Методические указания по выполнению курсовой работы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТАКТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА»

1. Общие положения

Проектирование контактора постоянного тока осуществляется на базе контактора КПВ-600 в исполнении с нормально закрытым и нормально открытым контактами.

Пояснительная записка должна быть выполнена с соблюдением норм выполнения технического отчета и должна содержать следующие разделы:

Титульный лист.

Реферат.

Содержание.

1. Техническое задание.

2. Конструкция и назначение контактора КПВ-600.

3. Выбор типа и кинематической схемы аппарата.

4. Расчёт токоведущего контура.

5. Расчёт коммутирующих контактов.

6. Расчет контактной и возвратной пружин.

7. Построение противодействующей характеристики.

8. Определение критической точки, конструктивного фактора и намагничивающей силы магнитной системы.

9. Проработка эскиза магнитной системы.

10. Расчёт магнитной цепи.

11. Расчет катушки намагничивания.

12. Построение тяговой характеристики.

13. Заключение.

14. Список используемых источников.

В предлагаемых методических указаниях даются ссылки на «Проектирование электрических аппаратов», Сахаров В.П. /Л1/ и «Проектирование электрических машин» под редакцией Копылова И.П. /Л2/ (ссылки при выборе необходимых медных проводов и шин).

2. Техническое задание

Техническое задание должно включать в себя следующие данные:

- ток главных контактов;

- напряжение на главных контактах;

- вид главных контактов – замыкающие (нормально открытые) или размыкающие (нормально закрытые);

- количество главных контактов;

- режим работы контактов – длительный или кратковременный;

- напряжение катушки намагничивания;

- прочие условия.

3. Конструкция и назначение контактора КПВ-600

Дать описание конструкции, назначения контакторов постоянного тока и конструктивных особенностей контактора типа КПВ-600.

4. Выбор типа и кинематической схемы аппарата

Размеры контактора (см. рис 1) выбираются в соответствии с его типом, согласно данным таблицы 1.

Таблица 1 – Основные данные контакторов типа КПВ‑ 600

Тип	I, А	lс, мм	lв, мм	lк, мм	l, мм	L, мм
Контакторы с одним замыкающим главным контактом
КПВ601	до 60
КПВ602	- 100
КПВ603	- 160
КПВ604	- 250
КПВ605	- 630
Контакторы с одним размыкающим главным контактом
КПВ623	до 160
КПВ624	- 250
Контакторы с двумя замыкающими главными контактами
КТПВ621	до 60
КТПВ622	- 100
КТПВ623	- 160
КТПВ624	- 250

а) б)

Рисунок 1 – Кинематическая схема контактора КПВ 600:

а – с замыкающими контактами; б – с размыкающими контактами

По данным табл. 1 выбираем тип контактора в зависимости от заданного тока главных контактов, их вида и количества. Размеры плеч кинематической схемы даны ориентировочно, исходя из размеров выпускаемых контакторов, и могут быть изменены в ходе проектирования.

5. Расчет токоведущего контура

5.1. Выбираем максимально допустимую температуру нагрева токопровода Т_у и превышение ее над температурой окружающего воздуха τ_у по табл. 15-1, стр.377, /Л 1/. Обычно для электрических аппаратов Т_у=105^оС, τ_у=65^оС.

5.2. Находим удельное сопротивление материала токопровода при нагреве до Т_у:

ρ_т = ρ_о [1 + α (Т_у ‑ Т_о)],

где Т_о соответствует удельному сопротивлению материала ρ_о, так при ρ₂₀ имеем Т_о=20^оС; для меди ρ₂₀ = 0,0175 10^‑6 Ом×м; для алюминия ρ₂₀ = 0,0282 10^‑6 Ом×м;

α - температурный коэффициент сопротивления (для меди – α = 0,0043, для алюминия – α = 0,0042).

5.3. Рассчитываем функцию А:

,

где К_Д – коэффициент увеличения сопротивления от поверхностного эффекта и эффекта близости (в первом приближении К_Д = 1); К_ТО – коэффициент теплоотдачи [Л1, табл. 16-1], размерность должна быть в _______

5.4.Сечение токопровода выбирается из условия допустимого нагрева [Л1, формулы (4-4, 4-5)]. Обозначим, a -ширина шины, b -толщина шины и с = b/a, имеем для сечения шины S^’

или

При изменении с от 2 до 8 функция изменяет свое значение от 0,29 до 0,38. Тогда для проектного расчета имеем:

Выбираем шину с близким сечением и необходимым соотношением сторон по Л1 ‑ табл. 2П ‑ 7 или по Л2 ‑ табл. П3.2, П3.3, П3.4, П3.5. В дальнейшем расчете используем действительные значения:

Для малых токов I < 20 A предварительно диаметр токопровода определится как:

Затем выбирается провод по Л1 ‑ табл.2П ‑ 4, 2П ‑ 6 и Л2 ‑ табл.П3.1. В дальнейшем используем действительные значения диаметра провода и его сечения.

