Контактор для коммутации цепей переменного тока
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Ноября 2013 в 11:16, курсовая работа
Краткое описание
Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для
частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных
режимах работы. Электромагнитный контактор представляет собой электрический
аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей.
Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего с
помощью электромагнитного привода. Общие технические требования к
контакторам изложены в ГОСТ 11206-70.
Содержание
Введение……………………………………………………………………….. 3
1.Задание на курсовую работу….……………………………………….......... 6
2.Расчет токоведущего контура...……..……………………………………… 7
2.1. Площадь и размеры сечения шин.…………………………………… 7
2.2. Площадь и размеры сечения гибких шунтов……..………………. 8
2.3. Контактные зажимы шинных выводов и внутренних соединений... 9
2.4. Термическая устойчивость шин и гибких шунтов..………………... 11
3. Расчет коммутирующих контактов………...……………………………… 12
3.1.Выбор материала, формы и размеров контактов………………...….. 12
3.2.Расчет силы нажатия контактов..…….………….………………........ 12
3.3. Выбор раствора и провала контактов...…….……………………….. 13
3.4. Определение переходного сопротивления……………………….…. 14
3.5. Падение напряжения на переходном сопротивлении…...…..……... 14
3.6.0пределение температуры контактной площадки…..……....….….... 15
3.7.0пределение тока сваривания контактов………….………….……… 16
3.8.Расчет износостойкости контактов...…...…………………...……….. 16
4. Расчет дугогасительной системы...……...………………………………… 18
5. Расчет механизма ………………………………………………………….. 21
5.1.Разработка эскиза контактора….………….………………………….. 21
5.2.Построение механической характеристики……..…………………... 22
6.Расчет электромагнита переменного тока…………………………………. 23
6.1.Определение сечения магнитопровода по условию отсутствия
вибрации якоря……….………………………………………………..
23
6.2.Расчет размеров КЗ витка…..………………………………………… 24
6.3.Предварительный расчет намагничивающей силы обмотки……….. 25
6.4.Определение размеров катушки...………………………..…………... 26
6.5.Уточненный расчет намагничивающей силы при притянутом
якоре…………………………………………….…………………..….
27
6.6.Уточненный расчет размеров обмотки и определение ее
параметров……………….…………………………………………….
29
6.7.Проверка отсутствия вибрации якоря..………………………………. 31
6.8.Расчет тяговой характеристики………….………………………….... 32
Заключение...…………………………………………………………………... 34
Список литературы……………………………………………………………. 35
Вложенные файлы: 1 файл
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ЮЖНОРОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)
_____________________________________________________________
ФАКУЛЬТЕТ
_________________________________________
КАФЕДРА
_______________________________
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
________________________________________
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ__
Проектирование
электротехнических
устройств
_________________________________________________________________
НА ТЕМУ:
Контактор для
коммутации
цепей
переменного тока
__________________________________________________________________
Студентка________курса, шифр________ _______________________________________
Руководитель ________________________________________________________________
Должность, звание
(Фамилия, имя, отчество)
Консультант ________________________________________________________________
Должность, звание
(Фамилия, имя, отчество)
К защите
Защита принята с оценкой
«____»___________ ______
г. _________
«____»_______ _______
г.
__________________________
__________________________________
Подпись.
Подпись.
Новочеркасск 20 г.
2
Содержание
стр.
Введение………………………………………………………………………..
3
1.Задание на курсовую работу….………………………………………..........
6
2.Расчет токоведущего контура...……..………………………………………
7
2.1. Площадь и размеры сечения шин.……………………………………
7
2.2. Площадь и размеры сечения гибких шунтов……..……………….
8
2.3. Контактные зажимы шинных выводов и внутренних соединений...
9
2.4. Термическая устойчивость шин и гибких шунтов..………………...
11
3. Расчет коммутирующих контактов………...……………………………… 12
3.1.Выбор материала, формы и размеров контактов………………...…..
12
3.2.Расчет силы нажатия контактов..…….………….………………........
12
3.3. Выбор раствора и провала контактов...…….………………………..
13
3.4. Определение переходного сопротивления……………………….….
14
3.5. Падение напряжения на переходном сопротивлении…...…..……...
14
3.6.0пределение температуры контактной площадки…..……....….…....
15
3.7.0пределение тока сваривания контактов………….………….………
16
3.8.Расчет износостойкости контактов...…...…………………...………..
16
4. Расчет дугогасительной системы...……...…………………………………
18
5. Расчет механизма ………………………………………………………….. 21
5.1.Разработка эскиза контактора….………….………………………….. 21
5.2.Построение механической характеристики……..…………………...
22
6.Расчет электромагнита переменного тока…………………………………. 23
6.1.Определение сечения магнитопровода по условию отсутствия
вибрации якоря……….……………………………………………….. 23
6.2.Расчет размеров КЗ витка…..…………………………………………
24
6.3.Предварительный расчет намагничивающей силы обмотки……….. 25
6.4.Определение размеров катушки...………………………..…………... 26
6.5.Уточненный расчет намагничивающей силы при притянутом
якоре…………………………………………….…………………..…. 27
6.6.Уточненный расчет размеров обмотки и определение ее
параметров……………….……………………………………………. 29
6.7.Проверка отсутствия вибрации якоря..………………………………. 31
6.8.Расчет тяговой характеристики………….…………………………....
32
Заключение...…………………………………………………………………... 34
Список литературы……………………………………………………………. 35
3
Введение.
Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для
частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных
режимах работы. Электромагнитный контактор представляет собой электрический
аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей.
Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего с
помощью электромагнитного привода. Общие технические требования к
контакторам изложены в ГОСТ 11206-70.
Общепромышленные контакторы классифицируются:
•
по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки)
-постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;
•
по числу главных полюсов - от 1 до 5;
•
по номинальному току главной цепи - от 1,5 до 4800 А;
•
по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В
постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60,
500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;
•
по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В
постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24
до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;
•
по наличию вспомогательных контактов - с контактами, без
контактов.
Контакторы также различаются по роду присоединения проводников
главной цепи и цепи управления, способу монтажа, виду присоединения внешних
проводников и т.п. Указанные признаки находят отражение в типе контактора,
который присвоен предприятием-изготовителем.
Нормальная работа контакторов допускается:
•
при напряжении на зажимах главной цепи до 1,1 и цепи
управления от 0,85 до 1,1 номинального напряжения соответствующих
цепей;
•
при снижении напряжения переменного тока до 0,7 от
номинального включающая катушка должна удерживать якорь
4
электромагнита контактора в полностью притянутом положении и при
снятии напряжения не удерживать его.
Выпускаемые промышленностью серии электромагнитных контакторов
рассчитаны на применение в разных климатических поясах, работу в различных
условиях, определяемых местом размещения при эксплуатации, механическими
воздействиями и взрывоопасностью окружающей среды и, как правило, не имеют
специальной защиты от прикосновений и внешних воздействий.
Контактор состоит из следующих основных узлов: главных контактов,
дугогасительной
системы, электромагнитной
системы, вспомогательных
контактов.
Главные контакты осуществляю замыкание и размыкание силовой цепи.
Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на
производство большого числа включений и отключений при большой их частоте.
Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка
контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические
защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа.
Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые –
прямоходовую.
Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги,
которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и
конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и
режимом работы контактора.
Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное
управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы
определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической
схемой. Электромагнитная система состоит из сердечника, якоря, катушки и
крепежных деталей. Электромагнитная система контактора может рассчитываться
на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на
включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в этом случае
осуществляется защелкой.
Отключение контактора происходит после обесточивания катушки под
действием отключающей пружины, или собственного веса подвижной системы, но
5
чаще пружины. Вспомогательные контакты производят переключения в цепях
управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они
рассчитаны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не
более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в
подавляющем большинстве случаев мостикового типа. Контакторы переменного
тока строятся, как правило, трехполюсными с замыкающими главными
контактами. Электромагнитные системы выполняются шихтованными, т. е.
