НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ УЗЛОВ МОЩНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Кожевникова Вероника Дмитриевна

студентка 2 курса, ФПЭИС, ПГТА, г. Пенза

Е-mail: veronikakojev@mail.ru

Мешкова Оксана Александровна

студентка 2 курса, ФПЭИС, ПГТА, г. Пенза

Е-mail: po4ta1994@mail.ru

Бочкарев Владимир Семенович

научный руководитель, д-р. техн. наук, проф. каф. “Электроника и электротехника” ПГТА, г. Пенза

Ермолаев Николай Александрович

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент каф. “Информационные технологии и системы” ПГТА, г. Пенза

Широкое применение в современной промышленной электронике, электротехнике, электроэнергетике и электрооборудовании различных стационарных устройств и транспортных средств находят мощные проволочные резисторы, отличающиеся высокой точностью изготовления, высокой стабильностью сопротивления при воздействии различных внешних факторов, большой допустимой мощностью рассеяния и устойчивостью к электрическим перегрузкам, высокой надежностью и радиационной стойкостью.

Одним из основных узлов указанных резисторов, определяющих их точность, стабильность, надежность и стоимость, являются контактные токосъемные узлы, с помощью которых осуществляется присоединение высокоомного обмоточного провода резистора к внешней электрической цепи.

В работе [2] рассмотрены конструкции, технология изготовления и материалы, применяемые в современных мощных проволочных резисторах отечественного и зарубежного производства. В частности, для отечественных постоянных С5-35 В и регулируемых С5-36 В мощных проволочных резисторов ОЖО 467.551 ТУ (приемка «ОТК») и ОЖО.467.541 ТУ (приемка «5») [3, 7, 8] в соответствии с указанными техническими условиями интервал рабочих температур составляет от минус 60 ºС до плюс 155 ºС, вместе с тем, в процессе изготовления и работы резистор может нагреваться до плюс 300 ºС, поэтому температурный диапазон работы контактного узла лежит в пределах от минус 60 ºС до плюс 300 ºС.

Ресурс работы контактного узла должен быть не менее ресурса, указанного в ТУ на резисторы, который составляет от 15000 часов для резисторов С5-36 В до 20000 часов для резисторов С5-35 В.

Переходное сопротивление контактного узла должно быть не более 0,5 Ом.

Резисторы С5-35 В снабжены двумя неподвижными контактными узлами, а резисторы С5-36 В, кроме того, еще одним подвижным контактным узлом для регулирования значения сопротивления резистора.

Детали контактного узла должны обеспечивать не только работоспо-собность и сохранение все параметров и характеристик резисторов в указанных выше условиях в пределах нормированного значения ресурса работы, но и обеспечивать высокую коррозионную стойкость, а также должны легко облуживаться олово и серебросодержащими припоями без применения активных флюсов.

В работе [2] показано, что в наибольшей степени предъявляемым к рассматриваемым резисторам требованиям отвечают контактные токосъемные узлы, изготавливаемые из нейзильбера МНЦ 15–20 в виде ленты толщиной 0,5 мм. [6] Подвижные контактные узлы регулируемых проволочных резисторов изготавливаются из ленты из бронзы БрБ2 или БрОФ толщиной 0,5 мм [9]. Именно такие материалы применяются при изготовлении отечественных постоянных С5-35 В и регулируемых С5-36 В мощных проволочных резисторов.

Общим существенным недостатком указанных материалов контактных узлов является их высокая стоимость.

Проведенные исследования показали, что весьма перспективно для изготовления неподвижных контактных узлов применять тонколистовую оцинкованную сталь или ленту, в частности используемую для бронирования электрических кабелей [4]. В таблице 1 приведены основные параметры и характеристики этих материалов, а также ленты из нейзильбера.

Таблица 1

Сравнительные характеристики и параметры материалов для неподвижных контактных узлов

Из табл. 1 следует, что при практически одинаковых механических и электрических характеристиках контактные узлы из оцинкованной стальной ленты почти на порядок дешевле. При этом необходимая коррозионная стойкость, способность к точечной электросварке контактного узла, а также возможность облуживания и припайки внешних выводов олово и серебросодержащими припоями без применения активных флюсов обеспечи-ваются благодаря защитному цинковому покрытию толщиной 10-40 мкм. Кроме того, наличие двухстороннего защитного цинкового покрытия обеспечивает дополнительную катодную защиту контактного узла, в том числе и непокрытых цинком кромок стального листа или ленты. При этом ввиду схожести физико-механических свойств ленты из нейзильбера МНЦ 15–20, применяемой в настоящее время при изготовлении мощных проволочных резисторов, и предлагаемых материалов, не потребуется ни замена механообрабатывающего оборудования, ни смена каких-либо приспособлений, в частности, режущего инструмента и штампов.

В рассмотренном варианте контактный узел представляет собой хомутик из оцинкованной тонколистовой стали или ленты, состоящий из средней кольцевой части, плотно устанавливаемой на трубчатое основание резистора, и двух плоских концевых частей, соединяемых между собой контактно-точечной электросваркой.