Следует иметь в виду, что токопроводы часто изолируются от конструктивных элементов. В этом случае следует выбрать нужный тип изоляции /Л2 – табл. П3.3/ и учитывать его при необходимости.

6. Расчет коммутирующих контактов

Во избежание путаницы при проведении вычислений и переводе единиц следует пользоваться рекомендациями Л1 стр. 95, 96, 97.

6.1. Сечение контактных элементов для выполнения условия термической устойчивости при токах короткого замыкания выбирается как S_К = (1,5 – 3,0) S. Уточняем величины a_k, b_k, c_k по Л1, табл.2П-7 и Л2, табл.П3.2, П3.4, П3.5.

6.2. Контактную накладку выбираем для всех видов реле и пускателей и при необходимости для контакторов. Выбор сечения контактной накладки S_КН в квадратных миллиметрах производится:

-для токов I до 10 A по графику рис.2;

-для токов I от 10 до 300 A S_КН = 3,2 (I ‑ 4)

-для токов I от 300 до 600 A S_КН = 1200 + 5,4 (I ‑ 300)

Окончательно размер накладок уточняется по Л1 табл. 5-5, 5-6. Для пальцевых контактов выбирают прямоугольные напайки, а для мостиковых ‑ прямоугольные или круглые.

6.3. Сила нажатия на контакты по условию нагрева тела контакта:

.

Здесь F_K1 ‑ сила, действующая на одной контактной площадке; n -число точек контакта: точечный контакт – n = 1; линейный контакт – n = 2; плоский контакт – n = 3; А ‑ число Лоренца (2,3×10 ^‑8 В/°С); Н_B ‑ твёрдость материала по Бринеллю [Л1, табл. 5-3]; λ ‑ удельная теплопроводность контакта [Л1, табл. 5-3]; Т_ПР ‑ температура тела контакта, Т_ПР = Ту+273 °К; Т_К.ПЛ ‑ температура контактной площадки Т_К.ПЛ =Т_ПР + τ_{К ПЛ},

где τ_{К ПЛ} ‑ превышение температуры контактной площадки над температурой тела контакта [Л1, стр. 107]. Превышение температуры контактной площадки над температурой тела контакта может быть предварительно выбрано из диапазона, который определяется напряжением рекристаллизации U_К = (0,5 – 0,8) U_рек. /Л1, табл. 5-8/. Можно принять для медных контактов τ_{К ПЛ} = 10 – 60^оС. Меньшие значения берут для ответственных и контактов с малыми токами. Большие значения выбирают для неответственных контактов и контактов, пропускающих большие токи. После окончательного расчета контактов (п. 6.13) следует проверить соответствие падения напряжения на контактах и превышение температуры контактной площадки над температурой тела контакта по таблице 2 в п.6.13.

6.4. Сила нажатия на контакт по удельному усилию из опыта эксплуатации аппаратов определится как F_КО = f_К I_Н, где f_К ‑ удельное нажатие [Л1, табл. 5-7].

За реальное конечное усилие нажатия на контакт принимают среднее значение между величинами, полученными из расчёта. F_СР = 0,5 (F_К + F_КО).

6.5. Начальное нажатие на контакт: F_КН = (0,6 – 0,8) F_КК. Здесь F_КК = F_СР.

6.6. Ток термической устойчивости контактов или ток начального сваривания:

, где k_СВ ‑ опытный коэффициент [Л1, табл5-9].

6.7. Необходимое сечение контакта из условия сваривания:

, где j ‑ плотность тока в режиме КЗ. Можно считать, что j = 48×10⁶ А/м.

Сечение контактной накладки и сечение контактной пластины, выбранные ранее, должны быть больше полученного значения. В противном случае нужно увеличить сечение накладок и пальцевого контакта контактора до выполнения условия отсутствия сваривания.

6.8. Радиус контактной площадки:

6.9. Переходное сопротивление контакта: ,

где r = 0,5 (r₁ + r₂), если контакты изготовлены из разных материалов.

6.10. Переходное сопротивление контакта по опытным данным:

.

Здесь принимают: для точечного контакта m = 0,5;

для линейного контакта m = 0,5 ‑ 0,7;

для плоского контакта m = 0,7 ‑ 1,0.

k_ПХ ‑ учитывает вид материала [Л1, стр.99].

За реальное значение сопротивления контактов принимается среднее значение переходного сопротивления контактов, полученное разными способами.

