Введение
Электрический контакт – это компонент электрической цепи, используемый в электрических выключателях, реле, разъемах и автоматических выключателях. Каждый контакт представляет собой элемент из электропроводящего материала, как правило, металла. При соприкосновении пара контактов они обеспечивают прохождение электрического тока с определенным контактным сопротивлением, зависящим от структуры и химии поверхности, а также времени контакта, и должны обладать высокой электропроводностью, износостойкостью, устойчивостью к окислению и другими важными свойствами.
An electrical contact is an electrical circuit component found in electrical switches, relays, connectors and circuit breakers. Each contact is a piece of electrically conductive material, typically metal. When a pair of contacts touch, they can pass an electrical current with a certain contact resistance, dependent on surface structure, surface chemistry and contact time; that have high electrical conductivity, wear resistance, oxidation resistance and other properties.
Материалы
Контакты могут быть изготовлены из широкого спектра материалов. Типичные материалы включают:
Электрические характеристики
Контакты оцениваются по току, который они могут проводить в замкнутом состоянии, по способности прерывать ток при размыкании (из-за возникновения дуги) и по номинальному напряжению. Номинальное напряжение при размыкании может быть напряжением переменного тока, напряжением постоянного тока или и тем, и другим.
Подавление дуги
Когда контакты реле размыкаются для прерывания высокого тока с индуктивной нагрузкой, возникает скачок напряжения, вызывающий возникновение электрической дуги между контактами. Если напряжение достаточно велико, дуга может возникнуть даже без индуктивной нагрузки. Независимо от способа образования дуги, она будет поддерживаться до тех пор, пока ток, протекающий через дугу, не снизится до уровня, недостаточного для её поддержания. Дугообразование повреждает электрические контакты, а длительное поддержание дуги может препятствовать полному отключению питания от контролируемой системы. В системах переменного тока, где ток дважды проходит через ноль за каждый цикл, большинство дуг гаснет в момент пересечения нулевой отметки. Проблема более выражена в системах постоянного тока, где таких пересечений нет. Именно поэтому контакты, рассчитанные на одно напряжение при коммутации переменного тока, часто имеют более низкое напряжение для постоянного тока.
Теория электрического контакта
Рагнар Холм внес значительный вклад в теорию и применение электрических контактов. Макроскопически гладкие и чистые поверхности микроскопически шероховаты и, находясь в воздухе, загрязнены оксидами, адсорбированным водяным паром и атмосферными загрязнителями. Когда два металлических электрических контакта соприкасаются, фактическая площадь контакта металл-металл мала по сравнению с общей физически соприкасающейся площадью контактов. В теории электрических контактов относительно небольшая область, через которую протекает электрический ток между двумя контактами, называется точкой "a", где "a" обозначает шероховатость (асперитет). Если эту небольшую точку "a" рассматривать как круговую область, а удельное сопротивление металла считать однородным, то ток и напряжение в металлическом проводнике будут обладать сферической симметрией, и простой расчет позволит связать размер точки "a" с сопротивлением электрического контактного интерфейса. Если между электрическими контактами происходит контакт металл-металл, то электрическое сопротивление контакта, или ECR (в отличие от объемного сопротивления металла контакта), в основном обусловлено сужением тока через очень малую область – точку "a". Для контактных точек радиусом, меньшим среднего свободного пробега электронов, возникает баллистическая проводимость электронов, приводящая к явлению, также известному как сопротивление Шарвина. Увеличение контактной силы или давления увеличивает размер точки "a", что снижает сопротивление сужению и электрическое сопротивление контакта. Когда размер контактирующих шероховатостей (асперитетов) становится больше среднего свободного пробега электронов, контакты типа Холма становятся доминирующим механизмом переноса, что приводит к относительно низкому сопротивлению контакта.
Контакты реле
Национальная ассоциация производителей реле и ее преемница, Ассоциация промышленности реле и коммутаторов, определяют 23 различных типа электрических контактов, используемых в реле и коммутаторах. Нормально замкнутая контактная пара замкнута (в проводящем состоянии), когда она или управляющее ею устройство находится в обесточенном или расслабленном состоянии. Нормально разомкнутая контактная пара разомкнута (в непроводящем состоянии), когда она или управляющее ею устройство находится в обесточенном или расслабленном состоянии.
Форма для контактов
Национальная ассоциация производителей реле и ее преемница, Ассоциация промышленности реле и коммутаторов, определяют 23 различных формы электрических контактов, встречающихся в реле и переключателях. Наиболее распространены следующие формы контактов:
Форма А контакты
Контакты формы А ("размыкающие контакты") обычно нормально разомкнуты. Контакты разомкнуты, когда отсутствует сила возбуждения (магнит или соленоид реле). При наличии силы возбуждения контакт замыкается. Альтернативное обозначение для формы А – SPST NO.
Форма B Контакты
Контакты формы B ("разрывные контакты") – нормально замкнутые контакты. Их работа логически инвертирована по сравнению с формой A. Альтернативное обозначение для формы B – SPST NC.
Форма C Контакты
Контакты формы C ("переключающие" или "переходные" контакты) состоят из пары нормально замкнутых контактов и пары нормально разомкнутых контактов, которые приводятся в действие одним и тем же устройством; между контактами каждой пары имеется общее электрическое соединение, что обеспечивает всего три вывода. Эти выводы обычно обозначаются как нормально разомкнутый, общий и нормально замкнутый (НО ЗН). Альтернативное обозначение для формы C – SPDT. Эти контакты часто встречаются в электрических переключателях и реле, поскольку общий контакт позволяет экономично увеличить количество контактов.
Форма E контакты
Форма E представляет собой комбинацию форм D и B.
Форма K контакты
Контакты формы K (с центральным отключением) отличаются от контактов формы C наличием центрального отключенного или нормально разомкнутого положения, в котором соединение отсутствует. Переключатели SPDT с центральным отключением распространены, но реле с такой конфигурацией встречаются относительно редко.
Форма X контакты
Контакты формы X или двойные контакты эквивалентны двум последовательно соединенным контактам формы A, механически связанных и управляемых одним приводом, и также могут быть описаны как контакты SPST NO. Они часто используются в контактторах и переключателях, предназначенных для коммутации мощных индуктивных нагрузок.
Форма Y контакты
Контакты формы Y или с двойным разрывом эквивалентны двум последовательно соединенным контактам формы B, механически связанным и управляемым одним приводом, и также могут быть описаны как контакты SPST NC.
Контакты формы Z
Контакты формы Z или с двойным замыканием и размыканием сопоставимы с контактами формы C, но почти всегда имеют четыре внешних вывода – два для нормально разомкнутой цепи и два для нормально замкнутой цепи. Как и в случае с формами X и Y, обе цепи тока включают два контакта, соединенных последовательно, механически связанных и приводимых в действие одним приводом. Это также описывается как контакт SPDT.
Порядок снятия
Если переключатель содержит как нормально открытые (NO), так и нормально закрытые (NC) контакты, порядок их размыкания и замыкания может иметь значение. В большинстве случаев действует правило "разрыв перед замыканием", или B B M; то есть нормально открытые и нормально закрытые контакты никогда не замыкаются одновременно при переходе между состояниями. Однако это не всегда так: контакты формы C следуют этому правилу, а контакты формы D, будучи в остальном эквивалентными, следуют обратному – "замыкание перед разрывом". Менее распространенная конфигурация, при которой нормально открытые и нормально закрытые контакты замыкаются одновременно при переходе, называется "замыкание перед разрывом" или M B B.