Nghiên cứu và thiết kế công tắc tơ nâng cao tính năng tự động hóa an toàn

Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp – nông nghiệp, việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ thuật là rất quan trọng.

lời nói đầu

Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp – nông nghiệp, việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ thuật là rất quan trọng Chính nhờ sự ứng dụng đó

mà thúc đẩy nền kinh tế cho mỗi quốc gia và trên toàn thế giới, đồng thời chúng góp một phần không nhỏ vào việc tăng năng xuất lao động, phục vụ đời sống, sinh hoạt hàng ngày của con người, không những thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trường không có lợi cho con người và làm việc với tính chính xác cao

Để dảm bảo an toàn cho tính mạng con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh tổn thất kinh tế, cộng với sự phát triển như vũ bão của nền công nghiệp thì khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng luôn đi theo sự phát triển của công nghệ

Ngày nay các khí cụ điện hiện đại được sản suất ra phải đảm bảo tính năng an toàn và

tự động hóa cao, trong đó công tắc tơ không nằm ngoài khả năng an toàn và tự động hóa, điều khiển các quy trình sản suất Chính vì vậy vai trò cần thiết của sự nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là đặc biệt quan trọng nhằm nâng cao tính năng tự động hóa an toàn khi vận hành và tuổi thọ của chúng không ngừng được cải thiện hơn

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy trong nhóm khí cụ điện Đặc biệt là sự

hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Đức, em đã hoàn thành đượcbài tập dài, với đề tài

thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha.Do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian hạn chế nên bản thiết kế không tránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội 09/6/2007

Sinh viên:

Sơ lược về công tắc tơ xoay chiều

1 Khái quát và công dụng.

Công tắc tơ xoay chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa hoặc bằng nút

ấn các mạch điện lực có phụ tải

Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều, nam châm điện của

nó là nam châm điện xoay chiều, nhưng cũng có trường hợp nam châm điện là nam châm điện một chiều

Theo nguyên tắc truyền động, ta có công tắc tơ kiểu hơi ép, kiểu thủy lực nhưng phần lớn các khí cụ điện hiện nay hay các công tắc tơ hiện nay thường được chế tạo theo kiểu điện từ

Công tắc tơ xoay chiều có các bộ phận chính sau:

- Mạch vòng dẫn điện (gồm đầu nối, thanh dẫn và 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

2 Yêu cầu chung đối với công tắc tơ xoay chiều

a Yêu cầu về kĩ thuật

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

- 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 cực đại, kéo dài và trong điều kiện của môi trường xung quanh ( như mưa, bụi ), cũng như khi có điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra

- Độ bền cơ và tính chịu mài mòn của các bộ phận KCĐ trong thời gian giới hạn số lần thao tác thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và sự cố

- Đảm bảo khả năng đóng ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện của các chi tiết, bộ phận

b Yêu cầu về vận hành

- Có độ tin cậy cao

- Có tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

- Đơn giản trong chế tạo, dễ thao tác, thay thế và sửa chữa

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

c Yêu cầu kinh tế xã hội

- Giá thành hạ

- Tạo điều kiện để dễ dàng thuận tiện cho người vận hành

- Đảm bảo an toàn trong lắp giáp và sửa chữa

- Có hình dánh và kết cấu phù hợp , đẹp

- Vốn đầu tư cho chế tạo và lắp giáp ít

3 Nguyên lý làm việc và kết cấu trung của công tắc tơ xoay chiều

Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận: cuộn dây và mạch từ và được phân thành nhiều loại như công tắc tơ kiểu điện từ hút chập, công tắc tơ kiểu điện từ kiểu hút ống dây và công tắc tơ kiểu hút ống thẳng

Tất cả các công tắc tơ trên đều làm việc theo nguyên lý điện từ gồm mạch từ dùng để dẫn từ nó là những lá thép kĩ thuật điện được dập thành chữ E hoặc chữ U và được ghép lại với nhau Mạch từ được chia làm hai phần: một phần được kẹp chặt cố định, phần còn lại là nắp được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.Cuộn dây hút có điện trở và điện kháng rất bé

