Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Xác định và lựa chọn kết cấu của Rơle docx

Sức từ động sinh ra từ thông khe hở không khí của Khi Fđt > Fph lực hút điện từ lớn hơn lực phản hồi làm cho nắp của nam châm điện đóng lại nhờ thanh dẫn động làm tiếp xúc các tiếp điểm

Đồ án tốt nghiệp

Xác định và lựa chọn kết cấu của Rơle

XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA RƠLE

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp điện năng, từ khâu sản xuất truyển tải, phương pháp và tiêu thụ điện năng luôn phải sử dụng các khí cụ như: áp tô mát, công tắc tơ, rơ le và cầu dao… Để phân phối và điều khiển, bảo vệ nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế và an toàn trong sử dụng Khí cụ là những thiết bị,

cơ cấu điện tuỳ theo lĩnh vực sử dụng được chia thành 5 nhóm, mỗi nhóm lại được chia thành nhiều chủng loại khác nhau Các nhóm đó là:

1 Nhóm khí cụ điện phương pháp năng lượng điện áp cao gồm: dao cách ly, máy ngắt, biến dòng…

2 Nhóm khí cụ điện phương pháp năng lượng điện áp thấp gồm: cầu dao, cầu chì…

3 Nhóm khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ, các bộ khống chế và điều khiển…

4 Nhóm khí cụ điện gồm các rơ le bảo vệ như: rơ le dòng điện, rơ le điện áp, rơ le thời gian, rơ le trung gian…

5 Nhóm khí cụ dùng trong sinh hoạt: ổ cắm, phích điện…

Khi thiết kế một loại khí cụ điện phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đạt Đó là các yêu cầu kỹ thuật, vận hành, kinh tế, xã hội được biểu hiện qua các tiêu chuẩn chất lượng các định mức nhà nước, của ngành

Các yêu cầu kỹ thuật như độ bền nhiệt của các chi tiết, các bộ pận làm việc ở chế độ định mức và khi có sự cố xảy ra, độ bền cơ và tính chịu mòn (của các bộ phận), độ bền cách điện cũng như khả năng đóng ngắt của thiết bị Một yêu cầu về kỹ thuật nữa là kết cấu phải đơn giản, khối lượng và kích thức

bé

Các yêu cầu về vận hành như: độ tin cậy cao, dễ thao tác, sửa chữa, chi phí cho vận hành và tổn hao thấp, thời gian sử dụng lâu dài Trong vận hành phải lưu ý đến các yếu tố như: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ…

Các yêu cầu về kinh tế, xã hội và công nghệ chế tạo: giá thành phải hạ, phải có tính thẩm mỹ trong kết cấu, tính cạnh tranh, khả năng lắp lẫn và khả năng phát triển trong tương lai

Một khí cụ điện thường gặp nói chung phải có các bộ phận chủ yếu là:

- Mạch vòng dẫn điện gồm: thanh dẫn, đầu nối, các tiếp điểm…

- Hệ thống dập hồ quang

- Các cơ cấu trung gian

- Nam châm điện

- Các chi tiết và các cụm cách điện

- Các chi tiết kết cấu, vỏ, thùng

Rơ le là loại khí cụ tự động đóng ngắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện Tuỳ theo nguyên lý làm việc, tuỳ theo đại lượng điện và giá trị dòng áp đi vào mà có nhiều loại rơ le khác nhau như: rơ

le điện từ, rơ le nhiệt, rơ le cảm ứng, rơ le bán dẫn, rơ le dòng điện, rơ le điện

áp và rơ le trung gian

Ở Việt Nam cũng chế tạo được các loại khí cụ điện nói chung và rơ le nói riêng Tuy nhiên chất lượng của nó chưa cao (tuổi thọ không lớn) Khi cần các loại khí cụ có độ tin cậy cao và chất lượng tốt đa phần là nhập từ nước ngoài

Trong nội dung của đồ án sẽ trình bày các phần tính toán thiết kế rơ le trung gian điện từ kiểu kín Có các thông số ban đầu:

+ 4 tiếp điểm thường đóng, 4 tiếp điểm thường mở

+ Uđm = 220V

+ Iđm = 5A

+ f = 50 Hz

thọ cơ 107 lần đóng cắt

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA

RƠLE

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠ LE:

- Rơ le là những thiết bị điều khiển tự động Khi tín hiệu đầu vào, đạt những giá trị xác định, nhảy cấp làm biến đổi tín hiệu đại lượng đầu ra

I.1 Cấu tạo của Rơle:

Rơ le gồm có 3 cơ cấu chính:

+ Cơ cấu thu: Tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành những đại lượng cần thiết để rơle hoạt động

+ Cơ cấu trung gian: So sánh những đại lượng đã được biến đổi với mẫu rồi truyền tín hiệu đến cơ cấu chấp hành

+ Cơ cấu chấp hành: Phát tín hiệu cho mạch điều khiển

I.2 Phân loại rơle:

Rơle được phân loại theo công dụng và nguyên lý làm việc

+ Loại rơle có tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển bằng cách đóng ngắt tiếp điểm

+ Loại rơle không tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển bằng cách thay đổi đột ngột những tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển

+ Theo đặc tính tham số đầu vào ta có thể chia ra rơle dòng điện; rơle điện áp; rơle công suất; rơle tần số…

Những loại rơle này có thể điều chỉnh theo giá trị cực đại hay cực tiểu hiệu số các tín hiệu hoặc chiều tín hiệu

+ Theo phương pháp mắc cơ cấu thu vào mạch ta có thể chia ra loại rơle:

- Rơle mạch sơ cấp: Mắc trực tiếp vào mạch điều khiển

- Rơ le mạch thứ cấp: Mắc gián tiếp qua biến áp hay biến dòng

- Rơle trung gian: Làm việc dưới tác động của những tín hiệu từ các rơle khác, với nhiệm vụ khuyếch đại những tín hiệu này và chia ra tác động lên nhiều mạch điều khiển khác nhau

+ Theo mục đích sử dụng chia ra 3 nhóm cơ bản:

- Rơle bảo vệ mạng điện: Thường là rơle mạch nhị thứ (thứ cấp) Các

cơ cấu thu và chấp hành của chúng thường được thiết kế với dòng điện bé

- Rơle điều khiển: Thường là loại rơle mạch sơ cấp

- Rơle tự động và liên lạc: Có thể là rơle mạch thứ cấp loại sơ cấp, chúng làm nhiệm vụ đảm nhiệm các quá trình tự động và thông tin liên lạc

I.3 Các yêu cầu khi thiết kế:

+ Các yêu cầu về kỹ thuật:

- Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của rơle làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố

- Đảm bảo độ bền cách điện của các chi tiết, bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất, kéo dài và trong điều kiện xung quanh (như mưa, bụi, bẩn…) cũng như khi có điện áp nội bộ

- Đảm bảo độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận rơle trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời gian làm việc ở chế độ định mức cũng như chế độ sự cố

- Độ tin cậy cao

- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

- Đơn giản dễ thao tác, dễ thay thế, dễ sửa chữa

- Phí tổn vận hành ít, tiêu tốn ít năng lượng

+ Các yêu cầu về kinh tế xã hội:

- Giá thành hạ

- Kết cấu phải có thẩm mỹ

- Vốn đầu tư khi chế tạo, lắp ráp vận hành ít

II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠLE ĐIỆN TỪ

II.1 Tác dụng:

Để bảo vệ mạch điện khi có sự cố ngắn mạch hay quá tải điện áp

+ Rơle điện từ cấu tạo đơn giản, lực hút điện từ (Fđt) khá lớn do vậy rơle điện từ được sử dụng rất rộng rãi

+ Rơle điện từ có loại 1 chiều và xoay chiều công suất từ vài wát đến hàng nghìn wát, trong khi đó công suất tiêu thụ khoảng vài chục wát

+ Thời gian tác động của rơle điện từ trong khoảng 1 – 20ms

+ Rơle điện từ có các loại: Dòng điện, điện áp cực đại và cực tiểu, rơle công suất, rơle tổng trở, tần số, trung gian, tín hiệu…

II.2 Sơ đồ cấu tạo

II.3 Nguyên lý hoạt động:

- Khi đưa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện thì cuộn dây sinh ra một sức từ động F = IW Sức từ động sinh ra từ thông khe hở không khí của

Khi Fđt > Fph (lực hút điện từ lớn hơn lực phản hồi) làm cho nắp của nam châm điện đóng lại nhờ thanh dẫn động làm tiếp xúc các tiếp điểm tĩnh

và động lại với nhau

- Khi không có dòng điện đưa vào cuộn dây nam châm điện khi đó I = 0 ->

Fđt = 0 -> Fph > Fđt lò xo kéo nắp nam châm trở về vị trí ban đầu và tiếp điểm tĩnh cũng được đưa về vị trí ban đầu tách các tiếp điểm tĩnh và động khỏi nhau

III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:

III.1 Phân tích các mẫu:

Để có kết cấu hợp lý và phù hợp với công nghệ chế tạo yêu cầu của đề tài ta tiến hành khảo sát một số loại rơle điện từ trung gian của một số nước

a Rơle do Liên Xô cũ sản xuất :

- Nam châm hút một chiều hoặc xoay chiều

- Độ tin cậy cao

- Dễ tháo lắp, thay thế, sửa chữa các chi tiết

Nhược điểm:

- Kích thước và trọng lượng lớn

b Rơle do Nhật Bản sản xuất:

- Có nhiều loại nhưng chủ yếu là kiểu hút chập

- Kết cấu kiểu Công Sôn -> 1 pha một chỗ ngắt có dây dẫn nối mềm

Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, gọn

- Mẫu mã hình dáng đẹp

Nhược điểm:

- Công nghệ chế tạo cao

- Độ tin cậy không cao

* Kết luận:

Từ hai loại rơle do Liên Xô cũ và Nhật Bản sản xuất trên và yêu cầu của thiết kế của đồ án ta chọn loại rơle do Liên Xô cũ sản xuất làm nhiệm vụ thiết kế

III.2 Lựa chọn phương án thiết kế :

Qua quan sát và tìm hiểu kết cấu rơle của các nước kể trên ta thấy chúng thường có cấu chung gần giống nhau

- Kiểu hút chập

- Dạng mạch từ hình chữ U

- Tiếp điểm động được bố trí trên 1 thanh

- Kết cấu đơn giản

1 - Lò xo nhả

2 - Lẫy gạt

3 - Cần chuyển động

4 - Tiếp điểm tĩnh, thanh dẫn tĩnh

5 - Tiếp điểm động, thanh dẫn động

12 - Cơ cấu truyền đông

13 - Dây dẫn cuộn dây

- Nhiệt độ: Phát sáng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn

phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép với dòng điện lớn tiếp điểm phải chịu được

độ bền nhiệt và độ bền điện động

- Điện trở tiếp xúc và ổn định độ rung không vượt quá giá trị cho phép

b Chọn nam châm điện:

Theo nguyên lý truyền động điện từ thì nam châm có dạng nắp hút chập hay hút quay Qua phân tích ta chọn nam châm, nam châm kiểu hút chấp có các tính năng như sau:

+ Lực hút điện từ lớn

+ Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu truyền động, nó quyết định tính năng làm việc cũng như kích thước của rơle

+ Từ thông số không đổi trong quá trình nắp chuyển động

+ Từ dẫn khe hở không khí không lớn

+ Điện áp định mức

+ Môi trường làm việc

+ Độ bền nhiệt của các vật liệu trong rơle

- Điện áp cách điện giữa các pha và các pha với đất theo bảng 1-2 TL2

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM MẠCH

VÒNG DẪN ĐIỆN

I GIỚI THIỆU KẾT CẤU MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

Trong các loại khí cụ điện nói chung và rơ le trung gian nói riêng Mạch vòng dẫn điện đóng vai trò quan trọng, nó cùng với nam châm điện, khâu truyền động trung gian, và các bộ phận kết cấu khác cấu thành một rơ le hoàn chỉnh

Trong rơ le trung gian, mạch vòng dẫn điện là kết cấu của nhiều bộ phận khác nhau cấu tạo thành Nó bao gồm, thanh dẫn động, thanh dẫn tĩnh, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm, dây nối mềm, đầu nối ra

Hình 1.1 Kết cấu chung của mạch vòng dẫn điện

Tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện của rơ le điện từ trung gian xoay chiều kiểu kín, thực chất là tính toán thiết kế từng bộ phận cấu thành nó như

đã nêu ở trên

II THIẾT KẾ TÍNH TOÁN THANH DẪN

1 Các bước tính toán thanh dẫn

Tính toán thiết kế thanh dẫn bao gồm:

- Xác định tiết diện và chế độ làm việc cơ bản của nó ở chế độ dài hạn

§Çu nèi

D©y dÉn mÒm

khiển và dùng trong tự động hóa, các chế độ sự cố như ngắn mạch xảy ra với các thiết bị phân phối năng lượng

- Lựa chọn dạng và kết cấu thanh dẫn trên cơ sở các thông số đã tính toán

2 Tính toán thanh dẫn động

Thanh dẫn động, thực hiện chức năng đóng hay mở tiếp điểm, truyền chuyển động, mang điện truyền tải, do đó nó phải đảm bảo tính dẫn điện, độ bền cơ khí, khả năng tản nhiệt, mức độ phát nóng phải phù hợp Với các loại

rơ le trung gian điều khiển dùng trong tự động hóa hiện nay, người ta thường dùng vật liệu là đồng phôt pho, có tính chất và các thông số kỹ thuật như sau (Tra theo bảng 2.22 của tài liệu [2] và đồ thị 1.11 của tài liệu [2])

Nhiệt lượng bay hơi 2600J/g

Với kết cấu rơ le trung gian, thanh dẫn động có kết cấu hình chữ nhật

đã chọn, để đảm bảo các chế độ hoạt động, độ bền theo yêu cầu, thanh dẫn chữ nhật có chiều dài l tiết diện chữ nhật có chiều dài a, và chiều rộng b như sau:

Hình 1.2: Kêt cấu thanh dẫn

a Xác định kích thước cơ bản

Từ công thức Niutơn:

P = KT.S.T (θôđ-θ0) = KT.ST.τôđCũng có thể biểu diễn công thức cân bằng nhiệt độ ở chế độ xác lập cho mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt ST, chiều dài l, và chu vi là ST/l:

P = I2.Rθ.Kf = KT.ST (θôđ-θmt) Hay:

)θθ.(

S.KS

K ρ.I

mt d T T f θ

2

−

=Trong đó:

ρθ = P0 (1+α.θ) = ρ20.[1+α.(θ-20)] = ρmt [1+α.(θ-θmt)]

• ρ0, ρ20, ρmt điện trở xuất của vật liệu ở 00C, 200C, và nhiệt độ môi trường (Ωm)

• α là hệ số nhiệt điện trở, của đồng là 0,0043 1/0C

mặt

Kf = Kbm Kg

a

b

• S là tiết diện của thanh dẫn S = a.b (mm2)

• ST là tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn (mm2)

• P là công suất tản nhiệt (W)

• Ctd là chu vi của thanh dẫn Ctd = 2(a+b) (mm)

• θôđ là nhiệt độ ổn định của thanh dẫn θôđ =1300C

• θmt là nhiệt độ môi trường hoạt động thông thường lấy θmt = 400C

• KT là hệ số tỏa nhiệt, KT = 6.10-6W/mm2.0C (Bảng 6-5 của tài liệu [2])

T «d

I P KK

θ

τ

chữ nhật thanh dẫn động xác định như sau:

τ

2 f

T «d

I P KKHay:

b =

d T f 2K)1n(n2

KPI

τ

θ+

Kf = 1,05, Pθ = 0,0258.10-3Ωmm

τôđ = 130-40 = 900C ta được

mm0755,090.10.6)

110.(

10.2

05,1.10.0258,0.5

3 2

=+

=

a = 10.b = 0,755 mm

Để thanh dẫn đạt yêu cầu về kỹ thuật và tính toán ta chọn kích thước thanh dẫn dựa trên việc chọn đường kính tiếp điểm của thanh dẫn Mà việc chọn đường tiếp điểm thanh dẫn phụ thuộc vào dòng điện định mức theo bảng 2-15 TL[2]

2

5,2

5S

I

b/ Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn

* Kiểm nghiệm lại nhiệt độ thanh dẫn

Từ công thức 2-4 của tài liệu [2]

kích thước đã chọn Trong công thức 2-4 của tài liệu [2] nó đóng vai trò θôđ

Ta có:

10.01754,0)020(α1

P

3

3 20

=

−+

=Như vậy ta có:

θôđ = 1300C (theo đề bài) > θtđ = 430C Nên thanh dẫn thỏa mãn về nhiệt độ ở chế độ dài hạn

* Kiểm nghiệm lại chế độ làm việc ngắn mạch

Từ công thức 6-21 trong tài liệu [2]:

(**)AAS

tIS

tI

d bn 2

bn 2 bn 2

nm 2

s/mm4) Trong đó đối với đồng Abn lấy ở θbn = 3000C

Tra đồ thị 6-6 tài liệu [2] ta có:

t

AAS

4 4

4 4

Ta lập được bảng so sánh giữa mật độ dòng điện bền nhiệt đã tính

và mật độ dòng điện bền nhiệt tiêu chuẩn của thanh dẫn

t(s)

Vậy thanh dẫn thỏa mãn điều kiện làm việc ở chế độ ngắn hạn

* Kiểm nghiệm thanh dẫn động làm việc ở chế độ ngắn hạn

Điện trở thanh dẫn trên một đơn vị chiều dài (1mm) ở nhiệt độ

= 0,2067.10-3Ω Tổn hao công suất ở chế độ dài hạn là:

Pdh = Idh2.R130 = 25.0,2067.10-3 = 5,1673.10-3W/mm Hằng số thời gian phát nóng theo 6-13 trong tài liệu [2] là:

SK

MCT

T ρ

=

Trong đó:

• M là khối lượng của vật phát nóng:

M = γ.S.l = 8,9.0,025.2 = 0,445g

• γ là trọng lượng riêng của đồng phốt pho, γ = 9,8g/cm

• l là chiều dài thanh dẫn, l = 20mm

dh

3

T lm

445,0.385,0

nh I

Thanh dẫn tĩnh là bộ phận cắm trực tiếp với đế, có chứa cả tiếp điểm

để tiếp xúc với thanh dẫn động qua đầu nối

Như vậy là khả năng làm việc của thanh dẫn tĩnh ngoài độ bền về điện, nó còn phải có độ bền về cơ, do đó ta có thể chọn thanh dẫn tĩnh như sau:

a = 5mm

b = 1mm Khi đó tiết diện cắt ngang của thanh dẫn tĩnh là:

Để đảm bảo tiếp xúc tốt với đế, ta mạ bạc vào thanh dẫn tĩnh, mặt khác

do thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền về điện và

cơ nên thanh dẫn tĩnh có kích thước lớn hơn vẫn có thể đảm bảo các yêu cầu hoạt động như thanh dẫn động Do đó các lựa chọn như trên có thể thoả mãn trong trường hợp thanh dẫn tĩnh

III THIẾT KẾ TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM

1 Chức năng của tiếp điểm

Tiếp điểm trong các khí cụ điện đóng ngắt nói chung, các rơle trung gian nói riêng, đều có chức năng đóng ngắt, truyền tải tín hiệu, công suất, điều khiển, các thông số hoạt động của tiếp điểm rất quan trọng, nó xác định kích thước, phương thức lựa chọn một rơ le trung gian

2 Yêu cầu với các tiếp điểm

Tiếp điểm cần thiết kế là tiếp điểm tĩnh và động của một rơ le trung gian hoạt động ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi không xảy ra tiếp xúc

Nhiệt độ cho phép ở vùng tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể cho phép của vật liệu làm tiếp điểm

Đối với dòng điện lớn cho phép, như dòng khởi động, dòng ngắn mạch, tiếp điểm phải chịu độ bền nhiệt, độ bền điện động (do lực điện động gây ra)

Hệ thống tiếp điểm rập hồ quang (nếu có) phải có khả năng đóng ngắt cho phép không bé hơn trị số cho phép

Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và độ mòn cơ bé nhất, độ rung của tiếp điểm phải không lớn hơn trị số cho phép

Để cho ngắn gọn, ta chọn các công thức tính toán đối với trường hợp tính toán tiếp điểm là các công thức kinh nghiệm

3 Chọn vật liệu làm tiếp điểm

Để đảm bảo các yêu cầu của tiếp điểm về điện trở suất, điện trở tiếp xúc nhỏ, ít bị ăn mòn, ít bị ô xi hoá, khó hàn dính, độ cứng cao và làm việc tốt

với các thông số kỹ thuật cho ở bảng 2-13 của tài liệu [2] và đồ thị 1.11 của tài liệu [2] như sau:

Đối với dòng điện 5A tra bảng 2-15 của tài liệu [2] ta chọn đường kính tiếp điểm là d = 4mm, chiều cao tiếp điểm tĩnh có dạng hút chập tức là một pha chỉ có một chỗ ngắt

Mô tả kết cấu tiếp điểm như sau:

Iđm là dòng điện định mức của rơ le trung gian kiểu kín Iđm =5A Chọn ftđ = 0,06 N/A (tra theo trang 57 tài liệu [2])

tx tx

F

KR

).102,0(

=

®Trong đó:

- Ftđ là lực ép tiếp điểm Ftđ = 0,3N

- m là hệ số bề mặt tiếp xúc Chọn dạng tiếp xúc là dạng tiếp xúc điểm thì m = 0,5 (trang 59 tài liệu [2])

- Ktx là hệ số tiếp xúc, chọn Ktx =0,06 10-3 (trang 59 tài liệu [2] )

Thay số vào ta được :

Ω343,0Ω10.343,0)3,0.102,0(

10.16,

5 , 0

6 Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần đầu nối, điện trở của vật liệu

trên điện trở tiếp xúc là:

Utx = Tđm Rtx = 5.0,44 =2,2mV

điện áp rơi cho phép trên tiếp điểm các khí cụ điện điều khiển và phân phối năng lượng đến 1000V trong đó tiếp điểm làm việc trong không khí là:

7 Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn dài

vô hạn, có tiết diện không tương đối Giả sử một đầu thanh tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt tại nơi tiếp xúc

Theo công thức 2-11 tài liệu [2] ta có:

T t

t m T

t

m mt t

KCS

λ

RIk

130 2

- S là tiết diện thanh dẫn động S = 0,025 cm2

- Ctd là chu vi của thanh dẫn Ctd = 1,1 cm

- KT là hệ số toả nhiệt ra, KT = 6.10-4W/cm20C

- Rtx là điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Rtx = 0,44 10-3Ω

- ρθ130 là điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 1300C ta có:

ρθ130 = ρ20.[1+α.(θ-20)] = 0,0159.10-4[1+0,004.(130 –20)] = 0,02289 10-4Ωcm

R

I m tx

8

2 2

ra khi quá tải, ngắn mạch, khởi động) nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy

do lực điện động dẫn đến khả năng bị hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và chống hàn dính, gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động)

Độ ổn định nhiệt và độ ổn định điện động là các thông số quan trọng được

của tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu có khả năng đủ để ngắt tiếp điểm

Có hai tiêu chuẩn để đánh giá : Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính, trị số tới hạn của dòng điện hàn dính, các trị số này phụ thuộc vào vật liệu làm tiếp điểm, và kết cấu chế độ làm việc của khí cụ điện

Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định dòng điện hàn dính bằng công thức 2-36 tài liệu [2]

Ihd = Khd F t®

Với Ftđ = 0,3N = 3.10-2kG

Khd là hệ số hàn dính tra theo bảng 2-19 tài liệu [2]

9 Độ ăn mòn tiếp điểm

Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và ngắt mạch điện

Sự ăn mòn của tiếp điểm được thể hiện qua việc giảm độ lún của kích thước (chiều cao) của tiếp điểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích của tiếp điểm

Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là sự ăn mòn về hoá học,

ăn mòn về cơ nhưng chủ yếu là sự ăn mòn về điện gây nên cho tiếp điểm

Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm rất phức tạp và thiếu chính xác, ở đây ta chỉ dùng các công thức gần đúng để tính toán

Sự ăn mòn của tiếp điểm thể hiện qua thời gian sử dụng ứng với số lần đóng ngắt Chúng được xác định theo công thức 2-48 tài liệu [2]

cao) của tiếp điểm khi bị ăn mòn

- Vđ là thể tích mòn tính cho một lần đóng

- Vng là thể tích tính cho một lần ngắt

- γ là khối lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm

Ta có công thức 2-54 tài liệu [2]:

gđ+ gng =10-9 (KđIđ2 +KngIng2)Kkđ Trong đó:

Kđ, Kng (g/A2) là hệ số mòn khi đóng và khi ngắt Tra trong đồ thị 2-16 tài liệu [2]

