Контакторы постоянного тока

Размещено на http://allbest.ru

Введение

Контактор представляет собой электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего под воздействием электромагнитного привода.

Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные контакторы постоянного тока. Управление контактором осуществляется посредством вспомогательной цепи тока, проходящего по катушкам контактора, напряжением 24, 42, 110 вольт.



1. Исходные данные

Номинальное напряжение катушки U_н=75 В.

Напряжение срабатывания U_срб=0,7·U_н, В.

Величина воздушного зазора при отпущенном якоре д=13·10^-3 м.

Приведенная начальная противодействующая сила F`_{макс. нач}=51 Н.

Номинальный ток контакта I_н.к=150 А.

Магнитная система - клапанная.

Тип аппарата - контактор.



2. Выбор конструкции разрабатываемого аппарата

Эскиз разрабатываемого аппарата:

Рисунок 1. Контактор серии КПВ 600.

1-основание в виде изогнутой скобы из стали;

2 - якорь электромагнитной системы;

3 - скоба;

4 - подвижная часть контактной системы;

5 - пружина служащая для возврата механизма в исходное положение;

6 - контактная пружина (усиливает сцепление);

7 - медный плетёный проводник электрического тока;

8 - неподвижная часть контактной системы;

9 - катушка дугогасительной системы для создания магнитного поля в момент разъединения контактов;

10 - сердечник катушки дугогашения;

11 - полоски стали;

12 - дугогасительная камера;

13 - дугогасительный контакт (рог);

14 - изоляционная основа;

15 - вставка-призма вращения;

16 - заменяемая пластина;

17 - планка;

18 - пружина;

19 - катушка управления постоянного тока;

20 - дугогасительный контакт (рог).



3. Расчет коммутирующих контактов

3.1 Выбор материала и формы контактной поверхности коммутирующих контактов

Для контактов будем использовать композиционные металлокерамические материалы, обеспечивающие существенную дугостойкость. Это связано с тем, что контакты сильнонагруженные (I_н.к?20А).

По форме контакты будут плоскостными, это обусловлено большими токами.

Материалом контактов примем композит медь-металлокерамика ММК.

3.2 Расчет параметров контактной системы

3.2.1 Расчет сильноточных коммутирующих контактов

Толщина прямоугольной части шины, м:

номинальный ток контактора, А;

- коэффициент теплоотдачи, Вт/см² град

[2]

допустимое превышение температуры тела контакта;

удельное сопротивление материала контакта при рабочей температуре t° =20°C

Ширина прямоугольной части шины, м:

Площадь сечения шины, м²:

3.2.2 Параметры контактов

Сила нажатия контактов, относящаяся к одной контактной площадке, Н:

Где

A - число Лоренца, 2,4 ·10^-8 В²/с²

- удельная теплопроводность материала контактов, 380 Вт/м°C

Н_V - число твердости по Бринеллю, 110·10⁷ Н/м²

Q - температура точки касания, 368 К°

Q₀ -температура точки контакта, 375 К°



Полная сила нажатия, Н:

Где n_к число контактных площадок при плоскостном контакте n_к=3

Переходное сопротивление, Ом:

Где

m- коэффициент формы контактной поверхности (для плоскостного контакта m=0,7…1)

е- коэффициент, учитывающий материал и состояние контактной поверхности,

е =0,12 · 10^-3 Ом кгс^0,5

_- температурный коэффициент повышения сопротивления материала контактов,

=0,0041/С°

Падение напряжения в переходном сопротивлении коммутирующих контактов, В:



Не превышает значения

3.3 Ток сваривания

Где

К_св. - эмпирический коэффициент сваривания A/H^0.5,

для меди - K_св.=750 A/H^0.5

Значение начального тока сваривания на порядок выше предельного значения тока, отключаемого аппаратом: Iнсв?10*Iнк, условие выполняется 6032?1500.

3.4 Выбор и описание дугогасительной системы

Задача ДУ состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжений, при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме раскаленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектами. Выбираем дугогасительную систему с магнитным дутьём.

Электрическая дуга является своеобразным проводником с током, который может взаимодействовать с магнитным полем. Сила взаимодействия между током дуги и магнитным полем перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье.



Рисунок 2. ДУ с магнитным дутьём

Магнитное поле, создается катушкой 1, включенной последовательно с коммутируемой цепью. Внутри катушки 1 размещен сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде пластин 4.

Между катушкой и сердечником размещается изоляционный цилиндр 2. При протекании тока по катушке создается магнитное поле, направление которого указано крестиками.

Ток протекает от входного контакта 5 по катушке 1, замкнутым контактам 6 и гибкой связи 7 ко второму выходному контакту аппарата.

