低压断路器常用材料计算机计算机辅助设计计算机计算机辅助设计.pdf
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1、低压断路器常用材料 主要包括以下材料:1、热双金属材料 2、电阻合金材料 3、触头材料 4、绝缘压塑料 5、磁性材料 6、弹性材料 热双金属材料 热双金属是由两层不同膨胀系数的金属(或合金)组元彼此牢固结合而成的复合材料。其中热膨胀系数较高的一层,称为主动层,热膨胀系数较低的一层,称为被动层。有时为 了获得特殊性能,还可以复合第三层(中间层)。由主动层产生的张力和由被动层所产生的 拉力组成的合力矩使热双金属的弯曲受到限制时,将产生推力,热能转变为机械能。热双金属材料可分为:高灵敏度型、通用型、低温型、高温型、特殊型和电阻系列等 类别。热双金属材料的主要性能有:电阻率、比弯曲、弹性模量 E、线性
2、温度范围、允许 使用温度范围和密度等。比弯曲:单位厚度的平直热双金属试样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之半。单位名称为每摄氏度,单位符号为/10-6-1。目前最常用的双金属材料有:5J4140、5J20110(5J11)、5J1480(5J18)、5J1578(5J16)、R5、R10、R15(R12)、R25、R30、R50 等。其中,5J4140、5J20110(5J11)、5J1480(5J18)、5J1455(R50)、5J1430(R33)等用于电流规格较小的直热式(由双金 属元件直接通电发热)断路器。5J 表示双金属,5J20110 中的 20 为比弯曲 K 值,110 为
3、20 时的电阻率(cm)。一些中等规格电流如 40、50、63A 断路器等,它的旁热式或直热式大量使用 R15(R12)、R25、R30、R50 等。它们使用 3Ni24Cr2(镍鉻钢)为主动层,Ni36 为被动层,加上中间 层如锆铜 Cu Zr(多用于 R15、R12)和镍层(用于 R30、R50)。改变中间层的厚度,可 以调节电阻率的大小。R 后面的数值越小,适用的电流等级越大,反之,适用的电流等级越小。同时还表示 该材料 20时的电阻率(cm)。大电流等级的塑壳式断路器不再采用旁热式或直热式的双金属元件作为过载延时的保 护。主要是如此大的热量会使断路器的温升大大超过标准要求,而能满足各项
4、性能的小电 阻率的金属材料也很难找到。就采用其他方式,如电流互感器型。电阻合金材料 电阻合金材料广泛应用于低压断路器,热过载继电器等低压电器产品中,用于调节和 控制电流。这类材料的主要技术要求是电阻率、机械强度、耐腐蚀性能、耐热性能等。常用的有 铜镍、镍鉻铁、铁鉻铝和低电阻的(紫)铜板(带)等。铜镍系列种类最多,如 NC103、NC105、NC110、NC112、NC115、NC120、NC125、NC130、NC132、NC135、NC140、NC145、NC148、NC150。他们的镍含量依次为 1 45,其余为铜,还有少量的锰。有的厂家也用下面的表示方法,如 CuNi1,CuNi2,Cu
5、Ni6,CuNi8,CuNi10,CuNi14,CuNi19 CuNi23,CuNi30,CuNi44 NC1 后面的数字表示该材料 20 时的电阻率。如 镍鉻铁、铁鉻铝合金为高阻发热电阻材料,主要有 FCA126、FCA137、FCA142、FCA153 等。NCF 和 FCA 后面的数字表示该材料 20时的电阻率。如 NCF072 的电阻率为 72 cm,FCA137 的电阻率为 137 cm。紫铜 T2Y2 或 T2(1/4 硬)20时的电阻率为 1.72 cm。另外,不锈钢(1Cr18Ni9)也可作为发热电阻合金材料,20 时的电阻率为 75 cm。触头材料 触头材料的基本要求:1)良
6、好的导电性和导热性;2)抗熔焊性好;3)良好的耐电磨损性能;4)良好的机械性能和焊接性能;5)化学稳定性;6)低的气体含量。断路器中常用的触头材料:1、银氧化镉合金(AgCdO)氧化镉含量 5 15。银氧化镉合金的抗熔焊性仅次于银石墨。导电性高,接触电阻 低而稳定,耐电腐蚀性是所有含银大于 85%的银基材料中最好的。主要有 AgCdO 12、AgCdO 13 应用较多。2、银氧化锡合金(AgSnO 2In 2O3)合金中含有少量的铟。比银氧化镉有更高的热稳定性,其他性能已与银氧化镉相当。3、银氧化锌合金(AgZnO)氧化锌含量为 8 10。有较好的抗熔焊性和抗电弧烧损性。主要用于中小容量断路
