Почему электротехника — наука о контактах
«Существует две самых распространенных неисправности в электротехнике и электронике — нет контакта, там где он должен быть, и есть контакт там, где его быть не должно» (народная мудрость).
Почему электротехника — наука о контактах? Прежде всего потому, что электрические контакты являются самыми слабыми и ненадежными частями любой электроустановки, требующие серьезного подхода при их создании (монтаже) и при дальнейшей эксплуатации.
Электрический контакт — место соприкосновения двух (или нескольких) проводников между собой. Назначение электрического контакта — продолжить путь тока из одной цепи в другую.
Из этого определения следует, что электрический контакт образуется по меньшей мере и двух частей (проводников), скрепленных между собой тем или иным способом или просто прижатых друг к другу без скрепления их между собой.
Часто контактом называют не место соприкосновения двух проводников, а сами проводники, причем употребительны термины: неподвижный и подвижный контакт (если один из проводников, образующих контактное соединение, неподвижен, а второй может приближаться к первому и удаляться от кого), или скользящий и катящийся контакт, если один из указанных проводников скользит или катится по другому и т. д.
- «точечные», когда соприкосновение обеспечено только в одной «точке» (шары, шар и плоскость и т. д.);
- «линейные», когда соприкосновение происходит по «линии» (например, ребро призмы и плоскость);
- «плоскостные», когда кажущееся соприкосновение происходит по плоскости.
Контактные соединения являются чрезвычайно важными элементами в электропроволке при соединении жил проводов и кабелей и при присоединении проводов к электроустановочным изделиям и электрическим аппаратам. Кроме того, контактные соединения играют важную роль в работе электрических аппаратов.
В книгах про электрические аппараты существует специальный раздел «Теория электрических контактов», где рассматриваются физические процессы, протекающие в контактах во время работы, вопросы их их правильного проектирования и эксплуатации. Во многих случаях — это наиболее ответственная деталь в электроустановках и электропроводке.
Если взять две пластины в наложить их друг на друга, то мы получим кажущуюся поверхность соприкосновения. Однако, в действительности физическая поверхность соприкосновения будет иная. Как бы тщательно соприкасающиеся поверхности пластин ни были обработаны, на них всегда будут иметь место микроскопические бугорки и впадины (действительная поверхность соприкосновения).
Таким образом, действительная площадь соприкосновения будет значительно меньше кажущейся. Пластины будут, как принято говорить, соприкасаться в нескольких точках. На самом деле это будут не точки, в математическом смысле, а некоторые площадки, размеры которых определяются силой, сжимающей пластины, и сопротивлением материала пластин смятию.
В зоне перехода тока из одного тела в другое имеется электрическое сопротивление, которое получило название переходного сопротивления контакта.
Переходное сопротивление больше сопротивления проводов. Основные факторы, влияющие на переходное сопротивление контакта:
- качество обработки контактной поверхности и ее состояния, т. е. загрязнения, окисления;
- свойства материала контактов ;
- сила нажатия на контакты.
Переходное сопротивление чрезвычайно чувствительно к состоянию контактной поверхности, в особенности — к ее окислению. Это вполне понятно, потому что окислы многих проводниковых материалов сами не являются проводниками и появление таких окислов на контактных поверхностях ведет к резкому увеличению переходного сопротивления контакта.
Специальные опыты, поставленные в этом направлении, показали, что если измерить переходное сопротивление контакта при чистых соприкасающихся поверхностях, затем разъединить поверхности и оставить их некоторое время на воздухе, то переходное сопротивление этих контактов увеличивается а десятки, сотни и даже тысячи раз. При этом и алюминиевые и медные контакты особенно резко увеличивают свое переходное сопротивление.
В подобных опытах играет большую роль давление на контакты, при котором происходят изменения переходного сопротивления, потому что при повторной сборке контакта плохо проводящая ток пленка может быть в известной степени разрушена и увеличение переходного сопротивления будет меньше.
Если контакты продержать на воздухе в собранном виде, то доступ воздуха к контактным поверхностям будет затруднен и увеличение переходного сопротивления будет уже значительно меньшим (в 10 — 100 раз в зависимости от материала и степени сжатия).
Переходное сопротивление контакта зависит от температуры таким же образом, как и сопротивление металлических проводников, только температурный коэффициент для переходного сопротивления имеет другое значение.
Однако, это верно только для чистых поверхностей. Практически же температура контакта сильно сказывается на величине его переходного сопротивления, так как развитие окислов с увеличением температуры весьма возрастает. Поэтому температура контактных соединений не должна быть выше определенных допустимых величин.
Контакты являются одной их основной причин возгораний электропроводки:
Часто для соединения проводов в электромонтаже неграмотные электрики используют голые нефиксированные скрутки. Правилами это запрещено. Почему? Об этом рассказано здесь: Почему запрещены скрутки проводов
С увеличением величины рабочего тока необходимо увеличивать внешнюю поверхность контакта. Это необходимо делать потому, что с увеличением тока, при прочих равных условиях, потери в месте контакта возрастают и для отвода тепла от контакта с подлежащей эффективностью необходимо увеличить охлаждающую поверхность контактного соединения.
Для контактов в электрических аппаратах применяются различные материалы и изложенное в той или иной степени относится к каждому из них. Однако, имеется исключение — серебро.
Окислы серебра имеют электропроводность того же порядка, что и чистое серебро. Поэтому серебряные контакты не меняют своих свойств с окислением, в тех случаях, когда требуется избежать влияния плохопроводящих ток окислов, применяются серебряные контакты (сплошные или в виде накладок на контакты из других металлов).
Контакты электрических аппартов могут искрить в процессе работы:
Главная причина износа контактных соединений в электрических аппаратах — дуга и ее температура. Износ контактов тем больше, чем больше ток, текущий через контакты.
Износ контактов должен увеличиваться вместе с увеличением времени горения дуги и все факторы, направленные к уменьшению времени горения дуги, уменьшают износ контактов. Если основание дуги будет перемещаться по поверхности контактов, то износ их будет меньше, так как действие температуры дуги будет сглажено.
Совершенно очевидно, что материал контактов также играет свою роль и что износ контактов тем больше, чем больше число отключений.
Техническое обслуживание и ремонт электрических аппаратов:
С целью снижения вредного влияния окислов контактные поверхности рекомендуется лудить. Хотя медный контакт с лужеными поверхностями имеет большее переходное сопротивление, чем не луженый, но луженая поверхность значительно меньше окисляется и переходное сопротивление у него получается более постоянным и устойчивым.
Перед скреплением двух поверхностей их необходимо тщательно зачистить и покрыть смазкой (например вазелином).
Правильные способы создания надежных соединений жил проводов и кабелей, позволяющие обеспечить стабильное во времени переходное контактное сопротивление описаны здесь:
- Нагрев проводников при коротком замыкании
- Проводниковые алюминий и медь: свойства, особенности использования, стойкость к коррозии
- Современные конденсаторные установки компенсации реактивной мощности
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:
Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо — Electrik.info, Андрей Повный
Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
Перепечатка материалов сайта запрещена.
Электроника наука о контактах кто сказал
Вспомнился рассказ. Правда, рассказ этот я передаю своими, уж простите, словами.
У Борисыча в компе что-то там заглючило. Не в софте, а именно в железячной части. Он позвонил знакомому, сильному компомастеру с хорошей теоретической подготовкой. Компомастер сказал:
— Электроника — наука о контактах. Понимаешь?
— Ничего ты не понимаешь. Бери отвертку, раскручивай весь компьютер. Потом позвонишь.
Борисыч развинтил комп, набрал номер.
— Нет, не все. Снимай все с материнки. Отвинчивай блок питания. Я же сказал: ВЕСЬ компьютер! Все шнуры, все винты — все, все на запчасти разбирай!
Борисыч превратил компьютер в кучу мелких деталей. Опять позвонил, доложился.
— Вот, теперь правильно. Теперь бери детали и разноси по квартире. Чтобы ни одна деталь рядом с другой не лежала.
Борисыч принялся за дело. Кулер на обувную полку, материнку в кухню, винчестер на балкон, видеокарту на платяной шкаф, звуковую — на книжный, процессор на стол, шлейфы по стульям.
— Все разнес? Отлично, — резюмировал компомастер. — Теперь собирай. Ходи, собирай, свинчивай. Позвони, как соберешь комп обратно.
Борисыч собрал компьютер. Включил. Работает! Начал звонить.
— Ну я же тебе говорил, — сказал компомастер.
Про программеров. Не знаю предыстории и кто это сделал. Могу только догадываться. Видел только результат. Иногда программеры к заданию относятся весьма формально — что просили, то и сделал. А результат.
