CJ1020交流接触器电磁系统设计电器学课程设计内容.docx
《CJ1020交流接触器电磁系统设计电器学课程设计内容.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CJ1020交流接触器电磁系统设计电器学课程设计内容.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
CJ1020交流接触器电磁系统设计电器学课程设计内容
1接触器的反力特性
1.1交流接触器的原理、选择和接法
交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。
它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。
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。
交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
交流接触器主要有四部分组成
（1）电
磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；
（2）触头系统，包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的；（3）灭弧装置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免于烧坏主触头；（4）绝缘外壳及附件，各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。
工作原理：
当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，
将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合,从而接通电源。
当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。
交流接触器的选择：
（1）持续运行的设备。
接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。
（2）间断运行
的设备。
接触器按80%J.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设
备。
（3）反复短时工作的设备。
接触器按116-120%算。
即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。
还要考虑工作环境和接触器的结构形式。
[1]一般
三相接触器一共有8个点，三路输入，三路输出，还有是控制点两个。
输出和输入是对应的，很容易能看出来。
如果要加自锁的话，贝U还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。
[2]其原理是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场，加电吸合，断电后接触点就断开。
1.2简介
吸力特性和反力特性的合理配合可以提高接触器的寿命。
接触器的动作电压为85%-110%U接触器电磁铁的反力特性是指反力F对电磁铁衔铁行程卩的关系。
即F=f（卩）,其中电磁铁的反力有释放弹簧力，触头弹簧力，以及运动的重力组成，又因为运动部分的重力与反力相比，相对比较小，可以忽略，忽略重力可使设计过程得到简化，而且不会影响到接触器的基本特性。
1.3触头参数
主触头的开距为5-7mm取开距为6mm,超程为1-2mm,取为2mm所以住触头的行程为6+2=8mm
辅助触头开距为2-3mm,取为2.5mm,超程为0.5-1mm,取为0.75mm,所以辅助触头
的总行程为2.5mm+0.75mm=3.25mm。
1.4触头反力
（1）主触头反力：
为了确定系统可靠吸合，取靠近上限的反力数值.
初压力为0.3-0.4Kg,取fcc=0.36Kg
终压力为0.6-0.8Kg,取fec=0.68Kg
主触头共有3根，其初压力为Ffcc=3fcc=3*0.35Kg=1.08Kg,终压力为Ffec
=3fec=3*0.68Kg=2.04Kg
（2）辅助触头压力：
在本次设计中，接触器采用了直动式电磁铁，因此，在确定反力特性时,辅助触头=常开=常闭,根据设计任务书可知：
Ffcb=2Fcb=2*0.06=0.12Kg
Ffeb=2Fzb=2*0.15=0.3Kg
其中Fcb和Fzb分别为辅助触头的初压力和终压力，分别去其对应范围的下限；Ffcb和
Ffcb分别为辅助触头的两相的初压力和终压力
1.5释放弹簧的的反力
释放弹簧的压缩距离为X=0.75mm当其闭合时，释放弹簧的处压力和终压力
P仁0.2Kg
P2=P1+K*X=0.3125Kg
弹性刚度K=0.015Kg/mm
释放弹簧的初压力和终压力为：
Ffcs=P1=0.2Kg
Ffes=P2=0.3125kg
在忽略重力引起的反作用后，可以将以上几个反力叠加，从而求得交流接触器的反力特性曲线，如图1所示：
图】交涯接触器的反力"吸力持性曲线
2计算线圈的结构参数
2.1初始设计点的选择
开始设计时，吸力特性还不知道，所有要选择一个设计点。
对于交流接触器使用的电磁铁，由于主触头刚到接触处。
反力特性上有一个突跳点。
在这一点上，电磁铁工作最繁重，所以将设计点选在对应于行程超程的B点，进行反力计算，B点对应的气隙错误!
未找到引用源。
。
错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
+错误!
未找到引用源。
=1.17+（0.2+0.015错误!
未找到引用源。
）=1.3925kg
为确保可靠吸合，吸力应大于反力。
引入一个安全系数错误!
未找到引用源。
（对于接触器和磁力启动器，错误!
未找到引用源。
），取错误!
未找到引用源。
。
则B点的吸力错误!
未找到引用源。
为：
错误味找到引用源。
1.4错误!
未找到引用源。
=1.9495（kg）=19.495（N）
2.2确定铁心面积错误!
未找到引用源。
开始计算时铁心截面不知，所以首先初选错误!
未找到引用源。
和错误!
未找到引用源。
值（错误!
未找到引用源。
）。
待求出错误!
未找到引用源。
以后再加以休正。
现取额定电压时铁心磁通密度错误!
未找到引用源。
，气隙为错误!
