Федеральное агентство по железнодорожному транспорту

Уральский государственный университет путей сообщения.

кафедра: локомотивная тяга

Курсовая работа

по дисциплине “Электрическое оборудование ЭПС”

Проверил: Выполнил:

преподаватель студент Симонов С.А.

Чернов Р.В. Шифр: 2000 - Л/к - 1846

Екатеринбург 2006

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 5

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОГО СОЕДИНЕНИЯ 5

2.1. Эскиз пары линейных Г - образных контакт-деталей 5

2.2. Расчет контактного нажатия Fк 6

2.3. Расчет электрического сопротивления контактов rК 7

2.4. Расчет токов IР и IПЛ и проверка их по условиям термической устойчивости 7

2.5. Расчет электрической мощности, рассеиваемой на контактах при протекании тока, равного IДЛ 8

3. РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА 10

3.1. Кинематическая схема электропневматического контактора с обозначением действующих сил во включенном его состоянии и соответствующих им плеч 10

3.2. Вывод расчетного уравнения и определение диаметра поршня dВ 11

3.3. Расчет приведенного веса подвижных частей G' 13

3.4. Расчет силы отключающей пружины FП1в конечном (сжатом) состоянии 14

3.5. Расчет зазора контактов hP 14

3.6 Расчет хода поршня при включении аппарата hX 14

3.7 Расчет жесткости отключающей пружины Ж 15

3.8 Расчет максимального значения силы сжатия FШ 15

4 РАСЧЕТ ДУГОГАСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА 16

4.1. Эскиз конструкции дугогасителыюй системы контактора 16

4.2. Расчет расстояния между полюсами (воздушного зазора) lВ 17

4.3. Расчет магнитного потока в зоне полюсов ФП 18

4.4. Расчет количества витков в дугогасительной катушки WК 19

4.5. Выбор высоты hм и толщины bш шины катушки 20

4.6. Выбор длинны LР и площади поперечного сечения SР дугогасительных рогов 20

4.7. Расчет площади поперечного сечения сердечника дугогасительной катушки SС 21

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 22

ВВЕДЕНИЕ

Объектом расчета является индивидуальный электропневматический контактор, разновидности которого получили широкое распространение в качестве коммутационного аппарата в электрических цепях электровозов и электропоездов постоянного и переменного тока, тепловозов с электропередачей.

Электропневматические приводы применяют очень широко, что вызвано их благоприятными характеристиками: произвольной величиной хода, отсутствием ударов и вибраций при включении. В сравнении с электромагнитными приводами они имеют лучшие масса-габаритные показатели при заметно меньшем расходе цветных металлов. Для этих приводов необходимы меньшие токи в цепях управления, что позволяет уменьшить площадь сечения поездных проводов и проводов цепей управления. Имеет значение и то, что на ЭПС имеется сжатый воздух для тормозов, т.е. его можно использовать для электроаппаратов.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вариант 46

Длительный рабочий ток силовых контактов lДЛ= 500 А

Номинальное напряжение контактора Uном = 1500 В

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОГО СОЕДИНЕНИЯ

2.1. Эскиз пары линейных Г - образных контакт-деталей

На рисунке 2.1. изображен эскиз пары линейных Г-образных контакт - деталей. Верхний контакт неподвижный, нижний - подвижный, представленный в двух предельных положениях: при первоначальном соприкосновении (сплошные линии) и в рабочем положении (штриховые). Переход из одного состояния в другое происходит путем безразрывного перекатывания контактной поверхности подвижного контакта по поверхности неподвижного контакта с одновременным его поворотом на угол α.

Рисунок 2.1. - Эскиз пары линейных Г-образных контакт - деталей 2.2. Расчет ширины контактов b

b=IДЛ/jЛ

Ширину контактов b можно выразить из формулы линейной плотности тока jЛ=lдл/b. Величина jЛ нормируется для различных коммутирующих аппаратов, применяемых на электроподвижном составе /I, с.39/. (2.1), где b – ширина контактов, мм.

IДЛ – длительный рабочий ток силовых контактов, А;

jЛ – линейная плотность тока, jЛ = 1 8 - 22 А/мм. Примем jЛ = 21 А/мм.

b= 500 /21 = 23,8 мм Принимаем b = 24 мм.

