交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算-圖文

交流接融器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算陳紹魁（天水長(zhǎng)城電器集團(tuán)公司，甘肅天水７４１０１８）摘要：論述了交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括接觸器觸頭和電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、接觸器的動(dòng)態(tài)特性的計(jì)算和測(cè)試及交流接觸器的特殊部分短路環(huán)的幾個(gè)計(jì)算方法。給出了根據(jù)大量實(shí)際測(cè)量和計(jì)算的設(shè)計(jì)曲線和沒計(jì)實(shí)踐的數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：交流接觸器；觸頭；電磁系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)特性；短路環(huán)０引言．研制接觸器新產(chǎn)品到目前為止，設(shè)計(jì)計(jì)算方法還不能準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)期的目的，這是因?yàn)榻佑|器工作大多數(shù)為暫態(tài)和動(dòng)態(tài)過程，即過渡過程，如電弧的分?jǐn)?、電磁?chǎng)的作用、接觸電阻等。目前，國內(nèi)新接觸器的設(shè)計(jì)采取類比方法較多，把先前的各種型號(hào)的接觸器進(jìn)行分析試驗(yàn)，從而找出一定規(guī)律，參照設(shè)計(jì)。本文針對(duì)額定電流８０Ａ以下小容量的交流接觸器沒計(jì)的有關(guān)問題，根據(jù)一定的試驗(yàn)曲線，提供有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以供產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和試驗(yàn)研究參考。１接觸器觸頭的設(shè)計(jì)１．１觸頭銀合金用量的確定１．１．１用試驗(yàn)方法確定觸頭磨損規(guī)律對(duì)雙斷點(diǎn)接觸器進(jìn)行電壽命試驗(yàn)，確定在給定的實(shí)驗(yàn)電流下的觸頭磨損率（即消耗１ｍｍ３的銀接觸器的分?jǐn)啻螖?shù)）。試驗(yàn)電流取接觸器的額定電流，ｎ，負(fù)載類型取ＡＣ３和ＡＣ４（見表１）。表１ＡＣ３和ＡＣ４時(shí)的電流收集各種規(guī)格和各種型號(hào)的接觸器，進(jìn)行試驗(yàn)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以最小平方差方法處理，畫出曲線，并找出相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，即叼＝朋（１）式中＇７——單位體積銀的分?jǐn)啻螖?shù)（７『欠／ｍｍ３）卜系數(shù)由實(shí)驗(yàn)曲線確定ａ——冪指數(shù)由實(shí)驗(yàn)曲線確定式（１）即為磨損率隨電流的變化規(guī)律。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)處理，按最小平方差原理，繪出曲線，并計(jì)算出Ｋ和ａ。對(duì)于電壓３８０Ｖ的ＡＣ３負(fù)載，實(shí)驗(yàn)得出曲線為叼＝２×１０６，一１ｒ４３９（２）亦即磨損率，以額定電流的一１．４３９次冪下降。其曲線如圖１所示。通過試驗(yàn)可得出，接觸器觸頭磨損以分?jǐn)嚯娏鞯模玻泊蝺缟仙?。?duì)于電壓３８０Ｖ的ＡＣ４負(fù)載時(shí)，得出７＂／５１３４×１０３ｒ１?７１（３）這時(shí)磨損率是以額定電流的一１．７１次冪下降，曲線如圖２所示，接觸器觸頭的磨損以分?jǐn)嚯娏鞯模玻贝蝺缟仙?。ＡＣ３和ＡＣ４兩種負(fù)載情況，結(jié)果之所以不同主要是：①ＡＣ４閉合時(shí)磨損相對(duì)較大；②ＡＣ４低電壓時(shí)分?jǐn)嗄p較強(qiáng)；③對(duì)于ＡＣ３電壽命機(jī)械現(xiàn)象影響顯著。１．１．２電壽命與額定電流的關(guān)系用試驗(yàn)方法，同樣可以確定ＡＣ４和ＡＣ３電壽命與額定電流之間的關(guān)系式。ＡＣ４負(fù)載３８０Ｖ電壽命為Ⅳ４＝１．７×１０５×，ｎ圳（４）ＡＣ３負(fù)載３８０Ｖ電壽命為一１０３—第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算ｌ｜Ｋ圖１ＡＣ３電壽命與額定電流的關(guān)系曲線Ⅳ３＝４．６５×１０６，ｎ。０３（５）＝１０ｇ／ｃｍ３。１．１．３計(jì)算每極觸頭的用銀量給定電流等級(jí)和要求達(dá)到的電壽命次數(shù)，可根據(jù)式（２）或（３）計(jì)算出每極需用銀量為‰＝Ｎ／ｒＩ＝Ｎ／（２Ｘ１０６，。１’９３９）（６）式中，‰為每極所需用銀量（ｍｍ３）。