Защита контактов привода от обгорания

Физическая природа обгорания контактов

При замыкании контактов происходит так называемый дребезг контактов - процесс, при котором происходят многократные замыкания и размыкания, пока контакты не прижмутся друг к другу достаточно плотно. Во время дребезга, в моменты перед касанием контактов, и в момент их размыкания, расстояние между контактами становится настолько мало, что электрическое поле вызывает между ними ионизацию воздуха. Воздух в промежутке между контактами становится электропроводящим, возникает его пробой, что приводит к искрению, а порой и к возникновению длительной электрической дуги.

Температура плазмы внутри дуги может развиваться до 6000 - 10000 °С, метал на контактах испаряется, происходит так называемое обгорание контактов. Контакты покрываются нагаром, нагрев приводит к их окислению, что ещё больше способствует дребезгу и дальнейшму обгоранию.

Особенности работы контактов с электродвигателем

Двигатель является очень сложной нагрузкой для контактов. При замыкании контактов, низкое сопротивление обмоток ещё не работающего двигателя приводит к большому броску тока, что сильно нагружает контакты. При этом обмотки двигателя являясь индуктивностью, начинают запасать энергию, и при размыкании контактов в обмотках возникает высокое напряжение самоиндукции, которое может достигать до тысячи вольт, и больше. Оно поступает на размыкаемые контакты, их небольшой воздушный зазор пробивается, и возникает дуговой разряд как на свече зажигания. Контакты обгорают.

Защита контактов от искрения, схема с диодом

Для защиты контактов от дуговых разрядов применяются так называемые искрогасящие цепи, которые устанавливаются как параллельно контактам, так и параллельно нагрузке.

Диодная схема лучше других устраняет дуговые разряды при индуктивной нагрузке, и является широко применяемой для подавления напряжения самоиндукции (только в цепях постоянного тока). Кремниевый диод подключается параллельно обмоткам.

При подачи питания на двигатель, диод не проводит тока и не оказывает никакого влияния на работу. Однако когда при размыкании контактов возникает напряжение самоиндукции, его полярность противоположно напряжению питания. Диод открывается и замыкает через себя возникшее в обмотках напряжение, по сути устраивая для него короткое замыкание. И хотя в следствии некоторого внутреннего сопротивления диода напряжение самоиндукции падает не до нуля, создать дуговой разряд оно уже не способно.

Диод следует выбирать таким образом, что бы его обратное напряжение и максимальным импульсный ток были сравним с напряжением питания и током нагрузки. Например выпрямительный диод на 3А 1N5401 имеет максимальное постоянное обратное напряжение 100В, и максимально допустимый прямой импульсный ток 200А, что с большим запасом хватает для его использования на страйкбольных приводах.

При монтаже следует избегать длинных соединительных проводов, и стремиться к тому, что бы выводы диода были максимально короткими, а сам диод был припаян непосредственно к контактам двигателя (такое подключение улучшает ЭМС при процессах коммутации).

Данная схема подключения диода используется так же в электронных ключах, коммутитующих двигатели и катушки электронных реле, для защиты ключевого транзистора от пробоя (возникающим в момент закрытия транзистора) высоким напряжением самоиндукции, которое может достигать 1 кВ и выше.

Защита контактов от искрения RC-цепью паралельно контактам

Суть этого метода основан на том, что напряжение на конденсаторе не может изменяться мгновенно. В теории, при размыкании контактов, конденсатор начинает постепенно заряжаться, и если за время пока напряжение ещё мало, контакты разойдутся достаточно далеко, дугового разряда не возникнет. На практике зарядка конденсатора позволяет какое то время поддержать на контактах низкое напряжение, предотвращая его мгновенный скачок, и тем самым ослабляет возникающий рзряд.

Резистор используется для того, чтобы предотвратить бросок тока через контакты в момент, когда происходит замыкание контактов и закорачивание ими заряженного конденсатора. Конденсатор плавно разряжается через резистор.

Комбинация диодной схемы и RC-цепи

Такая схема позволяет погасить напряжение самоиндукции, и одновременно с этим понизить прошедшее на контакты напряжение в момент их размыкания.

Мной были использованы имеющиеся под руками радиодетали, от найденного у леса разбитого музыкального центра, взятого как раз для такого случая, на радиодетали. На двигатель был поставлен трёх амперный выпрямительный диод 1N5401, а в паралель контактам впаян имеющийся у меня с наибольшей ёмкостью конденсатор 0.33 мкФ с резистором на 5 Ом. Эксперимент был проведён на электрическом пистолете USP фирмы Cyma.

При подключении к контактам только RC-цепочки, искрение становилось меньше. При подключении непосредственно к контактам двигателя только диода, искрение снижается очень значительно. При использовании вместе с диодом RC-цепочки, она ещё немного уменьшает и без того уже небольшое искрение.

После подключения диода и RC-цепочки, контакты стали обгорать значительно меньше. Если без них несколько тысяч выстрелов оставили на металлической вставке контактов глубокий след, то последующий настрел в 150 тысяч выстрелов, не нанёс контактам значительных разрушений.

RC-цепочка на пистолете Cyma:

Диод на двигателе пистолета Cyma:

Схема с диодом на автомате АК. RC-цепочку ставить не стал до его разбора, из за трудности доступа к самим контактам:

Обсудить статью на форуме