CJ12,4003交流接觸器電磁系統(tǒng)設(shè)計

1、1概述接觸器是一種通用性很強的自動式開關(guān)電器，是電力拖動和自動控制系統(tǒng)中一種重要 的低壓電器。它可以頻繁地接通和斷開交、直流主電路和大容量控制電路。它具有欠壓釋 放保護和零壓保護接觸器按通過其觸點的電流種類不同可分為交流接觸器和直流接觸器。當交流接觸器的電磁線圈接通電源時，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生足以克服彈 簧反作用力的吸力，將動鐵心向下吸合，使常開主觸頭和常開輔助觸頭閉合，常閉輔助觸 頭斷開。主觸頭將主電路接通，輔助觸頭則接通或分斷與之相聯(lián)的控制電路。當接觸器線 圈斷電時，靜鐵心吸力消失，動鐵心在反作用彈簧力的作用下復(fù)位，各觸頭也隨之復(fù)位.交流接觸器的鐵心和銜鐵由U型硅鋼片疊壓而成，防

2、止渦流和過熱，鐵心上還裝有短 路環(huán)防止震動和噪音。接觸器的觸點分主觸點和輔助觸點，主觸點通常有三對，用于通斷 主電路，輔助觸點通常有兩開兩閉，用在控制電路中起電氣自鎖和互鎖等作用。當接觸器 的動靜觸點分開時，會產(chǎn)生空氣放電，即“電弧”，由于電弧的溫度高達3000c或更高，會導致觸點被嚴重燒灼，縮短了電器的壽命，給電氣設(shè)備的運行安全和人身安全等都造成 了極大的威脅，因此，我們必須采取有效方法，盡可能消滅電弧。CJ12-400/3系列交流接觸器主要用于冶金。 軋鋼等企業(yè)及起重機等電氣設(shè)備中。 它使 用于交流50Hz=額定工彳電壓至380V。電流至600A的電力系統(tǒng)中,供遠距離接通和分斷 電路之用，

3、并適宜于頻繁地起動。分斷交流電動機之用。使用環(huán)境條件：安裝地點的海拔不超過 2000ml周圍空氣溫度：-5C-+40C, 24小 時的平均值不超過+ 35Co大氣相對濕度在周圍空氣溫度為+ 40c時不超過50%,在較低 的溫度下可允許有較高相對濕度；安裝類別為：田類。污染等級： 3級。安裝條件：安裝 面與垂直面傾斜度不大于土 5° :沖擊振動：產(chǎn)品應(yīng)安裝和使用在無顯著搖動、沖擊和振 動的地方。結(jié)構(gòu)特點：CJ12系統(tǒng)交流接觸器為開啟式，其結(jié)構(gòu)為條架平面布置電磁系統(tǒng)居右，主 觸頭居中，輔助觸頭居左，并裝有可轉(zhuǎn)動的停檔，整個布置便于監(jiān)視和維修。接觸器的磁 系統(tǒng)由“U'型動靜鐵心及線

4、圈組成，動靜鐵心均裝有緩沖裝置，從而提高了產(chǎn)品壽命。2產(chǎn)品的反力特性吸力特性和反力特性的合理配合可以提高接觸器的壽命。接觸器的動作電壓為 85%110%N。接觸器電磁鐵的反力特性是指反力F對電磁鐵銜鐵行程 小的關(guān)系。即F=f（?。?其中電磁鐵的反力有釋放彈簧力，觸頭彈簧力，以及運動的重力組成，又因為運動部分的重 力與反力相比，相對比較小，可以忽略，忽略重力可使設(shè)計過程得到簡化，而且不會影響到 接觸器的基本特性。2.1 選取觸頭參數(shù)主觸頭的開距為1316 mm,取開距為12 mm,超程為7.59 mm,取為8 mm,所以 主觸頭的行程為 X=12+8=20 mm。輔助觸頭開距為712 mm,取為