由式（６）可得出每極所需銀的質(zhì)量為ｍＡｓ＝Ｎ／ｒＩ×Ｐ＝Ｎ／（２×１０６，一“４３９）ｘＰ（７）式中，Ｐ為觸頭銀合金的密度。如ＡｇＣｄＯ密度Ｐ—１０４一式（６）和（７）是對(duì)于ＡＣ３負(fù)載的，對(duì)于ＡＣ４負(fù)載，把式（３）代人即可。根據(jù)公式可以計(jì)算出兩種負(fù)載下觸頭磨損率和每極用銀量，其結(jié)果如表２所示。計(jì)算出來的銀量，再考慮一個(gè)安全系數(shù)，例如?。保?，最后就得出每極實(shí)際用銀量。銀合金的選用，可根據(jù)電流規(guī)格和合金的特性選擇。ＡｇＮｉｌ０電阻率低，抗磨損差，適用于小交菇攫．觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集ｌ｜氏圖２ＡＣ。電壽命與額定電流的關(guān)系曲線表２兩種負(fù)載下觸頭磨損率和每極用銀量電流規(guī)格。ＡｇＣｄＯ抗磨損好，但電阻率較高，適用于大電流規(guī)格。１．２觸頭的力與作用１．２．１觸頭壓力和接觸電阻接觸器觸頭在接觸時(shí)，受觸頭壓力作用，必然產(chǎn)生變形，把這變形點(diǎn)稱為接觸斑點(diǎn)（見圖３），接觸斑點(diǎn)的大小與觸頭材料硬度和壓皺系數(shù)有關(guān)。觸頭材料的硬度一般為５０—１２０ＨＶ。接觸斑點(diǎn)?－－——１０５?－－——第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算一點(diǎn)夕』蠶三點(diǎn)夕圖３接觸斑點(diǎn)面積為Ｓ＝Ｆ／Ｈ＝＂ＩＴＥＬ２（８）式中卜觸頭壓力卜觸頭材料壓皺系數(shù)ｏ——觸頭斑點(diǎn)半徑若已知接觸斑點(diǎn)大小，則可計(jì)算出觸頭在給定觸頭壓力下的接觸電阻Ｒ＝ｐ／４ａ＝ｐ／（４√∥竹日）（９）式中Ｒ——觸頭接觸電阻ｐ——觸頭材料電阻率式（９）可以化簡(jiǎn)為Ｒ＝Ｋ／仃（１０）式中，Ｋ＝ｐ￣／麗一３×１０～。以Ｄ系列８０Ａ為例，Ｆ＝２．５Ｎ。則得Ｒ一０．２ｍＯ接觸電阻并不是常數(shù)，它隨電流的增加稍有變化，當(dāng)電流上升時(shí)，接觸壓降以圖４所示曲線上升然后出現(xiàn)平臺(tái)值，這時(shí)觸頭材料熔化，接觸壓降不再隨電流增加而上升，當(dāng)電流降下時(shí)，接觸壓降按另一條曲線下降。圖４接觸壓降曲線在設(shè)計(jì)制造中，要避免尖點(diǎn)接觸，這種接觸會(huì)－－－——１０６－－－——使電流束過于集中（如圖５所示），容易使觸頭產(chǎn)生熔焊。圖５尖點(diǎn)接觸產(chǎn)生的電流柬１．２．２觸頭壓力接觸器在閉合時(shí)，觸頭問產(chǎn)生閉合力。通過試驗(yàn)，找出其隨電流變化的規(guī)律，通過對(duì)現(xiàn)有接觸器的試驗(yàn)測(cè)得每極間的閉合力，對(duì)直式觸頭為Ｆ＝０．０１３５ｆ‘９１４（１１）對(duì)Ｊ型觸頭則為Ｆ＝０．０００４１１?１５６（１２）式中：Ｆ為觸頭問閉合力（Ｎ）；，為接觸器額定電流（Ａ）。該力隨電流的變化可畫出曲線如圖６所示。１．２．３閉合能力通過試驗(yàn)可找出產(chǎn)品的閉合能力與極間閉合力的關(guān)系，閉合能力是以閉合力的Ｋ次冪變化的，Ｋ與觸頭形狀有關(guān)，對(duì)于直式觸頭Ｋ＝０．８６９，對(duì)于Ｊ型觸頭Ｋ＝０．９６６，即有直式觸頭Ｐ，＝２２４Ｆｏ鯽（１３）Ｊ式觸頭Ｐ，＝１２７Ｆｏ－９６６（１４）式中：Ｐ，為產(chǎn)品閉合能力（Ａ）；Ｆ為極間閉合力（Ｎ）。閉合能力與閉合力的圖如曲線圖７所示。閉合能力與觸頭間的電動(dòng)斥力有關(guān)，電動(dòng)斥力大小影響閉合能力。電動(dòng)斥力是觸頭系統(tǒng)尺寸和接觸形式的函數(shù)，對(duì)于雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)（見圖８），端頭電動(dòng)斥力為凡＝∥／２訂×ｌｎ％筍（１５）式中：Ｆ。為電動(dòng)斥力；，為觸頭所通過的電流；Ｄ為觸頭直徑。交旒接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集ｌ｜Ｋ圖６閉合力與額定電流的關(guān)系曲線尖點(diǎn)接觸產(chǎn)生的的尖點(diǎn)接觸斥力為力下降。Ｆ。＝１０。７，２Ｉｎ（Ｄ／２ａ）（１６）閉合能力是動(dòng)態(tài)參數(shù)，它小于最大閉合電流，式中，只為尖點(diǎn)接觸斥力。應(yīng)以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法規(guī)定。電動(dòng)斥力為兩部分斥力和為１?３觸頭幾何尺寸計(jì)算及觸頭參數(shù)恥民＋幾＝∽（２小ｌｎ等卜Ｌ３吸點(diǎn)忌篙墨觸電阻反岍觸頭壓力１０～ｆｌｎ（Ｄ／２。）（１７）平方根，把式（１０）改寫為由式（１７）可見，當(dāng)，增加ＦＲ增大，這時(shí)閉合Ｒ＝Ｋｌ／￣／Ｆ（１８）能力就下降；反之，則上升，但這時(shí)會(huì)引起分?jǐn)嗄転閰^(qū)分起見，Ｋ變成Ｋ。。一１０７—第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接融器的設(shè)計(jì)詩算●ｈ《■．．Ｒ丑Ｄｄ田巳《Ⅱ匠Ｉ‘皿妒ｊ≯?，ｔＰ－７?！辏?，?７＿９彳Ｏ●ｊ?