Переходное сопротивление возникает в местах соединения проводников, когда два проводника соединяются с определенным физическим контактом. Это сопротивление обусловлено множеством факторов, таких как материалы проводников, особенности их поверхности, механическое соединение, температура и другие параметры. Рассмотрим все аспекты, которые могут привести к переходному сопротивлению:
1. Природа соединения проводников
Переходное сопротивление всегда связано с соединением двух проводников, которые могут быть соединены:
Механически (паяные, сварные соединения, винтовые, зажимные и т. д.);
Химически (например, в соединениях с использованием электролита или в процессе химической реакции).
Различные виды соединений могут вызывать различные уровни переходного сопротивления в зависимости от прочности контакта.
2. Микроскопическая структура контакта
Когда два проводника соединяются, контакт происходит на уровне микроструктуры их поверхностей. Даже если внешне контакт кажется гладким, на микроскопическом уровне поверхность каждого проводника имеет микроперепады, неровности, окислы и загрязнения. Эти факторы влияют на площадь контакта, а следовательно, и на величину переходного сопротивления.
Окисление металлов: На меди, алюминии и других проводниках может образовываться тонкая окисная пленка, которая значительно увеличивает переходное сопротивление, так как она плохо проводит электрический ток. Особенно заметен этот эффект в случае соединений с алюминием, где окисление происходит быстрее.
Загрязнение поверхности: Пыль, грязь, масла и другие загрязняющие вещества могут покрывать контактную поверхность и нарушать электрическое соединение.
3. Механическое соединение проводников
Механическое соединение проводников играет ключевую роль в величине переходного сопротивления. Если соединение недостаточно плотное, то контакт будет ограничен лишь несколькими точками, что увеличивает переходное сопротивление. Это явление наблюдается в соединениях, выполненных с использованием винтовых зажимов, пружинных клемм и других механических соединений.
Винтовые соединения: В таких соединениях, особенно при их длительном использовании, часто происходит ослабление контакта из-за коррозии или сдвига проводников, что также может увеличить переходное сопротивление.
Сварные соединения: Если сварка выполнена недостаточно качественно, то между проводниками могут оставаться микротрещины или другие дефекты, что также будет способствовать образованию переходного сопротивления.
4. Температурные эффекты
Температурные изменения влияют на переходное сопротивление как непосредственно, так и косвенно. Если соединение проводников подвергается сильным температурным колебаниям, это может привести к расширению и сжатию материала, что изменяет прочность контакта и приводит к увеличению переходного сопротивления. Например:
При высокой температуре проводники могут расширяться, что нарушит их контакт.
При низких температурах проводники сжимаются, что может привести к ослаблению контакта.
Тепловое расширение также может вызывать образование трещин в материале, что увеличит переходное сопротивление.
5. Используемые материалы
Материалы проводников имеют разную проводимость и склонность к образованию окислов или других веществ на поверхности. Наиболее распространенными материалами для соединений являются медь и алюминий, но их характеристики сильно различаются:
Медь обладает отличной проводимостью и хорошо переносит нагрузку при соединениях, однако медь подвержена образованию медных окислов, которые значительно ухудшают проводимость в точке контакта.
Алюминий также используется для соединений, но он гораздо более подвержен образованию окисной пленки, которая значительно увеличивает переходное сопротивление. Для решения этой проблемы часто применяются специальные соединители и пасты для предотвращения окисления.
6. Механические воздействия
Кроме температуры, различные механические воздействия на соединение проводников могут повлиять на величину переходного сопротивления:
Вибрации могут ослабить контакт в механических соединениях и, следовательно, увеличить переходное сопротивление.
Трещины и повреждения проводников, вызванные механическими нагрузками, также могут создавать дополнительные пути сопротивления для тока.
7. Коррозия и влияние внешней среды
Коррозия является одним из основных факторов, приводящих к увеличению переходного сопротивления. Особенно это актуально для соединений, выполненных в условиях повышенной влажности или воздействия агрессивных химических веществ. Коррозия может затруднить нормальное соединение проводников и привести к увеличению переходного сопротивления.
8. Факторы, способствующие увеличению переходного сопротивления
Низкое качество контакта (недостаточная площадь контакта, плохая зажимающая сила);
Слабое зажимное усилие (особенно важно для винтовых и зажимных соединений);
Длительная эксплуатация и усталость материалов;
Некачественная пайка, приводящая к микротрещинам и пустотам в области контакта;
Плохая обработка поверхности проводников перед соединением.
Заключение
Переходное сопротивление возникает в местах соединения проводников, и его величина зависит от множества факторов, включая качество соединения, материал проводников, наличие окислов, загрязнений и коррозии, а также температурные и механические воздействия. Чтобы минимизировать переходное сопротивление, необходимо использовать качественные материалы, обеспечивать хороший контакт между проводниками и контролировать условия эксплуатации соединений.
