Занятие 24 Расчёт контактов аппаратов

Пример 1. Контакты образованы двумя торцами медных цилиндров с диаметром d=0,03 м. Определить контактное нажатие при длительном токе 1000 А и токе КЗ 30 кА. Температура окружающей среды ₀=40°С.

Необходимое контактное нажатие, Н, если исходить из длительного режима работы, по (3.10)

,

где = 1000 А; теплопроводность меди λ = Вт/( ); В=2,42х10^-8 (В/°С)²; HV — число твердости по Виккерсу, равное Па [18.2];

к_т = 12Вт/( ) (табл. 2.1).

Температура тела контакта

Т₀ = + 273 + ;

;

p = d = 0,03 = 9,45 ;

Согласно 3.2. Т_К - Т₀ = 5 – 10 К;

,

Необходимое контактное нажатие с учетом тока КЗ согласно (3.12) ; Торцевой контакт, образуемый касанием торцов двух стержней, может рассматриваться как пальцевый несамоустанавливающийся контакт. Согласно табл. 3.2 к₂=1300, следовательно,

;

Таким образом, данная система при контактном нажатии 382<3340 Н неустойчива при КЗ. Если во конструктивным соображениям контактное нажатие нельзя увеличить до 3440 Н, то надо либо переходить на розеточную или многопальцевую контактную систему, либо заменить медь на металлокерамику.

45

Так, при использовании металлоке­рамики КМК-Б21 усилие 510 Н достаточно при ударном токе 76,6 кА.

Пример 2. Определить необходимое давление серебряных одноточечных контактов. Длительный ток 10 А. Ток КЗ 100 А,

Для надежной работы контактов согласно (3.8)

R_К 0,5 U_К1

< 0, 5£/ _м.

Для серебра при U_К1 =0,09 В (табл. 3.1), U_{К ДОП} =0,045 В; R_К =0,045/10=0,0045 Ом.

Для одноточечного контакта при R_K=k₁/ ^1/2 [формула (3.3)], k₁ = 0,006 (§ 3.1) = (k₁/ R_K) =(0,006/0,045) =1,68 Н.

Для ориентировочного расчета можно принять, что условия неприваривания для серебряных контактов такие, же, как и для медных, так как физические параметры материалов достаточно близки:

= 255 A; k₂ = 1300 (табл. 3.2); = 255²/(169-10⁴*) = 0,0378 Н.

Поскольку контактное нажатие по номинальному току =1,68 Н больше контактного нажатия, определяемого по току КЗ = 0,0378 Н, то выбираем нажатие =1,68 Н.

Занятие 25 Исследование повышающего регулятора постоянного напряжения при работе на активно-емкостную нагрузку

К выполнению работы следует приступить после изучения разделов теоретического введения учебного пособия 4.4, 4.5 В качестве дополнительной литературы рекомендуется воспользоваться [13].

Виртуальная установка для исследований показана на рис. 9.1. Она содержит:

• источник постоянного напряжения (240 В);

• активно-емкостную нагрузку (R, С);

• последовательно-накопительную индуктивность (дроссель) (Series L);

• измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке (I Load);

• измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (U Load);

• блок для измерения среднего значения тока питания (Fourier I1);

• блок для измерения среднего значения тока нагрузки (Fourier I0);

• блок для измерения среднего значения напряжения на нагрузке (Fourier U0);

• блок для измерения действующего значения тока силового полупроводникового модуля (RMS T);

• блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope);

• блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока и напряжения силового модуля (Scope 1);

46

• блок для измерения величины среднего значения тока в цепи питания (Display 1);

• блок для измерения величин средних значений тока и напряжения на нагрузке, а также действующего тока в силовом полупроводниковом модуле (Display);

• блоки Mux и Demux для собирания и разделения сигналов;

• силовой транзисторный модуль на MOSFET-транзисторе с обратным диодом (Mosfet);

• импульсный генератор (Pulse Generator) для управления модулем.

Окно настройки параметров силового полупроводникового модуля показано на рис. 9.2.

В полях настройки заданы:

• динамическое сопротивление полупроводникового транзистора в открытом состоянии в Омах (Ron, Ohms);

• индуктивность транзистора в открытом состоянии в Генри (Lon, H);

Рис. 9.1. Модель повышающего регулятора постоянного

напряжения

• сопротивление обратного диода в открытом состоянии в Омах (Rd);

• начальный ток в модуле;

• параметры демпфирующих цепей (Snubber resistance Snubber capacitance);

47

Параметры генератора задаются в окне параметров (рис. 9.3). В исследуемой модели установлены следующие параметры генератора:

• амплитуда напряжения – 1 В;

• период напряжения = 0,001 с. (частота = 1000 Гц).

Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 6.9.4. Для

реализации активно-емкостной нагрузки в параллельной R, L, C-цепи в

первом и третьем полях (Resistance R, Ohms, Capitance C, F) устанавливается значение активного сопротивления в Омах и ёмкости в фарадах, во втором поле (Inductance L, H) - бесконечность (inf).

В окнах настройки параметров блока Fourier I1, Fourier I0, Fourier U1,

(рис. 6.9.1) устанавливается частота, равная частоте напряжения генератора (1000 Гц), и номер нулевой гармоники. Окно блока для измерения действующего тока в полупроводниковом модуле (RMS T) показано на рис. 6.9.5. В поле окна вводится частота, на которой производится измерение (в данном случае – это частота генератора.

Рис. 9.2. Окно настройки параметров силового модуля

48

Исследование регулировочных, внешних и энергетических характеристик повышающего регулятора постоянного напряжения при работе на активно-емкостную нагрузку проводится на виртуальной установке (рис. 9.1), подробное описание которой приведено выше.

Параметры силового полупроводникового модуля при самостоятельном изучении их целесообразно задать такими же, как на рис. 9.2. Последовательный дроссель имеет параметры = 0,02 Гн, = 2 Ом, параметры нагрузки = 50 Ом, = 1000 мкФ. Параметры моделирования задаются на вкладке Simulation/рarameters (рис. 9.6).

При снятии характеристик параметры R, С нагрузки остаются без изменений, изменяется длительность импульса генератора (поле Dute cycle, рис. 6.9.3) от 0 % до 100 % с шагом 20 %.

При этом моделирование проводится для каждого значения длительности импульса генератора (длительности включённого состояния силового модуля). Результаты моделирования и последующих вычислений заносятся в табл. 9.1.

Рис. 9.3. Окно настройки параметров генератора

Исходные данные модели (В), (Гц), (Ф), (Ом), (Гн), Ом

Данные	Измерения						Вычисления
	А	В	А	RMS А	В	А	Вт	Вт	Вт

49

Средний ток в источнике питания определяется по показаниям Display 1. На блоке Display (рис. 9.1) измеряемые величины представлены в следующей последовательности: (1) Средний ток нагрузки. (2) Среднее напряжение на нагрузке. (3) Действующий ток в силовом полупроводниковом модуле.

Мгновенные значения тока питания, нагрузки и напряжения на нагрузке можно наблюдать на экране осциллоскопа (рис. 9.7).

Мгновенные значения тока и напряжения силового модуля можно наблюдать на экране осциллоскопа (Scope 1, рис. 8.8).

Рис. 9.4. Окно настройки параметров нагрузки

Рис. 9.5. Окно для измерения действующего тока

50

Рис. 9.6. Параметры моделирования

Рис. 9.7. Осциллограммы тока питания, тока нагрузки

и напряжения на нагрузке регулятора

Относительная продолжительность импульса напряжения на нагрузке определяется как длительность импульса генератора, поделённая на 100.

Мощность в цепи источника питания рассчитывается по выражению:

(Вт),

где - напряжение питания.

51

Квазистатические потери в силовом полупроводниковом модуле рассчитываются по выражению:

где - параметр силового модуля (рис. 6.9.2);

I (RMS) – его действующий ток (табл. 6.9.1).

Мощность в нагрузке определяется по выражению:

(Вт)

По результатам табл. 6.9.1 строятся:

• регулировочные характеристики регулятора ;

● энергетические характеристики регулятора I (RMS), , = f( ),