 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Значения напряжения размягчения
Тема 3 Электронные компоненты Лекция № 8 Тема лекции: Коммутационные устройства.
План лекции:
Тема 3 Электронные компоненты
Коммутационные изделия.
Для характеристики KУ используются следующие параметры. Чувствительность — минимальная величина входного параметра, при котором происходит скачкообразное изменение выходного параметра (замыкание или размыкание контактов, у бесконтактных — изменение проводимости). В зависимости от вида входной величины, на которую реагируют КУ, чувствительность может оцениваться величиной тока, напряжения, мощности, механической силы, светового потока, магнитного поля и т.д. Время срабатывания — характеризует быстродействие устройства. Оно отсчитывается с момента подачи сигнала на вход до появления сигнала на выходе. Время, отсчитываемое с момента прекращения действия управляющего сигнала до появления соответствующего сигнала (скачкообразного изменения) на выходе, является временем отпускания. Максимальное значение коммутируемой мощности — произведение максимально допустимых значений напряжения и тока при данном напряжении. Если исполнительная система КУ коммутирует несколько цепей, то вводят понятие суммарной коммутируемой мощности. Частота срабатываний (коммутаций) — число срабатываний КУ в единицу времени. Коэффициент усиления (называемый иногда коэффициентом управления) определяется отношением мощности на выходе к мощности управления. Входное сопротивление — определяет возможность согласования устройства с источником сигналов управления и чаще всего приводится в виде активного (например, для сопротивления обмотки электромагнитных реле) или комплексного сопротивления. Электроизоляционные свойства КУ характеризуются сопротивлением и электрической прочностью изоляции между токоведущими цепями, а также корпусом. Сопротивление коммутирующих элементов зависит от принципа коммутации и вида используемых элементов. Для контактных КУ — это активное сопротивление замкнутых контактов, для полупроводниковых —внутреннее сопротивление прибора в открытом состоянии, для магнитных — индуктивное сопротивление переменному току и т.д. При работе электрического контакта происходят весьма сложные физические процессы, которые имеют различия при их замыкании и размыкании [37]. Режим замыкания. При уменьшении расстояний между контактами до 10 мкм наблюдается процесс газоразряда, причем напряжение зажигания газа между контактами определяется по закону Пашена. При меньших расстояниях этот закон нарушается. Указанная граница соответствует нескольким длинам свободного пробега молекул в воздухе при нормальном давлении. Поэтому электроны могут пересекать контактный зазор без столкновения с молекулами газа. Напряженность электрического поля при замыкании контактов возрастает по закону E=U/d, где Е — напряженность электрического поля; U — коммутируемое напряжение; d — расстояние между контактами. При напряженности поля около Короткая дуга разогревает анодный контакт и вызывает перенос материала на катодный контакт. Непосредственно перед соприкосновением контактов образуется жидкий контактный перешеек и напряжение в течение -10 нс скачком падает до долей вольта. При дальнейшем сближении контактов площадь соприкосновения возрастает, переходное сопротивление контактов падает и, следовательно, падает также и температура. Контактный перешеек застывает, однако легко разрывается при нормальных нагрузках в процессе размыкания контактов. Режим размыкания. В процессе размыкания контактное нажатие уменьшается, поверхность соприкосновения микрошероховатостей становится меньше, плотность тока и переходное сопротивление повышаются. В течение достаточно короткого времени напряжение на контактах увеличивается от нескольких милливольт до 0,5...15 В. Во время этой части процесса размыкания места соприкосновения металлических контактов плавятся, затем они разрываются при достижении температуры кипения металла контактов. В этот момент напряжение на контактах скачкообразно (в течение примерно 10 нс) повышается до напряжения горения короткой дуги, причем время ее горения значительно больше, чем при замыкании. По этому в режиме размыкания контакты разрушаются больше, чем при замыкании. При работе электрических контактов на силовые нагрузки, характерные для электротехнической аппаратуры, короткая дуга может перейти в обычную, плазменную дугу. В этом случае изменяется направление переноса материала контактов (с катода на анод), а при разрыве жидких контактных перешейков и при короткой дуге перенос происходит с анода на катод. Переключатели Для коммутации сигнальных, силовых и других электрических цепей в аппаратуре широко применяются электромеханические переключатели. Основными элементами переключателей являются одна или несколько пар контактов и механический узел, который позволяет замыкать и размыкать контакты. Переключатели классифицируют: 1) по величине коммутируемой мощности - малой (не более 60 В-А), средней (от 60 до 500 В-А), большой (более 500 В-А); 2) по роду коммутируемого тока - для постоянного, переменного и т. п.; 3) по схеме коммутации; 4) по характеру переключения - с разрывом или без разрыва цепи; 5) по конструкции - клавишные, барабанные и др.; 6) по исполнению - обычные, тропические; 7) по габаритам - нормальные, малогабаритные. К переключателям в зависимости от вида РЭА предъявляются многочисленные и самые разнообразные требования: электрические, механические, климатические, требования к надежности, долговечности, сохранности и т. п. В электрической схеме РЭА переключатели должны оказывать минимальное воздействие на сигналы, передаваемые по коммутируемым цепям. Для этого они должны иметь: 1) необходимую схему коммутации, которая оценивается числом направлений Н и положений П каждого направления. На рис. показаны схемы переключателей различного типа; 2) низкое и стабильное переходное сопротивление, которое зависит от конструкции контактов, контактного усилия, материалов и т. д.; 3) малую емкость между контактами и малые потери в ней (в высокочастотных переключателях емкость не должна превышать 0,5 ... 3 пФ); 4) максимальное сопротивление изоляции между контактами (обеспечивается выбором конструкции и изоляционных материалов); 5) контакты переключателей не должны создавать гальванической пары. Для этого необходимо подбирать материалы контактов с минимальной разностью электродных потенциалов; 6) переключатели должны обеспечивать коммутацию заданных токов без перегрева контактов и разрушения изоляции. Допустимое значение тока через замкнутые контакты и напряжение на разомкнутых контактах, при которых гарантируется нормальная работа переключателя, определяют мощность контактов. На переходное сопротивление большое влияние оказывает наличие кислорода или других газов, вызывающих окисление поверхности контактов. Окисленная пленка имеет большее удельное сопротивление, чем металл, а во многих случаях вообще не является проводником.
