150687 (Проектирование электромеханических устройств), страница 7

При пластической деформации: , см

При упругой деформации:

– радиус сферы элементарной контактной площадки, см

– модуль упругости материала, кгс/см

Вид деформации, а, следовательно, и выбор расчётной формулы для определения можно сделать на основании результатов исследований нескольких авторов (Виттенберг, Лысов, Васильев).

Было установлено, что при незначительных усилиях нажатия, до 0,01 Н имеет место упругая деформация микровыступов, при увеличении нажатия до 0,1 – 0,15Н, начинается уже пластическая деформация, следовательно, происходит упрочение материала, и она имеет место при увеличении силы нажатия до сотен ньютонов, после чего опять имеет место упругая деформация.

После расчёта , подтверждение о характере деформации на втором этапе расчёта, можно получить по величине среднего давления:

Если среднее давление меньше твёрдости контакта материала, , то деформация считается упругой. Если , то деформация считается пластической.

12.9.2 Определение по формуле, основывающейся на опытных данных

где: – коэффициент, учитывающий материал и состояние контактов поверхности (см. табл. значений); 0,102 – переводной коэффициент, из Н в кгс; – сила конечного контактного нажатия, Н;

– коэффициент, учитывающий конструктивную форму контактной поверхности:

- для точечного контакта - =0,5

- для линейного контакта - =0,5 ÷ 0,7

- для плоскостного контакта - = 0,7 ÷ 1,0

- температурный коэффициент возрастания сопротивления материала контактов

12.9.3 Определение по графическим зависимостям

В соответствии с рекомендациями [1, рис. 5.9, 5.10, 5.11], установлены зависимости от величины силы контактного нажатия .

Из полученных результатов по определению тремя методами, для дальнейших расчётов принимается большее значение.

Рисунок 1.20 – Эквивалентная схема замещения

На большем всегда будет большее падение напряжения, следовательно, будет и больший нагрев контактных площадок.

12.10 Определение напряжения и температуры нагрева коммутирующих контактов

Падение напряжения на контактах определяется по закону Ома: , В

В существующих конструкциях аппаратов падание напряжения на свежезачищенных контактах должно находиться в следующих пределах:

а) маломощные реле: , где – падение напряжения, соответствующее рекристаллизации материала контактов;

б) аппараты распределения и управления электрической энергией до 1000В:

- для контактов, работающих в воздухе: мВ

- для контактов, охлаждаемых водой: мВ

в) аппараты распределения энергии выше 1000 В: мВ

Предельные падения напряжения при окисленных контактах допускаются до 300мВ.

В любом случае, падение напряжения на контактах должно быть меньше напряжения рекристаллизации. Кроме напряжения рекристаллизации, используется температура рекристаллизации. По установленной величине падения напряжения на коммутирующих контактах определяется превышение температуры в контактных площадках, полученное значение сопоставляется с ранее принятым при расчёте :

12.11 Определение допустимого тока через коммутирующие контакты

Допустимый ток фактически характеризует возможности контактного узла на заданный режим работы с учётом принятого материала контактов, конструктивной формы контактной поверхности, принятого значения и др.

Величина допустимого тока рассчитывается по формуле:

Полученное значение допустимого тока необходимо сопоставить с предельным током для контактного узла в соответствии с категорией применения аппаратов (ДС1, ДС2, АС1, АС2, АС3), а также с учётом режима коммутации (нормальный, редкий). В любом случае, должно выполняться условие:

Если это условие не выполняется или допустимый ток существенно больше предельного, то контактный узел спроектирован нерационально. Для определения рациональных параметров контактного узла необходимо все расчёты повторить, начиная с пересмотра выбора материала.

12.12 Определение величины тока сваривания контактов

12.12.1 Общий метод определения тока сваривания

Предполагают, что при протекании тока постоянной величины происходит нарастание температуры контактной площадки, близкой к температуре плавления по экспоненте, при этом предельный ток сваривания определяется по формуле:

где: - общие результирующие силы контактного нажатия

t₁ – это предполагаемое время протекания предельного тока

Т – постоянная времени нагрева контактной площадки

, где

– удельная теплоёмкость, теплопроводность и плотность материала контактов

– температура нагрева контактной площадки в момент времени t₁

F_эду – [1, стр. 49]

12.12.2 Расчёт начального тока сваривания контактов

– коэффициент, характеризующий увеличение контактной площадки в процессе нагревания, который зависит от силы и от времени импульса тока.

