Алгоритм проектирования

Курсовой проект можно разделить 3 части:

1. Этап формирования технического задания;

2. Этап предварительного проектирования;

3. Этап эскизного проектирования.

Первая часть состоит из следующих этапов:

1. Получение исходных данных, то есть основных технических параметров будущего изделия, такие как: вид и значение тока, напряжение, категория применения и т.д.

2. Поиск прототипа или аналога. Этот пункт заключается в нахождении ранее спроектированного и запущенного в производство изделия. Если не удаётся найти изделие, подходящее по всем параметрам к проектируемому, тогда за аналог принимается изделие с параметрами наиболее близкими к заданным.

3. Формирование таблицы исходных данных. После окончательного выбора аналога необходимо сформировать список основных технические параметры будущего изделия. В этот список должны войти помимо исходных данных все остальные параметры (например габаритные), которые могут быть применены в дальнейших расчётах проектирования изделия.

Вторая часть проектирования заключается в предварительном расчёте параметров изделия (контактора). Этот расчёт делится на следующие этапы:

1. «Расчёт токоведущей части»;

Результатами расчёта являются получения геометрических параметров контактов («a» и «b») и определение величины допустимого тока КЗ для 3 значений времени протекания. Далее определяются такие параметры, как: сила контактного нажатия, провал и раствор контактов.

2. Расчёт параметров магнитопровода и катушки; Расчёт пружин (контактной, возвратной) и построение механических характеристик (на основании пособия А.В. Савельева).

3. Расчёт дугогасительного устройства. Результатом расчёта является определение размеров данного устройства. В рамках этого расчёта произведены расчеты открытой дуги и дуги в щелевой камере.

4. Расчёт контактных соединений. Результатом расчёта являются параметры контактных соединений токоведущих частей аппарата

Третий этап проектирования состоит из следующих этапов:

1. Оптимизация; Этот этап заключается в определении оптимального (минимального) значения целевой функции F=α₁W/W_ном+ α₁V/V_ном в зависимости от и L_к.

2. Выполнение эскиза оптимального варианта дугогасительной камеры.

Исходные данные на проектирование

Номинальный ток, ;

Номинальное напряжение, ;

Род тока: постоянный;

Категория применения: DC4;

Частота коммутации: 1200 циклов/час;

Коммутационная износостойкость не менее 0,45 млн.;

Согласно исходным данным из базы сайта ielectro.ru выбираем аналог проектируемого контактора. Им является контактор КПВ605-У3.

Рис. 1. Общий вид контактора КПВ605-У3

Табл. 1. Установочные размеры и масса контактора КПВ605-У3

H, мм	H1, мм	В, мм	В1, мм	L, мм	L1, мм	d, мм	L2, мм	Масса, кг
500	225	125	160	115	300	2xM12	440	30

Расчет токоведущих частей контактора

Параметры поперечного сечения определяются формулой 1 [1]:

где и S – периметр сечения и его площадь; - удельное электрическое сопротивление проводника; К_т – коэффициент теплоотдачи с поверхности проводника ( ); Т_доп – допустимая температура нагрева по ГОСТ 8865; Т_окр – температура окружающей среды (35–40 С); - температурный коэффициент сопротивления, К_пэ и К_бл – коэффициенты поверхностного эффекта и эффекта близости (поскольку необходимо спроектировать контактор на постоянный ток, то принимаем К_пэ=1 и К_бл=1).

Расчет размеров контактной пластины выполним в программе «Контур», интерфейс которой представлен на рис. 2. Введя в программе основные параметры проводников, получаем ширины и длину пластины.

а=27 мм;

b=14 мм.

Зная толщину и длину пластины, можно найти ее периметр и площадь сечения.

Рис. 2. Расчет размеров контактной пластины в программе «Контур»

_{Максимальная температура электрического аппарата при повторно-кратковременном режиме нагрева меньше, чем при продолжительном при условии равенства мощностей источников теплоты в том и другом случаях. Поэтому вводится коэффициент перегрузки по мощности , который показывает во сколько раз можно увеличить мощность источников теплоты в электрическом аппарате при повторно-кратковременном режиме работы по сравнению с мощностью при продолжительном режиме при равенства допустимой температуры в том и другом случаях.}

_{Поскольку при прочих равных условиях мощность источников теплоты в большинстве случаев пропорциональна квадрату тока, то вводят коэффициент перегрузки по току, который равен . Дальнейший расчет токоведущих частей аппарата будем проводить по эквивалентному току, который определяется:}

Эквивалентный ток нагрева токоведущей части и контактов электрической дугой определяется зависимостью ВНИИР:

_{После нахождения эквивалентного тока необходимо произвести перерасчет размеров контактной пластины с новым значением тока.}

Рис. 3. Расчет размеров контактной пластины в программе «Контур» при протекании эквивалентного тока

В результате расчета получаем геометрические размеры контактной пластины:

a=29 мм; b=15 мм.

P=88 мм; S=435 ммІ.

Расчет токов термической стойкости

Расчет токов термической стойкости проводится в программе «Контур». Результаты расчеты представлены на рис. 3. В итоге для трех значений времени t=1, 5 и 10 с получаем три значения тока термической стойкости.

При t_k=1с допустимый ток I_доп(1)=65,4кА.

При t_k=5с допустимый ток I_доп(5)=29,3кА.

При t_k=10с допустимый ток I_доп(10)=20,7кА.

Расчет контактной системы.

Для расчета силы контактного нажатия воспользуемся формулой для сильноточных контактов с учетом отвода тепла по токоведущим шинам и их теплообмена с окружающей средой:

где

σ_см – сопротивление смятия материалов контакта;

ρ и λ – удельное электрическое сопротивление и теплопроводность материала контактов;

I – номинальный ток нагрева;

p и S – периметр и площадь сечения контактной пластины;

T_кд и T_к – допустимая и реальная температура контактов (обычно T_кд не превышает T_кд более, чем на 5–10єС).

Электродинамическая сила отталкивания контактов:

где

Для

Ток горячего сваривания определим по формуле:

Ток «холодного» сваривания можно определить по той же формуле, подставив в нее температуру рекристаллизации материала Т_рк вместо Т_пл.

Результатом расчета являются следующие величины:

– сила контактного нажатия;

– ЭДУ в контактах;

– ток холодного сваривания контактов.