Proiect contactor electromagnetic cu comutatie in vid

CONCEPTIA ASISTATA DE CALCULATOR A

ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

PROIECT CONTACTOR ELECTROMAGNETIC CU

COMUTATIE IN VID

Tema de proiectare

N=15

Sa se proiecteze un contactor electromagnetic cu comutatie in vid.

Parametrii nominali:

- Tensiunea nominala: U_n=7,2 [kV]

- Curentul nominal: I_n=400+10n=550 [A]

- Frecventa nominala: f_n=50Hz (60Hz)

- Capacitatea de conectare pentru cosφ=0,35±0,05: I_c=4000+50n=4750 [A]

- Capacitatea de rupere: I_r=3200+20n=3500 [A]

- Curentul de stabilitate termica la 1s: I_T=8+0,1n=9.5 [kA]

- Curentul de stabilitate dinamica: I_D=20+n=35 [kA]

- Curentul taiat: I_ch=0,5+0,1n=0,7 [A]

- Supratensiunea maxima de comutatie: 23+n=38 [kV]

- Categorii de utilizare: AC1-AC4

- Puterea absorbita in pozitia inchis: cca 100W

- Frecventa de conectare: 1200 conectari/ora

- Durata de viata mecanica: 10⁷ cicluri

- Durata de viata electrica: 10⁶ cicluri

- Tensiuni de comanda: 24, 48, 110, 220, [V] c.c. si c.a.

- Tensiunea nominala a contactelelor auxiliare: 230 V c.a. si 220 V c.c.

- Curentul nominal al contactelor auxiliare: 16 A

- Curentul de utilizare in regim AC15: 7A, la cosφ=0,8

- Curentul de utilizare in regim DC13: 2A

- Numarul contactelor auxiliare: 4 normal inchise, 3 normal deschise

- Gradul de protectie: IP 00

Cap1 - Prezentarea Contactorului

1. Definitie

Contactorul electromagnetic este un aparat de comutatie actionat electromagnetic, cu o singura pozitie de repaus capabil sa stabileasca, sa suporte si sa intrerupa curenti nominali si curenti mai mari dacat cei nominali, care apar in mod normal.

Este destinat a efectua un numar mare de comutatii in sarcina, dar si un numar mare de comutatii fara sarcina.

Dupa tipul retelei in care functioneaza, contactorul poate fi de c.a. sau c.c.

Contactele lui pot fi normal inchise sau normal deschise.

2. Domenii de utilizare

Contactorul electromagnetic trifazat cu comutatie in vid este utilizat in principal la actionarea motoarelor de mare putere, a bateriilor de condensatoare, si a transformatoarelor din industrie, minierit, agricultura, si pentru alte utilizari specifice similare.

3. Generalitati

Principalele elemente constructive ale contactorului sunt:

- carcasa aparatului ca support material pentru elementele active;

- dispozitivul de actionare constituit dintr-un electromagnet;

- polii principali reprezentati de caile de crt in bobine, contacte si camera de stingere;

- polii auxiliari care cuprind borne si contacte normal inchise si deschise, necesare autodeschiderii, semnalizarii, si interblocajului;

- camera de stingere;

- contacte.

Carcasa aparatului

Constituie elementul de rezistenta pe care sunt montate toate celalalte subansamble ale contactorului. Ea trebuie sa asigure rigiditatea mecanica a intregului aparat, simultaneitatea dechiderii si inchiderii tuturor contactelor si sa reziste eforturilor mecanice cerute de dispozitivul de actionare.

In acelasi timp trebuie ca greutatea cadrului sa fie cat mai mica posibil, avand o pondere importanta in greutatea totala a aparatului.

Caile de curent

Sunt costruite din Cu si aliajele sale. Nu exista standarde de normalizare a cailor de curent, insa pt a se asigura conectarea la retea in conditii optime, au fost alcatuite norme pentru bornele de conctare.