2.2. Расчет контактного нажатия Fк

Для того чтобы рассчитать Fк нужно найти тепловую постоянную контакта АК, которая может быть выражена произведением плотности тока по нажатию jH и линейной плотностью тока jЛ. Она оценивает мощность потерь, которые контакты аппарата могут рассеивать в продолжительном режиме работы. Величина jн нормируется для различных коммутирующих аппаратов, применяемых на электроподвижном составе /I, с.39/.

Ак=jл*jн, (2.2) где jн - плотность нажатия, jН = 6,1 - 6,5 А/Н, примем jН= 6,1 А/Н.

Fкм = Iдл2 /(Ак* b) (2.3)

где FК – сила нажатия контактов, Н;

м – показатель, величина которого зависит от геометрической формы рабочих поверхностей контактов и принимает значения м=1 для поверхностных (плоскостных) контактов, м=0,7...0,8 для линейных и м = 0,5 для точечных.

Ак = 21*6.1 = 128,1 А2/(Н*мм)

FК = (5002) /(128.1 * 24) = 81,32 Н

2.3. Расчет электрического сопротивления контактов rК

Величина электрического сопротивления контакта гК определяется силой нажатия контактов FК и зависит также от материала контакт - деталей. Из теории электроаппаратостроения известна следующая формула для определения величины rК:

rк = pк / Fкм (2.4)

где pк – коэффициент контактного сопротивления, зависящий от материала контактной пары. Выбираем значение рк по /1, с. ЗЗ/ для пары медь - медь луженая, рК=(1,0-1,8) *10 - 3 Ом*Н. Примем рК= 0,0015 Ом*Н;

м – показатель степени, определяющий зависимость контактного сопротивления от силы FК.

гК = 0,0015/81,32 = 0,0000184

2.4. Расчет токов IР и IПЛ и проверка их по условиям термической устойчивости

Рассчитанное значение FК следует проверить на обеспечение надежной работы контакта при токовых перегрузках. Для этого определяют ток через контакты IP, при котором происходит размягчение материала, начинается структурное изменение поверхностного слоя контакт - деталей, а также ток плавления материала контактов IПЛ:

IР= (0,7* ∆UР) / rK (2.5) где ∆UP - падение напряжения, при котором достигается температура размягчения материала, ∆UP =0,12 В;

IПЛ = (0,9*∆UПЛ) / rK (2.6)

где ∆UПЛ – падение напряжения, при котором достигается температура плавления, ∆UПЛ =0,43 В;

Данные по ∆UР, ∆UПЛ и соответствующим температурам взяты из /1, с.44/.

IР = (0,7 * 0,12) / 0,0000184 = 4565,21 А

Iпл = (0,9 *0,43) / 0,0000184 = 21032,6 А

При рабочих перегрузках ток через контактную пару может достигать 2*IДЛ, а при аварийных перегрузках – 10*IДЛ. В соответствии с этим должны выполняться условия температурной устойчивости:

IP>=2*Iдл,(2.7) 4565,21 А >= 1000 А

Iпл >=10* Iдл,(2.8) 21032,6 А >= 5000 А

Таким образом, условия температурной устойчивости выполняются.

2.5. Расчет электрической мощности, рассеиваемой на контактах при протекании тока, равного IДЛ

Работоспособность контактных соединений в сильноточных электрических цепях определяется, прежде всего, тепловыми процессами в них. Решающее значение при этом имеет соотношение между мощностью электрических потерь на контактном сопротивлении в функционирующей контактной паре и мощностью тепло рассеяния в окружающее пространство.

Уравнение баланса электрической и тепловой мощности, выделяемой и рассеиваемой в установившемся режиме, имеет вид:

(2.9)

где PДЛ – длительная мощность в установившемся режиме;

IДЛ – ток нагрузки контактного соединения;

г K – электрическое переходное сопротивление контакта;

α – коэффициент теплорассеяния контактной пары;

S – площадь поверхности теплорассеяния;

τK - превышение температуры контактов над температурой окружающего воздуха.

В реальных условиях эксплуатации некоторые из указанных физических величин нестабильны. Так, например, значение гK имеет тенденцию к повышению с течением времени с возрастанием температуры контактирующих деталей и более интенсивным окислением соприкасающихся поверхностей.

