Đề tài: Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha docx

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Luận văn Đề tài: Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha Ngäc V¨n Tó - 1 - TB§-§T1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Mục lục Lu n v n 1 t i: Thi t k Cụng t c t xoay chi u 3 pha 1 Mục lục 2 Lời nói đầu 5 Chơng I 6 Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 6 I. Khái niệm chung 6 i. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ 6 ii. Nguyên lý hoạt động 7 II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 7 1. Hệ thống mạch vòng dẫn điện 7 ii. Hệ thống dập hồ quang 7 iii. Nam châm điện 8 iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 8 v. Hình dáng của công tắc tơ 8 Chơng II 9 Tính toán mạch vòng dẫn điện 9 I. Khái niệm chung 9 III. Mạch vòng dẫn điện chính 10 1. Thanh dẫn 10 ii. Đầu nối 13 iii. Tiếp điểm 15 II. Mạch vòng dẫn điện phụ 21 1. Thanh dẫn 21 ii. Tiếp điểm 22 Chơng III 23 Ngọc Văn Tú - 2 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Tính và dựng đặc tính cơ 23 I. Tính toán lò xo 23 1. Vật liệu làm lò xo 23 ii. Lò xo ép tiếp điểm chính 24 iii. Lò xo tiếp điểm phụ 25 iv. Lò xo nhả 26 IV. Đặc tính cơ 28 1. Lập sơ đồ động 28 ii. Tính toán các lực 29 iii. Đặc tính cơ 30 31 Chơng IV 31 Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện 32 I. Khái niệm 32 II. Tính toán thiết kế nam châm điện 32 1. Xác định Kkc 32 ii. Chọn vật liệu dẫn từ 32 iii. Chọn từ cảm, hệ số từ rò , hệ số từ cảm 33 iv. Tính tiết diện lõi mạch từ 33 v. Xác định kích thớc cuộn dây 34 vi. Kích thớc mạch từ 36 V. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 37 1. Sơ đồ thay thế mạch từ 37 ii. Tính từ dẫn khe hở không khí 39 iii. Tính từ thông 43 iv. Tính số vòng dây 43 v. Tính đờng kính dây 44 vi. Tính toán vòng ngắn mạch 44 vii. Tính toán vòng ngắn mạch 47 Ngọc Văn Tú - 3 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp viii. Tính toán kiểm nghiệm cuộn dây 48 ix. Tính và dựng đặc tính lực điện từ 50 Chơng V 54 Tính và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang 54 I. Vật liệu 54 1. Vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang 54 ii. Vật liệu làm các tấm dập 54 VI. Tính toán và kiểm nghiệm 54 Chơng VI 58 Hoàn thiện kết cấu 58 I. Mạch vòng dẫn điện 58 1. Mach vòng dẫn điện chính 58 ii. Mạch vòng dẫn điện phụ 59 VII. Lò xo tiếp điểm, lò xo nhả 59 1. Lò xo tiếp điểm chính 59 2. Lò xo tiếp điểm phụ 59 3. Lò xo nhả 59 VIII. Nam châm điện 60 1. Mạch từ 60 2. Kích thớc cuộn dây 60 iii. Vòng ngắn mạch 60 iv. Buồng dập hồ quang 60 IX. Vỏ và các chi tiết khác 61 Chơng VII 61 Ví dụ minh họa ứng dụng công tắc tơ trên 61 I. Sơ đồ nguyên lý 61 X. Nguyên tắc hoạt động 62 1. Mạch chính điều khiển động cơ 62 Ngọc Văn Tú - 4 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp ii. Mạch kiểm tra 62 2.Khí cụ điện, NXB KHKT 2004 63 3.Khí cụ điện hạ áp 63 4.Phần tử tự động 63 Lời nói đầu Đất nớc đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đang diễn ra mạnh mẽ. Để thực hiện đợc thì phải có nguồn năng lơng, mà điện năng chiếm một vai trò rất quan trọng. Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tợng. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra nh hiện tợng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tợng ngắn mạch Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ngời, bảo vệ các thiết bị điện và tránh những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì khí cụ điện ngày càng đợc đòi hỏi nhiều hơn, chất lợng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các loại khí cụ điện hiện đại đợc sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hoá cao, trong đó công tắc tơ cũng không nằm ngoài mục đích đó. Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là đặc biệt quan trọng nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể sẽ xảy ra. Ngọc Văn Tú - 5 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện, thuộc bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện. Đặc biệt là sự hớng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy Đặng Chí Dũng, em đã hoàn thành đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có nhiều hạn chế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế đồ án em còn mắc những sai sót nhất định. Vì vậy em rất mong có đợc sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến thầy cô và các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - điện tử và thầy Đặng Chí Dũng. Chơng I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ I. Khái niệm chung i. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thờng xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén. Thông thờng ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện. Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau - Hệ thống mạch vòng dẫn điện. - Hệ thống dập hồ quang. - Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung. - Nam châm điện. - Vỏ và các chi tiết cách điện. Ngọc Văn Tú - 6 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp ii. Nguyên lý hoạt động Khi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ đợc sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ đợc hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắn vòng ngắn mạch để chống rung, làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ th- ờng mở và mở ra đối với tiếp điểm thờng đóng. Lò xo nhả bị nén lại. Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ giảm xuống về không, đồng thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không. Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm. Nhờ các tấm dập trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dập tắt. II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 1. Hệ thống mạch vòng dẫn điện Thanh dẫn: do thanh dẫn phải dẫn dòng điện làm việc và có khi phải chụi dòng điện ngắn mạch lớn khi xảy ra sự cố đòng thời phải đảm bảo cho tiếp điểm tiếp xúc tốt nên ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện ngang hình ch nhật. Đầu nối : chọn đầu nối bằng bu lông có thể tháo rời đợc. Tiếp điểm chính: do dòng điện làm việc định mức của công tắc tơ là 25 A nên ta chọn tiếp điểm hình trụ, kiểu bắc cầu, 1 pha 2 chỗ ngắt, tiếp xúc loại mặt phẳng-mặt phẳng. Tiếp điểm phụ: cũng dùng kiểu tiếp điểm bắc cầu 1 pha 2 chỗ ngắt. ii. Hệ thống dập hồ quang Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là : - Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí. - Dùng cuộn dây thổi từ. - Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp. Ngọc Văn Tú - 7 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp - Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập. Qua phân tích và tham khảo thực tế, đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập . iii. Nam châm điện Công tắc tơ có thể đóng ngắt bằng nam châm điện hút quay hoặc hút thẳng. Nam châm điện hút quay - Ưu điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút quay tốt hơn nam châm điện hút