O atentie deosebita se acorda fixarii cailor de curent pe cablu. Trebuie asigurata rigiditatea lor impotriva deplasarilor si deformarilor care apar datorita trecerii curentului si in acelasi timp izolatia electrica necesara pt a evita strapunderea si scurtcircuitele in aparat, in timpul functionarii.

Contactele electrice

Reprezinta unul din subansamblele cele mai importante ale contactorului, deoarece ele trebuie sa asigure trecerea curentului in bune conditii, pe durata cat aparatul este anclasat, si intreruperea curentilor din circuit, fara generarea de tensiuni mari de restabilire si sa permita functionarea la o noua anclansare.

Contactoarele sunt aparate cu actionare frecventa, si din acest motiv, contactele electrice trebuie sa prezinte o buna rezistenta la eroziune. Pentru contactoarele de medie tensiune, materialul de contact folosit frecvvent pt constructia contactelor in vid, este pseudo alijul WsCu30 sinterizat in vid.

4. Clasificare

Dezvoltatea contactoarelor a suferit o evolutie semnificativa, functie de scopul urmarit de constructorul de aparate, domeniul de utilizare si evolutia parametrilor cerute de sistemele energetice.

Constructorii de aparete urmaresc in principal, realizare de aparate simple robuste nesupravegheate cu siguranta mare in exploatare:

- Aparate simple, robuste, nesupravegheate, cu siguranta mare in exploatare

- Aparate cu consumuri minime de materiale active

- Aparate sigure impotriva pericolului de explozie

- Aparate destinate a fonctiona in climate speciale, ca altitudine, climat tropical, industrial, marin temperaturi foarte scazute

- Aparate silentioase la comutatie , destinate a functiona in mediul urban.

5. Parametrii principali

- Tensiunea nominala: tensiunea pentru care este proiectat contactorul, la care se dimensioneaza si se verifica izolatia aparatului ca si distantele de strapungere si conturnare.

- Frecveta de conectare: reprezinta numarul maxin de actionari pe care contactorul le poate executa pe ora. Pirn actionare se intelege o inchidere si o dechidere.

- Curentul de stabilitate terminca: It

- Curentul de stabilitate dinamica:Id

- Curentul choppat

- Puterea absorbita in pozitia inchis.

6. Producatori de contactoare de comutatie in vid

- Siemens

- ABB

- AEG

- SCHERON

- ICPE

7. Sinteza conditiilor de tip standard

Caracteristicile tehnice ale contactorului sunt conform standardului SREN 60470/2003,respectiv CEI 60470/2003;

Cerinte de mediu inconjurator de exploatere: functionarea in climat temperat N conform STAS 6535/83;

Gradul de agresivitate al atmosferei: greu , conform STAS 6705/90;

Gradul de poluare: 3 , conform SREN 60947-1/2001.

Cap2 - Calculul de dimensionare si verificare

Relatii de calcul

1. Forta dezvoltata de intrefierul principal de arie A, fluxul magnetic de umflari neglijat: ;

2. Legea circuitului magnetic : ;

3. Supratemperatura medie a bobinei : ;

4. Tensiunea de excitatie a bobinei : ;

Lm = Reprezinta lungimea medie a spirei ;

d = Reprezinta diametru net (fara izolatie) al conductorului de bobinaj;

5. Constanta electromagnetului : ;

6. Forta minima la intrefier maxim : Fmin = 50daN;

7. Forta maxima la intrefier minim : Fmax >100daN;

8. Durata relativa de conectare : Dc=0,1;

9. Temperatura mediului ambiant : θamb = 35°C;

10. Supratemeperatura medie a bobinei: θi = 45°C;

11. Intrefierul maxim : δmax = 5mm;

12.Tensiunea nominala de alimentare : Ualim = 220V;

13. Material : OL38;

Calculul preliminar al Electromagnetului:

1. Constanta electromagnetului pentru forta minima:

2. Alegerea inductiei magnetice , la intrefierul maximal. Se face in functie de constanta electromagnetului si a datelor constructive : B= f(Ce)

Alegem B ≈ 0,94 T;

