Đồ án khí cụ điện : Thiết kế công tắc tơ

Cấu tạo Công tắc tơ xoay chiều có các bộ phận chính sau: - Hệ thống mạch vòng dẫn điện thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm Các công tắc tơ làm việc trên nguyên lý điện từ: sử dụng lực điện từ

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nớc ta đang trên con đờng phát triển kinh tế, sự phát triển của các ngành công nông nghiệp, nhu cầu sinh hoạt của nhân dân kéo theo đòi hỏi về điện năng ngày càng nhiều Trong quá trình sử dụng

điện năng không tránh khỏi những sự cố,rủi ro nh hiện tợng quá dòng

điện, quá điện áp, hiện tợng ngắn mạch ….Vì vậy vấn đề đảm bảo an Vì vậy vấn đề đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đặc biệt là đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng,vận hành là một yêu cầu rất bức thiết.

Công tắc tơ xoay chiều là một trong những thiết bị đảm bảo an toàn trong sử dụng điện.Chính vì vậy nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ

là mối quan tâm của ngành thiết bị điện.

Đợc sự hớng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết

bị điện - Điện tử đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt là sự hớng dẫn

và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Đức đã giúp em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp thiết kế Công tắc tơ xoay chiều ba pha “ Công tắc tơ xoay chiều ba pha” ”

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng nhng do hiểu biết kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn ít, quá trình thiết kế đồ án của em vẫn còn mắc phải những sai sót nhất định.Vì vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo,

đóng góp ý kiến của các thầy cô để giúp em hoàn thiện hơn phần kiến thức của mình.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy giáo Nguyễn Văn Đức.

Sinh viên.

Đoàn Khỏnh Toàn

MỤC LỤC

LềI MỞ ĐẦU……… 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CễNG TẮC TƠ……….5 YấU CẦU THIẾT KẾ……… 6 CHƯƠNG I: CÁC YấU CẦU CHÍNH ĐỐI VƠI CTT

1.Yờu cầu về mặt kỹ thuật……….6

2 Yêu cầu về vận hành……… 6

3.Yêu cầu về kinh tế……… 7

4 Yêu cầu về công nghệ chế tạo………7

CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1 Lựa chọn nam châm điện ……… 8

2.Hệ thống tiếp điểm ……… 9

3 Buồng dập hồ quang ……… 9

4 Hệ thống phản lực………10

CHƯƠNG III: TÍNH MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN I.Khái niệm chung………11

II Mạch vòng dẫn điện chính……….…11

1 Tính toán thanh dẫn động……… 12

2 Tính toán thanh dẫn tĩnh………15

3 Đầu nối……… 15

4 Tiếp điểm………16

CHƯƠNG IV: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ I Lập sơ đồ động………25

