Contactor electromagnetic trifazat cu stingere in vid

8/10/2019 Contactor electromagnetic trifazat cu stingere in vid

1/23

Chiriac Adrian , grupa 142 SE

Proiect la Conceptia asistata de calculator aEchipamentelor Electrice

N=5

Prof esor titu lar :D an Pavelescu

Profesor indrumator:D an Olaru

Student:Chir iac Adr ian

Grupa:142 SE

CONTACTOR ELECTROMAGNETIC TRIFAZAT CUCOMUTAIE N VID


2/23


Caracteristici tehnice:

Tensiune nominal de utilizare-7,2 kV 7,2 kV 12 kV 12 kVCurent nominal termic - 400 A 630 A 400 A 630 AFrecvena nominal-50 HzParametrii de exploatare : - motor -3200 kW 4500 kW 5000 kW 7500 kW- transformator -3200 kVA 5000 kVA 5000 kVA 7500 kVA- baterie de condensatoare - 3500 VAR 5500 VAR 5500kVAR 9000 kVARCapacitatea de nchidere (cos = 0,35 +0,05 )- 4000 A 6300 A 4000 A 6300 A Capacitatea de rupere (cos = 0,35 +0,05 )- 3200 A 5040 A 3200 A 5040 A Curentul de stabilitate termic- 8 kACurentul de stabilitate dinamic-20 kA maxCurent choppat - 0,5 ASupratensiune maxim de deconectare- max. 23 kVCategoria de utilizare - AC1, AC2, AC3, AC4Poterea absorbit n poziie nchis (cu rezisten economizoare) -108 WFrecvena maxim de conectare-1200 cicluri pe ora.Andurana mecanic-10 operaii 10 cicluri. Tensiunea nominal de comand: (24, 48, 110, 220) Vc.a. sau (24, 48, 110, 220) Vc.c.(24, 48, 110, 220) Va.c. or (24, 48, 110, 220) Vd.c.Contacte auxiliare: - tensiunea nominal-230/ 400V c.a; 220 V c. c ; 230/ 400V a.c; 220 V d. c- current nominal termic -16 A- current de utilizare n regim AC 15 -7A la 230 V c.a., cos = 0,8- current de utilizare n regim DC 13 -2A la 110 V c.c., = 5 ms- numr de contacte auxiliare- 4NO + 3NCGrad de protecie-IP OODimensiuni de gabarit 406 x 463 x 188 mmMasa net 24 kg

Parametri nominali:

Tensiunea nominal Un: 12 kVCurent nominal I n: 200 AFrecvena nominal f n: 50 Hz

Capacitatea de nchidere I: 4250 la cos =0,350,5Capacitatea de rupere I r : 3300 ACurent stabilitate termic Ir : 8.5 kACurent stabilitate dinamic Id: 25 ACurent choppat I ch: 1.0 ASupratensiune maxim: 28 kVCategoria de utilizare: AC1, AC2, AC3, AC4Puterea absorbit n poziia nchis: ~100W


3/23


Frecvena de conectare: 1200 con/h Durata de via mecanic: 107 cicluriDurata de via electric: 106 cicluriTensiuni de comand: 24, 48, 110, 220 V (AC-DC)

Contacte auxiliare :

230/400 Vc.a.220Vc.c.Curent termic: 16ACurent utilizat AC15: 7A la 230Vc.a.; cos=o,8 Curent utilizat DC 13: 2A la 110V c.c.; 5ms Numr contacte auxiliare: 4NO + 3NC Grad protecie: IP-00

Lista simbolurilor i notaiile mrimilor fizice utilizate:a - numrul de perechi de contacte a raza punctului de contacta, a 0 , a 1 , a 2 , b, c - dimensiuni circuit magnetic [m]

bf - lime fant plcu [m] b p - lime plcu [m] c1 - cldura specific volumic [Ws/m3.grd]cr - constanta resortului [N/m]d - diametrul conductorului neizolat [m]diz - diametrul conductorului izolat [m]da - diametrul coloanei de arc [m]e, e 1 , e c - cursa contactelor [m]f - frecvena reelei [Hz] f c - frecvena de conectare [c/h] f sp cp , f sp ca - fore specifice n contacte ( principale, auxiliare) [N/A]f t - factorul de mpachetare al tolelorf u - factorul de umplere real al bobineif ui - factorul de umplere idealg - acceleraia gravitaional [m/s2]gt, g p - grosimea tolei, grosimea tolei protectoare [m]gs - grosimea spirei ecran [m]g b - grosimea bobinei [m]gc - grosime carcas bobin [m] g p - grosime plcu [m] h - nlimea ferestrei [m]h b - nlimea bobinei [m] h p - nlimea plcuei [m] hs - nlimea spirei ecran [m]


4/23


5/23


Ie - curentul de excitaie al bobinei [A] Iec - curentul echivalent la suprasarcin [A] Im - curentul de magnetizare [A]In - curentul electric nominal prin calea de curent [A]I p - curentul de pornire [A]

Iss - curentul de suprasarcin [A] Iw - curentul de pierderi [A]It - curentul total absorbit [A]J - densitatea de curent (plcu) [A/m2]Jec - densitatea de curent echivalent la suprasarcin [A/m2]H - duritatea Brinell [N/m 2]M, M a - masa armturilor mobile [kg] MFe - masa fierului [kg]

N - numrul de spire P - puterea disipat n bobin [W] P2 - puterea disipat n spira ecran [W] PFe pierderi n fier [W]R - rezistena spirei ecran []R b - rezistena bobinei [ ]R c - rezistena de contact []R 0 - rezistena de contact (independent de temperatur) []

, e , at , 1 , 2 , , , f0 , fi , fc - reluctane magnetice S - suprafaa lateral a bobinei [m2]T - temperatura absolut a contactului [K] Tc - timpul unui ciclu de acionare [s] T0 , T - temperaturile absolute ale contactului [K] (rel.W-F-L)

U - tensiunea electric [V] Uc - tensiunea pe contact [V]Un - tensiunea nominal de linie [V]Us - tensiunea electric de serviciu (excitaie a bobinei) [V] W - energia cinetic de ciocnire a contactelor [J]

- unghiul de defazaj ntre fluxuri [rad] - coeficientul global de cedare a cldurii la suprafaa bobinei [W/m2K]0 - unghiul de defazaj ntre fluxuri [rad]r - coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura [1/grd] - cursa total a electromagnetului [m] 0 , 1 - lungime ntrefier [m]iz - grosimea izolaiei [m] max - cursa maxim a electromagnetului de acionare [m] - factorul de oscilaie - conductivitatea termic n contact [W/m.grd] g - conductivitatea termic n bobin [W/m.grd] iz - coeficientul de transmisie a cldurii prin conducie n izolaie [W/m.grd]


6/23


0 - permeabilitatea magnetic a vidului [H/m] 1 , 2 - permeabilitatea magnetic - nclzirea bobinei [

oC]

1 - nclzirea la suprafaa bobinei [oC]

2 - temperatura cii de curent [oC]

ss - nclzirea n regim de suprasarcin [oC]

a - temperatura ambiant [oC]

ad - temperatura admisibil a clasei de izolaie [oC]

as - temperatura admisibil la suprasarcin [oC]

c- nclzirea punctului de contact [oC]

0max , max - nclziri ale cii de curent n regim nominal [oC]

p - temperatura de prenclzire nainte de suprasarcin [oC]

* - nclzirea produs de suprasarcin [oC]

- cderea de temperatur n bobin [oC]

top - temperatura de topire [oC]

- rezistivitatea conductorului [ m]

0 - rezistivitatea la 0oC [ m]

- rezistivitatea conductorului la temperatura [ m] - coeficientul de dispersie

- pulsaia reelei [s-1]

, A , A1 , A2 , o - fluxuri magnetice [Wb]"A , '0, sc - fluxul magnetic n poziia deschis [Wb]

- temperatura de funcionare a bobinei [o

C]A2 - permiabilitatea magnetic [H] iz - grosimea izolaiei [m]

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 curentinominali 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 marede 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.


7/23


2. Domenii de utilizare

Contactorul electromagnetic trifazat cu comutatie in vid este utilizat in principal laactionarea motoarelor de mare putere, a bateriilor de condensatoare, si atransformatoarelor 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, necesareautodeschiderii, semnalizarii, si interblocajului;- camera de stingere;

- contacte.

Carcasa aparatului

Constituie elementul de rezistenta pe care sunt montate toate celalalte subansambleale contactorului. Ea trebuie sa asigure rigiditatea mecanica a intregului aparat,simultaneitatea dechiderii si inchiderii tuturor contactelor si sa reziste eforturilormecanice 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 decurent, 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 curentuluisi in acelasi timp izolatia electrica necesara pt a evita strapunderea si scurtcircuitele inaparat, 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 aparatuleste anclasat, si intreruperea curentilor din circuit, fara generarea de tensiuni mari derestabilire si sa permita functionarea la o noua anclansare.

