Thiết kế khí cụ điện hạ áp- công tắc tơ xoay chiều ba pha

Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp khác, điện năng đang ngày càng được sử dụng và có nhiều ứng dụng thực tế trong công cuộc phát triển đất nước ta hiện nay. Những kết quả mà ngành điện mang lại cho chúng ta là không thể phủ nhận. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện năng thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng quá dòng điện, quá điện áp, hiện tượng ngắn mạch…Vì vậy vấn đề đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đặc biệt là đảm bảo sự an toàn về tính mạng cho những người sử dụng điện là vấn đề rất cần thiết. Công tắc tơ xoay chiều là một trong những công cụ để đảm bảo điều kiện trên. Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là vấn đề đặc biệt quan trong nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảy ra trong quá trình sử dụng điện năng của con người. Được sự hướng dẫn của các thầy cô trong bộ môn thiết bị điện- điện tử trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Đức em đ• hoàn thành xong đồ án môn học “Thiết kế khí cụ điện hạ áp- công tắc tơ xoay chiều ba pha

ơng VI : Tính toán nhiệt và trọng lợng nam châm điện … …… .41

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp khác, điện năng đangngày càng đợc sử dụng và có nhiều ứng dụng thực tế trong công cuộc phát triển

đất nớc ta hiện nay Những kết quả mà ngành điện mang lại cho chúng ta làkhông thể phủ nhận Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện năng thì khôngthể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra nh hiện tợng quá dòng điện, quá điện

áp, hiện tợng ngắn mạch…Vì vậy vấn đề đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện

và đặc biệt là đảm bảo sự an toàn về tính mạng cho những ngời sử dụng điện làvấn đề rất cần thiết

Công tắc tơ xoay chiều là một trong những công cụ để đảm bảo điều kiệntrên Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là vấn đề đặc biệt quantrong nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảy ra trong quá trình sử dụng

điện năng của con ngời

Đợc sự hớng dẫn của các thầy cô trong bộ môn thiết bị điện- điện tử trờng đạihọc Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn

Văn Đức em đã hoàn thành xong đồ án môn học “Thiết kế khí cụ điện hạ

áp-công tắc tơ xoay chiều ba pha”.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhng do thời gian hạn chế, hiểu biết kiến thức vàkinh nghiệm thực tế còn ít nên trong quá trình thiết kế đồ án em vẫn còn mắcphải những sai sót nhất định Vì vậy em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến củacác thầy cô và các bạn sinh viên để giúp em hoàn thiện hơn phần kiến thức củamình

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và đặc biệt là thầygiáo Nguyễn Văn Đức đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sơ lợc 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 cácmạch điện lực có phụ tải hoặc dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều Namchâm của nó là nam châm điện xoay chiều, nhng cũng có trờng hợp nam châm

điện của nó là một chiều

Theo nguyên tắc truyền động ta có công tắc tơ kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lựcnhng các khí cụ điện hiện nay (hay công tắc tơ hiện nay) thờng đợc chế tạotheo kiểu điện từ

+ Các chi tiết và các cụm cách điện

+ Các chi tiết kết cấu, vỏ

3.Yêu cầu chung đối với công tắc tơ xoay chiều:

3.1.Yêu cầu về kĩ thuật:

Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làmviệc 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 khoảngcách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất, kéo dài và trong điều kiện củamôi trờng xung quanh (nh ma, ẩm, bụi …) cũng nh khi có điện áp nội bộ hoặcquá 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 thiêt kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố

Đảm bảo khả năng đóng, ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền

điện thông qua các chi tiết bộ phận

Các yêu cầu kĩ thuật riêng đối với từng loại khí cụ điện

Kết cấu đơn giản, khối lợng và kích thớc bé

3.2.Yêu cầu về vận hành:

Lu ý đến ảnh hởng của môi trờng xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ, độ cao

…

Độ tin cậy cao

Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

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

Vốn đầu t khi chế tạo, lắp ráp và vận hành ít

4.Nguyên lý hoạt động và kết cấu chung của công tắc tơ xoay chiều:

Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận: cuộn dây và mạch từ, chúng đợc phân

bố thành nhiều loại nh công tắc tơ kiểu điện từ hút chập, công tắc tơ kiểu điện

từ kiểu hút ống dây và công tắc tơ kiểu hút thẳng

Tất cả các loại công tắc tơ trên đều làm việc theo nguyên lý điện từ gồmmạch từ dùng để dẫn từ, nó là những lá thép kĩ thuật điện đợc dập hình chữ Ehoặc U và đợc ghép lại với nhau Mạch từ đợc chia làm hai phần: một phần đợckẹp chặt cố định, phần còn lại là nắp đợc nối với hệ thống tiếp điểm qua hệthống tay đòn

Khi ta đặt điện áp vào 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 từ qua lõi sắt

và khe hở không khí  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

Phần hai:

Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Chơng I : Yêu cầu thiết kế và chọn phơng án kết cấu I.1.Yêu cầu thiết kế:

Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ có các thông số sau:

-Tiếp điểm chính : Iđm = 150 A ; Uđm = 400 V

Số lợng : 3 tiếp điểm thờng mở

-Tiếp điểm phụ : Iđm = 5 A

Số lợng : 2 thờng mở ; 2 thờng đóng

-Nam châm điện : Uđm = 220 V ; f = 50 Hz

-Tần số thao tác : 300 lần đóng cắt / giờ

-Tuổi thọ : cơ : 100.000 ; điện : 1.000.000 lần đóng cắt.-Làm việc liên tục : cách điện cấp B

Trong đó :

Uđm : điện áp định mức mà cuộn dây hút vẫn có thể làm việc

Iđm : dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính và phụ trongchế độ làm việc gián đoạn và lâu dài, nghĩa là ở chế độ này, thời gian công tắctơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ

Công tắc tơ thiết kế đợc sử dụng ở vùng khí hậu nhiệt đới, lắp đặt trongphòng ở nhiệt độ môi trờng mt = 40C và công tắc tơ phải chịu đợc tác động cơhọc ở mức trung bình, làm việc ở chế độ dài hạn, ngắn hạn và có thể đôi khilàm việc ở chế độ sự cố

Để có một kết cấu hợp lí và phù hợp điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết

kế phải tiến hành khảo sát công tắc tơ của một số nớc đang sử dụng trên thế giới Sau khi tham khảo hiện có ở thị trờng Việt Nam: Việt Nam, Liên Xô(cũ), Trung Quốc, Nhật…ta nhận thấy về cơ bản chúng đều giống nhau:

- Kiểu hút thẳng, dạng hình chữ Ш, cuộn dây đặt ở cuộn từ giữa, vòng dây chống rung đặt ở hai cực từ bên Tiếp điểm dạng bắc cầu, một pha hai chỗ ngắt

- Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ có buồng dập hồ quang riêng.

- Hệ thống phản lực: Dùng lò xo nhả, đẩy phần động

- Tháo lắp và sửa chữa đơn giản

Vì vậy ta chọn kiểu kết cấu của Liên Xô( cũ): đơn giản, dễ thiết kế và chế tạo

I.2.1.Lựa chọn nam châm điện :

Dựa vào tần số thao tác trong một giờ, ta phân biệt đợc chế độ làm việccủa công tắc tơ xoay chiều 3 pha nói trên, làm việc ở chế độ làm việc nhẹ

Công tắc tơ xoay chiều 3 pha dùng nam châm điện có mạch từ hình chữ

E hoặc chữ U có nắp quay quanh trục hoặc chuyển động tịnh tiến theo kiểu hútống dây, chuyển động kiểu hút thẳng, kiểu quay trên 1 cạnh và có phần ứngnằm ngoài cuộn dây, phần ứng chuyển động trong lòng ống dây hoặc một phầnống dây.ở đây không dùng kiểu quay trên 1 cạnh vì nắp nam châm xoay chiều

to, nặng và khe hở không khí chính lớn

Mạch từ hình chữ E kiểu hút thẳng có thể tận dụng đợc trọng lợng nắpkhi ngắt và mạch từ kiểu hút thẳng đợc dùng trong chế độ làm việc nhẹ, đặcbiệt là trờng hợp lực lò xo nhở không đủ để khắc phục các loại lực cản

Qua phân tích u nhợc điểm của các loại nam châm điện đã có sẵn Tachọn nam châm điện hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động mộtphần trong lòng ống dây

Loại kết cấu này có u điểm là lực hút điện từ lớn,nắp và phần độngchuyển động tịnh tiến, phơng chuyển động trùng với phơng tác dụng của cáclực nên tận dụng đợc tỷ trọng lớn của nắp Đồng thời hành trình chuyển động t-