5、9 mm,超程為34.8 mm,取為4 mm,所以輔助觸 頭的總行程為9+4=13 mm。2.2 主觸頭的反力為了出頭系統(tǒng)吸合可靠，取靠近上線的反力數(shù)值初壓力為（5.47.5） kg, 取 FC1=7 kg終壓力為（8.110） kg ,Fc2=9 kg主觸頭為三級，主觸頭初壓力為 Ffcc終壓力為Ffzc，所以Ffcc=3XFc1=21 kg, Ffzc=3><Fzc=27 kg2.3 輔助觸頭的反力此反力和主觸頭反力存在在杠桿比，需要歸算到終接觸線處，杠桿比： K=f/d=0.385Ffcd =3MKMFcb =0.231 kgFfzb =3父 Fzb = 0.347 kg其中

6、Fcb,Fzb分別取輔助觸頭處壓力和終壓力范圍下限Ffcb=0.2, Ffzb=0.3o2.4 釋放彈簧的反力因為反力和觸頭反力存在杠桿比，歸算杠桿比： K=e/d=0.346釋放彈簧的收縮距離：*=主觸頭的總行程Xk=kXX=6.92閉合后，釋放彈簧的終壓力P2 = P1Kd X =3.67式中 P1 =3.2 kg. Kd =0.068 kg/mm已知數(shù)據(jù)：Ffcs =P MK =1.107 kg, Ffzs = P2 父 K =1.27 kgcszs上式中Ffcs, Ffzs為釋放彈簧的初反力，終反力。由以上數(shù)據(jù)做設(shè)計的交流接觸器反力特性曲線如下所示:Ff ,3線圈參數(shù)的確定3.1 氣隙

7、磁導的計算3.1.1 采用磁導分割法求氣隙磁導采用電磁場分割法可以把一對磁極的磁導分割為 5部分，用平均磁導求出，這5部分 的磁導表示為：(1)平行直角六面體：Gi=S(2)半圓柱體：G2=0.26N0mI(3)半空心圓柱體：G3 =%見(m +1)h、1 .(4)球體：G4 =0.0771641(5) 1 球：G5=0.25%m4本電磁體的氣隙共分為17部分，即中間的六面體、左右前后四個半圓柱體(前后兩1個等效如前)四個1球殼在四個邊上，則總氣隙磁導為 17個部分后，即： 4G"=G1 4G2 G31 G32 2G41 2G42 2G51 2G521.1.2 計算電磁體對磁極的氣隙

8、214L1、對于A對數(shù)：2=214上=45.27104a1214 2214、a =1.10 a =49.92214-n,a22、a =0.9、a =40.61aa214m為散磁延伸到鐵心側(cè)面的假設(shè)距離，一般取m= (12) 6本設(shè)計中取m = g= ma1 = a1 = 49.92mm由于銜鐵內(nèi)側(cè)高度為 m + g b = 60 +44 -85 =19mm <a2 ,所以ma2 = 19mm ,mama1 ma2-=34.46 mm2以上分析為5>6mm,大氣隙的情況，當6小時可忽略2、由此求出：；b1-b21b130L104130 22x130130 -22130當 6>6

9、mm 時，考慮 mb2= 6b2 = 22.8522 130 -L二 27.5、：b104152二27.5 =32.1513010827.5 =22.85130mb1=19mm mb=mmb2 =20.93 21.1.3 各對磁極的總磁導1、總磁導的計算G" A = J0S 4 0.26L52Lma1 12L+-2a2-ma2 12 2L2 0.077(、a1 .、a2) 2(mA1mA2) =2.30 10，2、氣隙磁導的計算dG _ % sd、一一、. 22。L。32二 m2(1 ) m12% L一 、-2、2二 m2(1 ) mb4% LV二 m(1 ) m0.077 4%-1

10、.5029780對于不同的L值，分別求出對應(yīng)的GZA GZ B及其磁導數(shù)值，列表如下:表3-1不同的L值時的磁導數(shù)值L221813.583.570.05GZ AM10，2.302.2132752.4656973.041404.191905238.044GZ BM10，2.439952.4729622.7804314.018396.701812390.5465DGZ A二-父10 d6A15.2978822.98643140.14832107.41703489.7683229642.39DGZ B父10為40.9883058.891962102.95752274.276691288.425462