Кроме того, неодинаковы условия теплорассеяния с разных поверхностей контактов, что обусловливает непостоянство значений коэффициента α. Однако, в целях упрощения расчетов принимают значения сомножителей приведенного выше уравнения постоянными.

При определении площади теплорассеивающей поверхности S следует учитывать особенности расположения контактной пары в конструкции аппарата. Торцевые поверхности контакт - деталей воздухом почти не обдуваются, так как они расположены с небольшими монтажными зазорами между изоляционными пластинами либо стенками дугогасительной камеры, обладающим теплопроводностью.

Щель между контактными поверхностями в замкнутом состоянии контактора очень узка, и отвод тепла от этих поверхностей незначителен. Поэтому в расчетах обычно учитывают лишь площадь боковых поверхностей деталей, пропорциональную их ширине b, являющейся длиной контакта. В расчетах принимают S=k1*b, (2.10) где k1– коэффициент пропорциональности, зависящий от формы контакт - деталей.

Исходя из этих соображений, преобразуем уравнение баланса мощностей следующим образом:

(2.11)

Д алее делим обе части равенства на произведение pК*b:

(2,12)

Конечная формула для расчета электрической мощности, рассеиваемой на контактах будет иметь вид:

(2.13) , РДЛ = (5002) * 0,0000184 = 4,6 Вт

3. РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА

3.1. Кинематическая схема электропневматического контактора с обозначением действующих сил во включенном его состоянии и соответствующих им плеч

Целью расчета является определение основных параметров исполнительного органа пневмопривода, который срабатывает под воздействием распорядительного органа по сигналам электрической цепи управления, осуществляя рабочие перемещения подвижной системы. В качестве распорядительного органа обычно применяют электропневматические вентили включающего и выключающего типов.

Вывод расчетных соотношений базируется на кинематической схеме контактора /Рисунок 3.1. /. Определяющими состояние подвижной системы усилиями являются: FВ - сила давления сжатого воздуха, поступающего в цилиндр аппарата FП1 - сила отключающей пружины, размещенной в цилиндре, FТВ - сила трения поршня о внутренние стенки цилиндра, FК - сила реакции в точке касания силовых контактов, равная силе нажатия контактов, FП2 - сила притирающей пружины, G - вес подвижных частей контактора, приложенный в центр тяжести системы. Рассматриваем кинематическую схему контактора в статическом положении, в замкнутом состоянии контактов, когда процесс их притирания завершен.

Рисунок 3.1. - Кинематическая схема электропневматического контактора В целях упрощения не учитываем влияния сил трения в шарнирах контактора в виду их незначительной величины. Исключаем из расчета силу сжатия притирающей пружины FП2, так как при окончательном замыкании контактов положение контактодержателя фиксируется упором, и сила FП2 становится внутренней силой рычага.

3.2. Вывод расчетного уравнения и определение диаметра поршня dВ

Величина силы FШ, передающейся в процессе перемещения штока поршня на подвижный рычаг, может быть определена как разность между силой давления воздуха FВ и противодействующими ей FП1 и FТВ:

(3.1)

Из условия равновесия подвижной системы сумма моментов сил относительно общего шарнира должна быть равна нулю:

(3.2)

Здесь lП,lЦ и lК - расстояния от шарнира до линии действия соответствующей силы.

Разделив обе части равенства на плечо силы FШ, равное lП, получим:

(3.3)

Таким образом, осуществляется приведение сил и моментов к линии действия некоторой базовой силы, в данном случае FШ, совпадающей с осью пневматического цилиндра.

Произведения G*(lЦ / 1П) = G' и FК *(1К / 1П) = F 'K называются приведенными значениями веса и нажатия контактов, причем коэффициент приведения, на который должна умножаться величина приводимой силы, равен отношению ее плеча к плечу базовой силы.

Отсюда FШ-G'-F'К=0. (3.4)

Подставив в это равенство выражение для величины FШ получим FВ-FП1-FТВ-G' - F'К =0. (3.5)

Вес подвижных частей контактора G зависит от его габаритов, которые непосредственно связаны с рабочим током, а следовательно с контактным нажатием FК.