6.11. Падение напряжения в переходном сопротивлении контакта:

U_К = I_Н R_ПХ.

6.12. Температура контактной площадки:

.

6.13. Превышение температуры контактной площадки:

τ_{К ПЛ} = Т_К.ПЛ – Т_ПР.

Данному превышению должно соответствовать большее падение напряжения U_К на контактах, чем полученное в п. 6.11, или полученному значению U_К должно соответствовать превышение температуры контактной площадки большее, чем полученное в п. 6.13 (см. табл. 2). В противном случае необходимо пересчитать контакты ‑ увеличить усилия нажатия, конечное и в первую очередь начальное, или изменить материал контактов.

Таблица 2 – Соотношения падений напряжений и превышения температуры контактной площадки

Матер.

UК,мВ

Серебро

τК ПЛ, ^оС

Медь

6.14. Температура в точке контакта должна быть меньше температуры рекристаллизации материала контакта: Т_{К ПЛ} < Т_РЕК. Ниже приведена температура рекристаллизации основных контактных материалов

Медь ‑ 463°К Серебро ‑ 453°К

Платина ‑ 813°К Вольфрам ‑ 1273°К

6.15. Допустимый объём износа подвижного контакта.

Обозначим: h_Н, S_Н ‑ соответственно высота и площадь накладки; d_П – провал контактов, определение которого дано ниже; b – ширина контакта. Тогда имеем

Пальцевый контакт без накладок: . Контакты с накладками: .

6.16. Допустимый объём износа неподвижного контакта.

Контакты без накладок: . Контакты с накладками: .

6.17. Общий объём износа контактов

6.18. Износостойкость контактов (число циклов срабатывания):

,

где q_РЗ, q_{ЗМ ‑} удельный массовый износ при размыкании и замыкании контактов, г/А²; γ ‑ плотность материала контактной накладки или материала контакта.

Здесь k_Н.СР = 1,1 ‑ 3,0 ‑ коэффициент неравномерности износа; k_РЗ ‑ коэффициент износа при размыкании [Л1, рис. 5-14]; k_ЗМ ‑ коэффициент износа при замыкании [Л 1, рис. 5 ‑ 11]; k_П ‑ кратность пускового тока включаемого двигателя, k_П = 1,5 – 2,5 (k_П = 2,5).

6.19. Провал контактов δ_П выбираем из конструктивных соображений. Для контактов с накладками он определяется толщиной выбранных контактных накладок.

‑ для токов менее 10 А δ_П = 1 ‑ 2 мм;

‑ для токов от 10 А до 160 А δ_П = 2 ‑ 4 мм;

‑ для токов от 100 А до 650 А δ_П = 3 ‑ 7 мм.

Для пальцевых контактов из меди без накладок с учётом износа сухарей неподвижных контактов можно принять δ_П =2 (0,5 ‑ 0,7) а_К, где а_К – толщина контактной пластины (толщина шины, из которой изготавливается контакт).

Если есть возможность повёртывания подвижного контакта для использования в работе неповреждённой стороны (КПВ-600), то: δ_П = (0,20 ‑ 0,35) а_К.

6.20. Раствор контакторов определяется по напряжению на контактах, роду отключаемого тока, характеру коммутируемой цепи. Для токов до 6 А и напряжении на контактах до 280 В при однократном разрыве величины растворов контакта приведены в табл. 3. При токах 4 – 10 А и напряжении на контактах до 500 В по возможности применяют двукратный разрыв с использованием контактов мостикового типа с величиной раствора контактов 4 – 6 мм. При токах более 6 А в контакторах постоянного и переменного тока с пальцевыми контактами однократного разрыва обязательно используют дугогасительные системы. Величину раствора контактов при напряжении до 800 В можно принять для переменного тока 6 – 8 мм, а для постоянного тока 10 – 17 мм. Для блокконтактов, токи которых не превышают обычно 5 А, а напряжение 220 В, применяют мостиковые контакты с раствором 4 – 6 мм и провалом 1,5 – 3,0 мм.

Таблица 3 – Раствор контактов однократного разрыва при напряжении до 380 В

Ток I, А	0,5
~ ток dр мм	0,5	0,6	1,0	1,8	2,8
= ток dр мм	1,0	1,2	1,5	2,6

7. Расчет контактной и возвратной пружин

7.1. Принятые обозначения

l _СВ ‑ длина пружины в свободном состоянии.

l _Н ‑ длина пружины в начальном сжатом состоянии ‑

соответствует начальному усилию F_h..

l _К – длина пружины в конечном сжатом состоянии –

соответствует конечному усилию F_К.

l _СЖ ‑ -длина пружины в предельно сжатом состоянии

при посадке витков – соответствует усилию F_СЖ.