11、30013.83、鐵心中防剩磁氣隙磁導的計算:設(shè)計用去磁間隙 6=2mm,鐵心截面積SC防剩磁氣隙磁導為:0SC二4二 10, 0.0442 -1.216 10*0.0021.1.4 漏磁導計算當銜鐵處于打開位置時，漏磁導和氣隙磁導相比已不可忽略，而且必須考慮兩極柱問漏磁導，采用磁場分割法可將鐵芯柱間的漏磁導分成三部分，共 5塊，分別為：平面直角 六面體：1塊，平面柱體：2塊，半中空圓柱體：2塊0 S2。r口。二 90 _2°aGa= 丁 ,吁遢才，G=ln心綱)L總漏磁導為三部分之和：G =G .1 - G 2 G ；3 =1.21956 10-7 (H/m)3.2 設(shè)計點的選擇取

12、范例特性曲線圖中B/2點作為設(shè)計點：Ff0=B/2X 22.5/15=17.25為確保可靠吸合，吸力應(yīng)大于反力，取安全系數(shù) K=1.1,吸力值F0=KF f0=1.1 x 17.25=18.975kg3.3 比設(shè)計點的選擇由于磁鐵是轉(zhuǎn)動式的，故在銜鐵吸合釋放時，兩個氣隙大小的距離不同，因而折算的 杠比不同，設(shè)計大小氣隙的杠桿比分別為：K1二214 /104=2.058 %=130/104=1.25,則:K22F0dG-2 dGB=-02K1GB :B K2 =1.213 10, Ga d a；d b最大值 m1.213 10，.2=1.715 10 工3.4 線圈匝數(shù)的確定由以上知：Sc =

13、A2 KC q=d/N=1 (d=N) KC =0.93 a=44mm 則SC =0.93 1 0.0442 =1.81 10-3 (cm)1.437 10”Gjd 1.219566 10，磁醬： B m= =- = 0.79=1 = 1 3- = 1.6 9 9 6Sc1.8 10G 1.74323 10GaGb=Ga Gb3.21 3.817=1,743 103.21 3.81Bcm= B m - =0.79 1.6996 =1.35N="8上竺，83匝，空H4.44 fBcmSc_：d d取匝數(shù)N=600o由于該接觸器的導磁體尺寸已知，而且采用原線圈框架厚度為為2mm左右，則線

14、圈的高度：h=60(2 M+2W)=48mm取線圈厚度初步設(shè)計值；：=n aN=(0.50.8),取 n=0.6WJ4mm左右，上下間隙其中 Ktc =0.5c取線圈標準直徑1.16mm：=n a =1.6 44 = 26.44 Kte h /：=1.159線圈的平均長度t =2a+2b + 兀=258.89父10,取e=50七，則90七時為P90c =2.24父10”故 R90 J ? =3.2941.1二 d2驗算窗 口面積 S = 0.25 d N = 1165mm2 Ktc加裝它可以防止銜鐵在吸合位置處發(fā)生震動，設(shè)計師主要是確定尺寸材料，從而對吸 力是否滿要求進行驗算。4.1尺寸計算取

15、槽寬t=1.5mm,則磁極面積S=S1+S2=a(b2< 1.6)=1795.2,比值系數(shù)r2表示分磁環(huán) 內(nèi)面積與總面積之比：r2=S2/(S1+S2)=(0.70.85泮設(shè)計取0.8,所以S2=r2 s=0.8 1084=1436.2mm2s1=ss2=359mm2分磁環(huán)電阻可以求出：Rd =、P= 4.25 10“RdW(s1 s2)o式中Rd=0.3為綜合參數(shù)，其最佳范圍為0.20.4, 6 P =0.040.05mm銜鐵閉合時候的工作氣隙，這里取0.05mm,取分磁環(huán)寬ad=1.5mm ad<t分磁環(huán)槽寬)分磁環(huán)平均匝長為s21436.2ld =2(a )二 ad =2(4

16、4 ) 1.5 3.14 =157.99mma44分磁環(huán)截面積L rd_ _ 47.945父10 '157.">10 = 2 95Mly4.51 10"式中。=。01 ；二揖(. %) .=50C,P0=7 10”(，/m), A , = 0.015(1/ C). ：=7 10” (1 0.015 90)=7.945 1。"分磁環(huán)厚度為bd =p = 2.95= 1.97mm由此可取槽深為2.5mmad 1.5 104.2驗算主甫旦驗算在0.8 Ne情況下，鐵心能夠可靠的吸合即 Fmin>Fmax,即可0.8 3804.44 50 60033=