Contactoarele sunt aparate cu actionare frecventa, si din acest motiv, contacteleelectrice trebuie sa prezinte o buna rezistenta la eroziune. Pentru contactoarele de medie


8/23


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 scopulurmarit de constructorul de aparate, domeniul de utilizare si evolutia parametrilor cerutede sistemele energetice.

Constructorii de aparete urmaresc in principal, realizare de aparate simple robustenesupravegheate 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 sedimensioneaza si se verifica izolatia aparatului ca si distantele de strapungere siconturnare.

- Frecveta de conectare: reprezinta numarul maxin de actionari pe care contactorulle 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 SREN60470/2003,respectiv CEI 60470/2003;

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

Gradul de agresivitate al atmosferei: greu , conform STAS 6705/90;Gradul de poluare: 3 , conform SREN 60947-1/2001.


9/23


Fa

i1

i2

i3 > i2 > i1

Calculul de dimensionare si verificare

Relatii utilizate:

Forta dezvoltata de intrefierul principal de arie A , fara a tine seama de fluxul

magnetic de umflari :0

2

0

2 A B

F ;

Legea circuitului magnetic :n

iii l H

B NI

10

;

Supratemperatura medie a bobinei :2

2 l NI

f D

n

C

;

Tensiunea de excitatie a bobinei : 24

d NI L

RI U m

;

Lm = Reprezinta lungimea medie a spirei ;

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

Constanta electromagnetului :

F C

e ;\

Fora de atracie dezvoltat de electromagnet este dat deec. Maxwell :

F=B 2A/2 0

unde: B- inducia n ntrefier A aria plonjorului n zona ntrefierului0 = 410-7 H/m permeabilitatea magnetic a vidului


10/23


Proiectarea electromagnetului de curent continuu presupune 3 etape: 1. Calculul preliminar2. Proiectarea electromagnetului cu materiale standardizate (conductor bobinaj, oel

feromagnetic, izolaie bobin) 3. Calculul de verificare care se face n special pentru determinarea caracteristiciistatice

d d

U F m 2

2

1- funcie de tensiunea magnetic

sau

d

dLi F 2

2

1- funcie de inductivitate

B-inducia n ntrefier S aria plonjorului n zona ntrefierul0 = 410-7 H/m permeabilitatea magnetic a vidului

Procedura calcul El-Mag

> Forta necesara in contacte

N 5

1.73 10

L 2.4 10 8

t 108 A 0.01 2

I n 100 20 N

JnIn

Ar 0.004

H 50 10 7

a 25p 0.02 I s 7 In

1 0.7

c 3.45 10 6

t 3

JsIs

A


11/23


pt. Wolfram !

> Bilantul fortelor (resort, contacte, greutate, atmosfera, inertie, stabilitate)

omax Jn 2 A

p

maxomax

1 r omax 2.956

os Js2 A

p

sos

r os 1 334.932

T0c A

p

T1c

r Js2

TT0 T1

T0 T1 3.363 103

t( ) s 1 e

t

T

10 10( ) t( ) 3.00110 0.997

To 273 a max 10 301.953Tc 273 t 1.362 10 3

Uc 4 L Tc 2 To 2 0.411Rc

Uc

Is2.939 10 4

r 2 Rc

2.943 10 5

Ac r 2 2.721 10 9

Fc1 H Ac 0.952Fc 3 Fc1 2.857

0.003Db 0.03M 1

P 10 5

g 9.81

Ac 2.721 10 9

Fs 0.1 Fc 0.286

Fa P Db

2

2

70.686

Fe Fc M Ac 2.857Ky Fa Fs M g 61.162


12/23


> Calcul Electromagnet

Pt.1/2 sim.Miez E+I => Fpol=Fmin/4

Calcul, Pozitia inchis

Putem mari aria sectiunii fierului pentru reducerea solenatiei !

Reluctante:

Verificare, Poz.Deschis

K1

Fa M Ac M g Ky( ) 95.229

y1

KFa Fe Fc M g Ky( ) 3 10 3

FpolFe

4U 22I 0.06

RU

I3.667 10 3

P R I 2 13.2

1.75 10

0 4 10r 1000

0 r 1.257 10 3

B 0.5

50 10 6

1

A2 0 Fpol

B27.18 10 6

a A 2.68 10 3

a 0.01L 4 a 0.04h 4 a 0.04

Rm

0 A 5.542 10 6

Rmch

A 4.433 10 6

RmjL

A 4.433 10 6

Rm 2 Rm Rmc Rmj( ) 2.882 10 7

2 0 A Fpol 3.59 10 6

NI Rm 103.451

NiNI

I1.724 10 3

0.003


13/23


Rezulta:

Calculam parametrii bobinei pentru Nmax:Bobina:

Rmin < R => Bobina nu umple fereastra

Simulari in mediul de lucru FEMM 4.2 al contactorului de c.c.:Geometria in pozitia deschis:

Rm

0 A 3.325 10 8

Rm 2 Rm Rmc Rmj( ) 6.827 10 8

NI Rm 2.451 10 3

NdNI

I 4.085 104

Nmax Nd 4.085 10 4

S 0.95 L 0.95 h 1.444 10 3

D aL

2 0.03

d_maxS

Nmax

1.88 10 4

Rmin Nmax D

d_max

2

2 2.427 10 3

R I2

a L( ) h 2 2 a L( )2 a239.789


14/23


Geometria in pozitia inchis:

Forta in pozitia deschis a contactorului


15/23


Forta in pozitia inchis a contactorului

Distributia lui J:


16/23


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 curentinominali si curenti mai mari dacat cei nominali, care apar in mod normal.

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

Proiectarea asistata de calculator a echipamentelor electrice, combina mai multesofturi 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 datelordureaza un timp relativ mic.

In plus exista o serie de avantaje, cand vine vorba de precizia calculelor, rapiditateasi 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 ajutorulunor 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.


17/23


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 alresurselor 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 aducimbunatatiri.Prin introducerea calculatorului in ecuatie, se reduc mult costurile de proiectare si se potcrea o multitudine de modele, simularile fiind mult mai rapide si eficiente; parteamateriala este economisita sau folosita integral la creearea unui prototip perfectfunctional.n funcionarea instalaiilor electrice se ntlnesc aparate electrice ( conectare ideconectare ) ct i aparate electrice de protecie utilizate n cadrul produceriitransportului i distribuiei energiei electrice . Ele se gsesc n numeroase varianteconstructive i funcionale n toate instalaiile electrice ndeplinind funcii de o deosebitimportan :

- nchiderea , deschiderea sau comutarea circuitelor electrice ;- supravegherea i protecia instalaiilor i receptoarelor ( mpotriva suprasarcinilor,scurtcircuitelor , supratensiunilor , etc ) ;

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

Exemple de Desene tehnice:


18/23


1. Ansamblu electromagnet de actionare

2. Subansamblu bobina electromagnet :

1 2

S2 S31 3

220 V c.a.

2 4 2 4

1 31

2 42

1S1

3FR C

D

RT LEGENDA F = Bobina electromagnet R = Rezistenta economizoare C = Condensator D = Punte redresoare RT = Releu termic de protectieS1....S3 = Bloc contacte auxiliare (1ND+1NI) 1, 2 = Sir cleme

A

R

B

S

C

T

24 220 Vc.c.

21

A2

B C

R1 S T

242 4 2 4

13S1

1S2

3S3

1

LEGENDA F = Bobina electromagnet R = Rezistenta economizoare C = Condensator S1....S3 = Bloc contacte auxiliare (1ND+1 1, 2 = Sir cleme

Actionare in c.c.Actionare in c.a.

110 V c.a.

FCR


19/23


3.Desen plonjor

4.Subansamblu electromagnet


20/23



21/23


4.Jug inferior


22/23


6. Jug superior, opritor

470.1==

14

=

=

=

=

134

1110,1

=

6,3

9

=

5 0 0

, 1

4 x 6

8 x M 6

6,3

7

ISO 2768 - mMuchiile ascutite se vor tesi 0,3x45 AE/OL/Zn5/SR EN 12329:2001* Cota 46* se va corela cu cota din plonjor

4 x 1 0 470,1

4 7 0

, 1

1240,1

6 0

=

1 0 0

= 8 0

0 , 1

( 6 6 , 5

)

JUG SUPERIOR

CCV-MT-N-02-02-07

1 2

=

=

4 7

A

1 5

8

A

AE/OL/Zn5/ SR EN 12329:2001

ISO 2768 - m

4 x 6

, 5 + 0 , 5

Muchiile ascutite se vor tesi 0,3x45

A - A

5 8

58

4 8

CCV-MT-N-02-02-02


23/23

7.Resort:

Contactor electromagnetic trifazat cu stingere in vid

Documents

Transcript of Contactor electromagnetic trifazat cu stingere in vid