Представьте в программе в статусной строке появляется подсказка:
«Нажмите F1 для помощи»
После нажатия сообщение:
Вчера о принтерах говорили, вот решила и я своё «Ы» вставить
Когда я работала системным администратором, была жутко удивлена, что оргтехника в нашем здании работают исключительно в зависимости от фазы луны, от количество кругов вокруг него с бубном и тэдэ. Выявилось даже несколько характеров. Например, был принтер, который любил кофе. То есть если кто-то с утра поставил на него чашку с кофе и подержал несколько минут, то целый день довольный принтер работал на ура. Если нет, то упорно отказывался воспринимать задания на печать. И шнуры ему меняли и чего только не делали, помогал только кофе.
Копир любил ласковые женские руки. Если подходил парень, неминуемо выскакивала ошибка: то бумагу зажуёт (фантомную, очевидно), то типа чернил не хватает.
Есть такая папка «Мои документы». Это очень важная папка. Она есть и у бухгалтера, и у кадровика. Недавно заглянула в подобную папку на компе моей коллеги. Она звонила больная из дома и давала наставления по тому, как добыть документ.
— Так, папка «Мои документы»
— там заходишь в папку «х[ер]ня»
— ЭЭЭ. Тут 2 папки: «всякая х[ер]ня» и «х[ер]ня, хуже всякой х[ер]ни». Мне какая нужна?
— Так, там заходишь в папку «по@бистика».
— Отлично. Там в папке «[сраны]й Ростов» — документ «Доп. соглашение. Иванов». Вот он тебе и нужен.
Как-то вскрыли у моего соседа квартиру. Ну, милиция, понятное дело, приехала, стала по квартирам ходить, свидетелей искать. Заходят ко мне двое в форме, просят показать документы. Спрашивают, типа слышал ли я чего. Видят в комнате два компа. Подходят, смотрят.
— У вас интернет есть?
— Значит у вас все программы нелицензиоонные. Значит мы сейчас пишем акт на изъятие процессоров для экспертизы.
Юноше, обдумывающему электронику. Ключи к материалу для самостоятельного изучения
Перевод учебника «Искусство схемотехники» пополнился Частью 3, в которой разбираются полевые транзисторы. Книга приобрела целостный, хотя всё ещё не окончательный, вид. На данный момент отсутствуют три части — 11 («Программируемая логика»), 14 («Компьютеры, контроллеры и шины данных»), 15 («Микроконтроллеры») — и таблицы. Таблицы отложены до завершения перевода (там почти одни цифры, с которыми можно ознакомиться и в оригинале), а остающиеся темы при всём уважении к авторам лучше изучать по другим источникам. В анонсе перевода среди жалоб на несовершенство мира была высказана мысль о необходимости грамотного руководства освоением нового материала. Здесь предлагается метод изучения, рационализирующий данный процесс и некоторые соображения о повышении КПД знаний, относящиеся к системе Цеттелкастен.
Итак, к основному материалу книги добавилась Часть 3 («Полевые транзисторы»), рассказывающая о линейных усилителях, повторителях и ключах на полевых приборах с p-n переходом и с изолированным затвором. Но, если вы новичок, обдумывающий электронику, а равно и не обдумывающий, но соприкасающийся с ней по работе, начинать знакомство с данной темой следует с другого конца и по специфической схеме. Но обо всём по порядку.
«Искусство схемотехники» — учебник по практическому построению электронных схем, выросший из односеместрового лабораторного курса по электронике Гарвардского университета. Он достаточно полон, подробен и самодостаточен (*) для самостоятельного изучения, причём не требует от ученика специальной подготовки. Всем известно, что «королевских путей» к знанию не существует, но одна уловка всё же есть. Это принцип Паретто, гласящий, что 20% людей выпивает 80% пива. Иначе говоря, 20% знаний и навыков закроют 80% типовых задач. Осталось найти эти 20%. Как раз здесь совершенно случайно из ближайших кустов выхожу я во всём белом. Ниже предлагается путеводный ключ, лучше всего, на мой взгляд, подходящий для изучения учебника неспециалистом. Замечу, что для специалиста книга тоже подойдёт — диапазон у неё совершенно удивительный, просто специалист знает, чего хочет, и ключ ему не нужен.
Электроника, как всем известно, — это «наука о контактах». Предлагается обобщить данное определение до уровня «науки о межсоединениях», в число которых входят как сами контакты, так и линии связи, входы-выходы компонентов и шины питания. При таком рассмотрении и в условиях тотальной электротехнической безграмотности страждущих, важнейшей из частей учебника становится Часть 12 («Сопряжение логических сигналов»). В ней в простой для понимания и использования форме классифицированы виды источников (транзисторы, операционные усилители, схемы цифровой логики, мощные интегральные драйверы и внешние линии) и приёмников (нагрузки постоянного и переменного тока, сильно- слаботочные и вообще всякие плюс те же внешние линии). Сопряжение входов и выходов в общем случае является хотя и не тривиальной, но хорошо изученной областью, а предлагаемые в книге способы закроют большую часть типовых потребностей. Описываемые авторами методы будут в высшей степени полезны программистам, соприкасающимся с аппаратурой, шинами передачи данных и портами ввода-вывода. Часть 12 ориентирована в первую очередь на сопряжение цифровых систем с датчиками и исполнительными устройствами и даёт общее представление о путях распространения сигналов, защите от статики, методах умощнения сигналов управления и преодоления изоляционных барьеров. Вы удивитесь, сколь проста (но только в первом приближении) эта сторона электроники, и сколь сильно она расширяет понимание принципов взаимодействия с электронными устройствами.
После освоения способов передачи сигналов стоит изучить Часть 13 («Аналого-цифровые преобразования»). Здесь даются базовые сведения об АЦП и ЦАПах, форматах их данных, ошибках, входных и выходных характеристиках. Эта часть книги позволит понимать процесс перевода аналогового сигнала в цифру на более глубоком уровне и полнее воспринимать аналого-цифровой тракт в целом. В этой же Части 13 есть описание методов синтеза частот, которые дополняют создание аналоговых сигналов с помощью ЦАПов.
Материал Части 12 и 13 закрывает порядка 60% вопросов взаимодействия вычислительных систем с внешним миром. Следующим шагом будет Часть 4 («Операционные усилители»). Здесь даются базовые сведения об этом главном строительном элементе аналоговых схем. Углублённое изучение ОУ продолжается в Части 5 («Точные схемы»). В Части 5 подробно разбираются источники ошибок и методы их компенсации. Её будет полезно пробежать в ознакомительных целях, потому что здесь описываются возможные варианты операционных усилителей, и такие сведения будут полезны просто для расширения кругозора.
Теперь у вас есть 80%. На этом, наверно, стоит остановиться, а книгу перевести из статуса «учебник» в статус «справочное пособие». Остальные темы, как-то: Часть 6 («Фильтры»), Часть 7 («Генераторы и таймеры»), Часть 8 («Проектирование малошумящей аппаратуры»), Часть 9 («Регуляторы напряжения и преобразователи мощности») и Часть 10 («Цифровая логика»), следует изучать, если есть конкретная задача или желание ознакомиться с вопросом.
Пара слов об основах — Части 1 («Основы»), Части 2 («Биполярные транзисторы») и Части 3 («Полевые транзисторы»). Не надо в них лезть ! Несколько парадоксальная рекомендация, ведь обычно изучение электроники начинается именно с этих трёх тем. Дело в том, что чем проще инструмент, тем больше умения требуется, чтобы с ним работать. Современная электроника нечасто требует перехода на уровень отдельных транзисторов. Знакомства с ОУ (Часть 4) и с параметрами внешних выводов ИМС (Часть 12) достаточно для подавляющего большинства задач. Всё остальное будет проникать в голову или вызывать специальный интерес по мере продвижения вперёд. Вся книга пронизана перекрёстными ссылками на сопутствующий, пояснительный или аналогичный материал из других частей. По ним надо ходить и пытаться разобраться, но фанатизм в этом направлении будет скорее вредить.
Надеюсь, этот скромный набор рекомендаций вам поможет.
Теперь пара слов об упоминавшейся на Хабре системе организации персональных знаний Цеттелкастен. Позволю высказать собственное мнение о предмете, которое возникло в момент редактирования перевода. В Части 3 (рис. 3.114 на стр. 212) приводится красивая схема расширения входного диапазона напряжений линейного стабилизатора. Она не вчера придумана, лично мне знакома более 10 лет, но, только проводя последнюю сверку с оригиналом, я понял, что речь идёт об обычном каскоде. Т.е. я перевёл Часть 9, где она встречалась, Часть 3, отредактировал, отформатировал в html, чтобы на самом последнем этапе перед публикацией понять довольно очевидную с самого начала вещь.