набранными из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиной до 1
мм. Катушки низкоомные с малым числом витков. Основную часть сопротивления
катушки составляет ее индуктивное сопротивлние, которое зависит от величины
зазора. Поэтому ток в катушке контактора переменного тока при разомкнутой
системе в 5-10 раз превышает ток при замкнутой магнитной системе.
Электромагнитная
система
контакторов
переменного
тока
имеет
короткозамкнутый виток на сердечнике для устранения гудения и вибрации. В
отличии от контакторов постоянного тока режим включения контакторов
переменного тока более тяжел, чем режим отключения из за пускового тока
асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме этого
наличие дребезга контактов при включении приводит в этих условиях к большому
износу контактов. Поэтому борьба с дребезгом при включении здесь приобретает
первостепенное значение.
6
1. Задание на курсовую работу
Спроектировать контактор, для коммутации цепей переменного тока.
Основные исходные данные для расчетов элементов контактора:
1.Номинальный ток главных контактов Iнг=125 А.
2.Номинальное напряжение на главных контактах Uнг=690 В.
3.Количество коммутирующих главных контактов Nгк= 3.
4.Температура окружающей среды Ө
ос
≤40
о
С.
5.Номинальный ток блок-контактов Iнб=10А.
6.Напряжение управления U
упр()
=380-400В.
7
2.Расчет токоведущего контура
2.1. Площадь и размеры сечения шин.
Определимся с размерами токопроводящих шин контактора. В качестве
проводников используем шины прямоугольного сечения с размерами а и b. Выбрав
соотношение сторон n=5, определим сторону b по выражению:
2
3
,
2
(
1)
НГ
Э
Д
T
y
I
к
b
n n
к
ρ
τ
⋅
⋅
=
⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
(2.1.1)
где I
НГ
- номинальный ток главных контактов, А;
ρ
Э
- удельное электрическое сопротивление проводника при установившейся
температуре Ө
У
, Ом м.
к
Д
- коэффициент добавочных потерь, для переменного тока в общем случае
зависит от геометрических размеров проводника а также от расположения его
относительно других проводников
.
к
T
- коэффициент теплоотдачи,
Вт/м
2
-°С;
τ
у
- превышение температуры проводника над температурой окружающей
среды,
o
С;
n=a/b – коэффициент определяющий соотношение сторон проводника.
Принимаем к
Д
=1,2,
к
Т
=10Вт/м
2
°С
,
τ
у
= 55
°С, n = 5
ρ
Э
=0,01681 10
-6
Ом м·(1+0,0043·(55
O
C+ 40
O
C - 20
O
C )) ≈ 0,0222
.
10
-6
Ом м
После расчёта получаем, что b
Ш
=0.00233м. Рассчитываем размер а по
формуле:
а =5 b
Ш
=5
0.00233м=11,65мм
(2.1.2)
Возьмем: b
Ш
=2,5мм, а
Ш
=
12,5мм.
Определяем сечение шины по формуле:
S
Ш
= a
Ш
b
Ш
(2.1.3)
Получаем, что
S
Ш
=31,25мм.
2
Для блок – контактов:
Для шины прямоугольного сечения с размерами а и b, выбрав соотношение
сторон n=5, сторона b определяется по выражению:
8
2
3
,
2
(
1)
нб
Э
Д
T
y
I
к
b
n n
к
ρ
τ
⋅
⋅
=
⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
(2.1.4)
где I
нб
- номинальный ток блок- контактов, А;
ρ
Э
- удельное электрическое сопротивление проводника при установившейся
температуре Ө
У
, Ом м.
к
Д
- коэффициент добавочных потерь, для переменного тока в общем случае
зависит от геометрических размеров проводника а также от расположения его
относительно других проводников
.
к
T
- коэффициент теплоотдачи,
Вт/м
2
-°С;
τ
у
- превышение температуры проводника над температурой окружающей
среды,
o
С;
Принимаем к
Д
=1,1,
к
Т
=10Вт/м
2
°С
,
τ
у
= 55
°С, n = 5.
ρ
Э
=0,0222
.
10
-6
Ом м
После расчёта получаем, что b=0,42мм. Принимаем с запасом b=0,5мм.
Тогда a=2,5мм. Сечение S=1,25мм
2
.
2.2
Площадь и размеры сечения гибких шунтов.
Материал шунтов - тонкие медные проволочки, скрученные в жгуты.
Сечение меди шунтов выбирается близким к сечению шин. Коэффициент
заполнения геометрического сечения принимаем равным:
0,785
2
4
2
=
d
d
π
=
ЗГШ
K
⋅
(2.2.1)
Тогда геометрическое сечение гибкого шунта
ГШ
S
,м
2
, будет:
ЗГШ
Ш
ГШ
K
S
=
S
. (2.2.2)
Получаем S
ГШ
=39,8мм
2
Размеры сечения определяются после расчёта размеров коммутирующих
контактов. При этом ширина шунта a
Ш
принимается равной ширине
подвижного контакта a
К
=a
Ш
=12,5мм. Тогда толщина шунта b
ГШ
, м, будет:
9
ГШ
ГШ
Ш
S
b
a
=
(2.2.3)
В результате получаем b
ГШ
≈3,2мм. Поскольку a
Ш
выбрано с запасом с
учетом имеющегося ряда стандартных шин, размер b
ГШ
можем уменьшить до 3мм.
Тогда
S
ГШ
=37,5мм
2
.
Для блок – контактов:
По формулам (2.2.1), (2.2.2) получаем S
бк
=1,6мм
2
.Толщину шунта оставим
прежней b=0,5мм. Тогда а=3,2мм.
2.3. Контактные зажимы шинных выводов и внутренних соединений.
Расчёт производится с целью определения достаточной силы натяжения,
чтобы
переходное
сопротивление
и
падение
напряжения
не
были
чрезмерными.
По выбранной ширине шины определяется площадь контактной поверхности
S
К
, м
2
:
2
К
Ш
S
a
=
(2.3.1)
Получаем S
К
=156,25мм
2
.
По ГОСТу удельное контактное нажатие должно быть не менее
p
К
=9,8 10
6
Н/м
2
.
Следовательно, сила нажатия Pк, Н, должна быть не менее:
Pк= p
К
S
К
(2.3.2)
Получаем, что сила нажатия Pк=1531,25Н.
Для не размыкаемого контактного соединения, в соответствии с заданной
величиной номинального тока Iнг=125А, принимаем диаметр болта с механической
резьбой: нетоковедущий стальной болт М8.
Для блок - контактов выбираем винт М5.
По табличным данным определяем расчётную силу, развиваемую
выбранным болтом P
Б
. При этом должно выполняться условие P
Б
>P
К
. Таким
образом, P
Б
=5,4кН (нормальная контролируемая затяжка). Рассчитываем
переходное сопротивление контактного соединения R
ПХ
, Ом, по формуле:
10
2
1
(
) ,
(0.102
)
3
ПХ
ПХ
К
ОС
m
Б
Б
K
R
n
P
α ϑ
ϑ
=
⋅ + ⋅ ⋅
−
⋅
⋅
(2.3.3)
где Р
Б
- сила одного болта, винта, Н;
m - коэффициент, учитывающий форму контактирующих поверхностей; для
шинного соединения m=0.6;
n
Б
- число болтов или винтов, принимаем n
Б
=1;
K
ПХ
- коэффициент, характеризующий материал и состояние контактной
поверхности, для плоского контакта медь - медь K
ПХ
=0,12•10
-3
;
q
К
- температура контактного соединения,
°С,
принимаем
q
К
= 95
0
С;
q
OC
- температура окружающей среды, принимается равной
q
OC
=40
O
С;
a- температурный коэффициент, 1/
O
C, для меди a=
0,00431
O
C
-1
.
Получаем, что переходное сопротивление контактного соединения равно
R
ПХ
=3,07 •10
-6
Ом.
