Elektrisk kontakt

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 19 juni 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Elektrisk kontakt  - kontaktytan av ledande material med elektrisk ledningsförmåga , eller en anordning som tillhandahåller sådan kontakt (anslutning). Beroende på typen av material i kontakt finns det elektriska kontakter av typen ledare-ledare (mekaniska kontakter), ledare - halvledare och halvledare-halvledare.

Beskrivning

Den verkliga kontaktytan är hundratals gånger mindre än den nominella arean för kontaktytorna på grund av grovhet, ojämnheter och förekomsten av icke-ledande filmer. Samtidigt, under påverkan av belastningen, deformeras olika områden i området på olika sätt, den elektriska strömmen passerar endast genom kontaktytan, strömlinjerna dras till dem, som ett resultat uppstår "sammandragningsmotstånd" . Indragningsmotstånd för materialkontakt med resistivitet :

,
var är kontaktområdets radie.

Således är den totala kontaktresistansen summan av materialens resistans. Problemet med att skapa pålitliga elektriska kontakter är fortfarande olöst. Svårigheten med denna uppgift är följande:

Fasta kontakter

Endelade kontakter i ordets fulla bemärkelse är inte absolut i ett stycke, men deras separation kräver åtminstone partiell förstörelse av kontakten.

Exempel på fasta kontakter:

Kontakter, vars anslutning utförs med hjälp av verktyg

Kontakter, vars anslutning är gjord med hjälp av verktyg, inkluderar:

I en vidare mening avser lödda och trådbundna anslutningar även kontakter som kan kopplas bort med ett verktyg (villkorliga anslutningar).

Löstagbara kontakter

Plugganslutningar , gängade anslutningar med skruvar eller Edison-gängor (glödlampor, skruvklämmor ) kan tas bort manuellt. Instickskontakter måste klara färre operationer än byte av kontakter, samtidigt som ett lågt kontaktmotstånd kommer i förgrunden. Därför är de ofta gjorda av silver eller guldpläterade basmaterial. Andra vanliga ytbehandlingar är tenn och krom . Avtagbara obelagda plugg- och skruvkontakter är gjorda av till exempel koppar, brons eller mässing .

Stabilt kontaktmotstånd är en viktig egenskap hos en bra kontakt. Förändringar i kontaktmotstånd kan ha olika orsaker. En av dem är elektrisk penetrering av högbeständig korrosion och yttre skikt, även kallad fritting. Testströmmen och det maximalt tillåtna spänningsfallet används för att eliminera effekten av frittning på stickpropparna . Ett tydligt tecken på frittning är en kink i spänning och ström, vilket indikerar ett hopp i kontaktresistans. Den avgörande faktorn för förändringen av kontaktresistansen på grund av frittning är kontaktspänningen. I allmänna tester av insticksanslutningar kan användning av för mycket testström och för hög öppen kretsspänning leda till sprickbildning. Därför föreskriver teststandarden för stickkontakter Norm IEC512 Teil 2 en maximal mätström på 100 mA, samt en maximal öppen kretsspänning på 20 mV.

Byt kontakter

Växlingskontakter finns i kontaktorer , reläer , knappar / omkopplare [1] . De är de mest komplexa elektriska kontakterna eftersom de ofta måste bibehålla sina mekaniska och elektriska egenskaper under många miljoner driftcykler (omkopplingscykler):

Alla dessa egenskaper kan inte kombineras i en enda växlingskontakt, så högeffektskontakter är gjorda av andra material än lågeffektkontakter. Ofta består kopplingskontakter också av kombinationer av material - till exempel koppar- eller bronskontakter pläterade med ädelmetall för låg effekt, och porösa volframkontakter belagda med silver för högre effekt.

Guldpläterade silverkontakter är också vanliga, som vid låg kopplingseffekt behåller sitt låga kontaktmotstånd (guldskikt) och, så fort de används för hög kopplingseffekt, tappar guldskiktet, vilket exponerar en solid silverkontakt. Växlingskontakter i reläer och små brytare är ofta konstruerade för att användas både för signaleringsändamål och för höga kopplingseffekter.

