150687 (Проектирование электромеханических устройств), страница 8

13.1 Условия работы

Маломощные реле коммутируют токи до 5 А при U = до 220 В постоянного и переменного тока.

При постоянном токе

При постоянном токе существует ярко выраженный износ одного из контактов и перенос металла на другой (при переменном токе износ приблизительно одинаков). Износ контактов при постоянном токе зависит от величины напряжения отключения и тока отключения (U_от и І _от): U_от=1,1U_н.

Износ контактов зависит также от напряжения U_о и тока І_о (напряжения и тока дугообразования, ниже которого дуга не образуется).

а) при U_от< U_о и І_от < І_о эрозия контактов в основном вызывается плавлением контактных площадок и вытягиванием жидких мостиков при замыкании контактов. Металл переносится на катод. Объём перенесённого металла на одно размыкание:

где: , - постоянные для каждого металла (см. [2]).

б) при U _от ≥ U_о и І_от ≥ І_о образуется искра и максимально короткая дуга. Расчётные соотношения приведены в [4].

в) при U_от >> U_о, І_от >> І_о, когда образуется дуга, вызывающая сильную эрозию контактов, объём перенесённого металла с катода на анод за одно размыкание и одно замыкание:

где: , , – удельные значения износа металла анода и катода при одном замыкании и одном размыкании, см³ / кг;

– количество электричества в Кл, протёкшего за время одного включения:

где: – средний ток дуги, – часть суммарного времени вибрации контактов.

– количество электричества в Кл, протёкшего за время размыкания.

Для постоянного тока: , где – время горения дуги – средний ток в дуге при размыкании

При переменном токе

а) износ контактов происходит вследствие распыления металла под влиянием высокой температуры дуги, при размыкании контактов и расплющивании их от ударов при замыкании.

б) дуга образуется только при размыкании тока, при выполнении условий:

U_от > U_о , І_от > І_о

Чем больше отношения и , где І_m , U_m – амплитудные значения тока и напряжения, тем большая возможность для образования дуги, которая также зависит от фазы тока в момент размыкания.

в) дуга гаснет при первом приближении тока к нулю, поэтому время горения её не превышает одного полупериода (для частоты 50 Гц – 10 мс)

г) количество электричества, протёкшего в виде газового разряда при размыкании определяется по формуле:

– число полупериодов горения дуги, принимается, как целое число.

Для маломощных реле –

– угловая частота

14 АППАРАТЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ И УПРАВЛЕНИЕ ЕЁ ПРИЁМНИКАМИ (до 1000В)

По зависимости, предложенной профессором Кузнецовым П.С., удельный массовый износ определяется по формуле:

, – удельный массовый износ при одном замыкании и размыкании

, – коэффициенты износа металла контактов, полученные опытным путём для конкретных материалов (см.[1, табл. 5-11]) или графической зависимости

– коэффициент неравномерности, учитывающий неравномерность износа контактов:

• при постоянном токе износ анода превышает полусумму износа анода и катода в (1,1 ÷ 3,0) раза

• у трёх полюсных апаратах переменного тока максимальная потеря массы контактов одного полюса больше средней потери (1,1 ÷ 2,5) раза

, – предельные токи включения и отключения, для заданной категории применения аппарата.

14.1 Последовательность расчёта электрической износостойкости и провала контактов для аппаратов управления (контакторов)

1Задаёмся электрической износостойкостью на основании заданной для данного класса механического износа.

2 Определяем объём изнашиваемого металла, расчёт выполняется, по крайней мере, двумя методами:

1 Метод:

2 Метод: Изнашиваемый объём определяется по формуле Таева И.С.:

– коэффициент использования объёма контакта

– коэффициент, характеризующий удельный расход металла контактов на единицу количества электричества, протёкшего в виде газового разряда.

– количество электричества, протёкшего в виде газового разряда при отключенной цепи, в Кл:

На постоянном токе величина рассчитывается по формуле:

где – предельный ток отключения для данной категории аппарата

– время горения дуги, которое может быть приближенно принято равным времени растяжения дуги до критической длины дуги ( ).

Время определяется по результатам расчёта дугогасительного устройства, на переменном токе.