II Tính toán lò xo………25

1 Tính lò xo nhả………26

2 Tính lò xo tiếp điểm chính………28

3 Tính lò xo tiếp điểm phụ………29

4 Xác định các lực……….31

5 Đồ thị đặc tính cơ………

CHƯƠNG V: BUỒNG DẬP HỒ QUANG 1 Khái niệm chung……… 32

2 Kết cấu buồng dập………32 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

I Tính toán sơ bộ nam châm điện

2 Chọn dạng kết cấu……… 34

3 Chọn vật liệu……….35

4 Chọn từ cảm, hệ số từ rò, từ tản tại th……….35

5 Xác định các thông số chủ yếu của NCĐ……….35

6 Xác định sức từ động cuộn dây……… 37

7 Xác định các kích thước cuộn dây……….39

II Tính toán kiểm nghiệm nam châm 1 Sơ đồ thay thế……….41

2 Xác định từ dẫn khe hở không khí……….42

3 Xác định hệ số từ rò tại th………48

4 Xác định số vòng dây……….49

5 Tính toán vòng ngắn mạch chống rung……… 51

6 Xác định kích thước vòng ngắn mạch………54

7 Hệ số toả nhiệt vòng ngắn mạch………55

8 Tổn hao trong lõi thép………55

9 Tính dòng điện trong cuộn dây……… 56

10 Tính toán nhiệt dây quấn……… 58

11 Tính và dựng đặc tính lực hút……… 59

12 Tính và dựng đặc tính lực nhả……… 61

13 Tính thời gian tác động và nhả……….61

YÊU CẦU THIẾT KẾ I Đề tài thiết kế: Thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha II Các số liệu ban đầu: - Tiếp điểm chính : Iđm = 95 A, Uđm = 400 V - Số lượng : 3 tiếp điểm chính thường mở; 2 tiếp điểm phụ thường mở; 2 tiếp điểm phụ thường đóng

- Tần số thao tác : 500 lần đóng cắt / giờ.

- Làm việc liên tục, cách điện cấp B

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Chọn phương án kết cấu ( sơ đồ động, kiểu tiếp điểm, kiểu nam châm điện)

2 Tính mạch vòng dẫn điện: thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm

A Giới thiệu về công tắc tơ

1 Khái quát về công tắc tơ

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động

Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén Thông thường ta gặp loại đóng, cắt bằng nam châm điện

Theo nguyên lý truyền động người ta phân ra các loại công tắc tơ đóng cắt tiếp điểm bằng điện từ, bằng thuỷ lực, bằng khí nén và không tiếp điểm

Theo dạng dòng điện đóng cắt có loại công tắc tơ điện một chiều

và công tắc tơ điện xoay chiều Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng,cắt mạch điện một chiều, nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng, cắt mạch điện xoay chiều, nam châm điện của nó có thể là nam châm điện một chiều hay xoay chiều

2 Cấu tạo và nguyên lý công tắc tơ xoay chiều ba pha

a Cấu tạo

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

- Hệ thống mạch vòng dẫn điện ( thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm)

Các công tắc tơ làm việc trên nguyên lý điện từ: sử dụng lực điện

từ của nam châm điện để đóng cắt Nam châm điện gồm: mạch từ và cuộn dây Mạch từ dùng để dẫn từ nó là những lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau, hình chữ E hay U Mạch từ gồm hai phần: một phần cố định,phần còn lại là nắp được nối với hệ thống qua tiếp điểm qua tay đòn Cuộn dây nam châm điện xoay chiều có điện trở rất nhỏ so với điện kháng

Khi cho dòng điện vào cuộn dây, từ thông sẽ được sinh ra trongnam châm điện.Từ thông này sinh ra một lực điện từ Khi lực điện từ lớnhơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếpđiểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm tĩnh được gắn trênthanh dẫn tĩnh, đầu kia của thanh dẫn có vít bắt dây điện ra, vào Các lò

xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếpđiểm Đồng thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào với tiếp điểm phụthường mở và mở ra đối với tiếp điểm thường đóng Lò xo nhả bị nén lại

Khi ngắt điện vào cuộn dây, từ thông sẽ giảm xuống về không,đồng thời 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 Khitiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang

sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm Nhờ các vắch ngăn trong buồng dập hồquang, hồ quang sẽ được dập tắt

B Thiết kế

1 Yêu cầu về kỹ thuật:

Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đốivới quá trình thiết kế 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 Vì vậy cần phải đảm bảo độ bền nhiệtcủa các chi tiết, bộ phận phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để không làmgiảm cơ tính, giảm tuổi thọ…

- Độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cáchcách điện khi làm việcvới điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện,trong điều kiện môi trường xung quanh cũng như khi có quá 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 giớihạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ làm việc địnhmức 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

- Độ bền cơ, hóa học đối với môi trưòng xung quanh

- Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lượng

và kích thước nhỏ

2 Các yêu cầu về vận hành:

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

- Ảnh hưởng của môi trường xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ…do đó cầnphải tránh các tác động có hại của môi trường lên thiết bị điện

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

- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

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

- Chi phí vận hành và tiêu tốn năng lượng ít

3 Các yêu cầu về kinh tế xã hội

Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm:

Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầutiên người thiết kế phải chú ý đến thị trường, làm thế nào để khi đưa rasản phẩm của mình thì có thể chiếm được ưu thế so với các sản phẩmcùng chủng loại, cùng có chất lượng kỹ thuật thì thiết bị của mình phải cógiá thành hạ, có tính thẩm mĩ của kết cấu, vốn đầu tư khi lắp ráp, chế tạo

là nhỏ nhất

4 Các yêu cầu về công nghệ chế tạo

- Tính công nghệ của kết cấu: dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắpdẫn…

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

- Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợpkhác, chế tạo dãy…

Chương II Chọn phương án

Để có kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ nước ta hiện nay, việc tham khảo một số mẫu hiện có trên thị trường nước ta để

có thể chọn ra được phương án tối ưu, phù hợp là rất cần thiết

1 Lựa chọn nam châm điện

Do bài toán yêu cầu thiết kế công tắc tơ xoay chiều nên chọn nam châm điện xoay chiều Nam châm điện là bộ phận quan trọng của CTT, dùng để biến điện năng thành cơ năng

Nam châm điện có hai bộ phận chính: mạch từ và cuộn dây

Mạch từ của nam châm điện xoay chiều có hai dạng: chữ E nắp hútthẳng hoặc chữ U nắp hút quay Qua thực tế thì người ta thường chọn nam châm điện dạng chữ E nắp hút thẳng, được làm từ thép kĩ thuật điện

để giảm tổn hao do từ trễ và dòng xoáy

Loại kết cấu nam châm điện nắp hút thẳng có nắp và phần động chuyển động tịnh tiến, phương chuyển động trùng với phương tác dụng của lực Đồng thời đặc tính lực hút tương đối lớn, hành trình chuyển độngnhanh, thời gian chuyển động ngắn

Tuy nhiên loại này có những nhược điểm: có bội số dòng điện lớn nên không dùng cho chế độ làm việc trung bình và lớn nhỏ, công suất nhỏ

Loại nam châm điện nắp hút quay dùng cho dòng điện lớn Với dòng điện lớn nếu dùng kiểu hút thẳng thì kích thước sẽ rất lớn nhưng dùng kiểu hút quay kích thước sẽ nhỏ hơn

Yêu cầu đề tài thiết kế dòng qua tiếp điểm chính là 80A nên ta chọn mạch từ chữ E hút thẳng

- Tiếp xúc điểm: dùng với dòng điện bé, không cần lực ép tiếp điểm lớn thường dùng trong rơle

- Tiếp xúc đường: dùng cho dòng điện lớn đến vài trăm ampe hợc lớn hơn, thường dùng khi NCĐ nắp hút quay

- Tiếp xúc mặt: dùng cho dòng điện lớn cần một lực ép tiếp điểm lớn

Kết cấu tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện, chức năng của tiếp điểm, tần số làm việc, tuổi thọ và nhiều yếu tố khác Vì vậy khi thiết kế cần đảm bảo các yếu tố:

- Các tiếp điểm chính phải có điện trở tiếp xúc bé

- Khi làm việc ở chế độ định mức tiếp điểm không được phát nóng quá trị sô cho phép

- Phải ổn định với tác động nhiệt và điện động của dòng điện

- Phải đảm bảo độ bền cơ, điện là bé nhất, độ rung tiếp điểm khôngđược lớn hơn trị số cho phép

Và yêu cầu thiết kế là Iđm = 80 A, chọn kết cấu tiếp điểm là tiếp điểm kiểu bắc cầu một pha hai chỗ ngắt Vi nó ưu điểm là khả năng dập

đòng ngắt lớn thì lực tác động lớn ảnh hưởng đến kích thước của KCĐ, không dùng với dòng lớn.

