МР по выполнению РГР ТЭА


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

0


Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»




Н.О. Фролов













РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО

ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОНТАКТОРА

















Екатеринбург

20
1
5


1


Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»




Н.О. Фролов









РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО

ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОНТАКТОРА


Методические
рекомендации

по выполнению
расчетно
-
графической работы
по дисциплине
«
Тяговые электрические апп
а
раты
»

для студентов
направления подготовки

190
1
00
.62



«
Назе
м
ные транспортно
-
технологические комплексы
»
всех форм

обучения
















Екатеринбург

20
1
5


2


УДК 629.423: 621.337

Б37

Фролов, Н. О.

Б37


Расчет индивидуального

э
лектропневматического контактора
:
метод
и
ческие
рекомендации

по выполнению
расчетно
-
графической

работы

по
дисциплине «Тяговые электрические аппараты»
.


Н. О.
Фролов.



Ек
а
теринбург, 201
5
.


2
3

с.


Методические
реком
ендации

содержат руководство и задание для в
ы
полнения
расчетно
-
графической

работы по дисциплин
е

«
Тяговые
электрич
е
ские
аппараты
», выполняем
ой

студентами
всех

форм обучения по учебн
ому

план
у

направления подготовки 190100.62


«Наземные
транспортно
-
технологические комплексы»
.

Расчетно
-
графическая

работа предназначена для освоения методики
расчета основных параметров коммутирующей тяговой электрической апп
а
ратуры.

Методические
рекомендации

могут быть использованы
при
в
ыполн
е
нии

выпускной к
валификационной работы
.

Текстовая часть составлена с соблюдением требований ГОСТ 2.105
-
95.





Авторы:

Н.О. Фролов
,
заведующий

кафедр
ой

«Электрическая тяга», канд.
техн. наук УрГУПС







Рецензент:
В.А. Усов
,
доцент

кафедры «
Электрическая тяга
», канд.
техн.

наук УрГУПС












Уральский государственный

университет путей сообщения

(УрГУПС), 201
5


3


Оглавление


Введение.....................................................................…….....................…..
........
.

4

1
Исходные
данные………………………………………………………
……


5

1.1 Общие исходные данные
…………………………………………………
….

5

1.2 Индивидуальные исходные данные………………………………………
...

5

2

Расчёт параметров контактного соединения …...............................…
……


7

2
.1 Порядок выполнения расчётов
……………..………………..………
……
..

7

2
.2 Оформление раздела …...……………………………………………
……


10

2
.3 Контрольные вопросы …………………….…………………………
……


10

3

Расчёт пневматического
привода

…….………..………………………
……
..

1
1

3
.1 Порядок выполнения расчётов ……………..………………..………
……
..

1
1

3
.2
Оформление раздела …...……………………………………………
……


1
5

3
.3 Контрольные вопросы ………………………………………………
……


15

4

Расчёт дугогасительного устройства…………………………………
……
….

1
6

4
.1 Порядок выполнения расчётов ……………..………………..………
……
..

1
6

4
.2 Оформление раздела
…...……………………………………………
……


20

4.3 Контрольные вопросы ………………………………………………
……


20

Список использованных источников
.…………………………………
……
….

21

Приложение

А
..................................................................…….....................
........
..

22


4


Введение


Расчетно
-
графическая работа на тему «Расчет индивидуального эле
к
тропневматического контактора» выполняется студентами по дисциплине
«Тяговые
электрические
аппараты» в соответствии с учебным планом
н
а
правления подготовки «Наземные транспортно
-
техн
ологические комплексы»

в
7

семестре (заочное обучение).

В соответствии с рабочей учебной программой дисциплины
Б3.В.ОД.5

«Тяговые
электрические
аппараты»

студенты, в результате выполнения
ра
с
четно
-
графической работы
,

овладевают
принципами параметрического
и
конструктивного расчета основных элементов
тяговых электрических
аппаратов

и у них формируется компетенция
ПК
-
5

в части
«
способности
выполнять теоретические исследования по поиску и проверке новых
идей совершенствования элементов конструкции наземных
транспор
т
но
-
технологических машин
»
.

Цель
расчетно
-
графической работы



рассчитать индивидуальный
электропневматический

контактор
в соответствии с заданными исходными
данными, о
владеть методами выбора
и расчета контактного соединения и
системы дугогашения,
а также методом составления кинематической схемы
аппарата и расчета электропневматического привода
.

Задачи
расчетно
-
графической работы
:



овладеть методом расчета контактного соединения аппарата
;



научиться
состав
ля
ть
кинематическую схему индивидуального
ко
н
тактора
;



овладеть методикой расчета сил, действующих на подвижные эл
е
менты контактора в процесс
е

включения
;



овладеть методом расчета пневматического привода аппарата
;



научиться выбирать элементы дугогасительной системы контактора и
рассчитывать их

конструктивные параметры.

