Elektrisk kontakt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 19. juni 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Elektrisk kontakt  - kontaktfladen af ​​ledende materialer med elektrisk ledningsevne , eller en enhed, der giver en sådan kontakt (forbindelse). Afhængigt af arten af ​​de materialer, der er i kontakt, er der elektriske kontakter af typen leder-leder (mekaniske kontakter), leder - halvleder og halvleder-halvleder.

Beskrivelse

Det reelle kontaktareal er hundredvis af gange mindre end det nominelle areal af kontaktfladerne på grund af ruhed, ujævnheder og tilstedeværelsen af ​​ikke-ledende film. På samme tid, under påvirkning af belastningen, deformeres forskellige områder af området på forskellige måder, den elektriske strøm passerer kun gennem kontaktområdet, strømlinjerne trækkes til dem, som et resultat opstår "sammentrækningsmodstand". . Tilbagetrækningsmodstand for materialekontakt med resistivitet :

,
hvor er kontaktområdets radius.

Den samlede kontaktmodstand er således summen af ​​materialernes modstand. Problemet med at skabe pålidelige elektriske kontakter er stadig uløst. Sværhedsgraden ved denne opgave er som følger:

Faste kontakter

Et stykke kontakter i ordets fulde betydning er ikke absolut ét stykke, men deres adskillelse kræver i det mindste delvis ødelæggelse af kontakten.

Eksempler på faste kontakter:

Kontakter, hvis stik udføres ved hjælp af værktøjer

Kontakter, hvis stik er lavet ved hjælp af værktøjer, omfatter:

I bredere forstand refererer loddede og trådede forbindelser også til kontakter, der kan afbrydes med et værktøj (betingede forbindelser).

Aftagelige kontakter

Stikforbindelser , gevindforbindelser med skruer eller Edison-gevind (pærer, skrueklemmer ) kan fjernes manuelt. Indstikskontakter skal tåle færre operationer end at skifte kontakter, samtidig med at en lav kontaktmodstand kommer i højsædet. Derfor er de ofte lavet af sølv eller guldbelagte basismaterialer. Andre almindelige finish er tin og krom . Aftagelige ubelagte stik- og skruekontakter er lavet af for eksempel kobber, bronze eller messing .

Stabil kontaktmodstand er en vigtig egenskab ved en god kontakt. Ændringer i kontaktmodstand kan have forskellige årsager. En af dem er elektrisk gennemtrængning af høj-modstands-korrosion og ydre lag, også kaldet fritting. Teststrømmen og det maksimalt tilladte spændingsfald bruges til at eliminere virkningen af ​​gnidning på stikforbindelser . Et tydeligt tegn på gnidning er et knæk i spænding og strøm, hvilket indikerer et spring i kontaktmodstand. Den afgørende faktor for ændringen i kontaktmodstanden på grund af gnidning er kontaktspændingen. I generelle test af stikforbindelser kan brug af for meget teststrøm og for høj åben kredsløbsspænding føre til gnidning. Derfor foreskriver teststandarden for stikkonnektorer Norm IEC512 Teil 2 en maksimal målestrøm på 100 mA, samt en maksimal tomgangsspænding på 20 mV.

Skift kontakter

Skiftekontakter kan findes i kontaktorer , relæer , knapper / kontakter [1] . De er de mest komplekse elektriske kontakter, fordi de ofte skal bevare deres mekaniske og elektriske egenskaber over mange millioner driftscyklusser (omskiftningscyklusser):

Alle disse egenskaber kan ikke kombineres i en enkelt skiftekontakt, så højeffektkontakter er lavet af andre materialer end laveffektkontakter. Ofte består koblingskontakter også af kombinationer af materialer - for eksempel kobber- eller bronzekontakter belagt med ædelmetal for lav effekt, og porøse wolframkontakter belagt med sølv for højere effekt.

Forgyldte sølvkontakter er også almindelige, som ved lav koblingseffekt bevarer deres lave kontaktmodstand (guldlag), og så snart de bruges til høj koblingskraft, mister deres guldlag, hvilket blotlægger en solid sølvkontakt. Skiftekontakter i relæer og små kontakter er ofte designet til at blive brugt både til signalformål og til høje koblingseffekter.