17、 2.282 10 (wb) 5=cm =2.282 10取、1 二、2 = 0.05cmR 10.05-0S1._7 一 一34 二 10359 10-4= 11.09 10-3144.25 104= 7.39 10 工tg-=Rd0.3竺=2.7： =69.7C為*mi和*m2的相角差,由此和求乙，Z2&Z =Z +Z2,做出等效電路圖:RS2RsiI m1CDm2圖4-2等效電路圖_4Z1 =R1 =11.09 10Z2二R 二2j x2=R 2 jR、:2 tg 1- = 2.77 10 4 j 7.5 10 4=Z1 Z2 = 13.86 104 J7.5 104、1mZ2

18、m 7.9 2.282 10工F：.1=F；2 =Z1 m、m24 ,0S1,m215.76= 1.144 10 飛311.09 2.282 1015.76= 1.606 10”£ 2(1.144 10 )4 4二 10，359 10"(1.606 10*)2=725.6140S2 4 4 二 10 1436.2 104=357.45min =F：1 F：2 - .F：?12 F：22 2F 2 cos2 一 =421.46(N)將此力折算到觸頭接觸處：Fmini =214Fmin /104 =214 421.46/104 =867.24Fmax = Ffzb = Ffzc

19、 = Ffzs = (32.1 0.469 1.713) 9.8 = 337.91Fmin1Fmax,合格，即當U=0.85ue時能可靠的吸合。5產(chǎn)品電磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)草圖此交流接觸器采用雙U型鐵心圖5-2鐵心柱截面其中：a=148z= 1.97(單位:y=2.5b=85 c=0.2 d=44 c=40 h=128 g=44 m=60 n=44 x=1.5 p=26.4mm)6驗算設(shè)計的合理性6.1電磁吸力和吸力特性的計算1、以電壓為0.85ue,主觸頭開距6=8mm為例計算。取Ke=0.99cmKeUe 0.854.44 fN0.99 380 0.853二 2.423 104.44 50 600

20、cm32.423 101.69963- 1.426 101.414F0=2(G)2dGBK2 = 276.4(N)Ff0 23.69 9.8276.4 =1.19 K =1.1, 一 31.426 103=1.008 10滿足吸力要求。2、驗算Ke的取值是否正確對磁路進行分段計算，將磁路分為相等的三段，每段長為 41/3mm,設(shè)In =1.01一 1.01 1.008 101.74323 10，=5782.37其中,G蔚前面所求的值,fmGg 1.21957 10，4.1 10/5782.3724.1 10= 2.935 10屆= 1.41033 105求各段磁路的磁壓降：Bx二一 1.008

21、 10“SX442 1 0”=0.521Hx=182(A/m)由磁化曲線查得，HxXLx=182 M28 >0.001=23.296U mab1.008 10“G、1.74323 10 一723.296 = 5805.79=U11 U mab L5805.79 2.975 109 41 10”= 2.361 10"其中L1為41/3 107 m磁路圖如下H2L2Rm5圖6-1磁路圖H 1L1G 1 c中、N,/ c -4a1=1+ ,1=1.008 102.36 10 =1.244 10B1-31.244 102-6442 10 6= 0.643, H1=234(A /m)由磁

22、化曲線查得2H1L12 234 41 14-3=6.396U mcd = U mad 2H1L1 -fmL =5805.79 6.396-1.415 413 10-3=3884.741：2 = U mad ' L 23884.74 29.75 10-6 41 10-3-4= 1.588 10 41.402 10-32 = 1,2 =1.244 10-3 1.588 10-4 =1.402 10-3B2一 二 2-8- = 0.724S 44102H2L2=_ -32 277 41 10= 7.58-5-3Umef = Umcd 2HzLz-FmL?3884.74 7.58-1.4103

23、 10 5 41 103=1964.839 -6-3= 7.991 10-51964.839 2.975 1041 103 =，2 , 1 3 =1.482 10-3B331.482 10-3442 10-6= 0.765-32 299 41 10 c/c =8.187H 3 =299(A/m),查磁化曲線得 213 =3H c L c =H 3 L c =299 84 10 =25,16IN=H x L x +2H1L i+2H 2 L 2 +2H 3 L 3+H c L c+=5853.11IN與IN1的相對誤差為IN1 -ININ100% =5782.37-5853.115853.111