Khi ta đặt điện áp váo hai đầu cuộn dây của nam châm điện sẽ có dòng điện chạy trong cuộn dây, cuộn dây sẽ sinh ra từ thông khép mạch qua lõi sắt và khe hở không khí δ tạo lực hút điện từ kéo nắp (phần ứng) về phía lõi Khi cắt điện áp (dòng điện ) trong cuộn dây thì lực hút điện từ không còn nữa và nắp bị nhả ra

yêu cầu thiết kế

Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

- Tiếp điểm chính : Iđm = 100 A ; Uđm = 400V

- Số lượng : 3 tiếp điểm thường mở

- Tiếp điểm phụ : Iđm = 5 A ; Uđm = 220V

- Số lượng : 2 thường mở; 2 thường đóng

- Nam châm điện : Uđm = 380V ; f = 50Hz

- Tần số thao tác : 350 lần đóng cắt/giờ

- Tuổi thọ : cơ :100.000 ; điện : 1.000.000 lần đóng cắt

- Làm việc liên tục : cách điện cấp A

-nội dung thiết kế

PHẦN 1 CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 1.1 Lựa chọn nam châm điện

Dựa vào số lần thao tác trong một giờ ta phân biệt được chế độ làm việc của công tắc

tơ điện xoay chiều ba pha nói trên, làm việc ở chế độ làm việc nhẹ

Công tắc tơ xoay chiều dùng nam châm điện có mạc từ hình chữ E hoặc chữ U có nắp quay quanh trụ hoặc chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống dây, chuyển động kiểu hút thẳng, kiểu quay trên một cạnh và có phần ứng nằm ngoài cuộn dây, phấn ứng chuyển động trong lòng ống dây hoặc một phần ống dây

Qua phân tích ưu nhược điểm của các loại NCĐ đã có sẵn Ta chọn NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây

Loại kết cấu này có nắp và phần động chuyển động tịnh tiến, phương chuyển động trùng với phương tác dụng của các lực Đồng thời cho đặc tính lực hút tương đối lớn, hành trình chuyển động nhanh, thời gian chuyển động ngắn Từ thông rò không sinh ra lực từ phụ

Tuy nhiên đi cùng với những ưu điểm thì NCĐ có kết cấu trên còn có mặt hạn chế là:

Có bội số dòng điện lớn so với các mạch từ khác nên không thể dùng trong các chế độ làm việc nặng và trung bình Lực lò xo nhỏ, công suất nhỏ

Việc dùng kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng, có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây hoàn toàn phù hợp với công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ có chế độ làm việc nhẹ

1.2 Lựa chọn hệ thống tiếp điểm chính và hệ thống tiếp điểm phụ.

Với yêu cầu thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha có tần số đóng cắt bằng cơ = 100.000 lần, đóng cắt bằng điện = 1.000.000 lần Nên các tiếp điểm phải có độ mài mòn về điện và cơ Qua phân tích và khảo sát các loại tiếp điểm (như tiếp điểm kiểu ngón, tiếp điểm lưỡi, tiếp điểm kiểu tấm phẳng ) chọn tiếp điểm kiểu cầu phù hợp với NCĐ kiểu hút thẳng với dòng điện đi qua tiếp điểm chính Iđm = 100A

Tiếp điểm cầu có hai chỗ ngắt có ưu điểm là khả năng ngắt lớn không cần dây nối mềm, có khả năng làm xạch nơi tiếp xúc, chiếm ít không gian Ngoài ra việc dập hồ quang được đảm bảo.

1.3 Lựa chọn sơ bộ hệ thống dập hồ quang.

Chọn kiểu dập hồ quang là kiểu dàn dập, mỗi chi tiết tiếp điểm sẽ có một buồng dập

hồ quang riêng

1.4 Ngoài ra còn có các chi tiết khác như lò xo, thanh dẫn và các chi tiết khác Những chi

tiết này sẽ được tính toán chi tiết, cụ thể ở các phần sau

1.5 Thành lập sơ đồ nối dây.

1 Giá phần động 2 Lò xo tiếp điểm

3 Tiếp điểm động 4 Tiếp điểm tĩnh

5 Lắp NCĐ 6 Lò xo nhả

7 Thân (lõi) NCĐ 8 Cữ chặn

m _ Độ mở của tiếp điểm l _ Độ lún của tiếp điểm

δ _Khe hở không khí Flxtđ _ Lực lò xo tiếp điểm

Ftđ _ Lực ép tiếp điểm Flxnh _ Lực lò xo nhả

Fđt _Lực hut điện từ G _ Trọng lượng

PHẦN 2 TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 2.1 Khái niệm về mạch vòng dẫn điện.

Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu

và kích thước hợp thành Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh )

1

3 2

Hình 3

1_Phần đầu nối; 2_Thanh dẫn; 3_Tiếp điểm

2.2 Yêu cầu đối với mạch cầu dẫn điện.

- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt

- Bền đối với môi trường

- Có độ cứng vững tốt

- Tổn hao đồng nhỏ

- Có thể làm việc được trong một khoảng thời gian ngắn khi sự cố

- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp

2.3 Tính toán và chọn thanh dẫn

2.3.1 Yêu cấu đối với thanh dẫn.

- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt

Để thỏa mãn các yêu cầu đối với thanh dẫn Chọn vật liệu làm thanh dẫn là thanh dẫn

bằng đồng kéo nguội có(bảng 2-22 trang 82) :

a b S b

l

a _ Chiều rộng thanh dẫn (mm); b _ Chiều dày thanh dẫn (mm)

l _ Chiều dài thanh dẫn (mm); S _ Tiết diện của thanh dẫn (mm)

2.3.4 Kích thước thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn.

- Bề dày thanh dẫn được xác định:

b = 3

2

).

1 ( 2

.

od T

f c K n n

K I

τ

ρθ

+

Trong đó:

I - Dòng điện làm việc (A)

ρθ- Điện trở suất vật liệu ở nhiệt độ ổn định (Ω.m)

Kf - Hệ số tổn hao đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần: Chọn Kf =1,06

20o C Ωm

= θ

ρ - Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ θ =20o C

α (1/oC) - Hệ số nhiệt điện trở của đồng αCu = 0,0043

θôđ (oC) -Nhiệt độ ổn định θôđ = 95oC (Bảng 6_1 trang 288 TKKCĐHA)Vậy:

[1 15.10 75] 3,118.10 ( )10

1 7 ( 7 2

04 , 1 10 118 , 3 100

3

8 2

mm

mm ≈

= +

1 7 ( 7 2

06 , 1 10 1 , 2 5

3

8 2

mm

= +

−

a = 7.0,23 = 1,61(mm)

Để phù hợp từ bảng 2_15 trang 51 TKKCĐHA với Idm = 5A chọn đường kính tiếp

điểm d td = 20 mm;h td =3,0(mm)nên ta phải quy đổi :

314 , 159 ( )

4

mm b

a d

=

= Π

Chọn a td =17(mm) từ đó ta có: a td =a td +2=19(mm)

b td =19(mm)

2.3.5 Tính toán và kiểm tra thanh dẫn.

Quá trình kiểm tra nhằm xác định xem với tiết diện tính toán và lựa chọn có đảm bảo

được độ tăng nhiệt và nhiệt độ ổn định cho phép khi thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn hay

không, Đồng thời kiểm tra xem thanh dẫn ( với thiết diện không đổi ) có làm việc hay làm

việc trong khoảng thời gian là bao lâu và khả năng quá tải là bao nhiêu ở chế độ không ổn

định nhiệt (gồm chế độ ngắn hạn , chế độ ngắn mạch ) mà thanh dẫn không bị biến dạng hay

tính chất của vật liệu làm thanh dẫn vẫn ở điều kiện cho phép

a Kiểm tra khi làm việc ở chế độ dài hạn.

- Kiểm tra độ tăng nhiệt độ:

3 8

2 3

6

3 6

8 2

2 0

2

10.15.10.154,1.1007.10.42.10.38

7.40.10.42.10.3804,1.10.154,1.100

t T

t mt t

od

K I

K P S K

K P S K I

ρα

θρ

τ

≈ 60 , 49o C

- Mật độ dòng điện ở chế độ dài hạn:

)/(4)

/(10.632.210.38

b Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch.

Độ bền nhiệt của KCĐ là tính chất chịu được sự tác dụng nhiệt của dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch nó được đặc trưng bằng dòng bền nhiệt là dòng điện mà ở đó thanh dẫn chưa bị biến dạng

Để thuận tịên cho việc đánh giá ta xét giới hạn cho phép của dòng điện và mật độ dòng điện bền nhiệt của thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch

tnm = 1sec; tnm = 3sec; tnm = 10sec;

Với điều kiện θôđ = 95oC

Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch θbn = 300oC

Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt được xác định theo công thức :

bn

d bn nm

bn

t

A A J

Với :

tbn= tnm – Thời gian ngắn mạch(sec)

Ad; Abn= Anm – Giá trị giới hạn dưới và giới hạn trên là nhiệt độ vật dẫn ban đầu và sau khi ngắn mạch là θd và θbn (A 2 S/mm 4 )

Theo (Hình 6_6 trang 313 TKKCĐHA) ta có : Aθnm=3,875.104(A2S/mm4)

Aθ=1,625.104(A2S/mm4)

- Mật độ dòng điện khi ở tnm = 1 sec:

) / ( 150 1

10 ).

625 , 1 875 , 3

Có J1cp = 162(A/mm2)(bảng 6-7 trang 305 TKKCĐHA)

- Mật độ dòng điện khi ở tnm = 3 sec:

) / ( 6 , 86 3

10 ).

625 , 1 875 , 3

Có J3cp = 94(A/mm2)(bảng 6-7 trang 305 TKKCĐHA)

- Mật độ dòng điện khi ở tnm = 10 sec:

) / ( 51 ) / ( 4 , 47 10

10 ).

625 , 1 875 , 3

Riêng ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn có kích thước nói trên chỉ cho phép làm việc tối

đa ở thời gian ngắn mạch là 10 sec (Bởi khi làm việc với thời gian ngắn mạch tnm ≥10 sec mật

độ dòng điện bền nhiệt lớn hơn mật độ dòng bền nhiệt cho phép, không đảm bảo khả năng an toàn)

2.4 đầu nối.

2.4.1 Khái niệm và nhiệm vụ.

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 Đầu nối gồm, các đầu cực để nối nối với dây dẫn bên ngoài và nối với các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện

Đầu nối làm nhiệm vụ liên kết mạch ngoài với mạch vòng dẫn điện, đồng thời làm nhiệm vụ liên kết các chi tiết của mạch vòng dẫn điện

2.4.2 Yêu cầu.

- Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức không được tăng quá dòng điện cho phép, do đó mối nối phải có kích thước và lực ép tiếp xúc Ftx đủ để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, tổn hao công suất bé.

- Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua

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

Theo số liệu thực nghiệm (Bảng 2_9 và Bảng 2_10 trang 32-33 TKKCĐHA)

- Đối với dòng Iđm = 100 A Chọn vít có đường kính ren d = 5 mm có các thông số:

- Ký hiệu M8

- Tiết diện tính toán (mm2)

- Lực ép cần có lên chỗ tiếp xúc để đạt điện trở tiếp xúc và điện áp tiếp xúc cho phép là:

Ftx = ftx.Stx

Với :

ftx (KG/cm2) - Lực ép riêng mối nối Chọn ftx = 100 KG/cm2

Stx (cm2) - Diện tích mặt tiếp xúc Chọn J = 0,31A/mm2

) ( 322 31 , 0

mm J

I

S tx

tx = = =

Vậy: Ftx = ftx.Stx = 100.322 =3,22(KN) ≤ 4 , 2 (KN)

Với: Ktx = 0,14.10-3(Ωm) hệ số phụ thuộc vào điện trở suất và ứng suất của

vật liệu, đồng thời phụ thuộc vào trạng thái mặt tiếp xúc Đối với tiếp xúc mặt: m =

1(trang 55 TKKCĐHA)

)(10.26,410.22,3.102,0

10.14,0)

.02,1(

7 3

tx tx

F K R

-Điện áp tiếp xúc:

) ( 10 26 , 4 2610 , 4 100

H×nh 5: KÕt cÊu vÝt

2.5 Tiếp điểm.

2.5.1 Khái niệm và các yêu cầu chung về tiếp điểm.

Tiếp điểm dùng để dẫn dòng, đồng thời thực hiện chức năng đóng ngắt của các khí cụ điện đóng ngắt

Yêu cầu

- Khi khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm

- Với dòng điện lớn cho phép ( dòng khởi động, dòng ngắn mạch ), tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động

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

2.5.2 Chọn dạng kết cấu hệ thống tiếp điểm chính (I đm = 100A).

Chọn tiếp điểm kiểu cầu, có hai chỗ ngắt Loại này có ưu điểm khả năng ngắt lớn, không cần dây dẫn mềm, làm sạch nơi tiếp xúc khi đóng ngắt, chiếm ít không gian, việc dậm

hồ quang được đảm bảo

1_ Lò xo tiếp điểm 4_ Tiếp điểm tĩnh

2_ Cữ chặn 5_ Giá tiếp điểm động

3_ Tiếp điểm động 6_ Giá tiếp điểm tĩnh

l, h, D_ độ lún , chiều cao, đường kính của tiếp điểm

m_ Độ mở tiếp điểm

2.5.3 Chọn vật liệu và kích thước tiếp điểm

a Chọn vật liệu.

Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé, ít bị

ăn mòn, ít bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 100A

Từ bảng 2-13 ( TKKCĐHA ) ta chọn vật liêu là bạc niken than chì, với các thông số kỹ thuật sau:

b Kích thước tiếp điểm

Để phù hợp với chiều rộng, bề dày thanh dẫn và giá trị dòng điện định mức, kết cấu tiếp điểm kiểu cầu, hai cỗ ngắt, và tần số đóng ngắt dòng điện là 350 lần/giờ

Kích thước tiếp điểm hình trụ và tấm ốp tiếp điểm được lấy theo (Bảng 2-15 trang 51 KKCĐHA)

Tiếp điểm chính :Chiều cao h = 2mm; chiêu rộng a = 17mm; chiều dài b = 19mm Diện tích S =17 19 = 323mm2; P = 2.(17+19) =72mm

hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và rung

- Lực ép lên hệ thống tiếp điểm chính:

- Lực ép tiếp điểm lên một chỗ ngắt (tiếp điểm cầu) được xác định theo công thức kinh nghiệm:

Ftđ1 = 2 2

2

) arccos(

1

16

.

B dm

T T

H A I

λπ

Trong đó :

- A=2,3.10 -8 (V/ OC) : hằng số Loen.

- HB : độ cứng Britnel của tiếp điểm

HB = 45 kG/mm2

- λ = 3,9 W/cm.OC - hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn

- Ttd : nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát nóng

dài hạn T td = 55 + 273 = 328 O K

- Ttx = θtd +8 + 273 = 336 OK

⇒ Ftđ1 =

337 , 0 ) 8 273 61

273 61 arccos(

1

) 325 0 , 0 (

16

50 10 3 , 2

b Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm.

- Đối với tiếp điểm chính:

- Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi chưa bị phát nóng(20oC) :

m tdc

tx C

K

R o

) 02 , 1 (

Trong đó:

Ktx- Hệ số phụ thuộc vào điện trở suất và ứng suất của vật liệu, đồng thời phụ thuộc vào trạng thái mặt tiếp xúc Đối với tiếp xúc điểm (Đồng- Đồng), từ bảng trang 58 TKKCĐHA chọn Ktx =0,2.10-3(Ω.N)

m – Hệ số dạng bề mặt tiếp xúc Đối với tiếp xúc điểm m = 0,5.

Vậy ta có :

- Điện trở tiếp xúc khi chưa phát nóng (20oC)

) ( 10 94 , 1 ) 11 , 10 1 , 0 (

10 2 ,

1 3

C

tx o

R

- Điện trở tiếp xúc khi làm việc ở chế độ phát nóng cho phép:

d Nhiệt độ của tiếp điểm:

Sự tăng nhiệt độ của tiếp điểm chủ yếu là khi có dòng điện lớn đi qua Nên ở đây ta chỉ tính cho hệ thống tiếp điểm chính làm việc ở Iđm = 40 A

Nhiệt độ tiếp điểm được xác định theo công thức sau:

mt

td θ

t td td dm T

C tx dm

K P S

I K

PS

R

.