未找到引用源。
时的漏磁系数（贴心打开时位置时。
铁心磁通与气隙磁通之比）错误!
未找到引用源。
，考虑衔
铁打开位置线圈反电势为0.95错误!
未找到引用源。
及错误!
未找到引用源。
（错误!
未找到引用源。
代表衔铁打开位置，线圈电势E与电源额定电压错误!
未找到引用源。
的比值错误!
未找到引用源。
一般错误!
未找到引用源。
在0.75~0.96之间）则在电源电压降到0.85错误!
未找到引用源。
时的工作气隙，磁通密度错误!
未找到引用源。
为错误!
未找到引用源。
=0.85错误!
未找到引用源。
（1.3错误!
未找到引用源。
）错误!
未找到引用源。
。
则铁心面积错误!
未找到引用源。
为错误!
未找到引用源。
=4错误!
未找到引用源。
铁心厚度b与其宽度a之比为比值系数错误!
未找到引用源。
即错误!
未找到引用源。
为了使衔铁在吸合位置时机械上较稳定错误!
未找到引用源。
=1.5~2现取错误!
未找到引用源。
。
铁心碟片占空系数错误!
未找到引用源。
=0.9~0.95现取错误!
未找到引用源。
=0.94,则a=错误!
未找到引用源。
b=错误!
未找到引用源。
铁心视在面积错误!
未找到引用源。
计算错误!
未找到引用源。
，由错误!
未找到引用源。
，错误!
未找到引用源。
，查得错误!
未找到引用源。
及错误!
未找到引用源。
值与原估计值接近。
2.3衔铁吸合时的线圈磁势的计算
把去磁间隙置于工作气隙，取剩余气隙为错误!
未找到引用源。
，则衔铁闭合时的工作气隙磁导
错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
假定线圈总磁势IN为工作气隙压降错误!
未找到引用源。
的2倍，考虑到电源电压升到1.1错误!
未找到引用源。
，得线圈总磁势IN为：
IN=2错误!
未找到引用源。
2.4计算线圈匝数
额定电压时，衔铁（动铁心）吸合后的铁心磁通密度
错误!
未找到引用源。
则线圈匝数
N=错误!
未找到引用源。
错误!
未找到引用源。
初步设计，故取E=0.98U
即N=错误!
未找到引用源。
匝
取N=3550匝
2.5其他尺寸的设计
按其他部分与铁心部分的磁通密度相同的原则，铁心两边柱宽度为a/2=1.6/2=0.8cm。
对短行程的螺管电磁铁选择档铁高度比值系数错误!
未找到引用源。
，则档铁高度为
错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
2.6确定线圈尺寸
当电压为1.05时，铁心中磁通密度错误!
未找到引用源。
=1.05错误!
未找到引用源。
，铁心材料采用厚度为0.5mm的错误!
未找到引用源。
硅钢片，查损耗曲线，得错误!
未找到引用源。
；常数错误!
未找到引用源。
取n=0.6,n为线圈宽度错误!
未找到引用源。
对铁心边长a的比值系数，即n=错误!
未找到引用源。
，n=0.5~0.8。
取线圈填充系数错误!
未找到引用源。
，由于线圈的绝缘等级要求为A级，即接触器的最高允许温度为105错误!
未找到引用源。
，设计中要求接触器的工作环境温度为-30~40错误!
未找到引用源。
，现取为40错误!
未找到引用源。
。
则该接触器线圈最高允许温升为105错误!
未找到引用源。
~40错误!
未找到引用源。
=65错误!
未找到引用源。
。
现取温升错误!
未找到引用源。
由线圈温升为50错误!
未找到引用源。
，查表得线圈综合散热系数错误!
未找到引用源。
，查表得发热温度为90错误!
未找到引用源。
时的铜地电阻率错误!
未找到引用源。
则线圈高度h为：
h=错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
错误!
未找到引用源。
线圈宽度错误!
未找到引用源
确定线圈导线的线径及电阻。
导线线径d=错误!
未找到引用源。
根据标准规定的铜线标称直径取d=0.20mm
则线圈平均长度：
错误!
未找到引用源。
线圈在热态下电阻R
R=错误!
未找到引用源。
3分磁环的设计
因为交流电磁铁的吸力是按两倍电源频率而变化，衔铁在吸合位置时为了防止发生振动，而在铁心磁极端面装设分磁短路环。
分磁环的设计主要是确定其材料尺寸，并对吸力是否满足要求进行验算。
3.1分磁环尺寸计算
取非工作气隙为1mm，分磁环装于铁心边柱两端，磁极宽度为1cm，放置分磁环的槽宽位1.5mm,则磁极面积A=错误!
未找到引用源。
（1+0.15）错误!
