Загрузка...Проект коммутационного аппарата постоянного тока
Содержание
Введение
. Исходные данные
. предварительный расчет
. Окончательный расчет
. Расчет магнитной цепи
. Определение максимальной температуры
. Конечные результаты
. Расчет контактов
. Расчет контактной пружины
. Расчет возвратной пружины
Список литературы
Введение
Коммутационный аппарат — это электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрической цепи и проведения тока. Современные летательные аппараты снабжены большим количеством разнообразного электрооборудования, в том числе коммутационной и защитной аппаратурой. Коммутационная аппаратура применяется также в пилотажно-навигационном оборудовании и системах обеспечения полёта, взлёта и посадки летательных аппаратов.
Специфические условия работы устройств коммутационной аппаратуры и предъявляемые к ним высокие требования в отношении минимальной массы и объёма, эксплуатационной надёжности, точности и стабильности характеристик обуславливают высокие требования к технологичности их конструкций и процессам изготовления.
Как показывает опыт эксплуатации, к электротехническим требованиям, определяющим в конечном счёте безотказность и долговечность работы коммутационной аппаратуры, относятся следующие:
. Механическая долговечность.
. Износоустойчивость контактов при включении тока.
. Износоустойчивость контактов при отключении тока.
. Стойкость контактов против сваривания.
. Надёжность контактирования (обеспечение величины контактного усилия в заданных пределах и связанной с ней величины переходного сопротивления на контактах и контактных соединениях).
. Стабильность характеристик срабатывания.
. Способность изоляции сохранять свои свойства (обеспечение достаточной величины сопротивления и электрической прочности изоляции, а также ограничение водопоглощаемости изолирующими деталями).
. Работоспособность, а также термическая и динамическая устойчивость.
Эти требования, предъявляемые к коммутационной аппаратуре, в основном определяют её надёжность, а следовательно, и работоспособность.
В эксплуатации коммутационная аппаратура подвергается воздействию большого количества факторов, которые целесообразно объединить в две большие группы:
первая группа: величина тока и напряжения, род тока, характер нагрузки, частота срабатывания, продолжительность включения и т.п.;
вторая группа: окружающая температура, давление, влажность воздуха, агрессивные газы (пары), радиация, ударные нагрузки, вибрации (внешние), ускорения, действия обслуживающего персонала.
диапазон изменения воздействующих факторов очень широк, и совместное воздействие этих факторов встречается в самых различных сочетаниях.
Суммарное воздействие той или иной комбинации из перечисленных факторов вызывает большую или меньшую интенсивность отказов.
Изделия коммутационной аппаратуры, изготовленные в строгом соответствии с техническими условиями, при правильной эксплуатации надежно работают в пределах гарантированного срока службы. При этом существенного изменения основных электрических параметров не наблюдается. Отступление от требований технических условий и правил, изложенных в инструкциях по эксплуатации, приводят к нарушению нормальной работы или преждевременному выходу изделия из строя: в этом сказывается в основном воздействие факторов, относящихся к первой группе.
В процессе эксплуатации необходимо предусматривать меры предосторожности, исключающие случаи механических повреждений (особенно это относится к выключателям, переключателям, микровыключателям и кнопкам) и резкого изменения параметров коммутируемой нагрузки и источников питания.
1.исходные данные
коммутационный аппарат постоянного тока.
1) начальное тяговое усилие: н =23 (кг)
) Ход якоря: δн = 0,52 (см)
) Установившаяся температура перегрева θу=75 (°С)
) Температура окружающей среды: θокр.среды=25 (°С)
) Напряжение катушки электромагнита: Uко=48 (В)
) Коммутируемый ток: к =475 (А)
) Режим работы τ=0,1
8) Количество цепей: n=3
2.предварительный расчет
) Величина полезной работы
Апол=н* δн= 23 * 0,52 =11,96 ( кг*см)
) Величина конструктивного фактора
КФ=( )
По полученному значению конструктивного фактора (КФ) на основании данных табл. 1.1 устанавливаем тип электромагнита:
втяжной с коническим стопом α =45°;а по графику на фигуре 1,8 находим
Вδ = 11000 (гс)
При τ<1 величину Bδ необходимо увеличить по сравнению с данными в графиках на 15 — 20 %, следовательно Вδ = 13200 (гс)
) Приведём силы тяги и хода якоря к эквивалентным значениям для плоского стопа.
