1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 节能型交流接触器设计与制造 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 接触器主要由触头系统、电磁系统和灭弧装置组成。节能型交流接触器采用直流线圈，消除了交流线圈的铁损。 重点介绍了节能型交流接触 器电磁系统的结构原理，结合实践归纳出电磁系统的设计依据，使其达到节能的设计要求。通过对电磁系统的优化设计，使其符合最优的技术经济指标。最后对其进行测试实验，检验其是否符合规定的各项标准，并且完成包括尺寸链设计、设计工艺性说明等方面的内容。 设计完成的节能型交流接触器不仅电寿命长、通断能力强
2、，而且具备实际功耗低、工作效率高、线圈温升慢等特性，实现了节能的理念。 关键词： 节能型交流接触器；经验公式；电磁系统 - 2 - Abstract Introduces content of each system of the energy-saving ac contactor: (1)Contactor system: Through the analysis of various technical parameters to choose the structure types and contact type of the contactor; Properties of var
3、ious material to choose the material and size of the contacts; Corresponding experiential formula to calculated the pressure and temperature of the contacts. (2)Electromagnetic system: Analysis of the structure and principle of the electromagnetic system to choose the structural of electromagnetic s
4、ystem; Corresponding experiential formula to calculated core dimension、 coil parameters、 iron yoke and bit size parameters of the electromagnetic system. (3)Arcing system: Arcing principle of the ac contactor to select appropriate arcing device. Mainly introduces structure principle of the electroma
5、gnetic system of the energy-saving ac contactor, On the basis of practice to concludes the design basis of the electromagnetic system, make its reach design requirements of energy-saving. Based on the optimization design of the electromagnetic system and make it conform to the optimal technical and
6、economic indexes. Finally, the test experiments, to test its compliance with standards, and finish including design of dimension chain、 design of technology aspects of the contactor. The energy-saving model ac contactor not only have the characteristics of electric long life、 high capacity is strong
7、, but also have the characteristics of low power consumption、 high efficiency、 coil properties、 temperature rise slowly，achieve the purpose of saving energy. Key Words: energy-saving ac contactor; experience formula; electromagnetic system - 3 - 目 录 1 引言 .1 1.1课题来源及研究意义 .1 1.2论文研究主要内容 .1 2 触头系统设计 .2
8、 2.1触头系统设计方案 .2 2.1.1触头的概念 .2 2.1.2触头系统的主要性能指标 .2 2.2触头系统设计与计算 .3 2.2.1触头的材料和尺寸 .3 2.2.2触头的超行程、开距的计算 .4 3 反力特性曲线的确定 .5 3.1主触头反力 .5 3.2辅助触头反力 .5 3.3反作用弹簧力 .5 4 电磁系统的设计 .7 4.1 电磁系统的概述 .7 4.2直流电磁系统的工作原理 .7 4.3 直流电磁系统主要零部件参数 .7 4.3.1铁芯尺寸的确定 8 .7 4.3.2线圈参数的确定 .9 4.3.3铁轭和衔铁尺寸的确定 .10 5灭弧系统设计 .12 5.1灭弧系统的概述
9、 .12 5.2常用的灭弧装置 .12 5.3灭弧装置的详细设计 .12 6 电磁系统的优化设计 .15 6.1优化准则 .15 6.2初步设计 .15 6.3复算 .16 6.4目标函数的建立及最优参数的确定 .16 6.5实际优化过程 .18 7 接触器的试验 .19 7.1试验概述 .19 7.2试验详细步骤 .19 7.2.1动作性能试验 .19 7.2.2额定接通与分断能力试验 .21 - 4 - 7.2.3机械寿命试验 .21 7.2.4电寿命试验 .22 7.2.5耐受过载电流能力试验 .23 8. 装配尺寸链计算 .25 8.1尺寸链的基本概念和特征 .25 8.2装配尺寸链的