находится в пределах от 2 до 4 , (см.[1]).

– характерный коэффициент, определяется по формуле:

– соответственно твёрдость материала по Бринеллю и удельное сопротивление при 0^оС. Н_Во из таблицы значений выбираем большее значение.

– температура плавления контакта материала

Этот способ даёт значительные погрешности, применяется при небольших силах нажатия.

12.12.3 Определение тока сваривания по экспериментальным данным

Эта экспериментальная формула даёт хорошее совпадение расчётных и экспериментальных данных по , для маломощных одноточечных серебряных и медных контактов.

– это напряжение, соответствующее плавлению контакта материала

12.12.4 Определение тока сваривания по опытным данным

В соответствии с рекомендациями Буткевича:

где – определяется по [1, табл. 5.9 и рис. 5.12], который получен на опытных данных.

Полученные значения тока сваривания сопоставляются между собой и для дальнейших расчётов принимают меньшее значение. Принятое это значение тока сваривания сопоставляется с возможным током к.з. при работе аппарата или с предельным током для соответствующей категории применения аппаратов, при этом должно выполняться условие: ; .

12.13 Мероприятия по повышению устойчивости контактов против сваривания

12.13.1 Конструктивные мероприятия

а) повышение силы конечного контактного нажатия.

б) уменьшение вибрации контактов при включении и выключении.

в) ускорение процесса возрастания силы нажатия после замыкания контактов.

г) компенсация отбрасывающего давления электродинамических сил:

– предельный ток для заданной категории применения аппарата или ток к.з.

S₁ – поперечное сечение контактной детали

S – сечение площади смятия:

Эта сила F_эду возникает в контактных площадках при замкнутых контактах, за счёт стягивания линий тока в контактных площадках.

д) изменение формы контактной поверхности.

Точечный контакт сваривается при меньших токах, чем линейный, а линейный контакт – при меньших токах, чем плоскостной.

е) разделение контактов на ряд параллельных.

Парные контакты свариваются при токах ≈ в два раза больше чем одинарных.

При этом распределение тока в контактах следует определять по формуле:

, А

где – коэффициент неравномерности ;

– число параллельных ветвей

12.13.2 Повышение устойчивости за счёт рационального выбора материала

а) применение разнородных материалов для контактов;

б) использование металлокерамических контактов, содержащих графит;

в) использование мелкодисперсных металлокерамических контактов.

12.14 Износостойкость контактов

12.14.1 Общие положения

Износ контактов зависит от многих факторов и происходит при замыкании и размыкании.

Износостойкость зависит:

а) условия работы:

• род тока (постоянный, переменный)

• напряжение источника питания

• величина тока

• характер нагрузки (активная, слабо инд., сильно инд.)

• частота включений в час

• среда (воздух, масло, спец. газовая среда и др.)

б) конструкции аппарата:

• время коммутации

• вибрация контакта

• конструктивная форма контакта

• напряжённость магнитного поля в межконтактном промежутке (увеличение напряжения больше оптимального приводит к выбрасыванию мостика расплавленного металла ЭДУ и повышению износа)

• скорость движения контактов (скорость движения при включении и скорость движения при отключении)

Мерой износа контактов является уменьшение провала контактов (линейный износ), а также объём и масса удаляемого с контактной поверхности металла.

12.14.2 Расчётные зависимости для определения электрической износостойкости

Электрическая износостойкость или гарантируемое число коммутаций в общем случае определяется по формуле:

, или ,

где – объём изнашиваемого металла двух контактов, см³

– удельный объёмный износ при одном размыкании и одном замыкании

– плотность материала

– удельный массовый износ при одном замыкании и одном размыкании

При решении прямой задачи обычно задаются и определяют изнашиваемый объём. принимают на основании заданной механической износостойкости, которая определяется по классу механической износостойкости в рамках технического задания. В идеальном случае мы должны стремиться к выполнению условия:

т.е., чтобы электрический аппарат и все его узлы работали до полного износа (класс механического износа см.[3]).

13 МАЛОМОЩНЫЕ РЕЛЕ