Контактное соединение для сильноточных цепей

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение надежности путем стабилизации переходного сопротивления в процессе эксплуатации. Соединение содержит контактные элементы 1, каждый из которых имеет V-образный паз. Поверхность 2 паза выполнена перпендикулярной ,а поверхность 3 - наклонной к продольной оси 4 контактного элемента 1. Между поверхностями 2 имеются иэолирую

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}5 Н 01 R 4/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л ж хл

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« (21) 4688033/07 (22) 30.03.89 (46) 23,10.91. Бюл.¹39 (71) Харьковский политехнический институт. им. В.И.Ленина (72) Л.В.Автономова, Ю.А.Литвиненко, Ю.Ф.Сергеев и B.Ë.Õàâèí (53) 621.315 (088.8) (56) Патент США N 3176258, кл. 339-42, 1960.

Авторское свидетельство СССР № 1007149, кл. Н 01 R 4/26, 1980.

5U 1686541 А1 (54) КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ

СИЛЬНОТОЧНЫХ ЦЕПЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение надежности путем стабилизации переходного сопротивления в процессе эксплуатации.

Соединение содержит контактные элементы 1, каждый из которых имеет V-образный паз. Поверхность 2 паза выполнена перпендикулярной,а поверхность 3 — наклонной к продольной оси 4 контактного элемента 1.

Между поверхностями 2 имеются изолирую1686541 щие зазоры 5. Соединение содержит также возвратный механизм 6, взаимодействующий с контактными элементами в плоскости, перпендикулярной наклонным поверхностям 3 пазов и параллельной продольной OCN 4 конта (тных элементоВ 1. llpM сдвиге контактных элементов 1 один отноИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для соединения сильноточных плоских шин, подВергяющихся В процес(е эксплуатации воздействию внешних механических или 5 электромагнитных сил, Целью изобретения является повышение надежности путем стабилизации переходного сопротивления в процессе эксплуатации. ",0

На чертеже изображено устройство, общий вид, Устройство содержит контактные элементы 1, каждый из которых выполнен с

Ч-образным пазом, Одна из поверхностей 15 пазЯ вЂ” 2 Выполнена перпендикулярной, Я другая — 3 выполнена наклонной к продольной оси 4 контактнсго элемента 1. Наклонные поверхности 3 пазов образу о, плоскость взаимоцействия контактных 20 элементов 1. Между перпеHpèêóëÿðèblìè поверхностями 2 пазов и поверхностями контактных элементов 1 выполнены изолирующие зазоры 5. Устройство содержит также возвратный механизм 6, взаимодей- 25 ству ощий 1 с контактными элементами 1 в плоскости, перпендикулярной наклонным поверхностям 3 пазов и параллельной проpoJIbHoA Оси 4 контактных элементов 1, На чертеже обозна:"ены: I — длина кон- 30 тактного соединения; б — толгцина контактного элемента 1; Р— сила сжатия возвратного механизм;- 6; à — внешняя механическая или электромагнитная сила;

Fyp — сила трения; N — контактное давление. 35

Устройство работает следующим образом.

Б исходном (нижнем) положении контактные элементы 1 сх(имают силой P(, u сдвигают до упора торцами, при этом про- 4О текание тока происходит через участок наклонных контактирующих поверхностей длиной Lcosec Q Периодичeски на контяк тное соединение воздействует внешняя сила F. Действие продольной составляю- 45 щей Fcos P приводит к сдвигу контактных элементов 1 относительно один другого на сительного другого зачив;ается окисная пленка на контактирующих поверхностях элементов 1, что способствует стабилизации переходного сопротивления. Изолирующие зазоры 5 предохраняют контактные элементы от подгорания при прохождении тока. 1 ил. расстояние между торцами, Выбором угла наклона а,Р и силы F при заданных величинах сжатия Р, жесткости возвратного механизма 0 обеспечивают с помощью либо конструктивных приспособлений, например, упора, либо уравновешивания в верхнем положении силы FcosP силой трения F>p, причем необходимо, чтобы (1 - l)/ б Ъ5, тогда изменением контактного сопротивления за счет уменьшения площади контактирования и стягивания тока к зоне контакта можно пренебречь. При прекращении действия силы F контактные элементы

1 возвращаются в исходное (нижнее) положение под действием силы — Р0 и соответствующей составляющей усилия сжатия возвратного механизма, Таким образом, в устройстве обеспечивается непрерывность проте(яния тока и стабильность величины кон1 .,ти o I o сои рати вл ения вследствие предотвращения возрастания переходного сопротивления путем периодического воздействия внешних (механических или электромагнитных) сил ня контактное

СОЕДИНЕНИЕ, Для того, чтобы обеспечить сдвиг контактных элементов 1 один относительно другого на заданную величину 1 при воздействии внешней силы F и возвращение в исходное состояние при снятии силы F c целью разрушения Окисных пленок, необходимо выполнение следующих условий.

1. При F =- 0 под действием сжимающей силы Р/или Р = Ро + о ling а контактные элементы 1 должны возвращаться в исходное положение — до упора торцами, т.е. должно выполняться условие Psln а > F», FIp = 10И: N = Рсоа а, где Гтр — сила трения, ko — коэффициент трения покоя, N— контактное давление, а- угол наклона контактирующей noaeрхности.

Отсюда следует

tga 4. (1)

2. Величина внешней силы Fg О должна быть достаточной, чтобы осуществился

1686541 сдвиг контактных элементов 1 из нижнего положение (I = О) и достигался необходимый сдвиг (I; О) в верхнем положении, т,е.

Fcps (а — j3) (Р, +се!tg а) з1п а+ F.,р, F,p=kN

N (Ð, +и1 tg а) cos а+ Fsin(a — P)

Здесь условию 1 = О соответствует . знак >, а условию l P Π— знак =; k - Ку— коэффициент трения покоя при I = О, k = kI— коэффициент трения скольжения при f. - - О.

В результате получим

P, +ol

cos а (2)

Поскольку ограничение сдвига 1 может быть достигнутое не только уравновешиванием действующих сил, но и конструктивным способом, например упором, или хомутом-ограничителем вертикального смещения концевых частей шин, -o в общем случае в (2) необходимо оставить лишь знак

3. Величину необходимого сдвига контактных элементов 1 выбирает из условия

dcos a i Л L, (3) где d — диаметр контактных, определяемых величиной силы сжатия — Р; Л L — максимальное смещение концевых частей шин, не приводящее к резкому увеличению контактного сопротивления, включающее переходное сопротивление и сопротивление стягивания. Можно получить, что сопротивление стягивания не изменится при

1 — Л! 5 или Л1 1 — 5б, (4) где L — длина нахлеста, б — толщина контактного элемента 1; переходное сопротивление не изменится при 1/L «1, или!< 0,1

L. Диаметр d контактных пятен при давлении---10 кг/CM не превышает -10 мкм, и

2 поскольку эта величина значительно меньше точности измерения сдвига контактных элементов в реальных условиях, можно полагать, что при осуществлении сдвига (условие (2), левая часть неравенства (3)) выполняется, Длину нахлеста L принимают равной 5 — 8 б, поэтому условие (4) допускает достаточно большой сдвиг: Л! (1 — 3) б.

