Thiet ke cong tac to xoay chieu 3 pha 1 66250

Nó bao gồm các yêu cầu về: - Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ởchế độ định mức và chế độ sự cố.. Khi lực điện từ lớnlực cơ thì nắp mạch từ đợc hút về p

Lời nói đầu

Đất nớc đang ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hóa, hiện đạihóa đang diễn ra mạnh Để thực hiện đợc thì phải có nguồn năng lợng, mà điệnnăng chiếm một vai trò rất quan trọng Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọilĩnh vực, mọi đối tợng Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thểtránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra nh hiện tợng quá điện áp, quá dòng điện,hiện tợng ngắn mạch…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ngĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ngời, bảo

vệ các thiết bị điện và tránh đợc những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì khí cụ

điện ngày càng đợc đòi hỏi nhiều hơn, chất lợng tốt hơn và luôn đổi mới côngnghệ

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các loại khí cụ điện hiện

đại đợc sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao, trong đó công tắctơ cũng không nằm ngoài mục đích đó Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kếcông tắc tơ là đặc biệt quan trọng nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảyra

Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện,thuộc bộ môn Thiết bị điện - điện tử Đặc biệt là hớng dẫn giúp đỡ và đóng gópcủa thầy Phạm Văn Chới, trong thời gian làm đồ án môn học, em đã hoàn thành

đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có nhiều hạnchế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế

đồ án em còn mắc những sai sót nhất định Vì vậy em rất mong có đợc sự chỉbảo và đóng góp ý kiến thầy cô và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - điện tử và thầy PhạmVăn Chới

Chơng I Giới thiệu chung về công tắc tơ

I Giới thiệu chung.

Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quátrình sản xuất, biến đổi, truyền tải phân phối năng lợng điện và dạng ănng lợngkhác Theo lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện đợc chia thành 5 nhóm, trong mỗinhóm có nhiều chủng loại khác nhau

Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng

điện tải thờng xuyên đợc điều khiển bằng tín hiệu điện Công tắc tơ (CTT)thuộc nhóm khí cụ điện điều khiển

II Nội dung các phần thuyết minh tính toán.

III Yêu cầu chung khi thiết kế.

Các loại khí cụ điện nói chung và công tắc tơ xoay chiều 3 pha phỉa thoảmãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại Đó là cácyêu cầu kỹ thuật, về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và về xã hội chúng đ ợcbiểu hiện qua các quy chuẩn, định mức, tiêu chuẩn chất lợng của nhà nớc hoặccủa ngành và chúng nằm trong nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

1 Các yêu cầu về kỹ thuật.

Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối vớiquá trình thiết kế của khí cụ điện Nó bao gồm các yêu cầu về:

- Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ởchế độ định mức và chế độ sự cố Do khi làm việc các chi tiết, các bộ phận dẫndòng có tổn hao sẽ sinh ra nhiệt, đặc biệt là khi ngắn mạch hay quá tải nhiệt độtăng nhanh Vì vậy cần đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận phải nhỏhơn nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơ tính, giảm tuổi thọ

- Độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cách

điện khi làm việc với điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện, trong điềukiện môi trờng xung quanh (nh ma, ẩm, bụi, tuyết…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng) cũng nh khi có qúa điện

áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra

- Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn

số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố

- Khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điệnthông qua các chi tiết, bộ phận

- Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lợng vàkích thớc bé

- Độ bền với môi trờng: chịu đợc những tác động của môi trờng bênngoài nh bụi, độ cao, rung động, quán tính, khí hóa chất độc hại…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng

2 Các yêu cầu về vận hành.

Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau:

- ảnh hởng của môi trờng xung quanh: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng do đócần phải tránh các tác động có hại của môi trờng lên thiết bị điện

- Có độ tin cậy đối với ngời sử dụng, vận hành, thao tác

- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

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

- Chi phí vận hành ít, ít tiêu tốn năng lợng

3 Các yêu cầu về kinh tế xã hội.

Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm, hiệu quảkinh tế của sản phẩm Vì vậy chúng đòi hỏi một số yêu cầu sau:

- Khi thiết kế một số sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng

đầu tiên nhà thiết kế phải chú ý đến thị trờng, làm thế nào để khi đa ra thị trờngmặt hàng của mình có thể chíêm đợc u thế hơn hẳn so với các sản phẩm kháccùng chủng loại, cùng có chất lợng kỹ thuật thì thiết bị điện đó phải có giáthành hạ, có tính thẩm mỹ của kết cấu, vốn đầu t khi chế tạo và lắp ráp là nhỏnhất

- Ngoài ra nó phải đảm bảo tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho ngời vậnhành về mặt tâm sinh lý, cơ thể và an toàn trong lắp ráp vận hành

4 Các yêu cầu về công nghệ chế tạo.

- Tính công nghệ của kết cấu: dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắpdẫn,…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng

- Lu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sảnxuất, khả năng của thiết bị