Определяется сопротивление R
M
, Ом материала частей шин, образующих
контактное соединение, по формуле:
,
У
M
C
l
R k
S
ϑ
ρ
= ⋅ ⋅
(2.3.4)
где
K
c
- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока по
сечению контакта,
K
c
=0.6;
1 -длина перекрытия проводников, м, принимаем равной 1=b;
S -сечение одного проводника, м
2
, принимаем равной S=S
Ш
;
У
ϑ
ρ
-удельное
электрическое
сопротивление,
принимаем
равным
6
0,0222 10
У
Ом м
ϑ
ρ
−
=
⋅
⋅
.
В результате получаем R
M
=
1,07 •10
-6
Ом.
Определяем электрическое сопротивление контактного соединения
R
K
, Ом,
по формуле
,
К
ПХ
М
R R
R
=
+
(2.3.5)
В результате получаем R
K
=
4,14 •10
-6
Ом.
Рассчитываем падение напряжения U
К
, В в одном контактном соединении,
используя формулу:
,
К
НГ
К
U
I
R
=
⋅
(2.3.6)
11
В результате получаем U
К
=
5,2 •10
-4
В. Допустимое значение падения
напряжения контактного соединения не более
7
мВ (ГОСТ 10434-82). Определяем
суммарное
падение
напряжения
U
SК
,
В,
во
всех
контактных
соединениях, по формуле:
U
SК
=SUк
(2.3.7)
Суммарное падение напряжения U
К
=
2,6 •10
-3
В
2.4. Термическая устойчивость шин и гибких шунтов.
Ток термической устойчивости I
ТУ
, А, принимается равным наибольшему
допустимому пусковому току:
10
ТУ
НОМ
I
I
= ⋅
(2.4.1)
В результате получаем
I
ТУ
=1250
А.
Допустимая температура q
ТУ
при кратковременном протекании тока (ток
КЗ) устанавливается для деталей из металлов такой, при которой их
механическая прочность существенно не уменьшается по сравнению с
прочностью при 20
o
C.
Для частей, не соприкасающихся с изоляцией и не
изолированных, медных и стальных q
ТУ
=
300
o
C.
По кривым нагрева
проводников при кратковременном протекании тока определяется для q
Н
величина
A
Н
=
16
2
4
1,0 10
/
A c м
⋅
⋅
для q
ТУ
- величина
А
ТУ
=
16
2
4
3,8 10
/
A c м
⋅
⋅
Рассчитывается допустимое время
t
ТУ
,с
протекания тока термической
устойчивости, по формуле:
2
2
(
)
Ш
ТУ
Н
ТУ
ТУ
S
A
А
t
I
⋅
−
=
(2.4.2)
где S
Ш
-м
2
,
А-
2
4
/
A c м
⋅
,I
ТУ
– А.
В результате получаем t
ТУ
=17,5с.
Для блок - контактов:
Ток термической устойчивости I
ТУ
, А, принимается равным наибольшему
допустимому пусковому току,
I
ТУ
=100
А. Рассчитывается допустимое время
t
ТУ
,с
протекания тока термической устойчивости, по формуле (2.4.2). Получаем t
ТУ
=4,4с.
величины но
коммутирующ
материалы. К
металлами,
двукратный
контактов
з
износостойкос
твердотянутую
больше сечен
износостойкос
контактов, вел
контактов эл
нажатие при
формуле
Материал кон
величины номиналь
коммутирующих ко
материалы. Контакт
металлами,
мета
двукратный
разры
контактов
зависят
износостойкости кон
Для получени
твердотянутую кадм
больше сечения вво
износостойкости.
р
Величина конт
контактов, величины
контактов электром
нажатие при полно
формуле:
3.1.
Материал контактов
величины номинального
коммутирующих контакто
материалы. Контакты изго
металлами,
металлокера
двукратный
разрыв
це
контактов
зависят
от
износостойкости контактов,
Для получения при
твердотянутую кадмиевую
больше сечения вводных ш
износостойкости.
Рис.
Величина контактног
контактов, величины номин
контактов электромагнитны
нажатие при полностью
:
3.Расчет комму
. Выбор мате
Материал контактов выбир
чины номинального тока. К
утирующих контактов, от
риалы. Контакты изготавлив
ллами,
металлокерамики.
ратный
разрыв
цепи.
актов
зависят
от
велич
состойкости контактов, режим
Для получения приемлемо
дотянутую кадмиевую медь М
ше сечения вводных шин с
состойкости.
Рис.3.1
3
Величина контактного нажа
актов, величины номинального
актов электромагнитных кон
тие при полностью замкнут
.Расчет коммутирую
Выбор материала, форм
риал контактов выбирается в
номинального тока. К осно
щих контактов, относятся
Контакты изготавливаются
металлокерамики.
разрыв
цепи.
Геомет
зависят
от
величины
кости контактов, режима работ
получения приемлемой изно
тую кадмиевую медь МК
ения вводных шин с целью
3.2. Расчет силы на
чина контактного нажатия оп
величины номинального
электромагнитных контактор
ри полностью замкнутых ко
.Расчет коммутирующ
риала, формы и ра
онтактов выбирается в завис
ального тока. К основным
контактов, относятся мед
акты изготавливаются из
таллокерамики.
рыв
цепи.
Геометрическ
ят
от
величины
номин
онтактов, режима работы
ния приемлемой износостой
дмиевую медь МК
водных шин с целью увелич
Расчет силы нажатия
онтактного нажатия определя
ны номинального тока. Для бл
омагнитных контакторов кон
ностью замкнутых контакта
ет коммутирующ
риала, формы и разм
ов выбирается в зависимости
тока. К основным матер
ктов, относятся медь, во
зготавливаются из
Мостиковый
цепи.
Геометрические
р
т
величины
номинальног
ов, режима работы, контактног
риемлемой износостойкости
ю медь МК-тв. Сечение конт
х шин с целью увеличения м
Расчет силы нажатия конта
ого нажатия определяется в
тока. Для блок
тных контакторов конечное
замкнутых контактах, мож
мутирующих контактов
ла, формы и разм
ирается в зависимости от ус
. К основным материалам,
относятся медь, вольфрам
ливаются из серебра, сплав
Мостиковый
конта
Геометрические
размеры
ичины
номинального
ток
, контактного матер
мой износостойкости целесо
тв. Сечение контактов
с целью увеличения механи
Для главных контак
I
b
δ
Для блок
I
D
h
т силы нажатия контактов
жатия определяется в зависи
тока. Для блок
контакторов конечное контак
нутых контактах, может бы
их контактов
рмы и размеров контактов
я в зависимости от условий
сновным материалам, приме
тся медь, вольфрам, ком
серебра, сплавов с
Мостиковый
контакт
етрические
размеры
ком
номинального
тока, г
, контактного материала.
зносостойкости целесообразн
в. Сечение контактов
ю увеличения механической
Для главных контактов
Iном=125А.
b=20мм
δ=6мм
Для блок-контактов
Iном=10А.
D=5мм
h=1,2мм
нажатия контактов
определяется в зависимости
а. Для блок-контактов аппарат
оров конечное контактное
контактах, может быть опр
контактов.
еров контактов
исимости от условий их раб
м материалам, применяемы
едь, вольфрам, композици
серебра, сплавов с тугопла
ковый
контакт
обеспе
ские
размеры
коммутиру
инального
тока, гарантир
онтактного материала.
тойкости целесообразно при
ние контактов рис.
личения механической прочн
я главных контактов
ном=125А.
мм
контактов:
ном=10А.
2мм
ия контактов.
ляется в зависимости от мат
контактов аппаратов и гл
конечное контактное нажати
тах, может быть определен
ов контактов.
сти от условий их работы и
ериалам, применяемым для
вольфрам, композиционные
а, сплавов с тугоплавк
контакт
обеспечивает
размеры
коммутирующих
ого
тока, гарантируемой
ого материала.
и целесообразно применять
рис.3.1 должно быть
я механической прочности и
х контактов:
в зависимости от материала
онтактов аппаратов и главных
ое контактное нажатие, т.е.