ｓ＃７ｉ叫爭(zhēng)Ｆ：壓縮力（ｂ１）圖７閉合能力與閉合力的關(guān)系曲線圖８雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)為保證足夠的閉合能力，觸頭壓力至少應(yīng)等于觸頭間電斥力，從式（１７）可得一１０８一Ｆ＝ＦＲ＝Ｋ２，２（１９）式中：恐＝【ｕｄ２／（２－，ｒ）×Ｉｎ等】＋１０。７‰（姚）通過持續(xù)電流的觸頭散耗的能量為形＝尺￡＝Ｋ。／￣／，￡＝局，２（２０）從式（１８）、（１９）可得，如＝Ｋ．／√Ｋ２。觸頭上消散的能量是通過表面交換和傳導(dǎo)把熱消耗掉，兩種散熱方式均與熱交換面積成正比，查悌ｊ緩觸器的沒計(jì)｝產(chǎn)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集這樣，可以取觸頭面積正比于額定電流：Ｓ＝Ｋ１Ｖ＝ＫＰ（２１、式中，ｓ為觸頭面積（ｍｍ２）?？梢酝ㄟ^對(duì)現(xiàn)有接觸器進(jìn)行試驗(yàn)，從而確定式（２１）中系數(shù)和冪次：ｓｌ＝１．３６４貯’踟（２２）其曲線如圖９所示。為把分?jǐn)嚯娀〉哪芎纳⒌粜枰龃鬅峤粨Q面積５％。，，Ａ圖９觸頭面積與額定電流的關(guān)系曲線同樣，可以得出在ＡＣ３負(fù)載時(shí)，最大發(fā)熱電流下，所需觸頭面積５２＝０．５６／：，ｈ９６１（２３）這時(shí)觸頭面積與電流間關(guān)系如圖ｌｏ所示。以８０ＡＤ系列接觸器為例：ＩＤ＝８０Ａ，ｔｈ＝１２５Ａ代入公式（２１）得Ｓｌ＝６４ｍｍ２代入公式（２２）得Ｓ２２６８ｍｍ２—１０９一妒９ｌ７。ｊ．，２第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算’高發(fā)熱電流ＡＣＩＩ／Ａ圖１０觸頭面積與發(fā)熱電流的關(guān)系曲線一般情況下，取較大值，即６８ｍｍ２。根據(jù)式（２１）和（２２），可按電流規(guī)格計(jì)算出觸頭面積理論值（見表３）。表３電流規(guī)格與觸頭面積的關(guān)系一１１０—１．３．２圓片觸頭的厚度根據(jù)公式（６）可以計(jì)算出觸頭的體積，由式（２１）和（２２）可得出觸頭的面積，則得觸頭厚度為Ｅ＝∥Ｓ（２４）式（２４）所計(jì)算出的厚度是每極觸頭厚度，即包括動(dòng)、靜觸頭厚度，但不包括銀觸頭底部的可焊層厚度（其厚度一般為０．３ｍｍ）。根據(jù)電流規(guī)格可計(jì)算出觸頭厚度，計(jì)算結(jié)果列入表４?！危浚玻常唬柏战佑|器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集表４觸頭厚度與電流關(guān)系考慮到安全，實(shí)際厚度可取稍大些，如再增加０．５ｍｍ。１．３．３觸頭超行程為使磁系統(tǒng)尺寸不至太大和使用合適的觸頭材料，保持觸頭磨損為中等程度，接觸器的標(biāo)準(zhǔn)超行程取圓片動(dòng)、靜觸頭的理論厚度之和的２／３。對(duì)于直動(dòng)式接觸器這折算辦法是較實(shí)用，其中考慮了底可焊層。這個(gè)理論超行程很接近與額定電流的立方根成正比的規(guī)律，即ｅ＝０．６３√Ｌ（２５）用兩種方法計(jì)算，結(jié)果列入表５。表５觸頭超行程與電流關(guān)系電流規(guī)格／Ａ１２２６４０６３８０２／３Ｅ（理論超行程）１．２７１．７２２．１２２．６９２．８０ｅ＝ｏ．６３厄１．３７１．７５２．０５２．３９２．５８超行程隨額定電流的變化曲線如圖１１所示。圖１１超行程隨額定電流的變化曲線１．３．４觸頭開距觸頭開距的選擇要滿足兩點(diǎn)，其一要保證拉斷電弧，其二是有足夠的絕緣距離，即在觸頭分?jǐn)嗪螅|頭間能承受線電壓，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理，可得出觸頭開距函數(shù)為ｃ＝０．５＋１。４３以（ｍｍ）（２６）開距與額定電流的關(guān)系曲線如圖１２所示。用式（２６）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果列入表６。表６觸頭開距與電流關(guān)系對(duì)于積木式結(jié)構(gòu)的接觸器，因需要安裝附件或隨動(dòng)件，實(shí)際選取尺寸稍有變化。１．４反力曲線要畫出反力曲線圖，除已知鐵芯開距，超行程第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算圖１２開距與額定電流的關(guān)系曲線和每極觸頭壓力外，尚需知道反力彈簧力和裝于一接觸器附件上的附加力。ｆ１．４．１使接觸器活動(dòng)部分復(fù)位的反力使接觸器活動(dòng)部分復(fù)位的反力，主要是靠反力彈簧產(chǎn)生，其應(yīng)使接觸器活動(dòng)部分正確隨動(dòng)，能抗住沖擊和振動(dòng)，不致產(chǎn)生誤動(dòng)作，從抗沖擊出發(fā)，要求其能承受３倍重力加速度的沖擊，即Ｆ＝ｍ口（２７）式中，ｍ為接觸器活動(dòng)部分的之量；ｏ＝３ｇ。反力彈簧力應(yīng)按式（２７）考慮。１．４．２觸頭壓力前面提到觸頭壓力至少等于電斥力，即至少要等于式（１７）所計(jì)算的值。式（１７）是單個(gè)值，如果畫反力曲線需乘以極數(shù)，但對(duì)于常閉觸頭則是反方向，這一點(diǎn)畫反力曲線應(yīng)注意。