Chng 7: Mạch vòng dẫn điện phụ Mạch vòng dẫn điện phụ gồm thanh dẫn, đầu nối và tiếp điểm. Quá trình tính toán mạch vòng dẫn điện phụ cũng giống nh- mạch vòng dẫn điện chính. I. thanh dẫn: I.1 Thanh dẫn động: 1.Chọn vật liệu thanh dẫn: Ta chọn vật liệu giống nh- thanh dẫn mạch vòng dẫn điện chính. Vậy ta chọn là đồng. Kí hiệu: MI - TB - tiết diện hình chữ nhật có 2 cạnh a và b, các thông số kĩ thuật đã nêu ở phần mạch vòng dẫn điện chính. Có hình dạng nh- hình vẽ: 2. Tính toán thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn: Xác định kích th-ớc của thanh dẫn theo công thức (2-6)- quyển 1ta có: 3 đôT f 2 .k).1+n(n.2 k I =b Trong đó: Chọn 6= b a =n : tỷ số giữa hai cạnh. I = I đmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch vòng phụ. k f = 1,04: hệ số tổn hao phụ. k T = 6. 10 -6 (W/mm 2 C): hệ số tỏa nhiệt ra không khí. ôđ = [ cp ] - mt = 95 - 40 = 55 (0C). : điện trở suất của vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép. Mà ta có: = 20 . [1 + ( - 20)] = 0,01741 . [1 + 0,0043 . (95 - 20)] = 0,023 . 10 - 3 (mm). trong đó = 0,0043 (1/ 0 C): hệ số nhiệt điện trở. Vậy ta có: ).mm(28,0= 55.10.6).1+6(.6.2 04,1.10.0023,0.5 3=b 6 32 - - Mà a = 6. b = 6. 0,28 = 1,68 (mm) Vậy kích th-ớc tối thiểu của thanh dẫn động là: a = 1,68 (mm). b = 0,26 (mm). Với thanh dẫn ngoài việc dẫn điện tốt thì nhiệt độ phát nóng của nó không v-ợt quá trị số cho phép và thanh dẫn còn phải đủ lớn để gắn tiếp điểm lên trên. Vậy kích th-ớc của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đ-ờng kính của tiếp điểm. Theo bảng (2 - 15)- quyển 1 với dòng điện định mức I đm = 5(A) ta có: d = 2 4 (mm): đ-ờng kính tiếp điểm. h = 0,3 1(mm): chiều cao tiếp điểm. Ta chọn đ-ờng kính của tiếp điểm động: d = 4 (mm). Vậy ta chọn kích th-ớc của thanh dẫn động: a = 5 (mm) b = 0,5 (mm) 3. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn: 3.1.Tính kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn: a.Tính mật độ dòng điện dài hạn: Theo công thức: ).mm/A( S I =J 2 Trong đó: I = I đmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ. S = S td = a. b = 5. 0,5 = 2,5 (mm 2 ): tiết diện thanh dẫn. Vậy mật độ dòng điện dài hạn: )mm/A(2= 5,2 5 =J 2 So sánh mật độ dòng điện cho phép là: [J cp ] 4 (A/ mm 2 )là phù hợp. b. Tính nhiệt độ phát nóng thanh dẫn ở chế độ dài hạn: Theo công thức: (2 - 4)- quyển 1 ta có: S.P = )(.k k) +1( I mt.t ftdo 2 .mđ - td td = - .k Ik.P.S .k.P.S+k I fo 2 mđT mtTfo 2 mđ ( o C). Trong đó: td - Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn. I đm = 5 (A): dòng điện định mức. k f = 1,04: hệ số tổn hao phụ. S = 2,5 (mm 2 ): Tiết diện thanh dẫn. P = 2. (a + b) = 2. ( 2,5+ 0,5 )= 11 (mm): Chu vi thanh dẫn. mt = 40 ( o C): Nhiệt độ môi tr-ờng. 0 - Điện trở suất vật liệu ở 0 0 C. Ta có : 20 = 0 . (1 + 20 ) Mà 0 = 20.+1 20 = 20.0043,0+1 10.01741,0 3- = 0,016.10 -3 (mm). Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn : td = 0043,0.04,1.10.016,0.510.6.11.5,2 40.10.6.11.5,2+04,1.10.016,0.5 326 632 - = 43, 27 ( o C). td = 43,27 ( o C) Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : tđ < [ cp ] = 95 o C là thích hợp. 3.2. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn hạn: Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các khoảng thời gian khác nhau. Theo công thức (6 21) quyển 1 ta có: J nm 2 . t nm = A nm A đ J nm = A nm - A đ t nm (A/mm 2 ). Trong đó: J nm = J bn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt. t nm = t bn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt. A bn , A đ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ đầu. Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 ( o C). Tra đồ thị (6 6) quyển 1 ta đ-ợc: bn = 300 ( o C) A nm = 4.10 4 (A 2 S/mm 4 ). đ = 95 ( o C) = 1,7.10 -4 (A 2 S/mm 4 ). Ta có: A nm A đ = 4.10 4 1,7.10 4 = 2,3.10 4 (AS/mm 4 ). Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có: t nm = 3 (s) J nm = 87,56 (A/mm 2 ) t nm = 4 (s) J nm = 75,83 (A/mm 2 ) t nm = 10 (s) J nm = 47,96 (A/mm 2 ) So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở bảng (6 7) quyển 1 ta có bảng sau: T nm (S) 3 4 10 [J nm ] (A/mm 2 ) 94 82 51 J nmtt (A/mm 2 ) 87,56 75,83 47,96 So sánh J nm < [J nm ] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm việc tốt và tin cậy. Kết luận: Vậy kích th-ớc thanh dẫn động đã tính và chọn a =5(mm) b = 0,5(mm) thì mật độ dòng điện trong chế độ dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật. I.2 tính toán thanh dẫn tĩnh: Vì thanh dẫn tĩnh còn cần phải có độ bền cơ để gia công lỗ vít sắt đầu nối và còn chịu va đập khi đóng ngắt mạch điện. Nên ta chọn kích th-ớc thanh dẫn lớn hơn một chút so với thanh dẫn động. Vì vậy ta chọn kích th-ớc thanh dẫn tĩnh nh- sau: a 5(mm) b 1(mm) +. Tính toán mật độ dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn: )mm/A(1= 5 5 = S I =J 2 Trong đó: I = I đmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ. S = a. b = 5. 1 = 5 (mm 2 ): tiết diện thanh dẫn. So sánh với mật độ dòng cho phép: [J cp ] 4 (A/mm 2 ) là phù hợp. . 20.0043,0+1 10.0 174 1,0 3- = 0,016.10 -3 (mm). Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn : td = 0043,0.04,1.10.016,0.510.6.11.5,2 40.10.6.11.5,2+04,1.10.016,0.5 326 632 - = 43, 27 ( o C). td = 43, 27 ( o C) Vậy. (A 2 S/mm 4 ). đ = 95 ( o C) = 1 ,7. 10 -4 (A 2 S/mm 4 ). Ta có: A nm A đ = 4.10 4 1 ,7. 10 4 = 2,3.10 4 (AS/mm 4 ). Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có: t nm = 3 (s) J nm = 87, 56 (A/mm 2 ) t nm . (A/mm 2 ) t nm = 4 (s) J nm = 75 ,83 (A/mm 2 ) t nm = 10 (s) J nm = 47, 96 (A/mm 2 ) So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở bảng (6 7) quyển 1 ta có bảng sau: T nm