ожет быть определенно по
условий их работы и
м, применяемым для
ам, композиционные
авов с тугоплавк
такт
обеспечивает
ры
коммутирующих
тока, гарантируемой
есообразно применять
должно быть
нической прочности и
симости от материала
в аппаратов и главных
тактное нажатие, т.е.
быть определенно по
12
й их работы и
меняемым для
омпозиционные
с тугоплавкими
обеспечивает
оммутирующих
гарантируемой
азно применять
должно быть
ой прочности и
и от материала
ратов и главных
е нажатие, т.е.
определенно по
13
К
К
НОМ
P
p I
=
⋅
, (3.2.1)
где P
K
- сила контактного нажатия, Н;
p
К
- удельное нажатие, Н/А;
Iном - номинальный ток;
Величину p
К
, принимаем равной
2
25 10
/ .
К
p
Н А
−
=
⋅
В результате получаем
Р
к
=
31,25
Н.
Величина начального нажатия контактов (в момент касания при замыкании
или размыкании) принимается равной:
(0,4 0,75) ,
Н
К
P
P
=
−
(3.2.2)
Получаем Рн=12,5 Н. Возьмем отношение P
Н
/P
K
=0,4. Чем больше отношение
Рн к Рк, тем меньше снижается сила конечного нажатия при износе.
Для блок - контактов:
Конечное контактное нажатие для блок-контактов определим по формуле
(3.2.1).
Величину p
К
, принимаем равной
2
25 10
/ .
К
p
Н А
−
=
⋅
В результате получаем Р
к
=
2,5
Н.
Величина начального нажатия контактов определим согласно (3.2.2).
Отношение P
Н
/P
К
=0,75
.
В результате получаем Рн=1,875 Н.
3.3. Выбор раствора и провала контактов.
Раствор контактов выбирается из условия надежного гашения дуги
Величина раствора зависит от тока, напряжения, режима работы. Раствор
контактов у контакторов переменного тока для материала медь, серебро,
металлокерамика определяются в зависимости от величины номинального
тока и напряжения. Пользуясь справочными данными, выбираем для главных
контактов с Iнг = 125 А и Uнг = 690 В раствор Р = 15 мм.
Для блок контактов с Iнб=10 А и U
упр()
=380-400В раствор Р =0,5мм.
Величина провала выбирается из условия допустимого износа контактов.
На практике контакты подлежат замене при износе, равном половине
14
толщины каждого контакта. Поэтому провал принимают не меньше толщины
одного контакта. Величина провала выбирается с запасом, рассчитанным на
производственные отклонения размеров деталей, на аварийный износ
контактов в эксплуатации.
Для главных контактов с Iнг=125 А и Uнг = 690 В провал П =3,5 мм.
Для блок контактов с Iнб=10 А и U
упр()
=380-400В провал П = 2 мм.
3.4. Определение переходного сопротивления.
Переходное сопротивление R
ПХ
, Ом (одного разрыва цепи) коммутирующих
контактов определяется по формуле
,
(0,102
)
ПХ
ПХ
m
K
K
R
P
=
⋅
(3.4.1)
где P
K
- сила натяжения, Н;
m - коэффициент, учитывающий форму контактной поверхности, он равен
для плоскостного контакта
m= 0.85;
К
ПХ
- коэффициент, учитывающий материал и состояния контактных
поверхностей. При очищенных от оксидов поверхностях его можно принять:
для плоского контакта медь – медь К
ПХ
=
0,35 • 10
-3
.
В результате получаем R
ПХ
= 1,3
• 10
-4
Ом.
Для блок-контактов: R
ПХ
= 1,43
• 10
-3
Ом.
3.5. Падение напряжения на переходном сопротивлении.
Падение напряжения U
K
, В, на замкнутом коммутирующем контакте.
,
K
НОМ
ПХ
U
I
R
=
⋅
(3.5.1)
В результате получаем U
К
=16,25мВ.
Для блок-контактов: U
К
=14,3мВ.
15
3.6 .Определение температуры контактной площадки.
Температура контактной площадки ТКПЛ,
o
K определяется по формуле:
1
,
cos
4
ПР
КПЛ
НОМ
В
K
T
T
I
A
H
P
π
λ
=
⋅
⋅ ⋅
⋅ ⋅
(3.6.1)
где Т
ПР
- температура токоподводящего проводника в удалённой от
контактной площадки точке, К;
Т
пр
=q
к
+ 273
, здесь
q
к
- температура контактного соединения, принимаем
равной 300
О
С, тогда Т
ПР
=573 К.
А - число Лоренца,
А = 2.3 • 10
-8
(В/°С)
2
;
Н
В
- твёрдость контактной поверхности по Бринелю, Н/м
2
, для твёрдой меди
H
B
=7644 • 10
5
Н/м
2
;
P
K1
- сила нажатия относящаяся к одной контактной площадке, Н;
P
K1
=P
K
/n=15,625 Н, здесь n - число контактных площадок (для линейного
контакта n=2);
l - удельная усреднённая теплопроводность токоведущего проводника,
Вт/м°С; для меди l = 3,85 • 10
2
B/м°С;
В результате расчёта получаем Ткпл=579,74К.
Температура контактной площадки должна быть не менее температуры
рекристаллизации металла
q
КПЛ
= T
КПЛ
- 273 ≥
q
РЕК
,
для меди q
РЕК
=
190
°С.
Таким образом, получаем неравенство:
q
КПЛ
=306,74
°С >
q
РЕК
=190
°С.
Для блок-контактов: Ткпл=573,53 К.
Таким образом, получаем неравенство:
q
КПЛ
= 300,53
°С >
q
РЕК
=190
°С.
16
3.7. Определение тока сваривания контактов.
По формуле, основанной на опытных данных, определяется начальный ток
сваривания I
НСВ
, А, коммутирующих контактов:
,
НСВ
СВ
К
I
K
P
=
⋅
(3.7.1)
где К
СВ
- коэффициент сваривания, А/Н
0,5
; принимаем равным К
СВ
=576 А/Н
0
'
В результате, получаем I
НСВ
=3220 А.
Для блок-контактов получаем: I
НСВ
=911 А.
3.8.Расчёт износостойкости контактов.
Износостойкость (срок службы) - гарантируемое число коммутаций
определяется по формуле:
,
ИЗН
ПЗ
ЗМ
V
N
g
g
γ
⋅
=
+
(3.8.1)
где V
ИЗН
- часть объёма пары контактов, который будет подвергнут износу,
м
3
;
γ - плотность материала контакта, кг/м
3
; принимаем γ =8900кг/м
3
;
g
ПЗ
+g
ЗМ
- средний суммарный износ, кг;
По формуле (2.8.2), определяем V
ИЗН
:
V
ИЗН
=2•0,7•δ•b
2
, (3.8.2)
В результате получаем V
ИЗН
= 3,36 • 10
-6
м
3
.
Для аппаратов управления и защиты суммарный средний износ массы пары
контактов(одна дуга) при одном включении и отключении тока более 20 А:
(
)
,
10
2
2
9
НЕР
ВК
ЗМ
ОТ
РЗ
РЗ
ЗМ
К
I
К
I
К
g
g
+
=
+
−
(3.8.3)
здесь К
РЗ
, К
ЗМ
— опытные коэффициенты износа, кг/А
2
, зависят от тока и
материала контактов см.
рис. 2.8.1.
, принимаем К
РЗ
=К
ЗМ
=0,9 • 10
-3
кг/А
2
.
I
ОТ
— ток отключения, А, I
ОТ
=I
НОМ
=125А;
I
ВКЛ
– ток включения, А, по ГОСТ 11206-77 I
ВКЛ
=2,5I
НОМ
;
К
НЕР
– коэффициент неравномерности, принимаем К
НЕР
=1,5.
17
Рис. 3.8.1. Зависимость коэффициента износа ( г•А
-2
) от тока при размыкании:1 -
серебро-никель; 2 - серебро-оксид кадмия; 3 - серебро; 4 - медь;5 - серебро-вольфрам
В результате получаем, что суммарный средний износ массы пары контактов
g
ПЗ
+g
ЗМ
= 1,53• 10
-7
кг. Тогда, износостойкость N=1,96• 10
5
.
