Что такое коммутационные устройства?

Коммутационными называют устройства, которые осуществляют механичное соединения и разъединения электрических цепей. Коммутационные устройства предназначены для коммутации электрических кругов. Коммутационные устройства классифицируют по нескольким признакам, в частности по назначению, по количеству контактных пар, по частоте, по напряжению, по мощности и т. д.

По назначению коммутационные устройства делят на неразъемные — предназначены для постоянного соединения или чрезвычайно редкого разъединения электрических цепей (соединение сваркой, пайкой, склеиванием, накруткой и т.п.); разъемные — предназначены для периодического соединения и разъединения электрических цепей (разъемы, панели и т.д.); скользящие — предназначены для постоянного соединения электрических цепей через элементы, которые перемещаются относительно друг друга; разрывные — предназначены для периодического соединения и разъединения электрических цепей с током (выключатели, переключатели, реле, герконы). По количеству контактных пар различают коммутационные устройства: одноконтактные, которые имеют одну контактную пару, двухконтактные, которые имеют две контактные пары и много-контактные, которые имеют много контактных пар. По частоте коммутационные устройства делят на низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По накалу их разделяют на низковольтные и высоковольтные. Классификация по мощности предусматривает разделение коммутационных устройств на маломощные и мощные.

Многие названных выше видов коммутационных устройств делятся еще на подвиды. Так, например, переключатели по способу управления делятся на переключатели с ручным и электромеханическим управлением, а последние, в свою очередь, на электромагнитные переключатели и переключатели, управляемые электро двигателями. Выключатели также делятся на те, которые выключаются механически и с помощью магнитного поля (герконы). По способу осуществления контакта выделяют стыковые и врубной выключатели и переключатели.

Условные изображения и обозначения. Примеры условных обозначений коммутационных устройств в схемах показано на рис. 1.1.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.1. Условные изображения коммутационных устройств в схемах: 1- выключатель однополюсный; 2 — размыкательный контакт; 3 — штырь; 4 — гнездо; 5 — переключатель однополюсный

Условные обозначения коммутационных устройств состоят из букв и цифр, которые указывают на их конструктивные и параметрические особенности. Например, МРН14-1 означает компактный разъем, низкочастотный, 14 контактов, вариант исполнения — 1.

Строение. Коммутационные устройства содержат такие элементы конструкции (рис. 1.2-1.7):

— Контактную пару, предназначенную для осуществления контакта между электрическими кругами;

— Пружину, которая обеспечивает определенное контактное усилие;

— Изоляционную основу, на которой крепятся контакты и которая изолирует их друг от друга;

— Элементы перемещения и фиксации контактов;

— Элементы защиты контактов от атмосферного воздействия;

— Элементы крепления в аппаратуре;

— Выводы, которые обеспечивают электрическое соединение контактных устройств с аппаратурой.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.2. Конструктивные элементы переключателей со стыковыми контактами: а — с кулачком 1, который прижимает контакт 2; б — с кулачком 1, который оттесняет контакт 2; в — с кулачком 1, который оттесняет и прижимает контакты 2 от контактов 3; 4 — контактная пружина

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.3. Геркон: 1 — стеклянная колба; 2 — впаяны в колбу ферромагнитные пружины; 3 — золотые стыковые контакты; 4 — катушка

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.4. Общий вид переключателя барабанного типа с стыковыми контактами

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.5. Конструктивные элементы переключателей с врубными контактами: а — контактная пара плоскость сфера: 1 — нож, 2 -сферичные контактные пружины, 3 — изоляционная основа; б — контактная пара плоскость сфера: 1 — неподвижный контакт, 2 — подвижная телефоная дорожка; в — контактная пара сфера-плоскость: 1 — серебряные покрытия контактов 3 и 4, 2 — место контакта

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.6. Соединение вилок с розетками: а — резьбовое; б — резьбовое в разрезе; в — байонетное

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.7. Внешний вид соединителей с врубными контактами: а — и с замком б — многоконтактные с плоскими штырями

Работа. Действуя тем или иным способом на элементы контактной пары (например, штырь и гнездо), можно их соединить, то есть осуществить между ними электрический контакт и тем самым обеспечить соединение подключенных к ним электрических цепей. Протекания тока через соединенную контактную пару обеспечивает металлическая проводимость в тех местах контакта, в которых атомы сблизились до расстоянии около единиц ангстрем, обеспечивающими слышат непосредственный переход через него свободных электронов. Для такого сближения атомов в контакта необходимо приложить определенное контактное усилия  которое деформирует выступления, вытесняет с зоны контакта адсорбированные пленки, разрушает пассивирующие покрытия. Необходима его величина
зависит от конструкции контактных устройств и может изменяться в пределах от десятков граммов до десятков килограммов. Чрезмерное увеличение контактного усилия нежелательно, так как ускоряет износ контактов (рис. 1.8).

