РГР - Расчет скользящего медного контакта

Введение

В качестве примера контакторов, используемых в подвижном составе электротранспорта, рассмотрим контакторы КПП-113, предназначенные для работы в цепях тягового двигателя. Контактор КПП-113 состоит из магнитной и дугогасительной систем. Магнитная система включает в себя магнитопровод (ярмо) 1(рис. 1.1), сердечник 13 с приклепанным кронштейном, включающую катушку 2 и якорь 14, имеющий призматическое соединение с ярмом. Катушка 2, магнитопровод изолированы электрически от силовой цепи специальным изолятором, установленным на якоре. Узлы контактора смонтированы на панели 15.

Контактное нажатие подвижного контакта 8 на неподвижный 11 осуществляется пружиной 12. На кронштейне магнитной системы установлено блокировочное устройство.

Якорь возвращается в исходное положение при размыкании цепи катушки 2 под действием собственного веса.

Дугогасительная система контактора предназначена для уменьшения износа контакторов под действием электрической дуги и повышения надежности работы аппарата. Возникновение дуги связано с тем, что в момент начала расхождения контактов контактное нажатие уменьшается почти до нуля, а контактное сопротивление и плотность тока значительно увеличиваются, что приводит к выделению большого количества тепла, которое вызывает сильный нагрев контактов в месте их разрыва. В результате появляется поток электронов, ионизирующий окружающий воздух, и ток при этом нет разрывается, а поддерживается через среду, которая по линии прохождения тока раскаляется и способствует дальнейшей ионизации среды.

Деионизация дугового промежутка увеличивается охлаждением столба дуги, путем уменьшения его сечения, увеличения длины и перемещения дуги в окружающем ее воздухе. В пальцевом контакторе (рис.2) это выполняют посредством дугогасительного устройства с магнитным дутьем. Это устройство состоит из дугогасительной катушки 9 с сердечником, дугогасительной камеры 10 , полюсов 7 и дугогасительных рогов. Катушка 9 включена последовательно с контактами 8 и 11. Поэтому гашение дуги не зависит от полярности соединения цепи.

Полюсы выполнены из листовой стали, с двух сторон примыкают к сердечнику дугогасительной катушки. Между полюсами в области горения дуги катушка 9 создает магнитное поле, которое при размыкании контактов 8 и 11, взаимодействуя с магнитным полем дуги, выталкивает дуги на расходящиеся концы контактов, перебрасывает на рога, растягивает ее, удлиняет и, наконец, разрывает ее в камере 10, стенки которой выполнены из кремний-органического огнестойкого изоляционного материала.

Расчет скользящего медного контакта.

Контактор КПП-113

Дано:

I_ком=400 А

U=600 B

Расчет:

1. Выбираем размеры контакта:

Так как I_ком=400 А, то выбираем: ширина – 40 мм, толщина – 10 мм.

2. Находим величины начального и конечного контактных нажатий:

Р_к.н.=Р_уд*I , где Р_уд – удельное контактное нажатие, Н/А. Для медных скользящих контактов Р_уд = (25…30)*10^-2 Н/А

Выбираем Р_уд = 25*10^-2 Н/А

Р_к.н.= 25*10^-2 *400 = 100 Н

Р_к.к. = (1.5…2.0)* Р_к.н

Конечное контактное нажатие:

Р_к.к. = 1.5*100 =150 Н

3)Расчитываем контакт на нагрев и несвариваемость:

а) Определяем переходное сопротивление контакта:

R_п= , где Е – коэффициент, зависящий от свойства материала контактов, а также от способа обработки и чистоты контактной поверхности.

m=0.5(точечный)

Е=0,28*10^-3 (пальцевый)

R_п==0.08*10^-3 Ом

б)Найдем переходное сопротивление нагретого контактора:

R_по=R_п* , где - температурный коэффициент повышения сопротивления: ;=40^оС

R_по=0.08*10^-3 =0.082*10^-3 Ом

в) Рассчетаем величину превышения температуры контактной точки над температурой самого контакта, ^оС:

_к.т.= , где-теплопроводность материала контактов, Вт/см* ^оС

-удельное сопротивление нагретого контакта, Ом*см

=17*10^-7 Ом*см =3,9 Вт/см* ^оС

_к.т ==2.02 ^оС

г) Найдем величину превышения температуры всего контакта:

_к.= , S-поверхность охлаждения пары контактов, см²

К-коэффициент теплоотдачи.