3. Raza  a plonjorului : ;

4. Solenatia necesara : ;

5. Lungimea ferestrei : ;

f = Reprezinta factorul de umplere al ferestrei f = 0,3 ;

α = Reprezinta coeficientul de trasmisie al caldurii  ;

6. Raza a armaturii fixe : ;

7. Raza a armaturii fixe: ;

ka = Reprezinta coeficientul care tine cont de mantaua electromagnetului : ka = 0,8;

8. Diamentrul conductorului :

;

9. Numarul de spire al bobinei : ;

10.Rezistenta electrica a bobinei :

;

11. Intensitatea curentului in bobina :

12. Densitatea de curent pe durata de conectare :

Cap3 - Observatii si concluzii

Contactorul electromagnetic este un aparat de comutatie actionat electromagnetic, cu o singura pozitie de repaus capabil sa stabileasca, sa suporte si sa intrerupa curenti nominali si curenti mai mari dacat cei nominali, care apar in mod normal.

Acesta este utilizat in principal la actionarea motoarelor de mare putere, a bateriilor de condensatoare, si a transformatoarelor din industrie, minierit, agricultura, si pentru alte utilizari specifice similare.

Proiectarea asistata de calculator a echipamentelor electrice, combina mai multe softuri de calcul cat si de grafica inginereasca, pentru a reduce timpul necesar simularii si proceselor de optimizare, prin faptul ca lucreaza cu numere si procesarea tuturor datelor dureaza un timp relativ mic.

In plus exista o serie de avantaje, cand vine vorba de precizia calculelor, rapiditatea si posibilitatea creearii unor desene foarte clare, si precise.

Prin cunoasterea si utilizarea de softuri specializate de proiectare, se pot atinge performante foarte bune in domeniul aparatelor electrice si nu numai.

Pentru un produs final reusit, partea de proiectare trebuie sa fie facuta cu ajutorul unor softuri cat mai performante, pentru rezultate ce tin cont de absolut toate aspectele ce pot aparea in timpul functionarii, pe durata de viata a aparatului.

Proiectarea asistata de calculator se bazeaza pe modele matematice, implementate in programe sau prin metode de element finit, si din punc de vedere al costurilor si al resurselor de timp, este eficienta.

Proiectarea clasica se rezuma la creearea a doua sau trei modele fizice ale obiectului proiectat, testarea acestora si pe baza modelelor matematice se observa, si in functie de rezultate se trece mai departe si se alege unul din modele, caruia i se mai aduc imbunatatiri.

Prin introducerea calculatorului in ecuatie, se reduc mult costurile de proiectare si se pot crea o multitudine de modele, simularile fiind mult mai rapide si eficiente; partea materiala este economisita sau folosita integral la creearea unui prototip perfect functional.

Cap4 - Desene tehnice:

1. Ansamblu electromagnet de actionare

2. Subansamblu bobina electromagnet

3. Desen plonjor

4. Subansamblu electromagnet

5. Jug inferior

6. Jug superior, opritor

7. Resort

Concluzii finale, observatii si interpretari

- Pe masura ce tehnologia vidului a progresat, ea a inceput sa fie baza unor procedee stiintifice si industriale de ultima ora. Importanta: ecologie si protectia mediului. De foarte multe ori acestea inlocuiesc procedeele chimice cu efecte neplacute asupra mediului si operatorilor.

- Arcul electric in vid este un arc electric de energie redusa in care valorile tensiunilor nu depasesc de regula 30 V.

- Contactorul electromagnetic cu comutatie in vid este o solutie moderna de de stingere a arcului electric, deosebit de utila in locurile in care aparitia arcului electric nu este permisa, deoarece poate conduce la explozii (combinate chimice, mine, etc.).

- Proiectarea asistata de calculator a echipamentelor electrice, combina mai multe softuri de calcul cat si de grafica inginereasca, pentru a reduce timpul necesar simularii si proceselor de optimizare, prin faptul ca lucreaza cu numere si procesarea tuturor datelor dureaza un timp relativ mic