PROIECT EE-echipamente Electrice

Calculul contactorului de curent alternativ trifazat cu miscare de translatie

Parametrii Nominali:

Curentul nominal [A] = 12 A

Tensiunea nominal [V] = 380 V Tensiunea de serviciu [V] = 220 V Durata de conectare (de acionare) [%] = 30 % Frecvena de conectare [c/h] = 400 c/h Frecvena reelei f = 50 [Hz] Distanta intrefierului = 6,5*10^-3 m = 46 m/s Mediul de lucru Poziia de funcionareContinutul detaliat al proiectului1. Calcului cinematic 1.1 Calculul forelor rezistente

- Fora specific n [N/A], att pentru contactele principale , ct i pentru contactele auxiliare , se alege din figura 2. = 9,3 * 10^-2 N/A

= 8,3 * 10^-2 N/A- Alegerea preliminar a mesei armturii mobile

Se alege prin comparaie cu greutile armturilor mobile ale modelelor existente, aa cum rezult din figura 3 (=f(),kg.). Ga = 0,11 kg

Alegerea cursei libere a contactelor i a cursei n contact :Se alege prin comparaie cu modelele existente, aa cum se vede n figura 4.

e = + = [m] = 5,3 * 10^-3 m ec = 2,2 * 10^-3 m; el = 3,1 * 10^-3 m

reprezint cursa maxim a electromagnetului de acionare, aa cum rezult din figura 1. Alegerea vitezei de deplasare a contactelor La alegerea vitezei de deplasare a contactelor se are n vedere eficacitatea stingerii arcului electric adoptndu-se n funcie de curentul nominal al contactorului electromagnetic. Fig.5n figura 5 este reprezentata diagrama:

v = f() []v = 39 * 10^-2 m/s Calculul forelor de frecare

Se calculeaz n funcie de masa armturii mobile :

[Kg] = 0,20 * Ga = 0,20 * 0,11 = 0,022 kg Calculul forei rezistente datorat contactelor principale

; unde [N]Cifra 6 provine din faptul c sunt ase locuri de rupere.Fcp = 6 * 9,3* 10^-2 * 12 = 6,696 N Calculul forei rezistente datorat contactelor auxiliare

= 2*2* 0.124 = 0,496 [N] ; unde = 8,3 * 10^-2 * 1,5 = 0,124 [N]a numrul de perechi de contacte.n general a=2. Calculul forei rezistente a resortului antagonist

= 3.395 N Fora iniial de precomprimare a resortului antagonist

[N]= 0,6 * Fr = 2.037 N Fora iniial de precomprimare n contacte

= (0.50.7) [N]= 0,6 * Fcp = 4.017 N

= (0.50.7) [N]= 0,6 * Fca = 0,297 N Trasarea diagramei forelor rezistente Fig.6Se va produce la o nsumare a tuturor forelor rezistente Se va trasa diagramacalculate mai sus. Este de preferat a se face o nsumare forelor rezistente

pe cale grafic (hrtie milimetric) obinndu-se astfel = f ()

diagrama = f (), aa cum se vede n figura 6.

Stabilirea datelor nominale ale electromagnetului de acionare

= 220 V

= + = 5,3 * 10^-3 m

- Fora portant minim (fore n poziia nchis) = Ga*g +Ff*g+Fr(0)+Fcp(0)+Fca = 11.72 N

- Fora de acionare minim (fora n poziia deschis) = Ga*g+Ff*g+Fr()-Fca = 6.25 N

[%] Durata de conectare (egal cu a contactorului electromagnetic) = 30 %

[] Frecvena de conectare (egal cu a contactorului) = 400 c/hCalculul electromagnetului de acionare Calculul preliminar Fora minim de calcul

= 1.05 = 12.306 N Alegerea induciei magnetice n zona neecranat Inducia n zona neecranat

[] = 1,2 [], se alege n funcie de , din figura 7. Alegerea rapoartelor K.m.n. [3] pag. 218-230

K = cos 45 grade(0.707) = , m = =2, n = = n=2 Calculul ariei neecranat [3] pag. 218-230

[m] =613,10*10^-7

C = = =17.57 [N]

C = 2(1+m+-)= 1.19

=

= 1.66

tg =

tg =0.50

= 1+kc1=9.42 Calculul ariei ecranate

= m [m]= 1.22*10^-4 Calculul ariei coloanei centrale

= n() [m]= 6.12*10^-41.1.1. Determinarea dimensiunilor circuitului magnetic

b = = [m] = 1.1*10^-2

a = = [m] = 0.61*10^-4+1.22*10^-4/1.1*10^-2=1.66*10^-2

A = = 3.06*10^-4

= a1=0.003*10^-2

= a2=0.007

Calculul numrului de tole Fig.9

=

=41.58

- grosimea tolei protectoare

- grosimea unei tole

- factorul de mpachetare al tolelor (se alege din figura 9)=0.99

1.1.2. Calculul induciei magnetice n fier

= =0.47 [] ; = =0.3[] 1.1.3. Calculul numrului de spire ale bobinei

N = = = spire 2678

Unde = 2=2.88*10^-4

=1.44*10^-4 [Wb]

=0.73*10^-4 [Wb]

=0.84*1.22=1.02*10^-4 [Wb]

Datele calculate se vor trece n urmtorul model de tabel:

ZONA[ Wb ]Af[ m2 ]Afdef[ m2 ][ T ]H[ A/m ][ H/m ]

Jug + coloane laterale1.44*10^-43.036.06=0.471200.005

Coloana centrala2.88*10^-412.3324.66=0.3600.005

Din fig. 9 se alege H intensitatea cmpului magnetic x

Alegerea lui (ntre fier coloane laterale) i (ntre fier coloan central) n poziie nchis :

Se aleg din figura 10. Valorile respective rezult din prelucrrile tehnologice. n valoarea lui intr i n trafierul parazitar, necesar pentru a se evita saturaia circuitului magnetic.1.2. Proiectarea electromagnetului pe baza elementelor standardizate (normalizate) :1.2.1. Dimensionarea bobinei Calculul curentului de magnetizare

=0.042[A]=42 [mA] Calculul reductanei echivalente preliminare

= 580496 [] Determinarea dimensiunilor bobinei Alegerea densitii de curent

j = (12.5) =1.3 Seciunea conductorului

= 0.032 Diametrul neizolat al conductorului

d = 2 =0.2Se alege diametrul normalizat din tabelul 1 Tabelul 1 Factorul de umplere real al bobinei

=0.49

- factor de corecie experimental =0.64

- factor de umplere ideal =0.76

pentru conductoare aezate n rnduri

pentru conductoare aezate n ah

; ;

Notaiile respective se vd n figura 12. Fig. 12Pentru un calcul preliminar, valorile pentru

i se pot lua din figura 13. Fig1 13 Seciunea bobinei

=174.88 =>gb=8.36

nlimea ferestrei

=32.15 unde :

=8.36+2+2.5=12.86

- grosimea carcasei bobinei =2mm

=20.9+2*2+0.7=25.6 nlimea bobinei

=2.5*8.36=20.9 Calculul rezistenei electrice a bobinei

=0.0173*10^-6*74.28*10^-3*2678/0.032=107.5Dup calculul tuturor dimensiunilor se deseneaz circuitul magnetic cu bobina (ca n figura 14). Fig. 14 Calculul exact al reluctanei echivalente i al curentului de magnetizareDup stabilirea definitiv a dimensiunilor circuitului magnetic i ale bobinei (fig.14) se poate calcula exact curentul de magnetizare.

Pentru aceasta se recalculeaz reluctana echivalent pe baza schemei echivalente n poziia nchis.n poziia nchis se pot neglija reluctanele de scpri fr a face o eroare prea mare.n acest caz schema echivalent rezult ca n figura 22. Fig. 22

=448067.6 =0.002*10^8=0.001*10^8

=0.04*10^-3 =0.18*10^-3

=250000

=99033.8

=0.002*10^8; =0.001*10^8

= 41967,2 ; = 80000 ; = 34133.3

= h = 25,6 * 10^-3 m; = 2(2c+)+a = 0,12 m ; = 2h = 51,2 * 10^-3

=0.041.2.2. Dimensionarea spirei ecran Calculul rezistenei electrice a spirei

=120.26*10^-5 pag.221 Tensiunea electromotoare indus n spir

=320.28*10^-4 Puterea disipat n spir (pierderile n spire ecran)

=13.31

grosimea spirei n scurt circuit

=0.08*1.66*10^-2=1.32 lungimea spirei

=56.2 nlimea spirei

; =0.8*10^-3=0.024*10^-6

Dimensiunile i rezult din figura 11 Fig. 11

- rezistivitatea materialului spirei ( sau )

- se ia n general 120C2.2.3. Calculul curentului total absorbit

=0.12 [3] pag. 231unde:

=0.04, curentul de magnetizare ,iar

=0.12, este curentul de pierderi Calculul pierderilor n fier

=0.45

=1.05- pierderile specifice n fier (se iau din curba din figura 9) [W/Kg] Fig. 9

=0.43- greutatea fierului [Kg]

Se verific dac este mult mai mare dect , n care caz se recalculeaz diametrul srmei bobinei.1.3. Calculul de verificare al electromagnetului1.3.1. Verificarea forei dezvoltate n poziia nchis

=20.75 [N]

128.60

=107.85

=1.66 Verificarea condiiei tehnice n poziia nchis

14.99>11.72 [N]1.3.2. Verificarea forei n poziia deschis

[N]

Trasarea caracteristicii forei n poziia deschis

Pentru trasarea caracteristicii forei n poziia deschis se vor trasa caracteristicile:

1.

2.

folosindu-se relaiile: 1. si W=

2.

unde este reluctana echivalent calculat pentru fiecare n parte conform schemei echivalente n poziia deschis (vezi Anexa 2). Anexa 2

= 448067.6

=107.5I = Us/Rb= 2.04A

25 =25 =1A

Practic se procedeaz ca n figura 24. Se traseaz curba 1 pentru valorile curentului absorbit de bobin ntre valoarea i valoarea pentru care , dar nu mai mult dect 25 I (se neglijeaz componenta a curentului total).

Completarea cu date a urmtorului model de tabel pentru reprezentarea caracteristicii :

TABELUL 6

Curentul IA0,20,40,60,81

V21.54364.586107.5

V218.94215.75210.33202.49191.94

Wb0,0003670,000360.000350,000330,00032

Se va compara n final caracteristica activ determinat cu caracteristica rezistent a contactorului si se vor trage concluziile corespunztoare.1.3.3. Verificarea la nclzire a bobinei nclzirea bobinei se determin cu relaia:

=26.3+82.99=109.29, unde : reprezint nclzirea la suprafaa exterioar a bobinei.=82.99

S=0.001 =26.3 reprezint cderea de temperatur pe bobin

=0.34 A

- timpul de acionare

- curentul de pornire (se determin din familia de curbe pentru ) =1

- timpul de funcionare

=0.02 [s]

- curentul de acionare, care se ia egal cu =0.12

- durata regimului tranzitoriu 0.01 s

=3600/400=9, durata unui ciclu

Curentul echivalent , se calculeaza folosindu-se simplificrile din figura 1. Fig. 15

- coeficientul global de cedare a cldurii prin convecie i radiaie la suprafaa bobinei.

=11Conductivitatea termic echivalent a bobinei

=0.179, unde:

- coeficientul de transmisie prin conducie a izolaiei = (0,230,29) ; =0.26d diametrul conductorului=0.17*10^-3

- grosimea izolaiei =0,148 * 10^-3 = 0,27 * 10^-3 m ; = 0,62

- pierderile specifice n unitate de volum=1.89*10^6P=36.55

= (+2)/2 = 2.005*10^-3

= / 2 = 10.36*10^-3

=2gb+a0+2gc=20.73*10^-3

Verificarea condiiei tehnice la nclzire

(A) =150 C supra temperatura admisibil a clasei de izolaie respectiv. Anexa nr.32. Calculul cilor de curent2.1. Calculul de dimensionareDimensionarea bornelor se face n general dup criterii constructive. [1] ,pag. 309Dimensiunile respective se pot alege din tabele 2, tabele 3 i figura 16. Fig.16 Determinarea seciunii minime a cii de curent

= 2 ; j=2 3.2.1. Verificarea nclzirii n regim nominal

=2.90; =30=3.22

= 15 * 10^-8 m

= 5.8 * 10^-3 grd^-1

coeficientul global de cedare a cldurii care se poate lua din tabelul 4.

Verificarea la nclzire a contactelor Constanta resortului

=650.32

- reprezint fora de apsare n contact (pe un contact)=6.696 N

- fora resortului precomprimat

- curea n contact = 3.1*10^-3

=0.7*6.696= 4.68 Nn continuare se obine fora redus:

=5.72 ,unde U reprezint uzura contactelor i care se pot alege din tabelul prezentat mai jos:

U=1.5*10^-3

UZURA ADMIS PENTRU CONTACTE

Curentul nominal I, AA10 1625 4063 100100 250400 630

Grosimea unui contact gmm2,5 33 44 55 66 7

Uzura totala (a ambelor contacte) nmm1,3 21,5 2,72 3,32,5 43 4,7

nclzirea punctului de contact

= = 4*0.01= 0.04

Pentru a se ine cont de nclzirile suplimentare datorate bornelor de racord i contactelor vecine, valoarea obinut pentru se majoreaz de 4 ori, calculul fiind astfel acoperitor.

