Обмоточные провода с комбинированной изоляцией.

При намотке катушки использование обмоточного пространства будет тем лучше, чем большая его часть заполнена чистой медью. Эта величина характеризуется коэффициентом заполнения катушки по меди (К_з.м.). Значение коэффициента заполнения должно быть как можно больше. Величина К_з.м зависит от следующих факторов:

1)профиля медной жилы. Обмотка катушки, выполненная из прямоугольного обмоточного провода, будет иметь более высокие значения К_з.м, так как прямоугольный провод можно уложить более плотно, чем круглый;

2)толщины изоляции обмоточного провода. Обычно принимается: - для проводов с эмалевой изоля цией К_з.м =(0,45-0,55);

-для проводов с изоляцией из пряжи и комбинированной изоляции К_з.м =(0,28- 0, 35);

3)сечения обмоточного провода. Чем больше сечение, тем выше К_з.м;

4)способа намотки.

Различают три способа намотки: рядовая, шахматная, дикая.

Величиной, характеризующей плотность намотки и возможность ее изготовления является обмоточный коэффициент К_з.обм. В зависимости от способа намотки значение обмоточного коэффициента заполнения следующие:

- дикая обмотка К_з.обм =(0,6- 0,75);

- рядовая обмотка К_з.обм = (0,75- 0,85);

-  шахматная обмотка К_з.обм = (0,85- 0,95);

- обмотка из меди прямоугольного сечения

К_з.обм = (0,9- 0,93).

При прохождении тока через катушку ее обмотка выделяет тепло, причем выделение тепла идет как с поверхностных слоев обмотки, так и с внутренних. Обычный расчет нагрева ведется по средней температуре катушки, считая, что все витки греются одинаково.

Тепло, выделяемое обмоткой катушки, отдается в окружающую среду через ее поверхность.

В большинстве случаев теплоотдача с внутренней боковой поверхности и с торцов хуже, чем с наружной.

Допустимая температура нагрева катушки определяется, исходя из нагревостойкости, низшего класса изоляции, применяемого в катушке.

Коэффициент теплоотдачи при температуре окружающей среды 35 ° С определяется по таблице 2.2

Таблица 2.2. Значение коэффициента теплоотдачи

Допустимое превышение температуры t д, ° С	К· 10-4, Вт/ см2 · ° С
	Группа 1	Группа 2
40	11	9, 84
45	11, 2	10, 01
50	11, 41	10, 19
55	11, 62	10, 37
60	11, 8	10, 54
65	12, 04	10, 72
70	12, 25	10, 99
75	12, 46	11, 17
80	12, 68	11, 35
85	12, 89	11, 52

 

Сильное влияние на величину коэффициента оказывает конструкция катушки, поэтому все катушки подразделяют на две группы: с хорошей теплоотдачей (группа 1), с плохой теплоотдачей

(группа 2).

К группе 1 относятся бескаркасные катушки без бандажа, с небольшой толщиной наружной изоляции, с плотным прилеганием к железу сердечника, а также каркасные с выполнением каркаса на массивной трубке или непосредственно на сердечнике. В таких катушках существенно улучшается процесс теплоотдачи на железо магнитопровода.

К группе 2 относятся катушки на изолированном каркасе, на металлическом каркасе из тонкой трубки, бескаркасные бандажированные катушки с усиленной изоляцией на высокие напряжения, соленоидные катушки, и все катушки переменного тока независимо от их конструкции.

Алгоритм расчета

1.Определяется высота обмоточного пространства, см

 

                                                        

где: r - удельное сопротивление проводника определяется по таблице 2.3 при абсолютной температуре

                             θ_гор=θ₀ +τ_доп                                    

К - коэффициент теплоотдачи при абсолютной температуре определяется по таблице 2.2 Для компаундированных катушек принятый по таблице 2.2 коэффициент теплоотдачи необходимо увеличить на 7 %; в задаче принимается К для любой группы.

