(4)成果报告书.
成果报告书应全面总结毕业设计的过程、收获、作品(产品)
特点等
毕 业 设 计
课 题: 直流接触器的设计
指导教师: 罗小丽 刘湘虎
学 生: 湛凯迪
专 业: 电机与电器
班 级: 12电机01班
学 号: [1**********]8
湖南电气职业技术学院教务处制
二〇一四年十二月
摘 要
我国的电器工业是本世纪50年代从无到有,从小到大,从简单到复杂。从50年代末便逐渐地从仿制到自行设计。经过40多年的努力,我国生产的电器产品,在许多方面已达到国际上80年代的水平。其中CJ20-100型直流接触器是我国80年代初研究成功的新系列直流接触器,它具有比较先进的技术性能,广泛用于各种电力系统中。通过本次毕业设计,目的在于把理论知识在实践中综合应用,对产品进行不断的改进。该接触器采用模块化设计,可以以最少的零件组装出顾客所需要的触点路数以及客户所需要的触点形式(常开,常闭和转换);该系列产品触点开断电压高,并采用横吹磁场灭弧,最高开断电压可达到220VDC.产品适用于程控电源或不间断电源系统,叉车,电动车,工程机械系统。设计主要分为三个部份进行:电磁系统, 采用双E直动式,要按吸力特性与反力特性的配合关系来选择结构形式;触头系统,主动触头桥采用船形结构,具有较高的机械强度和较大的热容量,触头结构形式采用直动式双断点立体;灭弧系统,本接触器采用纵缝灭弧装置,纵缝采用下宽上窄的形式,以减小电弧进入时的阻力。
关键词:直流 接触器 电磁系统
目 录
摘要 ....................................................................................................................................... 2
目 录 ..................................................................................................................................... 3
第一章 绪论 ....................................................................................................................... 4
1.1 设计直流接触器的目的和意义 ............................................................................. 4
1.2 直流接触器的发展现状的前景展望 ..................................................................... 4
1.3直流接触器的简介 .................................................................................................. 4
第二章 电磁系统设计 ..................................................................................................... 8
2.1 电磁系统的结构形式:单断点拍合式 ................................................................. 8
2.2 反力特性 ................................................................................................................. 8
2.2.1设计点的吸力: .......................................................................................... 8
2.2.2 结构因素 ..................................................................................................... 8
2.2.3直流电磁铁的初步计算 .............................................................................. 8
2.2.4电磁铁性能验算 ........................................................................................ 10
2.2.5磁路计算 .................................................................................................... 11
2.2.6电磁铁的吸力计算 .................................................................................... 18
2.2.7电磁铁的重量及经济重量 ........................................................................ 18
第三章 触头系统的设计 ................................................................................................... 19
3.1确定触头形势及材料 ........................................................................................... 19
3.2确定主触头的参数 ............................................................................................... 19
3.3 触头的终压力和稳定性的计算 ......................................................................... 20
3.4触头的热稳定性计算 ........................................................................................... 20