Tiếp điểm kiểu ngón một pha một chỗ ngắt thì dập hồ quang khó hơn, có dây nối mềm, nó thường sử dụng với dòng điện lớn, kết cấu phức tạp Ta không chọn kết cấu loại này

3 Buồng dập hồ quang

- Thiết bị dập hồ quang phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo được khả năng đóng và khả năng cắt, nghĩa là đảm bảo giá trị dòng điện đóng và dòng điện ngắt ở điều kiện cho trước

+ Có thời gian cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang

+ Quá điện áp thấp

+ Kích thước buồng dập hồ quang nhỏ

- Có 2 phương pháp dập hồ quang phổ biến là:

+ Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập: được làm từ những lá thép nonghép lại có khe hở với nhau, khi hồ quang xuất hiện nó được đẩy vào dàn dập do lực điện động, hồ quang được chia nhỏ thành từng đoạn, chạm vàovách ngăn và nhanh chóng bị dập tắt Phương pháp này cho ta khả năng rút ngắn đáng kể chiều dài hồ quang và dập nó trong thể tích nhỏ, do đó phát sáng ít và âm thanh bị hạn chế Phương pháp này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và khả năng dập hồ quang cũng rất tốt, phù hợp với CTT xoay chiều

+ Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp cộng với cuộn thổi từ, dưới tác dụng của từ trường lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện động hút hồ quang vào buồng dập khe hở hẹp nên hồ quang nhanh chóng được dập tắt Phương pháp này có khả năng rất tốt xong kết cấu phức tạp, thường dùng ở CTT dòng điện lớn, chế độ làm việc nặngphù hợp với CTT một chiều

Vậy ta chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

Tóm lại.

Qua sự phân tích các mẫu hiện có, trên cơ sở điều kiện nước ta, ta chọn dạng kết cấu CTT như sau:

- Mạch từ chữ E, nắp hỳt thẳng

- Cú buồng dập hồ quang kiểu dàn dập

- Kết cấu tiếp điểm:

+ Kiểu bắc cầu một pha hai chỗ ngắt+ Tiếp điểm tĩnh hàn cố định với thanh dẫn+ Tiếp điểm động chuyển động, thẳng tịnh tiến

- Lũ xo tiếp điểm kiểu xoắn trụ, chịu nộn

Đối với tiếp điểm chớnh Iđm = 95 A ta chọn tiếp xỳc kiểu trụ cầu - mặt phẳng ( tiếp xỳc điểm )

Đối với tiếp điểm phụ dũng điện làm việc Iđm = 5A tiếp xỳc kiểu mặt cầu - mặt cầu ( tiếp xỳc điểm )

Sơ đồ kết cấu cơ bản của cụng tắc tơ ( hỡnh 2 )

1 Giá phần động 2 Lò xo tiếp điểm

3 Tiếp điểm động 4 Tiếp điểm tĩnh

2 1

Chương III Tớnh mạch vũng dẫn điện

I Khỏi niệm về mạch vũng dẫn điện

Mạch vũng dẫn điện của khớ cụ điện do nhiều bộ phận và chi tiết cúhỡnh dạng và kớch thước khỏc nhau hợp thành Nú cú tỏc dụng dựng để dẫn dũng điện khi tiếp điểm đúng và ngắt dũng điện khi tiếp điểm mở

Mạch vũng dẫn điện bao gồm:

- Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh

- Tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh

- Đầu nối đưa dũng điện vào và ra

Nhiệm vụ thiết kế là tớnh toỏn và xỏc định kớch thước cỏc chi tiết trong mạch vũng dẫn điện Ngoài ra cú mạch vũng dẫn điện phụ Việc tớnh toỏn mạch vũng dẫn điện phụ giống như mạch vũng dẫn điện chớnh.

