Учебное пособие: Проектирование электромеханических устройств

Используя это свойство можно легко определять значения тока термической стойкости при другом времени термической стойкости или наоборот.

Полученное время термической  устойчивости для аппаратов  низкого напряжения необходимо сопоставить с временем действия возможной тепловой защиты, при этом должно выполняться условие: время срабатывания защиты должно быть меньше времени термической устойчивости аппарата, чтобы был запас.

12 РАСЧЁТ КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ

12.1 Общие требования к коммутирующим контактам

Температура коммутирующих контактов не должна быть выше предельно допустимой по ГОСТу. Контакты должны быть установлены к тепловому и динамическому действию токов КЗ. При работе аппарата в номинальном рабочем режиме, а также при наиболее предельных токах электрический и механический износ контактов должен быть минимальным.

12.2 Общий порядок проектирования контактов

1 Выбор конструктивной формы контакта.

2 Выбор материала и определение размеров контактов.

3 Определение силы конечного контактного напряжения, температуры нагрева контактов, переходного сопряжения, падения напряжения на контактах при нормальном режиме работы.

4 Проверка возможностей контактного узла, по величине допустимого тока Iдоп.

5 Определение тока сваривания Iсв., силы электродинамического отброса в контактах Fэду  и электродинамическую устойчивость.

6 Определение параметров вибрации контактов, разработка мероприятий по её уменьшению.

7 Определение электрической износостойкости коммутирующих контактов по заданной механической износостойкости.

8 Корректировка размеров контактов, определение провалов контактов.

9 Определение параметров надёжности коммутирующих контактов.

10 Расчёт контактных пружин.

11 Конструктивная проработка контактного узла.

12.3 Выбор конструктивных форм контактов

Существует большое разнообразие конструктивных форм контактов. Наиболее распространёнными являются

 1 контакты с плоскими консольными пружинами

2 мостиковые контакты

3 рычажные контакты (пальцевые)

4 втычные контакты

5 розеточные контакты

6 двух и более ступенчатые

7 параллельные контакты на один полюс

Рисунок 1.14 – Виды конструктивных форм контактов

Из низковольтных аппаратов наибольшее распространение получили первые три вида.

Контакты с плоскими консольными пружинами применяются в слаботочных реле.

Мостиковые контакты целесообразно применять при напряжениях 24÷48 В постоянного тока и 220÷380 В переменного тока. Они обеспечивают двухкратный разрыв электрической цепи на полюс, что улучшает условия гашения дуги. Преимущества мостиковых контактов: упрощаются кинематические схемы, можно применять прямоходовые механизмы, отсутствует гибкая связь, что повышает надёжность контактного узла. Недостаток: необходимо создание удвоенной силы контактного нажатия.

Рычажные контакты применяются в сильноточных аппаратах при любых уровнях напряжения, в большинстве случаев в контакторах воздушного автоматического выключателя.

При больших токах, несколько сот ампер, и наличии дугогасительного устройства, преимущество двухкратного разрыва сказывается несущественно, поэтому с целью упрощения конструкции применяют однократный разрыв цепи.

В некоторых случаях в сильноточных аппаратах применяются многоступенчатые аппараты, содержащие дугогасительные и главные контакты. Это позволяет повысить надёжность контактного узла, но привод должен обеспечивать последовательность включения и отключения. При включении вначале замыкаются дугогасительные контакты, а затем главные. При отключении  вначале размыкаются главные контакты, и на них недолжна, возникать дуга, а затем размыкаются дугогасительные контакты.

При высоких напряжениях целесообразно применять ряд последовательных разрывов на один полюс. Например,  для выключения на 500 кВ может быть 12 последовательных разрывов на полюс, на 750 кВ – 16 последовательных разрывов.

12.4 Выбор формы контактной поверхности

Форма контактной поверхности (точка, линия) – это условные термины, фактически речь идёт о количестве элементарных площадей контактирования:

а) точечный контакт целесообразно применять при малых токах, т.е. доли – единицы ампер. Требуется малая сила контактного нажатия, в этом случае необходимо применение драгоценных металлов.