24、00% =1.21%I=IN N5853.11二 9.755A600E= U2-(IR)2 = 3802-(9.755 3.467)2 = 378.55(V)EKE1 二一U378.55=0.996380由以上計算可知KE1與所選KE=0.99誤差不大，滿足要求，對不同氣隙時的磁路可 以通過以上類似的方法，求得：即：根據(jù) 九=1+Ggr,求出不同氣隙時對應(yīng)的九值，再由G、.010 專而=&和匕=單 求出不同氣隙時所對應(yīng)的與值，然后帶入吸力公式 '''. 2-Ki -22dGB父K2從而可得出不同氣隙時的吸力值，如下表:表6-1不同氣隙時的吸力值6(mm)2218

25、13.583.570.05F(0.85Ue)90.83106.13167.93323.64894.272707.15F(Ue)125.72146.89:232.43447.941237.743804.29F(1.1Ue)125.12177.74281.25542.011497.674600.776.2溫升校驗線圈溫升再1.1Ue下進行，因此溫度要求在其他電壓下也能滿足要求。1、在打開位置時，已知 GJA, GJB, G" Ggr和GzGz =G6 +Ggr =(1.176E -7) + (1.2196E -7) = (2.3957E 7) ( H)L = N2Gz =6002 父(2

26、.3957E 7) =8.624E 2X1 =W L =314(8.624e -2)= 27.093%)由此可知 Z =R jX1 =3.467 j27.093啟動電流Z =27.315Ig =1.1Ue/ Z =1.1 父 380 / 27 .315 = 15.303 (A)2、在銜鐵閉合時忽略漏磁，但計較磁阻和分磁環(huán)磁阻，確保保護電路的計算用溫升等值電路如下:Sefies RLC BranchStries RLC BranohS ib-Sen= -：_.日，日neb 1RLC BrenchEa- -印Series FLC 日rmnctCAC Voltage SoUrcE圖6-1計算用溫升等

27、值電路止匕時 cm=1.1Ue Ke/4.44Fn =1.1 380 0.99/4.44 50 600 =3.107E - 3(Wb)考慮銜鐵打開位置時，線圈反電動勢 E與電源額定電壓Un的比值Kn =0.750.96此時 Kn =0.95,Bcm = cm/Sc =0.95 (3.107E-3)/Sc =1.525(T)因而可查磁化曲線得Hcm =1700(A/m)Bxm = 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(HCLc HxLx)= 1/ 2(1700 210 1

28、800 147) (1E-3)= 625(安匝)總磁阻 Rm = 2(IN)/cm = 2 625/(3.107E -3) =2.85E 5(1/H)工作氣隙磁阻 R."/0S =(0.2E-3)/4 二 *(1E-7) 442 (1E - 6) = 8.225E 4八(1/H)分磁環(huán)等效磁阻為Z11=Z1 XZ2/(Z1+Z2)=5.066E+4(1/H)故總的等效磁阻為Z = Rm R ； R、Z11 = 4.85E -5(1/H )其中 R =1/G、. =(GA GB)/GA GB =6.76E 4(1/H)故可求(IN) = cmZ/ . 2 =1066.63佼匝)3、計算

29、溫升按重復(fù)短時工作制校驗溫開，已知操作頻率60次/小時，通電持續(xù)率40%每個周期的通電時間 T1=3600X40%/60X2=12(s), T2=1TD%/TD% T1=18(S)故T=t1+t2=30(s)啟動電流Iq與保護電流Io之比K1 = Iq/I。=15.303/1.78=8.597 qq等效發(fā)熱電阻率IR =Io . 1/3to(KC2 KC -2) t1/T -1.78 ,.1/3 0.1 (8.52 8.5- 2) 12/30=1.24( A)Bc = Bcm/ 2 =1.525/ .2 =1.08(T)Pc =2.81W/Kg(單位鐵損，查得)Pch=PCa2 rc L = 2.81 1 0.0442 7.8 103 41 (1E - 3) / 3 = 1.74(W)式中；=1 rc =7.8 103 k g / m線圈散熱面積SS = (2a+2b+2nA) h = (2 父 77+ 2黑 77+ 2兀乂 22)41 黑(1E 6) = 0.01546