Chng 5: tính toán tiếp điểm 1. Chọn kích th-ớc cơ bản: Kết cấu của tiếp điểm nh- đã nói ở trên có hình dạng trụ cầu. Kích th-ớc ta chọn phù thuộc giá trị định mức, kết cấu tiếp điểm và số lần đóng ngắt. Theo bảng (2-15)- quyển 1 với dòng I đm = 60 (A) ta có: d= 12 16 (mm). h= 1,4 2,5 (mm). Chọn kích th-ớc của tiếp điểm động: a đ = 14 (mm). b đ = 2 (mm). Ta chọn kích th-ớc của tiếp điểm tĩnh lớn hơn so với tiếp điểm động: a t = 16 (mm). b t = 2,5 (mm). 2. Lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc: Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình th-ờng ở chế độ dài han. Trong chế độ ngắn mạch dòng điện lớn lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính do hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và rung. Lực ép tiếp điểm đ-ợc xác định theo công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm a . Theo công thức lý thuyết: Từ công thức (2- 14)- quyển 1 ta có: F tđ = )] T T [arccos( 1 . .16 H A .I 2 tx td 2 B 2 Mà F tđ = n. F tđ1 Với n là số điểm tiếp xúc. Theo trang 53- quyển 1 ta có n=1 vì tiếp điểm động và tiếp điểm chính có dạng trụ cầu nên tiếp xúc ở đây là tiếp xúc điểm. Nên lực ép tiếp điểm: d h F tđ = F tđ1 Trong đó: I đm = 60 (A) Dòng điện định mức. H B = 75 (kg/mm 2 ) Độ cứng Briven vật liệu làm tiếp điểm. = 0,325 (W/cm o C) - Độ dẫn nhiệt A = 2,3. 10 -8 (V/ o C) Hằng số Loren. Theo trang 53 quyển 1 ta có: T tđ = tđ + 273( o K) = 54,68 + 273 = 327,68 ( o K) T tx : Nhiệt độ nơi tiếp xúc. T tx = T tđ + T. T = (5 10) ( o K) : Độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và xa nơi tiếp xúc. Chọn T = 5 ( o K ) T tx = 327,1 + 5 = 332,1 ( o K) Ta có lực ép tại một điểm tiếp xúc : F tđ1 = 2 2 82 )] 68,332 68,327 (arccos[ 1 . )325,0(.16 75.14,3.10.3,2.60 - = 0,0012(kg). F tđ1 = 0,012 (N). Vậy lực ép tiếp điểm F tđ = 1.F tđ1 = 0,012 (N). b. Ph-ơng pháp kinh nghiệm: Theo công thức (2 17)- quyển 1 ta có: F tđ = f tđ . I đm . Trong đó: f tđ : lực tiếp điểm đơn vị. Theo bảng (2 17)- quyển 1 ta có : f tđ = (7 15) (G/A) Chọn f tđ = 10 (G/A). I đm = 60 (A): dòng điện định mức. Nên ta có lực ép tiếp điểm: F tđ1 = 10. 60 = 0,6 (KG) = 6 (N). So sánh hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm: khi dòng điện nhỏ cần có dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định điện động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy ta chọn lực tiếp điểm F tđ = 6(N). 3. Tính điện trở tiếp xúc: Để tính điện trở tiếp xúc ta có hai ph-ơng pháp: tính theo lý thuyết và theo thực ngiệm. a.Tính theo lý thuyết. Theo công thức (2 24)- quyển 1: R tx = 2 . H B F tđ (). Trong đó: : điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ ổn định. Với: = 20 .[ 1+ . (95- 20)]. Trong đó: 20 = 4.10 -5 (mm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 20 0 C. = 3,5.10 -3 (1/ 0 C): hệ số nhiệt điện trở. Nên ta có: = 4.10 -5 . [ 1+ 3,5. 10 -3 . (95-20)] = 0,05. 10 -3 (mm). H B = 75 (kg/mm 2 ). F tđ = 6 (N). Vậy ta có điện trở tiếp xúc: Vậy R tx = 6 75.14,3 . 2 10.05,0 3- = 0,15.10 -3 (). b. Tính theo kinh nghiệm: Theo công thức (2 25)- quyển 1: R tx = tx m tđ K (0.102.F ) (). Trong đó: k tx : hệ số kể đến sự ảnh h-ởng của vật liệu. Theo trang 56- quyển 1 ta có: k tx = (0,20,3). 10 -3 Chọn k tx = 0,25. 10 -3 m= 0,5: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc (vì tiếp xúc giữa hai tiếp điểm là tiếp xúc điểm). F tđ = 6 (N) Lực ép tiếp điểm. Vậy ta có điện trở tiếp điểm: R tx = 5,0 3 ]6.102,0[ 10.25,0 - = 0,32. 10 -3 (). Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta chọn: R tx = 0,32. 10 -3 (). 4. Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp xúc: Theo công thức (2 27) quyển 1 ta có: U tx = R tx . I đm (V). Trong đó: I = I đm = 60 (A). R tx = 0,32. 10 -3 (). Vậy điện áp tiếp xúc: U tx = 60. 0,32. 10 -3 = 19,2. 10 -3 (V) = 19,2 (mV). So sánh với [U tx ] = (2 30) (mV) là phù hợp. 5. Tính nhiệt độ tiếp điểm: Theo công thức (2 11) quyển 1: tđ = )C( K.S.P. R.I + K.P.S .I + 0 T đt 2 mđ T 2 mđ mt Trong đó: I đm = 60 (A): dòng điện định mức. mt = 40 ( o C): nhiệt độ môi tr-ờng. = 95 = 0,05. 10 -3 (mm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định K T = 6. 10 -6 (W/mm 2o C): Hệ số nhiệt điện tử. = 0,325 (W/mm 2o C): Hệ số truyền nhiệt. S (mm 2 ): tiết diện tiếp điểm S tđ = ).mm(86,153= 4 14 .14,3= 4 d . 2 22 P(mm): chu vi tiếp điểm P tđ = .d = 3,14. 14 = 43,96 (mm). R tđ : điện trở tiếp điểm. R tđ = 2 0 . đt S h (). Trong đó: = 0,05. 10 -3 (mm) . h tđ = 2 (mm). S tđ = 153,86 (mm 2 ). Nên điện trở tiếp điểm : R tđ = 86,153 2 .10.05,0.2 3- = 1,3. 10 -6 () Vậy nhiệt độ tiếp điểm : .C47,44= 10.6.86,153.96,43.325,0.2 10.3,1.60 + 10.6.96,43.86,153 10.05,0.60 +40= 0 6 62 6 32 đt - - - - 6. Tính nhiệt độ tiếp xúc : Theo công thức (2 12) quyển 1. tx = )C( 8 R.I + 0 tx 2 mđ đt Trong đó : tđ = 44,47 ( o C): nhiệt độ tiếp điểm. I đm = 60 (A): dòng điện định mức. R tx = 0,32. 10 -3 (): điện trở tiếp xúc. = 0,325 (W/ mm 0 C): độ dẫn nhiệt. = 0,05. 10 -3 (mm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm. Nên ta có nhiệt độ tiếp xúc: tx = .C38,47= 10.05,0.325,0.8 )10.32,0(.60 +47,44 0 3 232 - - Vậy ta so sánh nhiệt độ tiếp xúc tx cp = 180 0 C là phù hợp. 7. Dòng điện hàn dính tiếp điểm: Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực điện động lớn R tx tăng lên. Tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng lên. Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn dính. + Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính. + Trị số của dòng điện bị hàn dính. I th : Là dòng điện tới hạn hàn dính. Tại đó tiếp điểm không bị hàn dính nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm ra. Tính dòng hàn dính theo hai ph-ơng pháp: Theo lý thuyết. Theo thực nghiệm. a.Tính theo lý thuyết: Theo công thức (2 33) quyển 1: I hd = A. f nc . F tđ (A). Trong đó: f nc : hệ số đặc tr-ng cho sự tăng diện tích tiếp xúc. Theo trang 66 quyển 1 ta có: f nc = (2 4) Chọn f nc = 3 F tđ = 0,6 (kg) : lực ép tiếp điểm. A: hằng số vật liệu làm tiếp điểm. Theo công thức (2 34)/66 quyển 1 ta có: A = ). 3 2 +1.(.H. ) 3 1 +1( 32 nc0B ncnc Trong đó: = 3,5. 10 -3 (1/ o C): hệ số nhiệt điện trở. H B = 75 (kg /mm 2 ): độ cứng Briven. = 0,325 (W/mm o C): hệ số truyền nhiệt. nc = 3403 ( o C): nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm. 0 : điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 0 0 C. mà ta có: 0 = ).mm(10.037,0= 20.10.5,3+1 10.4 = 20.+1 3 55 20 - - - Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm: 1503= )3403.10.5,3. 3 2 +1(.0037,0.75.14,3 )3403.10.5,3. 3 1 +1(.3403.325,0.32 =A 3 3 - - Vậy ta có dòng điện hàn dính: I hd = 1503. 6,0.3 = 2016 (A). Nh- thiết kế ban đầu: I ng.m =I đm = 10. 60 = 600 (A). Vậy I ngm << I hd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính. b. Tính theo thực nghiệm: Theo công thức (2 36) quyển 1: I hd = k hd . đt F Trong đó: k hd : hệ số hàn dính của tiếp điểm. Xác định theo bảng (2 19)-quyển 1. Chọn k hd = 1000 (A /kg). F tđ = 0,6 (kg): lực ép tiếp điểm. Vậy ta có dòng hàn dính: I hd = 1000. 6,0 = 775 (A). Nh- thiết kế ban đầu ta có: I ngm = 10. I đm = 10. 60 = 600 (A) Vậy I ngm < I hd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính. . ).mm(10.037,0= 20.10 .5, 3+1 10.4 = 20.+1 3 5 5 20 - - - Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm: 150 3= )3403.10 .5, 3. 3 2 +1(.0037,0. 75. 14,3 )3403.10 .5, 3. 3 1 +1(.3403.3 25, 0.32 =A 3 3 - - Vậy. = 153 ,86 (mm 2 ). Nên điện trở tiếp điểm : R tđ = 86, 153 2 .10. 05, 0.2 3- = 1,3. 10 -6 () Vậy nhiệt độ tiếp điểm : .C47,44= 10.6.86, 153 .96,43.3 25, 0.2 10.3,1.60 + 10.6.96,43.86, 153 10. 05, 0.60 +40= 0 6 62 6 32 đt - - - - 6 liệu làm tiếp điểm ở 20 0 C. = 3 ,5. 10 -3 (1/ 0 C): hệ số nhiệt điện trở. Nên ta có: = 4.10 -5 . [ 1+ 3 ,5. 10 -3 . ( 95- 20)] = 0, 05. 10 -3 (mm). H B = 75 (kg/mm 2 ). F tđ = 6 (N). Vậy ta