δпл = δн * cos2α =0,52 * cos245°=0,26(cм)
Qпл = = =46 (кг)
) Определение радиуса сердечника
R1 = (см)
коммутационный пружина тяга якорь
5) Определение суммарной намагничивающей силы.
∑ = ,
где Kст — коэффициент стали.
Принимаем падение намагничивающей силы в стали магнитопровода 18%, а в фиксированном зазоре 10% от намагничивающей силы воздушного зазора. Тогда:
= = 1,28
следовательно:
F∑ = (А)
) Определяем длину катушки и высоту катушки hk.
Составим два уравнения.
Отсюда:
=
— удельное сопротивление меди при температуре окружающей среды 0° С
α- температурный коэффициент сопротивления меди
α = 0,00445
— максимальная температура окружающей среды.
Следовательно:
= = 1,75 * [ 1 + 0,00445 * (75 + 25) ] * 102 =
=1,75 * [1 + 0,00445 * 100] * 10-2 = 1,75 * 1,44 * 10-2 = 2,52 * 10-2
Удельное электрическое сопротивление медного провода обмотки электромагнита при при максимальной рабочей температуре ( 75°С + 25°С = 100°С) составляет:
К = 1,13 * 10-3 ()
К определяем по кривым фигуры 1.14 По кривой хорошего теплового контакта между катушкой и магнитопроводом для θу=75 (°С).
fk = — коэффициент заполнения окна катушки медью — сначала задаёмся, затем заполняем.
Определяем :
=
= = =
= 5,7 (см)
Определив находим R2
=> = 5R2 — 5R1
+ 5R1 = 5R2
R2 = (см)
R2 — наружный радиус катушки.
) Определяем высоту катушки
hk = R2 — R1 = 2,59- 1,45= 1,14 (см)
) Определяем внешний радиус R3 исходя из равенства площади сечения стержня и корпуса.
R3 = = = = 2,97 (см)
) Определяем диаметр провода обмотки
dr = 0,2* = 0,2 * =
,2 * = 0,2 * = 0,2 *2,72=0,54
. Окончательный расчёт
) Уточнение окончательных размеров магнитопровода и диаметра провода обмотки (по таблице 1.4):
Предварительные данныеОкончательные данныеR1 = 1,45 (см)R1 = 1,4 (см)R2 = (см)R2 = 2,6 (см)R3 = 2,97(см)R3 = 3 (см) = 5,7 (см) = 5,7 (см)hk = 1,14 (см)hk = 1,1 (см)dr = 0,54 (мм)dr = 0,55(мм)dиз = 0,6 (мм)
Площадь сечения провода
= 0,24 (мм2) = 0,0024 (см2)
) Определение количества рядов обмотки; уточнение коэффициента заполнения катушки; сопротивление обмотки, намагничевающией силы катушки и установившейся температуры перегрева обмотки.
а) Определяем число обмотки:
N1 = ,
где D = + b + c = 0,03 + 0,1 + 0,045 = 0,175
здесь = 0,02…0,03 — толщина стенки латунной трубки,
b = 0,1…0,2 (см) — толщина изоляции между катушкой, внутренней и внешней частями магнитопровода.
с = 0,03…0,05(см) — допуск.
— диаметр провода с изоляцией
= 0,0006…0,02 — толщина бумажной изоляции между рядами.
N1 = 13,2
Принимаем N1 = 13 рядов
б) Определяем число витков в одном ряду:
N2 =
Принимаем N2 = 86, где = 0,2 — толщина щёк катушки
,95 — коэффициент плотности укладки
— потеря одного витка в конце каждого ряда.
в) Определяем общее число витков обмотки
(витка)
Определяем действительный коэффициент заполнения окна обмотки медью
fk =
д) Определяем сопротивление провода обмотки
τΘ = ,
где — общая длина или длина обмотки
= 2Rср
Rср = = 2,01
= 2 *2,01 = 4,02
Следовательно,
τΘ =
е) Определяем ток обмотки при θу
IΘ = = 3,1 (A)
ж) Определяем действительную намагничивающую силу катушки
= = 1118 * 3,1 = 3465,8 (A)
з) Определяем действительную температуру перегрева
Θуд =
=
= 0,5 (см) — задаётся из конструктивных соображений
=
Gш=
=
. Расчёт магнитной цепи
По эскизу (фиг. 1.5) магнитной цепи определим длину средних силовых линий для каждого участка магнитопровода:
а) якорь и стоп:
L1 =
б) корпус:
2=
в) фиксированный зазор сердечник-фланец:
L3=
Определяем площадь поперечного сечения участков а) и б)
S =
Принимаем величину магнитной индукции в рабочем зазоре:
Определяем магнитный поток в рабочем зазоре при заданных величинах магнитной индукции:
)
Определяем магнитный поток на участках магнитопровода с учётом коэффициента рассеяния:
Определяем удельные намагничивающие силы для данного материала (сталь 10) по графику (фиг. 1.11)
а1=12(А/см), а2=17(А/см), а3=23(А/см)
Определяем падение намагничивающей силы на участках магнитопровода:
а) якорь и стоп:
б) корпус:
в) фиксированный зазор сердечник-фланец:
Определяем общую намагничивающую силу при заданных значениях магнитной индукции:
Полученные данные сводим в таблицу 3. По данным таблицы строим характеристику намагничивания: (фиг.1.17).
Таблица 3
части магнитопроводаL, (см)Sп (см)Фδ (Вб)σФδ (Вб)Вδ (Тл)а (А/см)F (А)Якорь5,96,151,312Корпус10,46,151,312Зазор0,03—12Якорь5,96,151,417Корпус10,46,151,417Зазор0,03—17Якорь5,96,151,523Корпус10,46,151,523Зазор0,03—23
Определяем величину проводимости рабочего промежутка:
Определяем угол наклона рабочего луча.
С1 — рабочая точка электромагнита.
Фδн=8,5*10-4
Fδн =2735
По графику 1.17 определяем полезную работу (формула Максвелла)
Апол= Fδн* Фδн* = * 2735 * 8,1 * 10-4 * =0,05*2735*0,00081*(кг * см)
Определяем начальную силу тяги эквивалентного электромагнита с плоским стопом.
пл = = = 43,11 (кг)
Определяем начальную тяговую силу действительного электромагнита с коническим стопом:
Qн = Qпл * cos2α = 43,11 * 0,5 = 21,55 (кг)
Расчет веса электромагнита и коэффициента весовой экономичности
меди = l0*qM*γM=*0,0024 *8,4= 297,2(г) = 0,29 (кг),
где γM = 8,4 — плотность меди
б) Определяем вес стали магнитопровода:
Gст=Vст*γст,
где γст — плотность стали 10, равная γ = 7,8
Vст = SM*LM=6,15*16,3=100,2(см3),
где LM=L1+L2=5,9+10,4=16,3(см)
следовательно,
Gст= 100,2*7,8=781,5(г) = 0,78(кг)
в) Определяем вес латунной трубки.
тр=Vтр* γтр=1,7*8,3=14,11 (г) = 0,014 (кг), гдетр=π(2R1+ΔШ)* ΔШ*(lк+b5)= 3,14* (2*1,4 + 0,03)*0,03*(5,7 + 0,55)= 8,88*0,03*6,25=1,7 (см3)
γтр= 8,3 — плотность латуни
г) Вес изоляции и лака принимаем
Gиз=133(г)=0,133(кг)
д) Определяем общий вес электромагнита
Gэл. магн = Gмеди + Gст + Gтр + Gиз = 0,29+0,78+0,014+0,133=1,21 (кг)
е) Определяем коэффициент весовой экономичности.
Кэк = = = 0,1
. Определение максимальной температуры
) Определяем поверхность охлаждения.
