Дизайн контактов переключателя

Переключатель может быть сконструирован с любым механизмом, обеспечивающим управляемый контакт двух проводников друг с другом.

Это может быть простое соприкосновение двух медных проводов друг с другом движением рычага или непосредственное соприкосновение двух металлических полос.

Однако хорошая конструкция переключателя должна быть прочной и надежной и не подвергать оператора опасности поражения электрическим током. Поэтому промышленные переключатели редко бывают такими примитивными.

Проводящие части переключателя, используемые для включения и отключения электрического соединения, называются контактами . .

Контакты обычно изготавливаются из серебра или сплава серебро-кадмий, проводящие свойства которого существенно не ухудшаются из-за поверхностной коррозии или окисления.

Золотые контакты демонстрируют лучшую коррозионную стойкость, но имеют ограниченную пропускную способность по току и могут «свариваться в холодном состоянии», если соединены вместе с большим механическим усилием.

Независимо от выбора металла, контакты переключателя управляются механизмом, обеспечивающим квадратный и равномерный контакт, что обеспечивает максимальную надежность и минимальное сопротивление.

Факторы, ограничивающие допустимую нагрузку на контакт переключателя

Такие контакты могут быть сконструированы так, чтобы выдерживать очень большие количества электрического тока, в некоторых случаях до тысяч ампер.

Факторы, ограничивающие допустимую нагрузку на контакт переключателя, следующие:

• Тепло, выделяемое током через металлические контакты (когда они замкнуты).
• Искрение возникает при размыкании или замыкании контактов.
• Напряжение на разомкнутых контактах переключателя (потенциал скачка тока через зазор).

Одним из основных недостатков стандартных переключающих контактов является воздействие на них окружающей атмосферы.

В красивой, чистой среде диспетчерской это обычно не проблема. Однако в большинстве промышленных сред не такие благоприятные условия.

Присутствие в воздухе агрессивных химикатов может привести к разрушению контактов и преждевременному выходу из строя.

Еще более неприятной является возможность регулярного контактного искрения, вызывающего возгорание легковоспламеняющихся или взрывоопасных химикатов.

Переключатели с герметичным контактом

Когда существуют такие экологические проблемы, для небольших переключателей можно рассмотреть другие типы контактов.

Эти другие типы контактов изолированы от контакта с наружным воздухом и поэтому не подвержены тем же проблемам воздействия, что и стандартные контакты.

Меркурийный переключатель

Распространенным типом выключателя с герметичным контактом является ртутный выключатель. Ртуть - металлический элемент, жидкий при комнатной температуре.

Будучи металлом, он обладает прекрасными проводящими свойствами. Поскольку он является жидкостью, его можно привести в контакт с металлическими зондами (чтобы замкнуть цепь) внутри герметичной камеры, просто наклонив камеру так, чтобы зонды находились на дне.

Во многих промышленных переключателях используются небольшие стеклянные трубки, содержащие ртуть, которые наклоняются в одну сторону, чтобы замкнуть контакт, и в другую сторону, чтобы размыкаться.

Помимо проблем, связанных с поломкой трубки и просыпанием ртути (которая является токсичным материалом), а также восприимчивостью к вибрации, эти устройства являются отличной альтернативой открытым контактам переключателя там, где есть проблемы с воздействием окружающей среды.

Здесь ртутный переключатель (часто называемый наклонным переключатель) показан в открытом положении, когда ртуть не контактирует с двумя металлическими контактами на другом конце стеклянной колбы:

Здесь тот же переключатель показан в закрытом положении. Теперь гравитация удерживает жидкую ртуть в контакте с двумя металлическими контактами, обеспечивая электрическую непрерывность от одного к другому:

Контакты ртутного переключателя непрактично строить в больших размерах, поэтому вы обычно найдете такие контакты, рассчитанные не более чем на несколько ампер и не более чем на 120 вольт.

Конечно, есть исключения, но это общие ограничения.

Герконовый магнитный переключатель

Другой тип переключателя с герметичным контактом - это герконовый переключатель. Как и у ртутного переключателя, контакты геркона расположены внутри герметичной трубки.

В отличие от ртутного переключателя, в котором в качестве контактной среды используется жидкий металл, герконовый переключатель представляет собой просто пару очень тонких магнитных металлических полос (отсюда и название «язычок»), которые контактируют друг с другом путем приложения сильного магнитного поля. вне герметичной трубки.

Источником магнитного поля в переключателях этого типа обычно является постоянный магнит, перемещаемый ближе или дальше от трубки с помощью исполнительного механизма. Из-за небольшого размера язычков этот тип контактов обычно рассчитан на более низкие токи и напряжения, чем средний ртутный переключатель.

Однако герконы обычно лучше справляются с вибрацией, чем ртутные контакты, потому что внутри трубки нет жидкости, вокруг которой можно было бы разбрызгиваться.

Схема «Снаббер»

Обычно номинальное напряжение и ток контактов переключателя общего назначения выше для любого данного переключателя или реле, если переключаемая электрическая мощность является переменным током, а не постоянным током. Причина этого - тенденция самозатухания дуги переменного тока через воздушный зазор.