7、器,一般 63A 以下。4、银氧化铜合金(AgCuO)氧化铜含量高达 10。有很好的抗熔焊性和抗电磨损性。主要用于中容量断路器。5、银镍合金(AgNi)银镍合金中,含镍 10 40。镍的含量增加,材料的的电导率下降,但硬度增加,可提高机械耐磨损性能。银镍合金在中小电流时的抗熔焊性优于银和硬银合金,但比银氧 化镉差。在大电流时银镍很容易熔焊,此时必须与银石墨配对才能使用。镍含量 20以下的合金可用于 10A 的辅助触头,镍含量 30以上的合金可用于几百安 培的断路器。6、银石墨合金(AgC)石墨的含量一般为 3 5。银石墨是完全不熔焊的。但必须与其他触头材料配对使 用。银石墨与银镍 30或银镍
8、40 配对用于断路器可达到很好的效果。7、银钨(AgW)含钨 20 80,还有少量的镍。随着钨含量的增加,硬度和电阻率增加。银钨的特 点是对大电流电弧的承受能力强,含 70 80的合金抗电弧烧损性能在所有触头材料中 是最高的。抗熔焊性与银镍差不多,可设计与银石墨配对来提高抗熔焊性。银钨合金的电导率较低,容易生成氧化钨和钨酸银表面膜,在使用中会发生接触电阻 增大等,主要标识出镍的含量。NC150 的电阻率为 50 cm NCF072、NCF104、NCF113 和 属材料热双金属是由两层不同膨胀系数的金属或合金组元彼此牢固结合而成的复合材料其中热膨胀系数较高的一层称为主动层热膨胀系数较低的一层称
9、为被动层有时为了获得特殊性能还可以复合第三层中间层由主动层产生的张力和分为高灵敏度型通用型低温型高温型特殊型和电阻系列等类别热双金属材料的主要性能有电阻率比弯曲弹性模量线性温度范围允许使用温度范围和密度等比弯曲单位厚度的平直热双金属样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之直接通电发热断路器表示双金属中的为比弯曲值为时的电阻率一些中等规格电流如断路器等它的旁热式或直热式大量使用等它们使用镍鉻钢为主动层为被动层加上中间层如锆铜多用于和镍层用于改变中间层的厚度可以调节电阻率的和温升过高的问题,并且还是短路时触头熔焊的原因之一。银钨合金主要用于较大电流的断路器。8、银碳化钨(AgWC)碳化钨含量 20
10、 80,硬度很高。由于银碳化钨在很大程度上能够阻止生成不导电 的表面膜,所以能改善接触电阻和使用中温升逐渐提高的问题。碳化钨含量 60及以上的合金用作弧触头,碳化钨含量 40及以下的合金用作主触头。在高分断能力的断路器中,为了提高触头材料的抗熔焊性,可采用银碳化钨 12石墨 3 的合 金与银碳化钨配对的方式。国内外断路器采用的触头材料 小型断路器、塑壳断路器:AgW、多元 AgCdO、Cu 镀 Ag 与 AgC3 配对;Cu 镀 Ag 与 AgCdO、多元 AgCdO13、多元 AgSnO 2 配对;AgNi30 与 AgC5、AgWC10C5、AgWC40C、AgWC40、AgW50 等配对
11、。万能式断路器:AgW50、AgZnO2 做主触头,弧触头用 AgW65、AgW73 和 Cu。序号 材料名称 性能特点 主要应用领域 01 纯银 导电率高,强度、硬度低,接触电阻低而稳 定。无线电、通讯用微型开关 及小电流电器等领域。02 细晶银、银铈合金 在银中添加少量合金元素形成银合金,细化 了银基体的晶粒,提高了材料的强度、抗熔 焊性及耐电磨损性,同时又具有纯银导电率 高、接触电阻低等优点。适用于工作电流 10A 以 下的低压电器,如通用继 电器、热保护器、定时器 等,且几乎所有应用纯银 的场合都可由它来代替。03 银镍 具有导电率高、低接触电阻低而稳定的特 点,在直流开闭时,材料转移
12、比纯银少。抗 熔焊性及耐电磨损性一般,通常与银石墨配 对使用。采用先进的挤压技术,镍颗粒呈纤 维状分布,显著提高了材料性能。广泛应用于中小电流交、直流继电器、指令开关、接触器、光控开关、温控 器及洗衣机的定时器等。04 银氧化镉 采用先进烧结挤压工艺,CdO 质点弥散分布 于银基体中,在电弧作用下,氧化镉剧烈分 解、蒸发使触头表面冷却,起到降低电弧能 量和熄弧的作用。该材料具有高的抗熔焊性 及耐电磨损性能、接触电阻低而稳定。是应用最广泛的低压触 头材料,大量用于中大容 量继电器、接触器、交直 流开关及中小容量断路 器中,特别适合于中大容 量交流接触器。属材料热双金属是由两层不同膨胀系数的金属或
