Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
6. КОНТАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Цель шестой темы: изучить контактные устройства (электрические соединители, переключатели режимов работы схем, электромагнитные реле).
6.1. Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение контактных устройств, выполните их классификацию.
2. Природа электрического контакта. Что такое переходное сопротивление?
3. Напишите выражение для переходного сопротивления. Почему переходное сопротивление не зависит от площади соприкасающихся контактов-деталей?
4. Какие материалы применяют для изготовления контактов-деталей?
5. Перечислите факторы, влияющие на надежность работы электрических контактов.
6. Приведите примеры обозначения контактных устройств на электрических схемах.
7. Нарисуйте схемы замещения контактных устройств. Назовите паразитные параметры контактных устройств. Как влияют паразитные параметры на граничную частоту контактного устройства?
8. Перечислите основные электрические параметры контактных устройств.
9. Выполните классификацию электрических соединителей.
10. Перечислите основные типы контактов-деталей, применяемых в электрических соединителях, приведите их сравнительные характеристики.
11. Как обозначаются электрические соединители в конструкторской документации?
12. Укажите области применения и приведите основные характеристики электрических соединителей, выпускаемых промышленностью.
13. Выполните классификацию переключателей.
14. Перечислите типы и приведите примеры конструкций контактов-деталей, применяемых в переключателях.
15. Расскажите, какие типы переключателей выпускаются отечественной промышленностью, приведите их характеристики.
16. Проведите классификацию электромагнитных реле. Объясните отличия в устройстве и принципе действия якорных и герконовых реле.
17. Объясните систему обозначения герконов.
18. Выведите формулы (6.31) и (6.35) для расчета времени срабатывания и отпускания реле.
19. Почему время срабатывания реле уменьшается с ростом коэффициента запаса?
20. Дайте определение магнитного сопротивления магнитной цепи.
21. Выведите выражение (6.51) для расчета магнитодвижущей силы реле.
22. В чем заключаются отличия МДС срабатывания от МДС отпускания реле?
23. Объясните систему обозначений электромагнитных реле в конструкторской документации.
24. Проведите анализ конструкций и характеристик стандартизованных и нормализованных конструкций реле общего применения.
25. Перечислите основные типы магнитных систем, применяемых в конструкциях герконовых реле; назовите их особенности.
6.2. Примеры решения задач
6.2.1. Общие свойства контактных устройств
Пример 6.1. Рассчитать переходное сопротивление контактов-деталей контактного устройства со следующими параметрами:
|
Удельное сопротивление материала по кры тия контактов-деталей, rп, Ом×мм |
Модуль Юнга материала покрытия, Е, Н/мм2 |
Высота микронеровностей поверхностей контактов-деталей, hв, мкм |
Контактное нажатие, Fк , Н |
|
2,4×10-5 (Au) |
8,4×104 |
1,6 |
0,1 |
Решение.
Если ограничиться механическими напряжениями, равными модулю упругости материала контактных поверхностей Е, то величину полезной площади контактирования Sк можно оценить по формуле
, мм2, (6.1)
где Fк – величина контактного нажатия, Н; Е8×104 Н/мм2 – модуль Юнга.
Для оценки величины переходного сопротивления воспользуемся известной формулой для сопротивления проводника:
, Ом, (6.2)
где r – удельное сопротивление проводника, Ом×мм; l – длина проводника, мм; S – площадь поперечного сечения проводника, мм2.
Принимая в формуле (6.2) за длину проводника l среднюю высоту микронеровностей hв, определяемую классом обработки поверхности, а в качестве площади поперечного сечения S – значение полезной площади контактирования Sк, определяемую по формуле (6.9), и вводя поправочный коэффициент пропорциональности 0,17, для расчета величины переходного сопротивления Rп получим выражение:
, Ом, (6.3)
где rп – удельное сопротивление материала покрытия контактной поверхности, Ом×мм.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.3), получаем:
Ом.
Ответ. Rп=5,5×10-3 Ом.
Пример 6.2. Рассчитать переходное сопротивление контактов-деталей при точечном контактировании в контактном устройстве со следующими параметрами:
|
Удельное сопротивление материала по кры тия контактов-деталей, rп, Ом×мм |
Поверхностная твердость материала покрытия по Бринелю, HБ, Н/мм2 |
Контактное нажатие, Fк , Н |
|
2,4×10-5 (Au) |
8,4×104 |
0,1 |
Решение.
При расчетах переходного сопротивления применяют также другие приближенные формулы, полученные на основе представлений о точечном контактировании поверхностей. Например, для чисто обработан ной поверхности (hв = 3,20,8 мкм) значение Rп можно рассчитать по формуле
, Ом, (6.4)
где HБ – поверхностная твердость контактного металла по Бринелю, Н/мм2; rп – удельное сопротивление материала покрытия контактной поверхности, Ом×мм; контактное нажатие Fк – в Н.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.4), получаем:
Ом.
Ответ. Rп=5,5×10-3 Ом.
Пример 6.3. Рассчитать температуру перегрева контактов-деталей в контактном устройстве со следующими параметрами:
|
Ток через контакт, I , А |
Удельное сопротивление материала контактов-деталей, r, Ом×м |
Теплопроводность материала контакта, т, Вт/мК |
Переходное сопротивление, Rп , Ом |
|
0,05 |
0,05×10-6 (Латунь) |
0,15 |
0,1 |
Решение.
Нагрев контактов. При протекании тока через КУ в месте контакта происходит дополнительный нагрев. Температура перегрева DТп оценивается по формуле
, K, (6.5)
где I – ток через контакт, А; Rп – переходное сопротивление, Ом; т – теп лопроводность материала контакта, Вт/мК; r – его удельное сопро тивление, Ом×м.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.5), получаем:
К.
Ответ. К.
Пример 6.4. Рассчитать сопротивление Rш и емкость С искрогасящей цепочки, включенной параллельно контактам-деталям контактного устройства, нагруженного на нагрузку R=1000 Ом и индуктивность L=100 мГн.
Решение.
Для искрогашения обычно используется включение параллельно контактам-деталям искрогасящей цепочки из последовательно соединенных конденсатора С и резистора Rш. Величина сопротивления резистора
, (6.6)
где L – индуктивность цепи, включенной последовательно с КУ где R – сопротивление нагрузки цепи, а емкость конденсатора.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.6), получаем:
Ом; =10-7 Ф=0,1 мкФ.
Ответ. Ом; С=0,1 мкФ.
Пример 6.5. Рассчитать коэффициент стоячей волны по напряжению KстU соединителя с волновым сопротивлением Z0=50 Ом при значении увеличение волнового сопротивления DZo=2 Ом.
Решение.
КСВН характеризует относительное увеличение волнового сопротивления электрического соединителя на высоких частотах:
, (6.7)
где DZo – увеличение волнового сопротивления из-за неточности изготовления РЧ-соединителей.
Отклонения размеров основных диаметров, эксцентричность контактов соединителя вызывают отраженную волну, которая взаимодействует с падающей волной. В результате этого при определенных значениях геометрических отклонений и частоты сигнала образуются стоячие волны. При частотах сигнала менее 500 МГц величина КСВН составляет 1,011,1; на более высоких частотах 410 ГГц значение КСВН может достигать 1,21,5. Величина КСВН возрастает при резких перепадах диаметров контактов и в случае сложения волн, отраженных от границ изменения диаметров контактов.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.7), получаем:
Ответ. .
Пример 6.6. Расшифровать условные обозначения следующих электрических соединителей: ОНЦ-БГ-2-45/39-Р11-16; ОНп-ВГ-7-48/9415-В53-В; ОКП-ВИ-7-61/2212-Р21.
Решение.
Согласно ГОСТ 17468 условные обозначения НЧ и комбинированных соединителей состоят из буквенных и цифровых элементов.
Первый элемент условного обозначения определяет группу, подгруппу и вид соединителя. Состоит из трех букв, где первые две буквы обозначают группу и подгруппу соединителей. Соединители ручного управления общего назначения низкочастотные напряжением до 1,5 кВ имеют обозначение ОН, а комбинированные ОК. Вид соединителя характеризуется третьей буквой. Цилиндрические соединители обозначаются буквой Ц, прямоугольные буквой П. Стандарт устанавливает большие буквы Ц и П и малые ц и п соответственно для соединителей объемного и печатного монтажа. Соединители ручного сочленения (расчленения) общего назначения низкочастотные до 1500 В цилиндрические для объемного монтажа имеют обозначение ОНЦ, а соединители этой же группы, предназначенные для печатного монтажа, – ОНц. Аналогичным образом обозначаются прямоугольные НЧ-соеди ни тели общего назначения напряжением до 1500 В: для объемного монтажа ОНП, а для печатного монтажа ОНп. Соответственно комбинированные соединители обозначаются ОКП и ОКп.
Второй элемент обозначения определяет способ соединения ответных частей соединителей и фиксации сочлененного положения: Б – байонетное (фиксация вилки и розетки в сочлененном состоянии с помощью соединительной гайки, имеющей боковой вырез), Р – резьбовое, В – врубное, С – самозапирающееся, П – с принудительным обжатием контактов, Ж – с винтовой фиксацией сочлененного положения, З – с пружинной фиксацией сочлененного положения, Н – непосредственное сочленение с печатной платой, К – косвенное сочленение с печатной платой.
Габаритные размеры соединителей и их обозначения: Н – нормальных габаритов, Г – малогабаритные, С – субминиатюрные, И – миниатюрные, М – микроминиатюрные, К – супермикроминиатюрные.
Третий цифровой элемент указывает тип соединителя и соответствует порядковому номеру разработки.
Четвертый элемент состоит из цифр, указывающих число контактов в соединителе.
Пятый элемент условного обозначения определяет условный размер частей соединителя (вилки, розетки). Для прямоугольных соединителей указывают длину и ширину через знак .
Шестой элемент условного обозначения буквенно-цифровой. Буква определяет часть соединителя: В – вилка, Р – розетка, П – переходник, Г – гибрид, У – униполярный, а цифра соответствует условному номеру типоконструкции (от 1 до 53).
Седьмой элемент, состоящий из цифрового обозначения, определяет номер позиции установки изолятора или поляризующего элемента. Каждый элемент условного обозначения отделяется от соседних знаком тире, а пятый элемент от четвертого дробной чертой.
Часто в условных обозначениях вводится дополнительный элемент (цифровой), указывающий вид покрытия или другую характеристику соединителя. Значения элементов условных обозначений указываются в технических условиях. Номер ТУ или другого документа на поставку указывается в конце условных обозначений. Маркировка соединителей производится на каждой его ответной части. На ней указывается товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение соединителя (вилки и розетки), месяц и две последние цифры года изготовления. Обозначение климатического исполнения маркируется в одной строке в составе условного обозначения через дефис
Ответ. ОНЦ-БГ-2-45/39-Р11-16-В № ТУ – соединитель низкочастотный цилиндрический для объемного монтажа, байонетный, малогабаритный, второго номера разработки, с числом контактов 45, с условным номером 39, розетка кабельная без кожуха (ти по конструкция 11), левая (типоконструкция 16), всеклиматического исполнения;
ОНп-ВГ-7-48/9415-В53-В № ТУ – соединитель прямоугольный низкочастотный общего назначения для печатного монтажа, врубного сочленения, малогабаритный, седьмого номера разработки, 48-контактный, с размерами изолятора (корпуса) 9415 мм, угловая вилка косвенного сочленения с печатной платой (типо кон струкция 53), всеклиматического исполнения;
ОКП-ВИ-7-61/2212-Р21 № ТУ – соединитель общего назначения комбинированный прямоугольный, с врубным сочленением, миниатюрный, седьмого номера разработки, 61-контактный (60 НЧ-контактов и 1 ВЧ-контакт), с размером корпуса 2212 мм, розетка типоконструкции 21 (без кожуха).
Пример 6.7. Расшифровать условное обозначение коаксиального электрического соединителя: СР-75-110Ф.
Решение.
Условное обозначение РЧ-соединителей состоит из букв СР или СРГ (для герметичных соединителей), цифр, разделенных дефисом, и буквы. В этих обозначениях первые цифры (50; 75) указывают значение волнового сопротивления, вторые – порядковый номер разработки и вид сочленений: 1100 – байонетные, 101500 – с резьбовым соединением, 501700 – с врубным соединением, буква обоз начает вид изоляционного материала опорной шайбы (П – полиэтилен, С – полистирол, К – керамика, В – высокочастотный пресс-порошок, Ф – фенопласт).
Ответ. СР-75-110Ф № ТУ – соединитель радиочастотный с волновым сопротивлением 75 Ом, с резьбовым соединением, с изоляционным материалом из фенопласта.
Пример 6.8. Рассчитать чувствительность электромагнитного реле с сопротивлением обмотки Rобм=600 Ом и токе срабатывания Iср=10 мА.
Решение.
Способность реле переключаться при определенном значении мощности сигнала, подаваемого в обмотку реле. Чувствительность ха рактеризуется минимальной мощностью Рср, подаваемой в обмотку и достаточной для приведения в движение якоря или герметизированных контактов и переключения контактов реле:
, (6.8)
где Iср (Uср) – ток (напряжение) срабатывания, А (В), см. ниже; Rобм – сопротивление обмотки, Ом.
1. Подставляя исходные данные в формулу (6.8, получаем:
Вт.
Ответ. Вт
Пример 6.9. Расшифровать условные обозначения герметизированных контактов: МКА-27101; МКС-15101.
Решение.
Условное обозначение геркона состоит из шести элементов. Первый элемент определяет условное наименование геркона: МК – контакт магнитоуправляемый герметизированный. Второй элемент указывает на схему ком мутации геркона: А – замыкающий; В – размыкающий; С – переключающий; Д – перекидной. Третий элемент Р присутствует только в ртутных герконах. Четвертый элемент указывает на длину геркона в миллиметрах и состоит из двух цифр. Пятый элемент указывает на функциональное назна чение герконов: 1 – малой и средней мощности; 2 – повышенной мощнос ти; 3 – мощные; 4 –вы со ковольтные; 5 – высокочастотные; 6 – с “па мятью”, 7 – специальные (с повышенной устойчивостью к воздействующим факторам и характеру нагрузки); 8 – измерительные.
В обозначении могут указываться один или два признака. Герконы, хара ктеризующиеся двумя признаками, обозначаются двумя цифрами, располагаемыми в порядке возрастания. Герконы, характеризующиеся одним признаком, обозначаются цифрой, после которой добавляется нуль.
Ответ. Геркон МКА-27101 замыкающий, с баллоном длиной 27 мм, малой и средней мощности, первой модификации для применения в коммутационных матрицах и других цепях квазиэлектронных телефонных станций; геркон МКС-15101 переключающий, с баллоном длиной 15 мм, малой и средней мощности, первой модификации.
Пример 6.10. Рассчитать времена срабатывания tср и отпускания tот электромагнитного реле с сопротивлением обмотки Rобм=600 Ом и токе срабатывания Iср=10 мА.
|
Коэффи циент запаса, kзап |
Коэффици ент возврата, kв |
Сопротив ление обмотки, R, Ом |
Индуктив ность обмотки, L , Гн |
Индуктив ность обмотки, Lп , Гн |
|
1,4 |
0,5 |
100 |
0,2 |
0,25 |
Решение.
Выражение для времени срабатывания реле имеет вид
, (6.9)
где t = L/R – постоянная времени обмотки при разомкнутых контактах геркона.
Выражение для времени отпускания реле в виде
, (6.10)
где tп = Lп/R – постоянная времени обмотки при замкнутых контактах геркона.
где kв – коэффициент возврата реле.
1. Рассчитываем постоянные времени обмоток t и tп:
c; c.
2. Подставляя исходные данные в формулы (6.9) и (6.10), получаем:
с;
с.
Ответ. с; с.
Пример 6.11. Рассчитать магнитную проводимость раствора контактов-деталей герконового реле при следующих исходных данных
Решение.
Подставляя в соотношение (6.39) значения Фd и IN, получаем формулу для расчета величины магнитной проводимости зазора между контактами-деталями:
, Г. (6.40)
5. Для определения минимальных площадей сечения элементов Smin конструкции магнитопровода (сердечника, фланцев, воздушных зазоров) предварительно по формуле Sd = bld рассчитаем площадь перекрытия контактов-деталей:
Sd = 0,8×10–3×0,75×10–3 = 6×10–7 м2.
Магнитная проводимость раствора контактов-деталей:
Гн.
17. При определении времени отпускания реле предварительно рассчитываем магнитную проводимость зазора Gb в замкнутых контактах:
Гн.
Ответ. Гн;
Пример 6.13. Рассчитать рабочий магнитный поток Фр в магнитопроводе герконового реле при следующих исходных данных
|
Коэффи циент запаса, kзап |
Площадь перекрытия контактов-деталей, Sδ, м-2 |
Зазор между контактами-деталями, δ0, м |
Число контактов-деталей, n |
Сила контактного нажатия, Fк, Н |
Коэффициент упругости контактов-деталей, с, Н/м2 |
|
1,86 |
6·10-7 |
7·10-5 |
8 |
0,01 |
402 |
Решение.
Величина рабочего магнитного потока в магнитопроводе герконового реле рассчитывается по формуле
, Вб, (6.11)
где 2b0,01×10–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; Fк – сила контактного нажатия, Н; Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей, м2; mo = 4p×10–7 Г/м – магнитная постоянная; kсм=0,5 - коэффициент симметрии контактов–деталей (при симметричном расположении контактов).
1. По формуле (6.11) определяем величину рабочего магнитного потока Фр:
Вб.
Ответ. Вб.
Пример 6.14. Рассчитать МДС срабатывания (IN)ср и рабочую МДС (IN)р герконового реле при следующих исходных
|
Коэффи циент запаса, kзап |
Площадь перекрытия контактов-деталей, Sδ, м-2 |
Зазор между контактами-деталями, δ0, м |
Число контактов-деталей, n |
Сила контактного нажатия, Fк, Н |
Коэффициент упругости контактов-деталей, с, Н/м2 |
|
1,86 |
6·10-7 |
7·10-5 |
8 |
0,01 |
402 |
Решение.
Для расчета МДС срабатывания (IN)ср реле используется следующее выражение:
, А. (6.12)
где 2b0,01×10–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; Fк – сила контактного нажатия, Н; Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей, м2; mo = 4p×10–7 Г/м – магнитная постоянная; kсм=0,5 - коэффициент асимметрии контактов–деталей.
11. Из выражения (6.76) рассчитывается МДС срабатывания реле:
12. По формуле (6.77) определяем рабочую МДС реле
(IN)р = 1,86×27,5 = 51,2 А.
Ответ. А.
Пример 6.15. Рассчитать МДС отпускания (IN)ср герконового реле при следующих исходных
|
Коэффи циент запаса, kзап |
Площадь перекрытия контактов-деталей, Sδ, м-2 |
Число контактов-деталей, n |
Сила контактного нажатия, Fк, Н |
Коэффициент упругости контактов-деталей, с, Н/м2 |
|
1,86 |
6·10-7 |
8 |
0,2 |
402 |
Решение.
МДС отпускания реле рассчитывается по формуле
, А. (6.78)
где 2b0,01×10–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; Fк – сила контактного нажатия, Н; Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей, м2; mo = 4p×10–7 Г/м – магнитная постоянная; kсм=0,5 - коэффициент асимметрии контактов–деталей.
1. По формуле (6.78) рассчитываем МДС отпускания реле
Ответ.
Пример 6.16. Рассчитать магнитную проводимость магнитной цепи при следующих исходных данных
Решение.
Величина, обратная магнитному сопротивлению, называется магнитной проводимостью Gм магнитной цепи:
, Г. (6.37)
Ответ.
6.4. Задачи для самостоятельного решения
6.1. Выведите формулы (6.31) и (6.35) для расчета времени срабатывания и отпускания реле.
6.2.. Выведите выражение (6.51) для расчета магнитодвижущей силы реле
Расчет МДС срабатывания и отпускания реле. Рассмотрим процессы в магнитной цепи нейтрального герконового реле постоянного тока (рис.6.17, б).
Важнейшей характеристикой магнитной цепи является магнитное сопротивление или магнитная проводимость. Магнитным сопротивлением Rм, по аналогии с электрическим сопротивлением, называется отношение магнитодвижущей силы IN, развиваемой обмоткой реле, к магнитному потоку Ф, протекающему через заданный участок магнитной цепи:
, 1/Г. (6.36)
Если не учитывать сопротивление путей рассеяния магнитного потока в магнитной цепи Rрас, то сопротивление магнитной цепи герконового реле складывается из двух последовательно включенных составляющих – магнитного сопротивления элементов магнитопровода реле Rст и магнитной проводимости немагнитного зазора d между контактами-деталями геркона Rd. Сопротивление Rст не меняется при переключениях реле и является постоянной величиной. Магнитное сопротивление зазора между контактами Rd при переключениях реле меняется от максимальной величины при разомкнутых контактах (величина раствора контактов равна dо, рис. 6.21, а) до минимальной величины при замыкании контактов (величина минимального раствора равна 2b0,01 мм) и, следовательно, является переменной величиной. Эквивалентная схема замещения для сопротивления магнитной цепи изображена на рис. 6.21, б в виде двух последовательно включенных сопротивлений – постоянного и переменного.
Величина, обратная магнитному сопротивлению, называется магнитной проводимостью Gм магнитной цепи:
, Г. (6.37)
Эквивалентная схема для проводимости магнитной цепи герконового реле изображена на рис. 6.21, в в виде двух параллельно включен ных проводимостей – постоянной Gст и переменной Gd. Постоянная составляющая магнитной проводимости Gст характеризует магнитную проводимость магнитопровода реле, переменная составляющая – магнитную проводимость немагнитного зазора между контактами-де талями геркона.
В дальнейшем при анализе магнитных процессов в магнитной цепи реле удобнее пользоваться понятием магнитной проводимости.
На основании схемы замещения рис. 6.21, в магнитная проводимость магнитной цепи реле выражается соотношением
, Г. (6.38)
Выражение для магнитной проводимости Gd участка магнитной цепи в немагнитном зазоре между контактами-деталями геркона можно получить, учитывая геометрические размеры контактов-деталей геркона (рис. 6.21, а).
В общем случае магнитная проводимость немагнитного зазора d в реле, содержащем n одинаковых герконов, рассчитывается из соотношения
, Г. (6.39)
где Фd = moHSd – значение магнитного потока в зазоре d между контактами-де та лями, Вб; H – напряженность магнитного поля, А/м, создаваемая рабочим током I в обмотке реле; Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей, м2; mo – 4p×10–7 Г/м – магнитная постоянная; IN = H×d – МДС, создаваемая обмоткой; d – длина немагнитного зазора, м; n – число герконов.
Подставляя в соотношение (6.39) значения Фd и IN, получаем формулу для расчета величины магнитной проводимости зазора между контактами-деталями:
, Г. (6.40)
Из формулы (6.40) следует, что магнитная проводимость зазора между контактами-деталями прямо пропорциональна площади перекрытия контактов-деталей и обратно пропорциональна длине зазора.
Рассчитаем тяговую силу Fм, с которой притягиваются друг к другу кон такты-детали геркона, намагниченные магнитным полем катушки реле.
Тяговая сила Fм возникает в рабочем зазоре d между контактами-деталями реле и определяется выражением
, Н, (6.41)
где WH – магнитная энергия, накопленная в катушке реле, Дж; знак минус показывает, что работа производится за счет уменьшения магнитной энергии катушки.
Величину магнитной энергии WН в выражении (6.41) можно рассчитать, рассматривая переходные процессы в катушке реле, описываемые формулой (6.24). Умножая левую и правую части формулы (6.24) на ток i и интегрируя, получим
. (6.42)
Из выражения (6.42) следует, что энергия , поступающая из источ ника питания за время t, за вычетом тепловых потерь превраща ется в магнитную энергию катушки, равную
. (6.43)
Подставляя полученное значение WH в выражение (6.41), для величины тяговой силы Fм получим выражение
. (6.44)
Заменяя в (6.44) величину Ф ее значением Ф = Gм(IN) из (6.37), имеем
. (6.45)
Для реле, содержащего n одинаковых герконов, магнитодвижущая сила, развиваемая обмоткой, в расчете на один геркон уменьшается в n раз и выражение (6.45) записывается в виде
. (6.46)
Для дальнейшего преобразования выражения (6.46) из соотношения (6.38) рассчитаем величину dGм/dd:
. (6.47)
Дифференцируя формулу (6.40) для величины магнитной проводимости Gd зазора между контактами-деталями, получим
. (6.48)
Подставляя в выражение (6.47) значение dGd/dd из (6.48), имеем
. (6.49)
Заменяя в формуле (6.46) величину dGм/dd на значение из (6.49) и учитывая магнитную проводимость путей рассеяния Gрас в магнитопроводе, для расчета значения тяговой силы Fм получим следующую формулу:
(6.50)
где k = (13)10–2 – коэффициент пропорциональности.
Разрешая уравнение (6.50) относительно магнитодвижущей силы IN, получаем общий вид выражения для расчета магнитодвижущей силы, развиваемой герконовым реле:
. (6.51)
Проведем анализ выражения (6.51) для различных режимов работы герконового реле.
При срабатывании реле (замыкании контактов) контакты намагничиваются и начинают сближаться до достижения величины критического зазора dкр0,5dо (где dо – раствор контактов), при котором величина магнитного потока достигает значения Фкр. Дальнейшее движение контактов геркона до соприкосновения может совершаться без увеличения магнитного поля в катушке.
Магнитный поток Фкр развивает тяговую силу Fм = Fупр, где Fупр – упругая сила, возникающая вследствие изгиба контактов-деталей. Величина упругой силы Fупр определяется по формуле для изгиба консольно закрепленной балки c плечом приложения силы , где l – длина упругой части контакта детали, ld – длина перекрытия контактов-деталей геркона (рис.6.21, а):
, (6.52)
где b и h – ширина и толщина ферромагнитных контактов; kсм = 0,5 – коэффициент симметрии для герконов с симметричными контактами-деталями (с замыкающими контактами); для несимметричных контактов (например, переключающих) предполагается перемещение только одного подвижного электрода и kсм = 1.
Подставляя в (6.51), значение Fупр из формулы (6.52), для значения МДС срабатывания герконового реле получим выражение
(6.53)
где Gdкр – магнитная проводимость критического зазора.
Полное тяговое усилие, необходимое для срабатывания и обеспечения требуемого контактного нажатия Fк для реле с замыкающими контактами, выражается следующим соотношением:
Fм = Fупр + Fк = с(do – 2b)kсм + Fк, (6.54)
где Fк – контактное нажатие, определяемое по формулам (6.11) или (6.12); 2b – минимальный зазор, равный удвоенной толщине немагнитного покрытия поверхности контактов-деталей.
Подставив в формулу (6.53) значение Fм из (6.54), для значения рабочей МДС герконового реле получим следующее выражение:
. (6.55)
При отпускании (размыкании) контактов реле тяговая сила Fм должна быть меньше упругой силы Fупр. В начале процесса размыкания контактов величина зазора d между контактами-деталями равна минимальному зазору 2b. Поэтому значение МДС отпускания герконового реле c замыкающими контактами рассчитывается из выражения
, (6.56)
где Gb – магнитная проводимость минимального рабочего зазора (зазоров).
Из выражений (6.53–6.56) следует, что требуемое значение МДС герконового реле зависит как от параметров самого геркона (d, Fупр, Sd), так и от отношения магнитных проводимостей элементов магнитной цепи реле (Gст, Gd).
Из формул (6.53) и (6.56) следует, в частности, что поскольку отноше ние минимального зазора 2b к величине критического зазора dкр мень ше единицы, то и значение коэффициента возврата реле kв<1.
Проектирование нейтрального герконового реле. Поскольку магнитоуправляемые контакты поставляются как самостоятельные изделия, то на их основе можно проектировать конструкции герконовых реле частного применения. В техническом задании (ТЗ) на разработ ку нейтрального герконового реле указываются следующие требования к его парамет рам:
1) назначение реле, частота коммутируемого тока;
2) Iк – коммутируемый ток, А; Uк – коммутируемое напряжение, В;
3) Iр – рабочий ток в управляющей обмотке, А; Uр – рабочее напряжение, В;
4) tср – время срабатывания, с; tот – время отпускания, с;
5) условия эксплуатации;
6) массогабаритные характеристики (размеры, масса).
Проектирование герконового реле складывается из следующих этапов.
1. Выбор типа серийно выпускаемого геркона по заданным коммутационным и эксплуатационным характеристикам. По чертежам конструкции геркона определяются геометрические размеры (длина и диаметр корпуса, длина упругой части контакта l, ширина контакта b, толщина контакта h, длина перекрытия контактов-деталей ld,) и характеристики материала контактов-деталей (модуль Юнга Е, магнитная проницаемость m), электрические параметры – МДС срабатывания (IN)ср и отпускания (IN)от, необходимые для выполнения дальнейших расчетов.
2. Обоснование и выбор магнитной системы реле. Эскизы типовых магнитных систем герконовых реле показаны на рис. 6.27–6.29, приведенных в [7]. Приближенные формулы для расчета значений магнитных проводимостей и магнитных сопротивлений участков магнитных цепей этих систем представлены соответственно в таблицах 6.4–6.6.
Магнитные системы герконовых реле различаются, в основном, способами подведения магнитного потока, создаваемого катушкой, к магнитоуправляемым контактам (МК). При подведении магнитного потока к выво дам контактов геркона с помощью ферромагнитного фланца (рис. 6.27, а – 6.29, а) достигается максимальная магнитная проводимость цепи магнитопровода Gст в сравнении с реле, имеющим катушку без фланца.
Магнитный поток может также подводиться непосредственно к раствору МК с помощью специальных экранов (рис. 6.27, б – 6.29, б). Однако в этом случае вследствие появления дополнительного паразитного воздушного зазора межу кор пусом реле и МК уменьшается величина магнитной проводимости воздушного зазора Gd.
В конструкциях герконовых реле используется как внутреннее (рис. 6.27), так и наружное (рис. 6.28 и 6.29) расположение герконов относительно управляющей катушки. При большом количестве герконов (более семи) их желательно располагать снаружи обмотки, так как это приводит к значительному уменьшению диаметра обмотки и, как следствие, к снижению расхода медного провода.
4. Для надежной работы реле при наличии факторов, противодействующих замыканию или переключению контактов, МДС обмотки должна быть рассчитана с учетом коэффициента запаса kзап. Величина коэффициента запаса по срабатыванию рассчитывается по формуле
, (6.58)
где kк – коэффициент конструкции, учитывающий производственный разб рос электрических параметров герконов; kу – коэффициент, учитывающий воздействие инерционных сил (ускорений) на контакты геркона; kт – коэффициент, учитывающий нагрев обмотки; kн – коэффициент, учитывающий изменение напряжения источника питания обмотки реле.
Величина коэффициента kк рассчитывается по формуле
, (6.59)
где – коэффициент, учитывающий отклонения сопротивления обмотки; – максимальная и номинальная МДС срабатывания геркона, А.
Номинальная величина МДС срабатывания находится как среднее ари ф метическое справочных значений максимальной и минималь ной МДС срабатывания геркона:
, А. (6.60)
Коэффициент kу учитывает влияние механических воздействий, противодействующих срабатыванию контактов или уменьшающих контактное нажатие Fк между ними в замкнутом состоянии. Величина kу рассчитывается по формуле
, (6.61)
где Fин – инерционная сила, которая рассчитывается по формуле
, Н, (6.62)
где g – плотность материала контакта-детали, кг/м3 (для пермаллоя марки 50Н величина g8,35×103 кг/м3); g9,8 м/с2 – ускорение силы тяжести; а – эксплуатационная перегрузка, в ед. g.
Величина силы контактного нажатия Fк в выражении (6.61) определяется на основании формулы (6.12):
, Н, (6.63)
где Rп 0,10,2 Ом – переходное сопротивление контактов-деталей; rп – удельное сопротивление материала покрытия контактной поверхности, Ом×мм; HБ – поверхностная твердость по Бринелю контактного металла, Н/мм2.
Рекомендуемые значения контактного нажатия для герконов различных типоразмеров:
нормальный (длина колбы около 50 мм) – 0,250,1 Н;
средний (длина колбы 2050 мм) – 0,050,1 Н;
миниатюрный (длина колбы менее 20 мм) – 0,010,05 Н.
Коэффициент kт учитывает увеличение сопротивления обмотки реле при ее нагреве, а следовательно, уменьшение создаваемой МДС:
kт = 1 + aR, Т(Tmax – Tо), (6.64)
где aR, Т – температурный коэффициент сопротивления провода обмотки, 1/К; Tmax – максимальная температура нагрева обмотки, С; То – температура окружающей среды, С.
Коэффициент kн учитывает допускаемое снижение напряжения источника питания:
, (6.65)
где Uном и Umin – номинальное и минимально допустимое в заданных условиях работы напряжение источника питания, В.
5. Расчет минимальных площадей сечения элементов Smin конструкции магнитопровода (сердечника, фланцев, воздушных зазоров). Расчет ведется по формуле
, м2, (6.66)
где Фр = kзап (IN)рGм – рабочий магнитный поток в магнитопроводе, Вб; kзап – коэффициент запаса по срабатыванию;
– магнитная проводимость магнитопровода реле при замкнутом состоянии контактов геркона, Г; Bs – индукция насыщения магнитопровода, Т.
Значение индукции насыщения Bs определяется из справочных данных на выбранный материал магнитопровода, в качестве которого выбираются пермаллой или низкочастотные электротехнические стали.
Подставляя в выражение для рабочего магнитного потока Фр значения Gм из (6.66) и (IN)р из формулы (6.55) и учитывая, что , получим
, Вб, (6.67)
где 2b0,01×10–3 м – толщина слоя покрытия контактов-деталей; Fк – сила контактного нажатия, Н; Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей, м2; mo = 4p×10–7 Г/м – магнитная постоянная
.
6. По паспортным данным на величину МДС срабатывания (IN)'ср геркона и рассчитанному коэффициенту запаса kзап определяется рабочая МДС проектируемого реле:
(IN)р = kзап(IN)ср, А. (6.68)
7. Рассчитывается продольное сечение окна обмотки Sм по формуле
, м2, (6.69)
где j = 23 A/мм2 – средняя плотность тока в обмотке при длительном режиме работы реле; км – коэффициент заполнения окна обмотки; величина км = 0,330,61 для диаметров проводов без изоляции dо от 0,05 до 0,96 мм (рис. 6.30).
Для кратковременного импульсного режима включения реле (в пределах нескольких секунд) плотность тока в проводе намотки может быть повышена до 1015 А/мм2 и более точно может быть найдена по формуле
, А/м2, (6.70)
где сп – удельная объемная теплоемкость материала провода обмотки, Дж/м3×К, для меди сп = 3,2×106 Дж/м3×К; Tmax – максимальная допустимая температура нагрева обмотки, определяемая классом нагревостойкости изоляции провода, С; Tо.max – максимальная температура окружающей среды, С; r – удельное сопротивление материала провода обмотки, Ом×м, для меди r = 1,75×10–8 Ом×м ; t – время нахождения обмотки под током, с.
8. Высота обмотки
, м, (6.71)
где Lo – длина обмотки, приблизительно равная длине колбы геркона, м.
9. Значения минимальной площади сечения элементов Smin конструкции магнитопровода, высоты обмотки H и ее длины Lо, а также наружный диаметр колбы геркона dгк , полученные в пп.5–8 расчета, служат исходными данными для вычерчивания эскиза герконового реле. После определения длин участков магнитной системы, геометрических размеров их поперечных сечений и других геометрических размеров, необходимых для расчетов, находятся магнитные сопротивления участков Rмi по формулам, приведенным в табл. 6.4–6.6. Затем рассчитываются магнитные проводимости Gст и Gрас и Gdo. Рассчитываются коэффициенты магнитной проводимости kст и kрас.
Коэффициент магнитной проводимости магнитопровода:
, (6.72)
где значение Gdo определяется по формуле (6.40), в которой d = do.
Коэффициент магнитной проводимости путей рассеяния:
, (6.73)
где k = (13)10–2.
Рекомендуемая величина коэффициента магнитной проводимости магнитопровода kст равна 2, что соответствует оптимальной МДС срабатывания реле. При kст < 2 следует увеличить магнитную проводимость участков магнитной цепи и, в первую очередь, паразитного воздушного зазора за счет увеличения сечений.
При использовании в конструкции магнитной системы реле экранов (рис. 6.27 – 6.29, б), оптимальное расстояние Lв.э между внутренними торцами экранов для реле с внутренним расположением герконов относительно катушки определяется по приближенной формуле:
, м, (6.74)
где mк, mкрш, mэл – относительные магнитные проницаемости материалов корпуса, крышек и контактов-деталей геркона;
– средний наружный диаметр корпуса реле, м, где dк.н и dк.вн – наружный и внутренний диаметры корпуса, м (рис. 6.27, б);
– средний диаметр экрана, м, где dэ.н. и dэ.вн. – наружный и внутренний диаметры экрана, м; dвыв – эффективный диаметр вывода геркона, м; hкрш – толщина боковой крышки, м;
– площадь сечения корпуса реле, м2;
– площадь сечения экрана, м2;
Sd = bld – площадь перекрытия контактов-деталей геркона, м2, где b и ld – ширина и длина перекрытия контактов-деталей, м.
10. Определяется величина критического зазора dкр между контактами-деталями геркона по формуле
. (6.75)
11. Рассчитывается МДС срабатывания реле. Поделив правую часть выражения (6.53) на Gdo и подставляя вместо величины dкр его значение из (6.75), получим следующее выражение для расчета (IN)ср:
, А. (6.76)
12. Определяется рабочая МДС реле по формуле
(IN)р = (IN)срkзап, А. (6.77)
13. Рассчитывается МДС отпускания реле по формуле (6.56) или по формуле
, А. (6.78)
14. Рассчитывается коэффициент возврата реле:
. (6.79)
15. Последовательность расчета обмотки реле определяется способом включения реле в схеме – по напряжению или по току.
При питании реле от источника напряжения расчет начинается с определения диаметра провода обмотки без изоляции:
, м, (6.80)
где U – напряжение источника питания, В; – диаметр среднего витка обмотки, м, где Dн.о и Dв.о – наружный и внутренний диаметры обмотки, соответственно, м; r – удельное сопротивление провода обмотки, Ом×м.
По рассчитанному диаметру провода do по справочнику вы би раются ближайшее стандартное значение диаметра и, в соответствии с допустимой температурой нагрева, величина диаметра провода в изоляции, dиз.
Затем для рядовой намотки находится число витков обмотки N:
, (6.81)
где значение продольного сечения окна обмотки Sм определено в формуле (6.69).
Активное сопротивление провода расчитывается по формуле
, Ом. (6.82)
При питании реле от источника тока расчет начинается с определения числа витков:
. (6.83)
Затем находится диаметр провода в изоляции:
, м. (6.84)
Выполняется поверочный расчет размещения провода на катушке и уточняется значение высоты обмотки H.
16. По формуле (6.31) рассчитывается время срабатывания реле tср. Величина постоянной времени t в этой формуле определяется из выражения
, с, (6.85)
где , Г; , Г.
17. Время отпускания реле tот рассчитывается по формуле (6.35). Величина постоянной времени tп в этой формуле определяется из выражения
, с, (6.86)
где , Г; , Г.
18. В заключение расчета оценивается соответствие основных электрических параметров спроектированного реле требованиям ТЗ.
6.1. Примеры решения задач
Задача 6.1. Например, величина переходного сопротивления Rп контактов, поверхность которых покрыта золотом (rп=2,4×10-5 Ом×мм, Е=8,4×104 Н/мм2), при средней высоте микронеровностей hв=1,6 мкм и Fк =0,1 Н будет равна:
Ом.
Задача 6.2. 5. Проектирование токосъема. В конструкции КПЕ необходимо обес печить подключение секции ротора к другим элементам электрической схемы. Для этой цели используются токосъемы со скользящим контактом, реже применяются гибкие токосъемы. Схематическое устройство токосъемов показано на рис. 3.5, а–в.
Токосъемы со скользящим контактом конструктивно выполняются в виде пластин ча тых или вилкообразных пружинящих контактных устройств (рис. 3.5, а и б). Переходное сопротивление токосъема не дол ж но превышать 0,1 Ом. Величина контактного нажатия рассчитыва ется по формуле
, Н, (3.15)
где r – удельное сопротивление материала контакта-детали, Ом×мм; Е – модуль упругости материала контактов-деталей, Н/мм2; hв – средняя высота микронеровностей поверхности контактов-деталей, определяемая чистотой обработки поверхности, мм; Rп – переходное сопротивление в зоне контактирования, Ом.
В качестве контактных материалов обычно используется лента из латуни или бронзы. В этом случае требуемая величина контактного нажатия Fк составляет (1,53)Н.
Гибкий токосъем состоит из гибкого многожильного проводника или гибкой ленты, присоединенной с одной стороны к ротору, а с дру гой – к неподвижному контакту на корпусе (рис. 3.5, в). Недо статком такого токосъема является значительная паразитная индуктивность.
При проектировании токосъема выбираем одну из конструкций скользящего пружинного токосъема, изображенных на рис. 3.20, а и б. В качестве материала токосъема используем ленту из кремнистой бронзы БрКМц3-1 со следующими характеристиками: удельное сопротивление r = 15×10–5 Ом×мм; модуль упругости Е = 11,8×104 Н/мм2; средняя высота микронеровностей поверхности ленты, определяемая классом обработки hв = 0,032 мм.
Величина минимального контактного нажатия Fк рассчитывается по формуле (3.40), в которой принято Rп = 0,1 Ом:
= 0,96 Н.
Исходя из полученного значения Fк, по формулам, приведенным в гл. 6, рассчитываются допускаемый прогиб и геометрические размеры пружины токосъема
Пример 6.1. Спроектировать нейтральное герконовое реле постоянного тока со следующими параметрами: число контактов 8; коммутируемый ток на один контакт Iк 0,2 А; напряжение на разомкнутых контактах не более 127 В; рабочее напряжение Uр в обмотке 6 В10 %; отклонение сопротивления обмотки 5 %; время срабатывания tср не более 6 мс. Климатические условия эксплуатации: исполнение У, категория размещения 1 по ГОСТ 15150–69. Эксплуатационная перегрузка а = 1g.
1. Согласно климатическим условиям эксплуатации рабочий диапазон температур реле составляет –45+40 C при верхнем значении относительной влажности 100 % при 25 C, с конденсацией влаги, действующей 6 месяцев в течение года.
Исходя из требований ТЗ, в качестве магнитоуправляемого контакта выбираем геркон типа КЭМ-2Б с характеристиками, приведенными в таблицах 6.7 и 6.8.
Таблица 6.7
Геометрические размеры геркона типа КЭМ-2Б
|
Длина балло на Lo, мм |
Диаметр балло на dгк, мм |
Длина упругой части контакта l, мм |
Диаметр контакта dвыв, мм |
Раствор контактов dо, мм |
Длина перекры тия кон-тактов-деталей, ld, мм |
Ширина контак та b, мм |
Тол-щи на кон-так та h, мм |
|
20 |
3 |
7,2 |
0,6 |
0,07 |
0,75 |
0,8 |
0,36 |
Таблица 6.8
Характеристики геркона типа КЭМ-2Б
|
Материал контакта |
Плотность g, кг/м3 ×10–3 |
Магнитная прони ца е мость mэл |
Модуль Юнга, 1011 Н/м2 |
МДС срабаты- ва ния (IN)ср, А |
МДС отпускания (IN)от, А |
Покрытие контакти ру ющих поверхно стей |
|
Пермаллой 52Н |
8,35 |
65 000 |
1,36 |
3042 |
12 |
Золото |
2. Поскольку количество герконов в реле составляет восемь, то выбираем магнитную систему реле с внешним расположением герконов относительно управляющей катушки. Предварительный анализ показывает, что в данном случае применение специальных экранов нецелесообразно вследствие появления большого магнитного сопротивления паразитного воздушного зазора. Поэтому используем магнитную систему с подведением магнитного потока к внешним выводам герконов, эскиз которой представлен на рис. 6.29, а. Расчетные формулы для определения значений магнитных проводимостей и магнитных сопро тивлений участков магнитной цепи этой системы представлены в таблице 6.6, а.
3. Рассчитывается жесткость контактов геркона с по формуле (6.57):
Н/м .
4. Для определения по формуле (6.58) величины коэффициента запаса по срабатыванию kзап предварительно рассчитываем значения (IN)ср. ном, а также коэффициентов kк, kу, kт, kн.
Номинальная величина МДС срабатывания находится по формуле (6.60):
А,
где значения (IN)ср. max и (IN)ср. min взяты из таблицы 6.8.
Величина коэффициента конструкции kк рассчитывается по формуле (6.59), в которой согласно ТЗ коэффициент сопротивления обмотки kR = 1,05:
.
Для определения коэффициента kу, учитывающего воздействие инерционных сил (ускорений) на контакты геркона, предварительно по формуле (6.62) рассчитываем инерционную силу Fин:
Н.
При определении контактного нажатия Fк предварительно по таблице 6.1 находим значения удельного сопротивления золотого покрытия rп = 2,4×10–5 Ом×мм и поверхностную твердость золота по Бринелю HБ = 1,85×104 Н/мм2. Задаваясь значением переходного сопротивления Rп = 0,03 Ом, величину Fк рассчитываем по формуле (6.63):
Н.
Рассчитанная величина контактного нажатия оказалась несколько ниже рекомендованной, поэтому выбираем значение Fк = 0,01 Н.
По формуле (6.61) определяем величину коэффициента kу:
.
По формуле (6.64), в которой aR,Т = 4,25×10-3 1/К – ТКС медного провода обмотки; Tmax = 105 С – выбранная максимальная температура нагрева обмотки; То = 40 С – максимальная температура окружающей среды, рассчитываем коэффициент kт, учитывающий нагрев обмотки:
kт = 1 + 4,25×10–3 (105 – 40)1,3.
По формуле (6.65) определяем коэффициент kн, учитывающий изменение напряжения источника питания обмотки реле:
.
Искомое значение коэффициента запаса рассчитываем по формуле (6.58):
.
5. Для определения минимальных площадей сечения элементов Smin конструкции магнитопровода (сердечника, фланцев, воздушных зазоров) предварительно по формуле Sd = bld рассчитаем площадь перекрытия контактов-деталей:
Sd = 0,8×10–3×0,75×10–3 = 6×10–7 м2.
Затем по формуле (6.67) определяем величину рабочего магнитного потока Фр:
Вб.
Для магнитопровода выбираем материал из тонколистовой холоднокатаной калиброванной электротехнической стали марки 20880 с характеристиками, приведенными в таблице 6.9.
Таблица 6.9
Характеристики электротехнической стали марки 20880
|
Начальная маг нитная проницае мость, mн |
Максимальная магнитная прони ца е мость mmax |
Индукция насы щения Bs , Т |
Коэрцитивная сила Hc, A/м |
Удельное электрическое сопротивление r, 10–6 Ом×м |
|
250 |
4 000 |
2,18 |
80 |
0,10 |
Подставляя значение индукции насыщения в формулу (6.66), вычисляем значение минимальных площадей сечения элементов Smin конструкции магнитопровода:
мм2.
6. По формуле (6.68) рассчитывается рабочая МДС проектируемого реле:
(IN)р = 1,86×3667 A.
7. По формуле (6.69), принимая среднюю плотность тока в обмотке j = 3×106 A/м2 (при длительном функционировании реле), а величину коэффициента заполнения окна обмотки км = 0,35, рассчитываем продольное сечение окна обмотки Sм:
м2 = 180,5 мм2.
8. По формуле (6.71), в которой длина обмотки Lo = 20 мм, определяем высоту обмотки H:
мм.
9. На основании полученных значений минимальной площади сечения элементов Smin магнитопровода, высоты обмотки H и ее длины Lо, воспользовавшись эскизом реле, приведенным на рис. 6.29, а, определяем основные геометрические размеры ко н струкции реле, необходимые для дальнейших расчетов.
Основными геометрическими размерами ко н струкции реле, необходимыми для расчета магнитных проводимостей участков магнитной цепи реле, согласно таблице 6.6, а, являются следующие:
dвыв = 0,6×10–3 м – диаметр вывода геркона;
dо = 0,64×10–3 м – диаметр отверстия 3;
lс; dс – длина и диаметр сердечника 6, соответственно, м;
hф и dф – толщина и диаметр фланца 7, м;
dгр = 3×10–3 м – диаметр баллона геркона.
Диаметр сердечника мм.
С целью уменьшения магнитного сопротивления сердечника выбираем пруток из стали марки 20880 с диаметром dс = 1,5 мм. Длину сердечника lс принимаем равной длине колбы геркона 20 мм.
Диаметр фланца dф рассчитываем по формуле
dф = 2H + dc + dгр = 2×9 + 1,5 + 322,5 мм.
Оцениваем толщину листа фланца hф по формуле
мм.
Для изготовления фланца используем лист толщиной hф = 0,9 мм из стали марки 20880.
После определения длин участков магнитной системы, геометрических размеров их поперечных сечений, необходимых для расчетов, по формулам, приведенным в таблице 6.6, а, рассчитываем магнитные сопротивления участ ков магнитной цепи реле Rмi.
Магнитное сопротивление сердечника 6:
Магнитное сопротивление фер ро магнитного контакта 4:
Магнитное сопротивление фланцев 7:
Магнитное сопротивление паразитного воздушного зазора 3:
Используя рассчитанные значения магнитных сопротивлений, находим суммарную магнитную проводимость Gст стального участка магнитопро вода:
Г.
Для определения магнитной проводимости путей рассеяния Gст предварительно рассчитываем величину коэффициента k:
.
Величина магнитной проводимости путей рассеяния:
Г.
Магнитная проводимость раствора контактов-деталей:
Г.
По формуле (6.72) рассчитывается коэффициент магнитной проводимости магнитопровода:
.
Величина коэффициента kст = 2, что гарантирует оптимальную МДС срабатывания реле.
Далее по формуле (6.73), где k = 2×10–2, рассчитываем коэффициент магнитной проводимости путей рассеяния:
0,06.
13. По формуле (6.78) рассчитываем МДС отпускания реле
14. По формуле (6.79) рассчитывается коэффициент возврата реле:
.
15. Определяем диаметр среднего витка обмотки Dср по формуле
м.
При питании реле от источника напряжения U = 6 В по формуле (6.80) определяем диаметр провода обмотки без изоляции:
м = 0,079 мм.
Из справочника вы бираем провод марки ПЭВ-1 0,08 мм с допустимой температурой нагрева 105 С, величина диаметра провода в изоляции dиз = 0,095 мм.
По формуле (6.69), принимая величину (IN)р = 51,2 А, а значение коэффициента заполнения окна обмотки км = 0,38, уточняем продольное сечение окна обмотки Sм:
м2 = 127 мм2.
Затем по формуле (6.81) находим число витков обмотки N:
.
Для выполнения поверочного расчета катушки реле по формуле (5.64) рассчитываем число витков в одном слое n:
.
где a = 1,3 – коэффициент неплотности укладки провода намотки.
Число слоев обмотки при рядовой укладке провода: m = 14070/16286,9.
Высоту обмотки H рассчитываем по формуле (5.63):
H = 86,9×0,0958,25 мм.
Следовательно, с учетом конструкторских допусков, высота обмотки H укладывается в заданное значение 9 мм.
По формуле (6.82) определяется активное сопротивление провода
Ом.
16. Для определения времени срабатывания реле сначала рассчитаем сопротивление магнитной цепи:
Г.
Рассчитываем индуктивность обмотки при разомкнутых контактах реле:
L = N2Gм = (14070)2×5,73×10–8 = 11,3 Г.
Из выражения (6.85) находим величину постоянной времени обмотки реле t:
с.
По формуле (6.31) рассчитываем время срабатывания реле tср:
с5,4 мс.
17. При определении времени отпускания реле предварительно рассчитываем магнитную проводимость зазора Gb в замкнутых контактах:
Г.
Определяем сопротивление магнитной цепи при замкнутых контактах реле:
Г.
Рассчитываем индуктивность обмотки при замкнутых контактах реле:
Lп = N2G'м = (14070)2×1,33×10–726,3 Г.
Из выражения (6.86) определяется величина постоянной времени обмотки реле tп при замкнутых контактах:
с.
По формуле (6.35) рассчитываем время отпускания реле tот:
= 13 мс.
18. В заключение расчета уточняются электрические характеристики реле.
Рабочее напряжение:
В.
Величина Uр находится в пределах допуска (10%), установленного в ТЗ на разработку реле.
Рабочий ток:
А.
Мощность, потребляемая обмоткой реле:
Вт = 22 мВт.
Следовательно, по величине мощности, потребляемой обмоткой, спроектированное реле относится к группе чувствительных.
Напряжение срабатывания:
В.
Ток срабатывания :
А.
Напряжение отпускания:
В.
Ток отпускания:
А.
.
PAGE 208