Кинематический расчёт электромагнитного провода

Задача кинематики – определение движения звеньев механизма независимо от действующих на них сил. Назначение кинематической схемы – датьнаглядное и точное представление о передаче и преобразовании движения звеньями механизма. Кинематическая схема строится для наиболее характерныхположений цикла движения механизма, в том числе для двух крайних – включенного и отключенного положения аппарата. Одним из характерных положений коммутационных аппаратов является момент касания коммутирующихконтактов.

На кинематической схеме в условных обозначениях изображаются всезвенья и кинематические пары механизма, указывается их взаимное расположение и связь с другими частями аппарата. На схеме по возможности указываются основные данные, характеризующие кинематику механизма:

- величина хода или угла поворота ведомого и ведущего звеньев;

- теоретические длины плеч, передаточные отношения;

- расположение и направление векторов сил или моментов сил (величинысил и моментов определяются при силовом расчете);

- прочие данные, например, у электромагнитных механизмов – рабочий воздушный зазор, у механизмов коммутирующих контактов – раствор, провал,проскальзывание и перекатывание подвижного контакта.

В электромагнитном контакторе действуют как движущие, так и противодействующие силы. Силы и пары сил (моменты) разделяются на следующиевиды:

- движущие силы или пары сил приводного электромагнитного, пружинного,электродвигательного и других механизмов. Эти силы приложены к ведущему звену.

- силы полезных сопротивлений. У коммутационных аппаратов – силы нажатия контактов, осуществляемые пружинами.

- силы вредных сопротивлений. Это силы трения в кинематических парах(шарнирах, направляющих и др.), силы гидродинамического сопротивления(например, при движении звена механизма в масле), силы давления газа вкамере дугогасительного устройства.

- силы тяжести. Действие этих сил может быть как полезным, так и вредным.

- электродинамические силы. Эти силы становятся значительными при больших токах, например токах короткого замыкания, и их необходимо учитывать. Электродинамические силы могут быть полезными и вредными.

- силы и моменты сил инерции. Эти силы возникают при неустановившемся движении механизма

– при движении звеньев с ускорением и замедлением.Силы инерции совершают положительную и отрицательную работу, в зависимости от их направления. За период цикла движения механизма работасил инерции равна нулю. При построении статической характеристики онане учитывается.

- силы реакции в кинематических парах.

Характеристика противодействующих сил

Расчёт силы начального сжатия контактных пружин всех полюсов

На рисунке 4.6.1 приведены типовые конструктивные схемы электромагнитно-пружинных механизмов контакторов постоянного тока, а также соответствующие им кинематические схемы во включенном состоянии контактора, когда . Якорь 11 электромагнита может перемещаться относительно оси вращения О под действием либо электромагнитной силы , либо силы возвратной пружины и силы контактной пружины. Кроме этого, контактодержатель 7 с подвижным контактом 5 имеет возможность вращения на призме 10. Такое техническое решение позволяет создать усилие на главных контактах 2 и 5 при провале контактов.

Рисунок 4.6.1. Типовые конструктивные схемы электромагнитно-пружинных механизмов контактов А, В. Ниже – соответствующие им кинематические схемы во включенном состоянии контактора ()

Якорь электромагнита притянут к его сердечнику под действием силы на плече приложения электромагнитной силы. При этом образоваласьсила нажатия контактной пружины (сила контактного нажатия) на плече . Кроме этого, силе противодействуют сила возвратной пружины на плече . Действием сил тяжести и прочими силами (моментами) в расчётепренебрегаем.

Для выполнения расчётов контактной (притирающей) пружины 9 и возвратной пружины 15 необходимо рассмотреть плечи приложения сил:

- плечо приложения тяговой силы электромагнита (точка О – осьсимметрии сердечника электромагнита);

- плечо приложения силы контактной пружины (точка О – серединаконтактирующей поверхности подвижного главного контакта 5);

- плечо приложения силы возвратной пружины (точка О – серединаопорной площадки возвратной пружины 15).

При относительно небольшом рабочем зазоре электромагнита , для получения раствора главных коммутирующих контактов, достаточного для уверенного гашения электрической дуги, отношение плеч должно находиться в пределах 1.0 ÷ 1.9.

Действующие силы всех пружин необходимо привести (путем пересчетаплеч) к рабочему зазоруd  по оси симметрии сердечника электромагнита, т.е. кместу приложения электромагнитной силы . Приведение сил пружин к рабочему зазору производится для того, чтобы иметь возможность согласоватьдвижущие и противодвижущие силы при включении контактора.

Движение механизма аппарата может рассматриваться как движение поопределенной траектории материальной точки, к которой приводятся все действующие силы, как силы движущие, так и силы сопротивления движению. Этаточка называется точкой приведения, а силы - приведёнными. Пары сил (моменты) также могут быть приведены к одному звену приведения.

Приведенные силы и моменты сил по своему действию должны быть эквивалентны действию движущих сил и моментов. Величина приведенной силы определяется из условия того, что её работа на возможном перемещенииточки приложения равна работе действительной силы (или момента).

В дальнейшем приведённые к рабочему зазоруd  значения обозначаютсяс точкой, например приведённое значение силы .

В широко распространённых в электрических аппаратах двухзвенных рычажно-шарнирных механизмах любая сила F, действующая на плече l, можетбыть приведена к точке приложения электромагнитной силы , расположенной на плече , на основании зависимости

                    (4.6.1)

где – приведённая к плечу  сила F.

Расчёт полного значения раствора и провала контактов

При полном ходе и провале главного контакта 5 (см. рис. 4.6.1) из одногокрайнего положения (контакты 2 и 5 разомкнуты) во второе крайнее положение(контакты 2 и 5 замкнуты) рабочий зазор d приводного электромагнита изменяется в пределах от до . Величина раствора коммутирующихконтактов определяется по эмпирической формуле

                     (4.6.2)

где – номинальное напряжение главной цепи;

 – предельный отключаемый ток;

 – раствор коммутирующих контактов.

Далее вычисляется полное значение (сумма) раствора и провала коммутирующих контактов :

           (4.6.3)

где  – полное значение (сумма) раствора и провала коммутирующих контактов;

 – раствор коммутирующих контактов;

 – провал коммутирующего контакта, формула (4.3.30).

По результатам расчёта s необходимо определить максимальное значение рабочего зазора электромагнита , которое не должно быть больше (10÷ 12 мм). В противном случае, необходимо изменить соотношение плеч в диапазоне 1.0 ÷ 1.9 или применить иную типовую конструктивную схему (А или В) электромагнитно-пружинного механизма контактора в соответствие срисунком 4.6.1.

Рабочий зазор должен иметь минимально возможную длину дляобеспечения расчётного значения s. Это позволит уменьшить габариты, мощность и рабочую температуру электромагнита, исключить вибрацию (дребезг)главных контактов при включении и тем самым увеличить ресурс работы контактора.

                   (4.6.4)

Где  – расчётная величина рабочего зазора;

 – величина принятого при расчётах значения соотношения плеч  и ;

 – величина, обратная принятому при расчётах значению .

Далее рассчитывается критический зазор электромагнита , соответствующий моменту касания главных контактов при движении якоря от положения через точку к конечному значению . Для исключения «залипания» якоря к полюсному наконечнику за счёт остаточной намагниченностипри отключении катушки электромагнита зазор .

                           (4.6.5)

Значение силы начального сжатия  контактных пружин всех полюсов p, приведённое к рабочему зазору d, рассчитывается по формуле:

                (4.6.6)

Где  – сила начального сжатия контактных пружин(приведённое значение);

 – сила контактного нажатия;

–количество главных контактов (число полюсов);

AилиB – A – применённая типовая конструктивная схема электромагнитно-пружинного механизма контроллера.

Следует учесть, что все последующие расчётные значения сил  и  автоматически приведены к рабочему зазору d электромагнита.