Общие свойства контактных устройств

Пример 6.1. Рассчитать переходное сопротивление контактов-деталей контактного устройства со следующими параметрами:

Решение.

Если ограничиться механическими напряжениями, равными модулю упругости материала контактных поверхностей Е, то величину полезной площади контактирования S_кможно оценить по формуле

, мм², (6.1)

где F_к– величина контактного нажатия, Н; Е 8×10⁴Н/мм²– модуль Юнга.

Для оценки величины переходного сопротивления воспользуемся известной формулой для сопротивления проводника:

, Ом, (6.2)

где r – удельное сопротивление проводника, Ом×мм; l – длина проводника, мм; S – площадь поперечного сечения проводника, мм².

Принимая в формуле (6.2) за длину проводника l среднюю высоту микронеровностей h_в, определяемую классом обработки поверхности, а в качестве площади поперечного сечения S – значение полезной площади контактирования S_к, определяемую по формуле (6.9), и вводя поправочный коэффициент пропорциональности 0,17, для расчета величины переходного сопротивления R_пполучим выражение:

, Ом, (6.3)

где r_п – удельное сопротивление материала покрытия контактной поверхности, Ом×мм.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.3), получаем:

Ом.

Ответ. R_п=5,5×10^-3 Ом.

Пример 6.2. Рассчитать переходное сопротивление контактов-деталей при точечном контактировании в контактном устройстве со следующими параметрами:

Решение.

При расчетах переходного сопротивления применяют также другие приближенные формулы, полученные на основе представлений о точечном контактировании поверхностей. Например, для чисто обработан­ной поверхности (h_в= 3,2¼0,8 мкм) значение R_п можно рассчитать по формуле

, Ом, (6.4)

где H_Б– поверхностная твердость контактного металла по Бринелю, Н/мм²; r_п– удельное сопротивление материала покрытия контактной поверхности, Ом×мм; контактное нажатие F_к– в Н.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.4), получаем:

Ом.

Ответ. R_п=5,5×10^-3 Ом.

Пример 6.3. Рассчитать температуру перегрева контактов-деталей в контактном устройстве со следующими параметрами:

Решение.

Нагрев контактов. При протекании тока через КУ в месте контакта происходит дополнительный нагрев. Температура перегрева DТ_поценивается по формуле

, K, (6.5)

где I – ток через контакт, А; R_п– переходное сопротивление, Ом; l_т – теп­лопроводность материала контакта, Вт/м×К; r – его удельное сопро­тивление, Ом×м.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.5), получаем:

К.

Ответ. К.

Пример 6.4. Рассчитать сопротивление R_ш и емкость С искрогасящей цепочки, включенной параллельно контактам-деталям контактного устройства, нагруженного на нагрузку R=1000 Ом и индуктивность L=100 мГн.

Решение.

Для искрогашения обычно используется включение параллельно контактам-деталям искрогасящей цепочки из последовательно соединенных конденсатора С и резистора R_ш. Величина сопротивления резистора

, (6.6)

где L – индуктивность цепи, включенной последовательно с КУ где R – сопротивление нагрузки цепи, а емкость конденсатора.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.6), получаем:

Ом; =10^-7 Ф=0,1 мкФ.

Ответ. Ом; С=0,1 мкФ.

Пример 6.5. Рассчитать коэффициент стоячей волны по напряжению K_стU соединителя с волновым сопротивлением Z₀=50 Ом при значении увеличение волнового сопротивления DZ_o=2 Ом.

Решение.

КСВН характеризует относительное увеличение волнового сопротивления электрического соединителя на высоких частотах:

, (6.7)

где DZ_o – увеличение волнового сопротивления из-за неточности изготовления РЧ-соединителей.