D ‑ диаметр пружины между осями витков (см. рис. 3).

d ‑ диаметр проволоки пружины (см. рис. 3).

Наружный диаметр пружины D_Н = D + d.

h ‑ шаг пружины в свободном состоянии.

Х_Н ‑ начальное сжатие пружины.

Рисунок 3 – Принятые обозначения

Х ‑ ход пружины в рабочем состоянии.

Х= l _Н ‑ l _К, Х_Н= l _СВ ‑ l _Н.

n ‑ число рабочих витков.

N ‑ полное число витков пружины,

N = n + (1,5 – 3,0) ‑ выбирается кратным 0,5.

τ ‑ напряжение сдвига кручения.

[τ] ‑ предельно допустимое напряжение кручения (табл.3, 4).

c = D/d ‑ индекс пружины.

Жесткость пружины i = DF/X или i = (F_К – F_Н)/X.

G ‑ модуль упругости пружинной стали.

F_Н ‑ начальное нажатие пружины. F_К ‑ конечное нажатие пружины.

В дальнейших расчетах при необходимости все величины, относящиеся к контактной пружине, будем обозначать дополнительным индексом «к», а величины возвратной пружины – индексом «в».

Свойства материалов, которые применяются для изготовления пружин приведены в табл. 4, 5. Свойства проволоки из стали 65, широко применяемой для пружин, даны более подробно.

Таблица 4 – Механические свойства материалов для изготовления пружин

Материал	марка	σВ (МПа)	[τ] (МПа)
углеродистые стали
Рояльная проволока	-	2000-3000	1200-1800
холоднокатаная пружинная проволока	Н	1000-1800	600-1000
П	1200-2200	700-1300
В	1400-2800	800-1600

Таблица 5 – Проволока стальная углеродистая пружинная марки сталь 65

Диаметр проволоки, мм	Нормальной прочности	Повышенной прочности	Высокой прочности
σВ, МПа	[τ], МПа	σВ, МПа	[τ], МПа	σВ, МПа	[τ], МПа
0,2-0,5
0,5-1,0
1,0-1,5
1,5-2,0
2,0-2,5
2,5-3,0
3,0-3,5
3,5-4,0

Для неответственных пружин предел прочности может быть принятбольшим в 2,5 раза.

7.2. Расчёт пружин сжатия

Далее приводится общий расчет пружин сжатия. Исходными величинами для расчета пружин сжатия являются F_Н ‑ начальное нажатие пружины, F_К ‑ конечное нажатиепружины и X ‑ ход пружины.

7.1. Из конструктивных соображений задаются значениями С и d.

7.2. Определяют коэффициент формы k = (4С + 2)/(4С ‑ 3). При С > 8 можно принять k = 1,1 ‑ 1,2.

7.3. Задаются маркой пружинной стали. Для нее определяют напряжение кручения, которое должно быть меньше допустимого. τ = (0,5 – 0,8) [τ]. Можно также принять, что τ = 0,4 s_В·

7.4. Предварительно определяют диаметр проволоки

или

Округляют значение d до ближайшего большего значения по сортаменту:

d = 0,2→0,32→0,4→0,5→0,6→0,8→1,0→1,2→1,6→2,0→2,5→3,0→4,0

7.5. Уточняют значение С и k: С = D/d; k = (4С + 2)/(4С ‑ 3).

7.6. Находят величину сжатия пружины для получения конечного усилия f_К

7.7. Число рабочих витков:

Число рабочих витков округляют до целого числа или до числа, кратного 0,5.

7.8. Полное число витков пружины N = n + (1,5 – 3,0) = n + n_оп, где n_оп – число опорных витков, которое принимается 0,5 для неответственных пружин и 1,5 – 3,0 для ответственных пружин.

7.9. Шаг пружины h = d + X_К/n + 0,1d = X_К/n + 1,1d.

7.10. Длина пружины при полностью сжатых витках l _СЖ=1,1d (n + n_оп ‑ 1). В формуле вычитается 1, так как опорные витки шлифуются на 0,5 диаметра проволоки для создания устойчивой опорной поверхности.

7.11. Длина пружины в свободном состоянии l _СВ = l _СЖ + n (h ‑ d)

7.12. Находим отношение: l _СВ/D, которое должно быть меньше З. Если 3 < l _СВ/D < 5, то для пружины необходима оправка или гильза.

7.13. Усилие пружины в полностью сжатом состоянии

7.14. Проверка пружины на прочность t_сж < [t].

7.15. Сжатие пружины, необходимое для создания конечного усилия

7.16. Начальное сжатие пружины: Х_Н = Х_К – Х.