Även om det är mycket ledande, har silver endast begränsad lämplighet för små omkopplingskapaciteter eftersom det bildar silversulfidskikt .

De viktigaste egenskaperna hos växelkontakten, som specificerats av tillverkaren, är:

Omkopplingskontakter (tangenter, tangentbord) för högimpedanssignaler består ofta av ett par elastomera kontakter på ena sidan och guld på andra sidan. De är mycket pålitliga och uppvisar låg kontaktstuds .

Changeover bounce är den periodiska stängningen och återöppningen vid växlingsögonblicket. Detta leder till ökad förbränning av brytarkontakterna eller till och med till svetsning ("limning") av kontakterna. Digitala kretsar är ibland så snabba att, utan motåtgärder, en multipel kontakt kommer att tolkas på ett enda tryck som ett multipelkommando, i sådana fall är felsökning nödvändig .

Glidande kontakter

Glidkontakter är utformade för att komma i kontakt med rörliga delar. Exempel inkluderar kommutatorer , strömavtagare , släpringar och positionssensorer som potentiometrar eller pulsgivare . Materialen som används är gränssnitt av koppar/kopparlegering och grafit, samt gränssnitt av ädelmetall .

Självrengörande kontakter

En självrengörande kontakt är en typ av kontakt med verkan där en av kontakterna gnuggar mot det motsatta och därigenom renar föroreningar som har lagt sig vid friktionspunkten. Användningen av en flexibel kontaktarm resulterar i att kontaktytan som ska rengöras gnuggar mot motsatsen när armen är lätt böjd. Detta tar bort rost och smuts från den elektriska kontaktytan, vilket förhindrar elektriskt motstånd orsakat av ackumulerad smuts.

Bifurkerade kontakter

I en tvådelad kontakt är varje kontaktarm uppdelad i två mindre armar, var och en med sin egen kontakt. Endast en elektrisk krets kan användas för denna krets. Detta är en designfunktion som hjälper till att ge stabilare mekanisk prestanda, bättre elektrisk kontakt och bättre värmeavledning.

Kontaktformulär

National Relay Manufacturers Association och dess efterträdare, Relay and Switch Manufacturers Association, definierar 23 olika typer av elektriska kontakter som används i reläer och omkopplare [2] . Av dessa kontaktformer är följande de vanligaste:

Kontaktformulär A

Form A-kontakter är normalt öppna kontakter. Kontakterna är öppna när det inte finns någon strömförsörjning (magnet eller magnetrelä ) . När den är närvarande stänger kontakten. Kallas till som SPST-NO [2] .

Kontaktformulär B

Normalt slutna kontakter. Åtgärden är logiskt omvänd till åtgärden för kontakter i form A. Betecknad SPST-NC [2] .

Kontaktformulär C

Form C-kontakter ("växling" eller "sändande" kontakter) består av två par kontakter, normalt slutna och normalt öppna, som styrs av samma enhet; det finns en gemensam elektrisk anslutning mellan kontakterna i varje par, vilket resulterar i endast tre typer av klämmor. De kallas vanligtvis normalt öppna, ömsesidiga och normalt stängda (NO-C-NC). Betecknad SPDT [2] .

Dessa kontakter är ganska vanliga i elektriska brytare och reläer, eftersom ett vanligt kontaktelement ger ett mekaniskt ekonomiskt sätt att ge fler kontakter [2] .

Form D-kontakter

Form D-kontakter ("kontinuerlig överföring"-kontakter) skiljer sig från Form C-kontakter i endast en aspekt, ordningen för avbrott under övergången. Där Form C säkerställer att båda anslutningarna är öppna under en kort tid, säkerställer Form D att alla tre terminalerna är stängda under en kort tid. Detta är en relativt ovanlig konfiguration [2] .

K Form Kontakter

Form K (mitten) kontakter skiljer sig från form C genom att det finns ett centralt eller normalt öppet läge där ingen anslutning görs. SPDT-vippströmbrytare med centralt avstängt läge är vanliga, men reläer med denna konfiguration är relativt sällsynta [2] .

Kontaktformulär X

Form X-kontakter, eller dubbla kontakter, är ekvivalenta med två Form A-kontakter i serie, mekaniskt kopplade och styrda av ett enda ställdon, och kan även beskrivas som SPST-NO-kontakter. De finns vanligtvis i kontaktorer och vippbrytare som är utformade för att hantera induktiva belastningar med hög effekt [2] .

Kontaktformulär Y

Form Y-kontakter, eller dubbelbrytande kontakter, är ekvivalenta med två form B-kontakter i serie, mekaniskt kopplade och styrda av ett enda ställdon, och kan även beskrivas som SPST-NC-kontakter [2] .

Z Form Kontakter

Typ Z-kontakter, eller dubbla kontakter med dubbla fabrikat, liknar Form C-kontakter, men de har nästan alltid fyra externa anslutningar: två för normalt öppna och två för normalt normalt stängda. Liksom formerna X och Y inkluderar båda strömvägarna två kontakter i serie, mekaniskt anslutna och styrda av ett enda ställdon. Förutom formen C, betecknas SPDT [2] .

Material

Höga krav ställs på beläggningen av ytan av elektriska kontakter [3] , särskilt i elektriska reläer med ett stort antal kopplingscykler (driftscykler). Vid spänningar över 50 volt och höga strömmar bildas ljusbågar. De kan smälta basmaterialet och främja ytoxidation. Volframföreningar är resistenta mot höga temperaturer, men har en ganska hög kontaktmotstånd. Guldplätering leder ström bra och skyddar mot korrosion, men slits snabbt ut.

För lågeffektreläer (upp till ca 20 ampere) är en silver-nickellegering en bra lösning. För höga belastningar (100 Ampere) anses kadmiumoxid legerad med silver ( AgCdO ) vara det optimala materialet för att förhindra lödning av kontakter . Å andra sidan kräver RoHS- direktivet att kadmium fasas ut när det är möjligt . Ett bra alternativ är tennoxid , även legerat med silver.

Grundkrav för kontaktmaterialet [3] :

I allmänhet kan kontakter skapas av en mängd olika material. Typiska material är [4] [5] :

Klassificering efter sammansättning

Teorin om elektriska kontakter

Ett stort bidrag till teorin och tillämpningen av elektriska kontakter gjordes av Ragnar Holm , en svensk fysiker och forskare inom området elektroteknik [9] [10] .

Makroskopiskt släta och rena ytor är mikroskopiskt grova och förorenade med oxider, adsorberad vattenånga och atmosfäriska föroreningar när de utsätts för luft. När två metalliska elektriska kontakter berörs är den faktiska metall-till-metall-kontaktytan liten jämfört med den totala kontaktytan mellan kontakterna. I teorin om elektriska kontakter kallas ett relativt litet område där en elektrisk ström flyter mellan två kontakter en a-punkt, där "a" står för "roughness" ( engelska  asperity ). Om en liten a-punkt betraktas som ett cirkulärt område och metallens resistivitet är enhetlig, så har strömmen och spänningen i metallledaren sfärisk symmetri, och en enkel beräkning kan relatera storleken på a-punkten till resistansen av övergången till en elektrisk kontakt. Om det finns en metall-till-metall-kontakt mellan elektriska kontakter, beror det elektriska kontaktresistansen, eller ECR (i motsats till kontaktens grundläggande metallresistans), huvudsakligen på strömflödet genom ett mycket litet område, dvs. en punkt. För kontaktpunkter med radier som är mindre än den genomsnittliga fria vägen för elektroner uppstår ballistisk konduktivitet av elektroner, vilket leder till ett fenomen som även kallas Sharvin-resistans [11] . Kontaktkraft eller tryck ökar storleken på a-punkten, vilket minskar motståndet mot kompression och motståndet för elektrisk kontakt [12] . När storleken på kontaktoregelbundenheter blir större än den genomsnittliga fria vägen för elektroner, blir kontakter av Holm-typ den dominerande transportmekanismen, vilket resulterar i ett relativt lågt kontaktmotstånd [13] .