Для блок-контактов:
4
0,7
2
2
ИЗН
πD
h
=
V
⋅
⋅
⋅
(3.8.4)
В результате получаем V
ИЗН
= 3,3 • 10
-8
м
3
. коэффициенты износа принимаем
К
РЗ
=К
ЗМ
=2,5 • 10
-3
кг/А
2
., кг/А
2
, К
НЕР
=1,5.Iном=10А.
В результате получаем, что суммарный средний износ массы пары контактов
g
ПЗ
+g
ЗМ
= 2,72• 10
-9
кг. Тогда, износостойкость
N=1,08
• 10
5
число коммутаций.
18
Рис.4.1.Устройство контактора.
1-дугогасительная решетка,
2-неподвижный контакт,
3-подвижный контакт.
4.Расчет дугогасительной системы контактора переменного тока.
Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая
возникает при размыкании главных контактов. Контакторы переменного тока
выполняются с дугогасительными камерами с деионной решеткой,рис.3.1. При
возникновении, дуга движется на решетку,
разбивается на ряд мелких дуг и в момент перехода
тока через ноль гаснет.
Задача расчета дугогасительной системы
контактора
состоит
в
установлении
основных размеров и параметров дугогасительной
решетки и камеры.
Исходными данными для расчета являются:
1. Uном=690 В; Iном=125 А
2.Отключаемое напряжение U
О Т
,B,
равное напряжению источника питания
U
О Т
=Uном= =690В.
3. Отключаемые токи I
ОТ ,
А.I
O T M A X
=I
Н О М
= 1 25 А
4. Индуктивность отключаемой цепи L, Гн: 50мГн
5. Конечный раствор контактов Р = 15 мм.
6. Частота сети f=50Гц.
Начальный угол сдвига фаз между током и напряжения в момент
отключения определим по формуле:
0
2
arc
Н
Н
L
f I
tg
U
π
ϕ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
=
,
(4.1)
Напряжение опережает ток на f
0
≈70,64
O
, т.е. нагрузка носит
преимущественно индуктивный характер.
На первоначальном этапе расчета выберем толщину пластин D
ПЛ
=5мм и
расстояние между ними δ
ПЛ
=3мм.
Определим число пластин n
П
при апериодическом характере восстановления
напряжения по эмпирической формуле:
19
2
2
0
0
2
1
ln
0 , 6
0 , 3 5
Н
Н
Н
Н
П
П
Д
Н
k U
k U
k
k
n
U
U
k
−
+
≥
+
+
(4.2)
Коэффициенты имеют следующие значения:
0
0,9
1 cos
Н
СХ
k
k
ϕ
=
−
(4.3)
k
Н
=1,1, т.к. коэффициент схемы в нашем случае k
СХ
=1,5.
0
(110 0,003
)(0,7 0,04
)
Д
ОТ
ПЛ
U
I
δ
=
+
+
(4.4)
Т.к. расстояние между пластинами δ
ПЛ
=3
мм
0
90,5
Д
U
В
=
.Возьмем для первоначального расчета
n=5 пластин.
0
0
0,6
ВП
U
П
n
U
−
=
, (4.5)
Тогда,
используя
зависимости,
изображенные на рис.4.2, получаем:
0
80 .
П
U
В
≈
0
0,6
P
k
p
n
k
−
=
(4.6)
Подставляя значение k
P
из графика
рис.4.2. получаем:
0
6
1,43 /
1,43 10
/
p
k
В мкс
В с
=
=
⋅
2
3
2
1300
O
ОТ P
L I k
k
⋅
=
(4.7)
Коэффициент k
2
=1375.
2
2
0
0
2
1 ln
2
201,03
0,6
0,6
0,6 3,06 3,66
114,84
0,35
Н
Н
Н
Н
MIN
П
Д Н
k U
k U
k
k
В
n
U
U k
−
+
=
+
=
+
=
+
=
+
Т.е. с запасом n=5 нам вполне подходит.
Проверим, выполняется ли условие апериодичности процесса по формуле:
0
2/3
415
0,6
OT
n
f
LI
−
>
(4.8)
Собственная частота f
0
для контакторов переменного тока составляет
от 1000 до 7000Гц. У нас получилось значение в правой части неравенства
20
f≈700Гц.Т.е. условие апериодичности процесса выполняется и не требуется
дополнительный перерасчет числа пластин для колебательного характера
восстановления напряжения.
Определим минимальную длину пластин, необходимую для того чтобы
дуга за время равное двум полупериодам t
T
=0,02c не вышла за пределы решетки по
формуле:
3
3
1,73
,
ПЛ
ПЛ T
ОТ
l
t I
см
δ
≥
⋅
(4.9)
После расчета получаем:
1,56
ПЛ
l
см
≥
.
Возьмем
1,8
ПЛ
l
см
=
Размеры дугогасительной камеры выбираются исходя из рассчитанных
ранее размеров и числа пластин дугогасительной решетки, а также с учетом
габаритов исполнительного механизма контактора, расчет которого приводится в
следующем разделе курсового проекта.
21
5.Расчет механизма.
5.1. Разработка эскиза контактора.
Механизм
предназначен
для
передачи
движения
приводного
механизма к исполнительному. У электромагнитных контакторов два
приводных
механизма:
электромагнитный
и
пружинный,
а
исполнительный -контактная система.
Рисунок 5.1. Конструктивная и кинематическая схема механизма.
Отношения плеч выбираем: lэ = 50мм, l
1
=10мм l
2
=70мм; 1
У
=10мм;
Раствор
главных
контактов
Р
ГК
=15мм,
для
блок-контактов
раствор Р
БК
=0,5мм. Провал главных контактов П
ГК
=3,5 мм, провал блок-
контактов П
БК
=2мм.
P
P
'
=
l
2
l
э
;
э
l
l
=
'
Π
Π
2
(5.1.1)
P
ГК
`=10,5мм.П
ГК
`=2,45мм.
Тогда начальный рабочий зазор будет равен :δ
,
,
н
Π
+
P
=
δ
(5.1.2)
δ
Н
=12,95мм
Приведенные к оси сердечника усилия для схемы усилие
возвратной пружины:
22
1
'
B
B
э
l
P = P
l
(5.1.3)
10
31,25
6,25
50
'
B
P =
Н
=
усилие контактной пружины замыкающего контакта:
P
кз
'
=P
кз
l
2
l
э
;
(5.1.4)
70
12,5
17,5
50
'
кз
P =
Н
=
усилие на упор:
э
l
у
l
у
P
=
'
у
P
(5.1.5)
15
31,25
6,7
70
'
у
P =
H
=
;
5.2.Построение механической характеристики.
Построим механическую характеристику
( )
δ
f
=
P
механизма c
замыкаемыми контактами:
Рисунок 5.2. Механическая характеристика механизма.
электромагнитн
где
k
F
/
ПРК
F
принимаем
принять
воздушном
При
электромагнитное
где F
min
F
- коэффициент
/
ПРК
F
-расчетное
На рисунке
принимаем равной
На этапе
принять равной
Возьмем
Активное
воздушном зазоре)
6.1 Определениесеч
При притянутом
электромагнитное
min
F
k F
- минимальная
коэффициент
расчетноепротиводейств
рисунке
равной В
этапе предварительн
равной по [4]:
Возьмем c запасом
Активное
зазоре) будет
6.Расчет электро
.1 Определениесечения м
притянутом якоре
ромагнитное усилие
min
F
ПРК
F
k F
=
⋅
=
⋅ ⋅
минимальная
коэффициент запаса
противодействующееу
6.1 изображен
В
т
= 1.0
предварительного
[4]:
19,9 10
1
S =
=
запасом :
Активное сечение
будет равно:
.Расчет электромагни
Определениесечения магнито
якоре вибрация
усилие будет больше
/
1,1 (2 6,25 17
ПРК
F
k F
=
⋅
=
⋅ ⋅
+
минимальная электромагнитн
запаса по силе
противодействующееусилиед
изображен
1.0 Тл [2].
