Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

Luận Văn: Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

Lời nói đầu

Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp - nông nghiệp, nên 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 suất lao động, phục vụ đời sống, sinh hoạt hàng ngày của con ngời không những thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trờng không có lợi cho con ngời và làm việc với tính chính xác cao

Với nhiều u điểm nh vậy nên việc sử dụng khí cụ điện trong nghành tăng lên không ngừng Mặt khác, các khí cụ điện ngày càng đợc cải tiến và hoàn thiện, đồng thời việc nghiên cứu, chế tạo để tạo ra những khí cụ điện có nhiều u điểm hơn nữa là cần thiết cho mỗi sinh viên.

Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện, thuộc bộ môn Thiết bị điện - điện tử, khoa Điện Đặc biệt là hớng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy Nguyễn Văn Đức và thầy Bùi Tín Hữu, trong thời gian làm đồ án môn học, em đã hoàn thành đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có nhiều hạn chế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế đồ án em còn mắc những sai sót nhất định Vì vậy em rất mong có đ-ợc sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến thầy cô và các bạn sinh viên.

Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - điện tử, thầy Nguyễn Văn Đức và thầy Bùi Tín Hữu.

Phần một :

Sơ lợc về công tắc tơ xoay chiều1.Khái quát và công dụng:

Công tắc tơ xoay chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện lực có phụ tải hoặc dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều Nam châm 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 lực nhng các khí cụ điện hiện nay (hay công tắc tơ hiện nay) thờng đợc chế tạo theo kiểu điện từ.

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.Tổn phí vận hành ít, tiêu tốn ít năng lợng.

3.3.Các yêu cầu về kinh tế, xã hội:

Giá thành hạ.

Tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho nhân viên vận hành (về tâm sinh lý, về cơ thể )…

Tính an toàn trong lắp ráp vận hành.Tính thẩm mỹ của kết cấu.

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 gồm mạch từ dùng để dẫn từ, nó là những lá thép kĩ thuật điện đợc dập hình chữ E hoặc U và đợc ghép lại với nhau Mạch từ đợc chia làm hai phần: một phần đợc kẹp chặt cố định, phần còn lại là nắp đợc nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống 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 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.

Phần hai:

Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

Chơng I : Yêu cầu thiết kế và chọn phơng án kết cấuI.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 = 180 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 = 380 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 trong chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài, nghĩa là ở chế độ này, thời gian công tắc tơ 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 trong phòng ở nhiệt độ môi trờng θmt = 40°C và công tắc tơ phải chịu đợc tác động cơ học ở mức trung bình, làm việc ở chế độ dài hạn, ngắn hạn và có thể đôi khi làm việc ở chế độ sự cố.

I.2.1.Lựa chọn nam châm điện :

Dựa vào tần số thao tác trong một giờ, ta phân biệt đợc chế độ làm việc của 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 hút ống dây, chuyển động kiểu hút thẳng, kiểu quay trên 1 cạnh và có phần ứng nằm ngoài cuộn dây, phần ứng chuyển động trong lòng ống dây hoặc một phần ống 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 nắp khi ngắt và mạch từ kiểu hút thẳng đợc dùng trong chế độ làm việc nhẹ, đặc biệt 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 Ta chọn nam châm điện 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, phơng chuyển động trùng với phơng tác dụng của các lực Đồng thời cho đặc tính lực hút tơng đối lớn, hành trình chuyển động tơng đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn Từ thông rò không sinh ra lực phụ.

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

Việc dùng kết cấu nam châm điện 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

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

Với yêu cầu thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha có tần số đóng ngắt bằng cơ = 100.000 lần, đóng ngắt bằng điện = 1.000.000 lần Nên các tiếp điểm phải 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 và chịu đợc hồ quang nh kim loại gốm :Bạc, Nikel…ở trạng thái ngắt, độ mở của tiếp điểm phải có giá trị đủ lớn để không cho hồ quang cháy lại khi ngắt, đồng thời cũng không lớn quá để giảm kích thớc của nam châm điện.

I.2.3.Lựa chọn hệ thống dập hồ quang:

Hệ thống dập hồ quang trong công tắc tơ đảm bảo nhanh chóng dập tắt hồ quang sinh ra trong quá trình đóng cắt tiếp điểm Có thời gian hồ quang cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang.

Hệ thống dập hồ quang có kích thớc nhỏ, vùng khí iôn hoá nhỏ nếu không nó có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần của thiết bị và còn toàn bộ khí cụ, hạn chế ánh sáng và âm thanh.