В соответствии с фондом оценочных средств дисциплины
«Тяговые
электрические
аппараты»

требования к содержанию
расчетно
-
графической
работы

входят в состав оценочных средств сформированности

компетенций,
а методом контроля является защита
расчетно
-
графической работы
. Срок
проведения оценочной процедуры указывается в календарном плане изуч
е
ния дисциплины.

Оценка за
расчетно
-
графическую работу

выставляется в соответствии
со шкалой оценивания р
езультатов освоения дисциплины:

Оценочное средс
т
во сформированн
о
сти компетенций

компетенция не сформ
и
рована, соответствует
академической оценке
«неудовлетворительно»

уровень 1 (пороговый), с
о
ответствует академической
оценке «удовлетворител
ь
но»

уровень 2 (с
редний), с
о
ответствует академич
е
ской оценке «хорошо»

уровень 3 (высокий),
соответствует акад
е
мической оценке
«отлично»

требования к с
о
держанию
расче
т
но
-
графической р
а
боты

и качеству
ее

выполнения

Минимальное соответс
т
вие требованиям

Содержание
соответствует
требованиям, имеются н
е
значительные ошибки.
Оформление не в полной
мере соответствует треб
о
ваниям

Содержание соответс
т
вует требованиям, им
е
ются незначительные
ошибки. Оформление в
полной мере соответс
т
вует требованиям

Содержание соотве
т
ствуе
т требованиям,
ошибки отсутствуют.
Оформление в по
л
ной мере соответс
т
вует требованиям


5


1
Исходные данные


1.1 Общие исходные данные


Тип
тягового электроаппарата



Электропневматический контактор
силовых цепей постоянного тока
.

Коэффициент контактного
сопротивления:



Медь


медь
ρ
К
=

(
0,8…1,4)·10
-
3

Ом·Н.



Серебро


сплавы серебра
ρ
К
=

(
0,3…0,6)

·10
-
3

Ом·Н.



Металлокерамика


металлокерамика
ρ
К
=

(
2,6…3,3
)

·10
-
3

Ом·Н.

Величины тепловой постоянной и удельных плотностей тока ко
н
такта

j
Л
, А/мм

j
Н
, А/
Н

А
К
, А
2
/Н·мм

18…22

6,1…6,5

112…133


Падения напряжения размягчения, плавления и сваривания ко
н
тактов

Материал


Δ
U
Р
,
В

Δ
U
ПЛ
,
В

Медь


0,12


0,43


Серебро


0,09


0,37


Вольфрам


0,40


1,10



1.2 Индивидуальные исходные данные


Индивидуальными исходные
данные для расчёта являются:



I
ДЛ



длительный ток аппарата, А;



U
Н



номинальное напряжение, В;



материал контакт
ов
.

Индивидуальные данные
определяются числом Т, в которое входят
вторая и третья цифра из
номер
а

студенческой группы
,

и
порядковы
м

ном
е
р
ом

N

студента в
списочном составе группы
.

I
ДЛ

=
20
·
Т
+N
·
5
.

Напряжение
U
Н

и материал контакт
ов

выбираются
в соответствии с
таблиц
ей

1.1.


Таблица 1.1
-

Н
оминальное напряжение

и материал контактов

Параметр

Последняя цифра
в
номер
е студента в списочном составе
группы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

материал
контакт
ов

медь

мета
л
локер
а
мика

медь

мета
л
локер
а
мика

медь

мета
л
локер
а
мика

медь

мета
л
локер
а
мика

медь

мета
л
локер
а
мика


Первая
цифра в номере студента в списочном составе группы


0

1

2

3

U
Н
, В

3000

1500

750

500


6


Примечание


для металлокерамических контактов расчет производить для
композиций МВ50 (дугогасительные контакты) и СОК15 (главные контакты)
.

Например, студент И.И. Иванов учится в гр.
НКту
-
4
11
, его номер по
списку 12, тогда индивидуальные исходные данные следующие:
I
ДЛ

 280 А;
U
Н

 1500 В;
материал контактов



металлокерами
ка.



7


2 Расчёт параметров контактного соединения


2.1 Порядок выполнения расчётов


Работоспособность контактных сое
динений в сильноточных электрич
е
ских цепях определяется, прежде всего, тепловыми процессами в них. Р
е
шающее значение при этом имеет соотношение между мощностью электр
и
ческих потерь на контактном сопротивлении в функционирующей контак
т
ной паре и мощностью т
еплорассеяния в окружающее пространство. Эскиз
линейного контактного соединения приведен на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1


Эскиз пары линейных Г
-
образных контакт
-
деталей


Уравнение баланса электрической и тепловой мощности, выделяемой и
рассеиваемой в
установившемся режиме, имеет вид

P
ДЛ

=I
2
ДЛ

·

r
К

=
α·
S
·

К
,

(2.1)

где

P
ДЛ

-

длительная мощность в установившемся режиме;

I
ДЛ

-

ток нагрузки контактного соединения;

r
К

-

электрическое переходное сопротивление контакта;



-

коэффициент теплорассеяния
контактной пары;

S

-

площадь поверхности теплорассеяния;


К

-

превышение температуры контактов над температурой окружа
ю
щего воздуха.