Selvom det er meget ledende, har sølv kun begrænset egnethed til små koblingskapaciteter, fordi det danner sølvsulfidlag .

De vigtigste egenskaber ved skiftekontakten, som specificeret af producenten, er:

Skiftende kontakter (taster, tastaturer) til højimpedanssignaler består ofte af et par elastomere stik på den ene side og guld på den anden side. De er meget pålidelige og udviser lav kontakt bounce .

Changeover bounce er den periodiske lukning og genåbning på tidspunktet for skift. Dette fører til øget forbrænding af kontaktkontakterne eller endda til svejsning ("limning") af kontakterne. Digitale kredsløb er nogle gange så hurtige, at en multipel kontakt uden modforanstaltninger vil blive fortolket på et enkelt tryk som en multipel kommando, i sådanne tilfælde er fejlfinding nødvendig .

Glidende kontakter

Skydekontakter er designet til at komme i kontakt med bevægelige dele. Eksempler omfatter kommutatorer , strømaftagere , slæberinge og positionssensorer såsom potentiometre eller encodere . De anvendte materialer er kobber/kobberlegering og grafitgrænseflader samt ædelmetalgrænseflader .

Selvrensende kontakter

En selvrensende kontakt er en form for kontakt med handling, hvor en af ​​kontakterne gnider mod det modsatte og derved renser urenheder, der har sat sig på friktionspunktet. Brugen af ​​en fleksibel kontaktarm medfører, at kontaktfladen, der skal rengøres, gnider mod det modsatte, når armen er let bøjet. Dette fjerner rust og snavs fra den elektriske kontaktflade, hvilket forhindrer elektrisk modstand forårsaget af ophobet snavs.

Fordelte kontakter

I en todelt kontakt er hver kontaktarm opdelt i to mindre arme med hver sin kontakt. Kun ét elektrisk kredsløb kan bruges til dette kredsløb. Dette er en designfunktion, der hjælper med at give mere stabil mekanisk ydeevne, bedre elektrisk kontakt og bedre varmeafledning.

Kontaktformularer

National Relay Manufacturers Association og dens efterfølger, Relay and Switch Manufacturers Association, definerer 23 forskellige typer elektriske kontakter, der bruges i relæer og afbrydere [2] . Af disse kontaktformer er følgende de mest almindelige:

Kontaktformular A

Form A-kontakter er normalt åbne kontakter. Kontakterne er åbne, når der ikke er strømforsyning (magnet eller magnetrelæ ) . Når den er til stede, lukker kontakten. Benævnt SPST-NO [2] .

Kontaktformular B

Normalt lukkede kontakter. Handlingen er logisk omvendt til handlingen af ​​kontaktpersoner fra form A. Benævnt SPST-NC [2] .

Kontaktformular C

Form C-kontakter ("skiftende" eller "transmitterende" kontakter) består af to par kontakter, normalt lukkede og normalt åbne, som styres af den samme enhed; der er en fælles elektrisk forbindelse mellem kontakterne i hvert par, hvilket resulterer i kun tre typer klemmer. De omtales normalt som normalt åbne, gensidige og normalt lukkede (NO-C-NC). Udnævnt SPDT [2] .

Disse kontakter er ret almindelige i elektriske kontakter og relæer, da et fælles kontaktelement giver en mekanisk økonomisk måde at give flere kontakter på [2] .

Form D-kontakter

Form D-kontakter ("kontinuerlig overførsel"-kontakter) adskiller sig fra Form C-kontakter i kun ét aspekt, rækkefølgen af ​​afbrydelse under overgang. Hvor Form C sikrer, at begge forbindelser er åbne i kort tid, sikrer Form D, at alle tre terminaler er lukkede i kort tid. Dette er en relativt usædvanlig konfiguration [2] .

K Form Kontakter

Form K (midter) kontakter adskiller sig fra form C ved, at der er en midter eller normalt åben position, hvor der ikke er oprettet forbindelse. SPDT-vippekontakter med en central slukket position er almindelige, men relæer med denne konfiguration er relativt sjældne [2] .

