3 Методичне забезпечення розробки курсових робіт

Основним методичним посібником при виконанні курсових робіт є підручник [1] – Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов (Общие вопросы проектирования). – М.: Энергия.1971. – 500с. Книга охоплює основні питання проектування електричних апаратів і включає розділи, що стосуються як загальних питань проектування апарата в цілому, так і окремих функціональних елементів. Кожний розділ починається з формулювання задач, методів і поряку проектування з посиланням на конкретні розрахункові моделі, які наведені в окремих розділах. В подальших прикладах наведена методика розрахунку найбільш поширеної групи апаратів керування (контакторів постійного та змінного струмів, магнитних пускачів) викладених у [1, 2, 3] мовою оригіналів.

4 Приклад 1

4.1 Розрахунок елементів струмоведучого контуру

Исходными данными при расчете и проектировании токоведущего контура, как правило, являются: номинальное напряжение U_н, В; номинальный ток I_н, А; предельный отключаемый ток I_отк, А; частота отключений в час Z; режим работы; коммутационная износостойкость N_эл., м.л.н. циклов.

Задачей расчета является определение размеров сечений элементов токоведущего контура, сопротивлений их материала, переходных сопротивлений их контактных соединений, падение напряжения в токоведущем контуре и параметров термической и динамической стойкости из условия, чтобы температура элементов токоведущего контура не превышала допустимых значений, а сила нажатия коммутирующих контактов обеспечивала бы их непреваривание или самопроизвольное размыкание под действием электродинамических сил отброса.

На рис.4.1 изображены наиболее распространенные виды токоведущих контуров общепромышленных контакторов и магнитных пускателей. Для контакторов постоянного и переменного тока серий КПВ, КТПВ, КТ, КТП, КПД рис.4.1 а, б, в; для магнитных пускателей серий ПМЛ, ПМ рис. 4.1 г; КН, МК рис.4.1 д, е; ПА, ПАЕ, ПМА рис. 4.1 ж.

К элементам токоведущего контура, которые необходимо расчитать, относятся: (рис.4.1):

а) выводные неизолированные и изолированные шины (токоподводы 1,2);

б) контактные соединения (зажимы 3, 4,5);

в) гибкая связь 6 (там, где она имеется);

г) коммутирующие контакты 8, 9;

д) дугогасительная катушка 10 (там, где она имеется);

е) дугогасительная скоба 11.

В пояснительной записке необходимо привести эскиз проектируемого токоведущего контура с указанием отдельных элементов, неразборных и разборных контактных соединений.

Расчет токоведущих частей аппарата проводят для двух режимов. Для режима длительного протекания номинального тока I_н не для режима кратковременного протекания предельного отключаемого тока I_отк.

Расчет выводных шин

Размеры токоведущего неизолированного или с частично изоли­рованным периметром проводника по номинальному определяют по формуле Ньютона [1; 3]

Рисунок 4.1 - Токоведущие контуры контакторов и пускателей

где р – периметр поперечного сечения проводника, участвующего в теплообмене с окружающей средой см;

S – поперечное сечение проводника, см;

ρ₀ - удельное электрическое сопротивление при 0 ⁰С, Ом·см;

а – температурный коэффициент сопротивления, I/град;

θ_доп – длительно допустимая температура нагрева проводника, ⁰С (определяется: по ГОСТ 403-73);

К_g – коэффициент добавочных потерь, обусловленный поверх­ностным эффектом и эффектом близости;

θ_окр – температура окружающей среды (обычно θ _окр = 40 ⁰С);

К_Т – коэффициент теплоотдачи, Вт/см² · град.

Для неизолированной шины прямоугольного сечения со сторонами а и b с учетом обозначения m = a / b, когда pS = 2m(1+m)b³,

,

для прямоугольного проводника, расположенного на толстом изоляционном основании (рис.2), когда pS = m (m+2) b³,

.

Обычно величина m находится в пре­делах от 0,25 до 0,5.

При постоянном и переменном токе частотой 50 Гц K_g=1.

Коэффициент теплоотдачи, Вт / см² · ⁰С, при естественном воздушном охлаждении принимают [1]:

для горизонтальных медных шин

К_т = (6…9) · 10^-4;

для горизонтальных плоских стальных поверхностей

К_т = (10…14) · 10^-4;

для горизонтальных медных стержней

К_т = (9…13) · 10^-4.

Для более точного расчета К_Т пользуются аналитическим выражением, найденным на основе теории теплового подобия [1].

По принятому значению m = a / b устанавливают толщину шины а. По найденным значениям а и b определяют площадь сечения шины

S = a · b ; выбирают ближайшее большее стандартное сечение шины по ГОСТ 434-78 и уточняют размеры а и b.

Для принятых размеров поперечного сечения токоведущей вычисляют установившуюся температуру нагрева

где р - периметр поперечного сечения шины,

р = 2(a+b).

θ_уст сравнивают с предельно допустимой температурой нагрева проводника в длительном режиме по ГОСТ 434-70 и делают выводы о правильности расчета.

Найденное поперечное сечение шины проверяют на термическую стойкость в режиме кратковременного протекания предельного от­ключаемого тока I_отк. Для этого определяют величину теплового импульса І²_отк t_к.3 и оценивают время термической стойкости t_к.3:

где γ - плотность материала шины, г/см³;

С - его удельная теплоемкость, Дж/г · град;

θ_к.3 , θ_доп - допустимая температура нагрева соответственно токоведу­щей шины в режиме короткого замыкания и проводника в длительном режиме, ⁰С.

Полученное время термической стойкости не должно быть меньше 5 с для контакторов и пускателей и І с для автоматов [1]. В про­тивном случае необходимо увеличить размеры поперечного сечения токоведущих частей.

Окончательные размеры поперечного сечения токоведущих частей выбирают по наибольшему значению, полученному при расчете токоведущих частей в режимах номинальном и предельного отключаемого тока.