7.17. Начальное усилие нажатия, создаваемое пружиной

7.18. По рассчитанным усилиям и величинам сжатия пружины строится ее графическая характеристика в реальных величинах, при этом указываются: 1 _СВ, Х_Н, Х, Х_К, 1 _СЖ, F_К, F_Н, F_СЖ.

7.3. Расчёт контактной пружины

Расчёт контактной пружины производится аналогично расчету, приведённому в подразделе 7.2.

За величину конечного нажатия контакта принимают усилие нажатия на контакты, полученное из расчета контактов с учетом обеспечения допустимого падения напряжения в контактах и отсутствия сваривания (окончательное усилие в контактах, проверенное в п. 6.13). Начальное усилие F_КН определяется по п. 6.5. Эти усилия и выбранный провал контакта (п. 6.19) следует привести к точке действия контактной пружины. Провал контактов определяет ход контактной пружины.

При расчете контактной пружины следует выдержать конечное нажатие контактной пружины. Начальное нажатие контактной пружины может быть изменено по сравнению с первоначально задаваемым. Однако надо следить за тем, чтобы оно не выходило из диапазона F_КН = (0,6 – 0,8) F_КК.

Реальные усилия, создаваемые контактной пружиной, необходимо привести к точке действия контактов и затем совместно с провалом и раствором контактов привести к оси сердечника электромагнитной системы.

7.4. Расчет возвратной пружины

Определение данных возвратной пружины производится в следующем порядке.

7.19. Из расчёта контактной пружины известны F_КК и F_КН, приведенные к оси электромагнитной системы F_ККП и F_КНП.

7.20. Рассчитываем предварительно начальное и конечное приведённые усилия возвратной пружины F_ВНП = (0,2 – 0,3) F_ККП + К₂ F_ККП, F_ВКП = (1,2 – 1,4)F_ВНП.

где К₂ – число размыкающих контактов (число нормально закрытых контактов).

7.21. Приводим к точке действия возвратной пружины ее предварительные приведенные усилия.

F_ВН = F_ВНП l _С / l _B, F_ВК = F_ВКП l _С / l _B.

7.22. Ход возвратной пружины определяется суммой раствора и провала главных контактов.

Х_В = (d_П + d_Р) l _В/L.

Возможен расчет и через приведенные значения провала и раствора контактов с использованием соотношения l _В / l _С.

7.23. Считаем возвратную пружину. При ее расчете необходимо сохранить значение F_ВН, а величина конечного нажатия возвратной пружины F_ВК не должна выходить за пределы, оговоренные в п.п. 7.20, 7.21.

7.24. Приводим к оси сердечника усилия возвратной пружины F_ВКП = F_ВК l _В / l _С; F_ВНП = F_ВН l _В / l _С;

7.25. Определяем ход якоря d_Н = (d_П + d_Р) l _С/L или d_Н = Х_В L/ l _В.

Он должен быть равен ранее рассчитанному значению, определенному при приведении к оси сердечника параметров контактной пружины.

7.26. Точка касания нормально открытого контакта (замыкающего) δ₁ = d_П l _С/L.

Откладывается от нулевого значения хода якоря, от прижатого состояния якоря. Можно также определить ее через раствор контактов δ_1Р = d_Р l _С/L.

Откладывается от начального зазора якоря d_Н в сторону нулевого значения шкалы δ₁ + δ_1Р = d_Н.

7.27. Точка касания нормально закрытого контакта δ₂ = d_П l _С/L.

Откладывается от начального зазора якоря d_Н в сторону нулевого значения шкалы. Можно также определить через раствор контактов δ_2Р = d_Р l _С/L.

Откладывается от нулевого значения хода якоря, от прижатого состояния δ₂ + δ_2Р = d_Н

8. Построение противодействующей характеристики

При построении противодействующей характеристики целесообразно пользоваться методическими указаниями к лабораторным работам по курсу «Электрические аппараты» (№ 375), работа №1. Строят координатную плоскость – по оси ординат усилие, а по оси абсцисс ход якоря. Если имеются размыкающие контакты, то ось ординат должна иметь отрицательную часть. Противодействующая характеристика строится в величинах, приведенных к оси сердечника электромагнитной системы.

Строим характеристику возвратной пружины. Откладываем ход якоря δ_Н. Затем при d = δ_Н откладываем начальное нажатие возвратной пружины F_ВНП, а при d = 0 откладываем конечное нажатие возвратной пружины F_ВКП. Соединяющая полученные точки прямая линия – характеристика возвратной пружины.