54

Hình 3.1 Sơ đồ mạch vòng dẫn điện

1 – Thanh dẫn vào 5 – Giá đỡ tiếp điểm động

2 – Cuộn thổi từ 6 – Dây nối mền

3 – Tiếp điểm tĩnh 7 - Đầu nối ra

1.1 Chọn vật liệu

Thanh dẫn động gắn với tiếp điểm động vỡ vậy nú phải đảm bảotiếp xỳc tốt, chịu được lực ộp đủ để tiếp xỳc, độ cứng cao, nhiệt độ núngchảy tương đối cao… Do đú ta cú thể chọn vật liệu thanh dẫn động là:Đồng kộo nguội

Tra bảng (2-13) TL1 ta có các thông số của vật liệu như sau: Kíhiệu vật liệu : MI - TB

1.2 Chọn tiết diện thanh dẫn

Chọn tiết diện thanh dẫn hình chữ nhật kích thước a b

Trong đó: a- Chiều rộng thanh dẫn

b- chiều dày thanh dẫn

l- chiều dài thanh dẫn

Tuy nhiên trên thanh dẫn có gắn tiếp điểm, cho nên thanh dẫn phải

có kích thước đảm bảo lớn hơn kích thước của tiếp điểm Kích thước tiếp

cứ vào bảng ( 2- 15) TL thiết kế khí cụ điện hạ áp thì đường kính của tiếpđiểm là dtđ = 20 mm

athực tế = dtđ + (12)mm  Chọn athực tế = 20 + 2 = 22(mm)

Chọn bthực tế = 2 (mm)

 Tiết diện của thanh dẫn : S = a.b = 20.2 = 44 (mm2)

 Chu vi thanh dẫn : p= 2.( a+b ) = 2.( 22+2 ) = 48 (mm)

Sau khi chọn được kích thước thanh dẫn ta phải tính thử nghiệm ởchế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn

1.4 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở điều kiện làm việc dài hạn :

a Mật độ dòng điện trong thanh dẫn :

2

952,16 /44

dm I

10 01741 , 0 1

3

3 20

- Thời gian dòng điện chạy qua nhỏ.

- Sự thay đổi dòng điện theo thời gian rất phức tạp

Từ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tănglên rất lớn có thể làm thanh dẫn biến dạng Do đó cần phải kiểm tra khi

có ngắn mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn nhỏ hơn mật độ dòng điệncho phép không

Từ công thức (6-21) TLTK KCĐHA :

d bn d

nm bn

bn nm

nm

A A

A A

S

t I S

t I

- 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

Tra đường cong phát nóng của đồng khi có dòng ngắn mạch (hình 6_6)TL1:

Nhận thấy mật độ dòng điện thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏhơn mật độ dòng điện cho phép nên thanh dẫn chịu được khi xảy ra ngắnmạch.

Kết luận: với vật liệu và kích thước thanh dẫn động a = 22 mm,

b = 2 mm đã chọn thoả mãn yêu cầu làm việc ở chế độ làm việc dài hạn

và ngắn hạn

2.Chọn và tính toán thanh dẫn tĩnh:

Vật liệu thanh dẫn tĩnh cũng được chọn là MI - TB

qua Nhưng do thanh dẫn tĩnh còn gắn với đầu nối và được nối với tiếpđiểm tĩnh nên ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh lớn hơn thanh dẫn động:

Ta có thể chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau:

Có thể chia đầu nối làm hai phần:

- 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 dài hạn với dòng điện định mứckhông được tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kíchthước và lực ép tiếp xúc Ftx đủ để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn và

ít tổn hao công suất

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

+ Chọn dạng kết cấu mối nối tháo rời được bằng bulong:

Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòngđiện định mức nhỏ hơn 20 A thì có thể lấy mật độ dòng điện J = 0,31 A/

mm2

306,50,31

Chọn Ktx = 0,1.10-3 (theo trang 59 TL1) tiếp xúc đồng - đồng

m: hệ số phụ thuộc vào dạng tiếp xúc  Đối với tiếp xúc mặt chọn

m = 1

3

6 1

0,1.10

0,27.10 ( )0,102.3678

tx R

Yêu cầu đối với tiếp điểm :