К_з.м - коэффициент заполнения, принимается в зависимости от вида изоляции провода (см. методические указания к решению задачи)

Таблица 2.3.Удельные сопротивления меди ( r) при различных температурах в Ом · см

Температура	20º	75º	100º	120º	150º
ρ, Ом · см	17, 5 · 10-7	21,7 · 10-7	23, 5 · 10-7	25 · 10-7	27 · 10-7

 

2. Определяется ширина обмоточного пространства а, см, из соотношения а/ h, заданного в исходных данных и рассчитанной высоты h обмоточного пространства

3.Определяется наружный диаметр катушки, см

 

                            D_нар= D_вн+ 2 а                                           

4.Определяется средняя длина витка, см

 

                        l_ср= π (D_нар + D_вн)/ 2                                      

5.Определяется поверхность охлаждения, см²

 

                      S=2 l_срh                                                            

6.Определяется мощность катушки при допустимом превышении температуры («горячая»), Вт

 

            Р_гор= КS t _доп,                                                                    

7. Определяется сопротивление нагретой катушки («горячее»), Ом

          

            R_гор= U²/Р_гор                                                                           

 

8.Определяется сопротивление холодной катушки («холодное»), Ом

 

                                                              

где

θ_хол=20ºС;                                                                   

α= 0, 004- коэффициент температурного расширения.

9.Определяется число витков катушки

 

                                                                          

где

ρ – удельное сопротивление меди при температуре 20ºС                                                                

10. Определяется диаметр медной жилы провода, см   

 

                                                                                  

11. Выбирается по ГОСТам ближайший больший диаметр провода без изоляции и диаметр провода с изоляцией в зависимости от марки провода: d _ст d _из. В справочных таблицах диаметр задается в мм.

12.Проверяется возможность намотки катушки по обмоточному коэффициенту заполнения

                                                                                      

где d _из подставляется в см

- дикая обмотка К_з.обм=(0,6- 0,75)

- рядовая обмотка К_з.обм= (0,75- 0,85)

- шахматная обмотка К_з.обм= (0,85- 0,95)

- обмотка из меди прямоугольного сечения

  К_з.обм= (0,9- 0,93)

13. Определяется М.Д.С. катушки при горячем сопротивлении, А

                                                                                                 

МДС катушки может отличаться от исходных данных на (1-2)%.

14. Уточняется превышение температуры катушки по определенной М.Д.С.

                 τ_уст =                                                        

Превышение температуры практически не должно отличаться от принятого допустимого. Увеличение расчетного превышения температуры над допустимой величиной на 3-6 °С вполне допустимо, так как все допущения расчета обычно делаются в сторону ухудшения теплоотдачи и увеличения превышения температуры.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема: Изучение контакторов

Цель: Изучить устройство, принцип действия, параметры, марки и технические параметры контактора переменного тока.

 

Задание

 

1. Зарисовать  конструктивный рисунок контактора.

2. Описать назначение и устройство контактора.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Контакторомназывают электромагнитный аппарат дистанционного управления, предназначенный для частых включений и отключений электрических цепей, идущих к сетям, электроприемникам и т. п. и рассчитанных на сравнительно большое номинальное значение силы тока (например, мощных электродвигателей, электрических печей, электрооборудования кранов, троллейбусов). Контакторы могут работать на переменном и постоянном токах при напряжении соответственно до 660 и 750 В.

 

Рисунок 2.1 - Конструктивная схема контактора постоянного тока КПВ 600

1 - стальная скоба-основание; 2 - якорь; 3 - скоба; 4 и 8 - подвижный и неподвижный контакты; 5 - возвратная пружина; 6 - контактная пружина; 7 - медная гибкая связь; 9 - катушка магнитного дутья (МД); 10 - сердечник системы МД; 11 - стальные полосы МД; 12 - дугогасительная камера; 13 и 20 -дугогасительные рога; 14 - изоляционное основание; 15 - вставка-призма вращения; 16 - сменная пластина; 17 - планка; 18 - пружина; 19 - включающая катушка; I - коммутируемый ток

Контактор (рисунок 2.1) состоит из двух основных частей: магнитной системы (катушка с магнитопроводом) и контактной системы (главные контакты, помещенные в дугогасящую камеру, и блок - контакты).