В реальных условиях эксплуатации некоторые из указанных физич
е
ских величин нестабильны. Так, например, значение
r
К

имеет те
нденцию к
повышению с течением времени с возрастанием температуры контактиру
ю
щих деталей и более интенсивным окислением соприкасающихся поверхн
о
стей.

Кроме того, неодинаковы условия теплорассеяния с разных поверхн
о
стей контактов, что обусловливает непостоя
нство значений коэффициента


.
Однако, в целях упрощения расчетов принимают значения сомножителей
приведенного выше уравнения постоянными.


8


Величина электрического сопротивления контакта
r
К

определяется с
и
лой нажатия контактов
F
К

и зависит также от материал
а контакт
-
деталей. Из
теории электроаппаратостроения известна следующая формула для опред
е
ления величины
r
К








(2
.2
)

где
ρ
К

-

коэффициент контактного сопротивления, зависящий от материала
контактной пары;


m
-

показатель степени,
определяющий зависимость контактного сопр
о
тивления от силы
F
К
.

В настоящей работе выб
и
ра
е
т
ся

значение
ρ
К

для пары медь


медь л
у
женая

(см. подраздел 1.1)
.

Величина показателя
m

зависит от геометрической формы рабочих п
о
верхностей контактов и принимает знач
ения
m

 1 для поверхностных (пл
о
скостных) контактов,
m

 0,7…0,8 для линейных и
m

 0,5 для точечных.

При определении площади теплорассеивающей поверхности
S

следует
учитывать особенности расположения контактной пары в конструкции апп
а
рата. Торцевые повер
хности
контакт
-
детал
ей воздухом почти не обдуваются,
так как они расположены с небольшими монтажными зазорами между изол
я
ционными пластинами либо стенками дугогасительной камеры, обладающ
и
ми низкой теплопроводностью.

Щель между контактными поверхностями в
замкнутом состоянии ко
н
тактора очень узка, и отвод тепла от этих поверхностей незначителен. П
о
этому в расчетах

обычно учитывают лишь площадь боковых поверхностей
контакт
-
детал
ей, пропорциональную их ширине
b
, являющейся длиной л
и
нии контакта.

В расчетах пр
инимаем

S = k
1

· b
,






(
2.
3)

где
k
1

-

коэффициент пропорциональности, зависящий от формы
контакт
-
детал
ей.

Исходя

из этих соображений, преобразуем уравнение баланса мощн
о
стей следующим образом



(
2.
4)

Далее делим обе части равенства на произведение
ρ
К

· b


(
2.
5)

Анализ величин, входящих в правую часть равенства, показал, что при
определенной токовой нагрузке они постоянны и характеризуют протекание
теплового процесса. Это выражение принято считать тепловой постоянной

9


контакта
А
К
. Она оценивает мощность потерь, кот
орые контакты аппарата
могут рассеивать в продолжительном режиме работы.

Постоянная
А
К

может быть выражена произведением плотности тока по
нажатию




(
2.6
)

и линейной плотности тока


(
2.7
)

причем показатель
m

принимают равным единице.

,
А
2
/Н·мм
.


(
2.8
)

Величины
А
К
, j
Л
, j
Н

нормируются для различных коммутирующих а
п
паратов, применяемых на электроподвижном составе
(см. подраздел 1.1)
.

Основываясь на заданном токе контактора

I
ДЛ

и выбранных з
начениях
j
Л
, j
Н

и
А
К
,

рассчитываем значения
b
, а затем
F
К
.


(2.9)

Далее производим расчет номинального значения сопротивления ко
н
такта
r
К

по известным величинам
ρ
К
, F
К
.

Рассчитанное значение
F
К

следует проверить на обеспечение надежной
работы контакта при токовых перегрузках. Для этого определяют ток, прох
о
дящий через контакты
I
Р
, при котором происходит размягчение материала,
начинается структурное изменение поверхностного слоя
контакт
-
детал
ей,
а
также ток плавления материала контактов
I
ПЛ
:


(
2.10
)


(
2.11
)

где Δ
U
Р

-

падение напряжения, при котором достигается температура размя
г
чения материала;


Δ
U
ПЛ

-

падение напряжения, при котором достигается температура пла
в
ления.