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.8. Влияние контактного усилия Qк на износ контактов

Особенно быстрым износа является тогда, когда на поверхности контактов являются абразивные материалы. Чтобы предотвратить это, коммутационные устройства герметизируют. В тех местах, в которых на поверхностях контактной пары есть тонкие (~ 1 … 20 А) пленки химических соединений, электропроводность осуществляется в результате туннельного или фритингового эффектов. Туннельная электропроводность обеспечивается электронами, которые имеют энергию, меньшую высоты потенциального барьера, созданного пленкой химических соединений, а фритингова проводимость возникает вследствие электрического пробоя тонких диэлектрических пленок. Элементарные расчеты по формуле Е =U/d показывают, что при толщине диэлектрической пленки d = 1 А и напряжения на ней U, равной всего 1 В, напряженность электрического поля Е достигает 108 В/см, которая соизмерима с электрической прочностью многих диэлектриков.

Металлы имеют неодинаковую способность к пассивации. Такие, как золото, платина, палладий при нормальных условиях вовсе не покрываются пассивирующими пленками, поэтому их с успехом используют для изготовления маломощных стыковых контактов. В отличие от них серебро, медь, вольфрам, никель в нормальных условиях покрываются пассивирующими покрытиями различной толщины. Учитывая это они непригодны для коммутации маломощных электрических цепей с стыковыми контактами, но зато могут применяться для изготовления мощных коммутационных устройств с врубными контактами, которые используют большие контактные усилия и коммутируют большие токи и напряжения.

Кроме контактного усилия, абразивных материалов, адсорбированных и пассивирующих пленок на работу контактных устройств влияет перегрев контактов. Различают две зоны перегревания: перегрев точек контакта %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и перегревания тела контакта %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. Перегрев точек контакта можно оценить с помощью выражения %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где I — ток через контакт, Rn — его переходное сопротивление; р — удельное электрическое сопротивление материала контакта; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — его теплопроводность.

Перегрев тела контакта %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 можно определить так:%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где D — диаметр тела контакта; К — коэффициент теплопередачи с поверхности, длина которой 1 см.

Результивную температуру в точках контакта Т определяют по формуле%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где Тс — температура окружающей среды.

Перегрибання точек контакта способствует образованию пассивирующих покрытий и вызывает изменение переходного сопротивления контакта, которую можно оценить по выражению:%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где а — температурный коэффициент сопротивления материала контакта; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — переходное сопротивление при температуре точек контакта; Rn — переходное сопротивление по нормальной температуре.

По еще больших токов и напряжений (сотни миллиампер, сотни вольт) при коммутации электрических цепей возникает дуга, которая является результатом ионизации газового промежутка. Она особенно опасна при размыкании контактов, поскольку ее продолжительность больше, чем при замыкании. В результате действия дуги контакты плавятся, а материал с положительного контакта переносится на негативный, что вызывает эрозию.

Условие дуго образования может быть записано так:%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9— минимальные значения напряжения и тока дуги; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — коэффициент, зависящий от скрытой теплоты испарения материала контактов; U и I — напряжение и ток в цепи.

На рис. 1.9 показаны участки образования дуги для некоторых металлов.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.9. Области дуго образования металлов

Чтобы ослабить негативное влияние дуги на контакты, им часто предоставляют специальную форму (рис. 1.10).

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.10. Специальная форма стыковых контактов, предназначена для ослабления влияния дуги

На работу коммутационных устройств существенно влияют также электрические процессы. При малых токов и напряжений (микроамперы и микровольт) воздействием электрических процессов на работу коммутационных устройств можно пренебречь. При больших токов и напряжений (миллиампер и милливольт) при размыкании контактов возможно образование мостиковых эрозий. Через шероховатость поверхности при размыкании контактов все больше контактных точек перестают контактировать, а плотность тока в точках контакта достигает %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. Мощность, которая выделяется, вызывает плавление контактных точек, которое сопровождается их удлинением и образования мостиков. В табл. 1.1 для некоторых металов приведено напряжения, при котором возникает мостовая эрозия.

Напряжения возникновения мостовых эрозии

Метал U В Т  °С
Алюминий 0,3 658
Серебро 0,35 960
Золото 0,45 1063

Свойства. Стыковые контакты, конструкция и общий вид которых приведены на рис. 1.2-1.4, имеют следующие особенности:

а) минимально возможное относительное перемещение контактных пар

б) возможность применения малых контактных усилий (<100 г на одну контактную пару)

в) простота механизма переключения.

