CJ124003交流接触器电磁系统设计要点文档格式.docx
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主触头为三级,主触头初压力为Ffcc终压力为Ffzc,所以
Ffcc=3汗C1=21kg,Ffzc=3>
Fzc=27kg
2.3辅助触头的反力
此反力和主触头反力存在在杠杆比,需要归算到终接触线处,杠杆比:
K=f/d=0.385
Ffcd=3KFc^0.231kg
Ffzb=3Fzb二0.347kg
其中Fcb,Fzb分别取辅助触头处压力和终压力范围下限Ffcb=0.2,Ffzb=0.3。
2.4释放弹簧的反力
因为反力和触头反力存在杠杆比,归算杠杆比:
K=e/d=0.346
释放弹簧的收缩距离:
X=主触头的总行程Xk=kxx=6.92
闭合后,释放弹簧的终压力
P2二P1KdX=3.67
式中P1=3.2kg.Kd=0.068kg/mm
已知数据:
卩険=R沃K=1.107kg,Ffzs=P2江K=1.27kg
上式中Ffcs,Ffzs为释放弹簧的初反力,终反力。
由以上数据做设计的交流接触器反力特性曲线如下所示:
图2-1交流接触器反力特性曲线
3线圈参数的确定
3.1气隙磁导的计算
3.1.1采用磁导分割法求气隙磁导
采用电磁场分割法可以把一对磁极的磁导分割为5部分,用平均磁导求出,这5部分
的磁导表示为:
(1)平行直角六面体:
Gi・'
心
6
(2)半圆柱体:
G2=0.26%I
(3)半空心圆柱体:
g3二%2L(m°
h6
1
(4)—球体:
G4=0.077%:
4
(5)丄球:
G5=0.25%m
本电磁体的气隙共分为17部分,即中间的六面体、左右前后四个半圆柱体(前后两
个等效如前)四个丄球壳在四个边上,则总气隙磁导为17个部分后,即:
G"
=G14G2G31G32■2G412G422G512G52
3.1.2计算电磁体对磁极的气隙
214n
-2'
a=1.10a=49.92
214
214-n
2、a=0.9a=40.61214
m为散磁延伸到铁心侧面的假设距离,一般取m=(1~2)「•本设计中取
=g=ma1=a1=49.92mm
由于衔铁内侧高度为m•g-b=60•44-85=19mm:
:
匕2,所以ma2二19mm,
ma1ma2小小
ma
—一=34.46mm
2
以上分析为-6mm,大气隙的情况,当「•小时可忽略。
2、由此求出
3.1.3各对磁极的总磁导
1、总磁导的计算
2、气隙磁导的计算
--1.5029780
对于不同的L值,分别求出对应的AGB及其磁导数值,列表如下:
表3-1不同的L值时的磁导数值
L
22
18
13.5
8
3.57
0.05
GWA<
10^
2.30
2.213275
2.465697
3.04140
4.191905
238.044
GWBXOJ
2.43995
2.472962
2.780431
4.01839
6.701812
390.5465
DG送A口
工10十
15.29788
22.986431
40.14832
107.41703
489.7683
229642.39
DG瓦B二
沁10斗dd
40.98830
58.891962
102.95752
274.27669
1288.4254
6230013.8
3、铁心中防剩磁气隙磁导的计算:
设计用去磁间隙■■:
=2mm,铁心截面积SC
防剩磁气隙磁导为:
3.2设计点的选择
Ff0=B/2X22.5/15=17.25
为确保可靠吸合,吸力应大于反力,取安全系数K=1.1,吸力值
F0=KFf0=1.1X17.25=18.975kg
3.3比设计点的选择
由于磁铁是转动式的,故在衔铁吸合释放时,两个气隙大小的距离不同,因而折算的
kTg:
)2i齐1k2
2F0dG
'
广Ga2d、AK1"
b-2x_dG_£
xK2=1.213X10°
dg
最大值m1.21310’、2=1.71510;
3.4线圈匝数的确定
由以上知:
Sc=A2KCq=d/N=1(d=N)KC=0.93a=44mm
SC=0.9310.044^1.8110-3(cm)
磁密:
Bm=—二於啤779一1更胡逊心二1.6996
Sc1.8"
01.74323X0
G二GaGB=3.213.81=1,743pt
6Ga+Gb3.21+3.81
Bcm=Bm'
=0.791.6996=1.35
N』981砲-583匝,「一4
4.44fBcmSc血xd
取匝数N=600。
由于该接触器的导磁体尺寸已知,而且采用原线圈框架厚度为4mm左右,上下间隙
为2mm左右,则线圈的高度:
h=60~(2>
4+2M)=48mm
取线圈厚度初步设计值厶二na
N=(0.5~0.8),取n=0.6贝U
."