Величина определяется по формуле:

где – действующее значение отключаемого тока в амперах в соответствии с категорией применения аппарата;

– угловая частота;

– число полупериодов горения электрической дуги, которое принимается равным целому числу, в зависимости от категории применения аппарата:

АС1 – n = 1; АС2 – n = 2; АС3, АС4 – n = 3

Из двух полученных результатов после определения для дальнейших расчётов принимаем больший результат (как самый худший вариант).

Если используется массивный контакт без накладок, принимается равным 0,5.

Если используются контактные накладки, то принимается = 1.

3 Определяется линейный износ контактов:

где – линейный износ;

– возможная площадка контактирования

Для линейных контактов без накладок

Рисунок 1.21 – Точечный контакт

Рисунок 1.22 – Линейный контакт

Рисунок 1.22 – Плоскостной контакт: а –момент замыкания контакта, а–б– длина линий переката рычажного контакта в – ширина подвижного контакта

Для контактов, содержащих контактные накладки,

Рисунок 1.23 – Определение для любой формы поверхности

Рисунок 1.23 – Определение толщины изнашиваемого металла

После определения линейного износа необходимо выполнить контрольные мероприятия, если контакт рычажный без накладок, где коэффициент использования металла контакта в зоне , не должен превышать 0,5, то линейный износ должен быть не более , т.е.

– толщина неподвижного контакта, – толщина подвижного контакта

Для контактов, содержащих контактные накладки (мостиковые, рычажные), где коэффициент использования ≈ 1 должно выполняться условие:

Н_1, Н₂ – толщина или высота контактных накладок на неподвижных и подвижных контактах.

Если указанные условия не выполняются, то необходимо произвести корректировку размеров контактов. Либо, в случае больших расхождений, расчёты контактного узла повторяются с самого начала, либо уменьшается электрическая износостойкость и увеличивается число замен контактов. После корректировки размеров контактов, определяется провал контактов:

Провал контактов используется как важный исходный параметр для расчёта контактных пружин.

14.2 Мероприятия по повышению износостойкости контактов

1 Выбор материалов контактов может быть произведён с учётом рекомендаций и условий эксплуатации контактов.

2 Уменьшение времени существования между контактами мостика расплавленного металла и дуги:

а) в общем случае желательно увеличивать начальную скорость расхождения контактов при размыкании, в некоторых случаях целесообразно принимать оптимальную скорость размыкания контактов;

б) необходимо выбирать оптимальную напряжённость магнитного поля в зоне размыкания контактов при наличии системы магнитного дутья, для обеспечения минимального линейного износа контактов.

Рисунок 1.24 – Зависимость линейного износа от напряженности магнитного поля

3 Уменьшение вибрации контактов при их замыкании.

4 Конструктивные мероприятия.

а) уменьшение площади изнашиваемой части контактов, в том числе за счёт изменения радиуса кривизны контактной поверхности;

б) обеспечение более равномерного износа контактов за счёт применения самоустанавливающихся контактов.

15. РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ ПРУЖИН

Большинство электрических аппаратов содержит в конструкции одну или даже несколько пружин, обычно это контактные или отключающие пружины. Пружины в электрических аппаратах выполняют ответственную роль и определяют основные характеристики аппаратов, поэтому их расчёт имеет большое значение. Для выполнения расчётов необходимо определить расположение пружины в механизме контактного узла или аппарата и взаимодействие их с другими частями аппарата. Выбор материала пружины необходимо производить исходя их общепринятых рекомендаций:

1 При относительно больших силах и небольших перемещениях (прогибах) целесообразно применять сталь.

2 При необходимости получения относительно больших перемещений (прогиба) при небольших силах применяют материалы с меньшими значениями модуля упругости, например, фтористую бронзу.

В зависимости от названия аппарата следует принимать повышенные или пониженные допустимые напряжения в металле. Например, для аппаратов распределительных устройств, работающих редко при износостойкости до нескольких десятков тысяч циклов, можно предусматривать наименьший коэффициент запаса. Для аппаратов управления и автоматики принимаются значения допустимых напряжений, а для особо тяжёлых режимов – пониженное допустимое значение напряжения в металле. Помимо указанного, необходимо также руководствоваться требованиями ГОСТов.