APARATURA LACZENIOWA-list2003APARATURA LACZENIOWA-list2003, AiR WIP, III semestr, ENEKT energoelektronika
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki dla studentów WIP Temat: BADANIE APARATURY ŁĄCZENIOWEJ materiały pomocnicze do laboratorium elektroniki, elektrotechniki i energoelektroniki wyłącznie do użytku wewnętrznego przez studentów WIP PW bez prawa kopiowania i publikowania Zakład Trakcji Elektrycznej IME PW 2003 1. Zestyki elektryczne Określenia i podział zestyków Dowolne połączenie w torze prądowym nazywamy zestykiem. Część zestyku należącą do jednego odcinka toru prądowego nazywamy stykiem. Zestyki można podzielić z uwagi na sposób pracy, kształt powierzchni styczności oraz sposób wykonania (budowę). Ze względu na sposób pracy wyróżniamy zestyki: — nierozłączne nieruchome, tj. takie, w których miejsca styczności obu styków nie zmieniają wzajemnego położenia w czasie pracy; zapewnione jest to np. przez skręcenie śrubami, zespawanie lub sprasowanie; — nierozłączne ruchome (ślizgowe), tj. takie, w których miejsca styczności obu styków mogą zmieniać wzajemne położenie bez ograniczenia wartości przewodzonego prądu; — rozłączne bezłukowe, tj. takie, które przewodzą prąd w stanie zamknięcia oraz mogą być rozłączane w czasie kiedy prąd nie płynie, a więc kiedy nie występuje łuk elektryczny; — rozłączne łukowe, tj. takie, które przewodzą prąd w stanie zamknięcia oraz mogą być rozłączane w czasie przepływu prądu, a więc kiedy występuje łuk elektryczny. W zależności od kształtu powierzchni styczności rozróżniamy zestyki: — jednopunktowe, w przypadku styczności np. dwóch kul, kuli z płaszczyzną lub skrzyżowanych dwóch walców; — wielopunktowe, w przypadku styczności dwu płaszczyzn; — liniowe, w przypadku styczności walca z płaszczyzną. Przykłady wymienionych rodzajów styczności podano na rys.1.1. Wobec znacznej liczby możliwych sposobów wykonania (konstrukcji) zestyków podano przykładowo jedynie najczęściej stosowane. Rys.1.1 Przykłady rodzajów styczności : a) punktowa; b) wielopunktowa; c) liniowa Rys.1.2. Zestyk nierozłączny nieruchomy Na rys.1.2 pokazano przykład zestyku nierozłącznego, nieruchomego, skręconego śrubami. Przykład zestyku nierozłącznego ruchomego przedstawia rys.1.3. Jako zestyk rozłączny bezłukowy stosowany jest najczęściej pokazany na rys.4 zestyk tzw. szczękowy. Na rys.1.5 podano przykład zestyku rozłącznego łukowego, zwanego gniazdowym, który składa się z nieruchomego gniazda i ruchomego styku walcowego, zwanego wtykiem. 1 Rys.1.3. Zestyk nierozłączny ruchomy (bezłukowy) J—części nieruchome toru prądowego, 2— część ruchoma toru prądowego (kierunki ruchu oznaczono strzałkami), 3 — rolki prowadzące, 4—sprężyny dociskowe Rys.1.4. Zestyk rozłączny bezłukowy l—część toru prądowego nieruchoma, 2— część toru prądowego ruchoma (obrotowa), 3—oś obrotu, 4—sprężyny dociskowe Rys.1.5. Zestyk rozłączny łukowy l—styk ruchomy (wtyk), 2—styk stały (gniazdo), 3—styczki („lamelki") styku stałego, 4— sprężyny dociskowe, 5—elastyczne połączenie przewodzące Wymagania podstawowe Wymagania stawiane zestykom zależą od rodzaju aparatu lub urządzenia elektrycznego oraz warunków eksploatacji. Podczas pracy zestyku występują w obszarze styczności złożone zjawiska fizyczne i chemiczne jak: — zjawiska związane z przenoszeniem ładunku elektrycznego; 2 — zjawiska związane z korozją powierzchni styczności (np. utlenianie): — erozja elektryczna, związana z obecnością wyładowania elektrycznego w obszarze styków; — erozja mechaniczna, związana z deformacją plastyczną; — wpływy środowiskowe, związane z temperaturą, wilgotnością i zanieczyszczeniami, głównie przemysłowymi. Zjawiska te są przyczyną znacznej zawodności pracy zestyków. Należy mieć na uwadze, że nawet w prostym urządzeniu elektrycznym występuje co najmniej kilka zestyków, a w złożonych układach sterowania może ich być już kilkaset tysięcy. Warunki, które muszą spełniać zestyki, można podzielić na elektryczne, mechaniczne, środowiskowe, niezawodnościowe. Do warunków elektrycznych zaliczamy: — małe straty mocy w zestyku; — małą i stabilną rezystancję przejścia, zwykle rzędu kilkunastu do kilkuset ohmów, przy zmianach w czasie tej wartości rzędu 20—30%; — odporność na erozję od łuku elektrycznego zestyków rozłącznych łukowych (uzyskiwaną przez taką konstrukcję, aby łuk palił się między miejscami wykonanymi z materiału trudno topliwego); — odporność dynamiczną i cieplną na działanie krótkotrwałych prądów przeciążeniowych, a zwłaszcza prądów zwarciowych; — brak lub możliwie mała różnica potencjałów elektrochemicznych w zestyku; — odporność na działanie prądów ciągłych, a w szczególności niewystępowanie temperatur prowadzących do przegrzania