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

- Với dòng điện lớn hơn cho phép (dòng khởi động, dòng ngắnmạch ) tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động Hệthống tiếp điểm dập hồ quang phải có khả năng đóng cắt cho phép không

bé hơn trị số định mức

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

Do dũng điện Iđm = 95A ta chọn dạng tiếp xỳc điểm, hai chỗ ngắt,

lũ xo tiếp điểm xoắn trụ Loại này cú ưu điểm khả năng ngắt lớn, khụngcần dõy nối mềm Nhược điểm là lực ộp tiếp điểm lớn ảnh hưởng đếnkớch thước của khớ cụ điện, chỉ dựng với dũng nhỏ và vừa

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

Đối với CTT cú dũng I = 40600 A, điện ỏp tới 500 V, cú thể chọn

Theo TL1, độ lỳn cú thể tớnh theo dũng điện như sau:

l = A + B.Iđm (mm) trong đú : A= 1,5 mm

Vật liệu làm tiếp điểm cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị oxi hóa, khó hàndính, độ cứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ

Thực tế thì không vật liệu nào thoả mãn tất cả các yêu cầu trên nên

ta chọn vật liệu chỉ cần thoả mãn phần lớn các yêu cầu là được

Từ bảng (2- 13) TL1 ta chọn vật liệu là Bạc- Niken – Than chì(Kim loại gốm), với các thông số kĩ thuật sau:

4.5 Xác định kích thước của tiếp điểm

Kích thước tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức cũng nhưkết cấu tiếp điểm và tần số đóng cắt

và bị hàn dính do hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và bị rung

Lực ép tiếm điểm có thể xác định theo hai phương pháp

- Xác định lực ép tiếp điểm theo công thức kinh nghiệm (2- 17) TL1:

Ftđ = ftđ Iđm.

Trong đó :

+ ftđ : lực ép riêng trên một tiếp điểm

Tra bảng (2- 17) TL1 , đối với Kim loại gốm ftđ = 715 G/A

Chọn ftđ = 9,5 G/A

 Ftđc = 9,5 95 = 900 (G) = 9 (N)

- Xác định lực ép tiếp điểm theo công thức lý thuyết (2 -14) TL1, tạimột điểm tiếp xúc lực ép tiếp điểm sẽ là :

A H

F I

T T

Do tiếp điểm tiếp xúc điểm nên n = 1 F td1 F td  1,26N

So sánh kết quả bằng hai cách tính, ta thấy lực ép tiếp điểm tínhbằng công thức thực nghiệm lớn hơn công thức lý thuyết Để đảm bảotiếp điểm có đủ lực ép ta lấy Ftđ = 9 N

0,2.10

21.10 0,102.9

So sánh hai kết quả của Rtx , chọn Rtx = 28,9 10-5 ().

4.8/ Điện áp tiếp xúc:

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòngdẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trởcủa các vật liệu làm tiếp điểm là không đáng kể đối với Rtx , vì vậy côngthức điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ là:

4.9/ Xác định nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫndài vô hạn, có tiết diện không đổi, thì nhiệt độ phát nóng của tiếp điểmđược tính theo công thức (2- 11) TL1 :

+  0,04.103mm.điện trở suất của vật liệu tiếp điểm

+ S : Tiết diện của tiếp điểm

95 28,9.10

Khi dòng điện đi qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Iđm

(quá tải, ngắn mạch, khởi động), nhiệt độ tăng lên, tiếp điểm bị đẩy dolực điện động dẫn đến khả năng bị hàn dính Độ ổn định của tiếp điểmchống đẩy, chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động (độ bền điệnđộng) Độ ổn định nhiệt và độ ổn định điện động là các thông số quantrọng được biểu thị qua trị số dòng điện hàn dính Ihd, tại trị số đó sự hàndính của tiếp điểm có thể không xảy ra nếu cơ cấu ngắt đủ khả năngngắt tiếp điểm Có hai phương pháp tính dòng hàn dính

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

  .