предварительного
4
2
min
33
19,9 10
19,9 10
F
S
B
=
=
⋅
⋅
:
2,5 10
П
S =
⋅
Рис.
сечение полюса
равно:
( 1
2)
S
a a
b k
=
+
⋅ ⋅
.Расчет электромагнита пер
елениесечения магнитопровод
вибрацииякоря
вибрация
больше противодейст
1,1 (2 6,25 17,5)
F
H
⋅
=
⋅ ⋅
+
=
электромагнитная
силе k
F
=1
иводействующееусилиедля коне
изображен полюс
варительного расчета
4
2
4
2
min
33
19,9 10
19,9 10 1
F
B
=
=
=
⋅
⋅
⋅
4
2
2,5 10
S
м
−
=
⋅
Рис.6.1.КЗ-
полюса (сечение
( 1
2)
S
a a
b k
=
+
⋅ ⋅
т электромагнита переменно
сечения магнитопроводапоусл
вибрацииякоря.
вибрация будет
противодействующег
1,1 (2 6,25 17,5)
33
H
=
⋅ ⋅
+
=
электромагнитная
1,1;
твующееусилиедля конечногоп
полюс с КЗ
расчета площадь
2
4
2
in
33
0
19,9 10 1
Н
=
=
⋅
⋅
⋅
4
2
2,5 10 м
−
-виток
(сечение
( 1
2)
ЗС
a a
b k
=
+
⋅ ⋅
;
тромагнита переменного тока
я магнитопроводапоусловиюо
вибрацииякоря.
отсутствовать,
противодействующего
6,25 17,5)
33
H
Н
⋅
+
=
ромагнитная сила
ееусилиедля конечногоположен
КЗ витком.
площадь сечения
4
2
1,7 10
19,9 10 1
=
⋅
⋅
⋅
по которому
;
нита переменного тока.
топроводапоусловиюотсутств
отсутствовать,
тиводействующего:
7,5)
33Н
при
едля конечногоположения якор
витком. Величину
сечения
4
2
1,7 10 м
−
=
⋅
которому
;
еременного тока.
одапоусловиюотсутствия
сутствовать, если минимальное
:
притянутом
онечногоположения якоря
Величину
сердечника
проходит
условиюотсутствия
минимальное
(6
притянутом якоре;
оположения якоря
Величину индукции
сердечника можно
(6
проходит поток
(6
23
юотсутствия
минимальное
6.1.1)
якоре;
индукции
можно
(6.1.2)
поток в
6.1.3)
24
к
зс
- коэффициент заполнения пакета сталью, принимаем по [4] для
оксидированных листов толщиной 0.5 мм к
зс
= 0.95.
Примем ориентировочно d
1
= d
2
=3мм. Отсюда найдем размеры полюсов
a
1
, а
2
, а, b. Принимаем а
2
=а
1
. Подставляя значения
4
2
2,5 10
m
S
м
−
=
⋅
, к
з с
=0,95,
получим:
4
2
1
1
1,32 10
/
2
ЗС
S
b
м a
a k
−
=
=
⋅
.
Принимаем b=5a,тогда:
1
1
5.
2
2
b
a
d
=
+
(6.1.4)
Подставляя в это выражение значение
4
2
1
1,32 10
/
b
м a
−
=
⋅
и
3
1
3 10
d
м
−
= ⋅
и решая
квадратное уравнение, получаем размеры полюса:
a
1
=a2=2,43·10
-3
м, d
1
=d
2
=3·10
-3
м,a=2a
1
+2d
1
=10,86·10
-3
м,b=54,3·10
-3
м.
6.2.Расчет размеров
КЗ
витка.
Размеры КЗ витка определяются сопротивлением, необходимым для
снижения вибрации якоря. Необходимое электрическое сопротивление КЗ
витка полюса определяется по формуле:
0,55
,
o
В
пр
S
r
µ ω
δ
⋅ ⋅ ⋅
=
(6.2.1)
где ω - угловая частота, ω = 2πf= 2·3,14·50Гц = 314Гц;
δ
п р
- конечный зазор между якорем и полюсом, принимаем δ
п р
= 0,2 ·10
-3
м.
4
6
4
3
0,55 2,5 10 1,256 10 314
2,7 10
0,2 10
В
r
Ом
−
−
−
−
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
⋅
⋅
Найдем высоту витка из соотношения:
(
)
8
-3
-3
-3
1
1
-3
4
-3
1
2
2,3 10 (54,3·10
2,43·10
2 3·10 )
1,78 10
2,7 10 3·10
В
В
B
b a
d
h
м
r d
ρ
−
−
⋅ + + ⋅
⋅
+
+ ⋅
=
=
=
⋅
⋅
⋅
⋅
(6.2.2)
где р
B
- удельное сопротивление материала КЗ витка,р
в95
о
С
= 2,3·10
-8
Ом·м.
25
6.3 Предварительный расчет намагничивающей силы обмотки.
Для
определения
размеров
обмотки
необходимо
найти
ее
намагничивающую силу. Ее величина будет различной при различных зазорах,
т.к. ток изменяется от пускового до рабочих значений. Размеры обмотки
определяются из длительного протекания по ней рабочего тока. Таким образом,
необходимо найти н.с. обмотки при притянутом якоре. Для этого составляется
схема замещения (рисунок 6.2) без учета магнитного сопротивления стали.
Рисунок 6.2 - Схема замещения без учета магнитного сопротивления стали.
Наибольшее действующее значение намагничивающей силы с учетом колебания
напряжения по схеме замещения будет определяться выражением:
(
)
2
1
1
2
2
2
B
U
П
П
П
B
R
R
j
Bm
Iw K K
S
R
R
R
j
δ
δ
µ
δ
δ
µ
+ Χ
=
⋅
⋅
⋅
⋅
+ ⋅
+
+ Χ
(6.3.1)
где К
U
- коэффициент колебания напряжения, К
и
=1,25;
К
П
- коэффициент, учитывающий потери н.с. в стали К
П
= 1,25;
S
П
- сечение магнитопровода в месте расположения катушки;
В
т
- амплитудное значение индукции;
R
П
- магнитное сопротивление паразитных зазоров;
R
δ1
- магнитное сопротивление экранированной части полюса;
R
δ2
-
магнитное сопротивление неэкранированной части полюса;
X
μB
- магнитное сопротивление К.З. витка;
26
1
2
;
;
;
;
П
K
K
П
В
O
П
O
Э
O
НЭ
В
R
R
R
X
S
S
S
r
δ
δ
µ
δ
δ
δ
ω
µ
µ
µ
=
=
=
=
⋅
⋅
⋅
(6.3.2)
S
Э
- площадь экранированной части полюса;
S
Н Э
- площадь неэкранированной части полюса;
δ
П
- места стыка двух ферромагнитных тел.
1
0,5
;
.
Э
П
НЭ
Э
П
S
S S
S
d S
=
⋅
=
−
(6.3.3)
4
2
5
2
5
1
6
1
6
1
6
1
2
1,25 10
;
7,76 10
;
6,37 10
;
1,27 10
;
2,05 10
;
1,16 10 .
Э
НЭ
П
В
S
м S
м R
Гн
R
Гн R
Гн X
δ
δ
µ
−
−
−
−
−
=
⋅
=
⋅
=
⋅
=
⋅
=
⋅
=
⋅
(
)
6
6
6
4
5
6
6
6
2,05 10 1,27 10
1,16 10
1
1,25 1,25
2,5 10
6,37 10
2
1,27 10
2,05 10
1,16 10
2
j
Iw
j
−
⋅
⋅
+
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
+ ⋅
⋅
+
⋅
+
⋅
(6.3.4)
Послевычислений получим:
685,2 217,7
Iw
j
=
+
718,95
Iw =
А arg(I
W
)=17,63
O
.
6.4. Определение размеров катушки.
