Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Lời nói đầu Để đánh giá sù ph¸t triĨn kinh tÕ cđa mét sè qc gia thờng dựa vào tiêu chuẩn kinh tế quan trọng phát triển công nghiệp quốc gia, đặc biệt ngành điện Điện nguồn lợng quan trọng đợc sử dụng rộng rÃi hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân Một ngành cung cấp lợng phục vụ cho sản xuất sinh hoạt ngời sâu vào tìm hiểu phận cấu thiết bị quan trọng điều khiển trình sản xuất biến đổi truyền tải phân phối lợng Khí cụ điện thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh bảo vệ lới điện, mạch điện, máy điện máy móc sản xuất Ngoài đợc dùng để kiểm tra điều khiển trình lợng khác Khí cụ điện đợc sử dụng rộng rÃi nhà máy điện, trạm biến áp, xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao thông vận tải Do việc sử dụng điện công nghiệp nh Do việc sử dụng điện công nghiệp nh đời sống thiếu loại khí cụ ®iƯn KhÝ ®iƯn cã rÊt nhiỊu lo¹i tïy theo chức nhiệm vụ Có thể chia làm loại chủ yếu sau đây: + Nhóm khí cụ điện phân phối lợng điện áp cao: máy ngắt, dao cách ly, kháng điện, biến dòng, biến áp + Nhóm khí cụ điện phân phối lợng ®iƯn ¸p thÊp nh: m¸y tù ®éng, c¸c bé phËn đầu nối( cầu dao, công tắc xoay), cầu chì Do việc sử dụng điện công nghiệp nh + Nhóm rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le nhiệt Do việc sử dụng điện công nghiệp nh + Nhóm khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ Do việc sử dụng điện công nghiệp nh Khi công nghiệp phát triển, đại hóa cao cần thiết phải có loại khí cụ điện tốt hơn, hoàn hảo Các loại khí cụ điện phải đòi hỏi khả tự động hóa cao Chính vai trò quan trọng khí cụ điện nên việc nghiên cứu phơng pháp tính toán, thiết kế khí cụ điện nhiệm vụ quan trọng phải có đầu t mức để ngày đợc phát triển hoàn thiện Trong trình học tập trờng em đà nhận đợc giúp đỡ bảo tận tình thầy cô giáo môn Thiết bị điện Đặc biệt hớng dẫn nhiệt tình thầy giáo: Nguyễn Văn Đức Nhờ em đà thiết kế tính Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha toán loại khí cụ điện mà có nhu cầu sử dụng nhiều rộng rÃi, là: Công tắc tơ xoay chiều ba pha Bản thuyết minh trình bày việc thiết kế công tắc tơ ®iƯn xoay chiỊu ba pha víi c¸c chØ sè sau: Điện áp định mức Uđm= 400 (V) Dòng điện định mức Iđm= 60 (A) Điện áp điều khiển Uđk= 380 (V) Dòng điện định mức phụ Iph= (A) Dòng điện ngắt Ingắt= 4Iđm Dòng điện đóng Iđóng= 4Iđm Tần số f= 50 (HZ) Tuổi thọ N=105 làm việc liên tục, cách điện cấp A Số lợng tiếp điểm: tiÕp ®iĨm chÝnh thêng më tiÕp ®iĨm phơ thêng ®ãng tiÕp ®iĨm phơ thêng më Néi dung c¸c phần thuyết minh tính toán: Phân tích phơng án, chọn kết cấu thiết kế Tính mạch vòng dẫn điện Tính dựng đặng tính Tính toán nam châm điện Chọn buồng dập hồ quang Kem theo thuyết minh gồm vẽ sau: + Bản vẽ tổng lắp ráp Ao : 01 b¶n + B¶n vÏ chi tiÕt A1 : 02 b¶n + Bản vẽ đờng đặc tính A1 : 01 Mặc dù đà tập trung để hoàn thành thuyết minh, song thiếu kinh nghiệm việc thiết kế nên trình làm đề tài không tránh khỏi sai sót Vậy em mong đợc góp ý thầy cô giáo môn Thiết bị Điện - Điện tử để thuyết minh em đợc hoàn thiện Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế Phần i: phân tích phơng án- chọn kÕt cÊu thiÕt kÕ a.KH¸I NIƯM CHUNG I.kh¸i niƯm vỊ công tắc tơ: Công tắc tơ khí cụ điện dùng để đóng ngắt thờng xuyên mạch điện động lùc, tõ xa b»ng tay hay tù ®éng ViƯc ®ãng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm đợc thùc hiƯn b»ng ®iƯn tõ, thđy lùc hay khÝ nÐn Trong công tắc tơ điện từ đợc sử dụng nhiều II.phân loai: Theo nguyên lý truyền động ngời ta chia công tắc tơ thành loạisau: + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm điện từ + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm thủy lực + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm khí nén + Công tắc tơ không tiếp điểm Theo dạng dòng điện mạch: + Công tắc tơ điện chiều dùng để đóng ngắt mạch điện chiều Nam châm điện nam châm điện chiều + Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều Nam châm điện nam châm điện xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Ngoài thực tế có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, nhng nam châm điện nam châm điện chiều III yêu cầu công tắc tơ: Công tắc tơ phải đóng dứt khoát, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt nghĩa nhiệt độ phát nóng công tắc tơ nhỏ nhiệt độ phát nóng cho phép: cp Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thờng phải đảm bảo lúc điện áp 85% Ucd phải đủ sức hút lúc điện áp 110% U cd cuộn dây không nóng trị số cho phép công tắc tơ làm việc bình thờng Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động đợc xác định số lần đóng ngắt tối thiểu mà sau cần thay sửa chữr tiếp điểm bị ăn mòn có dòng điện chạy qua tiếp điểm Đảm bảo độ mòn điện công tắc tơ tiếp điểm, ngày loại công tắc tơ đại độ mòn điện từ (23).106 lần đóng ngắt Đảm bảo độ bền cơ: độ mòn đợc xác định số lần đóng ngắt tối đa mà chr đòi hỏi phải thay sửa chữ chi tiết dòng điện tiếp điểm Ngày công tắc tơ đại độ bền khí đạt 2.107 lần đóng ngắt iv.cấu tạo công tắc tơ: Công tắc tơ điện từ bao gồm thành phần sau: Hệ thống mạch vòng dẫn điện Cơ cấu điện từ Hệ thống dập hồ quang Hệ thống phản lực v.nguyên lý hoạt động công tắc tơ: Khi đa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện tạo từ thông sinh lùc hót ®iƯn tõ F ®t Do lùc hút điện từ lớn lực phản lực làm cho nắp nam châm điện bị hút phía mạch từ tĩnh Các tiếp điểm thờng mở công tắc tơ đợc đóng lại Mạch điện thông Khi ngắt dòng điện cuộn dây nam châm lực hút điện từ Fđt=0 dới tác dụng hệ thống lò xo đẩy phần động trở vị trí ban đầu Các tiếp điểm công tắc tơ mở, hồ quang phát sinh tiếp điểm đợc dập tắt buồng dập hồ quang Mạch điện ngắt b phân tích phơng án chọn kết cấu: Để có kết cấu hợp lý phù hợp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết kế Ta tiến hành khảo sát số loại công tắc tơ số nớc sử dụng Việt Nam: + Công tắc tơ Việt Nam Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha + Công tắc tơ Liên xô + Công tắc tơ Nhật + Công tắc tơ Hàn Quốc + Công tắc tơ Trung Quốc Sau tham khảo công tắc tơ nớc ®Òu gièng Tõ ®ã em cã nhËn xÐt sau: I Mạch từ: Trong tất loại công tắc tơ nớc nói ngời ta sử dụng mạch từ chữ có cuộn dây đợc đặt giữa, hai cực từ ngời ta đặt vòng chống rung Loại có u điểm: Lực hút điện từ lớn đợc phân bố nên làm việc chắn tin cậy Các loại kiểu hút mạch từ: có loại Hút thẳng: Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thớc công tắc tơ nhỏ gọn Từ thông rò không đổi chuyển động, lực hút điện từ lớn Nhợc điểm: không sử dụng đợc với dòng điện lớn độ mở tiếp điểm độ mở nam châm điện Nên dùng cho dòng điện lớn độ mở tiếp ®iĨm lín dÉn ®Õn nam ch©m ®iƯn hãa Khi ®ã kích thớc công tắc tơ lớn dẫn đến hay bị rung động Hút quay: Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, độ mở tiếp điểm lớn nên sử dụng cho loại công tắc tơ có dòng điện lớn Nhợc điểm: cấu tạo loại có hệ thống cánh tay đòn nên khó chế tạo tháo lắp, kích thớc công tắc tơ lớn II Tiếp điểm: Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu pha hai chỗ ngắt Kiểu có u điểm: ta chọn nh chỗ ngắt mạch hai nên có khả ngắt nhanh, chịu đợc dễ dập hồ quang Đồng thời giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thớc công tắc tơ (nh hình vẽ) Trong đó: Thanh dẫn tĩnh Thanh dÉn ®éng TiÕp ®iĨm ®éng 4 Tiếp điểm tĩnh Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Iii Bng dËp hå quang: Bng dËp cã t¸c dơng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo khả đóng ngắt: nghĩa phải đảm bảo giá trị dòng điện ngắt điều kiện cho trớc + Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ Nếu không chọc thủng cách điện buồng dập hồ quang + Hạn chế ánh sáng âm Do tác dụng hồ quang nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp nhanh chóng dập hồ quang Đối với công tắc tơ xoay chiều có hai phơng án dập hồ quang chủ yếu là: + Dïng cn thỉi tõ cã bng dËp lµ khe hë hẹp + Dùng buồng dập kiểu dàn dập Phơng pháp thứ có khả dập hồ quang tốt song kết cấu phức tạp, thờng dùng cho loại công tắc tơ có dòng điện lớn làm việc chế độ nặng trung bình Phơng pháp thứ hai có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, nhng khả dập hồ quang phơng pháp thứ Nó đợc dùng cho công tắc tơ có dòng điện không lớn Nh ta thiết kế công tắc tơ có U đm=400 (V); Iđm=60 (A) Ta sÏ chän buång dËp hå quang lµ buång dËp kiểu dàn dập đợc làm từ vật liệu sắt cacbon Loại có kết cấu đơn giản dễ chế tạo đơn giản tính toán đảm bảo làm việc iV Nam châm điện: Nam châm điện có vai trò quan trọng, định đến tính làm việc kích thớc toàn công tắc tơ Nam châm điện dạng chữ hút chập từ thông không rò Có từ thông không đổi trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở không khí lớn, lực hút điện từ lớn đặc tính lực hút điện từ gần với đặc tính phản lực loại công tắc tơ xoay chiều Sử dụng kiểu ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu hai chỗ ngắt Trên thực tế theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dòng định mức Iđm