【文章內(nèi)容簡介】 異步電動機的起動，但在運轉(zhuǎn)時斷開；AC4 類用于籠型異步電動機的起動，以及短時反復(fù)接通和斷開電容器及照明電路。我設(shè)計的交流接觸器使用類別是 AC3，其對應(yīng)得接通與分?jǐn)嗄芰Φ慕油ê头謹(jǐn)鄺l件以及驗證電壽命的接通和分?jǐn)鄺l件如表 11 所示：h、機械壽命、電壽命：交流接觸器是一種頻繁操作的電器，自動控制系統(tǒng)不僅要求它有很高的操作頻率，而且要求它有與之相適應(yīng)的較高的機械壽命和電壽命，以提高系統(tǒng)運行的可靠性。交流接觸器的機械壽命一般為 1000 萬次，小容量交流接觸器的機械壽命可高達(dá) 3000 萬次，交流接觸器的電壽命隨使用類別不同而不同，IEC60947—4—1—1990 和 規(guī)定各使用類別電壽命試驗的接通和斷開條件見表 11。交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計3 表 11 AC3 使用類別的接通與分?jǐn)嗄芰膀炞C電壽命的接通和分?jǐn)鄺l件接 通 和 分 斷 條 件使用類別I/Ie Ur/Ue Cosφ 或L/R， ms通電時間s間隔時間 s操作循環(huán)次數(shù)AC3 1 6 50接 通 條 件I/Ie U/Ue Cosφ 通電時間s 間隔時間 s操作循環(huán)次數(shù)AC3 10 1 10 50AC4 1 6 50接 通 分 斷驗證電壽命時使用類別額定工作電流 AI/Ie U/Ue Cosφ或L/R,msI/Ie U/Ue Cosφ或L/R,msIe 17?6 1 1 Ie17 6 1 1 Ie 17 6 1 6 1 Ie17 6 1 6 1 注: —額定工作電流 —接通前電壓U—額定工作電壓 —恢復(fù)電壓eUr—接通電流 —分?jǐn)嚯娏鱅 eI 主要技術(shù)指標(biāo)本次設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)如下：額定絕緣電壓(最高額定工作電壓)U i:660V額定工作電壓 Ue:380V額定工作電流(使用類別 AC3)Ie:40A約定發(fā)熱電流 Ith:55A交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計4額定控制電源電壓（即線圈電壓）U S:220V、50Hz使用類別:AC3周圍空氣溫度:40 oC～+40 oC工作制:長期工作制壽命:機械壽命 1000 萬次，電壽命 AC3 300 萬次操作頻率:AC3 1200 次/h輔助觸頭約定發(fā)熱電流:10A輔助觸頭額定工作電流（AC15）:230V、5A 交流接觸器的設(shè)計要求與結(jié)構(gòu)確定 設(shè)計要求a、滅弧性能好，分?jǐn)嚯娏鲿r燃弧時間短，過電壓低，噴弧距離小。b、觸頭材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、耐腐蝕、抗熔焊性能好，以降低觸頭的溫升和提高電壽命，同時要求觸頭材料的工藝性好，價格低廉。c、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，機構(gòu)壽命高，并具有足夠的承受短時耐受電流的能力。 總體結(jié)構(gòu)方案確定在給定的技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)下，初步確定 40A 三極交流接觸器采用雙斷點橋式觸頭，直動式磁系統(tǒng)，各零件均安裝在塑料外殼和鋁合金底座上的整體式結(jié)構(gòu)。輔助觸頭、主觸頭、電磁系統(tǒng)兩層立體布置，結(jié)構(gòu)緊湊，縮小安裝面積。接觸器的外殼由兩段組成，上段為熱固性塑料壓制的軀殼和耐高溫的絕緣材料制成的外殼，外殼內(nèi)安裝三個雙向可控硅及控制電路。主觸頭設(shè)計成三腔可簡化模具結(jié)構(gòu)，并可滿足控制三相四線制電路及派生中間繼電器的需要。輔助觸頭組件采用卡裝式結(jié)構(gòu)，配備二常開和二常閉觸頭。下段為冷沖壓成形的鋁合金底座，固定電磁系統(tǒng)和緩沖裝置，底部有卡軌安裝用的鎖扣，可裝于帽形標(biāo)準(zhǔn)安裝軌上，安裝拆卸十分方便。觸頭接線端子采用帶瓦形墊圈的不落自升式組合螺釘，接線方便，使用安全。交流接觸器結(jié)構(gòu)原理圖如圖 所示：交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計5 圖 交流接觸器結(jié)構(gòu)原理圖交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計6第 2 章 觸頭系統(tǒng)設(shè)計 確定觸頭結(jié)構(gòu)形式本次設(shè)計觸頭選取為雙斷點橋式結(jié)構(gòu)，采用強磁吹回路。其優(yōu)點是閉合中沖擊能量小，滅弧效果好。40A 三極交流接觸器的觸頭系統(tǒng)由橋形 (動)觸頭，接觸板(靜觸頭)，觸頭彈簧、觸頭、觸頭支持件等主要零件組成。接觸器觸點結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 接觸器觸點結(jié)構(gòu) 主觸頭的設(shè)計 主觸頭的設(shè)計與計算 觸頭材料的確定目前，交流接觸器或繼電器一般采用銀基觸頭材料，因為它有很好的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能，并且耐電弧侵蝕和抗熔焊。但不同銀基材料的材料轉(zhuǎn)移性能不一樣，英國西英格蘭大學(xué)H．Nouri 等對不同的銀基材料在交流AC．1使用類別，取電壓240 V，頻率50 Hz，分?jǐn)嚯娏?6 A的條件下進(jìn)行定相分?jǐn)嘣囼?。試驗結(jié)果獲得最小觸頭損耗的分閘相角，對AgCdO 材料為 ，而對AgCu，則為 .H．Nouri的試驗是在單相條件下35? 45?進(jìn)行的，對于實際的三相開關(guān)電路，每一相分?jǐn)啾仨氃诟髯灾付ǖ姆珠l相角。他還提交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計7出了一種用于控制三相開關(guān)的控制線路方案。我的設(shè)計主觸頭就選用了銀基材料中的一種——AgSnO2 材料，選用 AgSnO2 觸頭材料取代傳統(tǒng)的 AgCdO,可使材料體積減少 25%，并能保持同樣的壽命，還可以大大簡化滅弧系統(tǒng)的設(shè)計。主靜觸頭導(dǎo)電板選用導(dǎo)電性能好，抗拉強度較高的黃銅，并鍍錫36um。而輔助觸頭采用純銀材料，它具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，接觸電阻低而穩(wěn)定，電磨損小而均勻。 觸頭觸橋的截面尺寸確定查表 [3] 得黃銅 ρ 0=7*106 歐厘米, 電阻溫度系數(shù) aω=(1/0C )。B 級絕緣材料的允許溫升 τ=90 0C，當(dāng)介質(zhì)溫度取 400C 時，允許溫度為 1300C。取散熱系數(shù)，對于扁平銅母線 KT=(610)104 取 KT=6*104(w/cm0C)觸橋為矩形截面，按公式 [3] ab(a+b)= ()????Iea2)1(20?= 9064)2????=式中 a 厚度、b 寬度、θ 允許溫升、 為額定電流Ie取觸橋厚度 a=2mm 則由公式（）：b= = 取 b=2???觸橋截面積：S=27=14mm 2 ()21/.5mASIJth?又有 J1 在(3～)范圍取值,所以符合要求。 主靜觸頭導(dǎo)電板截面積的確定考慮主動、靜觸頭配合，取導(dǎo)電板的寬度為 20mm 查表 [1]取接觸板的電流密度J2=，而約定發(fā)熱電流 =55A,則接觸板的截面積為：thI ()? 主觸頭尺寸的確定 按主靜觸頭導(dǎo)電板及主動觸橋尺寸，初定主觸頭截面尺寸，再計算主觸頭電磨損體積，來確定觸頭厚度，由于觸橋的寬度為 7mm，便于焊接，取主動觸頭直徑為 6mm，則其電磨損體積的計算公式 [1]如下：交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計8Vc= ()??eckqN0?式中 N——觸頭電壽命次數(shù) 300*104次γc———放電狀態(tài)下單位電量所消耗的金屬量系數(shù)（g/c）由表（42）取 4106（g/c）q0———在觸頭分段過程中，電路流過觸頭（c）ke——金屬體積的利用系數(shù)，k e≈ρ——觸頭材料的密度（g/cm 3）對交流電路，q 0≈ （n 電弧燃燒半波數(shù)，取 1）?I?02≈ =查表 [1]銀——氧化錫密度 ρ（g/c）ρ=Vc= .059.6??=計算觸頭厚度：觸頭形狀為圓柱體，直徑 d=6mm一個觸頭的磨損厚度計算公式 [1]： () ??一個觸頭的厚度 h=(—2)hc 取 h== 主觸頭參數(shù)的確定查表 [1]主觸頭超程：γ=（）mm 取 γ=4mm 主觸頭開距： =（411）mm 取 =7mm??為保證長期工作的可靠性，觸頭的初壓力取得比較大，對于接觸器等控制電器的觸頭為了減少觸頭磨損保證接觸可靠，單位額定電流的初壓力范圍是：F/I=(—)N/A 取 F/I=，即可得觸頭初壓力: F 0=IN(F/I)=40=4N觸頭終壓力按下式計算： FZ=(—)F0 取 FZ==6N交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計9 主觸頭溫升及熱穩(wěn)定性的驗算計算主觸頭接觸電阻： （）??????98)6102.()102.(mzjjFKR式中 Rj接觸電阻（μΩ）。 Fz接觸壓力（N）。 m系數(shù)，面接觸，m=1。Kj系數(shù)查資料 [10] 取 Kj=60 驗算主觸頭溫升值a)導(dǎo)電板端部的穩(wěn)定溫升可按公式 [1]計算: ()PSKITwd??2?其中查表 [8]可知：導(dǎo)電板電阻率 ；m????查表 [3]可知：導(dǎo)電板表面的傳熱系數(shù) 8w/(m2 k) ；T導(dǎo)電板橫截面的周長 P=2(+)=18mm導(dǎo)電板的橫截面積 S= 105 m2故 ℃. ??????PSKITthwd??b)觸頭與導(dǎo)電板連接面上的穩(wěn)定溫升可按下列公式進(jìn)行計算:℃ ()).721039()3( 3???wdjdj U??其中 ?????????jthjRIUc)觸頭接觸點的穩(wěn)定溫升可按下列公式進(jìn)行計算:℃ ())9(3.)8( 232 ???????jjdjmU其中: 導(dǎo)電板電阻率 ；m?????觸頭材料的熱導(dǎo)率 420（W/m ℃） ；因為 [T]=90℃,故溫升合格。jm?交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計10 校核主動觸橋的熱穩(wěn)定性當(dāng)主動觸橋通過產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的短時過載電流時，其溫度應(yīng)不超過材料的短時允許發(fā)熱溫度。由 JB245585 查得其熱穩(wěn)定電流 I=8IN=則知道 V266 ??? ??????jRjIU查表 [10] 查得,開始融化時的電壓降 UJS=, 因為 UjRUJS 所以不會融焊,熱穩(wěn)定性合格. 校核主觸頭的動穩(wěn)定性查表 [3] 得:其壓皺系數(shù) =500102 N/cm2y? 觸頭壓皺面積計算公式 [3]: cm2 ()????yFS觸頭接觸點的電動斥力計算公式 [3]： ()027ln1SIch??= 74)8.( ??= N 式中： 為動穩(wěn)定電流。??作用在動觸橋上有回路電動斥力，垂直布置導(dǎo)體電動力的計算公式 [10]：取觸橋長度 L為 4cm，回路導(dǎo)體距離為 ()? H=+8+1=, =h；1則有:=2 ()CFSrhlI72120)(???=2.????總斥力計算公式 [3]如下： =+=10N= ； ()chCF? 0F交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計11故滿足觸頭動穩(wěn)定性的要求。 計算主動觸頭及觸橋的質(zhì)量與觸頭初壓力的比值應(yīng)小于或接近 千克/牛頓，以減少觸頭的震動。310主動觸頭體積計算公式 [1]： ()????主動觸頭質(zhì)量計算公式 [1]：Mz== ()觸橋體積為：(暫取觸橋長度為 5cm,則取其一半為 ) Vq== 3cm查表 [3]取黃銅 ρ=固其質(zhì)量為： m==總質(zhì)量為： M=+=初壓力為： = (F/I)=40 =4N0FeI?得 M/F 比值： ()???3M/???小于 千克/牛頓 故振動小滿足要求。31 輔助觸頭的設(shè)計與計算輔助觸頭基本參數(shù)：2 動合、2 動斷、額定絕緣電壓 660V,約定發(fā)熱電流為 10A，額定工作電流為 10A，取輔助觸頭材料為純銀，觸橋及導(dǎo)電板的材料仍取黃銅。 觸橋尺寸的確定如公式（）：ab(a+b)= ????TekIa2)1(20? = 9061)2????=取觸橋厚度為 1mm，取觸橋?qū)挾葹?9mm 銀觸頭選用圓柱形，直徑 8mm確定導(dǎo)電板形狀：取導(dǎo)電板 寬度為 9mm,接觸板電流密度為 ，則其厚度 ： =I/ =10/(9)≈1mm ()h?bj故導(dǎo)電板厚度為：1mm 計算輔助觸頭厚度 電磨損體積如公式（）： 交流接觸器的優(yōu)化設(shè)計12Vc= ???eckqN0式中 N——300104 次γc——查表 [1]（）取 106（g/c）ke——ke≈對交流電路， （n 電弧燃燒半波數(shù)，取 1）q0≈ = =（c） ()?nI?0234102?查表 [1]純銀密度 ρ=（g/ cm 3） Vc= =4?計算輔助觸頭厚度：觸頭形狀為圓柱體，直徑 d=4mm一個觸頭的磨損厚度： ()??由觸頭厚度計算公式 [1] h=(—2)hc 取輔助觸頭厚度 h= hc =≈初壓力：單位電流的觸頭初壓力 Fd= 則