13、合金组元彼此牢固结合而成的复合材料其中热膨胀系数较高的一层称为主动层热膨胀系数较低的一层称为被动层有时为了获得特殊性能还可以复合第三层中间层由主动层产生的张力和分为高灵敏度型通用型低温型高温型特殊型和电阻系列等类别热双金属材料的主要性能有电阻率比弯曲弹性模量线性温度范围允许使用温度范围和密度等比弯曲单位厚度的平直热双金属样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之直接通电发热断路器表示双金属中的为比弯曲值为时的电阻率一些中等规格电流如断路器等它的旁热式或直热式大量使用等它们使用镍鉻钢为主动层为被动层加上中间层如锆铜多用于和镍层用于改变中间层的厚度可以调节电阻率的05 银氧化锡 AgSnO 2 材料
14、具有优良、稳定的抗熔焊性及 良好的抗电弧侵蚀能力。在 500 3000A 的 电流范围内,AgSnO 2 有比 AgCdO 更好的抗 电弧侵蚀能力,在灯及容性负载下,AgSnO 2 比 AgCdO、AgNi 明显表现出更优良的抗熔 焊能力,在交流阻性负载下,AgSnO 2 比 AgCdO 具有稍高的接触电阻,但在直流电 路 13.5V 以下的灯/电机负载(如汽车继电 器)应用场合下,却表现出低而稳定的电阻 值。直流条件下,与 AgCdO 相比,AgSnO 2 具有更低的材料转移。广泛适用于中大容量交 流接触器(如 CJ20、CJ40、3TF 系列等)、大功率交流 开关(50kW 以上)、直流
15、接触器、交(直)流功率 继电器、汽车电器及中小 容量低压断路器上。06 银氧化锌 具有抗熔焊、耐电磨损性好,接触电阻低而 稳定,燃弧时间短,分断性能高、抗大电流 冲击能力强的特点。与 AgCdO 触头材料相 比,AgZnO 材料具有更好的抗接通熔焊性,在 3000 5000A 的分断电流条件下,具有 更理想的抗分断电弧侵蚀能力。主要应用于额定电流在 200A 以内的中小容量低 压断路器上,如 DZ15 系 列塑壳式断路器、DZ15L 系列漏电断路器等,某些 大容量开关也使用 AgZnO 材料,如 ME 万能 式断路器。07 银石墨 因石墨的熔点非常高,AgC 系列触头材料具 有极优良的抗熔焊性
16、(在短路电流下也不熔 焊)。接触电阻低。广泛应用于大电流,低压 交直流自动断路器,起动 器,线路保护开关,故障 电流保护开关,铁路信号 继电器等领域。与银镍配 对使用,抗熔焊性能提 高,可应用于塑壳与万能 式断路器、中小电流接触 器、微动开关等。08 银钨 既具有银的良好导电性和易加工性,又具有 钨的高熔点、高硬度、耐电弧侵蚀、抗熔焊、材料转移少的特性。其最大特点就是对大电 流电弧的承受能力强。可应用于各种万能式断 路器、塑壳式断路器、重 负荷交、直流接触器及其 它开关电器。09 银镍石墨 兼具银镍和银石墨的优点。广泛应用于万能式断路 器中,如 DW45 等智能型 万能断路器。属材料热双金属是
17、由两层不同膨胀系数的金属或合金组元彼此牢固结合而成的复合材料其中热膨胀系数较高的一层称为主动层热膨胀系数较低的一层称为被动层有时为了获得特殊性能还可以复合第三层中间层由主动层产生的张力和分为高灵敏度型通用型低温型高温型特殊型和电阻系列等类别热双金属材料的主要性能有电阻率比弯曲弹性模量线性温度范围允许使用温度范围和密度等比弯曲单位厚度的平直热双金属样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之直接通电发热断路器表示双金属中的为比弯曲值为时的电阻率一些中等规格电流如断路器等它的旁热式或直热式大量使用等它们使用镍鉻钢为主动层为被动层加上中间层如锆铜多用于和镍层用于改变中间层的厚度可以调节电阻率的10 银碳
18、化钨 与银钨相比,不易氧化,接触电阻低而稳定,抗熔焊性较好。主要应用在各种较大电 流断路器等开关装置中,如各种万能式断路器、塑 壳式断路器、真空接触 器、重任务交、直流接触 器等。材料类别 产品名称 AgCdO AgCdO(8)AgCdO(10)AgCdO(12)AgCdO(13)AgCdO(15)AgCdO(17)AgCdO(20)AgCe AgCe(0.5)AgNi AgNi(0.15)AgNi(5)AgNi(10)AgNi(15)AgNi(20)AgSnO 2 AgSnO 2(8)AgSnO 2(10)AgSnO 2(12)AgSnO 2(6)In 2O3(4)AgSnO 2(7)In
