Контактное соединение для сильноточных цепей Советский патент 1991 года по МПК H01R4/58 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для соединения сильноточных плоских шин, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию внешних механических или электромагнитных сил.

Целью изобретения является повышение надежности путем стабилизации переходного сопротивления в процессе эксплуатации.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство содержит контактные элементы 1, каждый из которых выполнен с V-образным пазом. Одна из поверхностей паза - 2 выполнена перпендикулярной а другая - 3 выполнена наклонной к продольной оси 4 контактного элемента 1. Наклонные поверхности 3 пазов образуют плоскость взаимодействия контактных элементов 1. Между перпендикулярными поверхностями 2 пазов и поверхностями контактных элементов 1 выполнены изолирующие зазоры 5, Устройство содержит также возвратный механизм 6. взаимодействующий 1 с контактными элементами 1 в плоскости, перпендикулярной наклонным поверхностям 3 пазов и параллельной продольной оси 4 контактных элементов 1.

На чертеже обозначены: L - длина контактного соединения; б - толщина контактного элемента 1; Р - сила сжатия возвратного механизма 6; F - внешняя механическая или электромагнитная сила; FTp - сила трения; N - контактное давление.

Устройство работает следующим образом.

В исходном (нижнем) положении контактные элементы 1 сжимают силой Р0 и сдвигают до упора торцами, при этом про текание тока происходит через участок наклонных контактирующих поверхностей длиной Lcosec a . Периодически на контактное соединение воздействует внешняя сила F. Действие продольной составляющей Fcos / приводит к сдвигу контактных элементов 1 относительно один другого на

расстояние I между торцами Выбором угла наклона а,/ и силы F при заданных величинах сжатия Ро, жесткости возвратного механизма о обеспечивают с помощью ли5 бо конструктивных приспособлений, например, упора, либо уравновешивания в верхнем положении силы Fcos/ силой трения FTp, причем необходимо, чтобы (L - I)/ б Э-5, тогда изменением контактного сопро10 тивления 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) поло15 жение под действием силы - Р0 и соответствующей составляющей усилия сжатия возвратного механизма. Таким образом, в устройстве обеспечивается непрерывность протекания гока и стабильность величины

20 контг гиого сопротивления вследствие предотвращения возрастания переходного сопротивления путем периодического воздействия внешнил (механических или электромагнитных) сил на контактное

25 соединение.

Для того, чтобы обеспечить сдвиг контактных элементов 1 один относительно другого на заданную величину I при воздействии внешней силы F и возвращение в ис30 ходное состояние при снятии силы F с целью разрушения окисных пленок, необходимо выполнение следующих условий.

1. При F - 0 под действием сжимающей 35 силы Р/или Р Ро O ltg «контактные элементы 1 должны возвращаться в исходное положение - до упора торцами, т.е. должно выполняться условие Psln a FTp; Ftp k0N; N Pcos a . где Ртр - сила 40 трения, k0 коэффициент трения покоя, N- контактное давление, а- угол наклона контактирующей поверхности. Отсюда следует

iga k0.(1)

45 2. Величина внешней силы Ff 0 должна быть достаточной, чтобы осуществился

сдвиг контактных элементов 1 из нижнего положение (I 0) и достигался необходимый сдвиг (I 1 0) в верхнем положении, те. Fcps (а -/) (Р0 +al tg«)slna + FTp ; FTp kN N(P0+al tga)cosa + Р$1п(а-/ЗУЗдесь условию I 0 соответствует знак , а условию I/O - знак ,- k - k0 - коэффициент трения покоя при I 0, k kf- коэффициент трения скольжения при 0. В результате получим

F (ро + Pl tg a)(sln « + kcos a (cos a -ft) - ksln( a-ft)(2)

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

3. Величину необходимого сдвига контактных элементов 1 выбирает из условия

dcosa l Д1,(3)

где d - диаметр контактных, определяемых величиной силы сжатия - Р; Д 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

или

Д L Ј L - 56, (4)