Отклонения размеров основных диаметров, эксцентричность контактов соединителя вызывают отраженную волну, которая взаимодействует с падающей волной. В результате этого при определенных значениях геометрических отклонений и частоты сигнала образуются стоячие волны. При частотах сигнала менее 500 МГц величина КСВН составляет 1,01¼1,1; на более высоких частотах 4¼10 ГГц значение КСВН может достигать 1,2¼1,5. Величина КСВН возрастает при резких перепадах диаметров контактов и в случае сложения волн, отраженных от границ изменения диаметров контактов.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.7), получаем:

Ответ. .

Пример 6.6. Расшифровать условные обозначения следующих электрических соединителей: ОНЦ-БГ-2-45/39-Р11-16; ОНп-ВГ-7-48/94 15-В53-В; ОКП-ВИ-7-61/22 12-Р21.

Решение.

Согласно ГОСТ 17468 условные обозначения НЧ и комбинированных соединителей состоят из буквенных и цифровых элементов.

Первый элемент условного обозначения определяет группу, подгруппу и вид соединителя. Состоит из трех букв, где первые две буквы обозначают группу и подгруппу соединителей. Соединители ручного управления общего назначения низкочастотные напряжением до 1,5 кВ имеют обозначение ОН, а комбинированные ОК. Вид соединителя характеризуется третьей буквой. Цилиндрические соединители обозначаются буквой Ц, прямоугольные буквой П. Стандарт устанавливает большие буквы Ц и П и малые ц и п соответственно для соединителей объемного и печатного монтажа. Соединители ручного сочленения (расчленения) общего назначения низкочастотные до 1500 В цилиндрические для объемного монтажа имеют обозначение ОНЦ, а соединители этой же группы, предназначенные для печатного монтажа, – ОНц. Аналогичным образом обозначаются прямоугольные НЧ-соеди­ни­тели общего назначения напряжением до 1500 В: для объемного монтажа ОНП, а для печатного монтажа ОНп. Соответственно комбинированные соединители обозначаются ОКП и ОКп.

Второй элемент обозначения определяет способ соединения ответных частей соединителей и фиксации сочлененного положения: Б – байонетное (фиксация вилки и розетки в сочлененном состоянии с помощью соединительной гайки, имеющей боковой вырез), Р – резьбовое, В – врубное, С – самозапирающееся, П – с принудительным обжатием контактов, Ж – с винтовой фиксацией сочлененного положения, З – с пружинной фиксацией сочлененного положения, Н – непосредственное сочленение с печатной платой, К – косвенное сочленение с печатной платой.

Габаритные размеры соединителей и их обозначения: Н – нормальных габаритов, Г – малогабаритные, С – субминиатюрные, И – миниатюрные, М – микроминиатюрные, К – супермикроминиатюрные.

Третий цифровой элемент указывает тип соединителя и соответствует порядковому номеру разработки.

Четвертый элемент состоит из цифр, указывающих число контактов в соединителе.

Пятый элемент условного обозначения определяет условный размер частей соединителя (вилки, розетки). Для прямоугольных соединителей указывают длину и ширину через знак ´.

Шестой элемент условного обозначения буквенно-цифровой. Буква определяет часть соединителя: В – вилка, Р – розетка, П – переходник, Г – гибрид, У – униполярный, а цифра соответствует условному номеру типоконструкции (от 1 до 53).

Седьмой элемент, состоящий из цифрового обозначения, определяет номер позиции установки изолятора или поляризующего элемента. Каждый элемент условного обозначения отделяется от соседних знаком тире, а пятый элемент от четвертого дробной чертой.

Часто в условных обозначениях вводится дополнительный элемент (цифровой), указывающий вид покрытия или другую характеристику соединителя. Значения элементов условных обозначений указываются в технических условиях. Номер ТУ или другого документа на поставку указывается в конце условных обозначений. Маркировка соединителей производится на каждой его ответной части. На ней указывается товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение соединителя (вилки и розетки), месяц и две последние цифры года изготовления. Обозначение климатического исполнения маркируется в одной строке в составе условного обозначения через дефис