I.2.4.Các chi tiết khác:

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

8

I.2.5.Sơ đồ đông:

1

2

3 m 4

5 δ

Trong đó:

1.Giá phần động 2.Lò xo tiếp điểm3.Tiếp điểm động

l : độ lún của tiếp điểm Fđt Fđt

δ : Khe hở không khí

Flxtd : Lực lò xo tiếp điểm Fđt

Flxnh : Lực lò xo nhảFtd : Lực ép tiếp điểmFđt : Lực hút điện từ

G : Trọng lực phần động

Chơng II : Tính mạch vòng dẫn điệnII.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 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).

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.- Có độ bền cơ khí cao.

- Có khả năng chịu đợc ăn mòn hoá học, ít bị ôxi hoá.- Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đập.

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ.

II.3.2.Chọn vật liệu:

Chọn vật liệu thanh dẫn bằng Cu và có các tính chất sau:Hệ số nhiệt điện trở :α = 0,0043 (1/°C)Hệ số dẫn nhiệt :λ = 393 (W/m°C)Điện trở suất ở 20°C :ρ20= 1,74.108 (Ωm)

Chọn dạng thanh dẫn : hình chữ nhật aìb (a : chiều dài; b : chiều rộng và a = n * b ; chọn n = 7 )

Nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn : θcp = 95°C.Nhiệt độ môi trờng : θo = 40°C.

Điện trở suất của Cu ở θcp : ρθ = ρ20(1 + α.(θcp – 20)) = 1,74.10-8(1 + 0,0043*75) = 2,183.10-8 (Ωm)

Theo công thức (2-6) trang 19 sách TKKCĐHA ta có:b = 3

Trong đó :

I = Iđm = 180 (A)

Kf : hệ số tổn hao phụ ; Kf = 1,03 ữ 1,06.KT : hệ số toả nhiệt ; KT = 5 ữ 8 (W/m2°C)Chọn Kf = 1,03; KT = 5 (W/m2°C) Ta có :

b =3

180 − = 3,15.10-3 (m) = 3,15 (mm)

⇒ a = b 7 = 22 (mm).

Từ Iđm = 180 (A) ⇒ theo bảng (2-15) trang 51 sách TKKCĐHA ta có: đờng kính tiếp điểm : dtđ = 25 ữ 32 (mm) Chọn dtđ =25 (mm)

⇒ a = dtđ + 2 = 27 (mm) ⇒ b = a/7 = 3,8 (mm)

⇒ Tiết diện thanh dẫn : S = a b = 102,6 (mm2) = 102,6.10-6(m2)⇒ Chu vi thanh dẫn : P = 2 (a + b) = 61,6 (mm) = 61,6.10-3(m)

II.3.3.Kiểm nghiệm ở chế độ dài hạn:

Mật độ dòng điện : Jdh =

= 102,6180

−+⇒ θtd =

−+=60,6 °C

θtd < θcp = 95°C.

III.3.4.Kiểm nghiệm ở chế độ ngắn mạch:

Độ bền nhiệt của KCĐ là tính chất chịu đợc sự tác dụng nhiệt của dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch, nó đợc đặc trng bằng dòng bền nhiệt (dòng điện mà ở đó thanh dẫn cha bị biến dạng).

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 = θcp = 95 °C.

Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch θnm = 300 °C.

Tra đờng cong phát nóng của đồng khi có dòng ngắn mạch (Hình 6-6 trang 313 sách TKKCĐHA ) ta có :

Ađ = 1,52.104 (A2.s/mm4) ; Anm = 3,75.104 (A2.s/mm4) Theo công thức (2-61) trang 93 sách TKKCĐHA ta có :

Jnm =

Mật độ dòng điện khi ở tnm = 3 (s) :Jnm1 =

( − 4 = 86 (A/mm2).Mật độ dòng điện khi ở tnm = 4 (s) :

Jnm1 =

( − 4 = 74,6 (A/mm2).Mật độ dòng điện khi ở tnm = 10 (s) :

Jnm1 =

II.3.5.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 điện lớn 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 mức không đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và lực ép tiếp 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 dòng ngắn mạch chạy qua

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

ba

Kết cấu của mối nối gồm có : mối nối có thể tháo rời đợc, không thể tháo rời đợc, mối nối kiêm khớp bản lề có dau nối mềm hoặc không có dây nối mềm ở đây ta chọn mối nối có thể tháo rời đợc và bằng bu lông

Với dòng điện định mức Iđm =180A theo bảng 2-10 trang 33 sách TKKCĐHA ta chọn bu lông bằng thép CT3 có đờng kính hệ ren mm M8 x 25

Diện tích bề mặt tiếp xúc : Stx =

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

⇒ Stx = =

580 (mm2) = 5,8 (cm2) Lực ép tiếp xúc : Ftx = ftx.Stx

Với ftx là lực ép riêng trên các mối nối, ftx = 100 ữ 150 kG/cm2Chọn ftx=100 kG/cm2

).02,1(Rtx =

với Ktx= 0,14 10-3 , m = 1 ( tiếp xúc mặt )

Điện áp tiếp xúc : Utx = Iđm.Rtx = 180.2,37.10-7 = 0,04 (mV).

Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([Utx]cp = 30 mV), nên bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu

II.4.Tiếp điểm:

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 không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt 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 trong giới hạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất, độ rung của tiếp 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 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 = 180A

Tra bảng (5-2) sách KCĐ ta chọn vật liệu bằng kim loại gốm ký hiệu là KMK.A20 với các đặc tính :

Khối lợng riêng : γ = 9,5.103 kG/m3 Điện trở suất ở 200C : ρ20 = 0,025.10-6 (Ωm) Độ dẫn nhiệt : λ = 3,25 (W/cm 0C) Độ cứng Briven : HB = 45 ữ 65 (kG/cm2) Hệ số dẫn nhiệt điện trở : α = 0,0035 (1/ 0C)

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

th-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 chiều cao tiếp điểm htđ = 3,5 (mm).

II.4.4.Lực ép tiếp điểm:

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

Theo công thức kinh nghiệm ta có : Ftđ = ftđ Iđm

Tra bảng (2-17) trang 55 sách TKKCĐHA ta chọn ftđ = 10 G/A Ftđ =10 180 =1800 (G) = 18 (N).

Điện trở tiếp điểm :

Rtđ =

= 1,09.10-4 (Ω).

II.4.5 Điện áp tiếp điểm:

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệu làm tiếp điểm là không đáng kể so với Rtđ, vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng :

Utđ = Iđm.Rtđ =180.1,09.10-4 = 19,6 (mV).

Vậy điện áp tiếp điểm Utđ thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép [Utx] = 2 ữ 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, có tiếp điện không đổi, giả sử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt xa nơi tiếp xúc

Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm :θtđ=θo+

λρθ +

Trong đó :

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 :

θtđ =

Nhiệt độ nơi tiếp xúc

≈ 51,30C.

II.5.Dòng điện hàn dính:

Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Iđm (quá tải, khởi động, ngắn mạch), nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động dẫn đến khả năng hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động) Độ ổn định nhiệt và ổn định điện động là các thông số quan trọng đợc biểu thị qua trị số dòng điện hàn dính Ihd, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm.

Theo công thức (2-36) trang 67 sách TKKCĐHA ta có : Ihd = Khd Ftd

Hệ số hàn dính Khd đợc xác định qua bảng (2 – 36) trang 67 sách TKKCĐHA ⇒ Chọn Khd = 2000 (A/kG)

⇒ Ihd = 2000 1,8 = 2683 (A).

Dòng điện ngắn mạch : Inm = 10 Iđm = 1800 (A) Ihd > Inm⇒ đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính.

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 cơ khí 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, quá trình 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 độ rung 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 :

xm =

)1

md =

Theo kinh nghiệm với dòng Iđm =180 (A) và điện áp Uđm = 400 (V) ta chọn độ mở m = 8 (mm).

Chọn độ lún theo công thức kinh nghiệm với dòng điện Iđm = 180 (A) thì độ lún l = 3 ữ 4 (mm) Chọn l = 4(mm).

II.8.Hao mòn tiếp điểm:

Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch 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 là :

gđ + gng = 10 -9(Kđ 2d

I + Kng 2ng

Ing = Iđm =180 (A)

gđ và gng : khối lợng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt

⇒ gđ + gng = 10 -9(0,01.10802 + 0,01.1802).1,5 = 1,8.10 -5 (G).Sau 105 lần đóng ngắt về cơ, khối lợng mòn là :

Gm1 = 105.(gđ + gng) = 105.1,8.10 -5 = 1,8 (G).Sau 106 lần đóng ngắt về điện, khối lợng mòn là : Gm2 = N.(gđ + gng) = 106.1,8.10 -5 = 18 (G).

Thể tích mòn :

Vm = 1,042.10 (m )5

== −−

II.9.Hệ thống tiếp điểm phụ:

Theo kinh nghiệm công tắc tơ xoay chiều, dòng điện Iđm = 5 (A) ta chọn độ mở m = 10 (mm).

Độ lún l = 1,5 + 0,02.5 = 1,6 ≈ 2 (mm).

Lực ép lên hệ thống tiếp điểm phụ :

Ftdpc = Idm ftd Trong đó chọn ftd = 10 (G/A).⇒ Ftdpc = 5 10 = 50 (G) = 0,05 (kG) = 0,5 (N).⇒ Ftdpd = 0,6 Ftdpc = 0,6 0,5 = 0,3 (N).

- 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 18 = 108 (N)

Lực ép tiếp điểm đầu :

Ftđđ = 0,6 Ftđc = 0,6 108 = 64,8 (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: Ftđpđ = 0,6 Ftđpc = 0,6 2 = 1,2 (N)

II.3 Lực ép tiếp điểm phụ th ờng đóng :

Lực ép tiếp điểm đầu thờng đóng : Ftđđ = Ftđpc = 2 (N) Lực ép tiếp điểm cuối thờng đóng: Ftđc = Ftđpđ = 1,2 (N)

II.4 Lực lò xo nhả :

Lực nhả đầu :

Flxnhđ = Kdt (Gđ + Ftđđ )

Flxnhđ = 1,1.(18 + 2) = 22 (N)Trong đó:

Hệ số dự trữ Kdt = 1,1 ữ 1,3 Chọn Kdt = 1,1 Trọng lợng phần động : Gđ= mc.Iđm = 18(N) Lực nhả cuối :

161

K 108

33

18

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 dây thép các bon ΓOTC9389-60 độ bền trung bình, nhãn hiệu II (Π) :

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).Module đàn hồi : 200.103 (N/mm2).Module trợt : 80.103 (N/mm2).

Điện trở suất : 0,19 ữ 0,22 10-6 (Ωm).Các thông số của lò xo :

20

V.1 Lò xo nhả:

Tính cho một lò xo

Fnh đầu = 11 (N)2

Fnh cuối = 16,5 (N)2

Nh vậy trong khoảng δ = m + l = 12 (mm) lò xo phải sinh đợc lực là ∆F = 16,5 - 11 = 5,5 (N)

Theo công thức (4-31) trang 173 sách TKKCĐHA, đờng kính dây lò xo là :

d =

chọn C = =10

và F = Fnh cuốid = 0,938 (mm)

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d =1(mm).Đờng kính lò xo :

D = C.d = 10.1 = 10 (mm) Số vòng làm việc :

(vòng)với f = m + l = 12 (mm).

Số vòng kết cấu :

Wk = 22 + 2 = 24 (vòng).Bớc lò xo :

tk = d =1 (mm)

tn = d + 1,55 (mm)22

Chiều dài kết cấu :

lk = d.W = 1.22 =22 (mm)

ln = W.tn + 1,5.d = 22.1,55 + 1,5.1 = 35,6 (mm)ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

σx =320,41

(N/mm2).

Vậy σx < [σx] = 480 (N/mm2), do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầuKhoảng lún thực tế của lò xo:

Fnh đầu = 21,6 (N)3

chọn C = =10

và F = Fnh cuốid = 1,38 (mm)

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d =1,4 (mm).Đờng kính lò xo :

D = C.d = 10.1,4 = 14 (mm) Số vòng làm việc :

(vòng)với f = l = 4 (mm)

Số vòng kết cấu :

Wk = 4 + 2 = 6 (vòng)Bớc lò xo :

tk = 1,4 (mm)

tn = d + 2, (mm)4

Chiều dài kết cấu :

lk = d.W = 1,4.4 = 5,6 (mm)

ln = W.tn + 1,5.d = 4.2,4 + 1,5.1,4 = 11,7 (mm)ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

(N/mm2)

Vậy σx < [σx] =480 N/mm2 do đó lò chọn thoả mãn yêu cầu

Khoảng lún thực tế của lò xo:

80.10 .1,4 4,1( )

V.3.Lò xo tiếp điểm phụ:

Tính cho một lò xo: Fnh cuối = 1 (N)

Fnh đầu = 0,6 (N)2

chọn C = =9

và F = Fnh cuốid = 0,22 (mm)

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d = 0,22 (mm).Đờng kính lò xo :

D = C.d = 9.0,22 = 1,98 (mm) Số vòng làm việc :

(vòng).với f = l =2 (mm).

Số vòng kết cấu :

Wk = 15 + 2 = 17 (vòng).Bớc lò xo :

tk = 0,22 (mm).

tn = d + 0,35 (mm)15

Chiều dài kết cấu :

lk = d.W = 0,22.15 = 3,3 (mm).

ln = W.tn + 1,5.d = 15.0,35 + 1,5.0,22 = 5,58 (mm).ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

σx =8.. .2 = 8.0.1,22.92 =473

ππ d

(N/mm2).

Vậy σx < [σx] =480 N/mm2 do đó lò chọn thoả mãn yêu cầu