Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

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

Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức mục lục Lời nói đầu Chơng I:Giới thiệu chung về công tắc tơ I: Khái niệm chung II :Tác dụng III: Cấu tạo IV: Nguyên lý hoạt động Chơng II:Chọn phơng án kết cấu 1:Hệ thống mạch vòng dẫn điện 2:Hệ thống dập hồ quang 3:Nam châm điện 4:Hệ thống các lò xo nhả,lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 5:Hình dáng công tắc tơ Chơng III: Tính toán mạch vòng dẫn điện A : Khái niệm chung B : Tính toán I : Tính toán mạch vòng dẫn điên chính II : Tính toán đầu nối III : Tính toán tiếp điểm Chơng IV: Chọn buồng dập hồ quang I : Khái niệm chung II : Yêu cầu của việc thiết kế buồng dập hồ quang III : Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang IV : Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang V : Kết cấu buồng dập hồ quang VI : Nguyên lý buồng dập hồ quang Chơng V: Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả I : Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xô II : Tính toán lò xoPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức Chơng VI: Dựng đặc tính cơ Chơng VII: Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện I : Khái niệm II : Kết cấu và lựa chọn nam châm điện III : Tính toán nam châm điện IV : Tính toán và kiểm nghiệm nam cham điệnPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcLời nói đầu Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc,ngành điện cũng đồng thời phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu về điện Các khí cụ điện có nhiệm vú dảm bảo an toàn trong quá trinh vận hành các thiết bị điện Với những yêu cầu khác nhau mà ngời ta chế tạo các khí cụ điện khác nhau,mức độ tự động hoá ngày càng đợc nâng cao Công tắc tơ là một loại khí cụ điện co tác dụng bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố nh quá tải,ngắn mạch,quá dòng Nhiệm vụ của bài đồ án là thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha với các số liệu nh ở dới Đợc s giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Đức cùng các thầy cô bộ môn TBĐ, em đã hoàn thành bản thiết kế.Nhng em còn hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót.Vậy em kính xin thầy cô chỉ bảo góp ý thêm cho em dể bản thiết kế hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng IGiới thiệu chung về Công tắc tơ ,Cấu tạo, Nguyên lý họat độngI. Khái niệm chungCông tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thờng xuyên đ-ợc điều khiển bằng tín hiệu điện. II.Tác dụng Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thờng xuyên mạch điện động lực ,từ xa bằng tay ,tự độngIII. Cấu tạo Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:1-Hệ thống mach vòng dẫn điện Bao gồm hệ thống thanh dẫn,dây nối mềm,đầu nối và hệ thống tiếp điểm2-Nam châm điện xoay chiều.3- Hệ thống dập hồ quang4- Hệ thống phản lực : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung .IV. Nguyên lý hoạt độngKhi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ đợc sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ lớn lực cơ thì nắp mạch từ đợc hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắn vòng ngắn mạch để chống rung,làm chi tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ thờng mở và mở ra đối với tiếp điểm thờng đóng. Lò xo nhả bị nén lạiKhi ngắt điện vào cuộn dây, luồng 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. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm. Nhờ các vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dập tắt.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng II Chọn phơng án kết cấu1.Hệ thống mạch vòng dẫn điệnThanh dẫn: do thanh dẫn phải dẫn dòng điện làm việc và có khi phải chụi dòng điện ngắn mạch lớn khi xảy ra sự cố đòng thời phải đảm bảo cho tiếp điểm tiếp xúc tốt nên ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện ngang hình ch nhật.Đầu nối : chọn đầu nối bằng bu lông có thể tháo rời đợc.Tiếp điểm chính: do dòng điện làm việc định mức của công tắc tơ là145A nên ta chọn tiếp điểm hình chữ nhật, kiểu bắc cầu, 1 pha 2 chỗ ngắt, tiếp xúc loại mặt phẳng-mặt phẳng.Tiếp điểm phụ: cũng dùng kiểu tiếp điểm bắc cầu 1 pha 2 chỗ ngắt.ii. Hệ thống dập hồ quangĐối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là :- Kéo dài hồ quang điện 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 phân tích và tham khảo thực tế , đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập . iii. Nam châm điệnCông tắc tơ có thể đóng ngắt bằng nam châm điện hút quay hoặc hút thẳng.Nam châm điện hút quay- Ưu điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút quay tốt hơn nam châm điện hút thẳng.- Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, một pha có một chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang khó khăn, phải dùng dây nối mềm.Nam châm điện hút thẳng- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, Kết cấu tiếp điểm bắc cầu một pha có hai chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang đơn giản hơn, Hành trình chuyển động gắn liền với chuyền động của nắp nam châm điện,việc bố trí buồng dập hồ quang dễ dàng, Không dùng dây nối mềm.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức- Nhợc điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút thẳng không tốt bằng nam châm hút quay.Do có nhiều u điểm cho nên ta sẽ sử dụng nam châm điện xoay chiều hình chữ E kiểu hút chập.iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xungLò xo nhả, lò xo tiếp điểm: ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ do nó ít bị ăn mòn và bền hơn lò xo tấm phẳng.Lò xo hoăn xung: dùng để giảm bớt va chạm giữa nắp và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá.v. Hình dáng của công tắc tơSau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sau 1. Tiếp điểm tĩnh. 6. Thanh dẫn tĩnh. 2. Tiếp điểm động. 7. Lò xo nhả. 3. Lò xo ép tiếp điểm. 8. Mạch từ nam châm điện. . 4. Thanh dẫn động 9. Cuộn dây nam châm điện.5. Dàn dập hồ quang. 10. Vòng ngắn mạch. 11. Nắp mạch từ nam châm điện.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng IIITính toán mạch vòng dẫn điện A. Khái niệm chungTrong Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ quan trọng, nó có chức năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện. Mạch vòng dẫn điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thớc hợp thành. Đối với Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có mạch vòng dẫn điện chính và mạch vòng dẫn điện phụ với các bộ phận chính nh sau:- Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. - Dây dẫn mềm. - Đầu nối : gồm vít và mối hàn- Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh.- Cuộn thổi từ.Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và kích thớc của các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng nh quyết định kích thớc của Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.I,Tính toán mạch vòng dẫn điện chính. 1,Thanh dẫn: 1.1,Thanh dẫn động: a) Chọn vật liệu:Thanh dẫn động gắn với tiếp điểm động, vì vậy nó cần phải có lực ép đủ để tiếp xúc tốt, độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy tơng đối cao do đó tra bảng (2-13 TKKCDHA) ta chọn đồng kéo nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động.Các thông số của đồng kéo nguội : Ký hiệu ML-TB Tỷ trọng () 8,9 g/cm3Nhiệt độ nóng chảy (nc) 10830CĐiện trở suất ở 200C (20) 0,0175.10-6 mĐộ dẫn nhiệt () 3,9W/cm 0CĐộ cứng Briven (HB) 80 ữ 120 kG/cm2Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 1/ 0CNhiệt độ cho phép cấp A ([cp]) 950 CPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đứcb) Tính toán thanh dẫn:- Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy bTheo công thức (2-6 TKKCDHA) 3dôTf2.K).1n.(n.2K Ib+=trong đó : -I =145 A : Dòng điện định mức.-n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5 ữ 10, chọn n = 7-Kf : hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Kf = Kbm.Kg = 1,03 ữ 1,06 . Chọn Kf = 1,04.-KT : hệ số tản nhiệt, KT = (6 ữ 12) (W/ 0 C.m2) Chọn KT=8 (W/ 0 C.m2)- : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định = 20[1+( - 20)]20 : điện trở suất của vật liệu ở 20OC : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu : nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép = [] = 95 OC. 95 = 0,0175.10 -6[1+4,3.10 -3(95 20)] 0,023.10 -6 (.m)-ôđ : độ tăng nhiệt ổn định ôđ = - mt với mt =40 OC là nhiệt độ môi trờng ôđ = 95 40 = 55 OCVậy bề dầy : mmmb 169.2002169.055.8).17.(7.204,1.10.023,0.145362==+= a=nxb=7x2,169=15,18 mm Vậy a=15.4 mm b=2,2 mmPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcĐây là kích thớc tối thiểu của thanh dẫn .Để nhiệt độ của thanh dẫn không vợt quá nhiệt độ cho phép ta phải chọn kích thớc thanh dẫn lớn hơn số liệu tính toán trên. Đồng thời phải căn cứ vào kích thớc tiếp điểm để có thể đặt tiếp điểm trên thanh dẫn. Theo bảng (2.15 TKKCDHA) Ta chon kích thớc tiếp điểm đối với dòng điện Iđm=145A(100A-160A) Có đờng kính tơng đơng : d=20 mm Do với dòng điện 145 A ta sử dụng tiếp điểm hình chữ nhật b1 a1 a1: Chiều dài tiếp điểm b1: Chiều rộng tiếp điểm.Diện tích tơng ứng a1.b1=.d2/4=3.14.202/4=314 mm2 Chọn: a1=16mm b1=19,5 mmCăn cứ vào kích thớc tiếp điểm ta chọn chiều dài a của thanh dẫn lớn hơn a1 để đảm bảo có thể gắn đợc tiếp điểm. Chọn : a=18mm b=3 mm .Chu vi mặt cắt thanh dẫn là: P=2x(a+b)=2x(18+3)=42 mmTiết diện mặt cắt: S=axb=18x3=54mm2.c,Kiểm nghiệm thanh dẫn: 1. Kiểm tra kích th ớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn Mật độ dòng điện : Yêu cầu kiểm nghiệm [j] <2 ữ 4 A/mm2. Ta có: j2/7,254145mmASIdm=== thoả mãn yêu cầu về mật độ dòng điện dài hạn.2. Nhiệt độ thanh dẫn :Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có nhiệt độ phát nóng +=.K IK.P.S.K.P.S.K If02TmtTf02tdPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đứcvới 0 : điện trở suất của đồng kéo nguội ở 00C 6320010.016,020.0043,0110.0175,0.1=+=+=.m mt : nhiệt độ môi trờng, mt = 400CThay vào ta có : 0043,0.04,1.10.016,0.14510.8.42.548.40.10.42.5404,1.10.016,0.145629962+=td= = 65 0CVậy td < [cp] =950C thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ định mức 3. Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạchĐặc điểm của quá trình ngắn mạch- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn-Thời gian tác động nhỏTừ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tăng lên rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng. Do đó cần phải kiểm tra khi có ngắn mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép không Từ công thức 6-21 (TKKCĐHA) : nmdnmnmtAAj=Trong đó :tnm : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệtAnm : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệtAđ : hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu Tra đồ thị hình 6-6 ta có :Với nm = 2500C có Anm = 3,5.104 A2s/mm4 tđ = 650C có Ađ = 1.104 A2s/mm4tnmjnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2)3s 91,3 944s 79,1 8210s 50 51Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu đợc ngắn mạch Phm Vit Hng TB_T2_K49 [...]... hai công thức: a,Theo lý thuyết: Ihdbđ = A f nc Ftd trong đó A = (A) 1 32 nc (1 + nc ) 3 2 H B O (1 + nc ) 3 O O : điện trở suất của vật liệu ở 0OC Ta có 20 = O(1+.20) O = O 1 + 20 0. 035 .10 -3 O = = 0. 033 .10 6 (m) 1 + 0.0 035 20 : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu = 32 5 W/m.OC nc : nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, nc =30 00 OC HBo : độ cứng Britnel HBo = 50.106 kG/m2 1 32 x 32 5x 30 00.(1 + x 0.0 035 x... = 45 kG/mm2 - = 32 5 W/m.OC hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn Ttđ :Nhiệt độ thân tiếp điểm Ttd = td + 2 73 = 65 + 2 73 = 33 8 Ttx:Nhiệt độ điểm tiếp xúc Ttx = Ttd+(5-10)0C Chọn Ttx=Ttd+10 =34 80C 2.42 x10 8. 45 x10 6 1 145 = 0,225 2 2 16 x (32 5) Ftđ1 = kG =2,25N 33 8 arccos( ) 34 8 2 Vậy lực ép tiếp điểm :Ftđ=Ftđ1 x n Trong đó n:Hệ số tiếp điểm,với tiếp điểm mặt n =3 Ftđ=2,25 .3= 6,75 N Kết hợp với tính... thuộc vào dạng tiếp xúc,tiếp xúc mặt-mặt m=1 R tx = 0,12.10 3 =2,43x10-7 0,102.4 833 Điện áp tiếp xúc : Utx = Iđm.Rtx= 145x 2, 43. 107 = 35 2.10 7 V =0, 035 2.10 3 mV Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U tx]cp =2 mV), nên bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu III.Tính toán tiếp điểm - Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi không... đờng kính dây lò xo là d =1, 13 - mm Đờng kính lò xo : D = C.d = 10.1, 13= 11 ,3( mm) - Số vòng làm việc : W= G.d 4 f 8D 3 F Trong đó: F:Lực lò xo phải sinh ra trong đoạn f F=Fc-Fđ=29-17,4=11,6 N f:Độ lún của lò xo f=l=4.4 mm G:Mô đun chống trợt G=80x1 03 N/mm3 d=1, 13 mm C=10 G.d 4 f 80.10 3. 1, 13 4 4,4 = = 4 (vòng) W= 8 D 3 F 8.11 ,3 3.11,6 Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn... Đờng kính lò xo : D = C.d = 10.0.8= 8(mm) - Số vòng làm việc : G.d 4 f W= 8 D 3 F1 Trong đó: F1:Lực lò xo phải sinh ra trong đoạn f F1=Fnhc1-Fnhđ1=14,4 - 9, 03= 5 ,37 N f:Độ lún của lò xo F=l+m=4.4+9= 13. 4 mm G:Mô đun chống trợt G=80x1 03 N/mm3 d=0,8 mm C=10 G.d 4 f 80.10 3. 0,8 4 13, 4 = = 18 (vòng) W= 8 D 3 F1 8.8 3. 5 ,37 Do lò xo chịu nén có các vòng chống nghiêng ở hai đầu lò xo ,số vòng toàn phần... chỉ chọn : Hệ số ép chặt Ke=(0.9-0.95) Chọn Ke=0.92 Vậy kích thớc lõi : S loi S loi 1190 = = 36 (mm) = KC 0,92 0,92 a= b = K C a = 0,92 a = 0,92 .36 =33 (mm) b= b/Kc = 33 /0,92 = 36 mm - Số lá thép kỹ thuật điện : n= b 33 = = 66 (tấm) 0,5 - Kích thớc hai mạch từ bên : a1 = a2 = a/2 = 36 /2=18 mm b1 = b2 = a = 36 mm Do hai cực từ bên còn có vòng chống rung nên kích thớc của cực từ bên là: a1=a2= a/2+2... đầu lò xo ,số vòng toàn phần của lò xo: W = 4 + 1.5 = 5.5=6( vòng) - Bớc lò xo : tk = d =1, 13 mm tn = d + - f 4.4 = 1, 13 + = 1,7( mm) W 6 Chiều dài kết cấu : lk = d.W = 1, 13. 6 =6,78 mm ln = W.tn + 1,5.d = 6.1,7+ 1,5.1, 13 = 11,895(mm) - ứng suất xoắn thực tế của lò xo: x = 16 FD 16.29.11 ,3 = = 578 N/mm2 2d 3 2 1, 133 Vậy x < [x] =580 N/mm2 do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vợt quá ứng suất xoắn cho... OC HBo : độ cứng Britnel HBo = 50.106 kG/m2 1 32 x 32 5x 30 00.(1 + x 0.0 035 x 30 00) 3 = 1840 2 6 6 .50.10 x 0. 033 .10 (1 + x 0.0 035 x 30 00) 3 A= f nc : hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa trình phát nóng.fnc=(2-4) chọn fnc = 4 Ftđ = 1 kG Ihd = 1840 x 4 1 = 36 80( A) b,Tính theo công thức thực nghiệm : ( 2 -36 TKKCDHA) Ihd = Khd Ftd Khd : hệ số hàn dính Theo bảng(2-19TKKCDHA) chọn Khd... Kkc= th = 2.118 ,3 = 439 4,8 N0.5/m 3 4,4.10 Vậy kết cấu nam cham điện lựa chọn phù hợp trên dải K kc =31 6-25000 N0.5/m tra theo bảng (5-2 TKKCĐHA) *Lựa chọn các thông số mạch từ tuơng ứng với điểm làm việc tới hạn: Chọn từ cảm : Bth = 0,5 T Chọn hệ số từ rò rth = 1 ,3 Hệ số từ tản tth = 1,2 3 Tính kích thớc mạch từ: Do kết cấu mạch từ hình E nên mạch từ có 3 khe hở không khí Do đó có 3 lực hút điện từ... toả nhiệt bề mặt, K t =8 ƯW o C.m 2 - S :thiết diện thanh dẫn ,S =31 2 mm2 - P:chu vi thanh dẫn,P=71 mm - Rtx=1,69.10-4 - Rtd = td htd 2,2 = 0, 035 .10 3 = 0,25.10 6 S td 16.19,5 Điều kiện tiếp xúc tđ . tác dụng bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố nh quá tải,ngắn mạch,quá dòng Nhiệm vụ của bài đồ án là thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha với các số. đó ta dùng lò xo lá.v. Hình dáng của công tắc tơSau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sau 1. Tiếp điểm tĩnh.