.

- θmt- Nhiệt độ của môi trường xung quanh = 40 o C

-λ- Hệ dẫn nhiệt của vật liệu tiếp điểm = 3,25 (W/cmo C)

- P- Chu vi tiếp điểm P = 2.3,14.7= 4,4 cm

- S – Tiết diện bề mặt tiếp điểm S = 3,14.72=1,54 (cm2)Vậy nhiệt độ tiếp điểm:

θtđ = 40 + 100 .3233,5..1010 .(.721 .100,0035.7 .75)

7 10 72 10 323 325

10 28 , 2 100

8 2

3 6

4 2

10.5,3.325.8

)10.28,2.(

100626

,52

.8

8

2 4 2

2 2

++

=+

θ

ρλθ

td tx

R I

θtx = 52 , 626 + 4 , 524 = 57 , 15

2.5.7 Dòng điện hàn dính:

Theo công thức lý thuyết 2-33 và 2-34:

td nc

Trong đó:

A=

) 3

2 1 (

.

) 3

1 1 (

32

0

B

nc nc

π

ϑ α ϑ

λ

+ +

8 8

20 0035 , 0 1

10 5 ,

= +

=

ρ

3 8

) 1300 0035 , 0 3

2 1 (

10 271 , 3 10 65

) 1300 0035 , 0 3

1 1 (

1300 325 32

= +

F

K v

m x

2.

3

) 1(

= ∑-Thời gian rung:

tdd

v do

d

K v

m t

.3

1

) (

1 , 0 ) ( 100 10

10 100

m KGs N

g

m I g

G

m d dm c

vđo - Vận tốc tiếp điểm tại thời điểm va đập Chọn vđo =0,1m/sec

Kv - Hệ số va đập phụ thuộc vào tính dần hồi của vật liệu

Đối với đồng Kv = 0,9 (Trang 72)

F tdd - lực ép tiếp điểm tại thời điểm va đập ban đầu

tdc

F = ( 0 , 4 : 0 , 6 ) chọn F tdd = 0 , 6 F tdc

) ( 6396 , 3 011 , 1 6 6 ,

F tdd = =

Vậy:

) ( 10 458 , 0 6396

, 3 2 3

) 9 , 0 1 ( 1 , 0 1 ,

m

) ( 10 58 , 0 6396

, 3 3

9 , 0 1 1 , 0 1 , 0

ms

Sự rung ( khoảng cách rung và thời gian rung ) nằm trong giới hạn cho phép

2.5.9 Sự mòn của tiếp điểm

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

Sự mòn tiếp điểm thể hiện qua việc giảm độ lún, giảm kích thước của tiếp điểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích của kim loại tiếp điểm

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

cơ, Nhưng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn về điện

- Khối lượng mòn trung bình của tiếp điểm cho một lần đóng ngắt:

gđ + gng =10-9(Kđ.Iđ + Kng.Ing2)Kkđ

Với:

Iđ - Dòng điện khi đóng tiếp điểm Chọn Iđ = 6.Iđm(A)

Ing - Dòng điện khi ngắt tiếp điểm Chọn Ing = 8.Iđm(A)

Kđ, Kng(g/A) Hệ số mòn khi đóng và ngắt Chọn Kđ = Kng= 0,01 (Từ bảng 2-21 trang 40 TKKCĐHA)

Kkđ - Hệ số không đồng đều dánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm Theo quy định ở các khí cụ điện xoay chiều 3 pha Độ mòn lớn nhất được lấy bằng 2 lần độ mòn trung bình.