Это я к чему? Сама книга живёт со мной уже более 3 лет (а, может, я с ней живу?). Каждый раз, когда приходит время выкладывать на сайт новую часть, необходимо пробежать по тексту (поиском, конечно) и актуализировать спящие ссылки. И каждый раз глаз цепляется за какие-то новые детали и подробности, вылезают ошибки, шероховатости или такие вот озарения. Мне кажется, что основная задача Цеттелкастен — перебирать пачку случайно (или не случайно) выбранных карточек, чтобы освежить «заснувшие» данные в собственной голове или обнаружить вдруг новые связи. Если это так, то современные модные и молодёжные средства работы с заметками (программы, органайзеры, электронные таблицы) – вещь, не имеющая никаких преимуществ перед картоном, если не вовсе вредная. Оптимизация процесса здесь только мешает результату. Общение с базой знаний должно быть простым, но не должно быть быстрым, а, главное, не должно быть автоматизированным. Оно должно давать голове и глазам шанс зацепиться за какую-нибудь фразу или мысль. То есть, гораздо продуктивнее просто взять в руку карточки, давно не видевшие свет, и потасовать их, вчитываясь и, возможно, прогуливаясь по ссылкам на смежный материал. Цеттелкастен — искусство перечитывать то, что уже прочитано когда-то. Перечитывать, чтобы ещё аккуратнее вставить кусочек мозаики на прежнее или, возможно, иное место общей картины. Поэтому, читая «Искусство схемотехники», обязательно ходите по ссылкам и пытайтесь понять, что они вам говорят. Вот вам мой Цеттелкастен, всем, даром, и пусть никто не уйдёт обиженным.
(*)
«Пояснительные выражения объясняют темные мысли», поэтому везде, где мне случается зависнуть над фразой, схемой или формулой, я вставляю собственные комментарии. Исхожу при этом из того, что сам я тему знаю достаточно хорошо, и, если даже я затыкаюсь, то новичку точно требуются чуть более развёрнутые объяснения. Мои комментарии идут на вкусном абрикосовом фоне (и только на нём). ### #### Ну, вы поняли ######## .
Моя предыдущая публикация на Хабре об этой книге.
И собственно учебник, а то вдруг кто не знает.
Наука о контактах
В сообществе авторемонтников, да и вообще автолюбителей, популярна поговорка: «электрика – это наука о контактах». Действительно, большинство неисправностей, с которыми приходится бороться автоэлектрикам, сводятся к отсутствию электрического контакта там, где он должен быть, и к наличию там, где его быть не должно. И если в первом случае последствия не идут дальше того, что неисправная цепь просто не работает, то во втором ущерб от «неправомерного» контакта может оказаться катастрофическим…
Владелец «первого» Фокуса обратился к нам с жалобой на неисправность выключателя внешнего освещения – оно перестало работать, а из выключателя запахло горелым. Когда мы его сняли и увидели «сгоревшую» проводку с оплавленной изоляцией, стало понятно, что выключатель (сам по себе исправный) был просто последним звеном, и залезать придется глубоко – но насколько? Нередко подобные истории приключается от неумелого и неразумного вмешательства в головной свет (установки запредельно мощных ламп сомнительного происхождения) наряду с использованием некачественных «китайских» предохранителей, которые, вместо того, чтобы защищать цепь, наоборот, сами лишь оплавляются, но выживают, а цепь сгорает раньше. Итак, оплавленная изоляция вела нас все дальше, но проводка головного света была в порядке, как и сами фары, и никакого нештатного вмешательства в них тоже оказалось. А вот в багажной двери мы снова увидели гарь, голую медь, обугленную изоляцию…
Нашлась и причина, тот самый «контакт там, где его быть не должно» — «плюсовая» ламель подсветки номерного знака касалась кузовного металла (на фото можно разглядеть характерное оплавленное и подгоревшее пятно)
А с предохранителем, действительно, повторилась типичная история. Граждане! Устанавливайте качественные, фирменные предохранители, приобретенные в проверенных местах! Ну и, почувствовав запах гари, своевременно обращайтесь за «лечением» к специалистам!