已知觸頭力、反力，可根據(jù)開距作出反力曲線圖如圖１３所示，橫坐標(biāo)為鐵芯開距，縱坐標(biāo)為反力。Ｓ。為超行程，從ｅ點(diǎn)開始由主觸頭壓力，假一１１２—０ｅ圖１３反力曲線圖設(shè)為３極，則為３倍每極壓力。如果裝有附件，則應(yīng)考慮它們產(chǎn)生的反力。圖１４給出了反力與額定電流大小的關(guān)系曲線，從曲線可以看出，其幾乎以額定電流的冪指數(shù)變化。接觸器的分?jǐn)嗨俣?，釋放電壓均與反力有交流接融器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集關(guān)，接觸器的分?jǐn)嗨俣纫话銥椋保睿?，這與空氣斷路器要求不同（空氣斷路器要求為６ｎ∥ｓ），假如接觸器要提高分?jǐn)嗨俣?，則要增大反力彈簧力，會(huì)引起釋放電壓提高，這是不希望的。圖１４各種接觸器復(fù)位力與額定電流的關(guān)系曲線在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，考慮反力特性與吸力特性的圈電流密度。配合，應(yīng)取合適的彈簧斜率。反力彈簧的斜率一般?。矗ヒ唬福?；觸頭壓力彈簧的斜率?。保埃ヒ唬常埃?；輔助常開觸頭壓力彈簧斜率為１０％～２０％；輔助常閉觸頭壓力彈簧斜率?。玻埃ヒ唬矗埃ァ８鶕?jù)上述參考數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書，就可以確定各彈簧參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)反力曲線圖就很容易地畫出。２電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算２．１電磁鐵的設(shè)計(jì)計(jì)算２．１．１線圈電流密度和電磁感應(yīng)的選取首先從設(shè)計(jì)線圈電流密度和磁路中電磁感應(yīng)人手。裝入非密封絕緣盒子中的線圈電流密度接近于經(jīng)驗(yàn)公式：＿『＝５．５，。０?３Ａ２／ｍｍ２（２８）式中，，為接觸器的額定電流。按式（２８）選取線對(duì)于線圈周圍是自由空氣的情況，式（２８）中的值可以增加３０％。電磁感應(yīng)有效值，在上述第一情況時(shí)，符合經(jīng)驗(yàn)公式：Ｂ＝腳圳＝１．４１ｍ１（２９）式中，，為接觸器的額定電流。而對(duì)于第二種情況，可取近似恒定值，即ｌ特拉斯。２．１．２電磁鐵的效率．保持ＶＡ接觸器工作時(shí)其反力必然消耗電源能量，為節(jié)約能源，設(shè)計(jì)必須考慮接觸器電磁鐵的效率，接觸器電磁鐵效率可近似表示為田＝０．３，‘１０（３０）電源供給的能量為耽＝（Ｍ吸動(dòng)一謝保持）／２（３１）一般吸動(dòng)Ｍ與保持謝比約等于１０，則可保一】１３—第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算持謝表示為附保持＝２Ｗ．／９（３２）若接觸器的保持功耗與它為克服反力從電源吸收的功率一致，即％持＝刀睨則Ｍ保持＝２ＷＪ（９＂ｏ）（３３）接觸器的反力能量可從反力曲線上算出。假設(shè)反力曲線如圖１５所示。尊壓圖１５反力曲線％＝（％＋Ｆ。）×Ｓ（３４）式中，Ｊｓ為挖開距。％＝３（Ｆ，＋Ｆ，）／２×Ｓ。（３５）式中，Ｓ。為超行程。將彈簧的斜率系數(shù)代人式（３４）、（３５），則得接觸反力消耗能量為形左＝形，①＋形西＝［（凡＋‘）＋蜀］／２×Ｓ＋３（Ｆｐ＋Ｆｐ＋Ｋ５。）／２×Ｓ。式中，Ｋ。、如反力彈簧和觸頭彈簧系數(shù)。在設(shè)計(jì)中考慮保持似接近形匿。２．１．３短路環(huán)效率實(shí)驗(yàn)表明，在給定的釋放電壓下短路環(huán)的效率隨電流規(guī)格的變化規(guī)律為ａ＝ＫＩⅢ（３６）為了設(shè)計(jì)電磁系統(tǒng)，磁極有效面積的計(jì)算可依據(jù)接觸器的反力，以下式表示：Ｓ＝軀?！危ǎ幔拢玻ǎ常罚┦街校海茷榱Γǎ危?；Ｂ為磁感應(yīng)強(qiáng)度有效值（特拉斯）；ａ≤０．６５；Ｓ為截面積（ｍ２）；／ｚｏ＝４１Ｔ×１０－７０—１１４一日是在額定電壓下的磁感應(yīng)，其接近選擇的釋放電壓值占額定電壓百分比的值。對(duì)于Ｅ形鐵芯，Ｓ＝Ｓ，，ｓ，，為磁路的實(shí)際鐵芯面積；對(duì)于二柱鐵芯，Ｓ＝１／２Ｓ，。為計(jì)算環(huán)繞極面積，對(duì)于Ｅ形鐵芯，有ａ＝０．２８１１朋（３８）對(duì)一ｎ型鐵芯，有ａ＝０．２１１／６２．１．４鐵芯窗１：２面積鐵芯的窗口面積應(yīng)該放下線圈，并能使接觸器活動(dòng)部分自由活動(dòng)。該面積幾乎正比于實(shí)際銅截面積，這個(gè)比例系數(shù)為常數(shù)（等于４．５）。２．１．５短路環(huán)的計(jì)算為了獲得指定的效率，兩個(gè)參數(shù)的選擇是主要的：①Ｋ——非環(huán)繞面積與整個(gè)極面積的比例；②一短路環(huán)電阻。蜀變化是０．２—０．３，與電磁鐵有關(guān)。而ｒ可表示為ｒ＝ＫＶ／／Ｒ（３９）式中：尺為非環(huán)繞部分磁阻；Ｒ一般為１—２的系數(shù)。根據(jù)先前產(chǎn)品設(shè)計(jì)給出上述系數(shù)：Ｋ。＝對(duì)于Ｅ型鐵芯Ｋ，＝０．