ơng đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn, khe hở không khí giữa nắp và lõigiữa các tiếp điểm nhỏ Từ thông rò không sinh ra lực phụ Dùng làm việc trongchế độ nhẹ, đặc biệt trong trờng hợp lò xo nhỏ, không đủ khắc phục các loại lựccản Loại kết cấu này có đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực, dễ dàng sửdụng tiếp điểm một pha, hai chỗ ngắt, đơn giản trong tính toán và chế tạo

Tuy nhiên đi cùng với những u điểm thì nam châm điện có kết cấu trêncòn có những hạn chế, đó là : có bội số dòng điện lớn so với các mạch từ khácnên không thể dùng trong các chế độ làm việc nặng hoặc trung bình, lực lò xonhỏ, công suất nhỏ

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

I.2.2.Lựa chọn hệ thống tiếp điểm chính và phụ:

Tiếp điểm là một phần quan trọng, nó ảnh hởng đến độ bền và sự h hỏng của công tắc tơ Tuỳ thuộc vào dòng điện mà chức năng, kết cấu của tiếp điểm trong công tắc tơ cũng khác nhau

 Yêu cầu đặt ra cho tiếp điểm là:

+ Nhiệt độ phát nóng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn phải nhỏ hơn ở chế độ cho phép; với I lớn, với trị số cho phép, tiếp điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt và điện động

+ Rtx nhỏ và ổn định, có độ rung không quá trị số cho phép Nh vậy với tiếp điểm chính có Iđm = 150A, ta chọn dạng tiếp xúc chữ nhật là tiếp xúc mặt Tiếp điểm động dạng chữ nhật và tiếp điểm chính dạng chữ nhật

Ta chọn nh vậy bởi số chỗ ngắt trong mạch là 2, khả năng ngắt mạch chịu đợc

hồ quang và lực điện động, giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích

th-ớc công tắc tơ

Với yêu cầu thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha có tần số đóng ngắtbằng cơ = 100.000 lần, đóng ngắt bằng điện = 1.000.000 lần Nên các tiếp điểmphải có độ mài mòn về cơ và điện Qua phân tích và khảo sát các loại tiếp điểm(nh tiếp điểm kiểu ngón, kiểu tấm phẳng …) ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu,

1 pha có 2 chỗ ngắt và đợc chế tạo bằng vật liệu dẫn điện tốt, chịu mài mòn vàchịu đợc hồ quang nh kim loại gốm :Bạc, Nikel…ở trạng thái ngắt, độ mở củatiếp điểm phải có giá trị đủ lớn để không cho hồ quang cháy lại khi ngắt, đồngthời cũng không lớn quá để giảm kích thớc của nam châm điện

I.2.4.Chọn khoảng cách cách điện.

Khoảng cách cách điện đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hởng đến kích thớc củacông tắc tơ và mức độ vận hành sao cho an toàn Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Điện áp định mức

- Môi trờng làm việc

- Quá trình dập tắt hồ quang

Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phơng pháp sau:

- Theo độ bền của các phần tử mang điện so với đất

- Theo độ bền làm việc của các pha

- Theo độ bền điện ngang trong nội tại của công tắc tơ đối với các phần

tử mang điện

Nếu ta chọn khoảng cách cách điện quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, còn nếu khoảng cách lớn thì phải tăng kích thớc của công tắc tơ

Đối với các pha với điện áp định mức lớn hơn điện áp định mức giữa các phần

tử mang điện đối với đất, hơn nữa vỏ của công tắc tơ đợc làm bằng nhựa cứng

do đó cách điện với đất tốt, làm việc an toàn hơn

Do đó cách điện giữa các pha trong công tắc tơ là quan trọng nhất, vì vậy ta phải xác định khoảng cách này

Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phơng pháp độ bền điện giữa các pha, nếu khoảng cách này thoả mãn thì 2 phơng pháp kia cũng đảm bảo độ an toàn khi làm việc

Ta chọn khoảng cách cách điện tố thiểu theo bảng (1-2) trang 14 quyển 1 với

Uđm = 400V

I.2.5.Các chi tiết khác:

Ngoài ra, còn có các thanh dẫn động và tĩnh đợc làm bằng đồng, lò xo vàmột số chi tiết khác Những chi tiết này sẽ đợc tính toán cụ thể trong các phầnsau.

8

I.2.6.Sơ đồ động:

1 2

3 m 4

5 

l : độ lún của tiếp điểm Fđt Fđt

b

Chơng II : Tính mạch vòng dẫn điện II.1.Khái niệm về mạch vòng dẫn điện:

Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hìnhdáng, kết cấu và kích thớc hợp thành Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn(thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh), đầu nối, tiếp điểm (giá đỡ tiếp điểm, tiếp

điểm động, tiếp điểm tĩnh) Ta phải xác định các kích thớc của các chi tiếttrong mạch vòng dẫn điện Tiết diện và các chi tiết quyết định cơ cấu của mạchvòng cũng nh của công tắc tơ xoay chiều ba pha

II.2.Yêu cầu đối với mạch vòng dẫn điện:

- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt

- Bền với môi trờng

- Có độ cứng tốt

- Tổn hao đồng nhỏ

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

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

II.3.Tính toán và chọn thanh dẫn:

II.3.1.Yêu cầu đối với thanh dẫn:

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

Chọn vật liệu thanh dẫn bằng Cu đồng kéo nguội và có các tính chất sau:

Tỷ trọng: 8,9 g/cm3.Nhiệt độ nóng chảy(θnc): 1083o C

Hệ số nhiệt điện trở : = 0,0043 (1/C)

Hệ số dẫn nhiệt : = 393 (W/mC)

Điện trở suất ở 20C :20= 1,74.108 (m)Nhiệt độ cho phép(θcp) : (θcp) = 95oC

b = 3

2

) (

).

1 (

2

.

mt T

f

K n n

K I

20 - Điện trở suất của vật liệu ở 20o C

 - Hệ số nhiệt điện trở của vật liệu

- Nhiệt độ ổn định của đồng ở đây  = 95o C

55 10 8 8 7 2

05 , 1 10 023 , 0 150

Với dtđ là đờng kính tiếp điểm

Từ Iđm = 180 (A) ( theo bảng (2-15) trang 51 sách TKKCĐHA ta có :

đờng kính tiếp điểm : dtđ = 22(mm)

Vậy ta chọn :

a = 24mm, b = 3mm

II.3.3.Kiểm tra kích thớc đã chọn ở điều kiện làm việc dài hạn:

Tiết diện thanh dẫn : S = a b = 24.3 = 72(mm2)

Chu vi thanh dẫn : P = 2 (a + b) = 2(24+3) =54(mm)

Mật độ dòng điện: J=

S

Idm

= 2 , 083 / 2 72

150

mm A

 < 4A/mm2 =[J]

Vậy kích thớc đã chọn thoả mãn yêu cầu

Nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn:

Từ công thức (2-4) trong quyển TKKCĐHA ta có:

S.P =

) (

).

1 ( ) (

.

2

mt T

f o

mt T

f

K

K I

K

K Idm

mt T f

o

K I SPK

SPK K

 o =





 1

20 0043 , 0 1

10 0174 ,

Để thuận tiện cho việc đánh giá, ta xét giới hạn cho phép của dòng điện

và mật độ dòng điện bền nhiệt ở thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch :

tnm = 3(s); tnm= 4(s); tnm = 10(s);

Với điều kiện nhiệt độ ban đầu θđ = 95 (C)

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

Từ công thức (6-21) quyển TKKCĐHA ta có:

d bn d nm nm nm bn

bn nm

nm

A A A A t J S

t I S

2

nm

d nm

nm t

A A

Trong đó:

- Inm = Ibn là dòng ngắn mạch hay dòng bền nhiệt

- Tnm = tbn là thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt

- S là tiết diện thanh dẫn động

- Anm = Abn là hằng số tích phân tơng ứng với ngắn mạch hay bềnnhiệt

- Ad – Hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầuTra đờng cong phát nóng của đồng khi có dòng ngắn mạch (Hình 6-



Mật độ dòng điện khi ở tnm = 10 (s) :



Mật độ dòng điện cho phép ở chế độ ngắn mạch trong các khoảng thời gian là:

Nh vậy mật độ dòng điện ngắn mạch ở các thời gian trên đều nhỏ hơnmật độ dòng ngắn mạch cho phép nên thanh dẫn có thể làm việc ở tất cả cácthời gian ngắn mạch