Với Ing = Iđ =5A, ta được Kđ = Kng = 0,45g/A2

Kkđ là hệ số không đồng đều, đánh giá độ mòn không đều của các tiếp

độ mòn đều của tiếp điểm

Như vậy ta có:

gđ + gng = 10-9 (0,45.102 + 0,45.102).1,1=0,99.10-7g

Vậy Vđ + Vng = (gđ + gng)/γ =

5,10

10.99,

=0,0943.10-7g Thể tích cuả đôi cặp tiếp điểm là:

1.4

4 4

10.4,9S

Vh

Theo kinh nghiệm, 1mm có thể chịu được 3000V vì vậy ta chọn độ

mở của rơ le cần thiết là 3mm

11 Độ lún

Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép và trong qúa trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn nhưng vẫn đảm bảo tiếp xúc

Vì vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ ăn mòn của tiếp điểm mới có thể đảm bảo tiếp xúc tốt

Như vậy tiếp điểm đi được trong một hành trình là:

IV ĐẦU NỐI

Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ bị hư hỏng nặng trong vận hành nhất là với khí cụ điện có dòng điện lớn và điện áp cao Có thể chia làm hai phần

Yêu cầu đối với các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức không được tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích

bằng thép CT3 vậy có thể lấy d = 3mm

Tiết diện của lỗ vít:

2 2

4

3.π4

d.π

được xác định theo công thức:

2 m

®

31,0

5

=J

I

=STổng diện tích tiếp xúc của vít:

S = Stx + Slv = 7,065 + 16,13 = 23,19mm2 Chọn chiều rộng của phần bắt bu lông là 4mm

Chiều dài của phần bắt bulông xấp xỉ 6mm

Lực ép được tính theo công thức:

2 2

5

mmAS

I

J = = =

j < [j] = [2÷4]A/mm thoả mãn thiết kế

- P là chu vi của dây dẫn mềm P =π.d = π 2 = 6,28mm

- ρcu là điện trở suất của đồng, ρcu = 0,0176.10-3(mm)

Thay số vào ta có:

CHƯƠNG III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ

I KHÁI NIỆM

đường đặc tuyến của các lực gồm có:

là trọng lượng của nắp nam châm điện)

III TÍNH TOÁN LÒ XO TIẾP ĐIỂM

1 Tính chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm

Do thanh dẫn động cũng là lò xo tiếp điểm vì vậy lò xo tiếp điểm là đồng phốt pho Lò xo có dạng tấm phẳng có lực không lớn và độ võng cũng

nhỏ; lò xo bằng đồng phốt pho có điện trở nhỏ, độ bền cơ điện cao, có khả

năng chống ăn mòn tốt

Các thông số của lò xo tiếp điểm

Ftđc = 4Ftđ = 4.0,3 = 1,2 (N)

Ftđđ= 0

2 Tính kích thước lò xo tiếp điểm

của chúng là kích thước của thanh dẫn động Tiếp điểm có giá đỡ là nắp của

mạch từ được ép chặt với một miếng nhựa cứng có nhiệt độ nóng chảy cao

Theo công thức 4 - 25 của tài liệu [2] ta có:

δut = F.l 6.F.l2

w: mômen chống uốn

δut: ứng suất thực tế khi uốn

b

Chiều dài lò xo tiếp điểm

Theo công thức 4-17 tài liệu [2] ta có:

F

J.E.3.f

Trong đó: F = Ftđ = 0,3 (N): lực đặt tại tiếp điểm

xo

tính của tiết diện

12

5,0.512

f = 1,2 (mm): độ võng của lò xo Suy ra: L = 3

3

3,0

052,0.3.10.110.2,1

= 40,9 (mm) Chọn chiều dài thanh dẫn: L = 40 (mm)

5,0.5

40.3,0.6ab

l

F

40.3,0

Trong đó: I = 5A: dòng điện định mức

Lò xo nhả khi làm việc luôn ở tình trạng kéo, tức là nó tạo được lực ép tiếp điểm thường đóng, khi đó thì Fđt = 0

Theo bảng 4-1 của TL[2] ta có các thông số kỹ thuật của thép cacbon

Fnhđ =Kdt (Ftđc + Gđ + Fms) Trong đó:

Kđt = (1,1 ÷ 1,3): hệ số dự trữ, chọn Kdt = 1,2

Ftđc: lực ép lò xo tiếp điểm cuối, Ftđc =1,2 (N)

Gđ - là trọng lượng phần động Gđ = 0,5 (N)

Fms = 0 bỏ qua ma sát

d - đường kính dây làm lò xo

D - đường kính trung bình lò xo

h(mm) - khoảng cách giữa hai vòng lò xo

H(mm) - chiều cao của lò xo

= 0,44 (mm) Chọn d = 0,45mm

Do đó đường kính trung bình của lò xo

W =

F.C.8

f

d.G

d = 0,45 (mm): đường kính dây quấn của lò xo

Thay số vào ta được:

Theo công thức 4-33 tài liệu [2]

+ Bước lò xo chịu kéo:

+ Chiều dài tự do của lò xo chịu kéo

lk = w.tk = 12.0,45 = 5,4 + Độ cứng của lò xo

12.10.8

45,0.10.80w.c8

d.Gf

3 4

3

45,0.10.80

12.5,4.63,1.8d

.G

W.D.F

Ta kiểm nghiệm lại

Trị số ứng suất xoắn khi có lực

4.3 Tính toán lực quy đổi

Khi chưa quy đổi:

điểm (Ftđ) và lực lò xo và lực lò xo nhả (Fnh) Do vậy ta phải quy đổi 2 lực này

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM

ĐIỆN

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN

Trong cơ cấu Rơle, nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng Nam châm điện được sử dụng để biến đổi điện năng thành cơ năng Nam châm điện được sử dụng rộng rãi mà không một lĩnh vực khoa học kỹ thuật nào không sử dụng Nam châm điện được sử dụng đặc biệt trong các lĩnh vực như sinh lực (truyền động điện) để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến các chuyển dịch quay hoặc sinh ra lực hãm, thông tin liên lạc, tự động điều chỉnh…

- Với các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau đòi hỏi các nam châm điện phải

có hình dáng và kết cấu khác nhau để phù hợp Có những nam châm điện rất

bé khoảng vài milimet mà có những nam châm điện có kích thước đến hàng mét, khối lượng của chúng từ vài gam đến hàng nghìn kilôgam lực điện từ của nam châm từ vài phần gam đến hàng chục tấn Hành trình từ vài micromet đến hàng mét Công suất từ vài mill-oat đến hàng chục kilo oat

- Các quá trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp thường được mô tả bằng phương trình vi phân, phi tuyến Vì vậy cho đến nay việc tính toán nam châm điện thường dựa theo những công thức kinh nghiệm gần đúng rồi kiểm tra lại theo công thức lý thuyết Để đưa ra được kết quả tối ưu

- Trong cơ cấu điện từ, đặc biệt trong rơle điện từ trung gian thì nam châm điện có nhiệm vụ quan trọng là cơ quan sinh lực để thực hiện tịnh tiến

cơ cấu chấp hành hệ thống tiếp điểm

- Nguyên lý hoạt động của nam châm điện Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra lực điện từ (Fđt > 0) hút nắp (phần ứng) về phía thân

- Đặc điểm của nam châm điện

+ Nam châm điện xoay chiều có thể làm việc ở chế độ dài hạn và ngắn hạn + Nam châm điện kiểu kín, chịu rung và va đập

+ Nguồn điện xoay chiều với công suất không đổi:

+ Môi trường làm việc của rơle có nhiệt độ: θmt = 400C

II CHỌN VÀ TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

A Chọn kết cấu

Nam châm điện về hình thức rất đa dạng, có nhiều dạng kết cấu khác nhau về mạch từ và cuộn dây Vì vậy dẫn đến sự khác nhau về đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chế tạo: như chương I ta đã chọn mạch từ có dạng hình chữ U, kiểu hút chập và cuộn dây quấn trên mạch từ Do vậy nam châm điện xoay chiều ở phía trên cực từ của cuộn dây ta đặt thêm một vòng ngắn mạch

Ta căn cứ vào hệ số kết cấu để chọn dạng kết cấu tối ưu theo công thức 5-2 của Tài liệu [2] ta có:

Xét trên đường đặc tính có phản lực ta xác định ở chương III thấy rằng

để rơle làm việc thì có các điều kiện là:

- Khi hút Fđt > Fcơ