■:
二na=1.644二26.4
(4KtcxhxA=1.159
其中心"
5取线圈标准直径1.16mm线圈的平均长度.=2a,2b•厶二=258.8910”,取.=50C,贝U90C时为嘉0c=2.2410启
故R90:
H3门
4分磁环尺寸的确定以及有关参数计算
加装它可以防止衔铁在吸合位置处发生震动,设计师主要是确定尺寸材料,从而对吸力是否满要求进行验算。
4.1尺寸计算
取槽宽t=1.5mm,则磁极面积S=S1+S2=a(b~2<
1.6)=1795.2,比值系数r2表示分磁环内面积与总面积之比:
r2=S2/(S1+S2)=(0.7~0.85本设计取0.8,所以
S2=r2s=0.8K084=1436.2mm2s1=s~s2=359mm2
分磁环电阻可以求出:
RdW(s1s2)%
和
式中Rd=0.3为综合参数,其最佳范围为0.2~0.4,Sp=0.04~0.05mm衔铁闭合时候的工作气隙,这里取0.05mm,取分磁环宽ad=1.5mmad<
t分磁环槽宽)
分磁环平均匝长为
ld=2(a鱼)二ad=2(441436.2)1.53.14=157.99mm
a44
分磁环截面积
rd
式中八‘0[1比能(如]=50C,=710”,/m),A.广0.015(1/C)
二P=7>
<
10」x(1+0.015X90)=7.945^10」
分磁环厚度为bd瓷二鲁静皿亦由此可取槽深为2.5mm
4.2验算
主要是验算在0.82情况下,铁心能够可靠的吸合即Fmin>
Fmax,即可
0.8380
4.4450600
=2.28210'
(wb)m二cm=2.28210"
73=11.09x10°
4二10口35910
rd4.2510’
=7.3910*
『爲二挣2.7—C
为爲1和'
m2的相角差,由此和求
乙,Z2及Z二Z「Z2,做出等效电路图:
RS2
RS1
JL
ICLm2
图4-2等效电路图
乙二R」=11.09104
7.510
Z2二R、2jx2二R.2jR-2tg'
「=2.77104
Z=Z1Z2=13.86104J7.5104
_32
=357.45
(1.606汉10)
4"
0S2
44二10^1436.210亠
Fmin二F〕.1F〕.2-F:
.12F〕.222F〕.1F].2COS2-=421.46(N)
将此力折算到触头接触处:
Fmin1=214Fmin/104=214421.46/104=867.24
Fmax=Ffzb=Ffzc=Ffzs=(32.10.4691.713)9.8=337.91
Fmin1-Fmax,合格,即当U=0.85ue时能可靠的吸合。
5产品电磁系统的结构草图
此交流接触器采用双U型铁心
a
图5-2铁心柱截面
y=2.5
其中:
a=148b=85c=0.2d=44c=40h=128g=44m=60n=44x=1.5z=1.97p=26.4
(单位:
mm)
6验算设计的合理性
6.1电磁吸力和吸力特性的计算
1、以电压为0.85ue,主触头开距
=8mm为例计算。
取Ke=0.99
cm
FV
KeUe0.85
4.44fN
0.99380叽2.42310;
竺土十2610」
1.6996
1.42610’
1.414「.008汩
GV戶A©
I
dGA
1‘、丫
2'
Gb
dGb
d、b
K2二276.4(N)
276.4=1.19>
K=1.1
Ff023.699.8
满足吸力要求。
2、验算Ke的取值是否正确对磁路进行分段计算,将磁路分为相等的三段,每段长为
41/3mm,设
其中为前面所求的值,
普“41。
33105
求各段磁路的磁压降:
其中L1为41/310^m磁路图如下
图6-1磁路图
_4
i=i+,i=1.00810’2.3610=1.24410’
B1
3
1.24410
2-6
442106
-0.643,
H1=234(A/m)由磁化曲线查得
2X234X41x14
2H1L16.396
5汉41
Umcd=Umad2H』1-fmL1=5805.796.396-1.41=3884.741
310-
.r3884.74汇29.75"
0-6汉41汉10-3
=Umad'
L2
=1.58810
-4
2二1.2-1.24410-31.58810-4=1.40210-3
亠竿士=0.724
S4410-
2H2L2:
22774110-c
7.58
53
3884.747.58-1.4103104110
Umef=Umcd2H2L2-FmL2=-
=1964.839
■6・3
1964.8392.975104110
=7.99110
3=23=1.48210-3
1.48210
2〒二0.765
4410-
229941何=8.187
H3=299(A/m),查磁化曲线得2H3L
HCLC=H3LC=2998410-3=25,16
IN=HxLx+2H1L1+2H2L2+2H3L3+HcLc+5853.11
g6
IN与IN1的相对误差为
EffU2-(IR)2=£
3802-(9.7553.467)^378.55(V)
E378.55
KE10.996
U380
由以上计算可知KE1与所选KE=0.99误差不大,满足要求,对不同气隙时的磁路可
以通过以上类似的方法,求得:
即:
根据一1烤,求出不同气隙时对应的他再由
0^.血w
m=4和求出不同气隙时所对应的二值,然后带入吸力公式
九<
表6-1不同气隙时的吸力值
5(mm)
F(0.85Ue)
90.83
106.13
167.93
323.64
894.27
2707.15
F(Ue)
125.72
146.89
P232.43
447.94
1237.74
3804.29
F(1.1Ue)
125.12
177.74
281.25
542.01
1497.67
4600.77
6.2温升校验
线圈温升再1.1Ue下进行,因此温度要求在其他电压下也能满足要求。
1、在打开位置时,已知GJA,GJB,G:
,Ggr和Gz
L二N2Gz二6002
GzGgr(1.176E-7)(1.2196E-7)(2.3957E-7)(H)
(2.3957E-7)=8.624E-2
由此可知Z=R•jX1=3.467-j27.093
Z=27.315
启动电流
lg=1.1Ue/Z=1.1x380/27.315=15.303(A)
2、在衔铁闭合时
忽略漏磁,但计较磁阻和分磁环磁阻,确保保护电路的计算用温升等值电路如下:
Sen邑s匸日個nohl
SeriesRLC目佔门oh2
SeriesRLCBranch?