2 60.0,03.10 1 0,0035.1300

Như vậy dòng hàn dính được tính theo hai cách ở trên đều lớn hơn

tiếp điểm không bị hàn dính

4.11/ Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm :

Khi tiếp điểm đóng, bắt đầu thời điểm tiếp xúc sẽ có xung lực vađập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tượng rungtiếp điểm Tiếp điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại tiếptục va đập, quá trình này xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyểnsang trạng thái tiếp xúc ổn định, sự rung kết thúc Quá trình rung đượcđánh giá bằng độ lớn biên độ rung xm và thời gian rung tm

Vì bài toán có 3 tiếp điểm chính dạng cầu một pha hai chỗ ngắt.Theo công thức (2- 39) TL1, biên độ rung là:

2 0

+ Kv : Hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu Vì tiếp

+ Ftdd : Lực ép tiếp điểm đầu

2 1 2.77,55.10 0,1 1 0,9

7,78 0,63

Ta thấy maxt m= 9,325 ms <  t =10 ms Vậy tiếp điểm không bị rung

4.12/ Độ mòn của tiếp điểm.

Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và ngắt mạchđiện Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn tiếp điểm là ăn mòn về hóa học, cơhọc, về điện trong đó chủ yếu là ăn mòn về điện.

Khối lượng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lầnđóng ngắt tính theo công thức (2_54) TL1:

Vậy V m% V%cp  70%  Lượng mòn tiếp điểm đạt yêu cầu.

CHƯƠNG III : TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ.

vị trí như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ động: a- khi nắp mở, b-khi nắp hút

II Tính toán lò xo.

Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén, loại lò xo này có ưu điểm ít bị

ăn mòn bền về cơ, làm việc linh động, không bị phát nóng

Tra bảng (4- 1) TL1, chọn vật liệu làm lò xo là dây thép Các bon ROCT 8398-60 độ bền vừa có thông số :

- 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  x 480 N/mm2

- Module đàn hồi 200.103 N/mm2

- Module trượt G = 80.103 N/mm2

- Điện trở suất 0,19÷ 0,22.10-6

mCác thông số của lò xo:

Vì có 2 cặp tiếp điểm phụ thường đóng, mỗi cặp có 2 tiếp điểm kiểu bắc cầu nên :

- Theo công thức (4-31) TL1 , đường kính dây lò xo là :

Vậy x <   x = 480 (N/ mm2) do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu

Vậy lò xo đã thiết kế thoả mãn đảm bảo độ bền cơ

- Khoảng lún thực tế của lò xo:

2.Tính toán lò xo tiếp điểm chính.

Vì có 3 cặp tiếp điểm chính thường mở, mà tiếp điểm được sử dụng là dạng bắc cầu 1pha 2 chỗ ngắt nên :

- Tổng lực ép của tiếp điểm chính thường mở lúc cuối :

tdcc 6 td1 6.954( )

Với Ftđ1 = 9(N) là lực ép của một tiếp điểm chính thường mở

- Tổng lực ép của tiếp điểm chính thường mở lúc đầu :

- Ứng suất xoắn thực tế của lò xo , tính theo công thức (19-1)TL3 :

x=

2 1

Vậy x <   x = 480 (N/ mm2) do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu

Vậy lò xo đã thiết kế thoả mãn đảm bảo độ bền cơ

- Khoảng lún thực tế của lò xo:

3.Tính toán lò xo tiếp điểm phụ.

(+) Lực ép tiếp điểm phụ thường mở

Công tắc tơ thiết kế có 2 tiếp điểm phụ thường mở, tiếp điểm này cũng có dạng 1 pha hai chỗ ngắt nên:

- Tổng lực ép của tiếp điểm phụ thường mở lúc cuối là:

Tương tự như đối với tiếp điểm phụ thường mở, trong đó:

ptmd tdpd

480

Vậy chọn đường kính dây lò xo là d = 0,3 mm.

Vậy x <   x = 480 (N/ mm2) do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu

Vậy lò xo đã thiết kế thoả mãn đảm bảo độ bền cơ

- Khoảng lún thực tế của lò xo:

CHƯƠNG V: BUỒNG DẬP HỒ QUANG

I Khái niệm chung

Trong các khí cụ điện ( cầu dao, rơ le, công tắc tơ,…) khi đóng hoặc ngắt mạch điện, hồ quang sẽ phát sinh trên tiếp điểm Nếu để hồ quang cháy lâu các khí cụ điện sẽ bị hư hỏng Vì vậy phải nhanh chóng dập tắt hồ quang

Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí vì vậy mật độ dòng điện rất lớn ( 104 đến 105 A/ cm2 ) và nhiệt độ rất cao ( từ 5000 đến 6000 0C ) và điện áp trên katôt bé

- quá trình ion hoá do va chạm

- quá trình ion hoá do nhiệt

Song song với quá trình ion hóa là quá trình phản ion hoá

( khuyếch tán và tái hợp ) Nếu quá trình phản ion hoá diễn ra mãnh liệt hơn quá trình ion hoá thì hồ quang sẽ bị dập tắt Như vậy ta có biện pháp dập hồ quang

- Kéo dài hồ quang

- Hồ quang tự sinh ra để dập

- Dùng năng lượng ở nguồn ngoài để dập tắt

- Chia hồ quang thành nhiều đoạn để dập tắt

- Mắc điện trở Sun để dập tắt

Mặt khác hồ quang điện xoay chiều có đặc điểm là cứ sau nửa chy

kỳ thì dòng điện qua trị số 0 Tại thời điểm i = 0 thì quá trình phản iôn hoá diễn ra mạnh hơn quá trình ion hóa Do dó dễ dập hồ quang hơn

II Kết cấu buồng dập hồ quang

Yêu cầu đối với hệ thống dập hồ quang

- Đảm bảo khả năng đóng cắt

- Thời gian hồ quang cháy nhỏ

- Giảm quá điện áp

- Kích thước nhỏ

- Hạn chế âm thanh, ánh sáng

Đối với khí cụ điện hạ áp có các phương pháp dập hồ quang

thường dùng là:

- Kéo dài hồ quang bằng cơ khí

- Dùng cuộn dây thổi từ

- Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp

- Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập

Qua việc phân tích và tham khảo thực tế đối với công tắc tơ xoay chiều ba pha chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập

Cấu tạo:

Tấm sắt non

Lò xo tiếp điểm chính

Tiếp điểm động Tiếp điểm tĩnh

Lỗ thoát khí

Trong buồng dập hồ quang ở phớa trờn cú đặt nhiều tấm sắt từ Khi

hồ quang chỏy do lực điện động hồ quang bị đẩy vào giữa cỏc tấm thộp

và bị chia ra nhiều đoạn ngắn Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quàng di sõuvào, đồng thời cỏc tấm sắt non cú tỏc dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

A Tớnh toỏn thiết kế nam chõm điện

1 Xỏc định lực tới hạn

Dựa vào đặc tớnh cơ Fcơ = f  xỏc định F  cth , cth

Từ hình vẽ ta có cth 3,4mm, Fcth = 56,4 N.

2 Chọn dạng kết cấu.

Nam châm điện là loại cơ cấu điện từ biến đổi năng lượng từ điệnnăng thành cơ năng Nam châm điện có nhiều dạng kết cấu khác nhau vềmạch từ và cuộn dây

Sự khác nhau về dạng kết cấu dẫn đến sự khác nhau về đặc tínhchuyển động trong không gian, đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chếtạo

Qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấu của nam châm điện làmạch từ chữ E hút thẳng Cuộn dây được đặt ở cực từ giữa và vòng ngắnmạch được đặt ở hai cực từ bên

Để xem việc chọn dạng kết cấu của nam châm điện đã tốt hay chưa

ta có các bước kiểm tra sau:

Xét trên đặc tính phản lực ta thấy rằng công tắc tơ muốn làm việcđược thì khi hút, lực hút điện từ phải lớn hơn đặc tính cơ Fđt > Fcơ và khinhả Ftđ< Fcơ

Theo công thức (5-2)TL1 ta có hệ số kết cấu:

2 dttt

kc

th

F K



Trong đó:

Fđtth: lực hút điện từ tại điểm tới hạn (N)

th : Khe hở tới hạn của nam châm điện (mm),