Switch contactontwerp

Een schakelaar kan worden geconstrueerd met elk mechanisme dat twee geleiders op een gecontroleerde manier met elkaar in contact brengt.

Dit kan zo simpel zijn als twee koperen draden elkaar laten raken door een hendel te bewegen, of door twee metalen strips rechtstreeks tegen elkaar aan te duwen.

Een goed ontwerp van de schakelaar moet echter robuust en betrouwbaar zijn en moet voorkomen dat de gebruiker een elektrische schok krijgt. Daarom zijn industriële schakelaarontwerpen zelden zo grof.

De geleidende delen in een schakelaar die wordt gebruikt om de elektrische verbinding te maken en te verbreken, worden contacten genoemd .

Contacten zijn meestal gemaakt van zilver of een zilver-cadmiumlegering, waarvan de geleidende eigenschappen niet significant worden aangetast door oppervlaktecorrosie of oxidatie.

Gouden contacten vertonen de beste corrosieweerstand, maar zijn beperkt in stroomvoerend vermogen en kunnen "koud lassen" als ze worden samengebracht met een hoge mechanische kracht.

Ongeacht de metaalkeuze, de schakelcontacten worden geleid door een mechanisme dat zorgt voor een vierkant en gelijkmatig contact, voor maximale betrouwbaarheid en minimale weerstand.

Beperkende factoren voor het contactvermogen van de schakelaar

Dergelijke contacten kunnen worden geconstrueerd om extreem grote hoeveelheden elektrische stroom te verwerken, in sommige gevallen tot duizenden ampère.

De beperkende factoren voor de capaciteit van het schakelcontact zijn als volgt:

• Warmte gegenereerd door stroom via metalen contacten (wanneer gesloten).
• Vonken veroorzaakt wanneer contacten worden geopend of gesloten.
• De spanning over open schakelcontacten (potentieel van stroom die over de opening springt).

Een groot nadeel van standaard schakelcontacten is de blootstelling van de contacten aan de omringende atmosfeer.

In een mooie, schone controlekameromgeving is dit over het algemeen geen probleem. De meeste industriële omgevingen zijn echter niet zo goedaardig.

De aanwezigheid van bijtende chemicaliën in de lucht kan ervoor zorgen dat contacten verslechteren en voortijdig defect raken.

Nog lastiger is de mogelijkheid van regelmatig contactvonken waardoor ontvlambare of explosieve chemicaliën kunnen ontbranden.

Verzegelde contactschakelaars

Wanneer dergelijke milieuproblemen bestaan, kunnen andere soorten contacten worden overwogen voor kleine schakelaars.

Deze andere soorten contacten zijn afgeschermd van contact met de buitenlucht en hebben daarom niet dezelfde blootstellingsproblemen als standaardcontacten.

Kwikschakelaar

Een veel voorkomend type schakelaar met verzegeld contact is de kwikschakelaar. Kwik is een metallisch element, vloeibaar bij kamertemperatuur.

Omdat het een metaal is, bezit het uitstekende geleidende eigenschappen. Omdat het een vloeistof is, kan het in contact worden gebracht met metalen sondes (om een ​​circuit te sluiten) in een afgesloten kamer door simpelweg de kamer te kantelen zodat de sondes zich op de bodem bevinden.

Veel industriële schakelaars maken gebruik van kleine glazen buisjes die kwik bevatten en die op een manier zijn gekanteld om het contact te sluiten en op een andere manier zijn gekanteld om te openen.

Afgezien van de problemen van buisbreuk en het morsen van kwik (wat een giftig materiaal is), en gevoeligheid voor trillingen, zijn deze apparaten een uitstekend alternatief voor schakelaarcontacten in de open lucht waar problemen met blootstelling aan het milieu een probleem zijn.

Hier een kwikschakelaar (vaak een tilt . genoemd) schakelaar) wordt weergegeven in de open positie, waar het kwik geen contact heeft met de twee metalen contacten aan het andere uiteinde van de glazen bol:

Hier wordt dezelfde schakelaar weergegeven in de gesloten positie. De zwaartekracht houdt het vloeibare kwik nu in contact met de twee metalen contacten, waardoor elektrische continuïteit van de ene naar de andere ontstaat:

Kwikschakelaarcontacten zijn onpraktisch om in grote maten te bouwen, en daarom zul je dergelijke contacten doorgaans aantreffen met een vermogen van niet meer dan een paar ampère en niet meer dan 120 volt.

Er zijn natuurlijk uitzonderingen, maar dit zijn veelvoorkomende limieten.

Magnetische reed-schakelaar

Een ander type schakelaar met gesloten contact is de magnetische reed-schakelaar. Net als de kwikschakelaar bevinden de contacten van een reed-schakelaar zich in een afgesloten buis.

In tegenstelling tot de kwikschakelaar die vloeibaar metaal als contactmedium gebruikt, is de reed-schakelaar gewoon een paar zeer dunne, magnetische, metalen strips (vandaar de naam "riet") die met elkaar in contact worden gebracht door een sterk magnetisch veld aan te leggen buiten de verzegelde buis.

De bron van het magnetische veld in dit type schakelaar is meestal een permanente magneet, die door het bedieningsmechanisme dichter bij of verder weg van de buis wordt bewogen. Vanwege de kleine afmetingen van het riet is dit type contact doorgaans geschikt voor lagere stromen en spanningen dan de gemiddelde kwikschakelaar.

Reed-schakelaars gaan echter doorgaans beter om met trillingen dan kwikcontacten, omdat er geen vloeistof in de buis zit om rond te spatten.

“Snubber”-circuit

Het is gebruikelijk om algemene schakelaarcontactspanning en stroomwaarden te vinden die groter zijn op een bepaalde schakelaar of relais als de elektrische stroom die wordt geschakeld AC is in plaats van DC. De reden hiervoor is de zelfdovende neiging van een wisselstroomboog over een luchtspleet.

Omdat de stroomlijn van 60 Hz daadwerkelijk stopt en 120 keer per seconde van richting verandert, zijn er veel mogelijkheden voor de geïoniseerde lucht van een boog om voldoende temperatuur te verliezen om te stoppen met het geleiden van stroom, tot het punt waarop de boog niet opnieuw zal starten bij de volgende spanningspiek .

DC daarentegen is een continue, ononderbroken stroom van elektronen die de neiging heeft om een ​​boog over een luchtspleet veel beter te handhaven.

Daarom slijten schakelcontacten van welke aard dan ook meer bij het schakelen van een bepaalde waarde gelijkstroom dan bij dezelfde waarde van wisselstroom.

Het probleem van het schakelen van DC is overdreven wanneer de belasting een aanzienlijke hoeveelheid inductantie heeft, omdat er zeer hoge spanningen worden gegenereerd over de contacten van de schakelaar wanneer het circuit wordt geopend (de inductor doet zijn best om de circuitstroom op dezelfde grootte te houden als wanneer de schakelaar was gesloten).

Met zowel AC als DC kan contactboogvorming worden geminimaliseerd door de toevoeging van een "snubber" -circuit (een condensator en weerstand in serie geschakeld) parallel aan het contact, zoals deze:

Een plotselinge stijging van de spanning over het schakelcontact veroorzaakt door het openen van het contact wordt getemperd door de oplaadactie van de condensator (de condensator verzet zich tegen de toename van de spanning door stroom te trekken).

De weerstand begrenst de hoeveelheid stroom die de condensator door het contact zal ontladen wanneer het weer sluit. Als de weerstand er niet was, zou de condensator de boogvorming tijdens het sluiten van het contact erger kunnen maken dan de boogvorming tijdens het openen van het contact zonder een condensator!

Hoewel deze toevoeging aan het circuit helpt om contactboogvorming te verminderen, is het niet zonder nadeel:een eerste overweging is de mogelijkheid dat een defecte (kortgesloten) condensator/weerstand-combinatie een pad biedt voor elektronen om te allen tijde door het circuit te stromen, zelfs wanneer de contact is open en stroom is niet gewenst.

