Контактора постоянного тока КПВ 600

d_ГОСТ=2мм.

Проверка: τ= = =9,561≤τ_доп

τ_доп=60 кг/мм³.

   4. Расчет электромагнита

4.1 Расчет конструктивной формы электромагнита

Определим электромагнитную силу:

 Н

где  Н - суммарная сила начального натяжения возвратных пружин,

принимаем Н.

Величина начального воздушного зазора мм

Для электромагнита постоянного тока определим геометрический показатель:

По значению Г выбираем конструкцию  электромагнита: однокатушечный, с  внешним притягиваемым якорем.

4.2. Предварительное определение основных размеров

По графику зависимости  В=f(Г) определим магнитную индукцию в рабочем зазоре при отпущенном якоре: В=0,3 Тл.

Определим исходную критическую величину силы, равную сумме противодействующих сил при наибольшем зазоре:

Примем F_кр=35 Н

Для расчёта площади  сечения магнитопровода используется уравнение электромагнитной силы Максвелла 

м²

Определим диаметр сердечника электромагнита:

м

 

Уравнение магнитной цепи при критическом рабочем зазоре:

F_срб=∑Н_δт∙δ_т+∑Н_нз∙δ_нз+∑Н_ст∙l_ст , где

F_δт=∑Н_δт∙δ_т – падение магнитного потенциала в рабочем зазоре;

F_нз=∑Н_нз∙δ_нз - падение магнитного потенциала в нерабочем зазоре;

F_ст=∑Н_ст∙l_ст - падение магнитного потенциала в стальных частях магнитопровода.

 А

В рационально спроектированных электромагнитах F_нз+F_ст=(0,15÷0,35)F_δт , поэтому F_срб=(1,2÷1,6) F_δт

Примем F_срб = 1720 А

Определим внутренний и  наружный диаметры обмотки.

D_об.в.=dс+2мм=37 мм

dc/D_об.н = 0,6÷0,65

Примем D_об.н = dc/0,62=3,5*10^-2/0,62=5,65*10^-2 м = 56,5 мм.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.Габаритные размеры электромагнита

 

  4.3 Расчет проводимостей

 

4.3.1 Схема замещения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Схема замещения

 

 

4.3.2 Расчет проводимости рабочего зазора

     Расчет производится при пяти величинах рабочего воздушного зазора

δ: 4,5; 2,5; 2,0; 1,2 и 0,5 мм.

  

   берутся из графиков кривых удельных магнитных проводимостей.

         При δ1=4,5*10^-3м, φ=20°, φ=0,3491 рад.

        

         При δ2=2,5*10^-3м, φ=9°, φ=0,1571 рад.

                

          При δ3=2,0*10^-3м, φ=8°, φ=0,1396 рад.

          При δ4=1,2*10^-3м, φ=5°, φ=0,0873 рад.

           

          При δ5=0,5*10^-3м, φ=1°, φ=0,00175 рад.

            При данном зазоре выпучивание  потока можно не учитывать  и

 

4.3.3 Расчет производных проводимостей рабочего зазора

           Производные проводимостей определяются без учета выпучивания потока (эти слагаемые незначительны в сравнении со слагаемой основного потока).

           При δ1=4,5*10^-3м,

           

 

 

          При δ2=2,5*10^-3м,

           При δ3=2,0*10^-3м,

При δ4=1,2*10^-3м,

             При δ5=0,5*10^-3м,

 

4.3.4 Расчет проводимости технологических зазоров.

        Расчет проводимости между сердечником  и скобой:

        Расчет проводимости между якорем  и скобой:

a и b- размеры якоря, которыми он соприкасается со скобой.

      Расчет суммарной проводимости  технологического зазора:

4.3.5 Расчет проводимости потока рассеяния.

Рисунок 4. График зависимости 

 

 

4.4 Расчет тяговой характеристики

Рассчитываем  по энергетической формуле силы:

;

где U_δ – падение МДС на всех рабочих зазорах, А;

- производная проводимости рабочего  зазора, Гн/м.

    Зная МДС  катушки F=1720А, габаритные размеры катушки и проводимости зазоров находим U_δ методом участков, с использованием ПЭВМ.

     При δ1=4,5*10^-3мм. U_δ=819,7 А, =2,387*10^-4 Гн/м.

     При δ2=2,5*10^-3мм. U_δ=477 А, =7,734*10^-4 Гн/м.

     При δ3=2,0*10^-3мм. U_δ=389,7 А, =1,208*10^-3 Гн/м.

    При δ4=1,2*10^-3мм. U_δ=309,78 А, =3,357*10^-3 Гн/м.

При δ5=0,5*10^-3мм. U_δ=155,8 А, =0,019 Гн/м.

После чего строим кривую изменения тяговой силы в зависимости  от величины рабочего воздушного зазора (рисунок 5)

Рисунок 5. Изменение тяговой  силы от величины воздушного зазора

4.5. Расчет параметров катушки постоянного тока.

 4.5.1 Определение сечения и диаметра обмоточного провода.

Здесь p_υ=0,0175*10^-6*[1+0,043*(125-20)]=0,0254*10^-6 Ом*м. – удельное сопротивление проводника при температуре υ=125°С;

l_B.CP.- длина среднего витка, м;

k_П.Т.- режим работы;

F_Н- МДС номинальная,А.

По ГОСТу d_M=0,31мм; d_Щ=0,35 мм; S_M=0,071 мм².

