Microsoft Word RO LE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA RƠLE LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành công nghiệp điện năng, từ khâu sản xuất truyển tải, phương pháp và tiêu thụ điện năng luôn phải sử[.]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA RƠLE LỜI NĨI ĐẦU Trong ngành cơng nghiệp điện năng, từ khâu sản xuất truyển tải, phương pháp tiêu thụ điện phải sử dụng khí cụ như: áp tơ mát, cơng tắc tơ, rơ le cầu dao… Để phân phối điều khiển, bảo vệ nhằm đảm bảo hiệu kinh tế an tồn sử dụng Khí cụ thiết bị, cấu điện tuỳ theo lĩnh vực sử dụng chia thành nhóm, nhóm lại chia thành nhiều chủng loại khác Các nhóm là: Nhóm khí cụ điện phương pháp lượng điện áp cao gồm: dao cách ly, máy ngắt, biến dòng… Nhóm khí cụ điện phương pháp lượng điện áp thấp gồm: cầu dao, cầu chì… Nhóm khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ, khống chế điều khiển… Nhóm khí cụ điện gồm rơ le bảo vệ như: rơ le dòng điện, rơ le điện áp, rơ le thời gian, rơ le trung gian… Nhóm khí cụ dùng sinh hoạt: ổ cắm, phích điện… Khi thiết kế loại khí cụ điện phải thoả mãn hàng loạt yêu cầu sản phẩm công nghiệp đạt Đó yêu cầu kỹ thuật, vận hành, kinh tế, xã hội biểu qua tiêu chuẩn chất lượng định mức nhà nước, ngành Các yêu cầu kỹ thuật độ bền nhiệt chi tiết, pận làm việc chế độ định mức có cố xảy ra, độ bền tính chịu mịn (của phận), độ bền cách điện khả đóng ngắt thiết bị Một yêu cầu kỹ thuật kết cấu phải đơn giản, khối lượng kích thức bé Các yêu cầu vận hành như: độ tin cậy cao, dễ thao tác, sửa chữa, chi phí cho vận hành tổn hao thấp, thời gian sử dụng lâu dài Trong vận hành phải lưu ý đến yếu tố như: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các yêu cầu kinh tế, xã hội công nghệ chế tạo: giá thành phải hạ, phải có tính thẩm mỹ kết cấu, tính cạnh tranh, khả lắp lẫn khả phát triển tương lai Một khí cụ điện thường gặp nói chung phải có phận chủ yếu là: - Mạch vòng dẫn điện gồm: dẫn, đầu nối, tiếp điểm… - Hệ thống dập hồ quang - Các cấu trung gian - Nam châm điện - Các chi tiết cụm cách điện - Các chi tiết kết cấu, vỏ, thùng Rơ le loại khí cụ tự động đóng ngắt mạch điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch điện Tuỳ theo nguyên lý làm việc, tuỳ theo đại lượng điện giá trị dòng áp vào mà có nhiều loại rơ le khác như: rơ le điện từ, rơ le nhiệt, rơ le cảm ứng, rơ le bán dẫn, rơ le dòng điện, rơ le điện áp rơ le trung gian Ở Việt Nam chế tạo loại khí cụ điện nói chung rơ le nói riêng Tuy nhiên chất lượng chưa cao (tuổi thọ khơng lớn) Khi cần loại khí cụ có độ tin cậy cao chất lượng tốt đa phần nhập từ nước Trong nội dung đồ án trình bày phần tính tốn thiết kế rơ le trung gian điện từ kiểu kín Có thơng số ban đầu: + tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở + Uđm = 220V + Iđm = 5A + f = 50 Hz + Điện áp điều khiển Uđmđk = 220V, f = 50 Hz Làm việc liên tục, cách điện cấp B Tuổi thọ điện 106 lần đóng cắt, tuổi thọ 107 lần đóng cắt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA RƠLE I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠ LE: - Rơ le thiết bị điều khiển tự động Khi tín hiệu đầu vào, đạt giá trị xác định, nhảy cấp làm biến đổi tín hiệu đại lượng đầu I.1 Cấu tạo Rơle: Rơ le gồm có cấu chính: + Cơ cấu thu: Tiếp nhận tín hiệu đầu vào biến đổi thành đại lượng cần thiết để rơle hoạt động + Cơ cấu trung gian: So sánh đại lượng biến đổi với mẫu truyền tín hiệu đến cấu chấp hành + Cơ cấu chấp hành: Phát tín hiệu cho mạch điều khiển I.2 Phân loại rơle: Rơle phân loại theo công dụng nguyên lý làm việc + Loại rơle có tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển cách đóng ngắt tiếp điểm + Loại rơle khơng tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển cách thay đổi đột ngột tham số cấu chấp hành mắc mạch điều khiển + Theo đặc tính tham số đầu vào ta chia rơle dịng điện; rơle điện áp; rơle công suất; rơle tần số… Những loại rơle điều chỉnh theo giá trị cực đại hay cực tiểu hiệu số tín hiệu chiều tín hiệu + Theo phương pháp mắc cấu thu vào mạch ta chia loại rơle: - Rơle mạch sơ cấp: Mắc trực tiếp vào mạch điều khiển - Rơ le mạch thứ cấp: Mắc gián tiếp qua biến áp hay biến dòng - Rơle trung gian: Làm việc tác động tín hiệu từ rơle khác, với nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu chia tác động lên nhiều mạch điều khiển khác + Theo mục đích sử dụng chia nhóm bản: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Rơle bảo vệ mạng điện: Thường rơle mạch nhị thứ (thứ cấp) Các cấu thu chấp hành chúng thường thiết kế với dòng điện bé - Rơle điều khiển: Thường loại rơle mạch sơ cấp - Rơle tự động liên lạc: Có thể rơle mạch thứ cấp loại sơ cấp, chúng làm nhiệm vụ đảm nhiệm q trình tự động thơng tin liên lạc I.3 Các yêu cầu thiết kế: + Các yêu cầu kỹ thuật: - Đảm bảo độ bền nhiệt chi tiết, phận rơle làm việc chế độ định mức chế độ cố - Đảm bảo độ bền cách điện chi tiết, phận cách điện khoảng cách cách điện làm việc với điện áp lớn nhất, kéo dài điều kiện xung quanh (như mưa, bụi, bẩn…) có điện áp nội - Đảm bảo độ bền tính chịu mịn phận rơle giới hạn số lần thao tác thiết kế, thời gian làm việc chế độ định mức chế độ cố - Khả đóng ngắt chế độ cố chế độ định mức - Khi U = 85% Uđm lực hút điện từ nam châm điện phải đảm bảo đủ để hút tiếp điểm tiếp xúc - Khi U = 110% Uđm cuộn dây khơng q trị số cho phép để lò xo nhả tác động - Kết cấu phải đơn giản; khối lượng kích thước phải nhỏ gọn + Các yêu cầu vận hành: - Độ tin cậy cao - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài - Đơn giản dễ thao tác, dễ thay thế, dễ sửa chữa - Phí tổn vận hành ít, tiêu tốn lượng + Các yêu cầu kinh tế xã hội: - Giá thành hạ - Kết cấu phải có thẩm mỹ - Vốn đầu tư chế tạo, lắp ráp vận hành II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠLE ĐIỆN TỪ II.1 Tác dụng: Để bảo vệ mạch điện có cố ngắn mạch hay tải điện áp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Rơle điện từ cấu tạo đơn giản, lực hút điện từ (Fđt) lớn rơle điện từ sử dụng rộng rãi + Rơle điện từ có loại chiều xoay chiều cơng suất từ vài wát đến hàng nghìn wát, cơng suất tiêu thụ khoảng vài chục wát + Thời gian tác động rơle điện từ khoảng – 20ms + Rơle điện từ có loại: Dòng điện, điện áp cực đại cực tiểu, rơle cơng suất, rơle tổng trở, tần số, trung gian, tín hiệu… II.2 Sơ đồ cấu tạo Thân mạch từ Nắp mạch từ Lò xo nhả Cuộn dây Tiếp điểm tĩnh 6 Tiếp điểm động II.3 Nguyên lý hoạt động: - Khi đưa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện cuộn dây sinh sức từ động F = IW Sức từ động sinh từ thông khe hở khơng khí nam châm điện φδ Khi Fđt > Fph (lực hút điện từ lớn lực phản hồi) làm cho nắp nam châm điện đóng lại nhờ dẫn động làm tiếp xúc tiếp điểm tĩnh động lại với - Khi dịng điện đưa vào cuộn dây nam châm điện I = -> Fđt = -> Fph > Fđt lò xo kéo nắp nam châm trở vị trí ban đầu tiếp điểm tĩnh đưa vị trí ban đầu tách tiếp điểm tĩnh động khỏi III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: III.1 Phân tích mẫu: Để có kết cấu hợp lý phù hợp với công nghệ chế tạo yêu cầu đề tài ta tiến hành khảo sát số loại rơle điện từ trung gian số nước ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a Rơle Liên Xô cũ sản xuất : - Nam châm hút chiều xoay chiều - Mạch từ hút chập cho lực hút điện từ lớn - Nam châm hĩnh chữ U - Tiếp điểm: Một pha hai chỗ ngắt, kiểu bắc cầu; khơng có dây nối mềm Ưu điểm: - Kết cấu chắn - Tuổi thọ cao - Độ tin cậy cao - Dễ tháo lắp, thay thế, sửa chữa chi tiết Nhược điểm: - Kích thước trọng lượng lớn b Rơle Nhật Bản sản xuất: - Có nhiều loại chủ yếu kiểu hút chập - Kết cấu kiểu Công Sôn -> pha chỗ ngắt có dây dẫn nối mềm Ưu điểm: - Kích thước nhỏ, gọn - Mẫu mã hình dáng đẹp Nhược điểm: - Cơng nghệ chế tạo cao - Độ tin cậy không cao * Kết luận: Từ hai loại rơle Liên Xô cũ Nhật Bản sản xuất yêu cầu thiết kế đồ án ta chọn loại rơle Liên Xô cũ sản xuất làm nhiệm vụ thiết kế III.2 Lựa chọn phương án thiết kế : Qua quan sát tìm hiểu kết cấu rơle nước kể ta thấy chúng thường có cấu chung gần giống - Kiểu hút chập - Dạng mạch từ hình chữ U - Tiếp điểm động bố trí - Kết cấu đơn giản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Lò xo nhả - Lẫy gạt - Cuộn dây 10 - Vòng ngắn mạch - Cần chuyển động - Tiếp điểm tĩnh, dẫn tĩnh - Tiếp điểm động, dẫn động - Đế giữ mạch từ - Thân mạch từ - Vỏ 11 - Nắp mạch từ 12 - Cơ cấu truyền đông 13 - Dây dẫn cuộn dây 14 - Lẫy giữ vỏ 15 - Đế 16 - Thanh giữ định hướng chuyển động cho truyền động a Chọn tiếp điểm: Tiếp điểm phận quan trọng rơle, ảnh hưởng đến độ bền, hư hỏng rơle Tuy thuộc vào dịng điện, chức kết cấu hình thức tiếp xúc tiếp điểm rơle mà lựa chọn tiếp điểm cho phù hợp phải thoả mãn yêu cầu sau: - Nhiệt độ: Phát sáng bề mặt tiếp xúc chế độ làm việc dài hạn phải nhỏ nhiệt độ cho phép với dòng điện lớn tiếp điểm phải chịu độ bền nhiệt độ bền điện động - Điện trở tiếp xúc ổn định độ rung không vượt giá trị cho phép b Chọn nam châm điện: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Theo nguyên lý truyền động điện từ nam châm có dạng nắp hút chập hay hút quay Qua phân tích ta chọn nam châm, nam châm kiểu hút chấp có tính sau: + Lực hút điện từ lớn + Nam châm điện đóng vai trị cấu truyền động, định tính làm việc kích thước rơle + Từ thơng số khơng đổi q trình nắp chuyển động + Từ dẫn khe hở khơng khí khơng lớn + Đặc tính lực hút gắn với phản lực + Vòng ngắn mạch c Chọn khoảng cách cách điện: Khoảng cách cách điện rơle nói riêng loại khí cụ điện nói chung đóng vai trị quan trọng Nó ảnh hưởng đến kích thước, độ tin cậy, tuổi thọ khả làm việc thiết bị Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào yếu tố sau: + Điện áp định mức + Môi trường làm việc + Độ bền nhiệt vật liệu rơle - Điện áp cách điện pha pha với đất theo bảng 1-2 TL2 chọn khoảng cách cách điện pha lcd = 10 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN I GIỚI THIỆU KẾT CẤU MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN Trong loại khí cụ điện nói chung rơ le trung gian nói riêng Mạch vịng dẫn điện đóng vai trị quan trọng, với nam châm điện, khâu truyền động trung gian, phận kết cấu khác cấu thành rơ le hoàn chỉnh Trong rơ le trung gian, mạch vòng dẫn điện kết cấu nhiều phận khác cấu tạo thành Nó bao gồm, dẫn động, dẫn tĩnh, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm, dây nối mềm, đầu nối Thanh dÉn tÜnh TiÕp ®iĨm tÜnh Đầu nối Thanh dẫn động Tiếp điểm động Dây dẫn mỊm Hình 1.1 Kết cấu chung mạch vịng dẫn điện Tính tốn thiết kế mạch vịng dẫn điện rơ le điện từ trung gian xoay chiều kiểu kín, thực chất tính tốn thiết kế phận cấu thành nêu II THIẾT KẾ TÍNH TỐN THANH DẪN Các bước tính tốn dẫn Tính tốn thiết kế dẫn bao gồm: - Xác định tiết diện chế độ làm việc chế độ dài hạn chế độ khác - Tính tốn kiểm nghiệm tiết diện kích thước chế độ làm việc ngắn hạn chế độ khởi động rơ le trung gian khả điều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP khiển dùng tự động hóa, chế độ cố ngắn mạch xảy với thiết bị phân phối lượng - Lựa chọn dạng kết cấu dẫn sở thơng số tính tốn Tính tốn dẫn động Thanh dẫn động, thực chức đóng hay mở tiếp điểm, truyền chuyển động, mang điện truyền tải, phải đảm bảo tính dẫn điện, độ bền khí, khả tản nhiệt, mức độ phát nóng phải phù hợp Với loại rơ le trung gian điều khiển dùng tự động hóa nay, người ta thường dùng vật liệu đồng phôt pho, có tính chất thơng số kỹ thuật sau (Tra theo bảng 2.22 tài liệu [2] đồ thị 1.11 tài liệu [2]) Ký hiệu Bp0φ6,5 Tỷ trọng γ=8,9g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy Tnc=1083oC Điện trở suất 20oC ρ=0,01754.10-6Ω.m Hệ số nhiệt điện trở α=4,3.10-31/0C Độ dẫn điện λ=3,9W/g0C Nhiệt lượng nóng chảy 390J/g Nhiệt dung Cp=0,385J/g0C Modul đàn hồi 4600.106kG/cm2 Hệ số nhiệt độ nhiệt dung 10-4 Nhiệt lượng bay 2600J/g Độ cứng HB=105B.kG/mm Giới hạn đồ bền kéo σk=550N/mm2 Nhiệt độ ổn định cho phép 1300C Độ tăng nhiệt cho phép 900C Với kết cấu rơ le trung gian, dẫn động có kết cấu hình chữ nhật chọn, để đảm bảo chế độ hoạt động, độ bền theo yêu cầu, dẫn chữ nhật có chiều dài l tiết diện chữ nhật có chiều dài a, chiều rộng b sau: 10 ... gần giống - Kiểu hút chập - Dạng mạch từ hình chữ U - Tiếp điểm động bố trí - Kết cấu đơn giản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Lò xo nhả - Lẫy gạt - Cuộn dây 10 - Vòng ngắn mạch - Cần chuyển động - Tiếp điểm... điểm tĩnh, dẫn tĩnh - Tiếp điểm động, dẫn động - Đế giữ mạch từ - Thân mạch từ - Vỏ 11 - Nắp mạch từ 12 - Cơ cấu truyền đông 13 - Dây dẫn cuộn dây 14 - Lẫy giữ vỏ 15 - Đế 16 - Thanh giữ định hướng... 6.1 0-6 W/mm2.0C (Bảng 6-5 tài liệu [2]) • I dịng điện định mức, I = 5A • Tra bảng 6-2 tài liệu [2] ta được: P20 = 0,01754.1 0-3 Ωmm Do ta có: Pθ = 0,01754.1 0-3 [1+0,0043.(13 0-2 0)] = 0,0258.1 0-3