Данные по Δ
U
Р
,
Δ
U
ПЛ

и соответствующим температурам представлены
в
общих исходных данных к контрольной работе
.

При рабочих перегрузках ток через контактную пару может достигать

2


I
ДЛ
,
а при аварийных перегрузках


10


I
ДЛ
. В соответствии с этим должны
выполняться условия температурной устойчивости
:

I
Р

≥ 2


I
ДЛ
,





(
2.12
)


10


I
ПЛ

≥ 10


I
ДЛ
.




(
2.
1
3
)

При несоблюдении этих условий нажатие контактов следует увеличить.

В заключении
рассчитывают величину мощности, рассеиваемой на
контактах при протекании через ни
х

тока
I
ДЛ

(см. выражение 2.1)
.


2.2 Оформление
раздела


Раздел

«
Расчёт параметров контактного соединения
»

долж
е
н соде
р
жать:

1) эскиз пары линейных Г
-
образных контакт


детале
й;

2) расчет ширины контактов
b
. Полученное значение (в мм) следует
округлить до ближайшего большего целого числа;

3) расчет контактного нажатия
F
К
;

4) расчет электрического сопротивления контактов
r
К
;

5) расчет токов
I
Р

и
I
ПЛ

и проверка их по условиям термической усто
й
чивости;

6) расчет электрической мощности, рассеиваемой на контактах при
протекании тока, равного
I
ДЛ
.


2.3 Контрольные вопросы


1 Что измениться в расчетах определяемых в данном разделе параме
т
ров при замене мат
ериала контакт
-
деталей на серебро? На металлокерамику?

2 Что такое длительный ток контактора?

3 С какими упрощающими допущениями составлено уравнение бала
н
са тепловой и электрической энергии, выделяемой и рассеиваемой в зоне
контакта?


















11


3
Расчет пневматического привода


3.1 Порядок выполнения расчетов


Целью расчета является определение основных параметров исполн
и
тельного органа пневмопривода, который срабатывает под воздействием ра
с
порядительного органа по сигналам электрической цепи управ
ления, осущ
е
ствляя рабочие перемещение подвижной системы. В качестве распоряд
и
тельного органа обычно принимают электропневматические вентили вкл
ю
чающего и выключающего типов.

Вывод расчетных соотношений базируется на кинематической схеме
контактора (рисуно
к
3
.1).


Рисунок
3
.1


Кинематическая схема электропневматического контактора


Определяющими состояния подвижной системы усилиями являются:



F
В



сила движения сжатого воздуха, поступающего в цилиндр апп
а
рата;



Q
В

=
F
П1



сила отключающей пружины, размещенной в цилиндре;



Q
Т



сила трения поршня о внутренние стенки цилиндра;



F
К



сила реакции в точке касания силовых контактов, равная силе
нажатия контактов;



Q
П

=
F
П2



сила притирающей пружины;



G



вес подвижных

частей контактора, приложенный в центре тяж
е
сти системы.


12


В процессе включения контактора вследствие притирания его конта
к
тов сила
F
К

не сразу достигает рабочей величины. Процесс притирания ко
н
тактов проходит три этапа (рисунок
3
.2). На первом этапе (рису
нок
3
.2б) то
ч
ка контактного соприкосновения сначала занимает начальное положение
(точка Б, сила
F
К

определяется усилием предварительного сжатия прит
и
рающей пружины), на втором этапе


перемещается по зоне переката (сила
F
К

возрастает), на третьем этапе (ри
сунок
3
.2в)


занимает рабочее полож
е
ние (точка А, сила
F
К

достигает расчетного значения).



1


подвижный контакт; 2


неподвижный контакт;

3


контактодержатель; 4


притирающая пружина; 5


упор

Рисунок
3
.2


Притирание линейных контактов в процессе р
аботы


Рассматриваем кинематическую схему контактора в статическом п
о
ложении, в замкнутом состоянии контактов, когда процесс их притирания з
а
вершен. Из расчета силу сжатия притирающей пружины
F
П2

исключаем, так
как при окончательном замыкании контактов пол
ожение контактодержателя
фиксируется упором 5 (см. рисунки
3
.2а,
3
.2в), и сила
F
П2

становится вну
т
ренней силой рычага.

В целях упрощения не учитываем влияние сил трения в шарнирах ко
н
тактора ввиду незначительной величины.

Величина силы
F
Ш

передающейся в пр
оцессе перемещения со штока
поршня на подвижный рычаг, может быть определена как разность между
силой давления воздуха

F
В

и противодействующими ей
F
П1

и
Q
Т
.

F
Ш

=
F
В



F
П1



Q
Т
.




(3.1
)

Из условия равновесия подвижной системы сумма моментов сил отн
о
сительно общего шарнира должна быть равна нулю

F
Ш
·

l
П



G
·
l
Ц



F
К
·

l
К

= 0.