_к.==104.9 ^оС

д) Найдем абсолютную температуру контактной точки:

_кт = _о+_к.+_к.т , где _о -температура окружающей среды=30 ^оС

_кт = 30+2.02+104.9 = 136.9 ^оС

_рекр = 190 ^оС . находим, что _кт <_рекр. Значит сваривание контактов отсутствует, устойчивая работа контактов.

4)Раствор контактов:

Так как U = 600 > 500, то берем значение раствора в пределах 16…25 мм

Расчет электромагнита.

1. Определение конструктивного фактора:

К_ф = , где =(10…20)мм величина хода якоря

К_ф = =3.1 К_ф=(2,5…26) – электромагнит с поворотным якорем клапанного типа.

2. По графику В_в=f(К_ф) определяем: если К_ф=3.1. то В_в= 0.7*10^-4 Вб/см²

3. Определяем площадь S полюсного наконечника:

S = ==3,5 см²

4. Найдем поток у основание сердечника: Ф

Ф = Ф_в=В_вS , где - величина коэф. Рассеивания = 2.5

Ф = 2.5*0.4*10^-4 *3.5 = 3.5*10^-4 Вб

5. Определение сечения сердечника:

S_с = , где В_с- величина индукции стали=1,4*10^-4 Тл

Sс = = 2.5 см²

6. Находим сечения ярма и якоря:

S_ярма = S_с = 2.5 см²

S_якоря = S_с/= 2.5/2.5 = 1 см²

7. Магнитодвижущая сила катушки расходуется на рабочий воздушный зазор Fв, паразитные зазоры Fп и потери в стали Fс.

F_мк = , где - величина хода якоря = 1 см; =0,35; = 8,8*10^-12

F_мк = =7*10⁶ Н

Проводимость рабочего воздушного забора:

G_вз = = 8.8*10^-12*3.5 = 30.8*10^-12

Расчет катушки электромагнита.

1. Определение превышения температуры катушки, ^оС

Т_уст = , где а=1; t=h/a=4; К-коэф. теплоотдачи катушки:

К_II = 9.84*10^-4 Вт/см^{2 о}С; Кзм-коэф. Заполнения катушки по меди:Кзм=0,55

Туст = =6.87 ^оС

2. Найдем ширину обмоточного пространства катушки, см:

a = , где - коэф. возможного снижения напряжения = 0.85

а = = 0.96 см

3) Определяем наружный диаметр катушки, см:

Д_нар= Д_вн+2а;

Д_вн = d_c===1.78 см

Д_нар = 1.78+2*0.96=3.7 см

4) Определяем среднюю длину витка, см:

L_cp = (/2)*(Д_нар+Д_вн) = (3.14/2)*(1.78+3.7) = 8.6 см

5) Найдем поверхность охлаждения, см² :

S = 2L_cp*h = 2L_cp*t/a = 2*8.6*4/1 = 68.8 см²

6) Мощность катушки при допустимом превышении температуры, Вт:

Р_гор = КST_доп, где Т_доп = Т_рекр = 190 ^оС

Р_гор = 9.84*10^-4 *190*68.8 = 12.8 Вт

7) Сопротивление нагретой катушки, Ом:

Rгор = U² /Pгор = 360000/12.8 = 28.1*10³ Ом

8) Сопротивление холодной катушки при 20 ^оС:

R_хол= , где _хол=20 ^оС; _гор=190 ^оС; =1/400

R_хол==19.71*10³ Ом

9) Найдем число витков катушки:

W ===54460

10) Определяем диаметр жилы провода:

d = 2 = 2*= 3.5*10^-3 см

11) Определяем диаметр провода с изоляцией, d_из:

d_из = 1.5d = 1.5*0.009 = 0.01 см

Обмоточный коэф. заполнения:

К_обз = d_из² W/ha = 0.01² *54460/4*1 = 1.36 – рядовая обмотка

12) определяем мдс нагретой катушки:

F_м = UW/R_гор = 600*54460/28.1*10³ = 1162 Н

Туст = = = 9.8*10^{-5 о}С

Дугогасительная система:

Для гашения дуги используется открытая щелевая камера при напряжении свыше 500 В критическая длина дуги высчитывается:

L_д.кр= 0.8 I^0.3U^0.7, где I – ток дуги в амперах А;U – напряжение В.

L_д.кр = 0.8*400^0.3*600^0.7 =

Вг-индукция магнитного поля гашения

Вг=(150…200)*10^-4 Тл