未找到引用源。
4=4.6c错误!
未找到引用源。
比值系数错误!
未找到引用源。
本设计中取错误!
未找到引用源。
=0.80
错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
错误!
未找到引用源。
=（1-错误!
未找到引用源。
分磁环电阻错误!
未找到引用源。
可以由下式求得：
错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
=错误!
未找到引用源。
其中错误!
未找到引用源。
为综合参数，其范围是0.2~0.4,取错误!
未找到引用源。
=0.3,错误!
未找到引用源。
表示衔铁闭合时的工作气隙范围为0.004〜0.005cm取Sp=0.005cm
取分磁环宽度由于槽宽ad=1.5cm，则分磁环长度ld：
ld=2X（A2/b+b）+adXn=2冷.68/4+4）+0.153.14=10.311
P=p[1+aw（t+）月=7X0-8[1+0.015X0+50）]=2.241X8Q・m
分磁环用铜制作，设工作温度为90C（介质温度Bo=40C，最高温升t=50C
其中P=p1+aw（t+）B，p为0°C时的电阻率pb=7X10-8Q/m
P为线圈发热温升为T铜的电阻率
9o为介质温度为40C
aw为铜导体电阻温度系数a=0.0151/C温升t=50C
则分磁环截面积Ad:
Ad=（pd）lRd=（2.24X0-8X10.311W-2）/1.08910-2m2=2.12mm2
分磁环厚度bd=Ad/ad=2.12/1.5mm=1.41mm
3.2验算
主要验算0.8Un情况下，铁心能否可靠吸合。
①cm=0.8LN/4044fN=（0.8380）/（4.4450X3550）=0.3861>0-3wb
①Sm*cm=0.386x-3Wb
取S1=S2=0.05mm
则RsiS1/（o険1）=（0.0510-3）/（4nX仙.1510-4）=34.95>104Q
tan©=Y/Rd=0.75/0.3=2.5所以①=68.2°
即①m1与①m2的相角差①=68.2°
由此可求A1、A2及人=人1+人2
作出等效磁路如图3-1所示：
Zm1=1=34.59X04（1/H）
Zm2=Rs+jX2=Rs2jRs2an①=（11.53Xj11.53X2.5（1兔5B+28.83j）104（1/H）式中Rs=S2/pA2=0.0510-3/4孔X-7|03.4510-4=11.53104（1/H）
Zm2=31.05104（1/H）
令Zm=A1+A2=46.12X104+28.83104j
|A|=54.39（1/H）
①§i=|Zm2|/|Zm|?
⑪^31.05/54.390為68沐0-3=0.22X0-3wb
①si|Zmi|/|Zm|?
①5^31.05/54.390.36810-3=0.25为0-3wb
所以Fp5l①25im40Ai=（0.22W-3）2/4X.257X0-6X1.15X0-4=83.71（N）
Fp52①25皿pA2=（0.2210-3）2/4>1.25710-6X1.1510-4=36.03（N）
Fmin=Fp51Fp52”Fps1+Fp52+2FpsFpscos2①
=83.71+36.06-—83.712+36.032+2X83.71>6.03>os（268.020）_=57（N）
Ffmax=Fzc+Fzb+Fzs=（2.25+0.2+0.315）>10=27.652N
因为Fmin>Ffmax所以合格
即当U=0.8Ue时,电磁铁仍能可靠吸合.
4电磁系统的结构尺寸草图
铁心宽a=1.6cm铁心厚b=3.8cm线圈平均长Ipj18.58cm分磁环厚度bd1.1cm分磁环截面Ad2.2mm2线圈匝数N=3550匝静铁心两边柱宽旦0.8cm剩余气隙s0.2mm线圈高度h=2.1cm
2
磁极宽1cm线圈厚度1cm分磁槽宽1.5mm
分磁环宽1.5cm导线线径d=0.20mm分磁环长度ld10.311cm
因此，设计电磁系统的结构图。
闱4叱寸期
5特性计算
1F
5.1磁导i计算
5.1.1铁心中防剩磁气隙磁导的计算
为了防止在电磁铁断电是由于铁心柱中剩磁使衔铁不能释放，在磁路中应有防剩
磁气隙，一般取气隙为f0.2mm铁心截面积为s=ab=1.64104则防剩磁气隙磁导为
5.1.2计算气隙磁导
采用磁场分割法计算气隙磁导：
就是按气隙磁场分布情况和磁通的可能路径将整个磁场分成若干几何形状规则化的磁通管，然后以解析方法求出它们的磁导，并按它们的串并联关系求出整个磁导。
本电磁铁的气隙磁导共有的5部分组成，中间的六面体，前后左右四个半圆柱体，
（其中前后两个等效成圆柱体，圆柱体半径取平均气息长度），前后左右四个半圆筒，（前
后两个等效成一个圆筒）四个边上有
4个1/4球体和4
个1/4球壳。
分别表示如下
五个部分：
磁导表达式：
1.平行直六面体
G1=
u°s
2.半圆柱体
G2
=0.260I
3.半圆筒
G3
2I
0
（—1）m
4.1/4球体
G4
0.077os
5.1/4球壳
G
50.25°m
总气隙磁导为以上个部分之和，
计算参数
m4=。
=G1+2（G21+G22+G31+G32）+4（G4+G5）
0[0.000640.017831.308]
对于不同的
值可分别求出对应的G及-g值。
列表如下:
表5-1不同的值对应的G及-—值
d
（mm）
0.3751.534.5
6
7.5
G（H）1（
0736.99.785.283.803.07
2.64
107
9652.1601.7149.265.4036.07
22.49
5.2计算线圈启动电流及核验反电势
在衔铁打开位置，有工作气隙磁导和漏磁导分成等值磁导
74
410.5詐10=697107H
非工作气隙磁导
忽略动铁尾部和装置分磁极环极面间的气隙磁导。
并忽略导磁体磁阻，则磁系统的总磁导。
4.49107（wb/A）
6.971071.71106
76
6.97101.1710
启动电流为
线圈反电动势
E=,UI（IR）2=3802（0.19301.3）2V=375.66V
反电动势E与电源电压之比37566=0.99与初步设计时假定的0.98比较接近380
5.3计算电磁吸力
5.3.1以电压为1.1U，主触头开距为0.3745mm为例计算电磁吸力F
忽略漏磁通的影响，此对称支磁路中磁通？
对称，故先按一半磁路计算。
其等效磁
路如图5-1所示：
R――铁心磁阻
查气隙钢片磁化曲线得：
Hm=50A/cm，Hm1=50A/cm，Hm2=2.8A/cm。
图5-1等效磁路图
气隙磁导:
磁路长度分别为:
=790.8（安匝）
时的吸力F的数值分别计算，整理成下表:
表5-2不同电压不同气隙大小时的吸力值（单位：
N）
选项
0.375
1.5
3
4.5
6
7.5
0.8Ue
131.25
16.44
7.34
4.75
3.47
2.67
Ue
366.8
38.28
15.15
9.19
6.44
4.82
l.lUe
376.4
40.82
16.59
10.22
7.23
5.45
5.3.2画电磁铁的吸力特性曲线
由表5-2可以画出电磁铁的吸力特性曲线如图1所示
6温升的校验
温升校验的目的是为了确定所设计参数是否能够达到所要求的基本特性标准，若
不能达到要求标准，即实际温升超过最高温升，则参数不能满足要求。
前面已经求得1.1Ue
条件（0.375mm）时线圈的总磁势为：
IN=790.8安匝,则线圈的激磁电流I巴=790.8/3550=0.223AN
忽略线圈电流的损耗分量，激磁电流即为线圈电流，则线圈电阻损耗为
22
IR0.223278.913.87（W）
按重复短时工作制校验设计。
已知操作频率为60次/每小时，通电持续率为Td=40%
则每个周期的通电时间T136004°%12s
602
T21Td%T118S
Td%
故TT1T2=30s
Ptc（Kc2Kc2）T1
所以等效发热电阻电流I'r.3丁
J
1（8282）12
3=0.24A
30
铁心的损耗pch:
Pch=pc&a2L=5.1XX.62X10-4X7.8X03>2.1X0-2=2.1w
2
所以线圈温升t=（IF+Pch）/Kr（2a+2b+2n）h
2-40_o
=（0.2232>278.9+2.1）/[10.9（21.6+2X2.4+2X3.140.96）2<1X10]=35.8C<50°C
所以合格
7结论
在设计的过程中关于电磁机构各部分几何尺寸的计算经常遇到取近似值的情况，这也是设计产生误差的主要原因。
但是通过修正等各项措施力求使设计误差最小，基本条件应当保证电磁铁机构能够满足交流接触器的各项特性要求，而且要安全可靠。
参考文献
[1].张冠生•《电器理论基础》[M].第2版.北京：
机械工程出版社1990
[2].方鸿发•《低压电器》[M].第4版•北京:
机械工程出版社1988
[3].夏天伟丁明道.《电器学》[M].第3版.北京：
机械工业出版社1999
[4].《常用电工材料手册》[M].第2版.上海市电子电器协会主编
[5].张冠生.《电器理论基础》[M].第1版.北京：
机械工业出版社2002
2004.3
⑹.方大千.《高低压电器速查速算手册》[M].第2版.中国水利水电出版社
升级会员 