где L - длина нахлеста, б - толщина контактного элемента 1; переходное сопротивление не изменится при I/L « 1, или I 0,1 L. Диаметр d контактных пятен при давлении -10 кг/см не превышает -Л0 мкм, и 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 5-86, поэтому условие (4) допускает достаточно большой сдвиг: Д| (1-3)6. В реальных соединениях можно ограничиться допустимым конструкционным вертикальным смещением h. Величине h при использовании в качестве возвратного механизма б, например, тарельчатых или других пружин соответствует рабочий ход пружин. Тогда окончательно получим I т п| 1-5б|; hctg a; 0.11.1 (5)

Объединяя (1), (2) и (5) получим систему неравенств, которая определяет выбор угла наклона, величины силы и сдвига

tg a k0; (6)

(Ро +Pl tg «)(sln a -M(cos a ) cos (а -/) - kslnTa JT (7

(8)

I mln{ (L -5(5) : hctg a :0,1L где k k0, при I 0J

k ki, при I 0;

k0 - коэффициент трения покоя; ki - коэффициент трения скольжения, а - угол наклона контактирующих поверхностей к продольной оси контактных элементов;

/ -угол между направлением действия силы и продольной осью контактного эле- мента (по часовой стрелке - положительный, |/3 | /,

(7- жесткость возвратного механизма: F - величина внешней силы; р0 - сила сжатия контактных элементов

в исходном (нижнем) положении;

I - принимаемая величина продольного сдвига контактных элементов,

I - длина нахлеста; f б - толщина контактного элемента;

h - допускаемое вертикальное смещение контактных элементов контактного сое динения.

Периодичность воздействия внешней силы определяется скоростью роста окис- ных пленок.

Рассмотрим в качестве примера соединение плоских сильноточных медных шин сечением 1,5x10 см, применяемых в моно- литных системах стеллараторов или торсат- ронов. Длину нахлеста и силу сжатия определим по известным методикам; L 8 см, Р 80 кН. Коэффициент трения покоя для пары медь-медь со смазкой: k0 0,13, сколь- жения ki 0,02. Из условия (6) определим угол наклона а arctgko/ примем а 8°/. Допустимое конструктивное вертикальное смещение h 1 мм. Из условия (3) получим К min{(8-1,5-5); (0,1ctg8°); 0,16}, т.е. | min{0,5 см; 0,71 см; 0,8 см} 0,5 см. Примем I 5 мм. Из условия (7) определим величину растягивающей// 0 внеш- ней силы F при жесткости упругого элемента ст 105 Н/м:

при 0, F 22,1 кН;

при1у О, ,3 кН,

т.е. при воздействии внешней силы F 22,1 кН концевые части медных шин сместятся 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 ограничен конструктивно (упор зажим и др,).

Таким образом, периодическое воздействие внешней силы F 24,3 кН в рассмотренном примере и выполнение контактирующих поверхностей под углом а 8° к продольной оси 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 F может быть приложена как в рабочем режиме пропускания тока, например, электромагнитная сила в магнитной системе торсат- рона, так и в нерабочем - механическое воздействие. Вместе с тем изолирующие

зазоры предохраняют контактные элементы от подгорания при прохождении тока, что также повышает надежность устройства.

Формула изобретения Контактное соединение для сильноточных цепей, содержащее два контактных элемента, каждый из которых выполнен с V-образным пазом, одна из поверхностей которого выполнена перпендикулярной, а другая - наклонной к продольной оси контактного элемента, этом контактные элементы взаимодейстьуют друг с другом наклонными поверхностями пазов, о т л и чающееся тем, что с целью повышения надежности путем стабилизации переход ного сопротивления в процессе эксплуатации, оно снабжено возвратным механизмом и выполнено с изолирующими зазорами между перпендикулярными поверхностями V-образных пазов и торцовыми поверхностями контактных элементов, при этом возвратный механизм взаимодействует с контактными элементами а плоскости, перпендикулярной наклонным поверхностям пазов и параллельной продольной оси контактных элементов

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