第四章 灭弧系统 ............................................................................................................. 22
4.1灭弧方式 ............................................................................................................... 22
4.2灭弧的特点 ........................................................................................................... 22
结论 ..................................................................................................................................... 23
致谢 ..................................................................................................................................... 24
参考文献 ............................................................................................................................. 25
第一章 绪论
1.1 设计直流接触器的目的和意义
低压电器是把电能运输到用户的电力系统中不可缺少的一个环节,而接触器在低电器中合较大的部分,以《直流接触器设计》。作为毕业设计,能使我们实现对电器设计方面的知识充分利用,对电器设计过程作更深的理解,提高我们的分析,解决问题的能力,对今后的工作有更深远的意义。直流接触器是铁路机车与车辆供电系统中广泛应用的电器元件,其可靠性及寿命直接影响整个系统的可靠性和安全性。直流接触器在接通或分断大功率负载时,会出现触点的抖动、振动、电弧、烧蚀等现象,造成触点接触电阻异常、触点粘接等故障,导致开关动态特性差、电寿命短等缺陷。其中机械触点在开断过程中电弧磨损不可避免,且功率越大电磨损越严重,是造成直流电磁式接触器可靠性差、寿命短的关键因素。
1.2 直流接触器的发展现状的前景展望
目前,国内常采用传统的直流接触器设计程序,初步设计,技术设计,工作图设计,样品试制和小批试制五个阶段。现代直流接触器是单纯的控制直流电动机直流电磁铁,而更多的是追求控制性能好,准型直流接触器已经用于航天,军事的重要部门,网络及通信的发展使之能趋向组合化,多功能化,今后直流接触器会更多的趋向智能化。随着电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、新材料技术等的飞速发展,以及对整个系统工程的可靠性要求的提高及绿色环保节能的要求,对接触器的研究不断深入,新材料应用,新结构不断出现,新产品不断涌现。
1.3直流接触器的简介 直流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路以及频繁的启动,停止,反转和反接制动直流电动机,也用于频繁地接通和断开起重电磁铁,电磁阀,离合器的电磁圈等。直流接触器有立体布置和平面布置两种结构,有的产品是在交流接触器的基础上派生的。因此,直流接触器的结构和工作原理与交流接触器的基本相同,主要由电磁机构,触头系统,灭弧装置等组成。
直流接触器的工作原理是:当接触器线圈通电后,线圈电流产生磁场,使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心,并带动交流接触器.当弦铁上的吸力小于反作用力时,弦铁就会振动而产生噪音。在电工学上,因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置,所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载,接触器不仅能接通和切断电路,而且还具有低电压释放保护作用。无论技术的发展到什麼程度,普通的交流接触器还是有其重要的地位。
直流接触器作用:广泛用作电力的开断和控制电路。交流接触器利用接触点来开闭电路,用辅助点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。从而起到远程控制或电控制强的功能。交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁,电磁铁由两个“E”字行的硅钢片叠成,其中一个固定,在上面套上线圈,工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定,铁芯的吸合面,加上短路环。交流接触器在失电后,依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯,构造和固定铁芯一样,用以带动主接点和辅助接点的开短。
直流接触器的选用方式:选择直流接触器的类型 直流接触器的类型应根据负载电流的类型和负载的轻重来选择,即是交流负载还是直流负载,是轻负载、一般负载还是重负载;直流接触器主触头的额定电流 直流接触器主触头的额定电流可根据经验公式计算 IN主触头≥PN电机/(1~1.4)UN电机 如果直流接触器控制的电动机启动、制动或反转频繁,一般将接触器主触头的额定电流降一级使用;主触头的额定电压 接触器铭牌上所标电压系指主触头能承受的额定电压,并非吸引线圈的电压,使用时接触器主触头的额定电压应不小于负载的额定电压;操作频率的选择 操作频率就是指接触器每小时通断的次数.当通断电流较大及通断频率过高时,会引起触头严重过热,甚至熔焊.操作频率若超过规定数值,应选用额定电流大一级的直流接触器;线圈额定电压的选择 线圈额定电压不一定等于主触头的额定电压,当线路简单,使用电器少时,可直接选用380V或220V的电压,如线路复杂,使用电器超过5h,可用24V、48V或110V电压(1964年国际规定为36V、110V、或127V)的线圈。
直流接触器的种类很多,其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法,大致有以下6种。