Ответ. ОНЦ-БГ-2-45/39-Р11-16-В № ТУ – соединитель низкочастотный цилиндрический для объемного монтажа, байонетный, малогабаритный, второго номера разработки, с числом контактов 45, с условным номером 39, розетка кабельная без кожуха (ти­по­конструкция 11), левая (типоконструкция 16), всеклиматического исполнения;

ОНп-ВГ-7-48/94 15-В53-В № ТУ – соединитель прямоугольный низкочастотный общего назначения для печатного монтажа, врубного сочленения, малогабаритный, седьмого номера разработки, 48-контактный, с размерами изолятора (корпуса) 94 15 мм, угловая вилка косвенного сочленения с печатной платой (типо­кон­струкция 53), всеклиматического исполнения;

ОКП-ВИ-7-61/22 12-Р21 № ТУ – соединитель общего назначения комбинированный прямоугольный, с врубным сочленением, миниатюрный, седьмого номера разработки, 61-контактный (60 НЧ-контактов и 1 ВЧ-контакт), с размером корпуса 22 12 мм, розетка типоконструкции 21 (без кожуха).

Пример 6.7. Расшифровать условное обозначение коаксиального электрического соединителя: СР-75-110Ф.

Решение.

Условное обозначение РЧ-соединителей состоит из букв СР или СРГ (для герметичных соединителей), цифр, разделенных дефисом, и буквы. В этих обозначениях первые цифры (50; 75) указывают значение волнового сопротивления, вторые – порядковый номер разработки и вид сочленений: 1¼100 – байонетные, 101¼500 – с резьбовым соединением, 501¼700 – с врубным соединением, буква обоз­начает вид изоляционного материала опорной шайбы (П – полиэтилен, С – полистирол, К – керамика, В – высокочастотный пресс-порошок, Ф – фенопласт).

Ответ. СР-75-110Ф № ТУ – соединитель радиочастотный с волновым сопротивлением 75 Ом, с резьбовым соединением, с изоляционным материалом из фенопласта.

Пример 6.8. Рассчитать чувствительность электромагнитного реле с сопротивлением обмотки R_обм=600 Ом и токе срабатывания I_ср=10 мА.

Решение.

Способность реле переключаться при определенном значении мощности сигнала, подаваемого в обмотку реле. Чувствительность ха­рактеризуется минимальной мощностью Р_ср, подаваемой в обмотку и достаточной для приведения в движение якоря или герметизированных контактов и переключения контактов реле:

, (6.8)

где I_ср(U_ср) – ток (напряжение) срабатывания, А (В), см. ниже; R_обм– сопротивление обмотки, Ом.

1. Подставляя исходные данные в формулу (6.8, получаем:

Вт.

Ответ. Вт

Пример 6.9. Расшифровать условные обозначения герметизированных контактов: МКА-27101; МКС-15101.

Решение.

Условное обозначение геркона состоит из шести элементов. Первый элемент определяет условное наименование геркона: МК – контакт магнитоуправляемый герметизированный. Второй элемент указывает на схему ком­мутации геркона: А – замыкающий; В – размыкающий; С – переключающий; Д – перекидной. Третий элемент Р присутствует только в ртутных герконах. Четвертый элемент указывает на длину геркона в миллиметрах и состоит из двух цифр. Пятый элемент указывает на функциональное назна­чение герконов: 1 – малой и средней мощности; 2 – повышенной мощнос­ти; 3 – мощные; 4 –вы­со­ковольтные; 5 – высокочастотные; 6 – с “па­мятью”, 7 – специальные (с повышенной устойчивостью к воздействующим факторам и характеру нагрузки); 8 – измерительные.

В обозначении могут указываться один или два признака. Герконы, хара­ктеризующиеся двумя признаками, обозначаются двумя цифрами, располагаемыми в порядке возрастания. Герконы, характеризующиеся одним признаком, обозначаются цифрой, после которой добавляется нуль.

Ответ. Геркон МКА-27101 замыкающий, с баллоном длиной 27 мм, малой и средней мощности, первой модификации для применения в коммутационных матрицах и других цепях квазиэлектронных телефонных станций; геркон МКС-15101 переключающий, с баллоном длиной 15 мм, малой и средней мощности, первой модификации.

