Rezistenta de contact

Rezistenta de contact

Prezenta unui contact electric pe o cale de curent pune, intotdeauna, in evidenta o rezistenta electrica suplimentara, Rc, numita rezistenta de contact. Existenta rezistentei de contact se explica pe seama a doua procese, constand in strictiunea liniilor de curent, pe de o parte si in acoperirea suprafetei de contact cu pelicule disturbatoare, pe de alta parte. Calculul contactelor formate din piese cu macrogeometrie simpla, la care starea materialului corespunde deformatiei elastice, se poate face pe baza teoriei elaborate de Hertz. Raza suprafetei circulare de contact este data de relatiile:

unde r1, r2 sunt razele pieselor sferice de contact, 1/ r1, ±1/r2-curburile acestora, E1, E2, -modulele Young respectiv Poisson ale materialelor, iar Fc-forta de apasare. Indiferent de rugozitatea suprafetelor de contact, atingerea acestora nu poate avea loc decat intr-un numar finit de puncte, suprafata reala Ac, considerata ca suma a microsuprafetelor de contact, rezultand intotdeauna mai mica decat suprafata aparenta de contact, Ab, dependenta de dimensiunile geometrice ale pieselor de contact. In cazul deformarii plastice, suprafata reala de contact, Ac, se poate calcula cu relatia data de Holm:

unde Fc este forta de apasare in contact, H-duritatea materialului, considerat in conditii de deformare plastica, n-numarul contactelor elementare, a-raza suprafetei circulare a contactului elementar, < <0,75 (orientativ coeficient de corectie, tinand seama de faptul ca duritatea H are valori mai mici in cazul varfurilor de contact, decat cele determinate macroscopic (prin apasarea unei sfere pe o suprafata plana). Pentru contacte cu un singur punct de atingere, Fig.4.3, suprafata reala de contact se calculeaza cu relatia:

Fc, a si H avand semnificatiile de la relatia (4.2). Deformarea plastica a materialului apare daca forta de apasare in contact depaseste o valoare critica.

A doua componenta a rezistentei de contact, rezistenta peliculara, Rp, este efectul formarii unor pelicule disturbatoare, de obicei cu proprietati semiconductoare, pe suprafetele pieselor de contact. Structura si grosimea peliculei disturbatoare depinde de metalul pieselor de contact, de temperatura suprafetei de contact si de compozitia chimica a mediului ambiant. Din acest punct de vedere, contactele electrice pot fi:

cu atingere metalica, realizate in vid, din metale care nu au suferit actiuni ale mediului ambiant;

cu atingere cvasimetalica, realizate din metale nobile in atmosfera normala,

unde acestea se acopera cu pelicule avand grosimi de 12 nm, pe care electronii le strabat aproape in mod liber, prin efect tunel.

cu pelicula disturbatoare, cum sunt de exemplu contactele din cupru in atmosfera normala sau cele din argint in vapori sulfurosi; in acest caz, intre metalul pieselor de contact si gazele din mediul ambiant au loc reactii chimice, peliculele compusilor rezultati avand grosimi de ordinul 102 nm. In cazul contactelor cu pelicula perturbatoare, stare in care functioneaza de altfel majoritatea tipurilor de contacte din tehnica echipamentelor electrice, conductia se stabileste fie prin fenomenul de fritare, fie ca urmare a deformarii plastice a suprafetelor de contact. Daca valorile fortelor de apasare in contact sunt relativ mici (la contactele releelor, in cazul contactelor alunecatoare), stabilirea conductiei electrice prin fenomenul de fritare are la baza proprietatile semiconductoare ale peliculei disturbatoare. In domeniul determinat de portiunea (ab) a curbei R(U), Fig.4.4, fenomenele sunt reversibile. Daca tensiunea U, aplicata contactului, depaseste insa valoarea Uf, a tensiunii de fritare (Uf = 10100 V), pelicula se strapunge, punctul de functionare stabilindu-se in (c), unde caderea de tensiune pe contact are valori mici, corespunzatoare unor valori, de asemenea mici, ale rezistentei

peliculare, Rp. Sub actiunea unei forte de apasare in contact avand valori mari, pelicula disturbatoare se fisureaza, iar materialul pieselor de contact, care in zona varfurilor atinge limita de plasticitate, curge prin fisurile formate; in acest caz, conductia electrica se stabileste prin punti metalice, care se formeaza intre piesele de contact. Rezistenta peliculara, Rp, se poate calcula utilizand relatia:

unde Rp0 este rezistenta superficiala specifica, iar Ac-suprafata reala de contact. Valorile rezistentei peliculare specifice se determina prin calcul, cu ajutorul unor relatii verificate pe cale experimentala. In practica proiectarii obisnuite, calculul contactelor electrice se efectueaza tinandu-se seama numai de rezistenta de strictiune, Rs.