(3.
2)

Здесь
l
П
,
l
Ц

и
l
К

-

расстояния от шарнира до линии действия соответс
т
вующей силы (см. рисунок 2.1).

Разделив обе части равенства на плечо силы
F
Ш
, равное
l
П
, получим





(3.
3)


13


Таким образом, осуществляется приведение сил и моментов к линии
действия некоторой базовой силы, в данном случае
F
Ш
, совпадающей с осью
пневматического цилиндра.

Произведения

и

называются приведенными
значениями веса и нажатия контактов, причем коэффициент приведения, на
который должна умножаться величина приводимой силы, равен отношению
ее плеча к плечу базовой силы.

Отсюда

F
Ш



G
'



F
'
К

= 0.


(3.
4
)

Подставив в это равенство
выражение для величины

F
Ш
, получим

F
В



F
П
1



Q
Т



G
'



F
'
К

= 0.


(3.5
)

Вес подвижных частей контактора

G

зависит от его габаритов, которые
непосредственно связаны с рабочим током, а следовательно с контактным
нажатием
F
К
. Для расчета
приведенного веса подвижных частей
рекоменд
у
ется принять значение

G'

 0,1·
F
К
.


(3.6
)

Сила отключающей пружины

F
П1

в сжатом состоянии должна обесп
е
чить быстрое, за время 0,03...0,06 с, отключение контактора. Кроме того, при
аварийных режимах, например, при протекании токов короткого замыкания,
должно быть обеспечено размыкание взаимно приварившихся контакт
-
деталей. Это условие является определяющим п
ри расчете
F
П1
. Для его ре
а
лизации сила, разрывающая приварившиеся между собой контакты, должна
как минимум вдвое превышать силу их нажатия при включенном контакторе
F
'
К
. Также должна быть преодолена сила трения покоя

поршня о стенки ц
и
линдра
, превышающая
примерно в 1,5 раза силу
Q
Т

при движении. Способс
т
вует размыканию контактов однонаправленная с силой
F
П1

сила тяжести
G
'
.
Следовательно, расчетное значение силы
F
П1

может быть выражено равенс
т
вом

F
П1

=
2
·

F
'
К

+
1,5
·

Q
Т



G
'
.


(3.7
)

Отсюда

F
В
=
F
П1

+
Q
Т

+
G
'

+
F
'
К

=
2
·

F
'
К

+
1,5
·

Q
Т



G
'

+
F
'
К

+
Q
Т

+
G
'

=

=



F
'
К

 2,5·

Q
Т
.


(3.8
)

Силу давления сжатого воздуха на поршень
F
В

рассчитывают по ми
н
и
мально допустимому рабочему давлению воздуха в пневматической цепи

Р
МИН
, составляющему 75 % номинального давления

Р
Н
=
5 кгс/см
2

= 5
·
10
5

Па
используя соотношение




(3.9
)

где

S
В

и
d
В

-

площадь и диаметр поршня воздушного цилиндра соответстве
н
но.


14


Сила трения поршня о стенки цилиндра
Q
Т

линейно зависит от его
диаметра
d
В
. Ее величину определяют по
эмпирической формуле

Q
Т

=
5
·
10
3

·
d
В
.





(3.10
)

Если
d
В

выразить в м, то
Q
Т

получится в Н.

Для определения приведенной силы нажатия контактов

F'
К

можно

пр
и
нять типичное для контакторов соотношение плеч

l
К

/
l
П

= 1,2.

F'
К

=1,2
·
F
К
.





(3.11
)

Далее на
основе выражения для

F
В
, приведенного выше, составляем
квадратное уравнение относительно неизвестного
d
В

вида
ax
2

+
bx
+
с

= 0
. Его
решение с учетом ранее рассчитанного значения
F
К

дает возможность опр
е
делить диаметр поршня
d
В
, а затем силу давления
воздуха, как при мин
и
мальном, так и при номинальном давлении сжатого воздуха в магистрали.

Ход поршня в процессе включения контактора
h
Х

зависит от зазора
контактов
h
Р

и величины провала
h
П
.

Провал
h
П

равен расстоянию, на которое
перемещается подвижный кон
такт при устранении неподвижного в их зам
к
нутом состоянии, и характеризует дополнительное перемещение рычажной
системы контактора после первоначального касания контакт
-
деталей между
собой.

Контактный зазор однозначно определяется номинальным рабочим н
а
пряж
ением контактора

h
Р

= 10
-
5
·
U
Н
.





(3.12
)

Если
U
Н

выражено в
вольтах
, то
h
Р

получается в м
етрах
.

Величина провала контактов
h
П

может быть принята усредненной для
электропневматических контакторов и равной 10
-
2

м.