10、建立、分析 .26 8.2.1建立尺寸链 .26 8.2.2查找组成环 .26 8.2.3尺寸链的特点 .26 8.3装配尺寸链的计算 .26 9 设计的工艺性说明 .28 9.1 概述 .28 9.2 提高工艺性所采取的措施 .28 9.3 结构方面的主要特点 .29 10结论 .30 参考文献 .32 附录 1 产品发展阶段程序归纳图 .33 附录 2 总装配图和主要零部件图 .34 附录 3 接触器试验流程图 .39 - 1 - - 1 - 1 引言 1.1 课题来源及研究意义 交流接触器 是 一种适用于 远 距离接通和 分断交流主 电路及 大容量控制电路的电器，其主要控制对象是电动机。
11、随着低压配电系统的高速发展，作为控制电器的交流接触器，其使用量呈现不断上升的形式。 传统交流接触器基于“通电吸合，带电保持，断电释放”的工作原理，为实现其工作过程，设计时通常采用相应的结构。但在运行过程中，其铁芯和短路环中的磁滞损耗和涡流损耗占总能耗的 90%以上，且存在功率因数低 、振动噪声大、线圈温升高的缺点，加大了电网线路上的电能损耗，降低了接触器的寿命。而国务院早在 1981 年的 56 号文发布的节点指令第 2号文中就指令要实施交流接触器节电措施，为了适应交流接触器的节电技术获得新的发展，必须采取相应的措施来解决上述接触器存在的诸多缺点 1。 现阶段人们通常采用直流励磁的方法可以解决
12、上述问题，即将电磁系统由原来的交流励磁改为直流励磁。当交流接触器吸合后，电磁系统为直流控制，其不仅可以减小电磁线圈的铜损，而且具备以下诸多优点：显著节约电力、减少线圈的释放电压、消除交流励磁噪声、降低线圈 和铁芯的温升、减少烧坏线圈的机会、延长接触器的寿命。由于以上这些节能优点，因此其被广泛应用于节能交流接触器的电磁系统中 2。 1.2 论文研究主要内容 本文对交流接触器主要的三个系统（触头系统、电磁系统、灭弧系统）进行了简要的分析，并且结合实践归纳出各系统的理论依据。完成上述各系统的设计后，继续对电磁系统进行优化设计，使其符合最优的技术经济指标；并且对交流接触器进行测试实验，使其符合各项标准
13、；最后设计交流接触器尺寸链，并说明其工艺方面的内容。 - 2 - - 2 - 2 触头系统设计 2.1 触头系统设计方案 2.1.1 触头的 概念 触头系统是由导电回路由两个导电零件通过机械连接的方式互相接触，以实现接触器导电，它通常由桥形触头（动触头）、接触板（静触头）、触头弹簧、触点等主要零件组成。图 2-1为桥形触头结构示意图，图 2-2 为接触板结构示意图。 图 2-1 桥形触头结构示意图 图 2-2 接触板结构示意图 2.1.2 触头系统的主要性能指标 （ 1）基本参数 接触器主触点在额定电压为 380V 时额定电流为 150A。 （ 2）动作性能 在当周围温度为 -50C +400
14、C 时应在控制电源电压为额定值 Us的 85 110%之间的任- 3 - - 3 - 何电压 下可靠吸合，其具体试验过程可参考 7.2.1 动作性能试验。 （ 3）额定接通与分断能力 接触器的额定接通与分断能力按表 2-1 规定进行，其具体试验过程可参考 7.2.2额定接通与分断能力试验。 表 2-1 额定接通和分断能力 额定工作电压（ V） 额定工作电流（ A） 接通能力（ I 通 /Ie） 分断能力 (I 分 /Ie) 380V 150A 13.3 10 （ 4）电寿命与机械寿命 接触器的电寿命为 60 万次，机械寿命为 300 次。其具体的试验过程均可参考 7.2.4电寿命试 验和 7.
15、2.3 机械寿命试验。 2.2 触头系统设计与计算 2.2.1 触头的材料和尺寸 （ 1）触头的材料与尺寸 触头的材料应具备导电性良好、抗熔焊性、耐电磨损性性、机械性能强等特性，因此选择 Ag-SnO2（银氧化锡）作为触头材料，它完全具备以上所述的特性 3。 1） 触头的面积 触头的面积与额定电流成正比，因此根据相应的经验公式就可以获得触头面积， 以下是触头面积的经验公式： 233.2anS KI mm （ 2-1） 式中 K 可由相应触头材料所对应的试验数据得到； In 接触器的额定电流； a a取 0.878。 2）触头的厚度也可由触头的体积与触头的面积得到，以下是触头厚度的经验公式： /
16、 0.3E V S mm （ 2-2） 式中 V 每极的用银量，可通过相应的经验公式到， 6 1 .9 3 9/ ( 2 1 0 )nV N I ， N 为电寿命； - 4 - - 4 - S 触头面积。 （ 2）触桥的材料与尺寸 触头的材料应具备较好的高温导热性和较强的机械强度 4，同时也应具备较好的可焊性，因此选择青铜带黄铜板、紫铜板等铜合金制成，其宽度与厚度也可由相应 的经验数据获得，即宽度 b=10.5mm， a=2.5mm。 2.2.2 触头的超行程、开距的计算 （ 1）触头的超行程 为了使电磁系统尺寸不至太大和使用合适的触头材料，保持触头磨损为中等程度，接触器的标准超行程取圆片动、
17、静触头的理论厚度之和的 2/3。根据实际经验，触头超程与额定电流的立方根成正比，其经验公式如下式所示： 30 .6 3 .2ne I mm （ 2-3） （ 2）触头的开距 触头的开距也应该满足两点：一、要保证拉断电弧，二、有足 够的绝缘距离，即在触头分断后，触头间能承受线电压，根据实际经验，可得出触头开距的经验公式如下式所示： 30 .5 1 .4 7 .9nf I m m （ 2-4） 式中 In 额定工作电流。 - 5 - - 5 - 3 反力特性曲线的确定 3.1 主触头反力 主触头的反力由相应的经验公式得到，其具体的计算如下所示： 主触头初压力产生的反力： 1 .2 2 5 4 4
18、.9fccFN （ 3-1） 主触头终压力产生的反力： 1 .5 6 8 4 6 .2 7feeFN （ 3-2） 3.2 辅助触头反力 考虑二常开、二常闭辅助触头的情况： 取辅助触头初压力为 0.637N，终压力为 0.882N。 辅助触头初压力产生的反力为： 0 .6 3 7 2 1 .2 7fcbFN （ 3-3） 辅助触头终压力产生的反力为： 0 .8 8 2 2 1 .7 6 4fsbFN （ 3-4） 3.3 反作用弹簧力 反作用弹簧力的大小取决于以下三个因素 5： （ 1）接触器释放的触头支持回弹距离不超过常闭辅助触头磨损后的超程； （ 2）能承受 一定的振动和摇摆； （ 3）保证吸力特性和反力特性良好配合。 按保持一定回弹距离要求，计算反作用弹簧压力： 2fc y hF e E （ 3-5） 式中 Ffe 运动部分处于释放位置时的初始反力 （ N） ；