按触头极数分: 可分为单极、双极和多极;单极接触器用于直流电动机启动时短接各级启动电阻,接通和分断蓄电池电源。双极用于启动和分断直流电动机,直流电磁铁等直流负载;还有较大容量的控制回路以及交流电机的启动和制动。多极主要用于备用电源换接场合以及较大容量的控制回路。
按灭弧方式分: 可分为磁吹灭弧(用于直流接触器和交流接触器)、永磁灭弧(一般用于小容量交流接触器的派生后的直流接触器)和机械拉长灭弧(用于加速接触器,还有48V及以下的直流接触器)。
按主触头的正常位置分: 可分为常分式,常闭式。
按触头工作电压分: 可分为安全电压48V及以下和一般电压。安全电压用于蓄电池供电的场合;一般电压用于控制直流电动机,直流电磁铁等负载。 按结构型式分: 可分为传统结构,派生结构。
按有无灭弧室分: 有灭弧室和无灭弧室。
直流接触器的型号:CZ0系列直流接触器,额定电压直流440V及以下,额定电流40-600A,分为六个电流等级。CZ0系列直流接触器采用串联磁吹线圈和双纵缝陶土灭弧室或横隔板式陶土灭弧室,熄灭直流电弧的能力比较强,并且适宜频繁操作。如下图[
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最新型号接触器3TF5144 OMXO的图片
第二章 电磁系统设计
2.1 电磁系统的结构形式:单断点拍合式
2.2 反力特性
2.2.1设计点的吸力: Ff0100N 05mm0.5cm K01.3
F0K0Ff01.31001.3102N
2.2.2 结构因素
2.2.3直流电磁铁的初步计算
①决定铁心半径和极靴半径
2.2.4电磁铁性能验算
线圈电阻取2.58108m
0.0162m N=8424(匝) d0.334103m
2.2.5磁路计算
计算的参考图如下
拍合式直流电磁铁的结构尺寸
1-衔铁 2-极靴 3-非磁性垫片 4-绝缘垫圈 5-线圈 6-铁轭 7-铁心
2.2.6电磁铁的吸力计算
2.2.7电磁铁的重量及经济重量
第三章 触头系统的设计
3.1确定触头形势及材料
1. 触头采用铜合金材料(含镉0.5%)单断点指形的结构形式
3.2确定主触头的参数
3.3 触头的终压力和稳定性的计算
3.4触头的热稳定性计算
第四章 灭弧系统 4.1灭弧方式
直流接触器一般采用磁吹式灭弧装置结合其他灭弧。当接触器的动,静触头分断时,在触头间产生电弧,短时间内电弧通过自身仍维持负载电流I继续存在,此时该电流便在电弧未熄灭之前形成两个一磁均,一个是该电流在电弧周围形成的磁,另外,在电弧周围同时还存在一个由该电流流过磁吹线圈在两导磁夹板间形成的磁场,该磁场经过铁心,从一块导磁夹板穿过夹板间的空气隙进入另一块导磁夹板形成闭合磁路,磁均的方向可由安培定则确定在电弧的一方,导磁夹板间的磁场与电弧周围的磁场方向相反,磁场强度消弱,另一方两个磁场方向相同,磁场强度增强,因此电弧将从磁场强的一边被拉响弱的一边,电弧在一方起动的过程中迅速拉长并和空气发生相对运动,使电弧温度降低,同时被呗进灭弧罩的电弧热量又被传递给灭弧罩,进一步降低了电弧温度,是使电弧迅速熄灭,另外,电弧在运动过程中,在静触头上的弧根将逐渐转移到弧角上,从而减轻了触头的灼伤,引弧角引导弧根向上移动,电弧就熄灭,磁呗式灭弧装置的灭弧是靠磁呗力的作用使电弧拉长,并在空气和灭弧罩中快速冷却,从而使电弧速熄灭的。
4.2灭弧的特点
它是迅速熄灭产生的电弧。电弧被磁场控制在灭弧室内,不会把其他部件烧坏;电弧的高速旋转使灭弧室烧损不集中在一个部位,使用寿命增长;电流大时,灭弧能力强,电流小时,能力小,不产生截流现象;力使在电流过零点时仍具有较强的灭弧能力,在设计上使磁场和电流具有一定相位差,保证电流过零点时可靠熄灭;灭弧室结构简单,体积小,可使开关体积缩小,制造方便,成本低。
结论
毕业设计是对我大学三年所学的专业知识和综合技能的一次应用和考验。在近三个月的设计中,培养了我学习的主动性和积极性,更磨练了我的意志,陶冶了情操。一路走来,有点辛酸,过程是辛苦的,但其中的滋味却让人回味,让我感到充实。只有在反复地修改中,促使我不断地去翻书查资料,对专业知识更加了解,动手操作能力有所提高。本次毕业设计让我理论联系实际,进一步巩固并加深了我所学的专业知识,加强了实践设计能力、信息搜集能力等。通过此次毕业设计,我深刻地认识到作为一名设计者,首先必需要具有扎实的专业基础知识、综合的专业技能、以及熟练的掌握计算机软件、查阅资料等综合知识的应用能力。其次是要具备严谨的工作态度和踏实的工作作风。直流接触器的初步设计是一项工作量大而且细致的工作,每一环节的设计都与整体设计密切联系,它是对我驾驭专业知识能力和综合运用能力的全面考验。通过设计,我发现自己专业知识掌握的不扎实,有许多地方都要向老师和同学请教,一些软件也不熟悉,但我庆幸的是经过设计之后各方面都有了提高。再次是要做到理论与实践相结合,从实践中提升自己。经过本次设计我深深地感受到公路设计有很多技能都是在实践的基础上总结出来的。设计中我尽量做到把规范与实际相结合,体现出设计的合理性。
毕业设计的经历对我日后的工作、学习将会起到很大的帮助。通过毕业设计,我获益匪浅,使我初步形成经济、环境、市场、管理等大工程意识,培养实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。培养了自己使用技术资料、提高计算、绘图和编写技术文件的能力;提高了自己使用电脑软件及计算机绘图等的综合能力;提高了我综合分析解决问题的能力、搜集和查阅相关工程资料的能力,使我在独立工作能力方面上一个新的台阶。我相信这次设计对我今后的工作将有很大的帮助。虽然在做这个设计过程中我力求精益求精,但毕竟是第一次单独完成一个大型的设计项目,再加上能力有限,缺乏切实的实践经验,对所学的知识的理解难免有所偏差,所以在此设计中难免会存在一些问题,望老师给予指导。
致谢 经过一个多月的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有老师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。
在这里,首先我要感谢我的指导老师-—罗小丽和刘湘虎。罗小丽和刘湘虎平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是他仍然细心地指正设计中的错误。
我要感谢湖南电气职业技术学院三年来对我的大力栽培。让我在此学到的是丰富的知识和做人的道理。祝福曾经关心过我的所有老师、同学和朋友身体健康,工作顺利。
参考文献
1、《低压电器设计手册》 周茂祥 2、《低压电器及其测试技术》 方鸿发 3、《低压电器》 方鸿发 4、《电器学理论基础》 张冠生 5、《机械制图手册》 栗德生 6、《电磁压电器的结构与计算 司徒贝尔 7、《交流接触器课程设计》 清华大学电器教研组 8、《自动装置和通信设备用电磁继电气的设计》 维金别尔格 9、《电器学》 贺湘琰