Sох = Sц + Sт = 2*π*(R2+ΔШ+R1)*lк+2*π*[R22-(R1+ΔШ)2]=
=6,28*(2,6+0,03+1,4)*5,7+6,28*[6,76-(1,4+0,03)]= =6,28*4,03*5,7+6,28*5,33=177,7 (см2),
где Sц — боковая поверхность катушки
Sт — торцевая поверхность катушки
) Действующее
β = = = 2,07 , где Cст = 0,472 — удельная теплоемкость стали Соблюдается условие 1,25< β <4,65, следовательно: ν = 100-50* = 100-50 = 88=0,88 ) Определяем значение начальной теплоемкости электромагнита Gн = Gмеди * Gмеди + Gиз * Gиз + Gст * 0,55 * ν + Gтр * Gтр * 0,55 * ν=297,2*0,39+133*1,5+781,5*0,472*0,55*0,88+14,11*0,362*0,55*0,88=496, где Gмеди = 0,39 — удельная теплоемкость меди Gиз=1,5 — удельная теплоемкость изоляции Gтр = 0.362 — удельная теплоемкость латуни ,55 — величина теплоемкости стали и латуни от ее действительного значения ) Определяем установившуюся температуру при длительном включении электромагнита Θуст.длит = = = 744(єC), где P== К=1,13*10-3 ) Определяем постоянную времени нагрева электромагнита Tн = = = 2480 (сек) Определяем время включения электромагнита до достижения заданной допустимой температуры =342,2(сек) ) Определяем действительное значение τg τg = = = 0,137 6. Конечные результаты ) Сила тяги Qн = 21,55 (кг) ) Ход якоря δн = 0,52 (см) ) Напряжение катушки U = 48(В) ) ток катушки IΘ = 3,1 (А) ) Мощность катушки P = (Вт) ) Установившаяся температура перегрева τg = 0,137; Θу = 75єC ) Время включения tвкл=342,2 (с) ) Вес электромагнита Gэл.магн. = 1,21 (кг) ) полезная работа Aпол = (кг) ) Коэффициент весовой экономичности Кэк = 0,1 . Расчет контактов Из конструкционных соображений и удобства производства используем контакты цилиндрической формы (см. фиг 4.36.) Определяем диаметр контакта: Dk=C1* , где C1=0,8(мм*А(-1/2)) — коэффициент диаметра Dk=17,4 (мм) Высоту hk = 2,2 (мм) принимаем, т.к. Ik>100A. Сферическую часть принимаем h=0,2 (мм) Определяем радиус сферической части контакта. + == Определяем контактный зазор: δк = δк0+С2*Ik где δк0 = 1,2, при Ik = (50…600А) δк = 1,2+0,0023 *475=2,29(мм) Определяем контактное давление: Qk = Pk*Ik (кг), где Pk= (0,4….0,5)* 10-2 — контактное давление на единицу тока Qk = 0,5*10-2*475=2,37 (кг) Плотность тока в контакте: == . Расчет контактной пружины Расчет контактной пружины ведется по известному значению контактного давления: где =(кг) Расчетную величину максимальной силы сжатия контактной пружины берут с запасом:
Для пружин коммутационных аппаратов принимается проволока ОВС (50ХФА — хромо — ванадиевая) с допустимым напряжением на скручивание τкр=50 Для расчета берем τрасч=0,9* τкр = 45 ) Определяем диаметр проволоки d= = =1,32(мм) (мм) Dср = 5….10 Условие =(5………10), выполняется ) Определяем число витков n= = ==6,8 7(витков), где G=7800 — модуль сдвига Pk.max = 0,55 — максимальная жесткость пружины из таблицы 4 ) Определяем максимальный прогиб одного витка fmax= = = 0,8 (мм) ) Определяем шаг обратной пружины HK= (fmax+d)*1,15=(0,8+1,4)*1,15=2,53 (мм) ) Длина пружины в свободном состоянии Lк.св=HK*n+1,5*d=2,53*7+1,5*1,4=19,8 (мм) ) Длина пружины при начальном сжатии Lтр=Lсв- =19,8 — =14,2 (мм) ) Размер окна под пружину L=Lтр-δн= 14,2-0,52= 13,68 (мм) . Расчет возвратной пружины ) Определяем максимальное усилие:
Так как =400(А),то по таблице 4 выбираем значение: Величина (А)(кг)До 1000,351,30,1…..0,13До 2000,71,50,14…..0,2До 4001,02,20,2…..0,5До 6001,32,60,5…..0,58 следовательно,
=2,6
) Для пружин коммутационных аппаратов принимается проволока ОВС(50ХФА-хромо-ванадиевая) с допустимым напряжением на скручивание . Для расчета берем =0,9 Модуль сдвига G=7800 ) Определяем диаметр проволоки Условие=(7…10) d===1,2(мм) ) Определяем число витков n===3,7витков ) Определяем max прогиб одного витка ==1,24 (мм) ) Определяем шаг обратной пружины.
) длина пружины в свободном состоянии:
) длина пружины при начальном сжатии:
) Размер окна под пружину: L= Список литературы 1. В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, А.В. Гордон, А.Н. Ларионов «Проектирование электрических аппаратов авиационного оборудования. М.,1972г.» . В.И. Ануриев. « Справочник конструктора машиностроителя, том 3 . Конспект лекций.
Учебная работа. Проект коммутационного аппарата постоянного тока