Bài giảng kỹ thuật điện - Chương 5 docx

BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Các định nghĩa Rtx: ______________________, thành phần này xuất hiện do tiết diện thực tế dòng điện chảy qua giữa hai tiếp điểm nhỏ hơn bề mặt tiếp xúc và

Trang 1

Các định nghĩa

_: chỗ nối tiếp giáp giữa hai vật dẫn

điện, cho phép dòng điện chảy từ vật dẫn này sang

vật dẫn khác

: các chi tiết thực hiện việc tiếp xúc

điện

_: bề mặt tiếp giáp giữa các tiếp điểm

_: lực ép giữa các tiếp điểm với nhau

nhờ đó các chỗ tiếp xúc bị biến dạng và tạo thành

diện tích tiếp xúc thực tế giữa các tiếp điểm

A-A

I

Trang 2

BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05

Các định nghĩa

Dạng bề mặt tiếp xúc:

- Tiếp xúc điểm: tiếp điểm cầu – cầu, cầu – mặt phẳng

- Tiếp xúc đường: nửa trụ – nửa trụ, nửa trụ – mặt phẳng

- Tiếp xúc mặt: mặt phẳng - mặt phẳng

Các định nghĩa

Điện trở tiếp xúc tổng gồm hai thành phần:

Rbm: điện trở bề mặt, thành phần này xuất hiện do ảnh hưởng của

tạo lớp oxid có điện trở lớn trên bề mặt

tiếp xúc

Đối với các tiếp điểm mới hoặc các tiếp điểm có

thì Rbm=0 do đó:

Trang 3

Các định nghĩa

Rtx: , thành phần này xuất

hiện do tiết diện thực tế dòng điện chảy qua giữa hai

tiếp điểm nhỏ hơn bề mặt tiếp xúc và do

các đường sức dòng điện khi đi qua tiết diện nhỏ này

Tính điện trở tiếp xúc điểm

Xét trường hợp dòng điện chạy qua chỗ tiếp xúc của hai tiếp điểm hình trụ

Giả thiết rằng các tiếp điểm chỉ có một chỗ tiếp xúc và chỗ tiếp xúc đó có hình dạng tròn với bán kính làa:

/

td

Ftđ- lực tiếp điểm

Tiếp điểm một chỗ tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ

Trang 4

Nếu giả thiết kích thước của chỗ tiếp xúc nhỏ hơn rất nhiều so với

kích thước của tiếp điểm ( d>6,5a), điện trở tiếp xúc được xác định

bởi biểu thức (với độ chính xác 5%) :

/

= ρ

tx

ρ: điện trở suất của vật liệu tiếp điểm

a: bán kính bề mặt tiếp xúc thực tế, phụ thuộc vào lực ép

tiếp điểm và vật liệu tiếp điểm

d

/

td

/

= ρ

tx

ρ πσ

Điện trở tiếp xúc sinh ra do sự thắt lại của đường sức dòng điện, tỷ lệ với điện trở suất, căn bậc hai của ứng suất chống dập nát của vật liệu và tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của lực ép tiếp điểm

Nếu sự biến dạng vật liệu tiếp điểm khi chúng va đập và ép chặt vào với

nhau là biến dạng dẻo, thì:

1/ 3

2

tx td

R F

ρ πσ

Trang 5

–

10 -4

Nhôm

–

10 -4

Thép

–

10 -4

Thau

–

10 -4

Chì

0,006

10 -4

Bạc

0,014 – 0,0175

10 -4

Đồng

Hệ số K đối với tiếp điểm dòng điện nhỏ, N 1/2 W

Hệ số K đối với tiếp điểm dòng điện lớn, N 1/2 W

Vật liệu tiếp

điểm

Các giá trị của hệ sốKđối với tiếp điểm có 1 điểm tiếp xúc

Tính điện trở tiếp xúc

Tiếp điểm một điểm tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ

Đối với trường hợp dòng điện lớn, người ta thường sử dụng tiếp điểm mặt có nhiều điểm tiếp xúc

Khi dòng điện đi qua một vài điểm tiếp xúc song song với nhau như vậy, điện trở tiếp xúc của chúng nhỏ hơn nhiều so với trường hợp tiếp điểm một điểm tiếp xúc, ở điều kiện có cùng lực ép tiếp điểm

Số lượng các điểm tiếp xúc tăng lên khi lực ép tiếp điểm tăng, quy luật phụ thuộc này rất phức tạp, điện trở tiếp xúc được biểu diễn bằng phương trình:

/

tx

Chỉ số mũ m thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1

Trang 6

Yêu cầu của điện trở tiếp xúc

Điện trở tiếp xúc nhỏ sao cho nhiệt độ, điện áp tại điểm tiếp xúc nhỏ hơn

nhiệt độ, điện áp mềm hóa của vật liệu tiếp điểm

(θmh)của vật liệu tiếp điểm: nhiệt độ tại đó

bề mặt của vật liệu tiếp điểm bị biến dạng không phục hồi

(Umh)của vật liệu tiếp điểm: điện áp rơi tại

chổ tiếp xúc ứng với nhiệt độ tại điểm tiếp xúc bằng với nhiệt độ mềm

hóa

Yêu cầu của điện trở tiếp xúc

5 4700

-Than chì (grafit)

0,7 1773

0,25 540

Platin

0,13 232

0,07 100

Chì

1,0 3370

0,4 1000

Wolfram

0,15 321

-Cadmidium

0,35 960

0,09 150

Bạc

0,43 1083

0,12 190

Đồng

0,65 1455

0,22 520

Nickel

0,6 1530

0,21 500

Sắt

0,3 658

0,1 150

Nhôm

Unc(v)

θnc(°C)

Umh(V)

θmh(°C) Vật liệu

Trang 7

Vật liệu tiếp xúc điện

1- Độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao

2- Bền vững đối với sự ăn mòn trong không khí và trong các môi trường khí khác

3- Bền vững đối với sự oxy hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm

4- Có độ cứng vừa phải để giảm giá trị lực ép tiếp điểm

5- Có độ cứng vừa phải để giảm độ mài mòn cơ khí do phải đóng ngắt

thường xuyên

6- Có độ bền chống hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy cao)

7- Có giá trị dòng điện và điện áp duy trì hồ quang cao

8- Dễ gia công, giá thành hạ

Các yêu cầu đối với vật liệu tiếp điểm:

-Ưu điểm:

độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao

tương đối cứng, cho phép tác động đóng ngắt thường xuyên

Io, Uoduy trì hồ quang tương đối lớn

công nghệ đơn giản, giá thành hạ

-Nhược điểm:

nhiệt độ nóng chảy thấp,

dễ hình thành lớp phủ oxy hóa bền vững, có điện trở suất lớn

Ỉcần phải tạo ra lực ép tiếp điểm tương đối lớn

Khắc phục: phủ một lớpbạc, thiếcbằng phương pháp điện phân, có bề dày khoảng 20 – 30μm

độ bền hồ quang kém Ỉ không nên sử dụng trong các thiết bị đóng ngắt các dòng điện lớn và có tần số đóng ngắt lớn

Trang 8

-Ưu điểm:

độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối lớn

trọng lượng riêng nhẹ vào khoảng 30% so với đồng

_

-Nhược điểm:

dễ hình thành lớp oxy hóa bền vững và có điện trở suất lớn

độ bền hồ quang kém (nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn so với của đồng và bạc nhiều)

độ bền cơ rất thấp

thường xảy ra hiệu ứng ăn mòn điện hóa mạnh khi tiếp xúc với đồng, vì vậy khi tiếp xúc với đồng, nhôm thường sử dụng mối nối đồng-nhômhoặc cả hai vật liệu này đều được phủ một lớpthiếc

Nhôm và các hợp kim của nó (Duranium, ) được ứng dụng chủ yếu làm các thanh dẫn và các chi tiết kết cấu trong thiết bị

-Ưu điểm:

Wolfram có độ bền hồ quang cao, độ bền chống ăn mòn cao

Độ cứng cao của Wolfram cho phép ứng dụng nó vào trong các thiết bị có tần số đóng cắt cao

-Nhược điểm:

Điện trở suất lớn, độ dẫn điện thấp

Hình thành lớp oxy hóa và sulfit hóa bề mặt bền vững

Do có độ bền cơ lớn và lớp oxy hóa nên các tiếp điểm làm từ Wolfram

cần phải có lực ép tiếp điểm lớn

Trang 9

Các vật liệu, có tính chất mong muốn trội được kết hợp với nhau qua phương _Các tính chất vật lý của vật liệu thành phần bên trong vật liệu kim loại gốm được bảo toàn

bột kim loại Ỉ kết dính Ỉ ép, thiêu kết ở áp suất cao và nhiệt độ cao

Ví dụ: tính chịu đựng hồ quang trong vật liệu kim loại gốm là do các thành phần wolfram hoặc molibden, giá trị điện trở tiếp xúc nhỏ do thành phần bạc hoặc đồng

Nhận xét: không một vật liệu nào trong số đó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đối với vật liệu tiếp điểm

Vật liệu tiếp xúc điện Tính chất và thành phần của một vài kim loại gốm thường gặp của Nga

170 – 200 0,07

13800 Đồng, wolfram, nickel

KMK – B 21

120 – 150 0,06

12100 Đồng, wolfram, nickel

KMK – B 20

170 – 210 0,045

15000 Bạc, wolfram, nickel

KMK – A 61

120 – 160 0,041

13500 Bạc, wolfram, nickel

KMK – A 60

60 – 80 0,032

9500 Bạc, nickel

KMK – A 31

45 – 60 0,025

9500 Bạc, oxyde đồng

KMK – A 20

45 – 75 0,030

9700 Bạc, oxyde cadmium

KMK – 10 A

Độ cứng Brinel N/m 2

Điện trở suất

mΩ m

Trọng lượng riêng Kg/m 3

Các thành phần chính Mã hiệu

vật liệu

Trang 10

Kết cấu tiếp xúc điện cố định

Tiếp xúc cố định: nối cứng

- nối các thanh dẫn, nối cable

- các đầu nối cung cấp điện cho các thiết bị điện hoặc phụ tải điện,

Ỉthường nối bằng bù-lông

Các thanh dẫn bằng đồng trước hết phải được xử lý làm sạch bề mặt hoặc phải xi mạ bạc hoặc thiếc

Đối với vật liệu mềm như nhôm, mối nối bằng bù-lông thường là không tin cậy Ỉ dùng phương pháp hàn

Kết cấu tiếp xúc điện cố định

2500 Nhôm

600 – 1200 Đồng thau

500 – 1000 Đồng đỏ

Áp lực, 10 1 Pa Vật liệu tiếp xúc điện

Số liệu về áp lực cần thiết đối với các mối nối bù-lông

1 pascal (Pa) = 1 N/m2 = 1 J/m3 = 1 kg·m–1·s–2

Trang 11

Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt

Lực ép tiếp điểm được thực hiện nhờ lò xo

m

_của tiếp điểm là khoảng cách giữa hai tiếp điểm ở trạng thái ngắt Độ mở càng lớn thì hồ quang càng dễ bị dập tắt

_của tiếp điểm là đoạn chuyển dời thêm của cơ cấu

truyền động tới vị trí ổn định sau khi tiếp điểm động đã tiếp xúc với tiếp

điểm tỉnh

Ỉtiếp điểm tự ổn định: tiếp điểm có khả năng tự ổn định bề mặt tiếp

xúc để có thể có số lượng điểm tiếp xúc lớn nhất

m

Trang 12

sạch do không thể tạo ra tác động trượt giữa các tiếp điểm sau khi chúng chạm nhau

Không nên sử dụng đồng làmvật liệu tiếp điểm

Hệ thống tiếp điểm ngón, được sử dụng trong các contactor có tiếp điểm bằng đồng: tay đòn 4 được nối với nắp của nam châm điện

Vị trí I: tiếp điểm ở vị trí ngắt

Vị trí II: tiếp điểm vừa chạm nhau

Vị trí III: tiếp điểm động 2 tiếp tục chuyển động thêm nữa, điểm tiếp xúc di chuyển thêm đến vị trí ổn định Sự chuyển động kết thúc sau khi tiếp điểm 2 đã trượt lên trên tiếp điểm 1, nhờ đó lớp oxy hóa bề mặt trên các tiếp điểm bị phá hủy

Có thể phân biệt hai phần trên tiếp điểm: một phần luôn xảy ra sự cháy hồ

Trang 13

Tiếp điểm hồ quang hay sừng dập hồ quang:

Khi dòng điện định mức qua tiếp điểm chính 1 – 1’ và hai tiếp điểm hồ quang 2 – 2’ Các tiếp điểm chính được phủ một lớp bạc mỏng bằng phương pháp điện phân (khoảng 20 μm)

Các tiếp điểm hồ quang được chế tạo từ đồng được phủ một lớp vật liệu có tính chịu hồ quang tốt wolfram hoặc kim loại gốm

Tiếp xúc trượt

Tiếp xúc trượt: bề mặt tiếp xúc của vật dẫn điện này di chuyển trên bề mặt tiếp xúc của vật dẫn kia

Ví dụ: chổi than trượt trên vành góp trong máy điện, variac,…

Trang 14

Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện

Đóng mạch điện

Khi 2 tiếp điểm chạm nhau Ỉ sự va đập Ỉ sự rung tiếp điểm khi

đóng Ỉ hồ quang phát sinh nhiều lần Ỉ ăn mòn tiếp điểm

Hai thông số đánh giá sự rung tiếp điểm khi đóng:

- Xm:biên độ rung tiếp điểm ở lần bật ra thứ nhất

- tm: thời gian rung tiếp điểm tương ứng

Đóng mạch điện

Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng

- Nén trước lò xo tiếp điểm khi các tiếp điểm còn đang ở trạng thái

mở

Tại thời điểm tiếp điểm tiếp xúc với nhau lực ép tiếp điểm tăng lên

không phải từ giá trị zéro mà từ _ Khi lực ép

ban đầu tăng lên, sự rung tiếp điểm giảm đi đáng kể Tuy vậy khi lực

ép ban đầu tăng lên một cách đáng kể, sẽ làm cho sự rung tiếp điểm

tăng lên

- Tăng độ cứng của lò xo tiếp điểm Ỉ độ rung tiếp điểm giảm

Biện pháp này kém hiệu quả hơn so với biện pháp làm thay đổi độ

nén ban đầu của lò xo tiếp điểm

- Giảm động năng của hệ thống truyền động

Trang 15

Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Đóng mạch điện

Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng

- Giảm động năng của hệ thống truyền động

Động năng của hệ thống tỷ lệ với diện tích giới

hạn S giữa đặc tính lực hút điện từ của nam

châm điện trong hệ thống truyền động và đặc

tính phản lực

Diện tíchS càng nhỏ động năng của hệ thống

càng giảm, dẫn đến hệ thống ít bị rung hơn

: đặc tính lực hút điện từ

: đặc tính phản lực

Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Dòng điện định mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Điều kiện tính lực ép tiếp điểm:

.

≤ <

tx txcf mem hoa

Khi biết vật liệu TĐ Ỉ U mềm hoáỈUtxcfỈRtx=Utxcf/Iđm

Trang 16

Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Tính lực ép tiếp điểm từ công thức:

/

tx

Hoặc sử dụng công thức 5.12, 5.13 sách KTĐ I

Dòng điện định mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Kiểm tra chế độ làm việc sự cố khi tiếp điểm ở trạng thái đóng

Các tính toán thực tế thường phải dùng tới các số liệu thí nghiệm, có liên

quan trực tiếp tới dòng điện hàn dính và lực ép tiếp điểm Ỉ có thể sử dụng công thức thực nghiệm của Butkewich để tính toán độ bền điện động của

tiếp điểm:

≤

I, A- dòng điện bền điện động (thường lấy giá trị biên độ dòng điện xung kích)

F- lực ép tiếp điểm

Giá trị của hệ sốKđược cho trong bảng

Trang 17

Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng

Kiểm tra chế độ làm việc sự cố khi tiếp điểm ở trạng thái đóng I ≤ K F

1900 Đồng – Đồng

Tiếp điểm hoa huệ (trên một phần tử)

1740 Đồng – Thau

Tiếp điểm hoa huệ (trên một phần tử)

1820 Đồng – Thau

Tiếp điểm ngón - Tự ổn định

1600 Thau

Tiếp điểm ngón - Không tự ổn định

1520 Thau – Thép

1200 Thau – Đồng

1300 Đồng – Đồng

950 – 1270 Đồng – Thau

Tiếp xúc điểm

K,A/N 1/2

Vật liệu Dạng tiếp điểm

Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Quá trình ngắt mạch điện

Khi tiếp điểm tách rời nhau Ỉ hồ quang xuất hiện Ỉ gây ra _

Ngoài ra còn xảy ra:

- _do hiện tượng oxy hóa, tạo ra lớp oxy hóa bề mặt vật liệu

- do vật chất được vận chuyển từ điện cực này sang điện cực khác, thường xảy ra mạnh ở dòng điện một chiều

Sự ăn mòn làm cho khối lượng và thể tích tiếp điểm bị giảm đi

Trang 18

Quá trình ngắt mạch điện

Khi dòng điện I>5A độ ăn mòn của tiếp điểm có thể được tính theo công thức:

Q = 10 K N I

Q- độ mòn tiếp điểm

N - số lần đóng ngắt

Io- dòng điện ngắt, A

Ki- hệ số thực nghiệm

Quá trình ngắt mạch điện

Các biện pháp chống lại sự ăn mòn tiếp điểm

1- Giảm thời gian cháy hồ quang bằng cách lắp đặt buồng dập hồ quang 2- Giảm rung khi đóng

3- Sử dụng các tiếp điểm có tính chống hồ quang cao

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	269,68 KB