Материалами у них есть благородные металлы (золото, палладий и их сплавы). Конструкции переключателей со стыковыми контактами позволяют коммутировать большое количество электрических цепей, применять электромеханические и ручные механизмы переключения.
Недостатками их необходимость использовать благородные металлы и трудности, связанные с защитой от внешних воздействий.

Врубные контакты, конструкция и общий вид которых приведены на рис. 1.5-1.7, применяют, если нецелесообразно или невозможно применять стыковые контакты (экономическая нецелесообразность использования благородных металлов, сложность с защитой от внешних воздействий). Материалами врубных контактов является медь, серебро и их сплавы. Чтобы устранить пассивирующие покрытие, в врубных контактов прикладывают сравнительно большие контактные усилия (> 100 г контакт).

Коммутационные устройства описывают статическими вольтамперными характеристиками, которые выражают зависимость тока через контакт от приложенному к нему напряжению. В идеале статические вольт-амперные характеристики коммутационных устройств должны быть линейными (рис. 1.11, прямые 1,2), поскольку линейность обеспечивает неискаженную передачу электрических сигналов.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9Рис. 1.11. Статические вольт-амперные характеристики коммутационных устройств: 1, 2 — линейные, которые соответствуют разному переходному сопротивлению контакта; 3 — нелинейная

Линейность вольт-амперных характеристик коммутационных устройств обеспечивается металлической электропроводностью контактов, при которой их контактное сопротивление, что в основном определяется переходным сопротивлением контактов, является постоянной величиной, не зависит от приложенного напряжения (рис. 1.12, прямая 4).
При наличии в коммутационных устройствах туннельной или фритинговой электро-проводимостей, которые возникают в результате образования на поверхностях контактов тонких диэлектрических пленок, переходное сопротивление зависит от напряжения (рис. 1.12, кривые 1, 2, 3).
Изменчивость переходного сопротивления вызывает возникновение на ВАХ характеристиках контактов нелинейных участков.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.12. зависимость удельного переходного сопротивления контакта от напряжения: 1, 2, 3 — с наличиям на контактных поверхностях диэлектрических пленок, толщина которых 20А, 10 А, 5 А соответственно; 4 — поотсутствии диэлектрических пленок

Коммутационные устройства характеризуются следующими параметрам: контактным сопротивлением %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 температурным коэффициентом и коэффициентом старения контактного сопротивления
%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9; максимальным током и напряжением %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 минимальный ток и напряжением дуги %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9; минимальным напряжением %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, электродвижущей силами тепловых и токовых шумов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9; износостойкостью %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 паразитными индуктивностью и емкостями %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 надежностью, которая оценивается по %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9-характеристиками или предельным контактным усилием %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Контактное сопротивление является основным параметром контактных устройств. Именно его чаще всего приводят в технической документации. На постоянной частоте его значение обусловлено переходным сопротивлением контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и сопротивлением материала контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, то есть

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

На высоких частотах на %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 дополнительно влияют паразитная емкость и индуктивность коммутационного устройства, обусловленные его конструкцией. Переходное сопротивление контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, в свою очередь, включает в себя сопротивление, обусловленное металлической проводимостью, туннельным и фритинговимы эффектами, эффектом взимания токовых линий к контактным точекам. По его величину в значительной степени влияет контактное усилие %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. Точные его расчеты сложные и трудоемкие, поэтому в инженерной практике для его оценки часто пользуются эмпирическими формулами, одна из которых имеет следующий вид:

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — предел текучести материала контактов при сжатии; n — количество участков, что контактируют. По выражению видно, что переходное сопротивление контакта %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 обратно пропорционален %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. Объясняется это тем, что при нажатии на контакты сначала происходит прикосновение высоких микровыступов, которые обычно покрыты газовой оболочкой или пассивирующей пленкой. Из-за малой площади соприкосновения даже при сравнительно небольших усилиях (10 … 50 г) давление в точках соприкосновения достигает нескольких Паскалев. Толщина газовых оболочек уменьшается до нескольких
ангстрем, а микровыступы пластически деформируются, увеличивая фактическую площадь контакта и соответственно уменьшая его переходное сопротивление. Температурную зависимость контактного сопротивления определяет температурная зависимость обоих его составляющих. Приближенно %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 может быть рассчитан по известной формуле для температурной зависимости сопротивлений

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — сопротивление контакта при температуре; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — перепад температуры. Максимальные токи и напряжения контакта на постоянной частоте определяются токами и напряжениями образования дуги. На переменной частоте максимальные токи и напряжения обусловленные допустимым перегревом чуствительных к теплу элементов контактного устройства.
Минимальное напряжение %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 тип определяется тем наименьшем напряжением контактного устройства может преодолеть сопротивление адсорбированных и пассивирующих пленок и обеспечить протекание тока.
Тепловой шум коммутационного устройства определяют тепловые флуктуации направленного движения свободных электронов. Электродвижущая сила теплового шума %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 не зависит от материала контакта, а зависит от его температуры %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и сопротивления %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где К — постоянная Больцмана; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — полоса частот.

