РАСЧЕТ КОММУТИРУЮЩИХКОНТАКТОВ.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

 

Номинальное напряжение катушки: Uн=36 В

Напряжение срабатывания: Uср=0,85Uн В

Воздушный зазор при отпущенном якоре: dот=0.0042 м

Приведенная начальная противодействующая сила: F’max нач=20 H

Номинальный ток катушки: Iнк=150 А

Номинальное напряжение коммутирующей цепи: Uнк=600 В

Род тока: постоянный

Режим работы: длительный

Тип аппарата: Контактор постоянного тока

 

                                                             

Рисунок 1: Контактор постоянного тока

1-скоба, 2-панель, 3-дугогасительная камера, 4-неподвижный контакт, 5-подвижный контакт,

    6-контактная пружина, 7-катушка.                                              

 

 

 

 

РАСЧЕТ КОММУТИРУЮЩИХКОНТАКТОВ.

2.1.Выбор материала и конструктивных форм коммутирующих контактов.

К материалам контактов современных электрических аппаратов предъявляются следующие требования:

1. высокие электрическая проводимость и теплопроводность;

2. высокая коррозионная стойкость в воздушных и других средах;

3. стойкость против образования пленок с высоким электрическим сопротивлением;

4. малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

5. высокая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

6. малая эрозия;

7. высокая дугостойкость (температура плавления);

8. высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

9. простота обработки, низкая стоимость.

Выбираем материал коммутирующих контактов – медь твердотянутая.

       Положительные свойства: высокие удельная электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволяет применять при частых включениях и отключениях довольно высокие значения и , простота технологии, низкая стоимость.

       Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при работе на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия. Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывается электролитическим способом слоя серебра толщиной 20-30 мкм. В контактах на большие токи иногда ставятся серебряные пластинки (в аппаратах, включаемых относительно редко). Применяется как материал для плоских и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов, автоматов и др.

При номинальном токе контакта Iн.к=150 А целесообразно применять поверхностный контакт, в частности плоскостный контакт, обеспечивающий большую силу нажатия.

 

2.2.Расчет электрических контактов.

2.2.1.Определение основных размеров сильноточных электрических контактов.

Сечение и размеры вводной шины прямоугольной формы определяются из выражения:

                                              (2.1)

Следовательно:

 , м                                                                   (2.2)

Где s – сечение шины, м²;

р – периметр шины, м;

 – номинальный ток контакта, А;

 – удельное сопротивление металла при температуре 20 , Ом∙м;

=2…3 – опытный коэффициент, учитывающий повышение потерь в собранном магнитопроводе в сравнении с потерями в листах стали, принято =3;

– удельный коэффициент теплоотдачи с поверхности токоподводящих проводников, принято ;

 – допустимое превышение температуры тела контакта, для меди ;

.

2.2.2.Сила нажатия коммутирующих контактов.

 , Н                                                                (2.3)

Где  – контактное нажатие, Н;

 – число Лоренца, принято ;

 – твердость по Виккерсу (близка к твердости по Бринеллю), , принимаем ;

 – коэффициент удельной теплопроводности, принято ;

 – температура тела контакта, К; ;

 – температура точки касания, К; ;

Полная конечная сила нажатия, приложенная к контактам

                    ,                                                                    (2.4)

Где n- число контактных площадок, характеризующих форму контактной поверхности (при линейном контакте n=2).

                       

                                                                 (2.5)

2.2.3.Переходное сопротивление сильноточных контактов.

Переходное сопротивление одноточечного контакта R_п.к. с учетом температуры нагрева контактных деталей определяется выражением:

                                                                          (2.6)

а - температурный коэффициент электрического материала контактов, 1/°С; 2/3 - коэффициент, уменьшение температуры по мере удаления от площадки касания; 20°- температура окружающей среды, С; Р_ктл - полная сила нажа­тия, Н; т - коэффициент, зависящий главным образом от числа точек соприкосновения и типа контактов, при линейном т = 0,5...0,7; K_n - коэффициент, зависящий от материала и состояния поверхности контакта, Ом Н^т.

Формула (3.3) действительна для температур до 200 °С .

K_n =0,01 х 10^-3 Ом Н^т  

 _– температурный коэффициент повышения сопротивления материала контактов, =0,004 1/С°

 – полная сила нажатия, Н;

 принято m=0,6

2.2.3.Температура металла тела контакта.

 , К                                                                                  (2.7)

Где  – температура окружающей среды, принято .

Медные токоведущие части аппаратов, не изолированные и не соприкасающиеся с изоляцией, допускается нагревать до 300 .

Температура тела контакта в :

, что меньше допустимого, значит, медь проходит по температурному критерию.

2.2.4.Температура точки касания.

                                                                                        (2.8)

.

2.2.5.Падение напряжения.

В переходном сопротивлении коммутирующих контактов может быть приближенно выражено:

 , В                                                                                              (2.9)

.

2.2.6.Начальный ток сваривания коммутирующих контактов.

На стадии предварительного расчета может быть определен по силе нажатия:

                                                                                            (2.10)

Где  – эмпирический коэффициент, учитывающий свойства материала контакта и его тип,  

Значение начального тока сваривания должно быть на порядок больше предельного значения тока, отключаемого аппаратом, , данное условие выполняется: .

Разрыв цепи тока происходит с образованием искры. В аппаратах низкого напряжения (до 500 В) раствор контактов определяется усло­виями гашения дуги и составляет 5...20 мм. При напряжении свыше 500 В величина раствора контакта зависит от напряжения между контактами.

При замыкании и размыкании цепи тока происходит износ контак­тов, максимальная величина которого определяется, прежде всего, ве­личиной провала. Величина максимального износа обычно принимается, для медных контактов, на каждый контакт до 1/2 его толщины, полный износ - суммарная толщина одного контакта;

 

2.3.Выбор и описание дугогасительной системы контакторов.

При напряжении источника питания до 1000 В решающее значение для гашения дуги переменного тока имеет явление, происходящее у катода дугового промежутка во время перехода тока через нуль. В околокатодной зоне электрическая прочность восстанавливается: у свободной дуги 300–70 В (при токах 10–1000 А), а у каждой дуги горящей в металлической (стальной) решетке, 50–70 В при отсутствии препятствий движению дуги и 20–30 В при задержках дуги.

Коммутационные аппараты переменного тока стремятся проектировать так, чтобы дуга гасла после первого перехода тока через нуль. Однако иногда допустимо, если дуга гаснет и не при первом переходе тока через нуль.