Методика расчёта электромагнитного контактора

Основными методами работы при разработке, выборе конструкции и расчете являются следующие: поисковый метод, экспериментальный метод, метод подобия и метод последовательных приближений.

При выполнении расчетной работы необходимо руководствоваться как общими положениями, так и практическими примерами, учитывая физические законы и опытные данные. Применяя расчетные формулы, необходимо чётко представлять физику явлений, описываемых формулами.

Обзор конструкции целесообразно осуществить в следующем порядке:

1. Выполнить краткое описание особенностей конструкции контактора. Рассмотреть общие принципы и особенности аппарата в целом и особенности его основных частей (контактной и дугогасительной систем, механизмов включения и действия, корпусных и изоляционных узлов и деталей).

2. Выяснить основные технические параметры аппарата.

3. Изучить относительные (удельные) показатели аппарата.

После выяснения и решения общих вопросов, основная задача по разработке сводится к расчёту параметров главных узлов и частей контактора.

При расчёте контактора постоянного тока обычно задаются:

- номинальный ток главной цепи ;

- предельный отключаемый ток  (или );

- кратность тока отключения

- номинальное напряжение ;

- напряжение цепи управления ;

- относительную продолжительность включения ПВ%;

- допустимое число циклов включения z в час;

- число главных полюсов (главных контактов) p .

Расчёт контактора проводится в следующей последовательности:

1.Определяется сечение токоведущих частей аппарата в режиме номинального тока  с учётом того, чтобы установившаяся температура нагрева частей не превышала допустимую температуру для изоляции, с которой соприкасаются токоведущие части.

Эквивалентный ток , который вызывает тот же нагрев токоведущих частей, что и отключаемый ток  при длительном протекании с нагревом частей электрической дугой для контакторов, коммутирующих цепи электродвигателей, определяется по известной эмпирической формуле.

2.Определяется сечение токоведущих частей в режиме тока перегрузки или тока короткого замыкания. Этот режим полагается адиабатическим (без отдачи теплоты в окружающую среду). Определяется совокупность трех основных параметров: ток короткого замыкания ; длительность его протекания  (время термической устойчивости); сечение токоведущих частей. Совокупность этих трёх величин должна быть выбрана так, чтобы температура нагрева токоведущих частей не превышала допустимую для кратковременного режима.

3. Рассчитывается сила контактного нажатия  в длительном режиме номинального тока. Эта сила должна быть такой, чтобы определяемое ею переходное сопротивление контактов  не приводило к большим тепловым потерям в контактной точке. Кроме этого, температура нагрева этой точки не должна превышать допустимого значения . В некоторых условиях допустимую
температуру нагрева контактных точек  можно принимать более высокой, не превышающей, однако, температуры рекристаллизации (размягчения) материала контакта .

4. Рассчитывается сила контактного нажатия  из условия, чтобы в режиме сверхтока электродинамические силы отталкивания в контактах не вызывали их расхождения и образования дуги в межконтактном промежутке. Сила контактного нажатия должна обеспечивать отсутствие приваривания контактов. Расчётная сила контактного нажатия  принимается равной наибольшему из полученных значений, рассчитанных по пунктам 3 и 4. По силе  определяются параметры контактных пружин, которые должны иметь предварительное сжатие, развиваемое пружиной в первый момент касания контактов.

5. Определяется раствор контактов, исходя из условий гашения дуги Д при малых токах. Одновременно с расчётом критической длины дуги  для разных значений тока определяется скорость движения дуги.

6. Рассчитываются параметры дугогасительной системы и системы магнитного дутья, при которых обеспечивается надёжное гашение дуги за время не более 0,1 с в диапазоне токов от критического до предельно отключаемого.

7. Рассчитывается необходимая площадь наружной поверхности дугогасительной камеры из условий её допустимого нагрева.

8. Используя зависимости, приведённые в Приложениях, рассчитывается износ контактов контактора при номинальном токе  и заданной электрической износоустойчивости N. Этим расчётом определяется объём материала контактов, который выгорит при N коммутациях цепи, и в конечном результате – линейный износ контакта.

9. По найдённым величинам строится ориентировочная (приблизительная) характеристика противодействующих сил, приведённых к главным коммутирующим контактам.

По оси абсцисс х откладываются расчётные значения раствора  и провала  контактов. Под  подразумевается сила начального сжатия возвратной пружины. Под  подразумевается сила предварительного сжатия контактных пружин всех p полюсов контактора, отнесённая к месту соприкосновения контактов. и   – это силы конечного сжатия возвратной и контактных пружин. Сила конечного сжатия контактных пружин  рассчитывается, исходя из индекса пружины (отношение среднего диаметра к диаметру проволоки пружины) и её сжатия, соответствующего провалу контактов.

Рисунок 5 . Характеристика противодействующих сил:

,  – силы начального сжатия возвратной и контактной пружин;

,  – силы конечного сжатия возвратной и контактной пружин.

Если теперь, по кинематической схеме проектируемого контактора, построить характеристику (Рисунок 6), приведённую к рабочему зазору d электромагнита, с учётом противодействующих сил, создаваемых возвратной и контактной пружинами и массой подвижной системы контактора, то можно получить необходимые данные для выбора и расчёта параметров тягового электромагнита.

Рисунок 6 . Тяговая характеристика электромагнита  и характеристика противодействующих сил, приведённых к рабочему зазору

Площадь  на этой характеристике определяется массой подвижных частей электромагнита, трением и силой возвратной пружины, умноженными на приведённый раствор контактов, а площадь  определяется силами контактных пружин, умноженными на приведённый провал контактов.

По известной силе  при критическом зазоре , который соответствует моменту касания контактов, находится сила , которую должен развивать электромагнит при  :

, (7)
где  – коэффициент запаса по силе.

Через точку  проводится примерная тяговая характеристика электромагнита  и, в соответствии с рекомендациями, выбирается тип тягового электромагнита и конструктивные размеры магнитопровода.

Если воздушный зазор  невелик по сравнению с размерами магнитопровода и полюсного наконечника электромагнита, тогда поле в воздушном зазоре можно считать равномерным. При выбранном значении индукции  в рабочем воздушном зазоре можно рассчитать площадь поперечного сечения полюса  (торца) сердечника электромагнита. Для расчётов применяется формула Максвелла для тяговой силы, согласно которой, для электромагнита постоянного тока ,м² (8)
где , м² – площадь поперечного сечения полюса сердечника;

 , Н – электромагнитная сила при максимальном рабочем зазоре;

Тл – индукция в рабочем зазоре при ;

Гн/м – магнитная проницаемость воздушной среды.

Формула Максвелла для электромагнита переменного тока имеет вид

, (9)
Рассчитав величину площади поперечного сечения полюса  сердечника, можно определить технические параметры электромагнита, используя установившиеся в конструкторской практике соотношения между ними.

Следует отметить, что при разработке контактора следует стремиться к сокращению раствора и провала его контактов до допустимых значений. В этом случае сокращаются габариты контактора в целом, уменьшается избыточная энергия электромагнита, что приводит к повышению электрической и механической износостойкости электрического аппарата в целом.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: