Смекни!
smekni.com

Автоматический быстродействующий выключатель постоянного тока (стр. 5 из 17)

По ГОСТ 9219-88 допустимые превышения температуры для электричес-ких контактов в аппаратах низкого напряжения при температуре окружающего воздуха Jо= 40 оС допустимая температура Jдоп= 65оС.

2.2.1. Расчет гибкой связи.

Гибкая связь выполнена из медных пластин толщиной 0,1 мм. Характеристики материала меди по П.7 [2]

r=8700-8900 кг/м3 – плотность материала

rуд=1,62×10-8 Ом×м – удельное сопротивление при 0оС

a=4,3×10-3 1/оС – температурный коэффициент сопротивления

l=390 Вт/м×оС – теплопроводность при 0оС

Тпл=1356 К – температура плавления

Тисп=2600 оС – температура испарения

С=390 Дж/кг×оС – теплоемкость

Принимаем следующие исходные данные:

а=5 мм – толщина пластины

в=20 мм – ширина гибкой связи

l=100 мм – длина гибкой связи

Активное сопротивление проводника

R=r×l/S=rуд×(1+a×J)×l/(a×b) (2.6)

R=1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×100×10-3/(5×10-3×20×10-3) = 2,32×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности

S=2×l×b (2.7)

S=2×100×10-3×20×10-3=4×10-3 м2

Коэффициент теплоотдачи равен сумме коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением. Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по критериальным уравнениям по [2]

Ктк=Nu×l/L, (2.8)

где:

Nu – критерий Нуссельта;

L – определяющий размер; L=b=20×10-3 м

λ – теплопроводность для воздуха; λ=2,96∙10-2 Вт/м2 оС

Nu= c×(Gr×Pr )n, (2.9)

где Gr-критерий Грасгофа, который определяется по формуле (16-13) [2]

Gr=β∙g∙L³∙(υ-υm )/γ², (2.10)

где β – коэффициент объемного расширения определяем по (2.11)

β=1/(273+ υm ) (2.11)

β=1/(273+72,5)=2,89∙10-3

υm=(υ+υ0)/2=(105+40)/2=72,5оС

g – ускорение свободного падения

g=9,8 м/с2

γ- кинематическая вязкость

γ=20,02∙10-6 м2

Gr=2,89∙10-3∙9,8∙ (20∙10-3)3∙(105-40)/(20,02∙10-6)2=3,67∙104

Pr – критерий Прандтля, по (П.9 [2])Pr = 0,694

[Pr∙Gr]=[0,694∙3,67∙104]=2,55∙104

по таблице 1.2 [2] определяем с=0,54 n=0,25, тогда по формуле (2.9)

Nu=0,54(2,55∙104)0,25=6,82

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по (2.8)

Кт.к=(6,82∙2,96∙10-2)/(20∙10-3)=10,1 Вт/м2оС

Коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле (2.12)

Кт.и=5,67∙ε∙ [(Т1/100)4- (Т2/100)4]/(υдоп о), (2.12)

где:

ε=0,6 – степень черноты полного излучения материала;

Т1 и Т2 соответственно допустимая температура нагрева и температура окружающего воздуха.

Кт.и=5,67∙0,6∙[(378/100)4-(313/100)4]/(105-40)=5,66 Вт/м2оС

Коэффициент теплоотдачи для гибкой связи

Кт=5,66+10,1=15,76 Вт/м2оС

Допустимая температура нагрева по формуле (2.5)

Jдоп =(2502∙2,32∙10-5)/(15,76∙4∙10-3)+40=63 оС

Расчетное значение допустимой температуры нагрева имеет большой запас. С учетом технико-экономической точки зрения, принимаем новые размеры гибкой связи (уменьшаем затраты на материал) и проводим повторный расчет, аналогичный выше приведенному, до тех пор, пока не получим наименьший запас расчетной допустимой температуры по отношению к значению ГОСТ 9218-88.

Принимаем:

а=3 мм

b=20 мм

l=100 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×100×10-3/(3×10-3×20×10-3)=3,87×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.7)

S=2×100×10-3×20×10-3=4×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева гибкой связи по (2.5)

Jдоп =(2502∙3,87∙10-5)/(15,76∙4∙10-3)+40=78 оС

Принимаем:

а=2,5 мм

b=20 мм

l=100 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×100×10-3/(2,5×10-3×20×10-3)=4,64×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.7)

S=2×100×10-3×20×10-3=4×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева гибкой связи по (2.5)

Jдоп =(2502∙4,64∙10-5)/(15,76∙4∙10-3)+40=86 оС

Принимаем:

а=2 мм

b=20 мм

l=100 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×100×10-3/(2×10-3×20×10-3)=5,8×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.7)

S=2×100×10-3×20×10-3=4×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева гибкой связи по (2.5)

Jдоп =(2502∙5,8∙10-5)/(15,76∙4∙10-3)+40=97,5 оС

Принимаем:

а=1,8 мм

b=20 мм

l=100 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×100×10-3/(1,8×10-3×20×10-3)=6,4×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.7)

S=2×100×10-3×20×10-3=4×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева гибкой связи по (2.5)

Jдоп =(2502∙6,4∙10-5)/(15,76∙4∙10-3)+40=103,45 оС

Итак, оптимальные размеры гибкой связи:

толщина 1,8 мм; ширина пластины 20 мм; длина 100 мм.

2.2.2. Расчет контактов

Материал контактов – медь. Характеристики приведены в пункте 2.2.1.

Принимаем:

а=13 мм – толщина контактов (боковая поверхность)

b=50 мм – высота контакта

с=10 мм – длина (место соприкосновения двух контактных поверхностей)

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×50×10-3/(13×10-3×10×10-3)=8,9×10-6 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.13)

S=2∙(a∙b)+b∙c (2.13)

S=2×13×10-3×50×10-3+50∙10-3∙10∙10-3 =1,8×10-3 м2

Коэффициент теплоотдачи

Кт=5,66+8,03=13,69 Вт/м2оС,

где коэффициент теплоотдачи излучением по (2.12)

Кт.и=5,67∙0,6∙[(378/100)4-(313/100)4]/(105-40)=5,66 Вт/м2оС ;

коэффициент теплоотдачи конвекцией по (2.8)

Кт.к=(13,57∙2,96∙10-2)/(50∙10-3)=8,03 Вт/м2оС.

где Pr – критерий Прандтля, по (П.9 [2]) Pr=0,694; критерий Грасгоффапо формуле (2.10)

Gr=2,89∙10-3∙9,8∙ (50∙10-3)3∙(105-40)/(20,02∙10-6)2=5,74∙104

[Pr∙Gr]=[0,694∙5,74∙104]=3,98∙104

по таблице 1.2 [2] определяем с=0,54 n=0,25, тогда по формуле (2.9)

Nu=0,54(3,98∙104)0,25=13,57

Расчетная допустимая температура нагрева контактов по (2.5)

Jдоп =(2502∙8,9∙10-6)/(13,69∙1,8∙10-3)+40=62,57 оС

Принимаем:

а=10 мм

b=50 мм

с=5 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×50×10-3/(10×10-3×5×10-3)=2,32×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.13)

S=2×10×10-3×50×10-3+50∙10-3∙5∙10-3 =1,25×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева контактов по (2.5)

Jдоп =(2502∙2,32∙10-5)/(13,69∙1,25∙10-3)+40=124 оС

Расчетное значение превышает значение ГОСТ 9219-88, что не допустимо.

Принимаем:

а=10 мм

b=50 мм

с=7 мм

Активное сопротивление проводника по формуле (2.6)

R= 1,62×10-8×(1+4,3×10-3×100)×50×10-3/(10×10-3×7×10-3)=1,65×10-5 Ом

Площадь охлаждаемой поверхности по формуле (2.13)

S=2×10×10-3×50×10-3+50∙10-3∙7∙10-3 =1,35×10-3 м2

Расчетная допустимая температура нагрева контактов по (2.5)

Jдоп =(2502∙1,65∙10-5)/(13,69∙1,35∙10-3)+40=96 оС

Итак, оптимальные размеры контактов:

Боковая поверхность 10 мм; высота 50 мм; линия соприкосновения 7 мм.

2.2.3. Расчет катушек магнитного дутья

Катушки предназначены для создания магнитного поля в сердечниках, за счет которого дуга затягивается в дугогасительные устройства.

Гашение малых токов обратной полярности посредством последовательного магнитного дутья не было достигнуто, и было принято решение разработать систему параллельного магнитного дутья.

Цель разработки:

- обеспечить уверенное гашение всего диапазона рабочих токов за время не более 0,08с;

- обеспечить две ступени электрической изоляции между цепями управления, и токоведущей системой. Первая ступень – обмотка катушки параллельного магнитного дутья – магнитопровод магнитного дутья, вторая ступень – магнитопровод магнитного дутья – токоведущая система;

- разработать систему управления аппаратом, включая датчик тока с выходом направления тока, схему обработки информации с блоком коммутации держащего тока привода и силовой модуль катушек параллельного магнитного дутья.

На аппарате применено параллельное магнитное дутьё, патент на полезную модель №35923. Магнитное поле создается катушкой из 200витков провода ПЭТВ-2-0.5, рабочий ток 15А, время протекания тока 0,2с.