Контакторы постоянного тока изготавливают с одним или двумя полюсами, а контакторы переменного тока - с двумя, тремя, четырьмя или пятью полюсами.

Контакторы переменного и постоянного токов, как правило, имеют конструктивные отличия, поэтому обычно не взаимозаменяемы. Контакторы, как и другие электромагнитные аппараты, имеют магнитную систему, на которой расположена катушка управления. Подвижная часть магнитной системы (якорь) механически связан с группой подвижных контактов - силовых и вспомогательных (или блок-контактов). На рисунке 2.1 представлена конструкция контактора постоянного тока, а на рисунке 2.2. - контактора переменного тока.

В контакторах не предусмотрены защиты, присущие автоматам и магнитным пускателям. Контакторы обеспечивают большое число включений и отключений (циклов) при дистанционном управлении ими. Число этих циклов для контакторов разной категории изменяются от 30 до 3600 в час. Контакторы выпускаются переменного (типа К и КТ) и постоянного (типа КП, КМ, КПД) токов.

Контакторы имеют главные (силовые) контакты и вспомогательные или блок - контакты, предназначенные для организации цепей управления и блокировки. Главные контакты, как правило, снабжаются специальными дугогасительными устройствами.

 

Рисунок 2.2 - Конструктивная схема контактора КТ6000

 

1 - вал; 2 - металлическая изолированная рейка; 3 - подшипники; 4 и 5 - подвижный и неподвижный контакты; 6 - контактная пружина; 7 - катушка магнитного дутья (МД); 8 - сердечник системы МД; 9 - дугогасительная камера; 10 - полосы системы МД; 11 - гибкая медная связь; 12 - узел вспомогательных контактов; 13 – электромагнит; 14 – изоляционный слой на металлическом валу; I – коммутирующий ток

Классификация электромагнитных контакторов.

Общепромышленные контакторы классифицируются:

- по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) - постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

- по числу главных полюсов - от 1 до 5;

- по номинальному току главной цепи - от 1,5 до 4800 А;

- по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

- по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

- по наличию вспомогательных контактов - с контактами, без контактов.

Тип контактора обозначают сочетанием букв:

КП, КН, КПП или КПД - контакторы постоянного тока;

КТ, КТП или КНТ - контакторы переменного тока.

Кроме этого, с помощью дополнительных букв и цифр указывают также следующее:

серию - первая цифра;

исполнение главных контактов - вторая цифра: 1 - один замыкающий контакт, 2 - два замыкающих контакта, 3 - один размыкающий и один замыкающий контакты;

величину контакта - третья цифра: 1 - до 63 А, 2 - до 100 А, 3 - до 160 А, 4 - до 250 А, 5 - до 630 А;

индекс очередной модификации - первая буква после цифр;

климатические условия эксплуатации - вторая буква после цифр;

среду, в которой контактор предназначен для работы, - последняя цифра: 1 - на открытом воздухе, 2 - под навесом, 3 - в помещении.

Рассмотрим пример: КПД-121ЕУЗ - это контактор постоянного тока, предназначен для управления крановым электро­оборудованием, серии 100, имеет два замыкающих контакта, первой величины, нормально работает в умеренном климате в помещении.

 

Контрольные вопросы

1. Что называют контактором?

2. Как присоединяют к управляемой цепи контактор?

3. Сколько полюсов может быть у контактора постоянного тока, переменного тока?

4. Как маркируются контакторы?

5. Расшифруйте марку контактора: КМВ-621У2, КП-7 У1.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3