- cderea de tensiune pe contact [mV]= 1.5L cifra Lorenz= 2.4*10^-8

T constanta de timp termic ()Rezistena electric a contactului

= 0.879*10^-4 []

= 0.703*10^-4

= 5.72

Unde reprezint pentru materialul (aliajul) din care sunt realizate pastilele de contact [3] pag. 262-265 (Supra temperatura contactului adimisibil se va alege din anexa nr.3).

Valorile pentru c, m si e n S.I. : Materialul Cme

Argint 0,842 x 10-40,62,25 x 10-4

Cupru 10,935 x 10-40,62,48 x 10-4

Aluminiu1,342 x 10-40,61,35 x 10-4

Sintetizat Cu-W 11,972 x 10-40,612,60 x 10-4

Cupru cositorit 0,596 x 10-40,60,225 x 10-4

Cupru argintat 0,918 x 10-40,62,25 x 10-4

Pentru verificarea la nclzire a contactelor se mai poate folosi relaia lui Wiedemann-Franz-Lorenz, care este mai exact:

; = 10.54*10^-4

= 292.23 K

= 292.22 K

=3.22

Verificarea condiiei tehnice n regim nominal= 7.16 F= 5.72H = 5/2 * 10^8 = 2,5 * 10^8Duritatea H a contactului este de aceeai natur cu duritatea Brinell, dar difer de aceasta. n prim aproximaie se poate considera egal cu duritatea Brinell, dar Holm arat c duritatea este o funcie de temperatua contactului i de durata exercitrii forei de apsare. n tabelele de mai jos sunt date valori pentru duritatea Holm, care poate fi utilizat n calculul contactelor electrice.

Duritatea H []

Materialul Duritatea H [Pa]

Cositor0,5 x 108

Argint 5 x 108

Cupru5,5 x 108

Sinterizat Cu-W28 x 108

Aluminiu 3 x 108

n calculul rezistenei electrice a contactelor s-a convenit s se considere rezistivitatea materialului de baz i duritatea materialului de protecie.Deoarece n cazul curentului de scurt circuit limit, procesul de nclzire duce la topirea stratului protector al pastilei de contact, duritatea fiind nul n momentul topirii, fapt pentru care se reduce n jumtate valoarea duritii luat din tabelul prezentat mai sus.3. Calculul camerei de stingere3.1. Calculul numrului de plcueStingerea arcului electric are loc n camere prin efect electrod, utilizate la contractoare electromagnetice de curent alternativ.Calculul numrului de plcue se face dup formula:

n= 7.18

- tensiunea de calcul

= 617.14 V

Se admite ca la scurtcircuit trifazat =10*12= 120 i factorul de oscilaie al tensiunii de restabilire =1.33

= 1.41*380=535.8- tensiunea de linie la bornele contactelor principale, egal cu valoarea amplitudinii.

- tensiunea de arc care revine unui interval dintre dou plcue i se ia din

figura 17. = 110 V

- factorul de neuniformitate al repartizrii tensiunii electrice pe diferite intervale ()= 1.28n cazul acestui tip de contactor electromagnetic proiectat pe fiecare faz exist dou locuri de rupere a arcului electric, fapt pentru care se mparte numrului de plcue rezultat pe cele dou locuri de rupere.3.2. Dimensionarea unei plcue Diametrul coloanei de arc electric

= 1.11

J densitatea de curent 120140= 123 -limea fantei:

;

= 1.09 =120 A-nlimea minim a plcuei, deasupra contactului:

= 0.024

= 2.4 m/s ,din diagrama din figura 18.

= 0.01 s

Punnd condiia ca arcul electric s se sting singur nainte de a iei din camer, adic ntr-o jumtate de perioad (sec), rezult nlimea minim a plcuei contactului.-grosimea plcuei

= 2.8 mm.

-limea plcuei , rezult constructiv adugnd la limea contactului un joc de 410 mm.

= 10+ 5=15 [mm]

= 10 - limea contactuluiPlcuele de stingere pot s aib diverse forme. Cele mai uzuale sunt cele din figura 19.