В ходе проведенных исследований был разработан вариант составного контактного узла, содержащего две детали (рис.1): хомутик 1, состоящий из кольцевой части и двух плоских концевых частей 2, и плоский лепесток 4, устанавливаемый между концевыми частями хомутика, соединяемых между собой в точке 5 с помощью контактно-точечной электросварки [1].

Рис. 1. Составной контактный узел

1 – хомутик; 2 и 3 – плоские концевые части хомутика; 4 – плоский лепесток; 5 – место сварки; 6 – основание резистора; 7 – область облуживания выводоврезистора; 8 – защитное покрытие резистора; 9 – высокоомный провод.

Учитывая, что хомутик полностью покрывается защитным покрытием 8, то в этом контактном узле он может быть изготовлен из сравнительно дешевых материалов: стальная холоднокатаная лента или лист, нержавеющая лента или лист, оцинкованная с двух сторон лента или лист. При этом плоский лепесток для повышения коррозионной стойкости и улучшения облуживаемости и паяемости может быть изготовлен из нейзильбера, или оцинкованного с двух сторон стального листа (или ленты), или из стального листа (или ленты) с защитным покрытием из никеля или сплава олово-висмут. Указанные сочетания материалов хомутика и плоского лепестка обеспечивают более высокую надежность контактных узлов резистора по сравнению с предыдущим вариантом.

Подвижный контактный узел регулируемых резисторов (рис. 2) предла-гается изготавливать не из сравнительно дорогой ленты из бронзы БрБ2 или БрОФ, а из недорогой ленты из твердой пружинной стали 65Г [5].

Рис. 2. Подвижный контактный узел:

1 – средняя кольцевая часть хомутика; 2 – плоская короткая и 3 –длинная часть хомутика; 4 – винт; 5 – гайка; 6 – трубчатое основание резистора; 7 – защитное покрытие резистора; 8 – высокоомный провод; 9 – технологическое окно в защитном покрытии резистора; 10 – неподвижный контактный узел резистора.

Указанная лента, как следует из таблицы 2, имеет практически одинаковые с лентами из бронзы физико-механические и электрические параметры и характеристики. При этом стоимость подвижного контактного узла снижается в 10–50 раз.

Таблица 2

Сравнительные характеристики и параметры материалов для подвижных контактных узлов

Для обеспечения коррозионной стойкости подвижного контактного узла, как и в случае применения ленты из бронзы, все его детали покрывают защитным покрытием из никеля.

Поскольку твердость ленты из пружинной стали 65 Г сравнима с твердостью лент из бронзы, а ее относительное удлинение в несколько раз больше (см. табл. 2), то для изготовления подвижного контактного узла из предлагаемой стальной ленты применимы то же самое оборудование, инструмент и приспособления, включая штампы, что и в существующем производстве резисторов С5-35 В и С5-36 В.

Таким образом, конструкция и технология изготовления подвижного контактного узла для регулируемых проволочных резисторов остаются практически неизменными при существенном снижении его стоимости.

Предложенные материалы для неподвижных и подвижных контактных узлов могут найти применение при изготовлении постоянных и регулируемых мощных проволочных резисторов, широко используемых в радиотехнике, электронике, автоматике, а также в стационарном и транспортном электрооборудовании.

Список литературы:

1.            Андреев А. Б., Ермолаев Н. А., Вострокнутов Е. В., Валов К. В. Токосъемный узел проволочного резистора. Патент РФ на полезную модель № 101862 МПК: Н01С 1/144. Бюл. № 3, 2011. 5 с.

2.            Воронцов А. А., Демин С. Б., Ермолаев Н. А. Контактные токосъемные узлы мощных проволочных резисторов. Сб. тр. XV Межд. научн.-техн. конф. «Современные техника и технологии» Т.1. – Томск, изд-во ТПУ, 2009, с. 153–158.

3.            Врублевский Л. Е., Зайцев Ю. В., Тихонов А. И. Силовые резисторы. М.. Энергоатомиздат, 1991. 172 с.

4.            Ермолаев А. Н., Ермолаев Н. А., Вострокнутов Е. В., Валов К. В. Токосъемный хомутик проволочного резистора. Патент РФ на полезную модель № 101861 МПК: Н01С 1/00. Бюл. № 3, 2011.

5.            Ермолаев А. Н., Ермолаев Н. А., Вострокнутов Е. В., Воронцов А. А.

Подвижный токосъемный узел регулируемого проволочного резистора. Патент РФ на полезную модель № 106031 МПК: Н01С 10/24. Бюл. № 18, 2011. 3 с.

6.            Ленты из мельхиора, нейзильбера и монеля. Технические условия. ГОСТ 5187-2003. М., Изд-во стандартов, 2004. 39 с.

7.            Проволочные резисторы. Под общ. ред. Железнова М. Т. и Ширшева Л Г. М., «Энергия», 1970. 117 с.

8.            Резисторы: Справочник / Дубровский В. В. и др. М., «Радио и связь», 1991. 337 с.

9.            Савровский С. В. Конструкционные материалы и их обработка. М., Высшая школа, 1976. 481 с.