Kontaktformular X

Form X-kontakter, eller dobbeltkontakter, svarer til to form A-kontakter i serie, mekanisk forbundet og styret af en enkelt aktuator, og kan også beskrives som SPST-NO-kontakter. De findes almindeligvis i kontaktorer og vippekontakter designet til at håndtere induktive belastninger med høj effekt [2] .

Kontaktformular Y

Form Y-kontakter, eller dobbeltbrudskontakter, svarer til to form B-kontakter i serie, mekanisk forbundet og styret af en enkelt aktuator, og kan også beskrives som SPST-NC-kontakter [2] .

Z formularkontakter

Type Z-kontakter, eller dobbelte dobbelte kontakter, ligner Form C-kontakter, men de har næsten altid fire eksterne forbindelser: to til normalt åbne og to til normalt normalt lukkede. Som med Form X og Y inkluderer begge strømveje to kontakter i serie, mekanisk forbundet og styret af en enkelt aktuator. Samt formen C betegnes SPDT [2] .

Materialer

Der stilles høje krav til belægningen af ​​overfladen af ​​elektriske kontakter [3] , især i elektriske relæer med et stort antal koblingscyklusser (duty cycles). Ved spændinger over 50 volt og høje strømme dannes der lysbuer. De kan smelte grundmaterialet og fremme overfladeoxidation. Wolframforbindelser er modstandsdygtige over for høje temperaturer, men har en ret høj kontaktmodstand. Guldbelægning leder strøm godt og beskytter mod korrosion, men slides hurtigt.

Til laveffektrelæer (op til ca. 20 ampere) er en sølv-nikkel-legering en god løsning. Til høje belastninger (100 Ampere) anses cadmiumoxid legeret med sølv ( AgCdO ) som det optimale materiale til at forhindre lodning af kontakter . På den anden side kræver RoHS- direktivet , at cadmium udfases, når det er muligt . Et godt alternativ er tinoxid , også legeret med sølv.

Grundlæggende krav til kontaktmaterialet [3] :

Generelt kan kontakter laves fra en bred vifte af materialer. Typiske materialer er [4] [5] :

Klassificering efter sammensætning

Teorien om elektriske kontakter

Et stort bidrag til teorien og anvendelsen af ​​elektriske kontakter blev ydet af Ragnar Holm , en svensk fysiker og forsker inden for elektroteknik [9] [10] .

Makroskopisk glatte og rene overflader er mikroskopisk ru og forurenet med oxider, adsorberet vanddamp og atmosfæriske forurenende stoffer, når de udsættes for luft. Når to metalliske elektriske kontakter berører hinanden, er det faktiske metal-til-metal-kontaktareal lille sammenlignet med det samlede kontaktareal mellem kontakterne. I teorien om elektriske kontakter kaldes et relativt lille område, hvor der løber en elektrisk strøm mellem to kontakter, et a-punkt, hvor "a" står for "ruhed" ( engelsk  asperity ). Hvis et lille a-punkt betragtes som et cirkulært område, og metallets resistivitet er ensartet, så har strømmen og spændingen i metallederen sfærisk symmetri, og en simpel beregning kan relatere størrelsen af ​​a-punktet til modstanden af krydset af en elektrisk kontakt. Hvis der er en metal-til-metal-kontakt mellem elektriske kontakter, så skyldes den elektriske kontaktmodstand, eller ECR (i modsætning til kontaktens grundlæggende metalmodstand), hovedsageligt strømstrømmen gennem et meget lille område, dvs. en pointe. For kontaktpunkter med radier mindre end den gennemsnitlige frie bane for elektroner opstår der ballistisk ledningsevne af elektroner, hvilket fører til et fænomen også kendt som Sharvin-resistens [11] . Kontaktkraft eller tryk øger størrelsen af ​​a-punktet, hvilket reducerer modstanden mod kompression og modstanden af ​​elektrisk kontakt [12] . Når størrelsen af ​​kontakturegelmæssigheder bliver større end den gennemsnitlige frie vej af elektroner, bliver Holm-type kontakter den dominerende transportmekanisme, hvilket resulterer i en relativt lav kontaktmodstand [13] .

