Đồ án thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Đồ án thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

1 SV: Nguyễn Thanh Huy Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha PHẦN I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, CHỌN KẾT CẤU THIẾT KẾ. Để có một kết cấu hợp lí và phù họp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết kế. Ta tiến hành khảo sát một số công tắc tơ của một số nước đang được sử dụng ở Việt nam. Sau khi tham khảo công tắc tơ của một số nước hiện ở thị trường Việt nam gồm có: Việt nam, Liên xô (cũ), Trung quốc, Nhật, Em nhận thấy về cơ bản công tắc tơ của các nước đều có sự giống nhau. Kiểu hút thẳng, dạng mạch từ chữ ш, cuộn dây đặt ở cực từ giữa, vòng dây chống rung đặt ở hai cực từ bên. Tiếp điểm dạng bắt cầu, một pha hai chỗ ngắt. Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ ngát có đặt buồng hồ quang riêng. Hệ thống phản lực: Dùng lò xo nhả đẩy phần động. Tháo nắp và sửa chữa đơn giản. Qua sự so sánh và phân tích trên, kết hợp với điều kiên côg nghệ chế tạo ở Việt nam, em chọn theo kiểu kết cấu của Liên Xô (cũ). Vì đơn giản, dễ thiết kế và chế tạo. I. CHỌN TIẾP ĐIỂM: Tiếp điểm là một phần quan trọng, nó ảnh hưởng đến độ bền sự hư hỏng công tắc tơ. Tuỳ thuộc vào dòng điện mà chức năng kết cấu và hình thức tiếp xúc của tiếp điểm trong công tắc tơ cũng khác nhau. Yêu cầu đặt ra cho tiếp điểm là: 2 SV: Nguyễn Thanh Huy Nhiệt độ phát nóng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn phải nhỏ hơn ở chế độ cho phép. Với dòng điện lớn, có trị số cho phép tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và điện động. Điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, độ rung không vượt quá giá trị cho phep. Như vậy với tiếp điểm chính có I đm = 100(A) ta chọn dạng tiếp xúc (Chữ nhật – chữ nhật) là tiếp xúc mặt. Tiếp điểm động dạng chữ nhật và tiếp điểm tĩnh dạng chữ nhật. Còn tiếp điểm phụ có I đmp = 5(A) ta chọn tiếp xúc (mặt cầu – mặt cầu) là tiếp xúc điểm. Vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là 2, khả năng ngắt nhanh, chịu được hồ quang và lực điện động. Giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước của công tắc tơ. II. CHỌN BUỒNG DẬP HỒ QUANG. Buồng dập hồ quang có tác dụng giứp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bào các yêu cầu sau: Bảo đảm khả năng đóng và khả năng và khả năng ngắt: Nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng điện ngắt ở điều kiện cho trước, Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hoá nhỏ, nếu không có thể chọc thủng cách điện giữa các phần tử buồng dập hồ quang . Hạn chế ánh sáng và âm thanh. Xét yêu cầu đồ án ta chọn loại buồng dập kiểu dàn dập làm từ vật liệu (Sắt – cacbon). Đơn giản trong tính toán và đảm bảo khi là việc. III. CHỌN NAM CHÂM ĐIỆN Theo nghuyên lý truyền động điện từ thì có dạng nam châm điện hút thẳng nắp hút thẳng, nam châm điện hút quay nắp hút quay. Sau khi qua thực tế và xem xét tinh ưu nhược điểm của hai loại này, em chọn kiểu nam châm điện hút thẳng, nắp hút thẳng. Dạng mạch từ hình chữ ш. Vì nó có ưu điểm sau: 3 SV: Nguyễn Thanh Huy Lực hút điện từ lớn. Tận dụng được trọng lượng lớn của nắp. Khe hở không khí giữa các nắp và lõi giữa các tiếp điểm nhỏ. Dùng làm việc trong chế độ nhẹ, đặc hiệt trong trường hợp lò xo nhỏ không đủ khức phục các loại lực cản. Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu truyền động công tắc tơ, nó quyết định tính năng làm việc và kích thước của công tắc tơ. Xét yêu cầu về để tài đã chọn: Nam châm điện xoay chiều mạch từ dạng chữ ш hút thẳng. Mạch từ ghép bằng các lá thép kỹ thuật. Vì cần thiết kế 3 tiếp điểm chính với U đm = 400(V), I đm = 100(A), cuộn dây nam châm có U đk = 380(V) 1 – lõ 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. 4 SV: Nguyễn Thanh Huy Ta chọn mạch từ kiểu này có các ưu điểm sau: Từ thông rò không đổi trong quá trình nắp chuyển động. Từ dẫn khe hở không khí không lớn. Lực hút điện từ lớn. Đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực. Dễ dàng sử dụng tiếp điểm bắt cầu 1 pha hai chỗ ngăt. do đó đơn giản trong tính toán cũng như trong chế tạo. IV. 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: 1 – Theo độ bền làm việc pha. 2 – Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với đất. 3 – 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. 5 SV: Nguyễn Thanh Huy Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng (1 – 2)/14 – quyển I với: U đm = 400(V) ta có : L cđ ≥ 5 (mm) → Chọn L cđ = 12 (mm), L rò = 20 (mm) Khi thiết kế hình dạng cấu trúc cách điện cần tính đến: Tính chất, vật liệu, bụi, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha. 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. l rò L cđ 6 SV: Nguyễn Thanh Huy PHẦN II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ bao gồm: Thanh dẫn, hệ thống tiếp điểm. Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện là đảm bảo độ bền cơ, độ bền điện động và độ bền nhiệt. Khi làm việc dài hạn với I đm nhiệt độ mạch vòng không vượt quá nhiệt độ cho phép. Khi làm việc ở chế độ ngắn mạch trong thởi gian cho phép, mạch vòng phải chịu lực điện động do vòng ngắn mạch gây ra mà không bị phá hỏng. Trong quá trình đóng ngắt mạch điện thường xuyên cũng như có sự cố, xuất hiện sự va đập cơ khí và rung động. Mạch vòng dẫn điện phải đảm bảo độ bền vững hoạt động tin cậy và đảm bảo tuổi thọ. Thiết kế mạch vòng dẫn điện phải có điện trở nhỏ nhất, để giảm tối thiểu tổn hao công suất trên nó và dẫn điện tốt. Mạch vòng dẫn điện trong công tắc tơ cần thiết kế bao gồm hai mạch vòng riêng biệt: Mạch vòng dẫn điện chính Mạch vòng dẫn điện phụ. A – mạch vòng dẫn điện chính. -3 o 7 SV: Nguyễn Thanh Huy 1 - Lò xo tiếp điểm chính. 2 – Thanh dẫn động. 3 – Tiếp điêm động. 4 – Vít đầu nối. 5 – Thanh dẫn tĩnh. 6 – Tiếp điểm tĩnh. A. THANH DẪN. Thanh dẫn công tắc tơ gồm: Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh, trên thanh dẫn động có gắn tiếp điểm động còn trên thanh dẫn tĩnh có gắn tiếp điểm tĩnh. Thanh dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động vì nó có gia công bắt vít nối với hệ thống bên ngoài và chịu lực va đập cơ khí của phần động. I. TÍNH TOÁN THANH DẪN ĐỘNG. 1. Chọn vật liệu để thanh dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ, ta chọn vật liệu có điện trở suất càng nhỏ càng tốt. Theo bảng (2 – 13)/44 quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là đông kéo nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI – TB có các thông số kỹ thuật sau: θ = 1083 ( o C) Nhiệt độ nóng chảy. Ω m m 2 P 20 = 0.01741 ( m ) = 0.01741x10 (Ωmm) - Điện trở suất 20 C. α = 0.0043(1/ o C) – Hệ số nhiệt điện trở λ = 3.9 (W/cm o C) - Độ dẫn điện. γ = 8.9 (g/cm 3 ) – Khối lượng riêng. H B = 80 ÷ 120 (kg/mm 2 ) - Độ cứng Briven. [θ cp ] = 95 o C – Nhiệt độ phát nóng cho phép. 8 SV: Nguyễn Thanh Huy 2 Chọn thanh dẫn động có tiết diện dạng chữ nhật với kích thước là a, b như hình vẽ. 2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn. Xác định kích thước a, b. Theo công thức (2 – 6)/19 – Quyển 1 ta có: I dm b = × p θ × k p 2n(n + 1)k T × T od Trong đó I đm = 100 (A). a n: tỷ số giữa a và b; n = b = (4 ÷ 10). Chọn n = 6. k p : Hệ sổ tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Theo trang 18 quyển 1 ta có k p = 1.03 ÷ 1.06 Ta chọn k p = 1.05. k T : Hệ số toả nhiệt ra không khí. Theo bảng (6 - 5)/300 – Quyển 1 ta có: k T = (6 ÷ 9) (W/m 2o C) Chọn k T = 7 W/m 2o C = 7x10 -6 (W/mm 2o C) T ôđ = [θ] – θ môi trường . Với [θ] = 95 o C – Nhiệt độ phát nóng cho phép của cắt điện cấp B ở chế độ làm việc dài hạn. θ môi trường = 40 o C - Nhiệt độ môi trương. T ôđ = 95 – 40 = 55 o C. p θ ; Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép. Ta có: p θ = p 20 [1 + α([θ] – 20)] Ω mm Theo bảng (6 – 2)/292 – quyển 1 ta có: p 20 = 0.01741x10 -3 ( Ω mm). α = 0.0043 (1/ o C) – Hệ số nhiệt điện trở. p θ = 0.01741x10 -3 [1 + 0.0043(95 – 20)] = 0.023x10 -3 (Ωmm ) . Vậy ta có: 100 2 × 0.023 × 10 − 3 × 1.05 b = 3 2 × 6 × (6 + 1) × 7 × 10 − 6 × 55 = 1.95mm Ta có: a b = 6 → a = 6b = 6x1.95 = 11.7 mm. Vậy kích thước thanh dẫn tối thiểu là: a = 11.7 mm b = 1.95 mm Mặt khac kích thước thanh dẫn còn được xác định theo đường kính tiếp điểm. Theo bảng (2 - 15)/51 – Quyển 1. Với I đm = 100 (A). Đường kính tiếp điểm. d tđ = 16 ÷ 20 (mm). h tđ = 1.5 ÷ 3.0 (mm) Chọn: d tđ = 18 (mm) h tđ = 2 (mm) Do dòng điện lớn (I đm = 100A), nên tiếp điểm phải là tiếp xúc mặt. Do vậy cũng để giảm vật liệu làm tiếp điểm, cũng như về kinh tế thì ta qui đổi diện tích tiếp điểm hình tròn sang diện tích hình chữ nhật. Chọn a tđ = 14 (mm) 2 Ta có: S tđtròn = S tđcn = a tđ .b tđ π d 2 4 = a tđ .b tđ = 254.34 (mm ) 254 .34 → b tđ = 14 = 18 (mm). Vậy ta chọn kích thước thanh dẫn động là: a = 16 (mm) b = 2 (mm) 3. Kiểm nghiệm lại thanh dẫn. Tính toán mật độ dòng điện thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn. I 2 J tđ = S (A/mm ). Trong đó: I = I đm = 100 (A) S = S tđ = a.b = 32 (mm 2 ) 100 2 J tđ = 32 = 3.125 (A/mm ) So sánh [Jtd] = 4 (A/mm 2 ) thì J tđ phù hợp. Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn, theo công thức (2 - 4)/18 quyển 1 ta có. s.p = I ®m .P 0 (1 + α θ t ® )k p K T ( θ t ® − θ 0 ) I 2 .P . K + S . P . K θ θ tđ = ®m 0 p T 0 S . P . K − I 2 .P .k p. α T ® m 0 Trong đó: θ tđ - Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn. I đm = 100 (A) k p = 1.05 S = 32 (mm 2 ) – Tiết diện thanh dẫn. P = 2(a + b) = 2(16 + 2) = 36 (mm) – Chu vi thanh dẫn. [...]... – Nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm Vậy: 32 × 0 .32 5 × 34 03( 1 + 1 3. 5 × 10 3 × = 1545 34 03) 3 A= 3 3.14 × 75 × 0. 035 × 10 (1 + 34 03) 2 3. 5 × 10 3 × 3 Với Ftđ = 1 (KG) – Lực ép tiếp điểm Ta có: Ihd = 1545 3 1 = 2676 (A) Như đầu bài đã cho: Ing = 10Iđm = 10x100 = 1000 (A) Vậy Ing . Huy Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha PHẦN I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, CHỌN KẾT CẤU THIẾT KẾ. Để có một kết cấu hợp lí và phù họp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết. bảo tuổi thọ. Thiết kế mạch vòng dẫn điện phải có điện trở nhỏ nhất, để giảm tối thiểu tổn hao công suất trên nó và dẫn điện tốt. Mạch vòng dẫn điện trong công tắc tơ cần thiết kế bao gồm hai. 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