thẳng. - Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, một pha có một chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang khó khăn, phải dùng dây nối mềm. Nam châm điện hút thẳng - Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, Kết cấu tiếp điểm bắc cầu một pha có hai chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang đơn giản hơn, Hành trình chuyển động gắn liền với chuyền động của nắp nam châm điện,việc bố trí buồng dập hồ quang dễ dàng, Không dùng dây nối mềm. - Nhợc điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút thẳng không tốt bằng nam châm hút quay. Do có nhiều u điểm cho nên ta sẽ sử dụng nam châm điện xoay chiều hình chữ E kiểu hút chập. iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung Lò xo nhả, lò xo tiếp điểm: ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ do nó ít bị ăn mòn và bền hơn lò xo tấm phẳng. Lò xo hoăn xung: dùng để giảm bớt va chạm giữa nắp và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá. v. Hình dáng của công tắc tơ Sau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sau Ngọc Văn Tú - 8 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp 1. Tiếp điểm tĩnh. 6. Thanh dẫn tĩnh. 2. Tiếp điểm động. 7. Lò xo nhả. 3. Lò xo ép tiếp điểm. 8. Mạch từ nam châm điện. 4. Thanh dẫn động. 9. Cuộn dây nam châm điện. 5. Dàn dập hồ quang. 10. Vòng ngắn mạch. 11. Nắp mạch từ nam châm điện. Chơng II Tính toán mạch vòng dẫn điện I. Khái niệm chung Trong Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ quan trọng, nó có chức năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện. Mạch vòng dẫn điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thớc hợp thành. Đối với Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính nh sau: Thanh dẫn: gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Thanh dẫn có chức năng truyền tải dòng điện. Dây dẫn mềm. Đầu nối: gồm vít và mối hàn. Ngọc Văn Tú - 9 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức năng đóng ngắt dòng điện. Cuộn thổi từ. III. Mạch vòng dẫn điện chính 1. Thanh dẫn 1. Thanh dẫn động a. Chọn vật liệu Thanh dẫn động gắn với tiếp điểm động, vì vậy nó cần phải có lực ép đủ để tiếp xúc tốt, độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy tơng đối cao do đó ta có thể chọn Đồng kéo nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động. Các thông số của đồng kéo nguội: Ký hiệu ML-TB Tỷ trọng () 8,9 g/cm 3 Nhiệt độ nóng chảy ( nc ) 1083 0 C Điện trở suất ở 20 0 C ( 20 ) 0,0158.10 -3 mm Độ dẫn nhiệt () 3,9 W/cm 0 C Độ cứng Briven (H B ) 80 ữ 120 kG/cm 2 Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 1/ 0 C Nhiệt độ cho phép cấp A ([ cp ]) 95 0 C b. Tính toán thanh dẫn Theo phần chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ, ta đã chọn thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy b Theo công thức 2-6 (TL1) : Trong đó : Ngọc Văn Tú - 10 - TBĐ-ĐT1 3 .1).K2.n.(n .K.I b odT f 2 dm + = [...]... OC HBo : độ cứng Britnel HBo = 50 kG/mm2 = 50.106 (kg/m) A = 1 32 .3, 25. 130 0.(1 + 0,0 035 . 130 0) 3 = 1 135 ,74 (A/Kg1/2 ) 2 50.10 6 .3, 27.10 8.(1 + 0,0 035 . 130 0) 3 fnc : hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa trình phát nóng, chọn fnc = 3 Ftđ = 0,275 (kG) Ihd = 1 135 ,74 3 0,275 = 1 031 ,59(A ) Tính theo công thức thực nghiệm 2 -36 (TL1) Ihd = Khd Ftd Trong đó: Khd : hệ số hàn dính , chọn Khd... toán thiết kế nam châm điện 1 Xác định Kkc Theo đặc tính cơ ta chọn điểm A là điểm tới hạn tọa độ A(2,05.10 3 ; 23) Lực điện từ tính toán là Fđttt = K.Fth Trong đó K: là hệ số dự trữ K = 1,1 ữ 1 ,3 chọn K = 1,1 Fth : lực cơ tại điểm A Fđttt = 1,1 23 = 25 ,3 (N) Theo công thức 5-2 (TL1.T188) hệ số kết cấu là K kc = Fdttt th = 25 ,3 = 24 53, 6( N 1 / 2 / m) 3 2,05.10 Theo bảng 5-2 (TL1.T188) Kkccp = 630 đến... tiếp điểm phụ flxp = l = 1,7 (mm) 80.10 3. 