直流接触器设计.docx
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直流接触器设计
前言
无论是在工业、农业、交通运输业、国防、文教、商业及人民生活设施等用电部门，使用的大多数是低电压。
据统计，发电厂生产的电能约有80%以上是通过转换为低压电后而使用的。
电能的应用大多数是将电能转变为机械能和热能等。
而对于电网、电机及其他设备进行转换、控制、保护和调节都要依靠各种电器来完成。
由于生产自动化程度的不断提高，对低压电器产品数量有日益增长的要求，对产品的性能、质量、品种等要求也越来越高。
接触器是低压电器中重要的控制电器之一。
直流接触器是一种适用于长距离频繁地接通和分断额定工作电压为1200V及以下的直流主电路及大容量控制电路的电器。
其主要控制对象是：
直流电动机、直流电磁铁，也可用于控制其他直流负载，如电照明、电加热等。
同时也可用于交流电动机动力制动场合。
直流接触器在低压领域有十分广泛的用途。
本毕业设计课题内容主要是以给定的主要技术参数，以CZ0直流接触器为参照，设计一台40A接触器。
本设计主要由触头系统设计、灭弧系统设计和电磁系统设计三部分组成。
本设计是让我们通过直流接触器的设计，了解低压电器在国民经济建设中的地位和作用，了解低压电器的发展概况。
通过直流接触器的设计，让我们做到由此及彼，触类旁通，通过掌握直流接触器的设计方法和设计程序，来掌握其他低压电器产品的设计方法和设计程序；通过掌握直流接触器的结构设计和结构参数的选择，来掌握其他低压电器产品的结构设计和结构参数的选取；还通过掌握直流接触器的各个部分的性能和原理，来掌握其他低压电器产品各个部分的性能和原理。
它是我们学习的指导师，为我们将来从事低压电器产品的设计工作起到抛砖引玉的作用。
摘要
接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。
其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：
常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。
当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：
常闭触头闭合；常开触头断开
在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。
因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置
前言
摘要··································································1
Abstract······························································1
第一章绪论···························································2
1.1直流接触器的介绍···················································2
1.2支流接触器的主要性能指标···········································2
第二章结构型式选择······················································5
2.1直流接触器的结构形式···············································5
2.2主要技术参数解析····················································5
2.3设计要点···························································5
2.4提高通断能力的措施·················································8
2.5提高电寿命的措施···················································8
2.6提高机械寿命的措施·················································9
2.7对总体结构的要求···················································9
2.8对总体结构方案的选型··············································10
第三章触头系统的设计··················································12
3.1电接触理论·························································12
3.2触头系统结构形式和触头材料的选择···································13
3.3触头系统的触头尺寸和基本结构参数的确定·····························13
3.4触头系统的触头温升和动热稳定性的验算·······························15
第四章电磁铁的吸力与反力特性的配合·····································19
4.1电磁铁的特性·······················································19
4.2反力特性的确定·····················································19
4.3静态吸力特性的选择·················································19
4.4静态吸力特性与反力特性的配·········································20
第五章灭弧系统的设计···················································21
5.1灭弧基本原理·······················································21
5.2灭弧系统的结构形式和材料的选择·····································22
5.3灭弧系统尺寸的确定·················································23
第六章电磁系统的设计··················································26
6.1电磁系统计算的基本原理·············································26
6.2电磁系统材料的选用·················································26
6.3电磁系统设计步骤··················································27
6.4具体计算过程·······················································27
参考文献·······························································39
致谢······························································40
第一章绪论
1.1直流接触器的介绍.
接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。
接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。
其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：
常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。
当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：
常闭触头闭合；常开触头断开