В реальных соединениях можно ограничиться допустимым конструкционным вертикальным смещением h, Величине h npu использовании в качестве возвратного механизма 6, например, тарельчатых или других пружин соответствует рабочий ход пружин. Тогда окончательно получим

1 т1л 1(— Бб(; hctgа; 0,1L)(5) Объединяя (1), (2) и (5) получим систему неравенств, которая определяет выбор угла наклона, величины силы и сдвига;

19 C > 1(о, (6)

) (7) (8)

10 I a mlc ((L — 5д) ); hctg а:О ltd где k = ko, при l = О

k=k!, при! ф О;

k — коэффициент трения покоя;

ki — коэффициент трения скольжения;

15 а — угол наклона контактирующих поверхностей к продольной оси контактных элементов;

P — угол между направлением действия силы и продольной осью контактного эле20 мента (по часовой стрелке — положительный, IP I < — /; о — жесткость возвратного механизма;

F — величина внешней силы;

Р0 — сила сжатия контактных элементов в исходном (нижнем) положении; ! — принимаемая величина продольного сдвига контактных элементов;

I — длина нахлеста; б — толщина контактного элемента;

h — допускаемое вертикальное смещение контактных элементов контактного соединения, Периодичность воздействия внешней

35 силы определяется скоростью роста окисных пленок.

Рассмотрим в качестве примера соединение плоских сильноточных медных шин сечением 1,5х10 см, применяемых в моно40 литных системах стеллараторов или торсатронов. Длину нахлеста и силу сжатия определим по известным методикам: L = 8 см, Р = 80 кН. Коэффициент трения покоя для пары медь-медь со смазкой; ko = 0,13, сколь45 жения k! = 0,02. Из условия (6) определим угол наклона а arctgkp/ примем а =-8"/.

Допустимое конструктивное вертикальное смещение и = 1 мм. Из условия (3) получим

I < min((8-1,5 5); (0,1ctg8 ); 0,1б), т.е.

О 1 < min(0,5; 0,71 см; 0,8 cM) = 0,5 см, Примем I = 5 мм. Из условия (7) определим величину Евстягиввющеиф = 0)внешней силы F при жесткости упругого элемента 0 = 10 Н/м:

55 при!- О, F = 22,1 кН; при1ф О, Fh 24,3 кн, т.е, при воздействии внешней силы F =

=22,1 кН концевые части медных шин сме1686541 стятся относительно один другого на 5 мм при выполнении контактной поверхности под углом 8 к продольной оси — в этом положении действующие усилия уравновешены, При воздействии силой F > 24,3 кН

Сдвиг I = 5 мм должен быть ограничей кон:труктивно (упор, зажим и др,).

Составитель А.:.ахаров

Техред М.Моргентал Корректор M-.Шароши

Редактор О.Хрипта

Заказ 3603 Гираж Подписное

ВНИИПИ Государсчвен,: ого комитета г о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1{31

Таким образом, периодическое возДействие внешней силы F 24,3 кН в расс 40TpBHHoi4 примере и выполнение контактирующих поверхностей под углом д= 80 к продольной с си контактного соединения позволяет в процессе его эксплуатации без разборки разрушить окисные

Пленки на поверхностях, не допуская возрастания переходного сопротивления, а следовательно, и локального тепловыделения в зоне контакта, что приводит к повышению долговечности и работоспособности соединения, т.е, достижению положительного эффекта. Причем внешняя сила Г может быть приложена как в рабочем режиме пропускания тока, например, электромагнитная сила в магнитнсй системе тоосатрона, так и в нерабочем — механическое воздействие. Вместе с тем изолирующие зазоры предохраняют контактные элементы от подгорания при прохождении тока, что также повышае надежность устройства.

5 Формула изобретения

Контактное соединение для сильноточных цепей, содержащее два контактных элемента, каждый из которых выполнен с

Ч-образным пазом, одна из поверхностей

10 которого выполнена перпендикулярной, а другая — наклонной к продольной оси контактного элемента, np!.. этом контактные элементы взаимодействуют друг с другом наклонными поверхностями пазов, о т л и15 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем стабилизации переходного сопротивления в процессе эксплуатации, оно снабжено возвратным механизмом и вь1полнено с изолирующими зазорами

2О между перпендикулярными поверхностями Ч-образных пазов и торцовыми поверхностями контактных элементов, при этом возвратный механизм взаимодействует с контактными элементами в плоскости, 25 перпендикулярной наклонным поверхностям пазов и параллельной продольной оси контактных элементов,