Thiet ke cong tac to xoay chieu 3 pha 1 66250

Lời nói đầu Đất nớc ngày phát triển, trình công nghiệp hóa, đại hóa diễn mạnh Để thực đợc phải có nguồn lợng, mà điện chiếm vai trò quan trọng Điện cung cấp cho ngành, lĩnh vực, đối tợng Tuy nhiên, trình sử dụng điện tránh khỏi cố, rủi ro xảy nh tợng điện áp, dòng điện, tợng ngắn mạchĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ngĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng ời, bảo vệ thiết bị điện tránh đợc tổn thất kinh tế xảy khí cụ điện ngày đợc đòi hỏi nhiều hơn, chất lợng tốt đổi công nghƯ Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc kü thuật loại khí cụ điện đại đợc sản xuất đảm bảo khả tự động hóa cao, công tắc tơ không nằm mục đích Chính mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ đặc biệt quan trọng nhằm tránh cố đáng tiếc xảy Đợc giúp đỡ hớng dẫn thầy cô nhóm khí cụ điện, thuộc môn Thiết bị điện - điện tử Đặc biệt hớng dẫn giúp đỡ đóng góp thầy Phạm Văn Chới, thời gian làm đồ án môn học, em đà hoàn thành đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều pha Mặc dù đà có nhiều cố gắng song hiểu biết kiến thức có nhiều hạn chế, thời gian có hạn kinh nghiệm thực tế ít, nên trình thiết kế đồ án em mắc sai sót định Vì em mong có đợc bảo đóng góp ý kiến thầy cô bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn môn Thiết bị điện - điện tử thầy Phạm Văn Chới Chơng I Giới thiệu chung công tắc tơ I Giới thiệu chung Khí cụ điện thiết bị, cấu điện dùng để điều khiển trình sản xuất, biến đổi, truyền tải phân phối lợng điện dạng ănng lợng khác Theo lĩnh vực sử dụng, khí cụ điện đợc chia thành nhóm, nhóm có nhiều chủng loại khác Công tắc tơ loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thờng xuyên đợc điều khiển tín hiệu điện Công tắc tơ (CTT) thuộc nhóm khí cụ điện điều khiển II Nội dung phần thuyÕt minh tÝnh to¸n Chän kÕt cÊu TÝnh mạch vòng dẫn điện Chọn buồng dập hồ quang Tính dựng đặc tính Tính nam châm điện Tổng lắp ráp A1 III Yêu cầu chung thiết kế Các loại khí cụ điện nói chung công tắc tơ xoay chiều pha phỉa thoả mÃn hàng loạt yêu cầu sản phẩm công nghiệp đại Đó yêu cầu kỹ thuật, vận hành, kinh tế, công nghệ xà hội chúng đợc biểu qua quy chuẩn, định mức, tiêu chuẩn chất lợng nhà nớc ngành chúng nằm nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật Các yêu cầu kỹ thuật Yêu cầu kỹ thuật yêu cầu quan trọng định trình thiết kế khí cụ điện Nó bao gồm yêu cầu về: - Độ bền nhiệt chi tiết, phận khí cụ điện làm việc chế độ định mức chế độ cố Do làm việc chi tiết, phận dẫn dòng có tổn hao sinh nhiệt, đặc biệt ngắn mạch hay tải nhiệt độ tăng nhanh Vì cần đảm bảo độ bền nhiệt chi tiết, phận phải nhỏ nhiệt độ cho phép để không làm giảm tính, giảm tuổi thọ - Độ bền cách điện chi tiết phận cách điện khoảng cách điện làm việc với điện áp lớn để không xảy phóng điện, điều kiện môi trờng xung quanh (nh ma, ẩm, bụi, tuyếtĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng) nh có qúa điện áp nội điện áp khí gây - Độ bền tính chịu mòn phận khí cụ điện giới hạn số lần thao tác đà thiết kế, thời hạn làm việc chế độ định mức chế độ cố - Khả đóng cắt chế độ định mức chế độ cố, độ bền điện thông qua chi tiết, phận - Tính kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lợng kích thớc bé - Độ bền với môi trờng: chịu đợc tác động môi trờng bên nh bụi, độ cao, rung động, quán tính, khí hóa chất độc hạiĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng Các yêu cầu vận hành Khi vận hành, sử dụng cần ý yêu cầu sau: - ảnh hởng môi trờng xung quanh: độ ẩm, độ cao, nhiệt độĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng cần phải tránh tác động có hại môi trờng lên thiết bị điện - Cã ®é tin cËy ®èi víi ngêi sư dơng, vËn hành, thao tác - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài - Đơn giản, dễ thao tác, dễ sữa chữa, thay - Chi phí vận hành ít, tiêu tốn lợng Các yêu cầu kinh tế xà hội Đây yêu cầu định tới vị trí sản phẩm, hiệu kinh tế sản phẩm Vì chúng đòi hỏi số yêu cầu sau: - Khi thiết kế số sản phẩm nói chung thiết bị điện nói riêng nhà thiết kế phải ý đến thị trờng, làm để đa thị trờng mặt hàng chíêm đợc u hẳn so với sản phẩm khác chủng loại, có chất lợng kỹ thuật thiết bị điện phải có giá thành hạ, có tính thẩm mỹ kết cấu, vốn đầu t chế tạo lắp ráp nhỏ - Ngoài phải đảm bảo tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho ngời vận hành mặt tâm sinh lý, thể an toàn lắp ráp vận hành Các yêu cầu công nghệ chế tạo - Tính công nghệ kết cấu: dùng chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp dẫn,Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng - Lu ý đến khả chế tạo: mặt sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả thiết bị - Lu ý đến khả phát triển chế tạo, lắp ghép vào tổ hợp khác, chế tạo dÃyĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng Chơng II Cấu tạo nguyên lý hoạt động Cấu tạo Công tắc tơ xoay chiều pha khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, với dòng điện lớn 15 A Công tắc tơ gồm phận sau: - HƯ thèng tiÕp ®iĨm gåm cã tiÕp ®iĨm gåm có tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm thờng đóng tiếp điểm thờng mở - Hệ thống dẫn: dẫn động dẫn tĩnh - Nam châm điện xoay chiều - Cuộn dây nam châm ®iƯn xoay chiỊu - HƯ thèng lß xo: lß xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rungĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng - Các vít đầu mối dây dẫn mềm - Buồng dập hồ quang Nguyên lý hoạt động Khi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông đợc sinh nam châm điện Luồng từ thông sinh lực điện từ Khi lực điện từ lớn lực nắp mạch từ đợc hút phía mạch từ tĩnh, mạch từ tĩnh có gắn vòng ngắn mạch để chống rung, làm chi tiÕt ®iĨm ®éng tiÕp xóc víi tiÕp ®iĨm tÜnh TiÕp điểm tĩnh đợc gắn dẫn, đầu dẫn vít bắt dây điện ra, vào Các lò xo tiếp điểm có tác dụng lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm Đồng thời tiếp điểm phụ đợc đóng vào tiếp điểm phụ thờng mở mở tiếp điểm phụ đợc đóng vào tiếp điểm phụ thờng mở mở tiếp điểm thờng đóng Lò xo nhả bị nén lại Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng thông giảm xuống không, ®ång thêi lùc ®iƯn tõ nã sinh cịng giảm không Khi lò xo nhả đẩy toàn phần động công tắc tơ lên cắt dòng điện tải Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh mạch từ hồ quang xuất hai tiếp điểm Nhờ vách ngăn buồng dập hồ quang, hồ quang đợc dập tắt Chơng III Mạch vòng dẫn điện A Khái niệm chung Trong công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện quan trọng, có chức dẫn dòng, chuyển đổi đóng ngắt mạch điện Mạch vòng dẫn điện phận khác hình dáng kết cấu kích thớc hợp thành Đối với Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm cã c¸c bé phËn chÝnh nh sau: - Thanh dÉn: gồm dẫn động dẫn tĩnh Thanh dẫn có chức truyền tải dòng điện - Dây dẫn mềm: - Đầu nối: gồm vít mối hàn - Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh, có chức đóng ngắt dòng điện - Cuộn thổi từ Do nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện phải xác định kích thớc chi tiết mạch vòng dẫn điện Tiết kiệm kích thớc chi tiết định cấu mạch vòng nh định kích thớc Công tắc tơ xoay chiều pha Trình tự thiết kế mạch vòng dẫn điện B Mạch vòng dẫn điện I Thanh dẫn: Các bớc tính toán dẫn @ Xác định tiết diện kích thớc dẫn chế độ làm việc dài hạn chế độ làm việc khác - Sau tính toán kiểm nghiệm lại tiết diện kích thớc chế độ làm việc dài hạn, chế độ ngắn mạch Thanh dẫn tÜnh a Chän vËt liƯu: Thanh dÉn tÜnh g¾n víi đầu nối, cần phải có lực ép ®đ ®Ĩ tiÕp xóc tèt, ®é cøng cao, nhiƯt ®é nóng chảy tơng đối caoĐể đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho ng ta chọn đồng kéo nguội làm vật liệu dẫn động Các thông số đồng kéo nguội: Ký hiệu ML – TB Tû träng () 8,9 g/cm3 NhiƯt ®é nóng chảy (nc) 10830C Điện trở suất 200C (20) 0,0174.10-3mm §é dÉn nhiƯt () 3,9 W/cm0C §é cøng Briven (HB) 80 120 kG/cm2 HƯ sè dÉn nhiƯt ®iƯn trë () 0,00431/0C NhiƯt ®é cho phÐp cÊp A ([cp)] 95 0C b TÝnh to¸n dÉn - Chän dÉn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bỊ dÇy b a b a b Theo c«ng thøc 2.6 (TL1) I ρθ K f b= n (n−1 ) K T τ od Trong đó: -I = 65 A: dòng điện định mức - n: hệ số hình dáng, n = a/b = 10, chän n = - Kf : Hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao hiệu suất bề mặt hiệu ứng gÇn Kf = Kbm Kg = 1,03 1,06 Chän Kf = 1,05 KT: hƯ sè t¶n nhiƯt, KT = (6 12).16-6W/0C.mm2) - : ®iƯn trë st cđa vËt liƯu ë nhiệt độ ổn định = 20 [1 + ( - 20)] 20 : ®iƯn trë st cđa vËt liƯu 200C : hƯ sè nhiƯt ®iƯn trë cđa vËt liƯu : nhiệt độ ổn định đồng, ta lấy nhiệt độ phát nóng cho phép = [] = 95 0C => 95 = 0,0174 10-3 [(1+4,3 10-3 (95 20)] 0,023 10-3 (.mm) ôd: độ tăng nhiệt ổn định ôd: = - mt với mt = 400C nhiệt độ môi trờng =>ôd= 95 40 = 550C b= √ 652 ,023 10−3 1, 05 ≈1, 97 mm (5+1 ) 10−6 55 VËy ta cã: A = b.n = 2,5 = 10 mm Để đảm bảo cho dẫn tĩnh chịu đợc phát nóng a> at® (dtd: ®êng kÝnh tiÕp ®iĨm) c KiĨm tra kích thớc làm điều kiện làm việc dài hạn - DiÖn tÝch dÉn S = a.b = 10 = 20 mm2 - Chu vi dÉn: P = (a+b) = 2.(2 + 10) = 24 mm - Mật độ dòng điện j= I dm 65 = =3 , 25 A /mm S 20 NhiƯt ®é dẫn Từ công thức (TKK CĐHA) ta cã: I ρθ K f I ρ0 (1+α θ od ) K f S P= = K T (θod −θmt ) K T (θ od−θ mt ) I ρ0 K f +SP K T θ mt −¿ θod =θtd = S P K T −I ρ0 K f α Víi 0 : ®iƯn trë st cđa ®ång kÐo ngi ë 00C ρ0 = ρ20 , 0174 10−3 =0 , 016 10−3 mm 1+α θ 1+0 ,0043 20 mt: nhiƯt ®é môi trờng, mt = 400C Thay vào ta có: = −3 −6 65 ,016 10 1,05+20 24 10 40 θtd = =63 ,53 C −6 −3 20 24 8.10 −65 ,016 10 ,05 , 0043 Vëy td Thanh dÉn tho¶ mÃn nhiệt độ chế độ định mức d Kiểm tra dẫn chế độ ngắn mạch Đặc điểm trình ngắn mạch - Dòng điện mật độ dòng điện có trị số lớn - Thời gian tác động nhỏ Từ đặc điểm rõ ràng xảy ngắn mạch nhiệt độ dẫntăng lên lớn làm dẫn bị biến dạng Do cần phải kiểm tra kh có ngắn mạch mật độ dòng điện dẫn có nhỏ mật độ dòng điện cho phép không Từ công thức 21 (TKKCĐHA) I 2nm t nm S = => j nm= √ I 2bn t bn = j 2nm t nm= A nm− A d = A bn−A d S A nm− A d t nm Trong ®ã: Inm = Ibn: dòng điện ngắn mạch hay dòng điện bền nhiệt tnm = tbn : thời gian ngắn mạch hay thời gian bỊn nhiƯt S : tiÕt diƯn dÉn ®éng Anm = Abn : số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt Ad : số tích phân ứng với nhiệt độ đầu Tra đồ thị hình 6-6 ta cã Víi bn = 3000C cã A bn = 3,75, 104 A2s/mm4 ® = 63,530C cã Abn = 3,75.104 A2s/mm4 Tnm Jnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2) 3s 90,37 94 4s 78,26q 82 Vậy mật độ dòng điện dẫn xảy ngắn mạch nhỏ mật độ dòng điện cho phép, nên dẫn chịu đợc ngắn mạch Thanh dẫn động Thanh dẫn động thờng nối với tiếp điểm động Vì dẫn động cã kÝch thíc nhá h¬n dÉn tÜnh Ta cã thĨ chän kÝch thíc dÉn ®éng nh sau: a = mm b =2 mm II Đầu nối Đầu nối tiếp xúc phần tử quan trọng khí cụ điện, không ý dễ bị hỏng nặng trình vận hành khí cụ điện có dòng điện lớn điện áp cao Có thể chia đầu nối làm hai loại - Các đầu cực để nối với dây dẫn bên - Mối nối phận bên mạch vòng dẫn điện Các yêu cầu mối nối - Nhiệt độ mối làm việc dài hạn với dòng điện định mức không đợc tăng trị số cho phép, mối nối phải có kích thớc lực ép tiếp xúc Ftx đủ để điện trở tiÕp xóc Rtx kh«ng lín, Ýt tỉn hao c«ng st - Khi tiếp xúc mối nối cần có đủ độ bền độ bền nhiệt có dòng ngắn mạch chạy qua - Lực ép điện trở tiếp xúc, lợng tổn hao nhiệt độ phải ổn định khí cụ điện vận hành liên tục Kết cấu cđa mèi nèi gåm cã: mèi nèi cã thĨ th¸o rời đợc, tháo rời đợc, mối nối kiêm khớp lề có dau nối mềm dây nối mềm ta chọn mối nối tháo rời đợc bu lông Với dòng điện định mức Iđm = 65 A theo bảng 10 (TKKCĐHA) chọn bu lông thép CT3 có đờng kÝnh hÖ ren mm M8 x 25 I dm DiÖn tích bề mặt tiếp xúc: Stx = j Đối với dẫn chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz dòng điện định mức Idm < 200 A lấy mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm2 65 =209 ,68(mm ) => Stx = 0,31 Lùc Ðp tiÕp xóc: Ftx = ftx Stx Với ftx lực ép riêng mối nèi, ftx = 100 150 kg/cm2 Chän ftx = 100.10-2.209,68 = 209,68 (kg) §iƯn trë tiÕp xóc: 65 =209 ,68(mm ) 0,31 Víi Ktx = 0,12 10-3, m = 0,8 (tiÕp xóc mỈt) −3 => Rtx 0, 12 10 =1 ,03 105 0,8 (0 ,102 209, 68) Điện áp tiÕp xóc: Utx = I®m Rtx = 65.1,03 10-5= 0,67 mV Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ điện ¸p tiÕp xóc cho phÐp ([Utx]cp= 30 mV), nªn bu lông đà chọn thoả mÃn yêu cầu III.Tiếp điểm Nhiệm vụ tiếp điểm - Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện Yêu cầu tiếp điểm - Khi công tắc tơ làm việc chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé nhiệt độ cho phép Nhiệt độ vùng tiếp xúc phải bé nhiệt ®é biÕn ®ỉi tinh thĨ cđa vËt liƯu tiÕp ®iĨm - Với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động ,dòng ngắt mạch) tiếp điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt độ bền điện động Hệ thống tiếp điểm dập hồ quang phảI có khả đóng ngắt cho phép không bé trị số định mức - Khi làm việc với dòng điện định mức đóng ngắt dòng điện giới hạn cho phép , tiếp điểm phảI có độ mòn điện bé ,độ rung tiếp điểm không đợc lớn trị số cho phép Vật liệu làm tiếp điểm Vật liệu làm tiếp điểm cần đảm bảo yêu cầu sau: điện trở suất điện trở tiếp xúc bé, bị ăn mòn, bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ phù hợp với dòng điện I = 65A Từ bảng 2-13 (TKKCĐHA) ta chọn vật liệu bạc niken than chì, với thông số kỹ thuật sau: (§ång Cadimi) Ký hiƯu KMK.A32 Tû träng () 8,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy (nc) 13000C Điện trở suất ë 200C (20) 0,035 10-3 mm §é dÉn nhiƯt () 3,25 W/cm2 HƯ sè dÉn nhiƯt ®iƯn trë () 0,0035/0C NhiƯt ®é cho phÐp cÊp A ([cp)] 950C KÝch thíc tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức kích thớc dẫn động dẫn tĩnh Đối với dòng điện định mức Iđm = 65 A ChiỊu cao tiÕp ®iĨm ht® = mm Lực ép tiếp điểm Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thờng chế độ dài hạn, mà chế độ ngắn hạn dòng ®iƯn lín, Ðp tiÕp ®iĨm ph¶i ®¶m b¶o cho tiÕp điểm không bị xảy lực điện động không bị hàn dính tiếp điểm bị đẩy bị rung - Theo công thức kinh nghiệm