Đồ án thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

Đồ án thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha

và đặc biệt là đảm bảo an toàn cho người sử dụng, vận hành là một yêu cầu rất bức thiết.

Công tắc tơ xoay chiều là một trong những thiết bị đảm bảo an toàn trong sử dụng điện.Chính vì vậy nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là mối quan tâm của ngành thiết bị điện.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện - Điện tử đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp

đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Đức đã giúp em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp thiết kế “ Công tắc tơ xoay chiều ba pha”.

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng nhưng do hiểu biết kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn ít, quá trình thiết kế đồ án của em vẫn còn mắc phải những sai sót nhất định.Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để giúp em hoàn thiện hơn phần kiến thức của mình.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy giáo Nguyễn Văn Đức

Sinh viên.

Đỗ Thị Thu Hương

Mục Lục:

Lời mở đầu ……… 1

Giới thiệu chung về công tắc tơ 4

Chương I: Chọn phương án thiết kế I/ Các yêu cầu chính đối với công tắc tơ……… 6

II/ Lựa chọn kết cấu của công tắc tơ……….7

III/ Tính chọn khoảng cách cách điện ……….13

Chương II: Tính toán mạch vòng dẫn điện I/ Khái niệm chung II/ Mạch vòng dẫn điện chính 1 Tính toán thanh dẫn động………13

2 Tính toán thanh dẫn tĩnh ……….15

3 Đầu nối……… 15

4 Tiếp điểm……….16

III/ Mạch vòng dẫn điện phụ 1 Tính toán thanh dẫn………23

2 Đầu nối……… 25

3 Tiếp điểm………26

Chương III: Tính và dựng đặc tính cơ I/ Lập sơ đồ động II/ Tính toán lò xo 1 Tính toán lò xo nhả……… 34

2 Tính toán lò xo tiếp điểm chính……… 35

3 Tính toán lò xo tiếp điểm phụ……… 37

4 Xác định các lực……… 40

5.Đồ thị đặc tính cơ

Chương IV:

Tính toán buồng dập hồ quang.

I/ Khái niệm chung ……….41

II/ Lựa chọn kết cấu buồng dập ………41

III/ Tính toán các thông số buồng dập ……… 43

Chương V: Tính toán nam châm điện I/ Tính toán sơ bộ nam châm 1 Chọn dạng kết cấu……… 47

2 Chọn vật liệu NCĐ……… 47

3 Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản tại =th………… 48

4 Xác định các thông số chủ yếu của NCĐ……… 49

5 Xác định các kích thước của cuộn dây……… 50

II/ Tính toán kiểm nghiệm nam châm 1 Sơ đồ thay thế………55

2 Xác định từ dẫn khe hở không khí………57

3 Xác định từ cảm và hệ số từ rò tại =th……… 62

4 Xác định thông số cuộn dây……… 64

5 Tính toán vòng ngắn mạch chống rung……… 65

6 Hệ số tỏa nhiệt của vòng ngắn mạch……… 70

7 Tính toán tổn hao trong lõi thép………70

8 Tính toán dòng điện trong cuộn dây……… 71

9 Tính toán nhiệt trong cuộn dây……… 73

10.Tính và dựng đặc tính lực hút điện từ……… 74

11.Tính và dựng đặc tính lực nhả……… 75

12.Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả 76

Chương VI:

Thiết kế kết cấu.

I/ Kết cấu vỏ ………78

II/ Hệ thống tiếp điểm… ……….79

III/ Nam châm điện ……….82

IV/ Hệ thống mạch từ ……… 84

V/ Hệ thống buồng dập hồ quang ……… 85

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ.

có thể là loại nam châm điện một chiều hay xoay chiều

Căn cứ vào số lần đúng cắt trong một giờ (tần số thao táct):

- Chế độ làm việc nhẹ: Khi tần số thao tác tới 400 lần / giờ

- Chế độ làm việc trung bình: Khi tần số thao tác tới 600 lần / giờ

- Chế độ làm việc nặng: Khi tần số thao tác tới 1500 lần / giờ

Mỗi lần đúng cắt đều làm cho tiếp điểm bị mòn về cả cơ lẫn điện, do đócần phải làm tăng độ bền mòn cơ và độ bền mòn điện của CTT

Độ bền mòn cơ được xác định bằng số lần đúng cắt tối đa chưa đòi hỏiphải thay thế và sửa chữa các chi tiết khi không có dòng điện chạy qua các tiếpđiểm Đối với các công tắc tơ hiện tại, yêu cầu độ bền mòn cơ rất cao, từ (10 20).10 lần thao tác

Độ bền mòn điện được xác định bằng số lần đúng cắt tối thiểu mà sau đócần phải thay thế các tiếp điểm khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm Yêu cầu độmòn điện từ (2 3).10 lần thao tác

III Cấu tạo:

Công tắc tơ xoay chiều 3 pha gồm các bộ phận chính sau:

+Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm thường đúng và tiếp điểm thường mở

+Hệ thống thanh dẫn: thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh

+Nam châm điện xoay chiều

+ Cuộn dây nam châm điện xoay chiều

+Hệ thống lò xo: lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung….+Các vít đầu nối và dây dẫn mềm

+Buồng dập hồ quang

IV Nguyên lý hoạt động:

Khi cho dòng điện vào cuộn dây, từ thông sẽ được sinh ra trong namchâm điện.Từ thông này sinh ra một lực điện từ Khi lực điện từ lớn hơn lực cơthì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động tiếp xúcvới tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn tĩnh, đầu kia củathanh dẫn có vít bắt dây điện ra, vào Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy trìmột lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đượcđóng vào với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối với tiếp điểm thường đúng

Lò xo nhả bị nén lại

Khi ngắt điện vào cuộn dây, từ thông sẽ giảm xuống về không, đồng thờilực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn bộphần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra Khi tiếp điểm động táchkhỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếpđiểm Nhờ các vắch ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ được dập tắt

CHƯƠNG I: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.

I Các yêu cầu chính đối với công tắc tơ:

1 Yêu cầu về kỹ thuật:

Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối vớiquá trình thiết kế khí cụ điện Nó bao gồm các yêu cầu về:

- Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ở chế độđịnh mức và chế độ sự cố Vì vậy cần phải đảm bảo độ bền nhiệt của cácchi tiết, bộ phận phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơtính, giảm tuổi thọ…

- Độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cách cáchđiện khi làm việcvới điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện, trongđiều kiện môi trường xung quanh cũng như khi có quá điện áp nội bộ hoặcquá điện áp do khí quyển gây ra

- Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn sốlần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ làm việc định mức vàchế độ sự cố

- Khả năng đúng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện thôngqua các chi tiết, bộ phận

- Độ bền cơ, hóa học đối với môi trưòng xung quanh

- Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lượng vàkích thước nhỏ

2 Các yêu cầu về vận hành:

Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau:

- ảnh hưởng của môi trường xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ…do đó cần phảitránh các tác động có hại của môi trường lên thiết bị điện

- Có độ tin cậy đối với người sử dụng, vận hành, thao tác

- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

- Đơn giản, dễ thao tác, sửa chữa, thay thế

- Chi phí vận hành và tiêu tốn năng lượng ít

3 Các yêu cầu về kinh tế xã hội:

Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm:

Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầu tiênngười thiết kế phải chú ý đến thị trường, làm thế nào để khi đưa ra sản phẩm củamình thì có thể chiếm được ưu thế so với các sản phẩm cùng chủng loại, cùng cóchất lượng kỹ thuật thì thiết bị của mình phải có giá thành hạ, có tính thẩm mĩcủa kết cấu, vốn đầu tư khi lắp ráp, chế tạo là nhỏ nhất

4 Các yêu cầu về công nghệ chế tạo:

- Tính công nghệ của kết cấu: dựng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắpdẫn…

- Lưu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất,khả năng của thiết bị

- Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạoL, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác,chế tạo dãy…

II Lựa chọn kết cấu của công tắc tơ.

Để có kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ của nước ta hiệnnay, với việc tham khảo một số mẫu hiện có trên thị trường ta có thể chọn raphương án tối ưu, hơn nữa tạo điều kiện dễ dàng cho việc thay thế và lắp ráp

1 Hệ thống tiếp điểm:

Công tắc tơ ( CTT) làm nhiệm vụ đúng cắt với tần số đúng ngắt cao, do

đó tuổi thọ của công tắc tơ phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống tiếp điểm

Hệ thống tiếp điểm làm nhiệm vụ dẫn dòng bằng tiếp xúc điện, dòng điệnchạy từ tiếp điểm tĩnh sang tiếp điểm động qua bề mặt tiếp xúc, tiếp điểm đúng

mở làm cho dòng điện chạy qua hoặc ngừng Có 3 dạng tiếp xúc:

- Tiếp xúc điểm

- Tiếp xúc đường

- Tiếp xúc mặt

Kết cấu của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện, chức năng của tiếp điểm,tần số làm việc, tuổi thọ và nhiều yếu tố khác.Vì vậy thiết kế hệ thống tiếp điểmcần đảm bảo:

- Khi làm việc dài hạn ở chế độ định mức, tiếp điểm không được phát nóngquá trị số cho phép

- Phải ổn định với tác động nhiệt và điện động của dòng điện

- Đảm bảo độ mòn về cơ, điện là bộ nhất, độ rung tiếp điểm không được lớnhơn trị số cho phép

- Điện trở tiếp xúc bộ

Hệ thống tiếp điểm của CTT thường sử dụng các dạng sau:

- Tiếp điểm hình nón _ tiếp xúc điểm: loại này dựng với dòng điện bộ cỡ vàiAmpe và không cần lực ép lớn

- Tiếp điểm loại cầu, mặt phẳng _ tiếp xúc điểm: Dựng với dòng điện lớnhơn cỡ vài choc Ampe, dạng tiếp điểm này có khả năng tự làm sạch bụi bẩnnơi tiếp xúc, lực ép tiếp điểm không lớn

- Tiếp điểm hình ngón _ tiếp xúc đường: Tiếp điểm động có khả năng lăn vàtrượt trên bề mặt tiếp điểm tĩnh và tự làm sạch bụi bẩn nơi tiếp xúc, dùngcho dòng điện cỡ vài trăm Ampe

- Tiếp điểm loại mặt phẳng _ tiếp xúc mặt: Dùng cho dòng điện lớn cần cólực ép tiếp điểm lớn

Hiện nay trên thực tế có nhiều hãng sản suất CTT nhưTELEMECANIQUE của Pháp, TOGAMI _ Nhật Bản, LG _ Hàn Quốc,VINAKIP _ Việt Nam

Với dòng điện định mức I đm = 40 A, CTT của TOGAMI, LG,VINAKIP đều có đặc điểm cấu tạo chung như sau:

- Kết cấu kiểu bắc cầu hai chỗ ngắt

- Tiếp xúc điểm (cầu – mặtc)

- Lò xo tiếp điểm loại xoắn trụ làm việc chịu nén, lò xo này có độ bền cao và

ít bị ăn mòn, tạo được lực ép lớn, làm việc ổn định, không có dòng điệnchạy qua do đó có độ tin cậy cao, không bị phát nóng, không già hóa vàgiảm tính đàn hồi

- Kết cấu gọn nhẹ, đơn giản dễ chế tạo, độ tin cậy cao

Hình 1.1: Kết cấu tiếp điểm của hãng VINAKIP

Qua sự phân tích các hệ thống tiếp điểm và một số mẫu hiện có trên thị trường,

ta chọn dạng kết cấu của tiếp điểm là:

Đối với tiếp điểm chính:

- Kết cấu kiểu bắc cầu 1 pha hai chỗ ngắt

- Tiếp xúc kiểu mặt cầu - mặt phẳng (tiếp xúc điểm t)

- Lò xo tiếp điểm loại xoắn trụ làm việc chịu nén

- Tiếp điểm tĩnh hàn cố định với thanh dẫn

- Tiếp điểm động chuyển động thẳng, tịnh tiến

- Có buồng dập hồ quang

2 Hệ thống dập hồ quang:

Khi đúng hoặc ngắt tiếp điểm, hồ quang sẽ phát sinh do sự phóng điện.Đặc biệt khi ngắt CTT với tải cảm, hồ quang dễ phát sinh và duy trì lâu Khiđúng, hồ quang phát sinh chủ yếu do sự rung của tiếp điểm Hồ quang xuất hiệnkèm theo ánh sáng và nhiệt độ cao gây mòn tiếp điểm….Do đó phải dập tắt hồquang càng nhanh càng tốt

Đối với CTT xoay chiều thường dùng các phương pháp dập hồ quang sau:

- Dựng cuộn thổi từ với buồng dập khe hở hẹp

Dưới tác dụng của từ trường lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện độnghút hồ quang vào buồng dập khe hở hẹp nên hồ quang nhanh chóng đượcdập tắt

Trong thực tế, Công tắc tơ của TOGAMI, LG, VINAKIP phổ biến dựng buồng dập có đặc điểm sau:

Tiếp điểm kiểu bắc cầu kết hợp với buồng dập hồ quang có kết cấu bằng lá thép non đặt ngang Dập tắt hồ quang bằng biện pháp phân chia hồ quang ra thành nhiều đoạn ngắn Hồ quang sinh ra kéo dài về hai phía, dễ dàng bị đẩy vào dàn dập, chia thành nhiều đoạn Thành dàn dập làm bằng vật liệu chịu nhiệt nên hồ quang bị giảm nhanh nhiệt độ và dễ dàng bị dập tắt

Qua sự phân tích giữa lý thuyết và thực tế ta chọn kết cấu của buồng dập

hồ quang như sau:

Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập bằng lá thép non có vách thành làm bằng vật liệu chịu nhiệt như Ximăng - amiăng

Hình 1.2: Buồng dập hồ quang của hãng VINAKIP

3.Nam châm điện – Cơ cấu điện từ.

Cơ cấu điện từ là một bộ phận rất quan trọng của CTT, được dựng để biếnđổi điện năng thành cơ năng Trong công tắc tơ xoay chiều đặc trưng là Namchâm điện

Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận chính:

Đối với nam châm điện xoay chiều có mạch từ dạng chữ U, nắp hút quayquanh trục có đường đặc tính lực hút gần giống đường hypebol So với namchâm điện hút thẳng có hai khe hở không khí, nếu tiết diện và độ từ cảm hainhánh bằng nhau thì lực hút kiểu thẳng lớn gấp hai lần lực hút kiểu chập

Đối với nam châm điện xoay chiều có mạch từ dạng chữ E, kiểu hút thẳng

về căn bản có đường đặc tính lực hút gần giống đường đặc tính hình chữ U hút thẳng vì có thể xem chữ E phân thành hai chữ U, tiết diện nhánh giữa gấp hai lần tiết diện nhánh bên, khi cường độ từ cảm giống nhau thì lực hút của nam châm điện chữ E hút thẳng lớn gấp hai lần lực hút của nam châm điện chữ U hútthẳng

Trên thực tế hầu hết các hãng Telemecanique, TOGAMI, LG,

VINAKIP… đều dựng nam châm điện xoay chiều có kết cấu như sau:

III Tính chọn khoảng cách cách điện:

Khoảng cách cách điện trong công tắc tơ đúng một vai trò vô cùng quantrọng, nó ảnh hưởng tới kích thước của công tắc tơ và độ tin cậy khi vận hành.Vìvậy việc xác định hợp lý khoảng cách cách điện là một điều được quan tâmtrong thiết kế công tắc tơ Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào các yếu tố:

1.Giá phần động 2 Lò xo tiếp điểm

3 Tiếp điểm động 4 Tiếp điểm tĩnh

5 Lắp NCĐ 6 Lò xo nhả

7 Thân (lõi) NCĐ 8 Cữ chặn

PHẦN II : TÍNH CHỌN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

Tính chọn mạch vòng dẫn điện chính

**.Khái niệm chung

- Mạch vòng dẫn điện của KCĐ do nhiều bộ phận , chi tiết có hình dạng, kíchthước khác nhau hợp thành

- Mạch vòng dẫn điện bao gồm các chi tiết :

+ Thanh dẫn động , tĩnh

+Tiếp điểm động, tĩnh

+Đầu nối

+Dây nối mềm (nếu có)

+ Cuộn dây thổi từ (nếu có )

Nhiệm vụ thiết kế là phải tính toán , xác định được kích thước trong mạchvòng dẫn điện đồng thời kiểm tra các kích thước này theo điều kiện kỹ thuật đãcho

Ngoài mạch vòng dẫn điện chính trong khí cụ điện còn mạch vòng dẫn điệnphụ , việc tính toán mạch vòng dẫn điện này giống mạch vòng dẫn điện chính

1 Thanh dẫn động

Nhiệm vụ phải tính được tiết diện , kích thước của thanh dẫn ở chế độ làmviệc dài hạn và ngắn mạch Kiểm nghiệm chúng ở 2 chế độ đó

1.1 Chọn vật liệu

*.Yêu cầu đối với thanh dẫn

- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt

- Có độ bền cơ khí cao

- Có khả năng chịu được ăn mòn, ít bị oxi hóa

- Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đập

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ.

a _ Chiều rộng thanh dẫn (mm); b _ Chiều dày thanh dẫn (mm)

l _ Chiều dài thanh dẫn (mm); S _ Tiết diện của thanh dẫn (mm)

1.3 Kích thước thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn.

- Bề dày thanh dẫn được xác định:

b =

Trong đó:

Idm - Dòng điện làm việc định mức (A)

- Điện trở suất vật liệu ở nhiệt độ ổn định (.m)

Kph - Hệ số tổn hao đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứnggần: Chọn Kph =1,04

n - Tỉ số tiết diện: Chọn n = 8

KT - Hệ số tản nhiệt ra khống chế: Chọn KT = 7,5 W/0C.m2 [Tra bảng 6T_5trang 300 tài liệu Thiết kế khí cụ điện hạ áp (TKKCĐHA)]

ôđ - Độ tăng nhiệt ổn định: ôđ = 55oC đối với đồng (Bảng 6B_1 trang 288TL1)

- Bề rộng thanh dẫn được xác định:

a = n.b (mm)

- Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định:

Trong đó:

- Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ

 (1/oC) - Hệ số nhiệt điện trở của đồng Cu = 0,0043( )

ôđ (oC) -Nhiệt độ ổn định ôđ = 95oC (Bảng 6_1 trang 288 TKKCĐHA)

Vậy:

- Kích thước thanh dẫn làm việc với I đm = 35 A:

b =

a = 8.0,77= 6,16(mm)Tuy nhiên trên thanh dẫn có gắn tiếp điểm, cho nên thanh dẫn phải có kíchthước đảm bảo lớn hơn kích thước của tiếp điểm Với dòng điện I đm = 35 A,căn cứ vào bảng ( 2_15) TL1 thì đường kính của tiếp điểm là dtđ = 10 mm.athực tế = dtđ + (1 2)mm Chọn a thực tế = 10 + 2 =12 (mm)

Chọn bthực tế = 1,2 (mm)

Tiết diện của thanh dẫn: S = a.b = 12.1,2 = 14,4 (mm2)

Chu vi thanh dẫn : P= 2.( a+b ) = 2.( 12+1,2 ) = 26,4 (mm)

1.4.Kiểm nghiệm thanh dẫn

a Kiểm nghiệm khi làm việc ở chế độ dài hạn

- Mật độ dòng điện ở chế độ dài hạn

Jdh = = = ( A/mm2) < [ Jdh ] =4( A/mm2)

- Nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn :

=1,45.10-8

C = ođ<[ ]=950C

b Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn mạch

Độ bền nhiệt của KCĐ là tính chất chịu được sự tác dụng nhiệt của dòng điệnngắn mạch trong thời gian ngắn mạch nó được đặc trưng bằng dòng bền nhiệt làdòng điện mà ở đó thanh dẫn chưa bị biến dạng

Để thuận tịên cho việc đánh giá ta xét giới hạn cho phép của dòng điện vàmật độ dòng điện bền nhiệt của thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch

tnm = 1s; tnm = 3s; tnm = 4s; tnm = 10s

Với điều kiện ođ = 95oC

Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch nm = 300oC

Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt được xác định theocông thức :

Jnm=Với :

Với thanh dẫn có kích thước a=12 mm, b= 1,2 mm khi làm việc với Iđm =35A có mật độ dòng điện dài hạn và nhiệt độ phát nóng đều thỏa mãn điều kiệncho phép ở chế độ dài hạn.

Ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn có kích thước nói trên chỉ cho phép làm việctối đa ở thời gian ngắn mạch là 10s

Kích thước đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

2.Thanh dẫn tĩnh

Thường tính toán cho thanh dẫn động, còn thanh dẫn tĩnh xác định theo kíchthước thanh dẫn động vì cùng Uđm, nhưng ở thanh dẫn tĩnh do có phần đầu nốinên chọn kích thước > kích thước thanh dẫn động

Từ kích thước thanh dẫn động ađ = 12mm, bđ = 1,2mm vì kích thước thanhdẫn tĩnh lớn hơn kích thước thanh dẫn động nên chọn at = 14mm, bt=1,5mm

3 Đầu nối

**.Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú

ý dễ bị hư hỏng nặng trong vận hành Đầu nối gồm, các đầu cực để nối nối vớidây dẫn bên ngoài và nối với các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện

Đầu nối làm nhiệm vụ liên kết mạch ngoài với mạch vòng dẫn điện, đồng thờilàm nhiệm vụ liên kết các chi tiết của mạch vòng dẫn điện.

**.Yêu cầu.

- Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mứckhông được tăng quá dòng điện cho phép, do đó mối nối phải có kích thước vàlực ép tiếp xúc Ftx đủ để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, tổn hao công suất bộ

- Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn mạchchạy qua

- Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định khi khí

cụ điện vận hành liên tục

3.1 Chọn kiểu mối nối.

Qua phân tích các ưu nhược điểm các dạng kết cấu mối nối Chọn dạng kết cấumối nối tháo rời được bằng vít (với I đm = 35A và I đm phụ = 5 A), được chế tạobằng thép CT3 có mạ thiếc

3.2 Xác định vít nối

Từ Iđm = 35A tra bảng 2.9 trang 32 TLTK

-Chọn vít có đường kính ren d = 5 mm có các thông số:

Đối với tiếp xúc mặt: m = 1(trang 55 TL1)

- Với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động, dòng ngắn mạch), tiếp điểmphải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động

- Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đúng ngắt dòng điện trong giớihạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ là nhỏ nhất của tiếp điểm, độrung của tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép

2 Chọn dạng kết cấu hệ thống tiếp điểm

Chọn tiếp điểm kiểu cầu, có hai chỗ ngắt Loại này có ưu điểm khả năng ngắtlớn, không cần dây dẫn mềm, làm sạch nơi tiếp xúc khi đúng ngắt, chiếm ítkhông gian, việc dậm hồ quang được đảm bảo

4.1 Chọn vật liệu.

Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trở tiếpxúc bộ, ít bị ăn mòn, ít bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính côngnghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 35A

Từ bảng 2-13 (trang 45 TL1) ta chọn vật liêu là bạc niken than chì, với cácthông số kỹ thuật sau:

Tiếp điểm thực hiện chức năng đúng ngắt của CTT Kết cấu và các thông

số của tiếp điểm xác định thông số, kết cấu, trọng lượng của CTT

Yêu cầu đối với tiếp điểm:

- Khi CTT làm việc ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi tiếp xúc phải

bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổitinh thể của vật liệu tiếp điểm

- Với dòng điện lớn hơn cho phép (dòng khởi động, dòng ngắn mạch) tiếpđiểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động Hệ thống tiếp điểm dập

hồ quang phải có khả năng đúng cắt cho phép không bé hơn trị số định mức

- Khi làm việc với dòng định mức và khi đúng ngắt dòng điện trong giớihạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bộ nhất, độ rung của tiếpđiểm không được lớn hơn trị số cho phép

4.2/ Dạng kết cấu của tiếp điểm:

- Tiếp điểm kiểu cầu

- Số chỗ ngắt bằng hai

- Dạng tiếp xúc điểm (trụ cầu và mặt phẳng)

- Lò xo tiếp điểm là lò xo xoắn trụ

4.3/ Xác định độ mở, độ lún của tiếp điểm:

a/ Độ mở m:

Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếpđiểm tĩnh ở vị trí ngắt của công tắc tơ Độ mở của tiếp điểm cần phải xác địnhsao cho khi ngắt, hồ quang bị kéo dài tới độ dài tới hạn và bị dập tắt, đồng thờikích thước, khối lượng cơ cấu truyền động đạt tối ưu

Đối với công tắc tơ có dòng I = 40 600 A, điện áp tới 500 V, cóthể chọn độ mở m = 6 12 mm Với dòng I đm = 35A , ta chọn m = 6 mm

Với hệ thống tiếp điểm phụ : với dòng Iđm=5 A ta chọn m=3mm

b/ Độ lún l:

Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểmđộng nếu không bị tiếp điểm tĩnh cản lại

Với hệ thống tiếp điểm chính :

Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép tiếp điểm vàtrong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn nhưng vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt

Do đó độ lún phải lớn hơn độ cao bị ăn mòn của tiếp điểm

Theo TL1, độ lún có thể tính theo dòng điện như sau:

l = A + B.Iđm (mm) trong đó: A= 1,5 mm

4.4/ Vật liệu làm tiếp điểm:

Vật liệu làm tiếp điểm cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bộ, ít bị ăn mòn, ít bị oxi hóa, khó hàn dính, độcứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ.

Từ bảng (2_13) TL1 ta chọn vật liệu là Bạc - Niken – Than chì (Kim loạigốm), với các thông số kĩ thuật sau:

d= 10 mm chiều cao tiếp điểm h = 1,4 mm

- Tiếp điểm phụ : với Iđm=5A ta chọn h=0,8mm

=> chiều cao tiếp điểm phụ h=3mm-Tính chọn tiếp điểm tĩnh:

Tiếp điểm tĩnh nằm trên thanh dẫn tĩnh, có kết cấu dạng mặt phẳng, tiết diện làhình vuông có các cạnh là:

- Xác định lực ép tiếp điểm theo công thức kinh nghiệm (2_17) TL1:

Ftđ = ftđ Iđm

Trong đó:

+ ftđ: lực ép riêng trên một tiếp điểm

Tra bảng (2_17) TL1 , đối với Kim loại gốm ftđ = 7 15 G/A

Do tiếp điểm tiếp xúc điểm nên n = 1

So sánh kết quả bằng hai cách tính, ta thấy lực ép tiếp điểm tính bằngcông thức thực nghiệm lớn hơn công thức lý thuyết Để đảm bảo tiếp điểm có

Điện trở tiếp xúc có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc của khí cụ điện

nó là một phần của điện trở mạch vòng dẫn điện Rtx là do sự thắt hẹp đường đicủa dòng điện tại chỗ tiếp xúc Do ảnh hưởng của Rtx mà nhiệt độ tại chỗ tiếpxúc tăng đồng thời gây tổn hao điện áp tại chỗ tiếp xúc

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi chưa bị phát nóng(20oC) :

- Tính Rtx theo lý thuyết , công thức 2-24 trang 58:

Ktx- Hệ số tiếp xúc phụ thuộc vào điện trở suất và ứng suất của vật liệu,đồngthời phụ thuộc vào trạng thái tiếp xúc Đối với tiếp xúc điểm ( Đồng-Đồng) từ

Điện trở tiếp xúc khi làm việc ở chế độ phát nóng cho phép,CT 2-26 TL1:

- Hệ số nhiệt điện trở của vật liệu

- Nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc

= 0,27.10-3[1+2/3.0,0035.(95-20)] = 0,317.10-3()

4.8/ Điện áp tiếp xúc:

Trong trạng thái đúng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điệnchủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệulàm tiếp điểm là không đáng kể đối với Rtx , vì vậy công thức điện áp rơi trêntiếp điểm sẽ là:

Utx = IđmRtx95C= 35.0,317.10-3(V) = 11,1(mV) < [Utx] =30 mV

4.9/ Xác định nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn dài vôhạn, có tiết diện không đổi, thì nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm được tính theocông thức (2_21) TL1 :

.Trong đó

Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng , theo côngthức 2-12 TLTK :

KT – Hệ số tỏa nhiệt , KT =7,5.10-4 W/0C.cm2

- Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm ở 950C

= 0,44.10-5 .cm

- nhiệt độ của môi trường xung quanh = 400C

- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu tiếp điểm=3,25(W/cm0C)

P – Chu vi tiếp điểm : P= 31,4mm =3,14cm

S- Tiết diện bề mặt tiếp điểm : S = 78,5mm2 =0,785cm2

<

4.10/ Xác định trị số dòng hàn dính:

Khi dòng điện đi qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I đm (quá tải,ngắn mạch, khởi động), nhiệt độ tăng lên tiếp điểm bị đẩy do lực điện độngdẫn đến khả năng bị hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy, chống hàndính gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động) Độ ổn định nhiệt và độ

ổn định điện động là các thông số quan trọng được biểu thị qua trị số dòngđiện hàn dính Ihd, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ranếu cơ cấu ngắt đủ khả năng ngắt tiếp điểm

-Theo công thức kinh nghiệm trị số dòng hàn dính được xác định theo côngthức 2-36 TL1 :

So sánh 2 kết quả trên chọn Ihdbđ nhỏ , chọn Ihdbđ =591,6A

Ihdbđ =591,6A > 10Iđm = 350A

Vậy tiếp điểm không bị hàn dính

4.11/ Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm:

Khi tiếp điểm đúng, bắt đầu thời điểm tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơkhí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tượng rung tiếp điểm Tiếpđiểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại tiếp tục va đập, quá trìnhnày xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổnđịnh, sự rung kết thúc Quá trình rung được đánh giá bằng độ lớn biên độ rung

xm và thời gian rung tm

- Biên độ rung đối với 1 cặp tiếp điểm

Gđ = 35.10-2 =0,35KG

vđo –vận tốc tiếp điểm tại thời điểm va đập.Chọn vđo =0,1m/s

Ftđđ = 0,21 KG

Kv –Hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu

Đối với đồng Kv = 0,9 (Trang 72)

4.12/ Độ mòn của tiếp điểm.

- Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đúng và ngắt mạch điện

Sự mòn tiếp điểm thể hiện qua việc giảm độ lúnS, giảm kích thước của tiếpđiểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích của kim loại tiếp điểm

- Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn hóa học, ăn mòn vềđiện, về cơ, nhưng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn về điện

- Khối lượng mòn trung bình của tiếp điểm cho một lần đúng ngắt:

gđ + gng =10-9(Kđ.I2

đ + Kng.Ing2)Kkđ ,(2-54)

Iđ - Dòng điện khi đúng tiếp điểm Chọn I đ = 5Iđm = 175(A)

Ing - Dòng điện khi ngắt tiếp điểm Chọn Ing = 7Iđm =245(A)

Kđ, Kng(g/A2) - Hệ số mòn khi đúng và ngắt Chọn K đ = Kng= 0,01 (Từ bảng 2-21 trang 79 TKKCĐHA)

Kkđ – Hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn không đồng đều của các tiếpđiểm Theo quy định ở các khí cụ điện xoay chiều 3 pha Độ mòn lớn nhất đượclấy bằng 2 lần độ mòn trung bình.

tđ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm= 8,7(g/cm3)

Vtđ – Thể tích của tiếp điểm

CHƯƠNG III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ.

1.Lập sơ đồ động.

Công dụng của sơ đồ động là cho ta biết sơ bộ một cách rõ ràng và chính xác về sự truyền và biến đổi chuyển động của các khâu trong CTT

Sơ đồ được xây dựng cho 2 vị trí đặc trưng là vị trí đúng và ngắt

Xét trường hợp làm việc nặng nề nhất của cuộn hút là nắp NCĐ hướng xuống dưới, khi đó ta có sơ đồ động ở 2 vị trí như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ động: a- khi nắp mở, b-khi nắp hút

2 Tính toán lò xo tiếp điểm chính.

Tra bảng 4-1 (TKKCĐHA), chọn vật liệu làm lò xo là dây thép cácbon

OTC9389-60 độ bền trung bình, nhãn hiệu II () :

- Độ bền giới hạn khi kéo 2200 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi uốn 770 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn 480 N/mm2

- Module đàn hồi 200.103 N/mm2

- Điện trở suất 0,19  0,22 10-6 m

x -Hành trình của cơ cấu lò xo, tính từ vị trí tại đó lò xo sinh lực lớn nhất.

- fđ - Độ võng ban đầu của lò xo

- flv - Độ võng làm việc của lò xo

- Fđ , lđ - Lực nén ban đầu và chiều dài ban đầu của lò xo

- ln - Chiều dài tự do của lò xo

4.Tính lò xo nhả :

Lị xo nhả có đặc điểm là phải thực hiện đẩy nắp NCĐ và hệ thống tiếpđiểm động lên vị trí mở khi không có dòng điện qua cuộn hút của NCĐ.Do đólực ép lo xì nhả ở thời điểm ban đầu là:

- Lực nhả đầu của một lò xo:

a Lực ép tiếp điểm chính thường mở:

Lực ép tiếp điểm cuối:

Do có 3 tiếp điểm thường mở dạng cầu 1 pha 2 chỗ ngắt

Ftđ c = 6.Ftđ

= 6.3,5 = 21 (N)Lực ép tiếp điểm đầu:

Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.21 = 12,6 (N)

b Lực ép tiếp điểm phụ thường mở:

Lực ép tiếp điểm cuối:

Do có 2 tiếp điểm phụ thường mở dạng cầu 1 pha có 2 chỗ ngắt nên :

Ftđ c = 4.Ftđ phụ

= 4.0,5 = 2 (N)

Lực ép tiếp điểm đầu L:

Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.2 = 1,2 (N)

c Lực ép tiếp điểm phụ thường đúng:

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 lò xo nhả:

-Lực nhả đầu:

Fnh đ = Kdt(Gđ +Ftđc + Fms )

Vậy < = 480 (N/ mm2) do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu.

Vậy lò xo đã thiết kế thoả mãn đảm bảo độ bền cơ

- Khoảng lún thực tế của lò xo:

3,5 2,0

8,2 6,6 6 1,6

36,4

26,2

10,1 8,1 9,5 Ftd

Chương IV: Tính toán buồng dập hồ quang.

I.Khái niệm chung:

Trong các khí cụ điện (cầu dao, rơle, công tắc tơ, maý cắt v.vvv…), khi đúng hoặc ngắt mạch điện, hồ quang sẽ phátsinh trên tiếp điểm Nếu để hồ quang cháy lâu, các khí cu điện sẽ bị hư hỏng, vì vậy cần phải nhanh chóng dập

hồ quang

Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí vì vậy mật độ dòng điện rất lớn (104 ữ 105 A/cm2 ), có nhiệt độ rất cao (5000 ữ 60005C ) và điện áp rơi trên cathode bộ (10 ữ 20 V)

Hồ quang phát sinh là do môi trường giữa các cặp tiếp điểm bị ion hoá bao gồm các dạng:

a quá trình phát xạ điện tử

b quá trình tự phát xạ điện tử

c quá trình ion hoá do va chạm

d quá trình ion hoá do nhiệt

Song song với quá trình ion hoá là quá trình phản ion hoá (tái hợp và khuếch án) Nếu quá trình phản ion hoá xảy ra mạnh hơn qúa trình ion hoá thì

hồ quang sẽ bị dập tắt.Vi vậy, nguyên tắc dập hồ quang là tăng cường quá trìnhphảnt ion hoá băng các biện pháp:

a Kéo dài hồ quang

b Hồ quang tự sinh ra năng lượng để dập tắt

c Dung năng lượng ở nguồn ngoài để dập tắt

d Chia hồ quang thành nhiều phần để dâp tắt

e Mắc điện trở Sunt để dập tắt

Hồ quang điện xoay chiều

Đặc điểm của hồ quang điện xoay chiều là cứ sau nửa chu kỳ, dòng điện qua trị số i =0 Tại thời điểm i =0, quá trinh phản ion hoá xảy ra mạnh hơn quá trình ion hoá, khi dĩ dễ dàng dập tắt hồ quang.

II/ Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang.

- Yêu cầu đối với buồng dập hồ quang:

a.Thời gian dập hồ quang ngắn

b.Tốc độ mở tiếp điểm lớn

c.Năng lượng hồ quang lớn, điện trở hồ quang tăng nhanh

d.Tránh hiện tượng quá điện khi dập tắt

- Đối với khí cụ hạ áp, các phương pháp dập hồ quang thường là:

a Kéo dài hồ quang điện băng cơ khí

b Dựng cuộn dây thổi từ

c Dựng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp

d Dựng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập

Qua phân tích và tham khảo thực tế, đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buông 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 tấm thép và bị chia ra lam nhiều đoạn ngắn Lực điện động, hồ quang

bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn Lực điện động

sẽ càngđẩy hồ quang đi sâu vào, đồng thời các tấm sắt từ con có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt

Hình vẽ 4.1: Kết cấu buồng dập hồ quang

1 Vật liệu.