Đồ án tốt nghiệp thiết kế công tác tơ điện xoay chiều 3 pha

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp thấp như: máy tự động, các bộ phận đầu nối cầu dao, công tắc xoay, cầu chì… + Nhóm các rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ

LỜI NÓI ĐẦU

Để đánh giá sự phát triển kinh tế của một số quốc gia chúng ta thường dựa vào trong tiêu chuẩn kinh tế rất quan trọng đó là sự phát triển nền công nghiệp quốc gia, đặc biệt là ngành điện Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Một ngành cung cấp năng lượng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của con người Ở đây chúng ta đi sâu vào tìm hiểu một bộ phận trong cơ cấu thiết bị khá quan trọng trong điều khiển quá trình sản xuất biến đổi truyền tải phân phối năng lượng

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh

và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất Ngoài

ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều khiển các quá trình năng lượng khác Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, các trạm biến

áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao thông vận tải… Do đó việc sử dụng điện năng trong công nghiệp cũng như trong đời sống không thể thiếu các loại khí cụ điện

Khí cụ điện có rất nhiều loại tùy theo chức năng và nhiệm vụ Có thể chia ra làm các loại chủ yếu sau đây:

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp cao: máy ngắt, dao cách ly, kháng điện, biến dòng, biến áp

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp thấp như: máy tự động, các bộ phận đầu nối( cầu dao, công tắc xoay), cầu chì…

+ Nhóm các rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le nhiệt…

+ Nhóm các khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ …

Khi nền công nghiệp càng phát triển, hiện đại hóa cao thì càng cần thiết phải có các loại khí cụ điện tốt hơn, hoàn hảo hơn Các loại khí cụ điện còn

phải đòi hỏi khả năng tự động hóa cao Chính vì vai trò quan trọng của khí cụ điện nên việc nghiên cứu các phương pháp tính toán, thiết kế các khí cụ điện

là một nhiệm vụ quan trọng và phải có sự đầu tư đúng mức để ngày càng được phát triển và hoàn thiện hơn

Trong quá trình học tập tại trường em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện Đặc biệt là sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo: Nguyễn Văn Đức Nhờ đó em đã thiết kế

tính toán loại khí cụ điện mà hiện nay đang có nhu cầu sử dụng rất nhiều và rộng rãi, đó là: “Công tắc tơ xoay chiều ba pha” Bản thuyết minh này sẽ trình bày việc thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều ba pha với các chỉ số sau:

Điện áp định mức Uđm= 400 (V)

Dòng điện định mức Iđm= 60 (A)

Điện áp điều khiển Uđk= 380 (V)

Dòng điện định mức phụ Iph= 5 (A)

Dòng điện ngắt Ingắt= 4Iđm

Dòng điện đóng Iđóng= 4Iđm

Tuổi thọ N=105 làm việc liên tục, cách điện cấp A

Số lượng tiếp điểm: 3 tiếp điểm chính thường mở

2 tiếp điểm phụ thường đóng

2 tiếp điểm phụ thường mở

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Phân tích phương án, chọn kết cấu thiết kế

2 Tính mạch vòng dẫn điện

5 Chọn buồng dập hồ quang

Kem theo bản thuyết minh gồm các bản vẽ sau:

+ Bản vẽ tổng lắp ráp Ao : 01 bản

+ Bản vẽ chi tiết A1 : 02 bản

+ Bản vẽ các đường đặc tính A1 : 01 bản

Mặc dù đã rất tập trung để hoàn thành bản thuyết minh, song do còn thiếu kinh nghiệm trong việc thiết kế nên quá trình làm đề tài chắc không tránh khỏi những sai sót Vậy em rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử để bản thuyết minh của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thiết kế

PHẦN I: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN- CHỌN KẾT CẤU

THIẾT KẾ

A.KHÁI NIỆM CHUNG

I.KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TẮC TƠ:

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

Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ, thủy lực hay khí nén Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn

cả

II.PHÂN LOAI:

1 Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loạisau:

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén

+ Công tắc tơ không tiếp điểm

2 Theo dạng dòng điện trong mạch:

+ Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều

+ Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều

Ngoài ra trên thực tế còn có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, nhưng nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều

III CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÔNG TẮC TƠ:

Công tắc tơ phải đóng dứt khoát, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt nghĩa là nhiệt độ phát nóng của công tắc tơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ phát nóng cho phép: θ ≤ [θcp ]

Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp bằng 85% Ucd thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110% Ucd thì cuộn dây không nóng quá trị số cho phép và công tắc tơ vẫn làm việc bình thường

Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động được xác định bằng số lần đóng ngắt tối thiểu mà sau đó cần thay thế hoặc sửa chữr các tiếp điểm bị

ăn mòn khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm

Đảm bảo độ mòn về điện đối với công tắc tơ tiếp điểm, trong ngày nay những loại công tắc tơ hiện đại độ mòn về điện từ (2÷3).106 lần đóng ngắt

Đảm bảo độ bền về cơ: độ mòn về cơ được xác định bằng số lần đóng ngắt tối đa mà chưr đòi hỏi phải thay thế hoặc sửa chữ các chi tiết khi không

có dòng điện tiếp điểm Ngày nay các công tắc tơ hiện đại độ bền cơ khí đạt 2.107 lần đóng ngắt

IV.CẤU TẠO CỦA CÔNG TẮC TƠ:

Công tắc tơ điện từ bao gồm những thành phần chính sau:

Hệ thống mạch vòng dẫn điện

Cơ cấu điện từ

Hệ thống dập hồ quang

Hệ thống phản lực

V.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG TẮC TƠ:

Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông

Φ và sinh ra lực hút điện từ Fđt Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh Các tiếp điểm thường

mở của công tắc tơ được đóng lại Mạch điện thông

Khi ngắt dòng điện của cuộn dây nam châm thì lực hút điện từ Fđt=0 dưới tác dụng của hệ thống lò xo sẽ đẩy phần động trở về vị trí ban đầu Các tiếp điểm của công tắc tơ mở, hồ quang phát sinh ở tiếp điểm chính sẽ được dập tắt trong buồng dập hồ quang Mạch điện ngắt

B PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CHỌN KẾT CẤU:

Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết kế Ta tiến hành khảo sát một số loại công tắc tơ của một số nước đang sử dụng ở Việt Nam:

+ Công tắc tơ của Việt Nam

+ Công tắc tơ của Liên xô

+ Công tắc tơ của Nhật

+ Công tắc tơ của Hàn Quốc

+ Công tắc tơ của Trung Quốc

Sau khi tham khảo về cơ bản công tắc tơ của các nước đều giống nhau Từ đó

em có nhận xét sau:

I MẠCH TỪ:

Trong tất cả các loại công tắc tơ của các nước nói trên người ta đều sử dụng mạch từ chữ ш có cuộn dây được đặt ở giữa, trên hai cực từ người ta đặt vòng chống rung

Loại này có ưu điểm: Lực hút điện từ lớn và được phân bố đều nên làm việc chắc chắn và tin cậy

Các loại kiểu hút trong mạch từ: có 2 loại

1 Hút thẳng:

Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thước của công tắc tơ nhỏ và gọn Từ thông rò không đổi khi chuyển động, lực hút điện

từ lớn

Nhược điểm: không sử dụng được với dòng điện lớn vì độ mở của tiếp điểm bằng độ mở của nam châm điện Nên nếu dùng cho dòng điện lớn thì độ

mở của tiếp điểm lớn dẫn đến nam châm điện hóa Khi đó kích thước của công tắc tơ sẽ lớn dẫn đến hay bị rung động

2 Hút quay:

Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, độ mở tiếp điểm lớn nên sử dụng cho các loại công tắc tơ có dòng điện lớn

II TIẾP ĐIỂM:

Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu một pha hai chỗ ngắt

Kiểu này có ưu điểm: vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là hai nên có khả năng ngắt nhanh, chịu được và dễ dập hồ quang Đồng thời giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước của công tắc tơ (như hình vẽ)

Trong đó:

1 Thanh dẫn tĩnh

2 Thanh dẫn động

3 Tiếp điểm động

4 Tiếp điểm tĩnh

2 3 4

1

III BUỒNG DẬP HỒ QUANG:

Buồng dập có tác dụng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo các yêu cầu sau:

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

+ Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ Nếu không có thể chọc thủng cách điện trong buồng dập hồ quang

+ Hạn chế ánh sáng và âm thanh

Do tác dụng của hồ quang là rất nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp nhanh chóng dập hồ quang

Đối với công tắc tơ xoay chiều có hai phương án dập hồ quang chủ yếu là:

+ Dùng cuộn thổi từ có buồng dập là khe hở hẹp

+ Dùng buồng dập kiểu dàn dập

Phương pháp thứ nhất có khả năng dập hồ quang rất tốt song kết cấu phức tạp, thường dùng cho các loại công tắc tơ có dòng điện lớn làm việc ở chế độ nặng và trung bình

Phương pháp thứ hai có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, nhưng khả năng dập hồ quang kém hơn phương pháp thứ nhất Nó được dùng cho công tắc tơ có dòng điện không lớn lắm

Như vậy ở đây ta thiết kế công tắc tơ có Uđm=400 (V); Iđm=60 (A) Ta

sẽ chọn buồng dập hồ quang là buồng dập kiểu dàn dập được làm từ vật liệu sắt ít cacbon Loại này có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và đơn giản trong tính toán và đảm bảo khi làm việc

IV NAM CHÂM ĐIỆN:

Nam châm điện có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến tính năng làm việc và kích thước của toàn bộ công tắc tơ

Nam châm điện dạng chữ ш hút chập từ thông không rò Có từ thông không đổi trong quá trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở không khí lớn, lực hút điện từ lớn đặc tính của lực hút điện từ gần với đặc tính cơ phản lực của loại công tắc tơ xoay chiều Sử dụng kiểu này ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu hai chỗ ngắt

Trên thực tế và theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dòng định mức Iđm<100 (A) người ta thường chọn mạch từ có dạng chữ ш kiểu hút thẳng

có đặc tính hút gần với đặc tính phản lực đồng thời đơn giản hơn trong quá trình tính toán và chế tạo

Kết Luận:

Qua phân tích ở trên để phù hợp với yêu cầu và kỹ thuật Vậy em chọn kiểu dáng kết cấu cho công tắc tơ mà em thiết kế là:

Mạch từ: chữ ш

Kiểu hút: hút thẳng

Tiếp điểm: một pha hai chỗ ngắt

Buồng dập hồ quang: kiểu dàn dập

Hệ thống phản lực: 3 lò xo tiếp điểm chính

Vỏ: nhựa cứng

Từ các yếu tố đã chọn ở trên ta có kiểu dáng công tắc tơ mà em thiết kế như hình vẽ:

Trong đó:

1: Lò xo nhả

2: Nam châm điện

3: Tiếp điểm tĩnh

4: Buồng dập hồ quang

5: Tiếp điểm động

6: Nắp nam châm điện

7: Cuộn dây

C CHỌN KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN

Khoảng cách cách điện đóng một vai trò rất quan trong ảnh hưởng tơi kích thước của công tắc tơ và mức độ vận hành sao cho an tòan Khoảng cách điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Điện áp định mức

Môi trường làm việc

Quá trình dập tắt hồ quang

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

+ Theo độ bền làm việc pha

+ Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với đất

+ Theo chế độ bền điện ngay trong nội tại của công tắc tơ đối với các phần tử mang điện

Nếu ta chọn khoảng cách quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu chọn khoảng cách lớn sẽ tăng kích thước công tắc tơ

Đối với các pha với nhau điện áp lớn hơn điện áp giữa các pha phần tử mang điện đối với đất, hơn nữa vỏ của các công tắc tơ được làm bằng nhựa cứng, do đó cách điện với đất tốt, làm việc hoàn toàn an toàn

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 phương pháp (độ bền điện giữa các pha) nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn đến hai phương pháp kia cũng đảm bào an toàn khi làm việc

Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng (1-2)/14-quyển1 với:

Uđm = 400 (V) ta có : lcđ ≥ 5 (mm)

Nên ta chọn lcđ = 10 (mm), lrò = 30 (mm)

Khi chọn khoảng cách cách điện nó còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của vật liệu, bụi, độ bẩn, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha Vì vậy khi thiết

kế hình dạng cấu trúc của cách điện sao cho khi vận hành bụi bẩn không phủ lên chúng

Vậy để giảm kích thước của công tắc tơ và loại trừ khả năng bụi bẩn nên chọn kết cấu của cách điện dạng gờ, mái bật như hình vẽ :

lrò