Токовый шум коммутационных устройств обусловлен флуктуациями свободных электронов на дефектах контактных поверхностей тела контакта. Электродвижущая сила токовой контактной шума %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 прямо пропорциональна приложенного к контакту напряжения U:

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — коэффициент пропорциональности.
Коммутационные устройства в замкнутом и разомкнутом состояниях описываются различными схемами замещения. В замкнутом состоянии схема замещения имеет четыре основные элементы (рис. 1.13): переходное сопротивление контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 сопротивление материала контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, паразитной индуктивности %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9и паразитной емкость относительно земли %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.13. Схема замещения коммутационных устройств в замкнутом состоянии

В разомкнутом состоянии схема замещения содержит пять основных элементов (Рис. 1.14): сопротивление изоляции %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, емкость разомкнутых контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, сопротивление материала контактов %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, паразитной индуктивности %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и паразитной емкость контакта относительно земли %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 1.14. Схема замещения коммутационных устройств в разомкнутом состоянии

Износостойкость коммутационных устройств определяется устойчивостью к механического износа контактных поверхностей. Она обусловлена количеством снятого контактного материала за определенное количество переключений. Паразитные индуктивность и емкости контактных устройств %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9, %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 зависят от их конструкции. Они определяются экспериментально и составляют величины около единиц мкГн и пФ, влияют на работу только на высокой частоте.

Важным параметром коммутационных устройств является их надежность. Оценивать ее с помощью %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 -характеристик не всегда правомерно. Объясняется это тем, что их использование обусловлено рядом условий:
— Интенсивность отказов стала во времени;
— Поток отказов имеет пуассоновский характер;
— Отказ обусловленные случайными причинами;
— Старение или износ отсутствуют;
— Случайное время до отказа распределяется по экспоненциальному закону.

В коммутационных устройствах эти условия часто не соблюдаются. Одной из причин является износ контактных поверхностей, которое приводит к тому, что поток отказов очень отличается от пуассоновского, а %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9-характеристики зависят как от времени, так и от количества переключений, которая однозначно со временем не связана.
Второй причиной несоблюдения отмеченных условий является то, что причины отказа коммутационных устройств не всегда случайны. К ним относятся ослабление контактного усилия из-за старения пружины, коррозия контактных поверхностей, их эрозия и тому подобное. Учитывая это %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9-характеристики применяют для оценки надежности только тех коммутационных устройств, которые редко коммутируются. В таком случае при вероятности безотказной работы Р за время t определяют из выражения:

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Для оценки надежности коммутационных устройств, которые часто переключаются, используют предельные контактные усилия %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. Тогда вероятность безотказной работы зависит не от времени, а от количества переключений, которая влияет на %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 и определяется по выражению:

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

где %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — функция распределения контактного усилия; %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 — предельное контактное усилие.

Применение. Различают четыре основные сферы применения коммутационных устройств.

1. Применение коммутационных устройств как коммутаторов для включения электрических цепей и их переключения при работе аппаратуры. Типичными
примерами могут быть переключатели диапазонов, кругов и режимов, их характерной особенностью является многократное переключение (103 … 105 раз) при работе
аппаратуры, то есть при наличии токов и напряжений.

2. Использование коммутационных устройств как разъемов и соединителей, что обусловлено разделением электронной аппаратуры на блоки, которые часто находятся в разных местах объекта. Во время работы аппаратуры они не коммутируются, а количество электрических соединений не превышает 500. Поэтому они разрушаются меньше чем переключатели.

3. Применение коммутационных устройств в виде неразъемных соединений, которые формируются при сборе и монтажа аппаратуры методами сварки, пайки, склеивания, накрутки и тому подобное.

4. Использование в качестве скользящих контактов, которое обусловлено необходимостью непрерывного контакта с подвижным элементом конструкции. В таком случае важно обеспечить постоянство контакта и минимизацию его шумов. При переходе к интегрированной элементной базы количество контактов уменьшается в основном за счет паяных соединений между дискретными элементами,
соединений накруткой, а также частичной замены переключателей, реле, герконов оптоэлектрическими и твердотельными коммутаторами.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*