свойствами среды в контактном промежутке и расстоянием между контактами. В разомкнутом состоянии контакты подвергаются химическому воздействию окружающей среды, происходит их коррозия. Эта коррозия заключается в образовании оксидных (под действием кислорода воздуха) и сульфидных (под действием серы воздуха) пленок. У некоторых материалов (например, у меди) эти пленки обладают большим сопротивлением, что приводит к увеличению сопротивления контактного перехода при замыкании контактов.

Наиболее тяжелый режим работы контактов связан с размыканием электрической цепи, поскольку при размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга. При этом происходит расплавление контактов и их износ, который называется электрической эрозией.

Таким образом, в процессе работы контакты подвергаются механическому истиранию, химической коррозии и электрической эрозии. Уменьшить отрицательное влияние этих факторов можно при правильном выборе конструкции контактов и их материала.