3778.pdf К курсачу по ЭА

УДК 621.361(07) Э 454

Составители:

д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник Е.Г. Порсев, канд. техн. наук Л.А. Нейман

Рецензент канд. техн. наук, доц. В.В. Бирюков

Работа подготовлена на кафедре электротехнических комплексов

© Новосибирский государственный технический университет, 2009

2

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы – более глубокое освоение основных разделов теоретического курса, предусмотренного дидактическими единицами ГОСа. Выполнение курсовой работы обусловливает применение полученных теоретических знаний для решения конкретных практических задач, привитие навыков самостоятельного мышления, умелого использования справочной, учебной и нормативной литературы.

Выполнение курсовой работы является инженерной комплексной задачей, которая требует понимания зависимостей между основными параметрами аппарата, его характеристиками, конструкцией и размерами.

Конструирование электрического аппарата представляет собой решение задачи со многими неизвестными. Вследствие этого приходится задаваться некоторыми параметрами, вводить ограничения, упрощения и допущения. В расчетной работе нужно руководствоваться как общими положениями теории, так и практическими примерами, при этом сочетая физические законы и опытные данные, полученные при разработке, изготовлении и испытании сходных аппаратов. Следует учитывать, что многие расчетные формулы основаны на приближенных опытных зависимостях.

Применяя расчетную формулу, необходимо ясно представлять физику явлений, описываемую формулой. При использовании эмпирических формул необходимо помнить, что они базируются на ограниченных экспериментальных данных, поэтому область их применения не может быть шире пределов, в которых велись наблюдения. При использовании эмпирических выражений, полученных в системе измерения СГС, следует производить с пересчетом в систему СИ.

Точный расчет в электрических аппаратах сложен в связи с нелинейностью и переменной проводимости в электромагнитах при срабатывании. Поэтому при проектировании электрических аппаратов особое внимание уделяется разработке конструктивной формы и размеров магнитной системы.

Пособие содержит не все подробные указания и справочные материалы, необходимые для выполнения работы. Поэтому прежде чем приступить к выполнению расчета какого-то узла аппарата, необходимо тщательно ознакомиться с соответствующими разделами рекомендуемой литературы.

При выполнении курсовой работы следует использовать пакеты прикладных программ, позволяющие проводить математические расчеты, – MathCad и др. [1].

3

1. СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

Оптимальное проектирование электрического аппарата заключается в расчете электромагнита с учетом конструирования аппарата, обладающего оптимальной технологичностью.

Задачей расчета электромагнита является определение его размеров и обмоточных данных, определяющих параметры электрического аппарата.

Задачей конструирования является определение кинематической схемы всего устройства, размеров узлов аппарата, выбор материалов.

Проектирование электрического аппарата можно разделить на следующие этапы:

1)выбор схемы и формы конструкции аппарата;

2)расчет коммутирующих контактов; выбор и описание дугогасительной системы контактов;

3)предварительный расчет электромагнита;

4)поверочный расчет электромагнита;

5)построение характеристик.

Пояснительная записка должна содержать в себе: титульный лист; задание кафедры на выполнение курсовой работы; содержание; введение; основную часть; заключение;

список использованных источников.

Все разделы пояснительной записки располагаются в порядке, указанном в содержании.

Содержание должно иметь в своем составе: введение; наименования всех разделов, подразделов; заключение; список использованных источников с указанием номеров страниц.

В разделе «Введение» указывают постановку задачи и формулировку конкретных (назначение, выбор конструктивной схемы и конструктивных форм аппарата) требований или указание объекта и целей исследования.

Основная часть работы должна отвечать заданию и содержать: расчет коммутирующих контактов, выбор и описание дугогасительной системы контактов, предварительный расчет электромагнита, повероч-

4

ный расчет электромагнита, построение характеристик. Наименования основных разделов отражают выполнение этапов задания.

Исходные данные для выполнения курсовой работы приведены в табл. П1, П2.

2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО АППАРАТА

В соответствии с ГОСТом [2] этап выбора конструкции разрабатываемого аппарата оформляется как раздел «Выбор конструкции разрабатываемого аппарата».

Выбор схемы и формы конструкции аппарата состоит из разработки и анализа схемы конструкции (привести в работе), компоновки общего вида электрического аппарата и его основных частей (без детализации).

Схема конструкции должна отражать расположение коммутирующих контактов; место и взаимное расположение дугогасящих устройств (без расчета); общую конфигурацию главных токоведущих контуров и их элементов; структуру кинематической схемы электрического аппарата.

3.РАСЧЕТ КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ

Укоммутационных электрических аппаратов коммутирующие контакты являются той частью, для функционирования которой проектируется аппарат. Поэтому конструкция и параметры контактной системы аппарата определяют главнейшие параметры всего аппарата: его конструкцию, размеры и массу.

В курсовой работе должен быть выполнен упрощенный расчет коммутирующих контактов в следующей последовательности:

1) выбор материала и формы контактной поверхности коммути-

рующих контактов; 2) расчет параметров контактной системы:

основные размеры контактов; необходимая сила нажатия контактов; температура контактов; переходное сопротивление контактов;

величина тока сваривания контактов; раствор и провал контактов.

5

3.1. Выбор материала и формы контактной поверхности коммутирующих контактов

Материал контакта должен обладать высокой электропроводностью для уменьшения потерь мощности в замкнутом состоянии, уменьшения нагрева контактов и устранения опасности их приваривания.

В природе не существует материала, удовлетворяющего всем требованиям, предъявляемым к материалам [3–8].

