交流接触器设计与制造【开题报告】

开题报告

电气工程及其自动化

交流接触器设计与制造

一、课题研究意义及现状

交流接触器是低压配电系统中重要的控制电器，它主要适用于远距离接通和分断电路及交流电动机。因为它工作原理简单、性能良好、成本低廉等特点，一直被广泛应用于自动控制电动机、电焊机、电照明、电热器、电容器组等设备，是使用量最大的控制电器。随着低压配电系统的发展，国外一些主要交流接触器生产企业相继完成了产品的更新换代，而我国广泛使用的交流接触器在性能上较国外先进产品有着较大的差距。因此研发新一代的交流接触器对目前我国的接触器生产企业来说十分重要。

我国的交流接触器主要以跟踪国外技术、产品的发展，并加以消化吸收，在此基础上再进行自主创新、自主研发,最具代表的有以CJ20为主的第二代产品和以CJ40为主的第三代产品，其市场占有率分别为50%和10%左右。目前我国大多数企业生产的交流接触器一般侧重于中低端层面，在高端层面往往缺乏一定的优势。但从交流接触器的发展趋势看来，高端产品将更具市场潜力、更受广大用户欢迎。因此如正泰、德力西、天正、常熟等国内实力较为雄厚的企业，近年来加大研发第四代产品的力度，努力争取在高端领域赶超国外产品，并且在售后技术支持上积极向国外学习。目前国外大多数企业生产的交流接触器一般侧重于高端层面，其不仅具备前一代接触器所拥有的功能，而且还具备模块化、智能化、通信功能、控制功能的特点。除此之外，这些高端产品也拥有一定的市场占有率。

当前我国交流接触器的技术发展趋势

（1）小型化：提高单位体积的容量，缩小飞弧距离，以实现接触器的体积。

（2）模块化：连接方式为结构连接，互换性强，方便维修和保养，便于用户选用。

（3）智能化：主电路可选相分合闸、门槛电压吸合、宽电压吸合以及节能运行等。

（4）全塑化：底座、躯壳、灭弧罩三段全部采用强度好、耐弧性能优良的工程塑料。

（5）规格化：大容量产品向真空方向发展，小容量产品向半导体方向发展。

（6）组合化：更注重与系统中其他元件的配套性与协调性。

（7）通信功能：具备现场总线接口，实现与网络通信。

（8）控制功能：控制电路带延时通断功能并可现场设定，提高系统的运行性能。

（9）触头材料：选用耐磨性能好、抗熔焊性能优良、耐电压值高的材料。

本课题作为我的毕业设计研究课题，对我的思维能力、动手能力以及总结论述等综合能力得到充分

锻炼，有利于我以后独立及全面的发展。

二、课题研究的设计目标和主要内容

(1)设计目标

了解目前国内外交流接触器的现状及其发展趋势；熟悉交流接触器的技术参数和基本结构；完成交流接触器的设计，为将来从低压电器的研发、制造及经营等方面工作打下基础。

交流接触器的设计指标：

1．主触头

额定工作电压：AC 380V

额定工作电流：AC 150A

额定操作频率：600次/小时

2．吸引线圈

额定工作电压：DC 220V

3．起动功耗：500W

4．吸持功耗：20W

5．接通能力：AC 2000A

6．断开能力：AC 1500A

7．电寿命：不低于60万次

8．机械寿命：不低于300万次

9．符合GB 14048.8和IEC/EN60947-4-1标准的要求。

(2)主要内容

1．取CJ40交流接触器作为样品，对其进行拆装，了解CJ40触头系统、电磁系统、灭弧装置等方面的机构特点。

2．根据交流接触器的设计指标，由经验公式得到其各项技术参数，利用ANSYS软件进行仿真。

3．设计完成触头系统：触头终压力、触头初压力、触头开距、触头超程、触头材料、触头尺寸。

4．设计完成电磁系统：磁极截面积、线圈匝数、线圈导线线径、铁心窗口面积、铁心尺寸、反力特性。

5．在灭弧装置设计要求的基础上，分别完成以下部件的设计：灭弧罩、灭弧线圈、引弧板。

6.对接触器剩余的部件进行设计：塑壳结构、弹簧机构、传动机构、短路环、接线柱等。

7.将各个模块组合成品，对其进行测试，根据所得的数据对其进行相应的调试。

三、课题研究的方法及措施

本课题重点研究交流接触器的触头系统、电磁系统、灭弧系统的各项技术参数。

在给定设计指标的前提下，利用相应的经验公式得到各项技术参数。然后通过ANSYS 仿真软件完成由建立模型、网格划分、施加载荷、查看结构的四个步骤（见图1）。最后将仿真得到的结果与预先给定的设计指标进行对比。

图1 触头终压力、触头初压力、触头超行程、触头开距是触头系统中最重要的技术参数，可以分别由以下经验公式得到：触头终压力 k n F k I =⨯、触头初压力 o k F h F =⨯、触头超行程 30.6n e I =3n 0.5 1.4f I =+。触头的材料和触头尺寸可以根据其机械特性、耐磨性、电流分断能力等特性来选择。

电磁系统是交流接触器设计中非常重要的一个环节，其各种技术参数均可由以下经验公式得到：磁极截面积2

2f 0S=0.735KF 4/B ()m m δμ、线圈匝数m m 4.44U N B S B δδσ=

、线圈导线线径

d 4/I J π=、铁心窗口面积24/()Q d N f π=。铁心尺寸则有电磁系统磁极截面积来决定 S 。

灭弧系统用来限制电弧和熄灭电弧，根据斯列宾理论，研究适用于交流接触器的灭弧系统。由于绝缘材料灭弧罩其结构简单、价格便宜，并且其适用于容量较小的交流接触器，所以选择其作为灭弧系统。

设计交流接触器的塑壳结构、弹簧机构、传动机构、短路环、接线柱，将各个模块组合成品，

对其进行测试。以下是测试实验(图2)：

图2

四、课题研究进度计划

2010年10月1日-10月31日：撰写文献综述。

2010年11月1日-11月15日：撰写英文翻译。

2010年11月16日-12月3日：完成开题报告，进行预答辩准备。

2010年12月1日-12月31日：完成触点系统的设计。

2011年1月1日-1月31日：完成电磁系统的设计。

2011年2月1日-2月30日：完成灭弧系统的设计。

2011年3月1日-3月31日：完成外塑结构、弹簧机构、传动机构、短路环、接线柱等机构的设计。

2011年4月1日-4月30日：对样品进行组合调试。

2011年5月1日-5月15日：去工厂了解低压电器生产工艺和测试技术。

2011年5月16日-5月31日：学习完成交流接触设计文件、生产流程卡工艺和测试标准。2011年5月1日-5月31日：撰写毕业论文，完善与修改毕业论文。

做好论文答辩的PPT料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。

五、参考文献

[1]周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992，10.