4.5.2 Определение числа витков обмотки.

4.5.3 Сопротивление обмотки при 125°С.

 Ом.

 

4.5.4 Ток в обмотке и МДС.

4.5.5 Максимальная плотность тока  и потребляемая мощность.

4.6 Упрощенный тепловой расчет катушки.

°С,

Где k_T.O.=15 Вт/м²*°С – коэф. теплоотдачи;

K_B=1,7 – при катушке, намотанной на трубе.

°С.

 

 

 

5. Динамические характеристики

5.1  Расчет времени  трогания

5.1.1 Ток трогания 

 А.

 

5.1.2 Установившийся ток в катушке при номинальном напряжении

 А,

5.1.3 Время трогания

 с,

где с, электромагнитная постоянная времени при отпущенном якоре.

 

5.2 Расчет времени движения

 с

где  M - масса подвижных частей.

 кг.

где  m_Я=0,250кг – масса якоря;

m_К=0,320кг – масса подвижного контакта

 м - зазор;

                 Sm_Fm_δ=95,78*10^-3 – площадь между характеристиками тяговых и                                                                                                                                                          противодействующих усилий;

                  m_F и m_δ- масштабы по осям координат.

5.3 Расчет времени срабатывания

        Расчет времени срабатывания  складывается из времени трогания  и времени движения:

 с.

 

Рисунок 6. Согласование характеристик движущих и противодействующих им усилий

 

 

5.4 Расчет вибрации контактов

 
Рисунок 7. К расчету вибрации контактов

 5.4.1 Расчет амплитуды первого отброса

Рассчитаем амплитуду  первого отброса подвижного контакта:

где l₂=45мм;

к_У=0,9 – коэф. удара, зависящий от упругих свойств материала соударяющихся деталей, в данном случае контактов;

α₂₀=0,17рад – угол, соответствующий предварительному сжатию контактной пружины, относительно оси О₂;

j_ПРИВ=16000Н/м – жесткость постоянная контактной пружины, приведенная к оси, проходящей через место удара в его направлении, кгс/м;

J^'_K, J^'_Я – моменты инерции контакта 2 и якоря 1 относительно оси О₁ кг*м²;

ω₁₀ – угловая скорость якоря в момент удара.

1/с,

Где S_Д.П.=110*10^-2 Н/м – площадь на графике, заключенная между статической характеристикой действующих сил F_Э и характеристикой противодействующих сил F'_M на участке пути подвижной части от начального разомкнутого состояния контактов до момента удара (их касания), выражает потенциальную энергию.

5.4.2 Расчет времени в течение, которого происходит этот отброс

 с.

Суммарное время вибрации контактов можно рассчитать по формуле:

<0,3*10^-3 с.

Данная вибрация считается  безопасной и допустимой.

 

6. Расчет дугогасительной системы

6.1.Выяснение необходимости иметь  какое-либо дугогасительное       устройство.

При конечном растворе контактов δ_к.к.=4,5мм величина тока, при котором гасится дуга без какого-либо дугогасительного устройства, определяется:

Поскольку дуга должна гаснуть  при токах I_пр=10*I_ном=10*100=1000А, необходимо дугогасительное устройство.

6.2.Определение основных параметров  дугогашения

Расчет производится для камеры с узкой щелью δ_Щ=2мм. Диапазон токов I_от, которые должен отключать контактор, от 1 до 1000 А.

Расчеты выполнены для  отключаемых токов I_от: 1, 5, 10, 15, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 А.

В качестве примера многочисленных расчетов приводятся расчеты при I_от=1А и I_от=1000А.

6.2.1 Расчет при I_от=1А.

Для построения вольт-амперной характеристики, одна из точек которой  касается нагрузочной (реостатной) характеристики (при критической длине дуги), необходимо скорость движения дуги υ_д и напряжение на дуге U_Д определить при нескольких значениях отключаемого тока: 1, 0,5, 0,2 А.

Определим скорость дуги υ_д по формуле:

 см/с;

где δ_Щ-ширина щели (мм),

H-напряженность  магн. поля (А/см), берется из таблицы,

I_Д-ток дуги, примем равным I_от.

Напряжение на дуге U_Д определим по формуле методом последовательного приближения путем подбора l_Д.КР., при которой вольт-амперная характеристика касается реостатной:

Где l_Д.КР.=0,91см.

Рассчитанные по этим формулам параметры для принимаемых произвольно I_от=1; 0,5 и 0,2 А имеют следующие значения:

 

Iот, А	1	0,5	0,2
υд, см/с	28,284	20	12,649
UД, В	89,908	118,529	187,285

 

По значениям U_Д построим вольт-амперную характеристику для I_от=1А

Рисунок 8. ВАХ при I_от=1А.

   Рассчитаем диаметр дуги:

 см;

Рассчитаем время растягивания дуги:

 с;

где υ_Р=130см/с -  средняя скорость расхождения контактов.

Рассчитаем расстояние от коммутирующих контактов до наиболее удаленной части дуги:

 см.

6.2.2 Расчет при I_от=1000А.

Для построения вольт-амперной характеристики, одна из точек которой  касается нагрузочной (реостатной) характеристики (при критической длине дуги), необходимо скорость движения дуги υ_д и напряжение на дуге U_Д определить при нескольких значениях отключаемого тока: 1000, 800, 700 А.

Определим скорость дуги υ_д по формуле:

 см/с;