19、2O3(3)AgSnO 2(8)In 2O3(4)AgW AgW50 AgNiC AgNi(30)C(2)/AgNi(25)C(2)属材料热双金属是由两层不同膨胀系数的金属或合金组元彼此牢固结合而成的复合材料其中热膨胀系数较高的一层称为主动层热膨胀系数较低的一层称为被动层有时为了获得特殊性能还可以复合第三层中间层由主动层产生的张力和分为高灵敏度型通用型低温型高温型特殊型和电阻系列等类别热双金属材料的主要性能有电阻率比弯曲弹性模量线性温度范围允许使用温度范围和密度等比弯曲单位厚度的平直热双金属样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之直接通电发热断路器表示双金属中的为比弯曲值为时的电阻率一些中等规
20、格电流如断路器等它的旁热式或直热式大量使用等它们使用镍鉻钢为主动层为被动层加上中间层如锆铜多用于和镍层用于改变中间层的厚度可以调节电阻率的绝缘压塑料 二十世纪五十年代初,聚酯模塑料逐渐取代酚醛、脲醛等模塑料。后在英国被正式称之 为聚酯料团 DMC 即 Dough Moulding Compound 的简称。DMC 具有易成型、成本低、可 着色,电性能好等优点。在电器领域中能制造结构复杂的零部件,从而得到广泛应用。但人 们也发现 DMC 制品表面平滑度差,易产生裂纹,不致密,机械性能不高,加料操作处理比 较困难,为了解决这些问题,人们又通过使用低收缩,低波纹度添加剂来改善制品外观及制 品尺寸精度
21、;加入增稠剂以控制粘度;调整 GF(玻璃纤维)含量和长度以获得较好的机械性 能。在 70 年代国际上称这种经改进的 DMC 为块(散)状聚酯模塑料 BMC(英文 Bulk Moulding Compound 的缩写)。在 DMC 发源地的欧洲,这种模塑料也普遍地称之 为 BMC。但仍有少数和国家或公司仍称之为 DMC。按美国塑料工业协会(SPI)的定义“低 收缩并经化学增稠了的 DMC,则称为 BMC”。BMC 又称为 PMC(Premix Moulding Compound)预先混合的模塑混合物。二十世纪六十年代初,德国拜尔公司在 BMC/DMC 技术的基础上,研制成功 SMC 工 艺,其原
22、材料配方与 BMC 基本相同,就是生产工艺不一样,使用连续生产的 SMC 机组,生产效率大为提高,GF(玻璃纤维)的长度和含量也得以增加,从而大幅度提高了产品强度,开拓了大面积结构复杂的产品应用市场,使 FRP 的模压工艺上了一个新的台阶。SMC 是英文片状模塑料“sheet moulding compound”的缩写。这是一种夹芯的模 压用原材料,芯材是短切无捻粗纱,浸渍聚酯树脂糊(含树脂,低收缩添加剂,内脱模剂,增稠剂,色浆等)上下两面用聚乙烯簿膜复盖的片状材料。厚度 3mm 6mm,宽度 600mm 1200mm,成卷供应。使用时,经裁剪、称重、揭去薄膜,迭层加入到已升温的模具中,加高压
23、并保持一段时间,即可脱模获得产品。SMC 工艺的特点是:(1)操作方便。整个生产过程易实现机械化、自动化,生产效率高,改善了湿法成型的 作业环境和劳动条件。(2)产品的可没计性强。可通过改变组份的种类和配方,改变成型工艺来满足不同产品 的不同要求。如耐腐蚀、绝缘、绝热、零收缩、柔性、低密度、高强、A 级表面、抗静电等 等。(3)成型流动性好。可成型结构复杂的产品,特别适合制作大型薄壳异形制品。能实 现制品变厚度,带嵌件、孔洞、凸台、加强筋、螺纹等功能。(4)产品内外光洁,尺寸准确,适合制作汽车外围件,电气零部件,机械部件,防腐容 器等产品。适合大规模生产,成本较低。属材料热双金属是由两层不同膨
24、胀系数的金属或合金组元彼此牢固结合而成的复合材料其中热膨胀系数较高的一层称为主动层热膨胀系数较低的一层称为被动层有时为了获得特殊性能还可以复合第三层中间层由主动层产生的张力和分为高灵敏度型通用型低温型高温型特殊型和电阻系列等类别热双金属材料的主要性能有电阻率比弯曲弹性模量线性温度范围允许使用温度范围和密度等比弯曲单位厚度的平直热双金属样每变化单位温度时纵向中心线的曲率变化之直接通电发热断路器表示双金属中的为比弯曲值为时的电阻率一些中等规格电流如断路器等它的旁热式或直热式大量使用等它们使用镍鉻钢为主动层为被动层加上中间层如锆铜多用于和镍层用于改变中间层的厚度可以调节电阻率的(5)增强材料在生产与
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