При наличии замыкающего контакта (нормально открытого) при нулевом зазоре откладывают конечное нажатие контактной пружины, а при зазоре δ₁ откладывают начальное нажатие контактной пружины. Соединяющая эти точки прямая линия дает характеристику контактной пружины замыкающего контакта. При наличии размыкающего контакта (нормально закрытого) конечное усилие контактной пружины откладывают в точке d_Н в область отрицательных значений. Начальное усилие откладывают аналогично при d = δ₂. Соединяющая эти точки прямая линия дает характеристику контактной пружины размыкающего контакта.

Результирующая характеристика противодействующих усилий равна сумме усилий возвратной и контактной пружин. Следует иметь в виду, что при наличии двух контактов одинакового типа следует при суммировании усилий учитывать двойную величину контактных нажатий. При наличии размыкающих контактов (нормально закрытых) для обеспечения нормального сжатия контактной пружины усилие результирующей характеристики противодействующих усилий при максимальном зазоре (d_Н) должно быть не менее (0,2 – 0,3) F_ККП, то есть начальное нажатие возвратной пружины должно быть больше суммарного конечного нажатия контактных пружин на (0,2 – 0,3) F_ККП. Аналогично, при наличии только замыкающих контактов (нормально открытых) начальное усилие характеристики противодействующих усилий должно быть равно (0,2 – 0,3) F_ККП. Принципиальный вид характеристики противодействующих усилий при наличии одного размыкающего и одного замыкающего контакта представлен на рис. 4.

9.Определение критической точки и

намагничивающей силы электромагнитной системы

Критическими точками противодействующей характеристики называют точки хода якоря, в которых тяговая характеристика электромагнита наиболее близко подходит к характеристике противодействующих усилий. В этих точках тяговое усилие электромагнитной системы должно быть больше, чем противодействующее усилие. Такими точками обычно являются точки касания главных контактов. При наличии только размыкающих контактов (нормально закрытых) такой критической точкой является точка размыкания главных контактов. Именно при d₂ противодействующее усилие резко возрастает, а далее его рост незначителен. При наличии замыкающих контактов (нормально открытых) выбор критической точки не так очевиден. В момент касания главных контактов противодействующее усилие резко возрастает, и эта точка может быть критической точкой. Однако при большом зазоре d_Н и малое противодействующее усилие может быть критическим, так как электромагнитная система постоянного тока при больших зазорах не может развить значительных тяговых усилий. Поэтому необходимо проверять системы на критическое состояние при двух зазорах d_Н и d₁.

9.1. Определение критических тяговых усилий.

Определяем критическое усилие при d_Н, F_КРН = F3 = (1,2 – 1,4)F_ВНП.

Определяем критическое усилие при d₂, F_КР2 = F2 = (1,2 – 1,4)(F_ВНП + i_ВП Х_ПП)

Определяем критическое усилие при d₁, F_КР1 = F1 = (1,2 – 1,4)(F_ВНП + i_ВП Х_РП + К₁ F_КНП)

В приведенных формулах i_ВП – жесткость возвратной пружины для величин, приведенных к оси магнитной системы; К₁ – число замыкающих контактов (нормально открытых).

9.2. Для каждого из этих критических усилий следует найти конструктивный фактор .

Здесь F_Э усилие, не менее которого должна развивать электромагнитная система (F_Э ³ F_КР), а d_К ‑ зазор, при котором определяется конструктивный фактор.

9.3. По кривым рис.5. выбирают значения В_δ для каждой критической точки и находят произведения В_δ×δ, из которых выбирают большее. Для этого случая считают магнитную систему.

9.4. Намагничивающую силу катушки электромагнитной системы определяют как Iw = В_δ×δ/μ_о.

9.5. С учетом допустимого по условиям эксплуатации уменьшения напряжения на зажимах катушки до 0,85 U_Н и увеличения электрического сопротивления от нагрева получаем расчетную намагничивающую силу катушки (Iw)_К = (Iw)/0,65.

10. Эскиз магнитной системы

Принципиальный вид магнитной системы контактора постоянного тока приведен на рис.6. Размеры магнитной цепи для разных типов контакторов КПВ 600 даны в таблице 6. При необходимости можно изменить выбранные размеры, но при этом нельзя изменять величины расстояний, использованных при расчете противодействующих усилий.

Рисунок 6 – Эскиз магнитной системы контактора

Таблица 6 – Размеры магнитной цепи, (все размеры даны в миллиметрах)

Тип	d	dПН	hПН	hc	a	b	B
КПВ601			3,5
КПВ602			3,5
КПВ603			3,5
КПВ604			6,5
КПВ605			6,5
КТПВ621			3,5
КТПВ622			3,5
КТПВ623			6,5
КТПВ624			6,5

11. Расчет магнитной цепи

В электромагнитах постоянного тока рабочий зазор меняется в значительной степени. При больших воздушных зазорах магнитные потоки малы и насыщение магнитопровода незначительное. При малых зазорах потоки велики, и необходимо учитывать насыщение стали. Учет насыщения необходимо проводить, если падение магнитного потенциала в стали более 10% от намагничивающей силы катушки. В любых магнитных системах при притянутом якоре результирующий немагнитный зазор в магнитной цепи не равен нулю.

В электромагнитах на все стальные детали наносится антикоррозионное покрытие из кадмия толщиной 5 – 10 мкм. Кроме того, неплотность прилегания друг к другу даже для шлифованных поверхностей составляет от 50 до 60 мкм. Тогда с учетом антикоррозионного покрытия немагнитный зазор между якорем и полюсным наконечником составляет от 60 до 80 мкм. Существует также нерабочий немагнитный зазор между якорем и магнитопроводом около призмы, на которой поворачивается якорь. В этом зазор тяговый момент создается малый, так как мало плечо, на котором действует сила. Поэтому возникающий в этом зазоре момент в расчете не учитывают, он идет в запас надежности срабатывания системы.

В расчете магнитной системы следует учитывать также следующие немагнитные зазоры. Зазор между полюсным наконечником и сердечником. Состоит из двух антикоррозионных покрытий по 10 мкм и неплотности прилегания 70 мкм. Суммарная величина зазора составляет 90 мкм. Нерабочий зазор между якорем и магнитопроводом с учетом неплотности прилегания и двух антикоррозионных покрытий может быть принят равным 80 мкм. Существует немагнитный зазор между сердечником и скобой. В учебном проектировании его можно принять равным нулю, т.е. не учитывать. Это объясняется отсутствием здесь антикоррозионных покрытий и горячей посадкой сердечника в скобу с дальнейшей развальцовкой хвостовика сердечника.

При расчете магнитной цепи следует иметь в виду следующее.

Переменные воздушные зазоры между якорем и частями магнитопровода принимают данные значения только в притянутом положении. При наличии воздушного зазора во внимание принимается только собственно воздушный зазор.

Зазоры с учетом неплотности прилегания деталей друг к другу необходимо увеличить при магнитной индукции больше 1 Тл, так как происходит насыщение верхушек неровностей, создающих неплотность прилегания. Коэффициент увеличения составляет 1,2, а для магнитной индукции больше 1,6 Тл ‑ 1,3.

Для расчета магнитной цепи необходимо знать геометрию системы, величины немагнитных зазоров и кривые намагничивания стали, из которой изготовлена магнитная система. Магнитную цепь разбивают на участки и составляют схему замещения с учетом всех путей прохождения магнитного потока. На схеме замещения отмечают магнитные проводимости линейные, соответствующие прохождению магнитного потока по воздуху и немагнитным путям, а также нелинейные, соответствующие прохождению магнитного потока по стали. Затем рассчитывают магнитные проводимости, которые не изменяются при изменении рабочего зазора. К ним относятся магнитные проводимости по путям потоков рассеяния и проводимости в стыках деталей магнитопровода. Должны быть также рассчитаны площади всех сечений магнитопровода.

Целью проведения расчета магнитной цепи является определение намагничивающей силы катушки, которая обеспечивает создание электромагнитной системой магнитного потока и тяговых усилий, достаточных для надежного срабатывания аппарата. Такая задача решается путем расчета кривых намагничивания проектируемой магнитной системы для нескольких значений рабочего зазора. Расчет ведется по следующему алгоритму.

11.1. Задаемся величиной рабочего зазора d ₁. Обычно весь ход якоря разбивают на 5 – 6 равномерных участков. Величину зазора считают по осевой линии магнитного потока. Иногда удобно использовать угловые величины и считать зазор и ход якоря в геометрических градусах.

11.2. Находим магнитную проводимость G_d1 с учетом всех составляющих (Л1, табл.___).

11.3. Определяем величину нерабочего зазора d ₂. Расчет ведется по методу подобия из геометрических соображений.

11.4. Находим магнитную проводимость G_d2 с учетом всех составляющих (Л1, табл.___).

Рационально провести расчет всех зазоров и соответствующих им проводимостей заранее и оформить результаты расчетов в виде таблицы.

11.5. Задаемся намагничивающей силой катушки намагничивания. Ее выбираем так, чтобы по результатам расчета получилось 6 – 7 точек для построения кривой намагничивания магнитной системы при данном зазоре. При этом одна из точек должна соответствовать намагничивающей силе, большей расчетной намагничивающей силы катушки. Можно считать, что (Iw)i = (Iw)_K/5. Тогда расчет надо вести для намагничивающих сил катушки, равным 0,2 – 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1,0 – 1,2 от (Iw)_K. Для ручного расчета выбираем (Iw)i = 1,0 (Iw)_K. Тогда в схеме замещения при равной длине участков доля намагничивающей силы катушки на участке определится как

(Iw)n = 1,0 (Iw)_K/ n.