Пример 6.10. Рассчитать времена срабатывания t_ср и отпускания t_от электромагнитного реле с сопротивлением обмотки R_обм=600 Ом и токе срабатывания I_ср=10 мА.

Решение.

Выражение для времени срабатывания реле имеет вид

, (6.9)

где t = L/R – постоянная времени обмотки при разомкнутых контактах геркона.

Выражение для времени отпускания реле в виде

, (6.10)

где t_п= L_п/R – постоянная времени обмотки при замкнутых контактах геркона.

где k_в – коэффициент возврата реле.

1. Рассчитываем постоянные времени обмоток t и t_п:

c; c.

2. Подставляя исходные данные в формулы (6.9) и (6.10), получаем:

с;

с.

Ответ. с; с.

Пример 6.11. Рассчитать магнитную проводимость раствора контактов-деталей герконового реле при следующих исходных данных

Решение.

Подставляя в соотношение (6.39) значения Ф_dи IN,получаем формулу для расчета величины магнитной проводимости зазора между контактами-деталями:

, Г. (6.40)

5. Для определения минимальных площадей сечения элементов S_min конструкции магнитопровода (сердечника, фланцев, воздушных зазоров) предварительно по формуле S_d = bl_d рассчитаем площадь перекрытия контактов-деталей:

S_d = 0,8×10^–3×0,75×10^–3 = 6×10^–7 м².

Магнитная проводимость раствора контактов-деталей:

Гн.

17. При определении времени отпускания реле предварительно рассчитываем магнитную проводимость зазора G_bв замкнутых контактах:

Гн.

Ответ. Гн;

Пример 6.13. Рассчитать рабочий магнитный поток Ф_р в магнитопроводе герконового реле при следующих исходных данных

Решение.

Величина рабочего магнитного потока в магнитопроводе герконового реле рассчитывается по формуле

, Вб, (6.11)

где 2b 0,01×10^–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; F_к– сила контактного нажатия, Н; S_d = bl_d – площадь перекрытия контактов-деталей, м²; m_o = 4p×10^–7 Г/м – магнитная постоянная; k_см=0,5 - коэффициент симметрии контактов–деталей (при симметричном расположении контактов).

1. По формуле (6.11) определяем величину рабочего магнитного потока Ф_р:

Вб.

Ответ. Вб.

Пример 6.14. Рассчитать МДС срабатывания (IN)_сри рабочую МДС (IN)_ргерконового реле при следующих исходных

Решение.

Для расчета МДС срабатывания (IN)_срреле используется следующее выражение:

, А. (6.12)

где 2b 0,01×10^–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; F_к– сила контактного нажатия, Н; S_d = bl_d – площадь перекрытия контактов-деталей, м²; m_o = 4p×10^–7 Г/м – магнитная постоянная; k_см=0,5 - коэффициент асимметрии контактов–деталей.

11. Из выражения (6.76) рассчитывается МДС срабатывания реле:

12. По формуле (6.77) определяем рабочую МДС реле

(IN)_р= 1,86×27,5 = 51,2 А.

Ответ. А.

Пример 6.15. Рассчитать МДС отпускания (IN)_сргерконового реле при следующих исходных

Решение.

МДС отпускания реле рассчитывается по формуле

, А. (6.78)

где 2b 0,01×10^–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; F_к– сила контактного нажатия, Н; S_d = bl_d – площадь перекрытия контактов-деталей, м²; m_o = 4p×10^–7 Г/м – магнитная постоянная; k_см=0,5 - коэффициент асимметрии контактов–деталей.

1. По формуле (6.78) рассчитываем МДС отпускания реле

Ответ.

Пример 6.16.Рассчитать магнитную проводимость магнитной цепи при следующих исходных данных

Решение.

Величина, обратная магнитному сопротивлению, называется магнитной проводимостью G_ммагнитной цепи:

, Г. (6.37)

Ответ.