Контакты, применяемые в различных переключателях, можно разделить на прижимные, притирающиеся и врубающиеся (рис. .2). Замыкание в контактах прижимного типа осуществляется приближением и прижатием контактных поверхностей. Прижимные контакты очень чувствительны к загрязнениям и окислам на поверхности. Образующаяся в момент разрыва дуга или искра вызывает окисление той части поверхности, которая затем будет замкнута. Для устранения этого недостатка контакты устанавливают на упругих пружинах
А) прижимные Б)притирающиеся В)врубающиеся При замыкании происходит некоторое взаимное скольжение соприкасающихся точек контактов, что приводит к зачистке поверхности контактов и удаляет место контактирования от места разрыва. Притирающиеся и врубающиеся контакты обеспечивают эффективное разрушение пленки окислов и удаление грязи с контактных поверхностей. Однако такие методы самоочистки приводят к значительному механическому износу контактов. Переходное сопротивление понижается с ростом контактного усилия (рис.3) и определяется выражением
где n - коэффициент, зависящий от формы контакта (для точечного контакта n = 0,5; для линейного n = 0,5 ... 0,7; для плоского n =. 1); К - коэффициент, зависящий от материала и чистоты поверхности контактов (для медных очищенных и луженых неочищенных контактов К = (1 … 3)·10-4; для посеребренных контактов К = 0,6·10-6; для латуни К = 3·10-4; для алюминия К = 8·10-4)
Рис.3. Зависимость контактного сопротивления от контактного усилия: 1 - никель - никель; 2 - медь - медь; 3 - серебро - серебро.
Переходное сопротивление зависит также от приложенного напряжения. Это особенно существенно при коммутации сигналов малых уровней (микро- и милливольты). При таких напряжениях окисная пленка на поверхности контактов не пробивается. Поэтому для контактов выбирают неокисляющиеся материалы (золото, платину). Обычно переходное сопротивление в новых переключателях не должно превышать 0,01 Ом; после заданного количества переключений допускается возрастание RK до 0,03 Ом. Нестабильность может колебаться в пределах 20 ... 30%. Механические параметры должны обеспечивать работоспособность переключателя в течение определенного числа переключений или заданного срока эксплуатации. Для этого механическое устройство переключателя должно обеспечивать: 1. Стабильное контактное усилие, необходимое для создания достаточной площади касания контактов, разрушения окисной пленки и удаления твердых посторонних частиц с поверхности самозачищающихся контактов. Стабилизация контактного усилия достигается снижением механических напряжений в опасном сечении и применением для упругих элементов материалов с высокими допустимыми напряжениями. При выборе контактных усилий исходят из минимально допустимого падения напряжения Up на контакте, при котором наступает размягчение материала. Опытные значения напряжения размягчения Up приведены в табл. 7.1. Для предотвращения перегрева и быстрого разрушения контакта падение напряжения на нем не должно превышать допустимой величины
Таблица 7.1 Значения напряжения размягчения
В радиотехнических устройствах минимально допустимое усилие для неокисляющихся контактов (серебро, золото) составляет примерно 0,50 Н. Меньшие контактные усилия приводят к уменьшению надежности контакта и увеличению контактного сопротивления. 2. Четкость фиксации. Для предотвращения самопроизвольного движения подвижной системы в конструкцию переключателя вводят фиксирующее устройство. Качество работы фиксатора определяется отношением момента, необходимого для вывода переключателя из фиксированного положения, к минимальному моменту, достаточному для движения переключателя в промежуточном положении. Это отношение должно быть не менее 2,5 ... 3. 3. Повторяемость геометрического положения контактов. Неповторяемость приводит к нестабильности реактивных параметров контактного устройства. Наиболее стабильными по реактивным параметрам являются переключатели с точечными притирающимися контактами из серебра, золота и платины. 4. Высокую износоустойчивость контактов и несущих элементов. 5. Виброустойчивость. Высокая виброустойчивость обеспечивается жесткостью конструкции и прочностью применяемых материалов. Влияние климатических факторов на переключатели весьма разнообразно и зависит от вида аппаратуры и условий ее эксплуатации. Поэтому контакты переключателей должны иметь высокую теплопроводность, коррозионную стойкость на воздухе и в корродирующих средах. Материалы изоляторов должны иметь высокие электроизоляционные характеристики. |
3 108 В/м возникает автоэлектронная эмиссия электронов с поверхности катодного контакта, которая образует короткую дугу. Эта дуга является бесплазменной и характеризуется независимостью напряжения горения от величины протекающего тока. При наличии пленок на контактах короткая дуга возникает при меньшей напряженности электрического поля.
. (7.2)