CC BY
11ВЫЯВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ КОНТАКТОРА
LC1D150 ФИРМЫ TELEMECANIQUE
Кириллов И.В.
АО «УАПО», инженер-конструктор Апальков Р.Г. АО «УАПО», инженер-схемотехник Рахманов И.
НИУМЭИ, студент
IDENTIFICATION OF THE OPERABILITY OF THE ELECTROMAGNETIC SYSTEM OF THE CONTACTOR LC1D150 FROM TELEMECANIQUE
Kirillov I.,
JSC "UAPO", design engineer Apalkov R., JSC "UAPO", circuit engineer Rakhmanov I.
NRUMPEI, student
Аннотация
Настоящая работа посвящена исследованию контактора LC1D150 фирмы Telemecanique, а именно исследованию его магнитной системы. Данный контактор давно снят с производства. Однако же, некоторые образцы работают и по сей день. Целью настоящего исследования является выяснение работоспособности магнитной системы контактора LC1D150 и её характеристик. Гипотеза настоящего исследования сводится к тому, что при должном усилии магнитной системы при срабатывании контактор будет функционировать. Методика проведения исследования сводится к снятию параметров магнитной системы экспериментальным путём, произведению расчётов согласно полученным данным и моделированию магнитной системы и компьютерному моделированию магнитного поля контактора.
Abstract
This work is devoted to the study of the contactor LC1D150 by Telemecanique, namely, the study of its magnetic system. This contactor has long been discontinued. However, some samples still work to this day. The purpose of this study is to find out the operability of the LC1D150 contactor magnetic system and its characteristics. The hypothesis of this study is that with the proper force of the magnetic system, the contactor will function when triggered. The research methodology is reduced to removing the parameters of the magnetic system experimentally, making calculations according to the obtained data and modeling the magnetic system and computer modeling of the magnetic field of the contactor.
Ключевые слова: Comsol Multiphysics, Контактор LC1D150 Telemeqanique, магнитная система.
Keywords Comsol Multiphysics, Contactor LC1D150 Telemeqanique, magnetic system.
В настоящем исследовании произведено изме- контактора LC1D150. Электронная реплика маг-рение некоторых параметров магнитной системы нитной системы данного контактора представлена
на рисунке 1.
Г
Рисунок 1 Электронная реплика магнитной системы контактора ЬСШ Тектвдапгдив
Из рисунка 1 следует, что магнитная система исследуемого контактора имеет классическое исполнение. Она представляет собой систему сердечник-якорь с тяговой катушкой, которая работает на переменном токе, об этом говорит шихтованная магнитная система с короткозамкнутыми витками, с напряжением 220 Вольт.
На рисунке 2 представлены пластины, из которых выполнен набор сердечника и якоря. Меньшая пластина является элементом якоря. Указанные на рисунке 2 размеры были получены эмпирическим путём с инструментальной погрешностью в 0.01 мм.
Рисунок 2 Геометрические параметры элементов магнитопровода контактора ЬСЮ150
Расчет электромагнитной системы проведён в соответствии с методикой выявления вероятных путей обхода магнитного потока. На рисунке 3 представлены вероятные пути обхода магнитного потока. Всего таких путей 6: четыре пути по пути квадранта сферической оболочки (путь №2 1), два по пути полукольца торцевого (путь № 2), два по пути полукольца продольного (путь № 3) и один (полезный) путь через прямоугольную призму. Также на рисунке 5 представлены и сами полюса (Верхний и
нижний). Всего в рассматриваемой модели три пары полюсов (верхних и нижних), две крайние пары Ш-образного сердечника являются одинаковыми. Их размеры сечения 20х10 мм. Размеры же центрального сечения: 20х15 мм. Высота всех по-люсоводинаковая. Для наглядности два пути обхода (полуцилиндр торцевой и квадрант сферы) магнитного потока на рисунке 3 графически исключены.
Рисунок 3 Вероятные пути обхода магнитного потока
На основании путей обхода магнитного потока подобраны формулы его расчёта 1-5.
При этом важно иметь понятие о площади первого полюса крайних пар полюсов вычисляется согласно формуле 1.
Si = a • b = 10 •lO-3 360•lO-4i
20 •lO-3 =
.2
(1)
¿-бра = 0.26 • ^0 • с Где с — высота цилиндра
(4)
Таким образом, полная проводимость каждого из воздушных зазоров магнитной системы исследуемого контактора может быть описана выражением 6.
Я6 = япр + 2 • ЯПЦТ + 2 • ЯПЦП + 4 • якс (5)
Также как и о площади второго полюса для центральной пары полюсов вычисляется согласно формуле 2.
S2 = а • Ь = 15 • 10-3 • 20 • 10-3 = (2)
Первая фигура пути обхода магнитным потоком является квадрант сферы. Его магнитная проводимость вычисляется согласно формуле 3, что соответствует первому пути обхода как это показано на рисунке 3.
Ярь = ^ • 0,077 • 5 (3)
Где 5 — диаметр сферы
Для второй фигуры обхода магнитным потоком рассчитывается магнитная проводимость полуцилиндра вычисляется согласно формуле 4, что соответствует третьему пути обхода, как это показано на рисунке 3.
Где:
ЯПР — магнитная проводимость призмы прямо-
угольной
ЯПцТ — Магнитная проводимость полуцилин-
дра торцевого
ЯПцП — Магнитная проводимость полуцилин-
дра продольного
ЯКС — Магнитная проводимость квадранта
сферы
Полезный, он же эффективный магнитный поток будет идти по некой призме между каждой парой полюсов. Для его оценки необходим такой параметр, как ЯПР.
япр = ^о
s
's!
(5)
Где:
Удельная магнитная проводимость рассеяния вычисляется согласно формуле 5.
^ 128-а ч (5)
s — площадь сечения призмы прямоугольной 50 — зазор между парными частями полюсов магнитной системы
При известной геометрии полюсов магнитной системы контактора ЬСШ150, возможен расчёт магнитный проницаемостей. Данный расчёт сведён в таблицу 1. В данной таблице приведены расчётные значения магнитных проводимостей элементов магнитных полюсов П1 и П2 в зависимости от изменения зазора между сердечником и якорем 5.
240•10-4м2
Таблица 1
Результаты расчёта магнитных проводимостей полюсов контактора в зависимости от зазора_
Гн • 10-6
П1 5, мм Япр, Гн •10-6 ^ПЦТ, Гн •10-9 ^ПЦП, Гн •10-9 ^кс, Гн • 10-9 Я5,Гн • 10-6 Суммарная проводимость всех полюсов
5 5.03 5.45 11.00 3.30 5.10 15.30
4 6.30 5.82 11.20 3.30 6.33 18.99
3 8.40 6.30 12.50 3.30 8.43 26.10
2 12.60 6.80 13.50 3.30 12.62 37.40
1 25.13 7.34 14.70 3.30 25.20 75.60
П2
5 5.03 8.20 11 3.30 5.10
4 6.30 8.74 11.20 3.30 6.33
3 8.40 9.40 12.50 3.30 8.43
2 12.60 10.13 13.50 3.30 12.62
1 25.13 11.01 14.70 3.30 25.20
Для оценки силовой характеристики электромагнита исследуемого контактора необходимо также и рассчитать протекающий по катушке ток После чего становится возможным рассчитать поток катушки. При известных значениях магнитного потока при разных зазорах магнитной системы становится возможным рассчитать индукцию магнитного поля, а вместе с ней и силовую её характеристику, тяговую характеристику.
Таким образом, ток катушки контактора может быть найден исходя из выражения 6.
Таблица 2
Результаты расчёта тока катушки электромагнита контактора в зависимости от зазора_
5 5 4 3 2 1
I, мА 19.04 17.8 15.5 12.5 7.1
_ и
7^кт2 + х2
При этом, индуктивное сопротивление катушки X необходимо представить в форме выражения 7.
X = wL = 2•п•f•N2•Я (7)
При использовании выражения 6 были произведены расчёты, которые сведены в таблицу 2.
Для определения магнитного потока магнитной системы контактора было задействовано выражение 8.
Ф = ■
и - I • RaKT 4,44 • f • NB
(8)
Результаты расчёта магнитного потока в соответствии с выражением 8 сведены в таблицу 3.
Таблица 3
5 5 4 3 2 1
Ф-10-6,Вб 130 177.33 270 390 610
Магнитный поток позволяет судить о такой величине, как магнитная индукция магнитного поля магнитной системы контактора.
ф (9)
Результаты расчёта магнитного поля в соответствии с выражением 9 сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Результаты расчёта магнитной индукции катушки электромагнита контактора в зависимости от зазора
8, мм 5 4 3 2 1
В, мТл 182.5 253.33 284.9 557.3 866.4
При известных значениях магнитной индукции катушки контактора становится возможным рассчитать магнитное её усилие в соответствии с выражением 10.
P =
Аэм
B2-Ss 2^о
(10)
Результаты расчётов в соответствии с выражением 10 сведены в таблицу 5.
Таблица 5
Результаты расчёта магнитной индукции катушки электромагнита контактора в зависимости от зазора
8, мм 5 4 3 2 1
P, Н 7.3 17.8 26.4 38.7 67.9
На основе данных таблицы 5 была построена тяговая характеристика электромагнита контактора. Эта характеристика изображена на рисунке 4
вместе с противодействующей характеристикой контактора, которая была снята экспериментальным путём.
Рисунок 4 Сопоставление тяговой характеристики (Расчётная ТХ) и противодействующей характеристики (ПДХ))
Из рисунка 4 следует, что электромагнитная На рисунке 5 продемонстрирован результат
система исследуемого контактора работает ис- компьютерного моделирования магнитного поля правно. контактора, рисунок его силовых линий.
Рисунок 5 Картина распределения магнитного поля магнитной системы исследуемого контактора
Список литературы
1. Semikron: сайт производителя на английском языке [электронный ресурс]
2. https://www.semikron.com/
3. Курбатов П.А. Электрические аппараты учебник и практикум для академического бакалавриата 2018. 247 с.
4. Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., Часть 1 2016. -98с
5. ГОСТ 8865-93 [электронный ресурс]