Поскольку ток в линии электропередачи 60 Гц фактически останавливается и меняет направление 120 раз в секунду, существует множество возможностей для ионизированного воздуха дуги потерять достаточно температуры, чтобы прекратить проводить ток, до точки, когда дуга не возобновится при следующем пике напряжения. .

Постоянный ток, с другой стороны, представляет собой непрерывный, непрерывный поток электронов, который имеет тенденцию гораздо лучше поддерживать дугу в воздушном зазоре.

Следовательно, переключающие контакты любого типа подвержены большему износу при переключении заданного значения постоянного тока, чем при переключении такого же значения переменного тока.

Проблема переключения постоянного тока усугубляется, когда нагрузка имеет значительную индуктивность, поскольку при размыкании цепи на контактах переключателя возникают очень высокие напряжения (индуктор делает все возможное, чтобы поддерживать ток в цепи на том же уровне, что и при размыкании цепи). переключатель был замкнут).

Как для переменного, так и для постоянного тока искрение контактов можно минимизировать, добавив «демпферную» цепь (конденсатор и резистор, соединенные последовательно) параллельно контакту, например:

Внезапное повышение напряжения на переключающем контакте, вызванное размыканием контактов, будет сдерживаться зарядным действием конденсатора (конденсатор противодействует увеличению напряжения за счет потребления тока).

Резистор ограничивает количество тока, который конденсатор разряжает через контакт, когда он снова замыкается. Если бы резистора не было, конденсатор мог бы фактически сделать искрение во время замыкания контакта хуже, чем искрение во время размыкания контакта без конденсатора!

Хотя это добавление к схеме помогает уменьшить контактную дугу, оно не лишено недостатков:главным соображением является возможность неисправной (закороченной) комбинации конденсатор / резистор, обеспечивающей постоянный путь для электронов, проходящих через цепь, даже когда контакт открыт и ток нежелателен.

Необходимо учитывать риск этого отказа и серьезность возникающих последствий с учетом повышенного износа контактов (и неизбежного выхода из строя контактов) без демпферной цепи.

Использование демпферов в цепях переключателя постоянного тока не является чем-то новым:производители автомобилей годами делали это в системах зажигания двигателей, сводя к минимуму искрение в «точках» контактов переключателя в распределителе с помощью небольшого конденсатора, называемого конденсатором .

Как вам скажет любой механик, срок службы «точек» дистрибьютора напрямую зависит от того, насколько хорошо работает конденсатор.

Ток смачивания

При всей этой дискуссии, касающейся уменьшения дугового разряда контактов переключателя, можно было бы подумать, что меньший ток всегда лучше для механического переключателя.

Однако это не обязательно так. Было обнаружено, что небольшое периодическое искрение может быть полезно для контактов переключателя, поскольку оно защищает контактные поверхности от небольшого количества грязи и коррозии.

Если механический переключающий контакт работает со слишком малым током, контакты будут иметь тенденцию к накоплению чрезмерного сопротивления и могут преждевременно выйти из строя!

Это минимальное количество электрического тока, необходимого для поддержания контакта механического переключателя в хорошем состоянии, называется током смачивания . .

Обычно номинальный ток смачивания переключателя намного ниже его максимального номинального тока и намного ниже его нормальной рабочей токовой нагрузки в правильно спроектированной системе.

Однако есть приложения, в которых может потребоваться механический переключающий контакт для регулярной обработки токов ниже нормальных пределов тока смачивания (например, если механический селекторный переключатель должен размыкать или замыкать цифровую логическую или аналоговую электронную схему, где значение тока чрезвычайно мало. ).

В таких случаях настоятельно рекомендуется использовать позолоченные переключающие контакты. Золото - это «благородный» металл, и он не подвержен коррозии, как другие металлы.

В результате такие контакты имеют чрезвычайно низкие требования к току смачивания. Обычные контакты из серебра или медного сплава не будут обеспечивать надежную работу при использовании в такой слаботочной среде!

ОБЗОР:

• Части переключателя, отвечающие за включение и отключение непрерывной цепи, называются «контактами». Обычно из коррозионно-стойкого металлического сплава контакты соприкасаются друг с другом с помощью механизма, который помогает поддерживать правильное выравнивание и расстояние между ними.
• В ртутных выключателях в качестве подвижного контакта используется кусок жидкой металлической ртути. Ртутный контакт запечатан в стеклянной трубке и изолирован от внешней среды, что делает этот тип переключателя идеально подходящим для атмосфер, потенциально содержащих взрывоопасные пары.
• Геркон - это еще один тип устройства с герметичным контактом, контакт осуществляется двумя тонкими металлическими «язычками» внутри стеклянной трубки, соединенными друг с другом под действием внешнего магнитного поля.
• Переключающие контакты подвергаются большему давлению при переключении постоянного тока, чем переменного тока. Это в первую очередь связано с самозатуханием дуги переменного тока.
• Сеть резистор-конденсатор, называемая «демпфер», может быть подключена параллельно переключающему контакту, чтобы уменьшить искрение контактов.
• Ток смачивания это минимальное количество электрического тока, необходимого для прохождения переключающего контакта для его самоочистки. Обычно это значение намного ниже максимального номинального тока переключателя.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица переключателей