Forsvar

Beskyttelse af folket

Kontakter, især kontakter, må ikke udgøre en fare for brugeren (f.eks. elektrisk stød, mekanisk skade). Dette er en klasse, der definerer niveauet for elektrisk beskyttelse.

Kontakter er også opdelt i 2 kategorier:

Deres definitioner udtrykker ikke graden af ​​fugtighed, men oprindelsen af ​​tilstandsændringen. Eksempel: vådkontakt kviksølvrelæ.

Beskyttelse mod eksterne elementer

Kontakter, især kontakter, overholder beskyttelsesstandarden afhængigt af deres anvendelse (fugtigt eller støvet miljø). Dette er beskyttelsesklassen (IP). Denne standard definerer ikke gasbeskyttelse. Men hvis tilstedeværelsen af ​​gas er en begrænsning, er IP68 fuldstændig forseglet [15] .

Vedligeholdelse

Afhængigt af producentens valg indeholder kontakterne mere eller mindre oxiderbare materialer. Klassen af ​​beskyttelse af personer, der er valgt under designet, forpligter til at garantere opretholdelsen af ​​dette sikkerhedsniveau i hele kontaktens levetid. Design og fremstilling skal være designet til at minimere forebyggende vedligeholdelse og opretholde koblings- og ledningskarakteristika.

Den nemmeste metode er at rengøre kontaktfladerne med en stålbørste eller sandpapir. Enheden slukkes og tørres af, indtil oxidet forsvinder.

Forkortelser og skemaer

Forkortelse Ordning
SPST
SPDT
SPCO
SPTT, co
DPST
DPDT
DPCO
2P6T

Se også

Litteratur

Noter

  1. Sådan fungerer relæer | Relædiagrammer, relædefinitioner og relætyper . www.galco.com. Dato for adgang: 13. november 2019.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Afsnit 1.6, Engineers' Relay Handbook, 5. udgave, Relay and Switch Industry Association, Arlington, VA; 3. udgave, National Association of Relay Manufacturers, Elkhart Ind., 1980; 2. udg. Hayden, New York, 1966; store dele af 5. udgave er online her Arkiveret 5. juli 2017. .
  3. 1 2 Elektriske afbryderkontakter, bevægelige og faste  (russisk)  ? . rusvolt.su. Dato for adgang: 13. november 2019.
  4. Elektriske  kontaktmaterialer . PEP Brainin (13. december 2013). Dato for adgang: 13. november 2019.
  5. Elektriske kontakter og kontaktsamlinger | Deringer-Ney Inc.
  6. Sølvkontakter: C.M.W. Electrical Contacts . web.archive.org (6. september 2011). Dato for adgang: 13. november 2019.
  7. Kontakter - Shin-Etsu Polymer Europe BV . www.shinetsu.info Dato for adgang: 13. november 2019.
  8. Wayback-maskine . web.archive.org (14. maj 2012). Dato for adgang: 13. november 2019.
  9. IEEE HOLM-konference . ieee-holm.org. Dato for adgang: 13. november 2019.
  10. 416 (Vem är det: Svensk biografisk handbok / 1969)  (svensk) . runeberg.org. Dato for adgang: 13. november 2019.
  11. Zhai, C. et al. Grænseflade elektromekanisk adfærd ved ru overflader  (engelsk)  // Extreme Mechanics Letters: journal. - 2016. - Bd. 9 . - S. 422-429 . - doi : 10.1016/j.eml.2016.03.021 .
  12. ↑ Elektriske kontakter : Teori og anvendelser  . — 4. — Springer, 1999. - ISBN 978-3540038757 .
  13. Zhai, C.; Hanaor, D.; Proust, G.; Gan, Y. Stress-Dependent Electrical Contact Resistance at Fractal Rough Surfaces  (engelsk)  // Journal of Engineering Mechanics  : journal. - 2015. - Bd. 143 , nr. 3 . — P. B4015001 . - doi : 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000967 .
  14. IEC 60050 - International Electrotechnical Vocabulary - Detaljer for IEV nummer 714-18-10: "vådt kontakt" . www.electropedia.org Hentet: 14. november 2019.
  15. Polina Osokina. Hvad er IP68: ingen fugt og støv . CHIP online magasin. Hentet: 14. november 2019.

Links