otaczającej zestyk izolacji oraz powodujących utratę sprężystości sprężyn dociskowych; jako dopuszczalne przyjmuje się temperatury rzędu 100— 150 °C. Ponadto zestyki układów elektronicznych oraz obwodów pomiarowych i niektórych sygnalizacyjnych: — nie powinny wprowadzać siły termoelektrycznej, zmieniającej sygnał roboczy obwodu; — nie powinny wprowadzać dodatkowych napięć do obwodu od sprzężeń magnetycznych i pojemnościowych, wynikających z niewłaściwego ekranowania; — w obwodach dużej częstotliwości powinny umożliwiać pracę przy częstotliwościach rzędu megaherców i większych. Warunki mechaniczne powinny zapewniać poprawny stan styków przy pracy urządzenia rzędu 10 do 25 i więcej lat. Dla urządzeń elektronicznych przyjmuje się krótszy okres eksploatacji — 12 do 15 lat, przy czasie efektywnej pracy urządzenia do 10 tysięcy godzin. Wymienione warunki co do czasu pracy wymagają: — przyjęcia możliwie małych docisków, spełniających jednakże wymagania elektryczne; należy mieć na uwadze, że zwiększenie docisku zmniejsza niezawodność pracy zestyku przez zwiększenie możliwości uszkodzeń sprężyn i odkształcenia powierzchni styczności; — możliwie małych i stabilnych współczynników tarcia; zmniejszenie tarcia zmniejsza naprężenia w układzie stykowym przy jego otwieraniu lub zamykaniu; — dużej odporności na erozję mechaniczną, występującą przy włączaniu lub wyłączaniu (zamykaniu lub otwieraniu zestyku); należy mieć na uwadze, że dla aparatów elektrycznych wysokiego napięcia wymagana jest trwałość mechaniczna równa 2000 przestawień (włączeń i wyłączeń), dla aparatów niskiego napięcia wartość przestawień dochodzi, zależnie od przeznaczenia aparatów, do setek tysięcy, a dla przekaźników nawet do milionów. Dla zestyków urządzeń elektronicznych wymagana liczba włączeń i wyłączeń określana jest, zależnie od przeznaczenia, jako równa 300, 500, 1000 i 10000; — odporności na drgania i udary; częstotliwość drgań własnych zestyku powinna być znacznie większa niż drgań występujących w pracy urządzenia; udary, określane krotnością ich przyspieszenia w stosunku do przyspieszenia ziemskiego g, nie powinny powodować 3 uszkodzeń mechanicznych i przypadkowych wyłączeń lub włączeń; można podać orientacyjnie, że w transporcie morskim drgania mogą być rzędu do 150 Hz i przyspieszenia do 5 g, w transporcie lotniczym — drgania do 1500 Hz i przyspieszenia 5—10 g, w technice kosmicznej — drgania do 2000 Hz i przyspieszenia do 50 g; sprzęt domowy stacjonarny może mieć wibracje rzędu 50 Hz, natomiast przenośny—do 2000 Hz. Przy eksploatacji zestyków należy mieć na uwadze warunki środowiskowe, jak: — temperaturę, przy czym w warunkach polskich zmienia się ona od —30 do +40°C—dla urządzeń napowietrznych i od—5 do +40°C - dla urządzeń wnętrzowych; — wilgotność, która w urządzeniach wnętrzowych, w klimacie umiarkowanym, w temperaturze powyżej +20 °C dochodzi do 80%; — zawartość zanieczyszczeń przemysłowych, głównie związków z siarką jak S0 2 ; — obecność promieni nadfioletowych, głównie w obszarach nadmorskich lub wysokogórskich. Wymienione czynniki środowiskowe nie występują jednocześnie, jednakże z uwagi na tworzenie wielkooporowych warstw nalotowych na stykach (również zamkniętych) szczególnie niekorzystne jest jednoczesne występowanie podwyższonej temperatury, wilgotności oraz związków z siarką. Niezawodność pracy zestyku określona jest odpornością na działanie wszystkich wymienionych wyżej czynników elektrycznych, mechanicznych i środowiskowych. Rezystancja przejścia zestyku Podstawowym parametrem elektrycznym zestyku jest jego rezystancja przejścia. Od rezystancji przejścia zależy nagrzewanie się zestyku, a więc i dopuszczalny prąd przepływający przez zestyk. W przypadku zestyku istnieje trudność jednoznacznego określenia długości odcinka toru prądowego. Orientacyjnie można przyjąć, że jest ona rzędu kilku do kilkuset µm. Trudność ta nie występuje jednakże praktycznie, ponieważ rezystancja przejścia zestyku jest o kilka rzędów większa od rezystancji materiału odcinka toru prądowego. Dlatego pomierzona rezystancja odcinka toru prądowego z zestykiem w odległości nawet kilku cm od miejsca połączenia (styczności) jest praktycznie równa rezystancji przejścia. Rys.1.6. Powierzchnia styczności z pokazanymi mikronierównościami Na rezystancję przejścia zestyku mają wpływ następujące czynniki: — kształt miejsca styczności, charakteryzujący tzw. rezystancję kształtu; — wpływ warstwy nalotowej, w skład której wchodzi warstwa gazu adsorbowanego na powierzchni styczności oraz warstwa korozyjna związków chemicznych materiału styku z gazem otaczającego środowiska (np. warstwa tlenków, siarczków itp.). 4 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|