- Lu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác,chế tạo dãy…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng

Chơng II Cấu tạo nguyên lý hoạt động

1 Cấu tạo.

Công tắc tơ xoay chiều 3 pha là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điệnxoay chiều, với dòng điện lớn hơn 15 A Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:

- Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp

điểm tĩnh, tiếp điểm thờng đóng và tiếp điểm thờng mở

- Hệ thống thanh dẫn: thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh

- Nam châm điện xoay chiều

- Cuộn dây nam châm điện xoay chiều

- Hệ thống lò xo: lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung…Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng

- Các vít đầu mối và dây dẫn mềm

- Buồng dập hồ quang

2 Nguyên lý hoạt động.

Khi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ đợc sinh ra trong namchâm điện Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ Khi lực điện từ lớnlực cơ thì nắp mạch từ đợc hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắnvòng ngắn mạch để chống rung, làm chi tiết điểm động tiếp xúc với tiếp điểmtĩnh Tiếp điểm tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện

ra, vào Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp

điểm Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ thờng mở

và mở ra đối với tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ thờng mở

và mở ra đối với tiếp điểm thờng đóng Lò xo nhả bị nén lại

Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng thông sẽ giảm xuống về không, đồngthời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn

bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra Khi tiếp điểm độngtách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa haitiếp điểm Nhờ các vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dậptắt

Chơng III Mạch vòng dẫn điện

A Khái niệm chung.

Trong công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ quan trọng, nó có chứcnăng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng ngắt mạch điện Mạch vòng dẫn điện docác bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thớc hợp thành Đối vớiCông tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính nh sau:

- Thanh dẫn: gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh Thanh dẫn có chứcnăng truyền tải dòng điện

- Dây dẫn mềm:

- Đầu nối: gồm vít và mối hàn

- Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chứcnăng đóng ngắt dòng điện

- Cuộn thổi từ

Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác địnhcác kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện Tiết kiệm và kích thớccủa các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng nh quyết định kích thớccủa Công tắc tơ xoay chiều 3 pha

đồng kéo nguội làm vật liệu thanh dẫn động

Các thông số của đồng kéo nguội:

20 : điện trở suất của vật liệu 200C

: hệ số nhiệt điện trở của vật liệu

: nhiệt độ ổn định của đồng, ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng chophép  = [] = 95 0C

=> 95 = 0,0174 10-3 [(1+4,3 10-3 (95 – 20)] 0,023 10-3 (.mm)

ôd: độ tăng nhiệt ổn định

ôd: =  - mt với mt = 400C là nhiệt độ môi trờng

=>ôd= 95 – 40 = 550C

b=3√652.0 ,023 10−3.1,05

2.5.(5+1).8.10−6.55≈1,97 mm

Vậy ta có:

A = b.n = 2,5 = 10 mm

Để đảm bảo cho thanh dẫn tĩnh có thể chịu đợc phát nóng thì a> atđ (dtd:

đờng kính tiếp điểm)

c Kiểm tra kích thớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn.

d Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch.

Đặc điểm của quá trình ngắn mạch

- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn

- Thời gian tác động nhỏ

Từ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫntănglên rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng Do đó cần phải kiểm tra kh cóngắn mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện chophép không.

Inm = Ibn: dòng điện ngắn mạch hay dòng điện bền nhiệt

tnm = tbn : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt

S : tiết diện thanh dẫn động

Anm = Abn : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt

Ad : hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật

độ dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu đợc ngắn mạch

II Đầu nối.

Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý

dễ bị hỏng nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng

điện lớn và điện áp cao

Có thể chia đầu nối làm hai loại

- Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài

- Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện.

Các yêu cầu đối với mối nối

- Nhiệt độ các mối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mức không

đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và lực ép tiếp xúc

Ftx đủ để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, ít tổn hao công suất

- Khi tiếp xúc mối nối cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòngngắn mạch chạy qua

- Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lợng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định khikhí cụ điện vận hành liên tục

Kết cấu của mối nối gồm có: mối nối có thể tháo rời đợc, không thể tháorời đợc, mối nối kiêm khớp bản lề có dau nối mềm hoặc không có dây nốimềm ở đây ta chọn mối nối có thể tháo rời đợc bằng bu lông

bu lông bằng thép CT3 có đờng kính hệ ren mm M8 x 25

Diện tích bề mặt tiếp xúc: Stx =

I dm j

Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòng điện địnhmức Idm < 200 A thì có thể lấy mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm2

III.Tiếp điểm

1 Nhiệm vụ của tiếp điểm

- Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện

2 Yêu cầu đối với tiếp điểm

- Khi công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi khôngtiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơnnhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm

- Với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động ,dòng ngắt mạch) tiếp

điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt và độ bền điện động Hệ thống tiếp điểm dập

hồ quang phảI có khả năng đóng ngắt cho phép không bé hơn trị số định mức

- Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện tronggiới hạn cho phép , tiếp điểm phảI có độ mòn điện và cơ bé nhất ,độ rung củatiếp điểm không đợc lớn hơn trị số cho phép

