Контактора постоянного тока КПВ 600

Задание на проектирование

   В курсовом  проекте  для электромагнитного  контактора постоянного тока  по типу КПВ 600, однополюсного,  с номинальными значениями I_Н=100А и U_Н=220В, необходимо произвести следующие расчеты:

1.Расчет токоведущей системы

2.Расчет контактного узла

3.Расчет электромагнитной системы

4.Расчет механической характеристики

5.Расчет двигательной системы

6.Износ контактов и вибрация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         Содержание:                                      стр.

Введение                                                                                                         3

1.Расчет токоведущего контура                                                                   4

2.Расчет коммутирующих  контактов                                                          7

3.Кинематический расчет  привода                                                              10

4.Расчет электромагнита                                                                               13

5.Расчет динамических характеристик                                                        21

6.Расчет дугогасительной системы                                                              24

7.Заключение                                                                                                  29

8.Список литературы                                                                                     30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Электрические аппараты подразделяются на два вида - аппараты высокого напряжения и аппараты низкого напряжения.

   Среди аппаратов низкого напряжения существует несколько обособленных разновидностей:

1. автоматические регуляторы;
2. реле и электромеханические преобразователи автоматики;
3. статические преобразователи
4. аппараты управления
5. аппараты, устанавливаемые в распределительных устройствах

   Под электрическими аппаратами управления будем понимать аппараты, осуществляющие управление режимом работы электрооборудования промышленных предприятий, а также управление режимом работы распределительных сетей низкого напряжения.

    Аппараты управления режимом работы электрооборудования, обычно называемые аппаратами управления, включают в себя контакторы, пускатели, контроллеры, путевые выключатели и переключатели, командоаппараты, реле управления и др.

В аппаратах управления в качестве контактных и токоведущих  материалов очень широко применяются  медь или материалы на их основе. Замена медных токоведущих частей аппаратов на алюминиевые требует прежде всего создания надежных болтовых контактных соединений алюминиевых токоведущих элементов.

     Разработка и усовершенствование аппаратов управления в промышленности ведется сейчас в направлении уменьшения их габаритов и металлоемкости. Усовершенствование технологии аппаратов и прежде всего автоматизация слесарно-сборочных и контрольно-измерительных операций, где доля ручного труда наибольшая, - это важный резерв электроаппаратных производств, позволяющий снизить трудоемкость в несколько раз.

 

     1. Расчет токоведущего контура

1.1 Расчет размеров токоведущих частей

Оценим размеры токоведущих  частей прямоугольного сечения по номинальному току (I_н=100А). Используем в контакторе изоляционные детали, соответствующие классу нагревостойкости А, для которого допустимая температура в длительном режиме Т=105°С.

Для проводников прямоугольного сечения:

,

где   =1,75*10^-8 Ом*см - удельное электрическое сопротивление;

=0,004 с^-1 - температурный коэффициент металла контактов;

= 105 с - допустимая температура;

= 40 с - температура окружающей среды;

=10*10^-4 Вт/(см²*град) - коэффициент теплопередачи;

Принимаем для тока I=100 А размеры стандартной шины а=30*10^-3 м, b=65*10^-3м

 

1.2 Расчет температуры нагрева токоведущих  частей в номинальном режиме

с,

 

где  p =2*(a + b) = 19*10 ^-2 м - периметр;

q = а * b = 19.5*10 ^-4 м² площадь поперечного сечения;

должно выполняться условие  < ,т. е. 46,7 с < 105 с.

 

 1.3 Расчет термической стойкости

В режиме короткого замыкания рассчитаем термическую стойкость токоведущих частей. Допустимую температуру нагрева в режиме короткого замыкания примем равной  =250 с

_,

где    - плотность материала контакта, для меди = 8900 кг/м³

С =390Дж/кг* с – теплоемкость.

Определим токи термической  устойчивости при различных значениях  времени термической стойкости:

Для t_T.C.=0,5c ток I_T.C.=1140A; для t_T.C.=1,0c ток I_T.C.=805,9A; для t_T.C.=5,0c ток I_T.C.=360,4A; t_T.C.=10,0c ток I_T.C.=254,9A.

1.4 Расчет размеров гибкого соединения

Толщина гибкого шунта 

 м,

где   = 19.5*10^-4 м^{2 -} площадь поперечного сечения шунта;

= 65*10^-3 м - ширина шунта;

- коэффициент заполнения.

1.5 Определение переходного сопротивления

Для медных шин при  токе меньшим 200 А  А/мм².

1.5.1 Расчет силы контактного нажатия

Н,

где   0,7 кг/мм² - удельное давление в контактирующих частях;

 мм².

1.5.2 Переходное сопротивление контактирующих  поверхностей

 Ом,

где   =0,24*10 ^-3 - коэффициент, зависящий от материала и состояния поверхности контактирующих поверхностей;

    1.5.3 Омическое сопротивление контакта

 Ом,

где   мм - длина контактного соединения.

1.5.4 Переходное сопротивление контакта

 Ом.

1.6 Расчет превышения температуры контактного соединения.

При номинальном режиме температура контактного соединения не должна превышать температуру нагрева примыкающих к нему шин больше чем на 10 градусов и быть больше допустимой.

  с,

где    S_K =2*(а+b)*l = 2*(30+65)*10^-3*4,963*10^-3=0,943*10^-3 м² - полная наружная поверхность контактного соединения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   2. Расчет коммутирующих контактов

2.1 Расчет сил контактного нажатия

Для линейных контактов сила контактного нажатия

Н,

где  n =2 число контактных площадок, характеризующее форму контактной поверхности, при линейном контакте;

К - температура точки касания;

  - температура контактной площадки. Примем на 2 К больше температуры точки касания;

= 390 Вт/(м*°С) - удельная усредненная теплопроводность токоведущего проводника, применяемая здесь;

В=2,4 10^-8 (В/°С)² - число Лоренца;

Нb=11*10⁸ Н/м² твердость контактной поверхности по Бринеллю;

 

   2.2 Расчет переходного сопротивления.

,

где n - коэффициент формы контактной поверхности, n=0,6  для линейного контакта;

2/3 - коэффициент, учитывающий уменьшение  температуры по мере удаления от площадки касания;

=0,11*10^-3 - коэффициент, учитывающий материал и состояние контактной поверхности.

 

2.3 Расчет нагрева контактов в  номинальном режиме.

2.3.1 Расчет падения напряжения в токоведущем контуре аппарата при замкнутых коммутирующих контактах.

 мВ.

2.3.2 Расчет превышения температуры контактной площадки коммутирующего контакта.

⁰ с;

где   =3,9*10² Вт(м ºС) – удельная усредненная теплопроводность материала коммутирующих контактов.

Сравниваем с допустимым значением 0,35 ⁰с > 0,09 ⁰c, Условие выполняется.

 

2.3.3 Расчет температуры  контактной площадки

 ⁰c

 ⁰c

Сравнивая с 

получим: 43,65 105 ⁰c Условия выполняется.

2.4 Расчет износа контактов

2.4.1 Расчет удельного  массового износа

где   = 2  - коэффициент неравномерности;

= 0,2 - опытный коэффициент износа;

=0,2 - опытный коэффициент износа;

n = 6 - кратность тока отключения.

2.4.2 Расчет изнашиваемой части объема  контакта и линейного износа

м³,

где  N =0,01 млн. допустимое число циклов включения;

= 8900 кг/м³ плотность материала контакта.

 м.

Надежная работа контактов возможна, если их износ по толщине не превышает     значения 0,5 0,75 от первоначальной толщины.

 

2.5 Провал контакта

 м³.

2.6 Расчет короткого замыкания

2.6.1 Расчет начального тока сваривания

А,

где   А/кгс^0,5 - коэффициент, выбирается из таблицы в зависимости от конструкции контактов и формы их поверхности.

 

 

2.6.2 Расчет тока приваривания контактов.

 А.

2.6.3 Расчет площади S_O и силы электродинамического отталкивания

 м²,

где = 383*10⁶ Н/м²- удельное сопротивление материала контактов смятию.

 Н.

Выполняется условие  .

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Кинематический расчет привода

3.1 Характеристика противодействующих сил.

3.1.1 Расчет силы предварительного  сжатия контактных пружин всех  полюсов

 Н,

где   - отношение плеч, принимаем = 0,59;

l_э- плечо электромагнита;

l_к- плечо контакта;

р = 1- число полюсов контактора.

3.1.2 Расчет силы конечного сжатия контактных пружин

Н.

3.1.3 Расчет конечного сжатия возвратной  пружины

Н,

где   L= 0,3-0,5, принимаем L=0,4.

3.1.4 Расчет силы начального сжатия возвратной пружины

,

где  М=0,3-0,5, принимаем М=0,5.

3.1.5 Расчет полного хода и провала контактов

м,

где:   м,

   м – раствор контакта;

 

Полученная механическая характеристика противодействующих сил приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Механическая характеристика противодействующих сил

3.2 Расчет возвратной пружины

3.2.1 Расчет силы возвратной пружины.

;

 Н.

3.2.2 Расчет диаметра проволоки пружины

Зададимся D_ср и числом витков w.

w=10 витков;

D_ср=10 мм.

 

 мм,

где  G=8000 кг/м³ – модуль упругости при кручении,

χ- перемещение пружины.

мм,

где

мм – величина начального воздушного зазора электромагнита.

   

d_ГОСТ=1,5мм.

Проверка: τ= = =10,46≤τ_доп

τ_доп=60 кг/мм³.

 

3.3 Расчет контактной пружины.

3.3.1 Расчет силы контактной пружины

;

Н.

3.3.2 Расчет диаметра проволоки пружины

Зададимся D_ср и числом витков w.

w=12 витков;

D_ср=10 мм.

 

 мм,

где  G=8000 кг/м³ – модуль упругости при кручении,

χ- перемещение пружины.

мм,

где

мм - провал контактов.