Проектирование электромеханических устройств (стр. 13 из 21)

Для построения нагрузочной характеристики вводим систему координат

Рисунок 1.28 – Зависимость противодействующих сил от перемещения

Полученная нагрузочная характеристика является исходной для определения параметров пружины

Рисунок 1.29 – Пружина: d – диаметр проволоки, D_ср – средний диаметр пружины, W – число витков пружины, определяющее длину пружины в сжатом и свободном состоянии.

15.1.3 Выбор материала пружины

Производится выбор материала пружины с учётом рекомендаций и определяется G – модуль сдвига, модуль упругости при кручении (Н/мм², кгс/мм²)

Определяется

– допустимое напряжение при кручении, (Н/мм², кгс/мм²)

15.1.4 Определение характеристических коэффициентов пружины

, и

где

– длина пружины в свободном состоянии

В обычном исполнении пружин значение коэффициентов С₁ и С₂ следующее:

,

Важно выдержать втрое условие для значения С₂ в пружинах, работающих на сжатие: когда

, при работе пружины может получиться боковое выпучивание, при этом создаётся трение в витках, искажающее характеристику пружины. Последнее не касается пружин, работающих в специально предусмотренных для них каналов, отверстий.

При проектировании пружин рекомендуется выбирать следующие предпочтительные размеры

и :

– 5; 6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 62 мм

– 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4,5; 6 мм

15.1.5 Определение диаметра проволоки или прутка и числа витков катушки

Полученное значение корректируется с учётом действующего сортамента на проволоку или пруток.

Определяется рабочее число витков пружины:

где

– скорректированный диаметр проволоки или прутка

– полное перемещение пружины,

Определяется полное число витков пружины:

15.1.6 Определение шага пружины сжатия и длины пружины

Шаг пружины:

Длина пружины в рабочем состоянии:

После определения

производится проверка коэффициента C₂, если имеются существенные расхождения, то необходимо вносить корректировку и расчёты повторять:

После этого определяется длина пружины в сжатом состоянии:

15.1.7 Уточнение полученных данных

Так как в процессе расчёта некоторые величины округлялись, то выполняется построение расчётной характеристики пружины и сопоставление её с требуемой характеристикой по условиям работы:

а) уточняется начальная сила пружины:

б) уточняется сила пружины конечная:

Расхождение расчётных сил

и с исходными не должно быть более ± 5 ÷ ±10 %.

16 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

16.1 Общие положения

При проектировании ДУ необходимо учитывать ряд требований:

1 ДУ должно обеспечивать заданную коммутационную отключающую и включающую способность аппарата при заданных условиях работы.

2 ДУ должна обеспечивать минимальное время горения дуги с целью уменьшения износа контактов и дугогасительной камеры, если она предусмотрена.

3 При гашении дуги в ДУ не должно возникать недопустимых перенапряжений, вызывающих перекрытие изоляции.

4 ДУ должно иметь минимальные размеры, минимальный выброс пламени дуги и ионизированных газов, которые могут вызвать пробой изоляции между частями аппарата.

5 ДУ должно обеспечивать минимальный звуковой и световой эффекты.

Некоторые требования взаимно противоречивы: например, уменьшение времени горения дуги связано с увеличением перенапряжений.

16.2 Условие гашения дуги постоянного тока

Рисунок 1.30 – ВАХ дуги постоянного тока

ВАХ дуги должна лежать выше нагрузочной

где:

– градиент напряжения на столбе дуги, В/см

– длина дуги, см

– приэлектродное падение напряжения на контактах, В

Для низковольтных аппаратов

не превышает по максимуму 20÷30 В, поэтому в практических расчётах, если не предусмотрена решётка, этим параметром пренебрегают (тогда считают , < 30 см).

Для реализации условия гашения дуги можно воздействовать на

путём перемещения дуги из зоны контактов за счёт ЭДУ контура или специальной схемы магнитного дутья.

Модно также воздействовать на увеличение

за счёт увеличения раствора контактов, однако, у есть ограничения ≤ 30 см.

16.3 Условия гашения дуги переменного тока

В любой момент времени после погасания дуги (проход тока через естественный ноль) восстанавливающая прочность межконтактного промежутка должна быть больше восстанавливающегося напряжения.

где:

– мгновенно восстанавливающаяся прочность, она зависит от материала контакта и предшествующей величины тока в дуге

– скорость роста восстанавливающейся прочности,

– время, с

Рисунок 1.31 – Изменение восстанавливающейся прочности во времени

В зависимости от характера отключаемой цепи, закон изменения восстанавливающегося напряжения может быть апериодическим и колебательным.

Рисунок 1.32 – Колебательный процесс восстановления напряжения

, – собственная частота,

Если эти две характеристики пересекаются, то происходит повторный пробой промежутка между контактами и дуга восстанавливается. При колебательном процессе восстановления напряжения максимальное напряжение не может быть больше

.

В расчётах это учитывается путём введения коэффициента К_а– коэффициента превышения амплитуды.