Проектирование высокочастотного переключателя кругового вращения Типы коммутационных (стр. 2 из 3)

Таблица 3.1 – Основные характеристики материалов

Материал контакта	Марка материала	ri, мкОм×мм	Еi, кгс/мм2	ni	bi	К2	Ri, мм	hm i, мм	mi
1	Бронза БрБ2	70	1,25×104	3	5	0,12	0,05	0,001	0,3
2	Латунь Л63	74	1×104	3	5	0,12	0,05	0,001	0,3

Рассчитываем переходное сопротивление

Расчёт активной составляющей переходного сопротивления на высоких частотах производится по формуле

, Ом (3.3)

где f – частота (в нашем случае f = 10 МГц);

– относительная магнитная проницаемость материала контакта;

D – диаметр кажущейся поверхности;

R – радиус выступов микронеровностей;

h_m – максимальная высота микровыступов;

Е – модуль упругости первого рода;

P_к – контактное усилие;

–удельное электрическое сопротивление;

– средняя величина удельного давления на проводящем участке переходной зоны:

, (3.4)

где a – радиус контактной площадки, который находится из уравнений Герца:

; (3.5)

– максимальное контактное давление в центре контактной зоны (также определяется по уравнениям Герца):

; (3.6)

– средняя глубина проникновения тока, мм:

; (3.7)

с – коэффициент, зависящий от качества обработки поверхности:

(3.8)

где b, K₂, и n – параметры, зависящие от вида обработки контактной поверхности.

При контактировании двух шероховатых поверхностей в формулы (3.3) - (3.8) подставляются приведённые, получаемые по расчету по данным таблицы 3.1, значения n, b, R, E, h_m и К₂, которые определяются следующим образом:

, мкОм∙мм, (3.9)

(мкОм∙мм)

, (3.10)

.

, (3.11)

где k₁ – коэффициент зависящий от n₁ и n₂ (k₁=0,05).

.

, мм (3.12)

(мм).

, кгс/мм² (3.13)

(кгс/мм²).

, мм (3.14)

(мм).

, (3.15)

.

Подставляем полученные данные в исходные формулы:

;

(мм);

(кгс/мм²);

(мм);

(кгс/мм²).

Подставляем полученные значения в (3.3), находим:

(Ом).

Определим температуру локального перегрева.

, (3.16)

где r – удельное электрическое сопротивление тела контакта;

l – теплопроводность материала контактов;

R_п – переходное сопротивление;

I – ток проходящий через контакт.

Таблица 3.2 – Исходные данные для теплового расчета

Материал	r, мкОм×мм	I, А	Rп, Ом	λ, Вт/мм∙°С
Бронза БрБ2	70	0,15	3,148∙10-4	0,61∙10-7
Латунь Л63	74	0,15	3,148∙10-4	0,82∙10-7

Оценим температуру локального перегрева для бронзы БрБ2:

(°С).

Оценим температуру локального перегрева для латуни Л62:

(°С).

Полученные значения перегрева обеспечивают значительную температурную стабильность контакта, т.е. протекающий ток не вызывает изменение параметров перехода.

Ёмкость между контактными пружинами.

Вычисляем минимально допустимое расстояние b, обеспечивающее заданное сопротивление изоляции между контактными пружинами, которое приведено на рис. 3.1.

Рис 3.1 Cопротивление изоляции между контактными пружинами

, мм (3.17)

где R_из - сопротивление изолятора, R_из = 2,5×10⁹ Ом;

L, l – параметры соединения, L = 7 мм, l = 2 мм;

r_s – удельное поверхностное сопротивление материала изолятора, на котором укреплены контактные пружины, ρ = 10¹².

(мм).

Определяем ёмкость между контактными пружинами

(3.18)

где ε - диэлектрическая проницаемость материала изолятора, e = 4;

H – толщина изоляции, H = 2 мм.

(пФ).

Ёмкость переходной зоны вычисляем по следующей формуле:

(3.19)

где ε₀ – диэлектрическая постоянная;

e₁ – относительная диэлектрическая проницаемость воздушного промежутка между контактными поверхностями;

а_m – наибольшее внедрение:

, мм(3.20)

(мм).

Величина контактного усилия

вычисляется по формуле:

, (3.21)

где

– площадь наружной зоны кажущейся контактной поверхности:

(3.22)

Подставив значения в формулы (3.21) и (3.22), имеем:

(мм²);

(кгс).

Найдем величину емкости переходной зоны из (3.19)

(Ф).

Полученное значение емкости меньше заданного по требованиям технического задания.

Рассчитываем усилие, необходимое для перемещения контактов.

, кгс (3.23)

где

- коэффициент, учитывающий колебание жёсткости упругого элемента в зависимости от изменения размеров и модуля упругости,

= 1;

- коэффициент, учитывающий влияния погрешности изготовления контактного узла, = 1;