Схема испытания и методика измерения

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНТАКТОВ

Цель работы: исследование переходного сопротивления контакта в функции величины контактного нажатия и тока нагрузки для различных контактных материалов.

Общие положения

Конструктивный узел электрического аппарата, в котором происходит переход тока от одной токоведущей части в другую, называется контактным соединением. Применяемые в электрических аппаратах контактные соединения подразделяются на коммутирующие и соединительные. Коммутирующие контакты выполняют замыкание и размыкание электрической цепи.

Нарушение однородности токоведущей части аппарата в месте соприкосновения двух смыкающихся контактных деталей увеличивает активное сопротивление этой части цепи по сравнению с таким же однородным участком без контактного соединения. Это явление обусловлено двумя основными причинами – стягиванием линий тока к микроплощадкам фактического контактирования и, следовательно, уменьшением поперечного сечения проводника до очень малых значений в зоне перехода тока и сопротивление окислы и газовых пленок на поверхности контактов.

Электрическое сопротивление, обусловленное наличием контактного соединения, называется переходным сопротивлением контакта.

Величина переходного сопротивления r_к определяется прежде всего значением силы контактного нажатия F_к.Зависит переходное сопротивление также от размеров и формы сопрягаемых контакт - деталей (число точек касания), марки и однородности контактного материала, шероховатости контактной поверхности и других факторов. Кроме того, при работе коммутирующих контактов происходит непрерывное изменение контактного сопротивления из-за механической деформации и износа контактной поверхности, изменения толщины и состава поверхностных пленок, перегрева контактного соединения.

Величина r_кпрактически не зависит от удельного сопротивления материала контакт – деталей.

Наиболее употребительная эмпирическая формула для переходного сопротивления контакта имеет вид:

( 1 )

где k – постоянная, зависящая от материала контакта и его состояния;

m – постоянная, определяемая типом контакта;

F_к - сила контактного нажатия, Н.

Постоянная kдля различных контактных пар имеет следующие значения:

серебро-серебро ………….. - 0,6 ·10^-4

медь-медь …………. (1.4 – 1.8) · 10^-4

латунь-латунь …………. 6,7 · 10^-4

алюминий-алюминий ……. 12,7 · 10^-4

сталь-сталь …………………. 76 · 10^-4

Показатель степени mпринимается равным:

для точечного контакта - 0,5,

для линейного контакта - 0,7– 0,75,

для плоскостного контакта - 1,0.

Наличие переходного сопротивления контакта вызывает дополнительные потери энергии в контактном соединении Р_к = I²r_к,что ведет к перегреву контактных деталей, ускоренному окислению вследствие этого материала контактов, дальнейшему росту r_киР_к.Рассматриваемый процесс может иметь лавинообразный характер и завершаться либо свариванием контактов, либо размыканием электрической цепи окисными пленками. Поэтому в конструкции контактов должны предусматриваться меры стабилизации переходного сопротивления. Это достигается в основном правильным выбором материала контакта, величины контактного нажатия и применением специальных мер очистки поверхности контактов от окисных пленок.

В данной работе исследуется зависимость переходного сопротивления контактов от основных определяющих факторов для контактных пар из меди, латуни, алюминия, железа. Для конкретного типа соединения переходное сопротивление является случайной величиной и его параметры должны определяться по данным измерений определенного объема выборки. Зависимость r_к = f(F_к)при увеличении контактного нажатия несколько отличается от таковой при его уменьшении вследствие влияния остаточных деформаций в последнем случае.

Схема испытания и методика измерения

Электрическая схема стенда для определения переходного сопротивления контактов приведена на рис. 8.1. Величина определяется методом вольтметра-амперметра при постоянном токе

,

– контактное падение напряжения, В,

I– ток в цепи контактного соединения, А.

Питание схемы выполняется от источника стабилизированного напряжения U. Узел нагружения позволяет задавать контактное нажатие F_к в пределах 0 – 200 Н; измеряется величина контактного нажатия стрелочным динамометром.

При выполнении работы необходимо соблюдать следующий порядок операций:

1. Предварительно зачищенные контакт – детали устанавливаются в узел нагружения (зачистку допускается производить мелким надфилем).

2. Контактная пара нагружается силой заданной величины.

3. Переключатель SA устанавливается на требуемую величину тока в цепи контактов.

4. Выключателем S включается источник стабилизированного напряжения.

Рис. 8.1. Схема установки для измерения переходного сопротивления контактов

Переходное сопротивление контактов обычно имеет величину, измеряемую в долях миллиом. Поэтому для определения контактного падения напряжения необходимо использовать милливольтметр, который перед каждым замером должен устанавливаться на наибольший предел измерения.

Примечание. Размыкание электрической цепи контактами не допускается!

По данным измерений вычисляются величины переходного сопротивления каждого образца ,их среднее значениеr_ки среднеквадратичное отклонение σ.

; ;

Задание

1. Определить переходное сопротивление одноточечной контактной пары медь-медь. В опыте используется N однотипных образцов, для каждого из которых измерения выполняются при одинаковой величине тока I и контактного нажатия F_к(принимаются по согласованию с преподавателем). По данным измерений вычисляются величины переходного сопротивления каждого образца r_к, их среднее значениеr_сри среднеквадратичноеотклонение σ.

2. Результат определения r_кзаписывается в виде:

r_к = r_ср ± σ.

Опыт выполняется на контактных парах медь-медь с одноточечным линейным и плоскостным контактом при значениях тока и нажатия по п.1.

3. Снять зависимость переходного сопротивления для контактной пары медь-медь от величины контактного нажатия при двух значениях тока.

При каждой величине тока опыты на одной одноточечной контактной паре выполняются дважды: при увеличении контактного нажатия и при его уменьшении.

4. Исследовать влияние материала на величину переходного сопротивления контактов.

Опыт выполняется по п. 3 для одноточечных контактных пар латунь-латунь, алюминий-алюминий, железо-железо.

5. Рассчитать переходное сопротивление по эмпирической формуле (1) для условий работы контактов по п.3 и 4.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический контакт, На какие типы разделяют контакты по форме поверхности соприкосновения?

2. Дайте определение переходного сопротивления контакта.

3. От каких факторов зависит сопротивление контакта?

4. Какие меры стабилизации контактного сопротивления используются в контактных соединениях?