б) линейный контакт целесообразно применять при больших токах (сотни ампер) при одинаковых силах нажатия. Переходное сопротивление линейных контактов меньше, чем  плоскостных. Узкая плёнка контактирования создаёт условия для стирания окислов контактного металла в процессе скольжения одного контакта по другому.

в) Плоскостной контакт целесообразно применять при больших токах, измеряемых в сотни ампер, условия удаления плёнки окислов с поверхности здесь хуже, чем у линейного, однако, вследствие большой силы контактного нажатия поверхность в нескольких местах очищается от плёнки  окислов и образуется зона чистого металла.

12.5 Выбор материалов и определение размеров контактов

Основные требования, предъявляемые к материалам контактов:

1 Высокая электропроводность

2 Дугостойкость

3 Стойкость против коррозии

4 Недефицитность

Материалов, удовлетворяющих всем требованиям – нет, поэтому необходимо подбирать такой материал, свойства которого в наибольшей степени отвечают требованиям в конкретных условиях.

Основные сведения о свойствах материалов контактов приводится в [2].

Рекомендации по выбору материалов для категорий аппаратов:

РЕЛЕ

Для контакта реле, работающих для токов меньших тока дугообразования, применяются драгоценные металлы и их сплавы (серебро, палладий, золото).

Для контактов реле, работающих при токах больших тока дугообразования, применяются твёрдые тугоплавкие металлы и их сплавы типа твёрдых растворов. (Вольфрам, молибден, кремний, платина-иридий, палладий-серебро)

КОНТАКТОРЫ И АВТОМАТЫ

Выбор материалов для контактов определяется:

а) величиной тока

б) напряжением на контактах

в) индуктивностью отключаемой цепи

г) частотой коммутации в час Z

д) продолжительностью включения, кратностью включения-отключения токов по отношению к номинальному значению

Выбор материалов определяется типом дугогасительного устройства и геометрией контакта. Для контакторов и автоматов при коммутируемых токах от одного до нескольких десятков ампер наиболее износостойким является серебро и сплавы серебра. Для контакторов, где коммутирующие токи несколько десятков ампер и более, являются металлокерамические композиции. Обозначение материалов, их состав, свойства приведены в [1, табл. 5.3].

Износостойкость металлокерамических композиций возрастает при увеличении процентного содержания тугоплавкого элемента, а также при уменьшении размеров частиц порошка металла (мелко дисперсная структура).

Кроме металлокомпозиций, в качестве металла контактов применяют также медь: для лёгкого режима работы – рекомендуется медь мягкая, лужёная; для средних режимов – медь средняя, лужёная; для тяжёлых режимов – медь кадмиевая, твёрдотянутая.

12.6 Определение размеров коммутирующих контактов и контактных накладок

Геометрические размеры коммутирующих контактов зависят от:

1) величины номинального тока

2) конструкции контактной системы

3) частоты коммутации тока, ПВ, времени горения электрической дуги.

Если конструкция контактного узла предусматривает применение контактных накладок, то можно пользоваться рекомендациями, приведенными в [1, табл. 5.5 – 5.6].

В [1, табл. 5.5] приводятся зависимости диаметра контактной накладки от номинального тока. В [1, табл. 5.6] приводятся величины размеров прямоугольных накладок без привязки к току. Если в конструкции контактного узла целесообразно использовать прямоугольную накладку, то поступают следующим образом: зная величину номинального тока, по [1, табл. 5.5] определяется диаметр круга накладки, затем определяется сечение круглой накладки .

Рисунок 1.15 – Размеры контактных накладок

Полученное сечение трансформируется в сечение прямоугольной накладки при выполнении условия . Затем по [1, табл. 5.6] подбирается стандартное значение размеров контактной накладки. Высота  h приводится в ряду предпочитаемых чисел.

На данном этапе фактически определяются предварительные размеры контактных накладок, окончательные размеры устанавливаются после расчёта электрической износостойкости.

12.7 Определение размеров рычажных контактов

Размеры поперечного сечения подвижного контакта можно производить по электрической плотности тока, в диапазоне токов от 20. А до 1000А она может составлять

.

Рисунок 1.16 – Подвижный и неподвижный контакт

Принимая конкретное значение плотности тока для заданного номинального тока, производится расчёт площади поперечного сечения подвижного контакта:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21