γtđ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm(bạc) = 8,7.10-3(g/mm3)

Vtđ - Thể tích của tiếp điểm

) ( 646 2 19 17

a

V td = = =

a – chiều dài tiếp điểm

b – chiều rộng tiếp điểm

h – Chiều cao của tiếp điểm

Chiều rộng a(mm) 17Chiều cao h(mm) 2Lực ép tiếp điểm đầu Ftdd(N) 36,96Lực ép tiếp điểm cuối Ftdc(N) 60,66

So sánh với các trị số cho phép:

- Điện áp tiếp xúc cho phép Utxcp= 2÷30mV

- Nhiệt độ hóa mềm cho phép đối với đồng θcphm= 190oC(bảng 2-18)

- Nhiệt độ hóa mềm cho phép đối với bạc θcphm= 180oC(bảng 2-18)

- Nhiệt độ làm việc của tiếp điểm cho phép θtđcp= 950C(bảng 6-1)

- Tổng thời gian rung cho phép đối với công tắc tơ tΣ = 0,3 ms

Với kích thước và kết cấu lựa chọn trên tiếp điểm hoàn toàn có khả năng làm việc tốt

PHẦN 3 TÍNH TOÁN LÒ XO 3.1 Khái niệm chung.

Lò xo là một bộ phận quan trọng của công tắc tơ có nhiệm vụ tạo lực ép lên tiếp điểm (Đối với lò xo tiếp điểm ), tạo lực ngắt cơ cấu trong quá trình ngắt của cơ cấu ( Lò xo nhả )

Yêu cầu đối với lò xo tiếp điểm và lò xo nhả:

- Có độ đàn hồi phù hợp

- Có đặc tính cơ ổn định theo thời gian

- Có khả năng bền về cơ

- Không bị ăn mòn bởi hóa chất và môi trường

3.2 Chọn kiểu và vật liệu lò xo.

Tra bảng 4-1 (TKKCĐHA), chọn vật liệu làm lò xo là dây thép cácbon ΓOTC9389-60

độ bền trung bình , nhãn hiệu II (Π) :

- Độ bền giới hạn khi kéo 2650 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi uốn 930 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn 580 N/mm2

- x -Hành trình của cơ cấu lò xo, tính từ vị trí tại đó lò xo sinh lực lớn nhất.

- fđ - Độ võng ban đầu của lò xo

- flv - Độ võng làm việc của lò xo

- Fđ , lđ - Lực nén ban đầu và chiều dài ban đầu của lò xo

- ltđ - Chiều dài tự do của lò xo

mm C

7.64,1.10.80

.8

.8

3

3 3

f d G F D

f d G

(vòng)

- Bước lò xo chịu nén:

) ( 873 , 2 678 , 5

7 64 ,

w

f d

, 1 10 80

678 , 5 10 8 22 , 20

8

3

3 3

mm d

G

w C F

- ứng suất xoắn thực tế:

) (

32 , 574 64

, 1 14 , 3

10 66 , 60 8

8

2 2

d

C F

mm C

4 , 26 10 8

5 , 10 079 , 1 10 80

8

.

f d G

(vòng) ≈ 13 (vòng)

) ( 895 , 1 87 , 12

5 , 10 079 ,

w

f d

ln = w.tn + 1,5.d = 12,87.1,895 +1,5.1,079 ≈ 26(mm)

) ( 5 10 079

, 1 10 80

87 , 12 10 3

4 , 26 8

8

3

3 3

mm d

G

w C F

) (

432 , 577 079

, 1 14 , 3

10 4 , 26 8

8

2 2

d

C F

4.1.1 Lập sơ đồ động

Xét trường hợp Công tắc tơ đặt ngược :

* δ = m + l

* δ = 0

Hình 11

Lực cơ tác dụng bao gồm :(Fcơ)

- Lực ép tiếp điểm chính thường mở

- Lực ép tiếp điểm phụ thường mở

- Lực ép tiếp điểm phụ thường đóng

a Lực ép tiếp điểm chính thường mở :

- Lực ép tiếp điểm cuối :

Ftđ c = 6.Ftđ ( 3 tiếp điểm cầu)

= 6.10,11 = 60,66 (N)

- Lực ép tiếp điểm đầu :

Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.60,66 = 36,396 (N)

b Lực ép tiếp điểm phụ thường mở :

- Lực ép tiếp điểm cuối :

c Lực ép tiếp điểm phụ thường đóng :

- Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = Ftđ c = 1 (N)

- Lực ép tiếp điểm cuối : Ftđ c = Ftđ đ = 0,6 (N)

Hệ số dự trữ K dt = 1,1 ÷ 1,3 Chọn K dt = 1,2

Trọng lượng phần động : G đ = m c I đm = 10.100 =1000 (G)=10 (N)

4.2 Đồ thị đặc tính cơ:

PHẦN 5 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

5.1.Khái niệm về nam châm điện.

- Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện, đặc biệt là trong công tắc tơ kiểu điện từ, được dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng trong khí cụ điện.

- Nam châm điện được dung rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như tự động hóa, rơle, công tắc tơ

- Trong công nghiệp nó được dùng ở cần trục để nâng hạ các tấm thép, trong truyền động điện, nó được dùng ở các bộ ly hợp, các van điện từ

- Trong sinh hoạt hàng ngày, cơ cấu điện từ được ứng dụng rộng rãi như chuông điện, loa điện

- Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận chính: Cuộn dây(phần điện), Mạch từ (phần từ)

5.2 Các số liệu ban đầu.

Thiết kế nam châm điện xoay chiều có các thông số và yêu cầu sau:

- Nam châm điện có khả năng làm việc trong điều kiện môi trường ẩm, nhiệt độ của môi trường = 40oC

- Có lực và hành trình của cơ cấu δ = 10,5 mm khi đóng

- Có số lần đóng ngắt về cơ 105 lần, số lần đóng ngắt về điện là 106 lần Tần số đóng ngắt 300 lần/giờ

- Nam châm điện làm việc ở chế độ dài hạn, với điện áp đính mức Uđm = 380V tần số làm việc f = 50Hz

- Yêu cầu của nam châm điện phải có kích thước và mạch từ nhỏ gọn

5.3 Chọn dạng kết cấu.

Ta chọn δth = 3 , 5 (mm)vậy 3,81.10 ( )

10.5,3

4,68.3,1.2

F K

th

tdtt

δTrên cơ sở phân loại tính toán và thực nghiệm về các loại nam châm điện :

Chọn nam châm hình chữ E, có nắp hình chữ E, phần ứng ngập một phần trong lòng

cuộn dây Loại nam châm điện kiểu này (được mô tả ở hình 1, trang 7), có đặc điểm là : không bị phát nóng khi làm việc, cho lực tương đối lớn, có từ thông rò sinh thêm lực từ phụ,

nó không đi qua khe hở không khí làm việc mà đi qua phần ứng của nam châm điện

Mã hiệu : ∃31Lực từ phản kháng HC : 0,35A/cm

Từ cảm bão hòa: 2 Tesla

Độ từ thẩm cực đại: 6,5 Điện trở suất: 50.10-8 Ω.cmKhối lượng riêng: 7,65 g/cmThành phần cácbon: 0,025 %Tổn hao từ trễ khi bão hòa: 0,15

Từ cảm lõi thép: 0,6 TeslaChiều dầy lõi thép: 0,5 mm

- Chọn từ cảm , hệ số từ rò , hệ số từ cảm

- Chọn điểm tính toán là K (điểm nguy hiểm), tại δ = 3,5 mm, Ftt = 68,396 N

- Chọn Bδ = 0,6T

- Chọn hệ số từ rò σr = 1,4 ; hệ số từ tản σt = 1,4

5.5 Kích thước và các thông số cơ bản mạch từ.

5.5.1 Tính tiết diện lõi mạch từ

- Theo công thức 5-8 (TKKCĐAH) , tổng diện tích lõi thép mạch từ để đạt được lực điện từ ở điểm tới hạn :

ln 4

1

.10.9,19

h

dtt

B F

Trong đó: F 1đtt lực hút điện từ ở điểm tới hạn tính toán có tính đến dung sai về lực(điểm K- Đặc tuyến phản lực cơ : F 1đtt = k.F K = 1,3.68,4 (N) (Đối với CTT chọn hệ số dung sai k = 1,3)).

⇒ Sl Σ = 4 2 1787 , 34 10 6

6 , 0 10 9 , 19

4 , 68

2

=

=Σ

l

S

- Diện tích lõi 2 cực từ nhánh :