Этапы развития устройств автоматики и телемеханики. Датчики (измерительные преобразователи). Электромагнитное реле постоянного тока (с угловым перемещением тока), страница 21

Процессы замыкания контактов, если они происходят без вибрации, харатеризуются наличием автоэлектронной эмиссии электронов с поверхности катода, которая возникает вследствие большого градиента напряжения в момент приближения контактов друг к другу на расстояние ≈10^-5 см. Эмиссия вызывает искру, которая не развивается в другие формы газового разряда, т.к. контакты в слудующий миг замыкаются. При наличии вибрации у контактов после первого замыкания возникает эл. дуга. При больших токах и малых расстояниях разрушаюшее действие дуги м.б. очень большим.

Наиболее тяжелым режимом работы контактов является процесс размыкания.

При равномерном движении контактных пружин площадь соприкосновения контактных поверхностей S меняется по закону                                   

 где T – время полного размыкания контактов,  t- текущий момент времени;

S₀- полная начальная площадь соприкосания.

Переходное сопротивление в месте соприкосновения контактных тел меняется по закону

Где R₀ – начальное переходное сопротивление замкнутых контактов.

Если контакты работают правильно, то при разведении пружин происходит полное выключение управляемой цепи.

В процессе размыкания на контактах возникает напряжение, создаваемое магнитной энергией, запасенной в обмотке объекта управления (ОУ) и оно определяется выражением

 

I-ток в цепи

L-индуктивность ОУ

Магнитная энергия будет тем выше, чем больше напряжение питания цепи U_ц , а следовательно тем больше и напряжение на контактах U_к .

 

Под действием высокого напряжения U_k слой воздуха может быть пробит и в нем установится искровой разряд или дуга. При наличии дуги время размыкания контактов меньше, чем время выключения управляемой цепи, т.к. дуга обладает конечным сопротивлением и поддерживает прохождение тока даже после размыкания контакта.

Для контактов особенно опасна устойчивая дуга, при которой развивается большая разрушительная для них температура 3000-5000⁰С. Таким образом, контакты надежно размыкают и замыкают цепь, если для них в момент размыкания выполняется условие самопогасание дуги.

ВАХ дуги зависит от материала электродов и длины

Дуги l_k (межконтактного расстояния).

Характеристика дуги вычисляется по формуле Айртона

 

Где a, б, c, d - const зависящие от материала контактов;

l_k – межконтактное расстояние, мм;

U_д, i – соответственно напряжение и ток дуги.

По ВАХ дуги можно определить условия ее самопогасания при размыкании контактов

Где ∆U – напряжение на поддерживание режима горения дуги.

ВАХ дуги должно находиться ниже ВАХ контактов для надежного гашения дуги.

 

Способы увеличения срока службы реле.

Срок службы реле определяется в основном сроком службы контактов ,который в свою очередь определяется количеством переключения контактов.

 Если мощность, управляемая контактами, выбрана по ВАХ, то в момент размыкания возникает гаснущая дуга или искра. Искрения не будет ,если взять большой коэффициент запаса для рабочей характеристики.

Условия размыкания цепи переменного тока легче ,чем постоянного в особенности при медленном размыкании контактов, т.к. приблизительно напряжение цепи периодически равно 0.

Цепь же постоянного тока контакты размыкают с искрой той или другой интенсивности , что приводит к эрозии металлов и уменьшению срока службы их в следствие обгорания контактных поверхностей.

Для уменьшения искр и увеличения срока службы контактов используют следующие меры:

-  применяют искрогасящие схемы;

-  магнитное дутье;

-  специальные конструкции контактов;

Недостаток схемы – расход энергии при выключенном контакте.

В схеме с шунтирующим конденсатором, напряжение U_к, возникающее при размыкании цепи, не пробивает воздушный промежуток, а заряжает конденсатор.

Схема обладает недостатками:

1.  При пробое С возможно шунтирование контакта;

2.  При замыкании контакта, разрядные токи С создают высокую возможность сваривания контактов, тем большую, чем выше величина емкости.