Найденное значение н.с. позволяет ориентировочно определить размеры
обмотки. Для
этого
необходимо
найти
связь
между
геометрическими
размерами окна обмотки (h, I) и ее электрическими и магнитными параметрами.
По известным значениям индукции и сечения магнитопровода число
витков обмотки можно определить по формуле:
,
4,44
R
m
П
K U
W
f B S
⋅
=
⋅ ⋅
⋅
(6.4.1)
где K
R
- коэффициент, учитывающий падение напряжения на активном
сопротивлении, K
R
= 0.95.
4
0,95 380
6505.
4,44 50 1 2,5 10
W
−
⋅
=
=
⋅ ⋅ ⋅
⋅
По найденному значению н. с. определяем ток в обмотке:
27
718,95
0,11 .
6505
W
I
I
А
W
=
=
=
(6.4.2)
Задаваясьплотностьютокаj=10·10
6
А/м
2
,определяемсечениеидиаметрпровода:
6
2
6
0,11
0,011 10
,
10 10
I
Sпр
м
j
−
= =
=
⋅
⋅
(6.4.3)
6
3
4
4 0,011 10
0,12 10
.
3,14
ПР
Sпр
d
м
π
−
−
⋅
⋅
=
=
=
⋅
(6.4.4)
Возьмемсзапасом d
ПР
=0,15·10
-3
м. ТогдаSпр=1,77·10
-8
м
2
.
Найдем площадь обмоточного окна:
8
4
2
1,77 10 6505
2,3 10
,
0,5
ПР
ОБ
ЗО
S
W
S
м
K
−
−
⋅
⋅
⋅
=
=
=
⋅
(6.4.5)
где К
3 0
- коэффициент заполнения обмотки.
Задаемся отношением l
K
= 3·h
K
, тогда:
4
3
3
3
2,3 10
8,76 10
,
3 8,76 10
26,3 10
.
3
3
K
К
Sоб
h
м l
м
−
−
−
−
⋅
=
=
=
⋅
= ⋅
⋅
=
⋅
(6.4.6)
Средний периметркатушки:
(
)
-3
3
3
4
4 (10,86·10
8,76 10 ) 78,48 10
ср
К
l
a h
м
−
−
= ⋅ +
= ⋅
+
⋅
=
⋅
(6.4.7)
Размерымагнитопровода:
-3
3
3
1,5 (
) 1,5 (10,86·10
8,76 10 ) 29,43 10
Я
К
l
a h
м
−
−
=
⋅ +
=
⋅
+
⋅
=
⋅
(6.4.8)
-3
3
3
1,2 (
) 1,2 (10,86·10
26,3 10 ) 44,6 10
С
К
l
a l
м
−
−
=
⋅ +
=
⋅
+
⋅
=
⋅
(6.4.9)
6.5. Уточненный расчет намагничивающей силы при притянутом
якоре.
После того как ориентировочно найдены размеры магнитопровода, можно
найти более точное значение намагничивающей силы с учетом магнитного
сопротивления стали.
Схема замещения для этого случая представлена на рисунке 6.3.
28
Для стали Э41 по кривым удельных магнитных сопротивлений рис.6.4
определяем ρ
R
= 2·10
4
cм/Гн= 200м/Гн и ρ
X
= 0,7·10
4
см/Гн= 70м/Гн
для максимальной индукцииB
m
=1Tл.
Рисунок 6.3. Схемазамещения сучетоммагнитногосопротивления стали.
Рисунок 6.4. Кривыеудельныхактивных иреактивныхмагнитных
сопротивленийсталей.
Магнитное сопротивление якоря и основания:
(
)
4
3
Я
.
Z
2,35·10
j8,24·10 .
Я
Я
ОС
R
X
l
Z
Z
j
S
ρ
ρ
=
=
+
⋅
=
+
(6.5.1)
Магнитные сопротивления стержней, выполненныхизтойжестали:
(
)
4
4
С
.
Z
3,57·10
j1,25·10 .
С
С
R
X
l
Z
j
S
ρ
ρ
=
+
⋅
=
+
(6.5.2)
29
Для U-образного электромагнита:
(
)
2
1
1
2
2
2
B
W
U
П
П
Я
С
B
R R
j
Bm
I
K
S R
Z
Z
R
R
j
δ
δ
µ
δ
δ
µ
+ Χ
=
⋅
⋅
+
+ ⋅
+
+
+ Χ
(6.5.3)
(
)
4
5
4
3
6
6
6
4
4
6
6
6
1
1,25
2,5 10 6,37 10 2,35·10
j8,24·10
2
2,05 10 1,27 10
1,16 10
2 (3,57·10
j1,25·10 )
1,27 10 2,05 10
1,16 10
W
I
j
j
−
=
⋅
⋅
⋅
⋅
+
+
+
⋅
⋅
+
⋅
+ ⋅
+
+
⋅
+
⋅
+
⋅
364,6
92,1
W
I
j
=
+
376,05
Iw =
arg(I
W
)=14,18
O
. sinӨ=0,245.
6.6. Уточненный расчетразмеровобмоткииопределениеее параметров.
Число витков обмотки можно определить по формуле:
2
2
1
2
1
2
,
2
sin
U
W
C
C
C C
=
+
+
⋅
⋅
Θ
(6.6.1)
где
8
6
3
3
1
1,68 10 10 10 78,48 10
13,2 10 ,
доп
cp
C
j
l
ρ
−
−
−
= ⋅
⋅ =
⋅
⋅ ⋅
⋅
⋅
=
⋅
4
3
2
314 1 2,5 10
55,7 10 .
2
2
2
m
П
Ф
Bm S
C
ω
ω
−
−
⋅
⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅
=
=
=
=
⋅
(6.6.2)
(
) (
)
2
2
3
3
3
3
380
6301
13,2 10
55,7 10
2 13,2 10 55,7 10 0,245
W
−
−
−
−
=
=
⋅
+
⋅
+ ⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
Уточняем параметры обмотки:
- ток в обмотке:
376,05
0,06 .
6301
W
I
I
А
W
=
=
=
(6.6.3)
- сечение идиаметр провода:
9
2
6
0,06
6 10
,
10 10
I
Sпр
м
j
−
= =
= ⋅
⋅
(6.6.4)
30
9
3
4
4 6 10
0,087 10
.
3,14
ПР
Sпр
d
м
π
−
−
⋅ ⋅
=
=
=
⋅
(6.6.5)
Возьмем провод ПЭЛ
3
0,1 10
.
ПР
d
м
−
=
⋅
Тогда Sпр=7,85·10
-9
м
2
-площадь обмоточного окна:
9
5
2
7,85 10 6301
9,9 10
,
0,5
ПР
ОБ
ЗО
S
W
S
м
K
−
−
⋅
⋅
⋅
=
=
=
⋅
(6.6.6)
где К
3 0
- коэффициент заполнения обмотки.
Задаемся отношением l
K
= 3·h
K
, тогда:
5
3
3
3
9,9 10
5,74 10
,
3 5,74 10
17,22 10
.
3
3
K
К
Sоб
h
м l
м
−
−
−
−
⋅
=
=
=
⋅
= ⋅
⋅
=
⋅
(6.6.7)
Сопротивление обмоткиопределим поформуле:
3
8
0
9
78,48 10 6301
1,62 10
1020,5
7,85 10
lср W
R
Ом
Sпр
ρ
−
−
−
⋅
⋅
⋅
=
=
⋅
⋅
=
⋅
(6.6.8)
Эквивалентноемагнитноесопротивлениеобмотки:
6
.
5
376,05
3,8 10
9,9 10
M ЭКВ
об
Iw
Z
BS
−
=
=
=
⋅
⋅
(6.6.9)
Дополнительноеактивноесопротивление:
2
2
6
.
314 6301
sin
0,245 803,8
3,8 10
d
M ЭКВ
W
R
Ом
Z
ω⋅
⋅
=
⋅
Θ =
⋅
=
⋅
(6.6.10)
Индуктивноесопротивлениеобмоткиопределим поформуле:
2
2
0
6
.