２，對(duì)于Ⅱ型鐵芯為０．３。則Ｒ＝ｅ／／ｘｎＳ（４０）式中ｅ——剩余氣隙Ｅ型為０．０２，１１型為０．０１Ｓ——非環(huán)繞面積Ｅ型為Ｋ，ｓ／２，１１型為Ｋ１．ｓ，Ｋ２＝１．２，考慮到放短路環(huán)槽的面積，璉可取得稍大些。以初步設(shè)計(jì)可制出模型，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量進(jìn)行調(diào)整。最后確定產(chǎn)品。２．１．６試驗(yàn)測(cè)量產(chǎn)品開發(fā)中試驗(yàn)測(cè)量，調(diào)整參數(shù)是必不可少的，下面介紹幾個(gè)試驗(yàn)測(cè)量。靜態(tài)吸力特性可以采取下述方法測(cè)量，將靜鐵芯固定，裝上線圈，動(dòng)鐵芯與力傳感器相連結(jié)，然后接到ｘ，ｙ記錄儀上，如圖１６所示。逐點(diǎn)變化鐵芯間隙ｅ，則可以逐點(diǎn)測(cè)得靜態(tài)吸力。以此測(cè)出靜吸力曲線如圖１７所示。同時(shí)，可以測(cè)得吸動(dòng)電壓Ｕ吸動(dòng)。該電壓應(yīng)為使接觸器一次吸合，而沒有彈開，即在閉合過程交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集圖１６靜吸力特性測(cè)鼉示意圖１一ｘ，ｙ儀２一傳感器３一動(dòng)鐵芯４—線圈５一靜鐵芯Ｆｔ｝｜￡ｋｅ，ｅ圖１７靜態(tài)吸力曲線中，不會(huì)有經(jīng)過一次或幾次斷開再閉合。在設(shè)計(jì)研究中有時(shí)還要測(cè)量超行程電壓ｕ超行稃，其是指使觸頭剛剛開始接觸的電壓，顯然廈便“超行程≤“吸動(dòng)ｏ２．２電磁鐵的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)目前，電磁鐵計(jì)算設(shè)計(jì)已采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，尤其在近些年開發(fā)了很多軟件，計(jì)算精度也很接近實(shí)際。計(jì)算是從計(jì)算吸力或力偶出發(fā)，磁路的磁導(dǎo)是隨銜鐵的直線位移ｘ或角度位移０變化，其力的計(jì)算公式可表示為Ｆ＝（ＮＩ）２／２×ｄＲ／ｄｘ（４１）Ｃ＝（ＮＩ）２／２ＸｄＲ／ｄ０（４２）式中，尺為氣隙磁導(dǎo)。為求解式（４１），（４２），通常采用兩種方法：ＲＯＴＥＲＳ方法和有限元法。２．３線圈的設(shè)計(jì)線圈的形狀設(shè)計(jì)中一般選擇正方形為好，長(zhǎng)方形較差。線圈與鐵芯之間尺寸和位置設(shè)計(jì)中引入一個(gè)潛入系數(shù)，該系數(shù)代表線圈在動(dòng)、靜鐵芯中的位置。Ｙ．Ｐ２荔（４３）式（４３）代表的尺寸如圖１８所示。從圖中可以看出，如線圈和鐵芯之間位置設(shè)計(jì)配置如圖１８（ａ）所示，磁通絕大多數(shù)通過工作氣隙，而（ｂ）中線圈所處位置則造成大部分磁通成了漏磁，這樣的設(shè)計(jì)不合理。所以，設(shè)計(jì)要?。兄递^小為好。但如果取ｙ２勃２１－Ｐ（４４）則要求取值大較好。對(duì)于小規(guī)格接觸器，一般使線圈的１／２置人靜鐵芯。而對(duì)于１００Ａ以上的大規(guī)格接觸器，如Ｆ圖１８線圈在鐵芯中地位的配置一１１５—第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算系列，考慮到?jīng)_擊力的因素，為減少動(dòng)鐵芯的重量，使線圈大部分置人靜鐵芯中，動(dòng)鐵芯可做得小些，Ｐ值取得較小。在設(shè)計(jì)中要研究那些因素的變化，會(huì)影響需要控制的指標(biāo)。吸動(dòng)電壓是必須控制好的指標(biāo)。產(chǎn)品模型制造出后，進(jìn)行模型試驗(yàn)，可以測(cè)得產(chǎn)品吸動(dòng)電壓，隨溫度變化的曲線如圖１９所示。ｌ≥薩參Ｏｏ辱Ｄ９Ｏ?抄踟婦ｔ．１Ｖ婦圖１９吸動(dòng)電壓與線圈溫升曲線中間一條曲線為在環(huán)境溫度４００Ｃ測(cè)得，顯然吸動(dòng)電壓大小是與環(huán)境溫度有關(guān)系的。對(duì)模型產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，可選取產(chǎn)品最小的吸動(dòng)電壓Ｕ吸枷。。還要驗(yàn)證在１．１璣時(shí)線圈的溫升，在該電壓下線圈不能過熱，即溫升不能超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。吸動(dòng)電壓受線圈本身阻抗影響，尤其對(duì)于電流規(guī)格小的接觸器影響更為顯著。當(dāng)環(huán)境溫度升高，和線圈本身溫度升高時(shí)，吸動(dòng)電壓變化較大，主要原因是線圈阻抗的增大，在２０。Ｃ時(shí)線圈阻抗為Ｚ＝１８０．７Ｑ；而當(dāng)?shù)剑保埃啊＃脮r(shí)，線圈電阻Ｒ＝２３６Ｑ，線圈電感約為０．０５Ｈ，則Ｚ＝２３６．５Ｑ。顯然吸動(dòng)電壓要升高。假如電源供給功率為Ｐ。＝ＵＩ，線圈功耗為Ｐｂ＝Ｒ等艘×ｉｓ式中：Ｒ等效為線圈等效電阻，其中包括Ｒ。。線圈銅電阻、鐵耗和短路環(huán)損耗。Ｐｓ＝Ｕ×，＝ｚ，２（４６）式中：ｚ＝√Ｒ；效＋（ＬＷ）２Ｐ。一Ｐｂ＝Ｐ電路或＝（尺冬效＋Ｌ２釅），４，群＝尺２等效，４Ｐ—Ｒ＝Ｌ２釅，一１１６一￡＝∥『＝＿／孵（４７）Ｒ等效＝Ｒ／１２（４８）吸合功率一般為保持功率的６～１２倍，如圖２０所示。吸合保持圖２０阻抗曲線氣隙吸力與電流平方成正比，即∥，＝常數(shù)（４９）該常數(shù)在設(shè)計(jì)中應(yīng)掌握。通過測(cè)量，和氣隙ｅ，通過計(jì)算可以得出Ｆ、尺等效、Ｌ以及式（４９）中的常數(shù)。３動(dòng)態(tài)特性計(jì)算電器的工作過程是過渡過程，所以開發(fā)產(chǎn)品必須掌握它的動(dòng)態(tài)過程情況。接觸器的動(dòng)態(tài)計(jì)算，主要是電磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)計(jì)算。電磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)計(jì)算，是求解二階微分方程：Ｆ＝ｍｙ（５０）式中：Ｆ為力；ｍ為活動(dòng)部分的質(zhì)量；１＝ｄ２ｘ／ｄ２ｔ為加速度。通過求解式（５０），可得出速度和穢；位移石。在計(jì)算時(shí)可給定尺等效、￡、∥，２；機(jī)械量（彈簧力，反力曲線，活動(dòng)部分的質(zhì)量）ｍ；位移量（行程）；電源量（合閘相角緲，電源頻率力。在給定吸動(dòng)電壓時(shí)，可采用測(cè)量５０個(gè)數(shù)據(jù)（合閘相角不定），取其中最大值定為ｕ吸動(dòng)戚。。動(dòng)態(tài)計(jì)算可得出速度ｖ，位移Ｘ，線圈電流，ｂ和力Ｆｏ這里，Ｆ為作用力和反作用力的差值。即Ｆ＝Ｆ電磁力一Ｆ反力（５１）交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集動(dòng)態(tài)電路的計(jì)算如下：線圈的電路方程為Ｕｂ＝Ｒｂ，ｂ＋ｄ垂／ｄｔ（５２）Ⅳ多＝ＬＩ（５３）對(duì)式（５３）微分，得ｄ痧／ｄｔ＝（ｄＬ／ｄｔ），＋ＬＸｄｌ／ｄｔ（５４）將式（５４）代入（５２），得Ｕ＝ＲＩ＋（ｄＬ／ｄｔ），＋Ｌ×ｄｌ／ｄｔ（５５）式（５５）中，’■．ｊ■√呻Ｉｔ＠－４ｑ¨１。?。，Ｉ｝ｄＬ／ｄｔ＝ｄＬ／ｄｘＸｄｘ／ｄｔ（５６）式中：ｘ為位移量；ｄｘ／ｄｔ為速度影；ｄＬ／ｄｘ為電感曲線的斜率（參看圖２０），是已知量。由式（５５）和（５６）可得ｄＬ／ｄｔ＝［ｕ一，（尺＋ｄＬ／ｄｘＸＶ）］／Ｌ（５７）求解方程（５７），線圈電流的動(dòng)態(tài)值如圖２１所示。（１）動(dòng)態(tài)曲線四攢Ａ舳（２）電；ｊｉｃ曲線Ａ圖２ｌ電流動(dòng)態(tài)曲線圖圖２２為接觸器閉合時(shí)的速度變化曲線，圖２３為力的動(dòng)態(tài)變化曲線，圖２４為∥，２曲線。接觸器閉合時(shí)，如發(fā)生彈眺，彈跳時(shí)間比較長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生電弧重燃危險(xiǎn)，要采取措施，減少彈跳，如加緩沖件。根據(jù)試驗(yàn)確定緩沖件。另外在彈簧設(shè)計(jì)時(shí)要考慮減少彈跳時(shí)間因素，對(duì)于反力簧，彈簧斜率系數(shù)要小，可采用塔簧。設(shè)計(jì)彈簧時(shí)要避免彈簧在工作時(shí)壓死。前邊談到觸頭彈簧斜率系數(shù)可取較大。在彈簧設(shè)計(jì)時(shí)要注意彈簧諧振頻率避免１００Ｈｚ，因?yàn)槲Φ念l率為１００Ｈｚ。解決這個(gè)問題是應(yīng)限制時(shí)Ｎ／ｒｎｓ彈簧圈數(shù)，同樣的力，同樣的尺寸，取最小的圈數(shù)。彈簧諧振頻率可由下式求得ｆ＝１／２，ｒｒＸ廝（５８）式中，ｋ為彈簧力斜率；ｍ為質(zhì)量。圖２５畫出了鐵芯間氣隙隨時(shí)間變化的過程，在點(diǎn)１處觸頭開始接觸，接著一段是超行程，到點(diǎn)２鐵芯開始接觸即磁路閉合，接著一段是后間隙，到這時(shí)一般是沒有間隙可移動(dòng)。裝有彈性緩沖件其可以產(chǎn)生壓縮變形，所以又產(chǎn)生另一個(gè)附加行程，這個(gè)附加行程一般為０．２—０．６ｍｍ，該值不能大，大會(huì)引起彈跳，顯然其大也會(huì)導(dǎo)致彈簧壓死。一１１７—?！В睿駷常睢龃А蹦椤瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘢欤簟瘛瘛瘛В沧嚧疲保?，●●第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算●ＩⅢ●＂＿１●．＂ｌ?¨■，ｌ’．一Ｊ?＇２一?ｌ‘?犍Ｊｌｌ５ｌｉｌｌｏ｝ｌ５。。。ｊｔ＿ｅ＿ｊ?ｔ。．。Ｊ－蛾Ｊ，ｌ；善?輔ｌ●１４—■Ｉ■一ｌ●。＃ｌ－』２??群。黼ｊ????｝，．?。ｔ●■圖２２接觸器閉合速度變化曲線一…篡一嘴㈨∽ｍ一～一～一＂？＊?萱ｌ●＊●僻●●Ｉ１２’●－?ＨＩ●１．ｉＩ●ｉｌｌ知帕射磐壯蚺矗．ｊＩ打稚■●?ｈ●●時(shí)間／珀ｓ圖２３吸力動(dòng)態(tài)變化曲線—１１８一交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集＿圖２４Ｆ／１２曲線所以接觸器緩沖件要經(jīng)過試驗(yàn)，選擇合適的緩沖件，能減少?zèng)_擊且附加行程不過大，使接觸器在盡量小的彈跳時(shí)間里閉合。模擬技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代開發(fā)手段的應(yīng)用，使得產(chǎn)品開發(fā)周期大大縮短，開發(fā)成本下降，市場(chǎng)應(yīng)變能力增強(qiáng)。有論文專門闡述這方面的技術(shù)心＇３］?；镜脑O(shè)計(jì)計(jì)算方法沒有大的變化，但使用現(xiàn)代技術(shù)和手段，使開發(fā)工作更快捷、更準(zhǔn)確、更方便，使電器產(chǎn)品開發(fā)出現(xiàn)了新局面?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】［１］王其平．電器電弧理論［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版磁路閉社，１９９１．［２］Ｈ．Ｃ．Ｒｏｔｅｒｓ．ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＤｅｖｉｃｅ［Ｍ］．ＮｅｗＪｏｈｎＷｉｌｌｙａｎｄＳｏｎＩｎｃＬｏｎｄｏｎ．Ｙｏｒｋ圖２５閉過程氣隙隨時(shí)間的變化［３］陳德桂，童偉雄．虛擬樣機(jī)成為開發(fā)新型低壓電器的關(guān)健技術(shù)［Ｃ］／／電工技術(shù)學(xué)會(huì)低壓電器專業(yè)委由于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，使動(dòng)態(tài)特性計(jì)算方便得多，并可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案達(dá)到任務(wù)書的要求。同時(shí)通過與試驗(yàn)特性的比較，確定優(yōu)化方案。４員會(huì)第十一屆年會(huì)．［４］李興文，陳德桂，童偉雄．低壓朔殼斷路器中電動(dòng)斥力的數(shù)值分析及實(shí)驗(yàn)研究［Ｃ］／／電工技術(shù)學(xué)會(huì)低壓電器專業(yè)委員會(huì)第十二屆年會(huì)．結(jié)語由于現(xiàn)代技術(shù)大發(fā)展，計(jì)算技術(shù)、傳感技術(shù)、一１１９—交流接觸器的設(shè)計(jì)計(jì)算作者：作者單位：陳紹魁天水長(zhǎng)城電器集團(tuán)公司,甘肅,天水,741018相似文獻(xiàn)(10條1.會(huì)議論文劉冬英影響交流接觸器觸頭熔焊的主要因素2007闡述了影響交流接觸器觸頭熔焊的幾個(gè)主要因素,即觸頭壓力、觸頭材料、觸頭振動(dòng)及觸頭接觸電阻等,并通過新型大容量交流接觸器TJ40-1000A的觸頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)、接通和分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)來說明這幾個(gè)因素的重要性.2.期刊論文紐春萍.陳德桂.李興文.劉穎異.戴瑞成.NiuChunping.ChenDegui.LiXingwen.LiuYingyi.DaiRuicheng交流接觸器觸頭彈跳的仿真及影響因素-電工技術(shù)學(xué)報(bào)2007,22(10交流接觸器在接通電路時(shí),動(dòng)觸頭產(chǎn)生的彈跳不僅影響系統(tǒng)的性能,而且降低接觸器的電壽命.本文建立了接觸器閉合過程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用ADAMS軟件的用戶自編程實(shí)現(xiàn)了閉合過程的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程、電磁場(chǎng)方程和電路方程的耦合求解,并采用泊松模型處理了觸頭和鐵心的接觸約束,實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸器動(dòng)態(tài)全過程和觸頭彈跳的仿真分析.在此基礎(chǔ)上研究了合閘相角、觸頭彈簧參數(shù)和線圈電壓對(duì)動(dòng)觸頭彈跳的影響,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,為研究接觸器的動(dòng)態(tài)特性和觸頭彈跳提供了途徑.3.期刊論文王命梅.許志紅.WANGMingmei.XUZhihong基于ANSYS的智能交流接觸器觸頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)-低壓電器2007,""(21根據(jù)智能交流接觸器的特點(diǎn),采用三維電磁場(chǎng)計(jì)算軟件ANSYS,運(yùn)用APDL語言,以VC++為編程工具,對(duì)交流接觸器觸頭系統(tǒng)進(jìn)行分析與計(jì)算.針對(duì)分?jǐn)噙^程"微電弧能量"小電弧的特點(diǎn),通過分析小電弧區(qū)域的電磁場(chǎng)分布、電弧受力大小、柵片放置位置等情況,尋求合適的新型智能交流接觸器觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能控制方案,為產(chǎn)品化奠定基礎(chǔ).4.期刊論文胡放鳴一種交流接觸器觸頭參數(shù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)-吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)2001,18(3提出了一種根據(jù)交流接觸器力-位移靜態(tài)特性曲線測(cè)量交流接觸器觸頭機(jī)械參數(shù)的原理,并根據(jù)此原理設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量交流接觸器觸頭機(jī)械參數(shù)的系統(tǒng).5.學(xué)位論文李潔交流接觸器觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)的模糊綜合評(píng)判技術(shù)2006交流接觸器是電力拖動(dòng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)中不可缺少的量大面廣的低壓電器產(chǎn)品。作為電機(jī)控制電路中應(yīng)用最多的開關(guān)器件，使用中其損壞大多出自于觸頭燒蝕。在接觸器吸合、斷開瞬間，觸頭閉合時(shí)產(chǎn)生的彈跳，觸頭分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧等問題會(huì)降低交流接觸器使用壽命?？梢?，觸頭作為電器的執(zhí)行部分，其工作好壞直接影響開關(guān)電器的質(zhì)量和性能指標(biāo)。鑒于以上情況，本論文以CJ20-25型交流接觸器為研究對(duì)象，利用光機(jī)電接觸器動(dòng)態(tài)性能測(cè)試裝置，獲取與交流接觸器主要性能（電壽命、機(jī)械壽命及接通能力）密切相關(guān)的參數(shù)，針對(duì)交流接觸器吸合的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)交流接觸器觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。論文首先介紹了模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)判法的基本概念，闡述了模糊綜合評(píng)判法的思想和具體步驟。其次，分析了交流接觸器的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)于一定結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的交流接觸器，其動(dòng)態(tài)特性取決于電源電壓接通時(shí)刻的合閘相角?；诖死碚摶A(chǔ)，構(gòu)造了反映觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)的模糊性、綜合性、多層次性的評(píng)判模型，并確定了模糊綜合評(píng)判的評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)，隸屬度的數(shù)值算法；對(duì)不同合閘相角下的觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了模糊綜合評(píng)判，確定了最佳合閘相角。最后，用C語言設(shè)計(jì)了模糊綜合評(píng)判計(jì)算軟件程序,并舉例給出實(shí)現(xiàn)方法。本文提出的模糊綜合評(píng)判模型，滿足實(shí)際工作對(duì)實(shí)用性、合理性、簡(jiǎn)便性的需求。研究成果對(duì)于控制改善交流接觸器的動(dòng)態(tài)特性以及產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。6.期刊論文胡放鳴一種交流接觸器觸頭參數(shù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)-吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)2001,18(2本文提出了一種根據(jù)交流接觸器力-位移靜態(tài)特性曲線測(cè)量交流接觸器觸頭機(jī)械參數(shù)的原理，并根據(jù)此原理設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量交流接觸器觸頭機(jī)械參數(shù)的系統(tǒng)。7.會(huì)議論文李潔.蘇秀蘋.焦磊.豈峰交流接觸器觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)不確定性的模糊綜合評(píng)判2007提出一種基于模糊綜合的交流接觸器觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)模型,論述了針對(duì)交流接觸器觸頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)采用模糊數(shù)學(xué)中模糊綜合