По величине коммутируемой мощности контакты имеют следующую классификацию:

малонагруженные контакты, коммутирующие электрические цепи с током, недостаточным для образования электрической дуги (слаботочные Iн.к 5 А);

средненагруженные контакты, коммутирующие цепи с током, при котором уже возникает электрическая дуга, но еще не происходит оплавления и разбрызгивания металла контакта (сильноточ-

ные 5 Iн.к 20 А);

сильнонагруженные контакты, износ которых в основном определяется термическим действием электрической дуги (сильноточ-

ные Iн.к 20 А).

Граница между сильно- и средненагруженными контактами четко не определена. Она зависит как от применяемого для контакта материала, так и от условий эксплуатации электрического аппарата.

Для малонагруженных (слаботочных) контактов применяются цветные металлы: платина, золото, серебро, медь.

Для контактов, работающих при токах (5 Iн.к 20) А, наиболее подходящими являются сплавы: медь – серебро; медь кадмиевая; медь – вольфрам; серебро – окись кадмия; серебро – вольфрам; серебро – молибден и др. [3 – 5].

Для сильнонагруженных контактов (Iк і 20)A используют ком-

позиционные металлокерамические материалы, позволяющие существенно увеличить их дугостойкость. Металлокерамические композиции представляют собой псевдосплавы (механические смеси, компоненты которых сохраняют свои физико-механические свойства) на основе тугоплавких (вольфрам, молибден) и легкоплавких (серебро, медь) металлов, получаемые методами порошковой металлургии. Применяются композиции: Ag–CdO, Ag–W, Cu–W, Ag–Mo

и др. [3–8].

6

В работе И.И. Алиева [5] приведены основные свойства и сравнительная характеристика наиболее распространенных материалов коммутирующих контактов.

По форме контактной поверхности различают: точечные (одна точка контактирования, nк =1 ), линейные (две точки, линия nк = 2 ), по-

верхностные, в частности плоскостные (три точки, плоскость nк = 3 ). Точечный контакт (плоскоострые и сферические) целесообраз-

но применять при коммутирующем токе Iн.к < 5 A . Они обеспечи-

вают высокое удельное нажатие и, следовательно, малое контактное сопротивление даже в случае малых сил контактов нажатия. Поэтому они широко используются в аппаратах, где сила нажатия мала (реле).

Линейные (полусферические) контакты целесообразно применять при величине тока 5 Ј Iн.к Ј 20 A . Узкая площадка линейного контак-

та создает хорошие условия для стирания окислов, пыли и продуктов разрушения металла дугой в процессе скольжения одного контакта по другому.

Плоскостной (цилиндрический или щеточный) контакт целесообразно применять при величинах тока Iн.к і 20 A . Это обусловливает

большие силы нажатия. Условия очистки контактной поверхности значительно хуже, чем при линейных контактах.

Величина номинального тока коммутируемой цепи определяет геометрические размеры и расчет основных параметров коммутирующих контактов.

3.2.Расчет параметров контактной системы

3.2.1.Расчет сильноточных коммутирующих контактов

Коммутирующие контакты должны обеспечивать отделение одной контактной поверхности от другой; чтобы электрическая связь между ними была полностью прервана.

Наиболее распространенные виды конструкций систем коммутирующих сильноточных контактов:

притирающиеся контакты; подвижный контакт при соприкосновении сначала перемещается перпендикулярно (или под некоторым

7

углом) к неподвижному контакту с небольшим проскальзыванием (перекатыванием), разрушая при этом пленку окисла;

стыковые (торцовые) контакты, в которых на участке хода в контактах (провала) не происходит перемещения контактной поверхности подвижного контакта относительно контактной поверхности неподвижного контакта; контактные поверхности таких контактов перпендикулярны направлению движения контактов.

Определение основных размеров контактов

При определении размеров сильноточных контактов ориентируются на сечение токоведущего контура контактной системы. Основными элементами сильноточного коммутирующего контакта являются контакт-детали, которые могут быть одноэлементными или многоэлементными. Многоэлементные контакт-детали в подавляющем большинстве представляют собой контактные элементы (накладки) в виде прямоугольных или квадратных пластин с плоской, цилиндрической или сферической рабочей поверхностью, которые припаиваются к основной контакт-детали (вводной шине) в зоне дуги.

Сечение вводной шины sш с целью увеличения механической

прочности и улучшения теплоотвода должно быть больше сечения на-

кладки sк.н в 1,5 – 2,5 раза [4, 7].

Сечение и стороны прямоугольной шины определяются из выражения

ное сопротивление материала проводника при допустимой температу-

8

3.2.2. Параметры контактов

Сила нажатия контактов, относящаяся к одной контактной площадке, Fк

где А – число Лоренца, для наиболее распространенных материалов металла при температуре 100 С меняется в довольно узком пределе

2,33 2,49 Ч10-8 , В2 С2 [3, 4]; Нv – твердость по Виккерсу, Нм2 (твердость по Виккерсу близка к твердости по Бринеллю) [4 – 6] (см. табл. П3); – коэффициент удельной теплопроводности, Вт(м Ч С)

о.с = 40 С ; s, ρш рассчитаны по (3.1).

Температура тела контакта не должна превышать допустимую температуру рекристаллизации металла [4 – 6] (см. табл. П6).

Полная сила нажатия, приложенная к контактам:

где nк – число контактных площадок (точек), характеризующих форму

контактной поверхности.

Полученное значение полной конечной силы нажатия должно быть не ниже норм, установившихся на практике (см. табл. П7)

Fк.пр = fуд Iн.к. , Н ,

10