314 6301
cos
0,97 3182,3
3,8 10
M ЭКВ
W
X
Ом
Z
ω⋅
⋅
=
⋅
Θ =
⋅
=
⋅
(6.6.11)
Уголмеждутоком инапряжением:
3182,3
60,17
1020,5 803,8
O
O
O
d
X
arctg
arctg
R
R
φ
∠ =
=
=
+
+
(6.6.12)
Рабочийток:
(
)
2
2
;
o
d
o
U
I
R
R
X
=
+
+
(6.6.13)
(
) (
)
380
2
2
380
0,1
1020,5 803,8
3182,3
I
А
=
=
+
+
ПриU=400ВI
400
=0,11А.
31
Полнаямощность:
S
380
=U·I=380В·0,1А=38В·А. (6.6.14)
Приповышениинапряжения до400В полная мощностьтакжеувеличивается
S
400
=U·I=400В·0,11А=44В·А.
Активная мощность
(
)
(
)
(
)
(
)
2
2
380
380
2
2
400
400
0,1 1020,5 803,8
18,24
0,11 1020,5 803,8
22,07
o
d
o
d
P
I
R
R
Вт
P
I
R
R
Вт
=
+
=
+
=
=
+
=
+
=
(6.6.15)
6.7. Проверкаотсутствия вибрацииякоря.
Для проверки отсутствия вибрации якоря необходимо найти в притянутом
положении потоки в экранированной и неэкранированной частях полюса для
минимального напряжения.
2
1
Ф
n Ф
δ
δ
= ⋅
(6.7.1)
где Ф
δ2
- поток в неэкранированной части;
Ф
δ1
- поток в экранированной части;
1
,
.
cos
B
НЭ
Э
X
S
n
arctg
S
R
µ
δ
ψ
ψ
=
∠ =
⋅
(6.7.2)
6
6
1,16 10
42,4 .
1,27 10
O
arctg
ψ
⋅
∠ =
=
⋅
(6.7.3)
(
)
5
4
7,76 10
0,84.
1,25 10 cos 42,4
O
n
−
−
⋅
=
=
⋅
⋅
(6.7.4)
4
4
1 2,5 10
2,5 10
,
m
П
Ф
B S
Вб
δ
−
−
=
⋅
= ⋅
⋅
=
⋅
(6.7.5)
(
)
4
4
1
2
2
2,5 10
1,46 10
1
2
cos
1 0,84
2 0,84 cos 42,4
O
Ф
Ф
Вб
n
n
δ
δ
ψ
−
−
⋅
=
=
=
⋅
+
+ ⋅ ⋅
+
+ ⋅
⋅
(6.7.6)
4
4
2
0,84 1, 46 10
1, 23 10
Ф
Вб
δ
−
−
=
⋅
⋅
=
⋅
Среднеезначениесилот соответствующихпотоков:
32
(
)
2
4
2
1
1
6
4
0
1,46 10
33,94
4
4 1,256 10 1,25 10
СР
Э
Ф
P
Н
S
δ
µ
−
−
−
⋅
=
=
=
⋅ ⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
(6.7.7)
(
)
2
4
2
2
2
6
5
0
1,23 10
38,8
4
4 1,256 10 7,76 10
СР
Н Э
Ф
P
Н
S
δ
µ
−
−
−
⋅
=
=
=
⋅ ⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
(6.7.8)
Амплитудноезначениепеременной составляющейсилы
2
2
1
2
1
2
2
2
0
2
cos(3 )
33,94
38,8
2 33,94 38,8 cos(127,2 ) 32,63
m
СР
СР
СР
СР
P
P
P
P
P
Н
ψ
=
+
+ ⋅
⋅
⋅
=
=
+
+ ⋅
⋅
⋅
=
(6.7.9)
Минимальноезначениесилы:
min
1
2
33,94
38,8
32,63
40,11
СР
СР
m
P
P
P
P
Н
Н
Н
Н
=
+
−
=
+
−
=
(6.7.10)
Найденное минимальное значение силы больше расчетного значения
противодействующей силы F
min
=33Н.
Пульсация силы:
1
2
32,63
%
100%
100% 45%
33,94
38,8
CP
CP
Pm
Н
P
P
P
Н
Н
=
⋅
=
⋅
=
+
+
(6.7.11)
6.8. Расчет тяговой характеристики.
В схеме замещения поток рассеяния приведен к полной намагничивающей
силе
обмотки, поэтому
приведенное
значение
сопротивления
рассеяния
принято втрое больше, чем его значение, полученное по геометрическим
размерам,
что
справедливо
для
магнитных
цепей
с
распределенной
намагничивающей силой магнитные сопротивления рассчитываем по [2]. Для
того
чтобы
электромагнит
надежно
работал,
необходимо
обеспечить
превышение тяговой характеристики над противодействующей.
Электромагнитную силу можно найти по энергетической формуле:
2
( )
( )
0,5 ( )
,
dL
P
I
d
δ
δ
δ
δ
= −
⋅
⋅
(6.8.1)
гдеI – действующеезначениетока.
Индуктивность обмотки будет определяться через эквивалентное магнитное
сопротивлениевсейсистемы по выражению:
2
( )
,
( )
mэкв
W
L
R
δ
δ
=
(6.8.2)
33
1
1
1
1
( )
0,5
( )
1,5
( )
.
( )
0,5
( )
1,5
НР
Р
S
mэкв
НР
Р
S
G
G
R
R
G
G
R
δ
δ
δ
δ
δ
−
−
−
−
+
⋅
⋅
⋅
=
+
⋅
+
⋅
(6.8.3)
Проводимостизазороврис5.5 можно рассчитатьпоформулам:
0
1
1,2 (
0,5 )
0,64
ln
0,52(
1,5 )
0,31
,
2
1
/
1
/
0,5
abp
b a
b
b
G
a
b
c
c
c
ρ
µ
δ
δ
ρ
δ
δ
+
+
=
+
+
+
⋅
+
+
−
+
+
(6.8.4)
2
.
R
a
a
ρ
δ
=
∆
−
(6.8.5)
Величина тока при соответствующем зазоре
может быть найдена при рассчитанных значениях
индуктивности по закону Ома.
2
2
0
( )
( ) (
( ) )
U
I
R
L
δ
δ
ω
δ
=
+ ⋅
(6.8.6)
Расчет ведется для номинального напряжения(якорь притянут). По результатам
вычислений G
P
=f(δ), G
НР
= f(δ), R
S
, R
mэкв
== f(δ), L== f(δ),
( )
dL
d
f
δ
δ
=
, I== f(δ) строится
тяговаяхарактеристика.P
ЭМ
=f(δ). рис.6.6.
Рис 6.5.Эскиз полюса
электромагнита
34
Заключение.
В результате курсовой работы был спроектирован контактор переменного
тока с номинальным током контактов Iнг=125А и номинальным напряжением главных
контактов Uнг=690 В.
Контактор имеет поворотную подвижную систему. Замыкание контактов
происходит спомощьюзакрепленного наосновании электромагнита.
Несмотря на теоретический характер данной работы, проведенный расчет
позволяет изучить основные принципы конструирования электромеханических
устройств и использовать приобретенный опыт в дальнейшем при проектировании
и эксплуатации систем с использованием подобных механизмов.
35
Список литературы.
1. А. Г. Никитенко, В. Я. Палий - Методические указания по проектированию
электромагнитных реле и контакторов постоянного тока. Новочеркасск, изд.
НПИ, 1985, 32 с.
2. Сахаров П. В. Проектирование электрических аппаратов (Общие вопросы
проектирования). Учебное пособие для студентов электротехнических вузов.
М. «Энергия», 1971.
3. Чунихин А. А. Электрические аппараты (общий курс). Учебник
энергетических и электромеханических институтов и факультетов. Издание 2-
переработанное и дополненное, М. «Энергия» 1975.
4. Лобов Б.Н., Мацупин Г.П., Палий В.Я. Проектирование электромагнитов
переменного тока. - Новочеркасск, 2003
Информация о работе Контактор для коммутации цепей переменного тока