*Thanh dẫn tĩnh:Đợc nối với tiếp điểm tĩnh và gần với đầu nối, vì vậy thanh

dẫn tĩnh đợc chọn lớn hơn thanh dẫn động

Ta chọn kích thớc của thanh dẫn động nh sau:

a = 25mm, b = 3,5mm

II.4.Đầu nối:

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

dễ hỏng nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điệnlớn 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 nối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mứckhông đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và lực éptiếp 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 địnhkhi khí 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 và bằng bu lông

Với dòng điện định mức Iđm =150A theo bảng 2-10 trang 33 sáchTKKCĐHA ta chọn bu lông bằng thép CT3 có đờng kính hệ ren mm M8 x 25

Diện tích bề mặt tiếp xúc : Stx =

tx

dm j I

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

 Stx = 483 , 87

31 , 0

Rtx với Ktx= 0,12 10-3 , m = 1 ( tiếp xúc mặt )

0 , 243 10

) 7 , 4838 102 , 0 (

10 12 , 0

II.4.1.Nhiệm vụ của tiếp điểm:

Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện

II.4.2.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 ngắn 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

II.4.3.Vật liệu làm tiếp điểm:

Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trởtiếp 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 = 150A

Tra bảng (2-13) sách TKKCĐHA ta chọn vật liệu là bạc niken than chìvới các thông số kĩ thuật sau:

Độ cứng Briven : HB = 45  65 (kG/cm2)

Hệ số dẫn nhiệt điện trở :  = 0,0035 (1/ 0C)

Nhiệt độ cho phép cấp A ([cp]): 950 C

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

Uđm = 400 (V) ; Iđm = 180 (A)  sử dụng loại tiếp điểm hình chữ nhật(c x d)

Tra bảng (2-16) sách TKKCĐHA ta chọn : c = 25 (mm); d = 20 (mm) và

đờng kính tiếp điểm d = 22mm, chiều cao tiếp điểm htđ = 2,5 (mm)

II.4.4.Lực ép tiếp điểm:

Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độdài hạn, mà trong chế độ ngẵn hạn dòng điện lớn, lực ép tiếp điểm phải đảmbảo cho tiếp điểm không bị xảy ra do lực điện động và không bị hàn dính khitiếp điểm bị đẩy và bị rung

-Theo công thức kinh nghiệm ta có :

B 2

dm

) T

T arccos(

1

16

H A I

-  = 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 độphát nóng dài hạn Ttd = 55 + 273 = 328 OK

- Ttx = td +8 + 273 = 336 OK

) 336

328 arccos(

1

) 39 , 0 (

16

45 10 3 , 2

Rtx = m

td

tx

) F 102 , 0 ( K

10 25 ,

II.4.5 Điện áp tiếp điểm:

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điệnchủ 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 Rtđ, vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp

điểm sẽ bằng :

Utđ = Iđm.Rtđ =150.0,163.10-3 = 245,1.10-4 (V)=24,5(mV)

Vậy điện áp tiếp điểm Utđ thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúccho phép [Utx] = 2  30 (mV)

II.4.6 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 sử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồnnhiệt đặt xa nơi tiếp xúc

Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm :

T

td dm T

dm mt

td

PK S

R I K

P S

I

2

.

- mt : nhiệt độ môi trờng, mt =400C

- Rtđ, Rtx : điện trở tiếp điểm và điện trở tiếp xúc

S là tiết diện của tiếp điểm : S = c.d = 500 (mm2) = 500.10-6(m2)

P là chu vi của tiếp điểm : P = 2(c+d) = 90 (mm) = 90.10-3 (m).Thay S và P vào công thức trên ta có :

5 10 90 10 500 325 2

10 163 , 0 150 5

10 90 10 500

10 42 , 4 150 40

3 6

3 2

3 6

8 2

25 , 51 10

42 , 4 325 8

) 10 163 , 0 (

150 2 , 51

8

.