Тогда с учетом принятого ранее соотношения

между

l
П

и
l
К

ход поршня
h
Х

приближенно можно рассчитать по формуле



(3.13
)

В выключенном состоянии контактора отключающая пружина имеет
начальное натяжение

F
'
П1

за счет ее сжатия при сборке аппарата на величину
h
0
. Количественно

F'
П1

=
h
0

·
Ж
,




(3.14
)

где
Ж

-

жесткость пружины, определяемая усилием, требующимся для ее
сжатия на единицу длины.

Обычно значения
h
0

и
h
Х

близки между собой и могут быть приравн
е
ны в расчете, тогда





(3.15
)

Максимальная величина силы
F
Ш
, создающей напряжение сжатия в м
а
териале штока, может быть установлена при условии

Р

= 1,5
·

Р
Н

и начальном
натяжении отключающей пружины
F'
П1


15


(
F
Ш
)
MAX

= 1,5
·

Р
Н
·



F'
П1



Q
Т
.

(3.16
)


3
.2 Оформление
раздела


Раздел

«Расчет пневматического привода индивидуального электро
п
невматического контактора» долж
е
н содержать:

1) кинематическую схему электропневматического контактора с об
о
значением действующих сил во включенном состоянии и соответствующим
им плеч;

2) вывод расчетного уравнения и определение диаметра поршня
d
В
;

3) расчет приведенной силы контактного нажатия
F'
К
;

4) расчет приведенного веса подвижных частей
G'
;

5) расчет силы давления воздуха на поршень
F
В

при минимальном и
номинальном давлении сжато
го воздуха;

6) расчет силы трения поршня
Q
Т
;

7) расчет силы отключающей пружины
F
П1

в конечном (сжатом) с
о
стоянии;

8) расчет зазора контакторов
h
Р
;

9) расчет хода поршня при включении аппарата
h
Х
;

10) расчет жесткости отключающей пружины Ж;

11) расчет нача
льного натяжения отключающей пружины
F'
П1
;

12) расчет максимального значения силы сжатия штока (
F
Ш
)
MAX
.


3
.3 Контрольные вопросы


1 Каково соотношение действующих и противодействующих усилий в
подвижной системе контактора при его включении? Составьте соотв
етс
т
вующее уравнение сил.

2 Какие факторы влияют на быстродействие электропневматического
контактора?

3 В чем состоит назначение притирающего механизма и его констру
к
тивное исполнение?











16


4

Расчет дугогасительного устройства


4
.1 Порядок выполнения
расчетов


В настояще
м

проекте

предусматривается применение системы дугог
а
шения электромагнитного типа с последовательным включением дугогас
и
тельной катушки в коммутируемую электрическую цепь и дугогасительной
камеры щелевой конструкции.

В процессе гашения
дуга отключения растягивается до конечной длины

l
ДК
, величина которой может быть ориентировочно определена по эмпирич
е
ской формуле





(4.1
)

где
U
Н

-

номинальное напряжение аппарата, значение которого выбирают из
таблицы
1.1
;

I
Р

-

расчетная величина разрываемого тока, принимаемая равной

2
·
I
ДЛ
.

При применении щелевой камеры разрыв максимального тока сопр
о
вождается выходом дуги за пределы камеры на 0,1...0,2 м. С учетом этого
требуемую для размещения дуги площадь боковой поверхности к
амеры при
типичном для

контакторов соотношении ее сторон 1
:

2 определяют как


(4.2
)

где
k
ИП

-

коэффициент использования пространства, который зависит от типа


дугогасительной камеры; для щелевой камеры принимают
k
ИП

= 0,8.

Площадь
полюса S
П
, обеспечивающего направление и усиление дейс
т
вующего магнитного потока, составляет приблизительно 0,6·S
К
.

Величина воздушного зазора

l
В

в магнитной системе камеры равна ра
с
стоянию между полюсами и зависит от ранее рассчитанной ширины конта
к
та, а
также от величины монтажного зазора между стенкой камеры и конта
к
том


b
З

и от толщины стенки
b
С

l
В

= (
b
+

2

·
b
З

+
2

·
b
С

)

·10
-
3
.

(4.
3)

Рекомендуется для расчета принять

b
З

 2 мм,

b
С

 10 мм.

Типичная конфигурация магнитной системы дугогасительной

камеры
показана на рисунке
4
.
1.

Дугогасительная к
атушка
5

(см. рисунок
4.
1) имеет стальной серде
ч
ник
4
, охваченный стальными полюсами (щеками)

камеры 2
, которые неп
о
средственно подводят поток к зоне дугогашения
, ограниченной стенками
камеры 1
. Обычно в
дугогасительной
камере закрепляют один из рогов,
как
правило

нижний

8
, который электрически надежно соединяют с подвижным
контактом
7
.
Верхний рог закреплен на стойке контактора и электрически
связан с неподвижным контактом 6.
Дуга, возникшая между контакт
ами
6

и
7
, в дальнейшем под воздействием
электромагнитной
силы перебрасывается
на рога
3

и
8

и растягивается на них
до достижения длины
l
ДК
.


17



Рисунок
4
.
1


Эскиз конструкции магнитной системы

дугогасительной

камеры


Параметры дугогасительной

катушки определяют по заданной средней
магнитной индукции В
С

в зоне полюсов, величина которой влияет на эле
к
тромагнитную силу, воздействующую на дугу отключения. Уменьшение ее
снижает эффективность дугогашения, повышает время горения дуги, а ув
е
личение пр
иводит к росту коммутационных перенапряжений. Опыт конс
т
руирования и эксплуатации показал, что величина В
С

 0,01...0,02 Тл обесп
е
чивает приемлемое время гашения дуги в пределах 0,05…0,1 с и сравнител
ь
но невысокие перенапряжения на расходящихся контактах а
ппарата. Примем
В
С

 0,01 Тл, что характерно для аппаратов оперативной коммутации.

Величина магнитного потока в зоне полюсов

определяется перекрыт
и
ем площадью полюса камеры площади сердечника катушки, равным 60 %

Ф
П

=
В
С

·

S
П
= 0,6

·

S
К

·

В
С
,



(4.4
)

а в
сердечнике катушки

Ф
К

 Ф
П

·

δ
.





(4.5
)

Коэффициент магнитного рассеяния
δ

зависит от формы магнитопр
о
вода

дугогасительной катушки

/
6
/
, для разомкнутого нешихтованного магн
и
топровода (см. рисунок
4
.1)
δ

= 4...6
.

При расчетной индукции

В
С

магнитное сопротивление стали магнит
о
провода пренебрежимо мало по сравнению с магнитным сопротивлением з
а
зора между полюсами, что позволяет считать магнитное сопротивление в ц
е
пи сосредоточенным на воздушном зазоре.

Тогда


18






(4.6
)

гд
е µ
0

-

магнитная проницаемость воздуха, равная 4π·10
-
7

Гн/м;

(
AW
)
К

-

намагничивающая сила дугогасительной катушки, А;

Н

-

напряженность магнитного поля, А/м.

По рассчитанному значению (
AW
)
К

определяют количество витков дугогас
и
тельной катушки



(4.7
)

Здесь коэффициентом 0,5 учитываем, что индукция

В
С

должна обесп
е
чиваться при среднем значении разрываемого тока в цепи, изменяющегося в
процессе дугогашения от

I
ДЛ

до 0.

Полученное значение
W
К

округляем до ближайшего большего
целого
числа.

Дугогасительную катушку изготавливают из медной шины, намота
н
ной на узкое ребро. Поперечное сечение шины выбирают по допустимой
плотности тока

j
Ш
, зависящей от толщины применяемой шины. Чем толще
шина, тем хуже условия ее охлаждения и тем мен
ьше
j
Ш
. Так, например, при
толщине шины

b
Ш

= 1

мм принимают

j
Ш

= 9

А/мм
2
, а при
b
Ш

 8 мм снижают
допустимую плотность до
j
Ш

 3,6 А/мм
2
. Средним значением для шин то
л
щиной 2…4 мм является

j
Ш

 6 А/мм
2
, что и принимаем для настоящего ра
с
чета. Минимальное
поперечное сечение шины

S
ШМ

определяют по

j
Ш

и
I
ДЛ






(4.8
)

Затем выбираем стандартную шину, у которой величина поперечного
сечения
S
Ш

наиболее близка к

S
ШМ

и
S
Ш

S
ШМ
.

Фактическое поперечное сечение шины

S
Ш

=
h
Ш
·
b
Ш
,

(4.9
)

где
h
Ш

-

высота шины, которая выбирается из значений стандартного ряда:
16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50 мм;


b
Ш

-

толщина шины, выбирается из значений стандартного ряда: 2,0; 2,5;
3,0; 4,0 мм.

Существенная роль в повышении эффективности дугогашен
ия прина
д
лежит дугогасительным рогам, которые выполняют расходящимися в зоне
контактов. По рабочей поверхности рогов перемещаются опорные точки дуги
отключения при ее удлинении, что способствует рассеянию части энергии,
выделяемой дугой

и снижению пагубног
о воздействия дуги на контакты
.

Развернутая длина

l
Р

дуг
ог
асительных рогов зависит от номинального
напряжения аппарата, а площадь их поперечного сечения

S
Р

от номинального
тока. Выбор значений

l
Р

и
S
Р

производится с помощью графиков
зависим
о
стей
l
Р

(
U
Н
) и
S
Р

(
I
ДЛ
)

(рисунки
4
.2

и
4
.
3).


19


Площадь поперечного сечения сердечника дугогасительной катушки
S
С

должна быть достаточна для предотвращения состояния насыщения стали,
чтобы сохранить линейную зависимость между магнитным потоком и со
з
дающим его током в
широком диапазоне токовых нагрузок, вплоть до


I
Р

= 2
·
I
ДЛ
. Тогда расчетное значение магнитного потока

Ф
КР

составит

Ф
К
Р

= 2
·
Ф
П
·
δ
.

(4.10
)

Индукция насыщения стали

В
Н

составляет ориентировочно
В
Н

 0,2 Тл
.

Отсюда значение

S
С


(4.11
)



Рисунок
4
.2
-

График зависимостей
l
Р

(
U
Н
)



Рисунок
4
.3
-

График зависимостей
S
Р

(
I
ДЛ
)




20


4
.2 Оформление
раздела


Раздел

«Расчёт дугогасительного устройства индивидуального эле
к
тропневматического контактора» долж
е
н содержать:

1) эскиз конструкции дугогасительной системы контактора;

2) расчет конечной длины дуги отключения
l
ДК
;

3) расчет площади полюса магнитной системы
S
П
;

4) расчет расстояния между полюсами (воздушного зазора)
l
В
;

5) расчет магнитного потока в зоне полюсов Ф
П
;

6) расчет количества витков дугогасительной катушки
W
К
;

7) выбор высоты
h
Ш

и толщины
b
Ш

шины катушки;

8) выбор длины
l
Р

и площади поперечного сечения
S
Р

дугогасительных
рогов;

9) расчет площади поперечного сечения сердечника дугогасительной
катушки
S
С
.


4
.3 Контрольные вопросы


1 Какое назначение отдельных элементов дугогасительной системы
контактора (полюсов, рогов и катушки)?

2 Как определить величину и направление силы магнитного дутья, во
з
действующей на электрическую дугу?

3 Почему в дугогасительной си
стеме контактора применяют нешихт
о
ванный магнитопровод?

4 От каких факторов зависит величина перенапряжений, возникающих
при обрыве цепи тока между размыкающими контактами?





21


Список использованных источников


1. Плакс А.В. Системы управления ЭПС. М.:
Маршрут, 2005.


360 с.


http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=35812

2.
Усов В.А., Фролов Н.О., Заикин С.Н. Проектирование электрообор
у
дования
электровоза постоянного тока: методические рекомендации по в
ы
полнению комплексного курсового проекта.


Екатеринбург, 2013.


42 с.

http://biblioserver.usurt.ru/cgi
-
bin/irbis64r_91/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=UMM&P21DBN=UMM
&Z21ID=&Image_file_name=umm%5Cumm_5885.pdf&IMAGE_FILE_DOWN
LOAD=1
































22


Приложение А


Образец оформления листа с заданием на
расчетно
-
графическую

работу



Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения



Кафедра «Электрическая тяга»


Задание

на
расчетно
-
графическую работу


«
Расчет инд
ивидуального

э
лектропневматического контактора
»


по дисциплин
е

«
Тяговые
электрические
аппараты
»
,


выполняемую студентом
_____________ _________________________

(
группа
)

(фамилия, инициалы)


1.
Тип ТЭА



Электропневматический контактор силовых цепей п
о
стоянного тока

2. Номинальное напряжение

U
Н

=
__________

В.

3. Длительный ток
I
ДЛ

=
__________

А.

4. Материал контактов

________________________________________

__________________________________________________________________

5
. Коэффициент контактного
сопротивления:


ρ
К

=


____________
Ом·Н

6
. Величины тепловой постоянной и удельных плотностей тока
контакта

j
Л
, А/мм

j
Н
, А/мм

А
К
, А
2
/Н·мм





7
.
Падения напряжения размягчения, п
лавления и сваривания
контактов

Материал

Δ
U
Р
,
В

Δ
U
ПЛ
,
В










Руководитель работы: _____________ ____________
____

________________

(должность)

(фамилия, инициалы)

(подпись, дата)



23


Николай Олегович Фролов











РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО

ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОНТАКТОРА


Методические рекомендации по выполнению расчетно
-
графической работы по дисциплине
«
Тяговые электрические апп
а
раты
»

для студентов
направления подготовки

190100.62


«Назе
м
ные транспортно
-
технологические комплексы» всех форм обучения













Редактор
С.
В
.
Пилюгина




Подписано в печать


. Формат 60
x
40
/16

Бумага офсетная. Усл. печ. л.
3,1

Тираж 100 экз. Заказ №



Издательство УрГУПС

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66



Приложенные файлы

  • pdf 1696902
    Размер файла: 706 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий