CJ12,4003交流接触器电磁系统设计

1、1 概述接触器是一种通用性很强的自动式开关电器，是电力拖动和自动控制系统中一种重要的低压电器。它可以频繁地接通和断开交、直流主电路和大容量控制电路。它具有欠压释放保护和零压保护接触器按通过其触点的电流种类不同可分为交流接触器和直流接触器。当交流接触器的电磁线圈接通电源时，线圈电流产生磁场，使静铁心产生足以克服弹簧反作用力的吸力，将动铁心向下吸合，使常开主触头和常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开。主触头将主电路接通，辅助触头则接通或分断与之相联的控制电路。当接触器线圈断电时，静铁心吸力消失，动铁心在反作用弹簧力的作用下复位，各触头也随之复位.交流接触器的铁心和衔铁由U型硅钢片叠压而成，防止涡流和

2、过热，铁心上还装有短路环防止震动和噪音。接触器的触点分主触点和辅助触点，主触点通常有三对，用于通断主电路，辅助触点通常有两开两闭，用在控制电路中起电气自锁和互锁等作用。当接触器的动静触点分开时，会产生空气放电，即“电弧”，由于电弧的温度高达3000或更高，会导致触点被严重烧灼，缩短了电器的寿命，给电气设备的运行安全和人身安全等都造成了极大的威胁，因此，我们必须采取有效方法，尽可能消灭电弧。CJ12-400/3系列交流接触器主要用于冶金。轧钢等企业及起重机等电气设备中。它使用于交流50Hz。额定工作电压至380V。电流至600A的电力系统中,供远距离接通和分断电路之用,并适宜于频繁地起动。分断交

3、流电动机之用。使用环境条件：安装地点的海拔不超过2000m。周围空气温度：-5-40，24小时的平均值不超过35。大气相对湿度在周围空气温度为40时不超过50，在较低的温度下可允许有较高相对湿度；安装类别为：类。污染等级：3级。安装条件：安装面与垂直面倾斜度不大于±5°：冲击振动：产品应安装和使用在无显著摇动、冲击和振动的地方。 结构特点：CJ12系统交流接触器为开启式，其结构为条架平面布置电磁系统居右，主触头居中，辅助触头居左，并装有可转动的停档，整个布置便于监视和维修。接触器的磁系统由“U”型动静铁心及线圈组成，动静铁心均装有缓冲装置，从而提高了产品寿命。2 产品的反力

4、特性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% UN。接触器电磁铁的反力特性是指反力F对电磁铁衔铁行程µ的关系。即F=f(µ),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。2.1 选取触头参数主触头的开距为1316 mm，取开距为12 mm，超程为7.59 mm，取为8 mm，所以主触头的行程为X=12+8=20 mm。辅助触头开距为712 mm，取为9 mm，超程为34.8 mm，取为4 mm，所以辅

5、助触头的总行程为9+4=13 mm。2.2 主触头的反力为了出头系统吸合可靠，取靠近上线的反力数值初压力为（5.47.5）， 取FC1=7终压力为（8.110）， FC2=9主触头为三级，主触头初压力为Ffcc终压力为Ffzc，所以Ffcc=3×FC1=21，Ffzc=3×Fzc=272.3 辅助触头的反力此反力和主触头反力存在在杠杆比，需要归算到终接触线处，杠杆比：K=f/d=0.385其中Fcb,Fzb分别取辅助触头处压力和终压力范围下限Ffcb=0.2，Ffzb=0.3。2.4 释放弹簧的反力因为反力和触头反力存在杠杆比，归算杠杆比：K=e/d=0.346 释放弹簧的

6、收缩距离：X=主触头的总行程 Xk=k×X=6.92闭合后，释放弹簧的终压力式中=3.2. =0.068/mm已知数据： ，上式中，为释放弹簧的初反力，终反力。由以上数据做设计的交流接触器反力特性曲线如下所示：图2-1交流接触器反力特性曲线3 线圈参数的确定3.1 气隙磁导的计算3.1.1 采用磁导分割法求气隙磁导采用电磁场分割法可以把一对磁极的磁导分割为5部分，用平均磁导求出，这5部分的磁导表示为：（1） 平行直角六面体：（2） 半圆柱体：（3） 半空心圆柱体：（4） 球体：（5） 球：本电磁体的气隙共分为17部分，即中间的六面体、左右前后四个半圆柱体（前后两个等效如前）四个球壳在

7、四个边上，则总气隙磁导为17个部分后，即：3.1.2 计算电磁体对磁极的气隙1、对于A对数： m为散磁延伸到铁心侧面的假设距离，一般取m=（12）本设计中取由于衔铁内侧高度为，所以，以上分析为，大气隙的情况，当小时可忽略。2、由此求出当>6mm时，考虑= =19mm mb=20.933.1.3 各对磁极的总磁导1、总磁导的计算2、气隙磁导的计算对于不同的L值，分别求出对应的 及其磁导数值，列表如下：表3-1不同的L值时的磁导数值L221813.583.570.052.302.2132752.4656973.041404.191905238.0442.439952.4729622.7804

8、314.018396.701812390.546515.2978822.98643140.14832107.41703489.7683229642.3940.9883058.891962102.95752274.276691288.42546230013.83、铁心中防剩磁气隙磁导的计算：设计用去磁间隙 ，铁心截面积。防剩磁气隙磁导为：3.1.4 漏磁导计算当衔铁处于打开位置时，漏磁导和气隙磁导相比已不可忽略，而且必须考虑两极柱间漏磁导，采用磁场分割法可将铁芯柱间的漏磁导分成三部分，共5块，分别为：平面直角六面体：1块，平面柱体：2块，半中空圆柱体：2块 ， ，G=总漏磁导为三部分之和：G=G

9、=1.21956(H/m)3.2 设计点的选择取范例特性曲线图中B/2点作为设计点：F=B/2×22.5/15=17.25为确保可靠吸合，吸力应大于反力，取安全系数K=1.1，吸力值F=KF=1.1×17.25=18.9753.3 比设计点的选择由于磁铁是转动式的，故在衔铁吸合释放时，两个气隙大小的距离不同，因而折算的杠比不同，设计大小气隙的杠杆比分别为：K=214 /104=2.058 K=130/104=1.25，则：F=+最大值3.4 线圈匝数的确定由以上知：= q=d/N=1 (d=N) K=0.93 a=44mm则S=0.93(cm)磁密：= GB，取匝数N=60

10、0。由于该接触器的导磁体尺寸已知，而且采用原线圈框架厚度为4mm左右，上下间隙为2mm左右，则线圈的高度：h=60(2×4+2×4)=48mm取线圈厚度初步设计值N=(0.50.8)，取n=0.6则其中取线圈标准直径1.16mm线圈的平均长度，故 验算窗口面积4 分磁环尺寸的确定以及有关参数计算加装它可以防止衔铁在吸合位置处发生震动，设计师主要是确定尺寸材料，从而对吸力是否满要求进行验算。4.1 尺寸计算取槽宽t=1.5mm，则磁极面积S=S1+S2=a(b2×1.6)=1795.2，比值系数r2表示分磁环内面积与总面积之比：=S2/(S1+S2)=(0.70.8

11、5)本设计取0.8，所以S2=s=0.8×1084=1436.2 s1=ss2=359 分磁环电阻可以求出：如下图所示：图4-1式中Rd=0.3为综合参数，其最佳范围为0.20.4，p =0.040.05mm 衔铁闭合时候的工作气隙，这里取0.05mm，取分磁环宽ad=1.5mm ad<t(分磁环槽宽)分磁环平均匝长为分磁环截面积式中 分磁环厚度为由此可取槽深为2.5mm4.2 验算主要是验算在0.8情况下，铁心能够可靠的吸合即Fmin>Fmax，即可 取 为和的相角差，由此和求，及，做出等效电路图：图4-2等效电路图将此力折算到触头接触处：，合格，即当u=0.85ue时

12、能可靠的吸合。5 产品电磁系统的结构草图此交流接触器采用双U型铁心图5-1电磁系统的结构草图图5-2铁心柱截面其中：a=148 b=85 c=0.2 d=44 c=40 h=128 g=44 m=60 n=44 x=1.5 y=2.5 z= 1.97 p=26.4（单位：mm） 6 验算设计的合理性6.1电磁吸力和吸力特性的计算1、以电压为0.85ue，主触头开距为例计算。取Ke=0.99 满足吸力要求。2、验算Ke的取值是否正确对磁路进行分段计算，将磁路分为相等的三段，每段长为41/3mm，设其中为前面所求的值，求各段磁路的磁压降:Hx=182(A/m)由磁化曲线查得，Hx×Lx=

13、182×128×0.001=23.296其中L1为41 /3×m磁路图如下图6-1磁路图=+=1.008=1.244其中， H1=234(A /m) 由磁化曲线查得 2 2HL=U=B=H=299(A/m) ，查磁化曲线得 2HL=HL=HL=299IN=HL+2HL+2HL+2HL+HL+5853.11 IN与IN1的相对误差为由以上计算可知KE1与所选KE=0.99误差不大，满足要求，对不同气隙时的磁路可以通过以上类似的方法，求得：即：根据，求出不同气隙时对应的值，再由求出不同气隙时所对应的值，然后带入吸力公式从而可得出不同气隙时的吸力值，如下表：表6-1不同

14、气隙时的吸力值221813.583.570.05F(0.85Ue）90.83106.13167.93323.64894.272707.15F(Ue）125.72146.89232.43447.941237.743804.29F(1.1Ue）125.12177.74281.25542.011497.674600.776.2 温升校验线圈温升再1.1Ue下进行，因此温度要求在其他电压下也能满足要求。1、 在打开位置时，已知GJA，GJB，G，Ggr和Gz由此可知启动电流2、 在衔铁闭合时忽略漏磁，但计较磁阻和分磁环磁阻，确保保护电路的计算用温升等值电路如下：图6-1计算用温升等值电路此时 =1.1

15、考虑衔铁打开位置时，线圈反电动势E与电源额定电压的比值此时，因而可查磁化曲线得所以 由此可求出：总磁阻工作气隙磁阻 分磁环等效磁阻为Z11=Z1×Z2/(Z1+Z2)=5.066E+4(1/H)故总的等效磁阻为其中故可求 3、计算温升按重复短时工作制校验温升，已知操作频率60次/小时，通电持续率40% 每个周期的通电时间T1=3600×40%/60×2=12(s),T2=1TD%/TD%×T1=18(S)故T=t1+t2=30(s)启动电流与保护电流之比等效发热电阻率 （单位铁损，查得）式中 线圈散热面积S 取，则散热系数为线圈温升其中则因而满足温升技术

16、指标合格。7 结论通过已知的铁芯参数等计算并画出该接触器的反力特性，并据此确定设计点。分析磁路，通过等效磁路计算电磁机构的磁导，进一步计算线圈匝数、厚度。继而计算出分磁环的尺寸并进行验算。由此可得出系统的结构草图。最后验算设计的合理性，计算吸力特性并校验温升，通过反复验算，修改参数，最终设计出符合电气设备要求的接触器。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北京：机械工程出版社，19902 方鸿发低压电器北京：机械工程出版社，19883 王季梅真空开关理论和应用西安：西安交通大学出版社，19854 方鸿