Het risico van deze storing en de ernst van de daaruit voortvloeiende gevolgen moet worden afgewogen tegen de verhoogde contactslijtage (en onvermijdelijke contactstoring) zonder het snubbercircuit.

Het gebruik van snubbers in DC-schakelcircuits is niets nieuws:autofabrikanten doen dit al jaren op motorontstekingssystemen, waarbij de vonken over de schakelcontactpunten in de verdeler worden geminimaliseerd met een kleine condensator die een condensor wordt genoemd. em> .

Zoals elke monteur u kan vertellen, is de levensduur van de "punten" van de verdeler rechtstreeks gerelateerd aan hoe goed de condensor functioneert.

Bevochtigingsstroom

Met al deze discussies over het verminderen van vonkvorming door schakelcontacten, zou men kunnen denken dat minder stroom altijd beter is voor een mechanische schakelaar.

Dit is echter niet noodzakelijk zo. Het is gebleken dat een kleine hoeveelheid periodieke vonkontlading juist goed kan zijn voor de schakelcontacten, omdat het de contactvlakken vrij houdt van kleine hoeveelheden vuil en corrosie.

Als een mechanisch schakelcontact met te weinig stroom wordt bediend, zullen de contacten overmatige weerstand opbouwen en kunnen ze voortijdig uitvallen!

Deze minimale hoeveelheid elektrische stroom die nodig is om een ​​mechanisch schakelcontact in goede gezondheid te houden, wordt de wetting current genoemd. .

Normaal gesproken ligt de bevochtigingsstroomwaarde van een schakelaar ver onder de maximale stroomwaarde en ruim onder de normale bedrijfsstroombelasting in een goed ontworpen systeem.

Er zijn echter toepassingen waarbij een mechanisch schakelcontact nodig kan zijn om routinematig stromen onder de normale bevochtigingsstroomlimieten te verwerken (bijvoorbeeld als een mechanische keuzeschakelaar een digitale logische of analoge elektronische schakeling moet openen of sluiten waarbij de stroomwaarde extreem klein is ).

In deze toepassingen wordt het ten zeerste aanbevolen om vergulde schakelcontacten te gebruiken. Goud is een "edel" metaal en corrodeert niet zoals andere metalen.

Dergelijke contacten hebben daardoor extreem lage bevochtigingsstroomvereisten. Normale contacten van zilver of koperlegering bieden geen betrouwbare werking als ze worden gebruikt in een dergelijke laagstroomvoorziening!

BEOORDELING:

• De delen van een schakelaar die verantwoordelijk zijn voor het maken en verbreken van elektrische continuïteit worden de 'contacten' genoemd. Meestal gemaakt van corrosiebestendige metaallegering, worden contacten gemaakt om elkaar aan te raken door een mechanisme dat helpt om de juiste uitlijning en afstand te behouden.
• Kwikschakelaars gebruiken een slak vloeibaar kwikmetaal als bewegend contact. Verzegeld in een glazen buis, is de vonk van het kwikcontact afgesloten van de buitenomgeving, waardoor dit type schakelaar bij uitstek geschikt is voor atmosferen die mogelijk explosieve dampen herbergen.
• Reed-schakelaars zijn een ander type apparaat met verzegeld contact, waarbij contact wordt gemaakt door twee dunne metalen "rieten" in een glazen buis, samengebracht door de invloed van een extern magnetisch veld.
• Schakelcontacten ondergaan meer dwang bij het schakelen van DC dan AC. Dit komt voornamelijk door het zelfdovende karakter van een AC-boog.
• Een weerstand-condensatornetwerk dat een "snubber" wordt genoemd, kan parallel worden geschakeld met een schakelcontact om contactboogvorming te verminderen.
• Bevochtigingsstroom is de minimale hoeveelheid elektrische stroom die een schakelcontact nodig heeft om zelfreinigend te zijn. Normaal gesproken ligt deze waarde ver onder de maximale stroomsterkte van de schakelaar.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Wissels