在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。
因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。
直流接触器是一种用于远距离频繁地接通和分断直流主电路和大容量控制电路的电器,广泛应用于矿山、冶金、船舶、地铁、化工、电力牵引等部门的直流电路中。
其主要控制对象是电动机,也可用于控制其它电力负载如电热器、照明灯、电焊机、电容器等。
选用直流接触器，首先要看应用线路的控制方式，接触器在线路中的功能，因为直流接触器的主触头有单双之分，单触头接触器主要用于发电--电动系统，或其它独立变流系统，功能是：
1准备就绪，允许运行。
2事故状态快速切断主电路。
因此接触器的额定电流，额定电压，断弧能力，必须满足于系统要求。
双触头接触器则用于：
非独立供电系统；可逆系统等，同样注意额定电流，额定电压，断弧能力。
最后是吸合线圈电压，要附和操作系统要求，再者吸合线圈较大时，要加RC吸收回路，以防自感电势击穿
自身，或相关设备。
直流接触器和交流接触器的区别
应用场合不同，选择交流或直流取决于线圈，直流接触器的线圈只能通直流，交流接触器的线圈只能通交流工作。
一般来说，在交流回路当中，主回路用的交流，辅助助回路一般都是从主回路上取电做控制回路，那么控制回路显然也是交流的，那么就要用交流接触器。
如果为了某种应用，比如交流电停电以后，再通电时需要设备继续工作那就需要把动力电路和控制电路分开，主回路用交流，辅助助控制回路用直流，这样可以实现，因为停电的时候直流电不停，因为直流一般从电池得来，能供应几个小时。
这样停电以后，设备停止运转，但是因为直流电存在，所以接触器依在接通，等有了电以后，设备会继续运转。
一般来说，控制回路常用直流电，应用于变压器、高压电机等大型设备的控制保护，如果都用交流的话，一旦停电，需要保护装置动作因为没有电而不会动作，所以使用直流电是一种保障。
当然在一些工厂里，还是重要的东西少一些，所以控制与主回路都用的交流。
另外，直流接触器要用在直流为动力回路当中，比发直流油泵，这是电厂在停电的时候保障汽机系统供油的电机，它是用直流控制的，它的主回路为直流，辅助回路也为直流，当然接触器也必须为直流的。
交流电用于动力设备，直流电用于动力设备的控制和保护，还有事故照明。
像噪声这样的参数，我见到过的交直流接触器，都是质量差的噪声就大。
而内阻吧，因为电压等级不同，所以也不同。
交流接触器的原理/用途
了解交流接触器、热继电器、时间继电器、行程开关和按钮的结构及其在控制电路中的应用.继电接触器控制大量应用于对电动机的起动、停转、正反转、调速、制动等控制，从而使生产机械按既定的要求动作；同时也能对电动机和生产机械进行保护。
交流接触器有一个铁心线圈吸引衔铁动作，还有三个主触点和若干辅助触点。
主触点接在主电路中，对电动机起接通或断开电源的作用，线圈和辅助触点接在控制电路中，可按自锁或联锁的要求来联接，亦可起接通或断开控制电路某分支的作用。
接触器还可起欠压保护作用。
选用接触器时，应注意它的额定电流、线圈电压及触点数量。
热继电器主要由发热元件、感受元件和触点组成。
发热元件接在主电路中，触点接在控制电路中。
当电动机长期过载时，主电路中的发热元件通过感受元件使接在控制电路中的动断（常闭）触点断开，因而接触器线圈断电，使电动机主电路断开，起到过载保护作用。
选用热继电器时，应使其整定电流与电动机的额定电流基本一致。
在自动控制系统中，有时需按时间控制原则换接电路，采用时间继电器可以达到上述要求。
时间继电器种类很多，按其基本功能有通电延时和断电延时两类，它们的延时时间可按要求事先整定。
本实验选用通电延时的晶体管式时间继电器，它有一个延时断开的动断（常闭）触点，一个延时闭合动合（常开）触点，这种时间继电器延时范围大。
在生产中有时需要控制生产机械的行程和位置，采用装有限位开关的控制电路可解决此类问题。
限位开关又称行程开关，一般具有一对动合（常开）触点和一对动断（常闭）触点。
其操作机构有直杆式、单臂滚轮式、双臂滚轮式等，它是由装在运动部件上的档块来撞动的，具有瞬时换接触点，大部分品种具有自动复位的特点。
控制电路原理图中所有电器的触点都处于静态位置，即电器没有任何动作的位置。
例如：
对于继电器接触器，是指其线圈没有电流时的位置；按钮是指没有受到压力时的位置
接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。
在功能上接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和零压及欠压保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。
接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。
按接触器所控制的电流种类可分为交流接触器和直流接触器两种。
按钮7在断开位置，交流接触器处于不得电的状态——常态，它的常闭触头闭合，常开触头断开。
按动按钮7，电磁线圈6得电，电磁机构产生电磁力吸动衔铁，衔铁3向下运动，带动触头动作（反作用力弹簧被压缩）。
常闭触头断开，常开触头闭合。
松开按钮7，电磁线圈断电，电磁铁电磁力消失，衔铁在反作用力弹簧4的作用下向上运动回到常态的位置，常开触头断开、常闭触头复位。
可以把交流接触器理解为一个由电磁铁控制的多触头开关。
其图形符号和文字符号如图2所示。
（1）电磁机构交流接触器的电磁机构由铁心（两侧柱端部嵌有短路环）、电磁线圈、衔铁、反作用力弹簧和缓冲弹簧等组成。
衔铁的运动形式有绕轴转动的拍合式和直线运动的直动式，衔铁直线运动式又可分为正装直动式和倒装直动式（即触头在电磁机构的下方）。
（2）触头系统
交流接触器的触头可分为主触头和辅助触头。
主触头用于接通、断开电流较大的负荷电路即主电路。
所以，主触头截面积较大，一般为平面型。
辅助触头截面积较小，一般为球面型，用于接通、断开控制电路、信号电路等。
交流接触器的主触头多为常开触头，辅助触头则有常开触头及常闭触头两种。
交流接触器的触头有桥式双断点和指式单断点等型式。
（3）灭弧装置
交流接触器的主触头在切断具有较大感性负荷的电路时，动、静触头间会产生强烈的电弧，灭弧装置可使电弧迅速熄灭，减轻电弧对触头的烧蚀和防止相间短路。
交流接触器的灭弧装置有栅片灭弧、电动力灭弧、纵缝灭弧、磁吹灭弧等几种。
二、直流接触器
直流接触器主要用于电压440、电流600以下的直流电路。
其结构与工作原理基本上与交流接触器相同，即由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置等部分组成。
所不同的是除触头电流和线圈电压为直流外，主触头大都采用滚动接触的指形触头，辅助触头则采用点接触的桥形触头。
铁心由整块钢或铸铁制成，线圈制成长而薄的圆筒形。
为保证衔铁可靠释放，常在铁心与衔铁之间垫有非磁性垫片。
由于直流接触器产生的电弧不象交流电弧有自然过零点，所以更难熄灭，因此，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置。
直流接触器的常见型号有CZ0系列，可取代CZ1、CZ2、CZ3等系列。
三、接触器的主要技术参数
1、额定电压
（1）接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。
通常用的电压等级为：
直流接触器：
交流接触器：
127V,220V，380V，500V等档次。
如某负载是380V的三相感应电动机，则应选380V的交流接触器。
（2）额定工作电压
额定工作电压是与额定工作电流共同决定接触器使用条件的电压值，接触器的接通与分断能力、工作制种类以及使用类别等技术参数都与额定电压有关。
对于多相电路来说，额定电压是指电源相间电压（即线电压）。
另外，接触器可以根据不同的工作制和使用类别规定许多组额定工作电压和额定电流的数值。
例如：
CJ10-40型交流接触器，额定电压为220V时可控制电动机为11kW，额定电压为380V时可控制电动机为20kW。
（3）额定绝缘电压
额定绝缘电压是与介电性能试验、电气间隙和爬电距离有关的一个名义电压值，除非另有规定，额定绝缘电压是接触器的最大额定工作电压。
在任何情况下，额定工作电压不得超过额定绝缘电压。
2、额定电流
（1）额定电流
接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流。
通常用的电流等级为：
直流接触器：