da
图6-1计算用温升等值电路
此时cm=1.1UeKe/4.44Fn=1.13800.99/4.4450600=3.107E-3(Wd)
考虑衔铁打开位置时,线圈反电动势E与电源额定电压Un的比值Kn=0.75~0.96
此时Kn=0.95,
Bcm=cm/Sc=0.95(3.107E-3)/Sc=1.525(T)
因而可查磁化曲线得Hcm=1700(A/m)
Bxm二cm/'
x=(3.107E-3)/2E-3=1.554(T)
所以Hxm=1800(A/m)
由此可求出:
IN=1/.2HmL=1/,2(HcLcH丄x)
=1/..2(17002101800147)(1E-3)
-625(安匝)
总磁阻Rm二.2(IN)/—cm2625/(3.107^3)=2.85E5(1/H)
工作气隙磁阻/%S=(0・2E—3)/[4二*(1E—7)442(1E-6)]=8.225E4
八(1/H)
分磁环等效磁阻为
Z1仁Z1XZ2/(Z1+Z2)=5.066E+4(1/H)
故总的等效磁阻为
Z二RmR)R.Z11=4.85E-5(1/H)
其中R=1/G、.=(GAGB)/GAGB=6.76E4(1/H)
故可求
(IN)二cmZ/.2=1066.63(安匝)
3、计算温升
按重复短时工作制校验温升,已知操作频率60次/小时,通电持续率40%每个周期的
通电时间T1=3600X40%/60X2=12(s),T2=1~TD%/TD%T1=18(S)
故
T=t1+t2=30(s)
启动电流Iq与保护电流Io之比K1=lq/I°
=15.303/1.78=8.597
等效发热电阻率
IR=1。
..[1/3to(KC2KC-2)t1]/T=1.78.[1/30.1(8.528.5-2)T2]/30
-1.24(A)
Bc=Bcm/2=1.525/、2=1.08(T)
Pc=2.81W/Kg(单位铁损,查得)
FCh=FCa2rcL=2.8110.04427.810341(1E-3)/3=1.74(W)
式中.-1re=7.8103kg/m
线圈散热面积S
S(2a2b2-)h=(277277222)41(1E-6)=0.01546m2
取•=50C,贝U散热系数为
KT=9.3(10.0059)=9.3(10.005950)=12.00
线圈温升
.(IR2RPdl)/KTS=(1.2423.4671.74)/120.01546=38.12C
亍」】[Ham(.g)]=1.62(1E一8)[10.00425(22.4740)]=2.159(1E-8)(门/m)其中“=40C
r40c^4;
?
lpjN/~d-(42.159(1E-8)245.12(1E-3)600)/31.162(1E-6)=3.618("
)
KT=9.3(10.005938.12)=11.392
则1(TR2RPdl)/KTS二[(1.24)23.6181.74]/11.3920.01546=47.467
因而满足温升技术指标合格。
7结论
通过已知的铁芯参数等计算并画出该接触器的反力特性,并据此确定设计点。
分析磁路,通过等效磁路计算电磁机构的磁导,进一步计算线圈匝数、厚度。
继而计算出分磁环的尺寸并进行验算。
由此可得出系统的结构草图。
最后验算设计的合理性,计算吸力特性并校验温升,通过反复验算,修改参数,最终设计出符合电气设备要求的接触器。
通过修正等各项措施力求使设计误差最小,基本条件应当保证电磁铁机构能够满足交流接触器的各项特性要求,而且要安全可靠。
参考文献
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