При размыкании контактов 6 между ними возникает сначала жидкометаллический мостик, а затем электрическая дуга 8.

Под действием магнитного поля катушки возникает сила, которая перемещает дугу в керамическую камеру 9.

Достоинства ДУ с последовательной катушкой:

· при токах свыше 100 А магнитное поле быстро сдвигает дугу с рабочих поверхностей контактов, чем обеспечивается их малый износ. Система хорошо работает в области больших токов;

· при изменении направления тока меняет знак и магнитное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет своего направления. Система работает при любом направлении тока;

· поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Падение напряжения на катушке составляет доли вольта.



4. Предварительный расчет электромагнита

4.1 Анализ формы конструкции электромагнита, выбор материала магнитопровода и электромагнитных нагрузок

Для электромагнитов постоянного тока средних размеров детали магнитопровода целесообразно изготавливать из качественной конструкционной стали марки Ст05.

Конструктивный фактор, Н^0.5/см:

Величина магнитной индукции согласно графику П.1, Тл:

B_дот=1,1 Тл

4.2 Определение размеров элементов магнитопровода и обмоточного пространства

4.2.1 Определение размеров элементов магнитопровода

Площадь сечения сердечника, м²:

Где

B_дот=1,1 Тл

м₀=4р·10^-7Гн/м

F_эл.ср=F_{макс нач}=51Н

Применяем сердечник с полюсным наконечником.

Площадь сечения торца сердечника с полюсным наконечником, м²:

Где n_д=1; B_пн=В_{с max от}=1Тл

Диаметр круглого сердечника электромагнита постоянного тока, м:

Диаметр полюсного наконечника, м:

Высота полюсного наконечника, м: h_пн=3·10

Определение намагничивающей силы обмотки электромагнита постоянного тока, А:



Для катушки параллельного включения н.с. обмотки, А:

Где U_ср=0.7·U_н

Намагничивающая сила, приходящаяся на один рабочий воздушный зазор, при отпущенном якоре, А:

4.2.2 Определение площади обмоточного пространства и сторон сечения обмотки

Определение площади поперечного сечения обмоточного пространства катушки, м²:



При k_н.max=1.05; k_п.т=1

k_з.об=k_ф·k_н·k_и=0,758

k_ф=0,785

k_н=0,92

k_и=1,06

j=6·10⁶ А/м²

Высота и длина обмоточного пространства, м:

4.3 Определение конструкционных размеров и обмоточных данных катушки

4.3.1 Определение размеров катушки электромагнита

Длина и высота каркасной катушки, м:



Где

Д_ш=0,2·10^-3м

Д_l=0,3·10^-3м

Д_h=0,4·10^-3м

Д_кор.и=0,4·10^-3м

4.3.2 Размеры, характеризующие пространство, занятое проводниками в поперечном сечении электромагнита

Внутренний и наружный диаметры круглой обмотки, м:

Где

Д_вн.и=0,4·10^-3м

Внутренний и внешний диаметры цилиндрической катушки, м:

Площади поверхностей катушки цилиндрической формы, м²:



4.3.3 Определение длины сердечника электромагнита с внешним притягиваемым якорем

4.3.4 Определение размеров и площади сечения ярма (основания скобы)

Ширина ярма, м:

Толщина ярма, м:

Площадь сечения ярма, м²:

4.3.5 Определение площади и размеров сечения якоря

Площадь сечения якоря, м²:

Ширина якоря, м:

контактор электрический магнитопровод катушка

Толщина якоря, м:



Длина ярма, м:

Длина внешнего плоского якоря, м:

4.3.6 Определение сечения и размеров скобы

Сечение скобы, м²:

Ширина скобы, м:

Толщина скобы, м:

Длина скобы, м:

4.4 Выбор величин рабочих и нерабочих воздушных зазоров и определение их расчетных площадей

Рабочий воздушный зазор, м:

Нерабочие зазоры

Диапазон изменения зазора между плоским якорем и скобой, м:



4.5 Определение параметров катушки

Расчет обмотки постоянного тока параллельного включения. Сечение голого проводника, м²:

Диаметр голого проводника, м:

По табл. П9 принимаем dгп=1.12мм, тогда уточненные данные:

Сечение голого проводника, м²:

Коэффициент заполнения медью продольного сечения обмотки:

Где

d_ипр=1,19·10^-3м



Число витков:

Сопротивление обмотки в нагретом состоянии, Ом:

Реальная плотность тока, А/м²:

Реальная намагничивающая сила катушки, А:

Потери в катушке на нагрев, Вт:

Размещено на Allbest.ru