25A，40A，60A，100A，250A，400A，600A。
交流接触器：
5A，10A，20A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。
上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断—长期工作制时的电流值。
所谓间断—长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8h。
若超过8h，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜。
如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。
具体如下：
当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件变差，电流要降低10~20%使用；
当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率不超过40%；敞开安装，电流允许提高10~25%；箱柜安装，允许提高5~10%。
介于上述情况之间者，可酌情增减。
2、额定工作电流
（1）主触头额定工作电流
根据额定工作电压、额定功率、额定工作制、使用类别以及外壳防护型式等所决定的保证接触器正常工作的电流值。
（2）辅助触头额定工作电流
辅助触头额定工作电流是考虑到额定工作电压、额定操作频率、使用类别以及电寿命而规定的辅助触头的电流值，一般不大于5A。
（一）如图l所示为交流接触器的外形与结构示意图。
交流接触器由以下四部分组成：
1一灭弧罩2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心 10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点字串7
（1）电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。
（2）触点系统 包括主触点和辅助触点。
主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。
辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。
（3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。
对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。
（4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。
电磁式接触器的工作原理如下：
线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。
此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。
线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。
（二）直流接触器
直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。
在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。
由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。
接触器的符号
接触器的图形符号如图l所示，文字符号为KM。
2．接触器的型号说明
例如：
CJl0Z-40／3
为交流接触器，设计序号10，重任务型，额定电流40A主触点为3极。
CJl2T-250／3为改型后的交流接触器，设计序号12，额定电流250A，3个主触点。
我国生产的交流接触器常用的有CJl0，CJl2，CJX1，CJ20等系列及其派生系列产品，CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。
上述系列产品一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。
直流接触器常用的有CZ0系列，分单极和双极两大类，常开、常闭辅助触点各不超过两对。
除以上常用系列外，我国近年来还引进了一些生产线，生产了一些满足IEC标准的交流接触器，下面作以简单介绍。
CJl2B-S系列锁扣接触器用于交流50Hz，电压380V及以下、电流600A及以下的配电电路中，供远距离接通和分断电路用，并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。
具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。
其锁扣机构位于电磁系统的下方。
锁扣机构靠吸引线圈通电，吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。
由于线圈不通电，不仅无电力损耗，而且消除了磁噪音。
由德国引进的西门子公司的3TB系列、BBC公司的B系列交流接触器等具有80年代初水平。
它们主要供远距离接通和分断电路，并适用于频繁地起动及控制交流电动机。
3TB系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。
额定电压为220～660V，额定电流为9～630A。
如何选用交流接触器？
接触器的选用步骤
交流接触器的选用：
应根据负荷的类型和工作参数合理选用。
具体分为以下步骤：
1．选择接触器的类型
交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1、AC2、AC3和AC4。
一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。
2．选择接触器的额定参数
根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。
1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。
但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。
2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。
接触器类型可选用CJl0、CJ20等。
3）对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次／min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。
为了保证电寿命，可使接触器降容使用。
选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。
4）对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600～12000次／h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。
5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。
一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。
6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。
例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等。
7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。
选用接触器时可不用考虑（起动电流），直接按负荷额定电流选取。
型号可选用CJl0、CJ20等。
8）由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1～1.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。
9）接触器额定电流
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