Försvar

Att skydda människorna

Kontakter, speciellt strömbrytare, får inte utgöra någon fara för användaren (t.ex. elektrisk stöt, mekanisk skada). Detta är en klass som definierar nivån på elektriskt skydd.

Kontakter är också indelade i två kategorier:

Deras definitioner uttrycker inte graden av fuktighet, utan ursprunget till förändringen i tillståndet. Exempel: våtkontakt kvicksilverrelä.

Skydd mot externa element

Kontakter, speciellt omkopplare, uppfyller skyddsstandarden beroende på deras användning (fuktig eller dammig miljö). Detta är skyddsklassen (IP). Denna standard definierar inte gasskydd. Men om närvaron av gas är en begränsning är IP68 helt förseglad [15] .

Underhåll

Beroende på tillverkarens val innehåller kontakterna mer eller mindre oxiderbara material. Den skyddsklass för personer som väljs under konstruktionen förpliktar att garantera upprätthållandet av denna säkerhetsnivå under kontaktens livstid. Konstruktion och tillverkning måste utformas för att minimera förebyggande underhåll och bibehålla kopplings- och ledningsegenskaper.

Det enklaste sättet är att rengöra kontaktytorna med en stålborste eller sandpapper. Enheten stängs av och torkas tills oxiden försvinner.

Förkortningar och scheman

Förkortning Schema
SPST
SPDT
SPCO
SPTT, co
DPST
DPDT
DPCO
2P6T

Se även

Litteratur

Anteckningar

  1. ↑ Hur reläer fungerar | Relädiagram, relädefinitioner och relätyper . www.galco.com. Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Avsnitt 1.6, Engineers' Relay Handbook, 5th ed, Relay and Switch Industry Association, Arlington, VA; 3:e upplagan, National Association of Relay Manufacturers, Elkhart Ind., 1980; 2nd Ed. Hayden, New York, 1966; stora delar av den 5:e upplagan finns på nätet här Arkiverad 5 juli 2017. .
  3. ↑ 1 2 Elektriska kopplingskontakter, rörliga och fasta  (ryska)  ? . rusvolt.su. Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  4. ↑ Elektriska  kontaktmaterial . PEP Brainin (13 december 2013). Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  5. ↑ Elektriska kontakter och kontaktenheter | Deringer-Ney Inc.
  6. ↑ Silverkontakter: C.M.W. Electrical Contacts . web.archive.org (6 september 2011). Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  7. ↑ Kontakter - Shin-Etsu Polymer Europe BV . www.shinetsu.info Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  8. ↑ Wayback-maskin . web.archive.org (14 maj 2012). Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  9. ↑ IEEE HOLM-konferens . ieee-holm.org. Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  10. ↑ 416 (Vem är det: Svensk biografisk handbok / 1969)  (Svenska) . runeberg.org. Tillträdesdatum: 13 november 2019.
  11. ↑ Zhai, C. et al. Gränssnitts elektromekaniskt beteende vid grova ytor  (engelska)  // Extreme Mechanics Letters: journal. - 2016. - Vol. 9 . - s. 422-429 . - doi : 10.1016/j.eml.2016.03.021 .
  12. ↑ Elektriska kontakter : Teori och tillämpningar  . — 4:a. — Springer, 1999. - ISBN 978-3540038757 .
  13. ↑ Zhai, C.; Hanaor, D.; Proust, G.; Gan, Y. Stress-beroende elektrisk kontaktmotstånd vid fraktala grova ytor  (engelska)  // Journal of Engineering Mechanics  : journal. - 2015. - Vol. 143 , nr. 3 . — P. B4015001 . - doi : 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000967 .
  14. ↑ IEC 60050 - International Electrotechnical Vocabulary - Detaljer för IEV-nummer 714-18-10: "våt kontakt" . www.electropedia.org Hämtad: 14 november 2019.
  15. ↑ Polina Osokina. Vad är IP68: ingen fukt och damm . CHIP onlinetidning. Hämtad: 14 november 2019.

Länkar