8

2 4 2

2 2

C R

ra nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm

*Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2-33 (TL1)

Ihdbđ = A f nc F td (A)

trong đó A =

) 3

2 1 ( H

) 3

1 1 ( 32

nc O

B

nc nc

2 1 (

10 27 , 3 45

) 1300 0035 , 0 3

1 1 (

1300 325 , 0 , 32

Ftđ = 1,5 kG

Ihd = 2000 1 , 5  2449 , 5 ( A )

Nh vậy Ihd > 10.Iđm = 10.150 = 1500 (A) , đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàndính

II.6.Tính độ rung tiếp điểm và thời gian rung tiếp điểm:

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơkhí giữa tiếp diểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tợng rung tiếp điểm Tiếp

điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại và tiếp tục va đập, quátrình này xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp xúc

ổn định, sự rung kết thúc Qúa trình rung đợc đánh giá bằng độ lớn của biên độrung Xm và thời gian rung tm

II.6.1.Tính độ rung tiếp điểm:

Theo công thức (2- 39) trang 72 sách TKKCĐHA ta có biên độ rung cho

3 tiếp điểm thờng mở là:

xm =

tdd

v o

d F

K v

m

2 3

) 1 (

vo : vận tốc tiếp điểm ở thời điểm ban đầu ; vo=0,1 (m/s)

md : khối lợng của phần tiếp điểm động

md =

g

m I g

) 9 , 0 1 (

1 , 0





=0,028 (mm)

II.6.2.Thời gian rung tiếp điểm:

 Theo công thức 2-20, thời gian rung ứng với biên độ rung Xm là :

tm =

tdd

v o

d

F

K v

m

3

1

=

9 , 0 3

9 , 0 1 1 , 0 153 , 0

= 3,58.10-3 (s) = 3,58 (ms) Tổng thời gian rung : tm = (1,51,8).2.tm

Chọn tm =1,5.2.tm =1,5.2.3,58 = 10,74 ms

II.7.Chọn độ mở, độ lún tiếp điểm:

II.7.1.Chọn độ mở:

Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểmtĩnh ở trạng thái ngắt của công tắc tơ

Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập 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 = 150 (A) thì

độ lún l = 3  4 (mm) Chọn l = 4(mm)

Theo công thức l = A + BIđm

ở đây A= 1,5 và B = 0,02 thì:

l=1,5+ 0,02.150 = 4,5(mm)

II.8.Hao mòn tiếp điểm:

Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắtmạch điện Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hoá 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

Gm1 = 3 , 7125 (G)

2

425 , 7

m G

ThÓ tÝch mßn :

Vm = 0 , 4267 10 (m )

7 , 8

7125 ,

Vt® = 949 , 85 (mm )

4

22 5 , 2 4



 d h

Lîng mßn cña tiÕp ®iÓm sÏ lµ :

85 , 949

7 , 426

% 100

td

m V

V

II.9.HÖ thèng tiÕp ®iÓm phô:

Theo kinh nghiÖm c«ng t¾c t¬ xoay chiÒu, dßng ®iÖn I®m = 5 (A) ta chän

* = 0

Lực cơ tác dụng bao gồm :

- Lực ép tiếp điểm chính thờng mở

- Lực ép tiếp điểm phụ thờng mở

- Lực ép tiếp điểm phụ thờng đóng

- Lực lò xo nhả

- Trọng lợng phần động

- Lực ma sát ( bỏ qua )

II.Tính toán các lực :

-Lực ép tiếp điểm cuối thờng mở :

Ftđc   = 6 Ftđc ( 3 tiếp điểm chính thờng mở)

= 6 15 = 90 (N)-Lực ép tiếp điểm đầu :

Ftđđ = 0,6 Ftđc   = 0,6 90 = 54 (N)

Lực ép tiếp điểm cuối thờng mở:

Ftđpc   = 4 Ftđp   (2 tiếp điểm phụ thờng mở) = 4 0,5 = 2 (N)

Lực ép tiếp điểm đầu thờng mở:

Lực ép tiếp điểm đầu thờng đóng : Ftđđ = Ftđpc   = 2 (N)

Lực ép tiếp điểm cuối thờng đóng: Ftđc = Ftđpđ   = 1,2 (N)

Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén:

Loại lò xo này có u điểm ít bị ăn mòn bền về cơ, làm việc linh động,không bị phát nóng

Tra bảng (4-1) trang 166 sách TKKCĐHA, chọn vật liệu làm lò xo là dâythép các bon OTC9389-60 độ bền trung bình, nhãn hiệu II () :

Độ bền giới hạn khi kéo : 2200 (N/mm2)

Giới hạn mỏi cho phép khi uốn : 770 (N/mm2)

Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn : 480 (N/mm2)