3 Vật liệu làm tiếp điểm

Vật liệu làm tiếp điểm cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điệntrở tiếp xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tínhcông nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 65A

Từ bảng 2-13 (TKKCĐHA) ta chọn vật liệu là bạc niken than chì, với các

Kích thớc của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức và kích thớccủa thanh dẫn động hoặc của thanh dẫn tĩnh

Đối với dòng điện định mức Iđm = 65 A

Chiều cao tiếp điểm htđ = 2 mm

4 Lực ép tiếp điểm.

Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độ dàihạn, mà trong chế độ ngắn hạn dòng điện lớn, ép tiếp điểm phải đảm bảo chotiếp điểm không bị xảy ra do lực điện động và không bị hàn dính khi tiếp điểm

bị đẩy và bị rung

- Theo công thức kinh nghiệm

 = 3,9 W/cm 0C – Hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn.

Ttd : nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát nóngdài hạn Ttd = 55 + 273 = 328 0K

333)]

2 =0,187(kg)

Do tiếpd điểm tiếp xúc mặt nên n = 3

Ftđ = Ftđ 1 n= 0,187.3 = 0,561 kg Bảng 2 – 17 (55)

5 Điện trở tiếp điểm.

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm đợc tính theo công thức thực nghiệm 2 –25

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng đẫn diệnchủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệulàm tiếp điểm là không đáng kể so với Rtx ,vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp

điểm sẽ bằng

Utx = Iđm Rtx = 65.3,91.10-4 = 0,0254 V = 25,4 mV

Vậy điện áp nơi tiếp xúc Utx thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúccho phép [Utx ] = 2 30 mV

7 Nhiệt độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc.

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, cótiếp điện không đổi, giả thử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồnnhiệt đặt xa nơi tiếp xúc

Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm

mt : nhiệt độ môi trờng,mt = 40 0C

Rtd, Rtx: điện trở tiếp điểm và điện trở tiếp xúc

D, S: chu vi, diện tích

8 Dòng điện hàn dính.

Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Idm(quá tảikhởi

động, ngắn mạch), nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động dẫn

đến khẳ năng hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và chống hàn dínhgọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động) Độ ổn định nhiệt và ổn định

điện động là các thông số quan trọng đợc biểu thị qua trị số dòng điện hàn dính

Ihd, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra nếu cơ cấu ngắt

có đủ khả năng ngắn tiếp điểm

Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2 – 3(TL1)

Ihdbd = A √f nc.√F td (A)

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

điện Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hóa học, về cơ

và về điện trong đó chủ yếu là do quá trình mòn điện

Khối lợng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là:

gđ + gng = 10-9(Kđ.Id + Kng Ing2)Kkđ

Trong đó:

Kkđ : hệ số đồng đều, đánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm, Kkd

- Độ tĩnh cần phải đủ lớn để có thể dật tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ

mở lớn thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng Tuy nhiên khoảng cách quá lớn sẽ

- Chọn độ lún theo công thức kinh nghiệm với dòng điện Iđm = 65 thì độ lún l = 2,5 mm.

20: điện trở suất của vật liệu ở 200C

: hệ số điện trở của vật liệu

: nhiệt độ ổn định của đồng, ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép  = [] = 950C

=>95= 0,0174.10-3[1+4,3.10-3(95-20)]0,023.10-3 (mm)

ôd: độ tăng nhiệt độ ổn định

ôd = -mt với mt = 400C là nhiệt độ môi trờng.

=> ôd = 95 – 40 = 550C.Vậy ta có:

b=3√ 52.0,023.10−3.1,05

2.7.(7+1).6.10−6.55≈0,27mm

A = b.n = 0,27.7 = 1,7 mm

Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chị đợc phát nóng thì a

> dtd (dtđ : đờng kính tiếp điểm)

Chän lo¹i tiÕp ®iÓm cÇu víi d¹ng tiÕp xóc ®iÓm.

a Chän vËt liÖu tiÕp ®iÓm.

I = 5 A, tra b¶ng 2 – 13 (TL1) cã thÓ chän b¹c kÐo nguéi (CP 999) cã c¸c th«ng sè kü thuËt

Ttd: nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát sóng dài hạn Ttd = 47,63 + 273 = 320,63 0K.

Ttx = tx + 273 = 49,63 + 273 = 322,63 0K

=> F td=5 2 2,3.10−8.π 60.106

16.(380)2 .

1 [arccos(320,63

M’ = m +l – l’ = 4 + 2,5 – 1,5 = 5 mm.

Trong đó m,l là độ mở và độ lún của tiếp điểm chính

h Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm.

Theo công thức 2 – 39 (TL1), biên độ rung sẽ là:

i Độ hao mòn tiếp điểm.

Khối lợng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là

gđ + gng = 10-9 (Kđ.I2 + Kng I2

ng) Kkđ.Trong đó: