Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

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

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 xo

Lời nói đầu

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

Chơng I

Giới thiệu chung về Công tắc tơ ,Cấu tạo, Nguyên lý họat động

I Khái niệm chung

Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thờng xuyên ợc điều khiển bằng tín hiệu 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 quang

4- Hệ thống phản lực : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung

IV Nguyên lý hoạt động

Khi 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 lại

Khi 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.

•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 quang

Đối 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 điện

Công 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.

- 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 xung

•Lò 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 tơ

Sau 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.

Chơng III

Tính toán mạch vòng dẫn điện A Khái niệm chung

Trong 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:

b) Tính toán thanh dẫn:

- Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy b

Theo công thức (2-6 TKKCDHA)

3

-ρυ : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định ρθ = ρ20[1+α(θ - 20)]

ρ20 : điện trở suất của vật liệu ở 20OC

α : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu

θ: nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép θ = [θ] = 95 OC.

a=nxb=7x2,169=15,18 mm Vậy a=15.4 mm b=2,2 mm

Đây 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=π.d2/4=3.14.202/4=314 mm2

Chọn: a1=16mm b1=19,5 mm

Căn 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/ 2

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

02td

với ρ0 : điện trở suất của đồng kéo nguội ở 00C

Đặc điểm của quá trình ngắn mạch

- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn

-Thời gian tác động nhỏ

Từ 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) :

Trong đó :

tnm : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt

Anm : 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 θnm = 2500C có Anm = 3,5.104 A2s/mm4

θt đ = 650C có Ađ = 1.104 A2s/mm4

tnm jnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2)3s 91,3 94

Vậy 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

4,kết quả:

Vậy kích thớc thanh dẫn : a=18 mm b=3 mm1.2,Thanh dẫn tĩnh:

Thanh dẫn tĩnh đợc nối với tiếp điểm tĩnh và gắn với đầu nối Vì vậy thanh dẫn tĩnh phải có

kích thớc lớn hơn thanh dẫn động.

Ta có thể chọn kích thớc thanh dẫn tĩnh nh sau :a = 20 mm

b = 3,5 mm

II,Tính toán đầu nối.

Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ bị hỏng nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điện lớn và điện áp cao.

Đầu nối gồm 2 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 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

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 ậ đây ta chon mối nối có thể tháo rời đợc và bằng bu lông

Với dòng điện định mức Iđm =145A theo bảng( 2-10 TKKCDHA) chọn bu lông bằng thép CT-3 có đờng kính hệ ren M8 x15( mm ).

Diện tích bề mặt tiếp xúc : Stx =

Trong đó:Stx:Diện tích tiếp xúc Iđm:Dòng điện đích mức’

J :Mật độ dòng điện tiếp xúc cho phép

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 j = 0,31 A/mm2

⇒ Stx = 483, (mm )31

mtxtxtx

KR =

Trong đó Ktx:Hệ số phụ thuộc vật liệu tiếp điểm

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 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.

-Dạng kết cấu tiếp điểm:Tiếp điểm 1 pha 2 hỗ ngắt1.Vật liệu và kích th ớc 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 Iđm=145 A.

Theo bảng(2-14TL1) ta chọn vật liệu làm tiếp điểm :Kim loai gốm: Bạc-than chì-niken.

Đặc điểm: +Chịu đợc hồ quang.

+Độ cứng cao chống hàn dính Ký hiệu KMK.A32

Tỷ trọng (γ) 8,7 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy (θnc) 3000 0CĐiện trở suất ở 200C (ρ20) 0,035.10-6Ωm

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.Lực ép tiếp điểm có thể xac định theo hai công thức

a- Theo công thức kinh nghiệm:Ftđ = ftđ x Iđm

Trong đó : ftđ là lực ép tiếp điểm đơn vị Với kim loại gốm ftđ =7-15 G/AChọn ftđ = 10 G/A

Ftđ =10 x 145 = 1450G = 1,45 KG =14,5N

b- Tính theo công thức lý thuyết (5-12TL2) , tại một điểm tiếp xúc , lực ép tiếp điểm sẽ là :

Ttx = Ttd+(5-10)0CChọn Ttx=Ttd+10=3480C

Trong đó n:Hệ số tiếp điểm,với tiếp điểm mặt n=3 Ftđ=2,25.3=6,75 N

Kết hợp với tính toán thực nghiệm ta chọn: Ftđ=14,5 (N) 3,Điện trở tiếp xúc:

- Tính theo công thức thực nghiệm 2-25 (TL1)Rtx = m

Trong đó :

Ftđ tính bằng Newton (N)

m:Hệ số phụ thuộc dạng kết cấu,tiếp xúc mặt –mặt m=1

Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm Tra bảng trang 59 TL1 đối với kim loại gốm chọn

Ktx = (0.2-0.3).10-3 Chon Ktx=0.25.10-3 N/Ω

xRtx

4,Điện áp tếp xúc của tiếp điểm:

Utx = Iđm.Rtx= 145x1,69.10-4=0.0245 V

=24,5 mV < [Utx] = 2 ữ30 mV Thoả mãn điều kiện tiếp xúc

5,Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

Theo công thức (5-8 TKKCDHA) ta có nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

Trong đó :

ρθ = ρ20.( 1 + α.(θ-20)) = 0.035.10-6 (1 + 3,5.10-3.(95 – 20)) = 0.042.10-6Ωmm -θmt : nhiệt độ môi trờng, θmt =40 (0C)

-Kt:hê số toả nhiệt bề mặt, Kt=8 o 2

- S :thiết diện thanh dẫn ,S=312 mm2

- P:chu vi thanh dẫn,P=71 mm- Rtx=1,69.10-4 Ω

- = = −3 =0,25.10−6Ω

1025,0.14510

Điều kiện để tiếp điểm không bị hàn dính: Inm<Ihd.

Trong đó :Inm: Dòng điện ngắn mạch Ihd:Dòng điện hàn dính.

Trị số dòng điện hàn dính xác định theo hai công thức:a,Theo lý thuyết:

Ihdbđ = A fnc Ftd (A)

trong đó A =

Oρ + αθπ

ρO : điện trở suất của vật liệu ở 0OC Ta có ρ20 = ρO(1+α.20) ⇔ ρO =

20.1 α

⇔ ρO = 0.033.10 ( )20

=+

7, Độ lún, độ mở của tiếp điểm: a) Độ mở

-Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh 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 ảnh hởng tới kích thớc của công tắc tơ

-Theo kinh nghiệm với dòng Iđm =(40-600) A và điện áp Uđm = 380-500 V ta chọn độ mở m = 6-12 mm

-Đối với dong Iđmm=145 A Ta chon độ mở m=9 mm b) Độ lún

1,Với tiếp điểm chính:

- Độ lún l của tiếp điểm là quãng đờng đi thêm đợc của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại

- Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc tiếp điểm sẽ bị ăn mòn để đảm bảo tiếp điểm vẫn tiếp xúc tốt thì cần có một độ lún hợp lý

Theo công thức tính độ lún L=A+BxIđm Trong đó A=1.5 mm B=0.02 mm/A

L=1.5+0.02x145 =4,4 (mm) 2,Với tiếp điểm phụ:

Theo công thức tính độ lún L=A+BxIđm

Trong đó: A=1.5 mm B=0.02 mm/A L=1.5+0.02x5

=1.6 (mm).

9, Tính biên độ rung và thời gian rung của 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

a,Biên độ rung:

⋅ Theo công thức 2-39 , biên độ rung cho 3 tiếp điểm thờng mở là :Xm =

)1.( 2 −

mđ : khối lợng phần động mđ =

( G.s2/m ) Gđ=Trọng lợng phần động Gđ=Tđmxmc.

Với mc là hệ số ,thờng chọn mc=8-15 G/A Chọn mc=9 G/A.

=0.75.10-4 m Với 3 cặp tiếp điểm ta có biên độ rung của tiếp điểm

Xm=xm/3=0.025 mmb,Thời gian rung:

- Theo công thức (2-20TKKCDHA) , thời gian rung:

(ms) 9.5 (s) 0095.07

9,011,0.305,1.2

Vậy thời gian rung tổng <10 ms thoả mãn điều kiện.

Do có 3 cặp tiếp điểm nên thời gian rung của mỗi cặp tiếp điểm:

tm=tΣm/3=3,16 ms.10,Độ mòn tiếp điểm:

Khối lợng mòn TB của 1 cấp tiếp điểm cho 1 lần đóng ngắt theo công thức (2-54TKKCDHA) :gđ + gng = 10 -9(Kđ 2

I + Kng.I2ng)Kkđ

trong đó :

Kkđ : hệ số không đồng đều Kkđ=1.1-2.5.Chọn Kkđ=2.5

Kđ và Kng : hệ số mòn khi đóng và khi ngắt Tra bảng(-21TKKCDHA) Kđ = 0,01 (g/A2)

Kng = 0,01 (g/A2) Kkđ = 1,1

Dòng khi đóng lấy bằng Iđ = 4xIđm=4x145=580 (A) Dòng khi ngắt Ing = 8xIđm =8x145=1160 (A)

⇒ gđ + gng = 10 -9(0,01x5802 + 0,01x11602)x2 =4,2.10 -5 (g) Thể tích mòn sau 1 lần đóng ngắt:

vm=

γ+ ng

d gg

Thoả mãn điều kiện về độ mòn tiếp điểm

ChơngIV

Chọn buồng dập hồ quangI Khái niệm chung

Trong các khí cụ điện ( cầu dao , relay , contactor , máy ngắt v.v ) , khi đóng hoặc ngắt…mạch điện , hồ quang sẽ phát sinh trên tiếp điểm Nếu để hồ quang cháy lâu , các khí cụ điện và hệ thống điện sẽ bị h hỏng , vì vậy cần phải nhanh chóng dập tắt hồ quang

Bản chất của hồ quang điện là hiện tợng phóng điện trong chất khi với mật độ dòng điện rất lớn ( 104 ữ 105 A/cm2 ) , có nhiệt độ rất cao ( 5000 ữ 60000C) và điện áp rơi trên cathode bé ( 10 ữ 20 V ).

Hồ quang phát sinh là do môi trờng giữa các cặp tiếp điểm bị ion hoá bao gồm các dạng :• Quá trình phát xạ nhiệt điện tử

• Quá trình tự phát xạ điện tử • Quá trình ion hoá do va chạm • Quá trình ion hoá do nhiệt

Song song với quá trình ion hoá là quá trình phản ion hoá ( tái hợp và khuếch tán ) Nừu quá trình phản ion hoá xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa thì hồ quang sẽ bị dập tắt Vì vậy,nguyên tắc dập hồ quang là tăng cờng quá trình phản ion hoá bằng các biện pháp :

• K o dài hồ quangð

• Hồ quang tự dinh ra năng lợng để dập tắt• Dùng năng lợng ở nguồn ngoài để dập tắt• Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập tắt• Mắc điện trở Sunt để dập tắt

II,Việc thiết kế buồng dập hồ quang cần đảm bảo các yêu cầu sau:

-Đảm bảo khả năng đóng và khả năng ngắt

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

-Quá điện áp thấp.

-Kích thớc hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hóa nhỏ, nếu không có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần của thiết bị và của toàn bộ khí cụ.

-Hạn chế ánh sáng và âm thanh

III,Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang

-Đảm bảo tính chịu nhiệt của vật liệu làm buồng dập.

-Đảm bảo tính cách điện và chống ẩm của buồng dập

-Đảm bảo độ nhám bên trong thành buồng dập.

IV, Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang

Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là :

- K o dài hồ quang điện bằng cơ khí.ð- 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 Trong buồng dập hồ quang ở phía trên có đặt nhiều tấm sắt từ Khi hồ quang cháy , do lực điện động , hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt.

V Kết cấu buồng dập hồ quang

a, Kết cấu:

Kết cấu buồng dập hồ quang

1 Buồng dập hồ quang 6 Thanh dẫn tiếp điểm2 Vỏ buồng dập hồ quang 7 Tiếp điểm động 3 Các tấm sắt non 8 Tiếp điểm tĩnh

4 Thanh dẫn động 9 Thân, vỏ công tắc tơ5 Giá đỡ tiếp điểm

b, Vật liệu vỏ buồng dập hồ quang:

Đối với vật liệu làm vỏ buổng dập hồ quang phải đảm bảo các yêu cầu sau: -Tính chịu nhiệt cao.

-Đảm bảo tính cách điện và chống ẩm -Nhám bề mặt bên trong thành buồng dập.

Để đảm bảo các yêu cầu trên ta chọn vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang : Ximăng Amiăng.

Ký hiệu: OCT 8697-58

-Công nghệ chế tạo: Trộn sơ amiăng đã nghiền với ximăng ,sau đó đem ép vào khuôn ở dạng tấm hay mẫu khuôn đã định sẵn,cuối cùng là sấy khô các chi tiết đã ép.

c,Vị trí đặt buồng dập hồ quang:

Buồng dập hồ quang đợc đặt ở mỗi chỗ ngắt.

VI,Nguyên lý hoạt động của buồng dập hồ quang:

Khi hồ quang xuất hiện dứơi tác dụng của lực điện động ,bao gồm lực điện động do kết cấu mạch vòng dẫn điện và do các tấm dập chế tọ bằng vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang, hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt.Kết quả là hồ uang bị dập tắt nhờ các yếu tố sau:

+Điện áp hồ quang Uhq bị giảm.

+Chiều dài hồ quang bị chia làm nhiều đoạn ngắn +Nhiệt độ hồ quang bị giảm.

Chơng V

Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả I Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xo:

Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén Sơ đồ động ở 2 trạng thái:

- Giới hạn mỏi cho phép khi uốn σu=930 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn σx=580 N/mm2

- Theo công thức 4-31 (TKKCDHA) , đờng kính dây lò xo là : d =

Trong đó F:lực ép tiếp điểm tính cho một tiếp điểm(1 pha 2 chỗ ngắt) F=Flxc=2.Ftd1=2.14,5=29 N.

Flxd=(0,4 -0,7) Flxc=0,6 Flxc=0,6.29=17,4 N C: Tỉ số D/d C=4-16 chọn C=10.

[σx]: ứng suất cho phép [σx]=580 N/mm2.

d = 1,13( )580

Vậy chọn 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 =

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

(vòng).

Do lò xo chịu nén có các vòng chống nghiêng ở hai 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 + 1,7 (mm)6

1 + ==

- 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:

N/mm2

Vậy σx < [σx] =580 N/mm2 do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vợt quá ứng suất xoắn cho phép.

2,Lò xo tiếp điểm phụ:

Lực ép tiếp điểm phụ nh đã tính ở trên: Ftđpcuoi = 4x0.5=2 N Ftđpđầu=0.6x2=1.2 N.

Tính cho 1 lò xo : Ftđpcuoi = 2/2=1 N Ftđpđầu=1.2/2=0.6 N.

Nh vậy trong khoảng δ = f = l = 1,6 (mm) lò xo phải sinh đợc lực là ∆F = 1-0.6=0.4 N

- Theo công thức 4-31 (TL1) , đờng kính dây lò xo là : d = (mm)

Trong đó F:lực ép tiếp điểm tính cho một tiếp điểm(1 pha 2 chỗ ngắt) F=1 N.

C: Tỉ số D/d C=10.

[σx]: ứng suất cho phép [σx]=580 N/mm2.

d = 0.21(mm)580

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d =0.21 mm- Đờng kính lò xo :

D = C.d = 10x0.21 =2.1(mm) - Số vòng làm việc :

W =

∆ .

Trong đó: ∆F:Lực lò xo phải sinh ra trong đoạn f ∆F=0.4 N

f:Độ lún của lò xo f=l=1.6 mm

G:Mô đun chống trợt G=80x103 N/mm3

d=0.21 mm C=10.

- Chiều dài kết cấu :

lk = d.W = 0.21x10 =2.1 mm

ln = W.tn + 1.5xd = 10x0.37 + 1.5x0.21 = 4 (mm)

- ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

Ftđ :Lc ép tiếp điểm thờng đóng(2 tiếp điểm thờng đóng) Ftđ =4xIđmxmc.

Iđm:Dòng qua tiếp điểm phụ=5 A mc =10 g/A Ftđ =xIdm.mc=4.5.10=200 g =2N.

Vậy Fnh đ = 1,2.(13,05 +2) = 18,06 (N) Do có hai lò xo nhả nên lực lõ xo nhả cho mỗi lò xo : Fnhđ1=18,06/2=9,03 N

Fnhc1=(1.5-2)xFnhđ1

Chọn Fnhc1=1,6Fnhđ1=1,6.9,03=14,4 N - Theo công thức 4-31 (TKKCDHA) , đờng kính dây lò xo là :

d =

Trong đó F:lực kéo nén cho 1 lò xo F=14,4 N.

C: Tỉ số D/d C=4-16 chọn C=10 [σx]: ứng suất cho phép

[σx]=580 N/mm2.

d = 0,8( )580

[.8 1

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d =0,8 mm.- Đờng kính lò xo :

D = C.d = 10.0.8= 8(mm) - Số vòng làm việc :

W =

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=80x103 N/mm3

d=0,8 mm C=10.

0 + ==

- Chiều dài kết cấu :

lk = d.W = 0,8.20 =16 mm.

ln = W.tn + 1,5.d = 20.1,4 + 1,5.0,8 = 29,2 (mm)- ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

σx = 5738

ππd

a Lực ép tiếp điểm chính thờng mở :

-Lực ép tiếp điểm cuối(3pha ,6 tiếp điểm) : Ftđ c = 6.Ftđ = 6.14,5 = 87 (N)

-Lực ép tiếp điểm đầu :

Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.87 = 52,2 (N)b Lực ép tiếp điểm phụ thờng mở :

-Lực ép tiếp điểm cuối :

Ftđ c = 4.Ftđ phụ (2 tiếp điểm cầu) = 4.0,5 =2 (N)

- Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.2 = 1.2 (N) c Lực ép tiếp điểm phụ thờng đóng :

- Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = Ftđ c = 2 (N) - Lực ép tiếp điểm cuối : Ftđ c = Ftđ đ = 1.2 (N) d Lực 2 lò xo nhả :

- Lực nhả đầu :

Fnh đ = 1,2.(13,05 +2) = 18 (N) Fnh c = 1,6 Fnh đ =1,6.18 = 29 (N) e Khối lợng phần động Gđ=13,05 N =13 N

Phạm Việt Hưng TBĐ_ĐT2_K49