Если длина участков различна то при длине катушки L_К на n-ом участке длиной Ln имеем (Iw)n = 1,0 (Iw)_K (Ln/L_К)

11.6.Задаемся потоком F_d и находим падение магнитного потенциала в рабочем зазоре.

U_md1 = F_d/ G_d1.

11.7. Находим падение магнитного потенциала в нерабочем зазоре.

U_md2 = F_d/ G_d2.

11.8. Рассчитываем значение магнитной индукции в якоре аппарата.

Ва = F_d/Sа.

Здесь S_m – сечение якоря аппарата.

11.9. По известной магнитной индукции в якоре аппарата и кривой намагничивания материала находим напряженность магнитного поля в якоре Hа и падение магнитного потенциала на длине якоря Lа.

Uа = Hа× Lа.

11.10. Определяем падение магнитного потенциала на участке 1-А.

U_m1А = U_md1 + U_md2 + Uа.

11.11. Находим величину магнитного потока рассеяния на участке 1-2.

F_s1 = U_m1А×G_s1.

11.12. Определяем поток на участке 1-2. Ф₁₂ = F_d1 + F_s1.

11.13. Рассчитываем значение магнитной индукции в сердечнике на участке 1-2 с площадью сечения S₁₂.

В₁₂ = F₁₂/S₁₂.

11.14. По известной магнитной индукции на участке 1-2 и кривой намагничивания материала находим напряженность магнитного поля H₁₂ в сердечнике на участке 1-2 и падение магнитного потенциала на длине L₁₂ участка 1-2.

U_m12 = H₁₂× L₁₂.

11.15. Аналогично рассчитываем значение магнитной индукции в сердечнике на участке А-В с площадью сечения S_АВ.

11.16. По известной магнитной индукции на участке А-В и кривой намагничивания материала находим напряженность магнитного поля H_АВ в сердечнике на участке А-В и падение магнитного потенциала на длине L_АВ участка А-В.

U_mАВ = H_АВ× L_АВ.

11.17. Определяем падение магнитного потенциала на участке 2-В.

U_m2В = U_m1А + U_m12 + U_mАВ – (Iw)₁₂.

На данном участке вычитается часть намагничивающей силы катушки, величина которой зависит от длины катушки на рассматриваемом участке. Возможен случай, когда на данном участке катушка не располагается и намагничивающая сила ее на участке равна нулю.

11.18. Аналогично повторяем расчет на участках 2-3, 3-4, 4-5, В-С, C-D, D-E и получаем падение магнитного потенциала U_m5Е на участке 5-Е.

11.19. Определяем падение магнитного потенциала в основании магнитной системы. Магнитный поток основания Ф_О равен магнитному потоку участка 4-5 и участка D-E. Как и ранее находим величину магнитной индукции в основании по известному сечению скобы S_O = S_DE = S_CD = и т.д. По кривой намагничивания материала магнитопровода находим напряженность магнитного поля Н_О в основании и падение магнитного потенциала Н_О×L_О в нем.

11.20. Проверяем правильность проведенного расчета. Расчет будет верен, если получим падение магнитного потенциала на участке 5-Е отрицательным и равным по величине значению Н_О×L_О. Точность совпадения при ручном расчете должна быть не более 0,01(Iw)_К. При компьютерном расчете точность должна быть не хуже 0,005(Iw)_К. Невязка расчета не говорит о неверном принципе расчета. Она указывает на ошибочный выбор величины магнитного потока, которым задаются в начале расчета. Выбранная величина магнитного потока Ф_d не соответствует величине рабочего зазора при данной намагничивающей силе катушки. В зависимости от величины и знака невязки следует изменить магнитный поток Ф_d и повторить расчет.

После получения удовлетворительной сходимости результата для этого же зазора задаются следующим значением намагничивающей силы и повторяют расчет. Таким образом проводят расчет кривой намагничивания при данном зазоре. Затем задаются следующим зазором и повторяют расчеты для следующей кривой намагничивания. После завершения всех расчетов строят семейство кривых намагничивания для разных величин зазоров. По ни можно определить значение магнитного потока системы при любых значениях намагничивающей силы катушки для всех выбранных зазоров.

При выполнении курсовой работы студент должен добиться нормального схождения ручного расчета для одного значения рабочего зазора, намагничивающей силы катушки и магнитного потока, т.е. при расчете одной точки кривой намагничивания магнитной системы проектируемого аппарата.

Дата добавления: 2015-10-21