Методика расчёта электромагнитного контактора

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

При выполнении расчетной работы необходимо руководствоваться какобщими положениями, так и практическими примерами, учитывая физическиезаконы и опытные данные. Применяя расчетные формулы, необходимо чёткопредставлять 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 особенностиего 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 токоведущихчастей, 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 перегрузкиили 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 режименоминального 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, непревышающей, 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. Силаконтактного 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 дляразных значений тока определяется скорость движения дуги.

6. Рассчитываются параметры дугогасительной системы и системы магнитного дутья, при которых обеспечивается надёжное гашение дуги за время неболее 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, рассчитываетсяизнос контактов контактора при номинальном токе и заданной электрической износоустойчивости N. Этим расчётом определяется объём материалаконтактов, 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 сжатияконтактных 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 подвижныхчастей электромагнита, трением и силой возвратной пружины, умноженнымина 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 долженразвивать электромагнит при :

, (7)
где – коэффициент запаса по силе.

Через точку проводится примерная тяговая характеристика электромагнита и, в соответствии с рекомендациями, выбирается типтягового 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 врабочем воздушном зазоре можно рассчитать площадь поперечного сеченияполюса (торца) сердечника электромагнита. Для расчётов применяетсяформула Максвелла для тяговой силы, согласно которой, для электромагнитапостоянного 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 ксокращению раствора и провала его контактов до допустимых значений. В этомслучае сокращаются габариты контактора в целом, уменьшается избыточнаяэнергия электромагнита, что приводит к повышению электрической и механической износостойкости электрического аппарата в целом.