0 ,3 4 1,7 Wlxp = = 9,1 (vòng) 8.2,4 3. 1,1 chọn Wlxp= 10 (vòng) Bớc lò xo tk = dlxp = 0 ,3 (mm) f 1,7 = 0 ,3 + = 0,47( mm) tn = d lxp + Wlxp 10 Chiều dài kết cấu lk = dlxp.Wlxp = 0 ,3. 10= 3 (mm) ln = Wlxp.tn + 1,5.dlxp = 10.0,47 + 1,5.0 ,3 = 5,15 (mm) ứng suất xoắn thực tế của lò xo 8FC 8.1,1.8 = 249 (N/mm2) x = 2 = 2 d 0 ,3 Vậy x < [x] =580 N/mm2 do đó lò xo... lý thuyết 2 -33 (TL1.T66) Ihdbđ = A fnc Ftd (A) Trong đó: Ngọc Văn Tú - 17 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp A= 1 32 nc (1 + nc ) 3 2 H B O (1 + nc ) 3 O O : điện trở suất của vật liệu ở 20OC Ta có 20 = O(1+.20) O = O 1 + .20 3, 5.10 -8 O = = 3, 27.10 8 (m) 1 + 0,0 035 20 : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu = 3, 25 W/cm.OC = 32 5 W/m.OC nc : nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, nc = 130 0 OC HBo... Khi nắp hút = cn= 0,05 (mm) ii Tính toán các lực a Lực ép tiếp điểm chính Do công tắc tơ có ba pha, mỗi pha có hai chỗ ngắt nên Lực ép tiếp điểm cuối Ftđc = 2 .3. Ftđ = 6.2,75 = 16,5 (N) Lực ép tiếp điểm đầu Ftđđ = 0,7.Ftđc = 0,7.16,5= 11,55 (N) 13 đóng Lực ép tiếp điểm phụ thờng Do 1 tiếp điểm phụ có 2 chỗ ngắt và công tắc tơ có 2 tiếp điểm phụ nên Lực ép tiếp điểm cuối Ftđctđ = 2.2.Ftđp = 4.1,1 =... 0,1975 (kg) =1,975 (N) 0,175.0,12 (1 0,9) Xm = = 4,4.10 5 (m) 2.1,975 Do công tắc tơ có ba tiếp điểm nên độ rung của 1 tiếp điểm là X 0,044 Xmtd = 3m = 3 = 0,015 (mm) Theo công thức 2-40 (TL1.T72) thời gian rung của tiếp điểm là tm = tm = 2.m d v do 1 K V F tdd 2.0,175.0,1 1 0,9 = 5,6.10 3 (s) = 5,6 (ms) 1,975 Do công tắc tơ có ba tiếp điểm chính cho nên thời gian rung của một tiếp điểm là Ngọc... 0.14).10 -3 chọn Ktx = 0,1.10 -3 0,1.10 3 R tx = = 1,7.10 5 () 0,102.58,1 Điện áp tiếp xúc Utx = Iđm.Rtx =18.1,7.10 5= 0 ,31 (mV) Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U tx]cp =30 mV), nên bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu iii Tiếp điểm a Nhiệm vụ của tiếp điểm Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt của các khí cụ điện đóng ngắt b Yêu cầu đối với tiếp điểm Khi Công tắc tơ làm việc... tiếp điểm phụ Tính toán cho 1 lò xo tơng tự nh tính với lò xo tiếp điểm chính Đờng kính dây lò xo Theo công thức 4 -31 (TL1) , đờng kính dây lò xo là : 8F.C dlxp = [ x ] Trong đó F=2.Ftđp = 2.1,1 =2,2 (N) C=8 dlxp = 8.2,2.8 = 0 ,3( mm) 580 Vậy chọn đờng kính dây lò xo là dlxp =0 ,3( mm) Đờng kính lò xo Dlxp = C dlxp = 8.0 ,3 = 2,4 (mm) Số vòng làm việc G.d 4 f lxp Wlxp = 3 8D lxp Flxp Trong đó F: Lực lò... về kết cấu Nhiệt độ thanh dẫn : Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có I 2 K f I 2 0 (1 + .od ).K f S.P = = K T (o mt ) K T (od mt ) I 2 0 K f + S.P.K T mt ô d = td = S.P.K T I 2 0 K f với 0 : điện trở suất của đồng kéo nguội ở 00C 20 0,0158.10 3 0 = = = 0,015.10 3 (.mm) 1 + 1 + 0,00 43. 20 mt : nhiệt độ môi trờng, mt = 400C Thay vào ta có : 18 2.0,015.10 3. 1,06 + 12.22,4.7,5.10 6.40 td = = 430 C... ngắt của công tắc tơ Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ mở lớn thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng.Tuy nhiên khoảng cách quá lớn sẽ ảnh hởng tới kích thớc của công tắc tơ Ta lấy độ mở của tiếp điểm là m=5mm b Độ lún Độ lún l của tiếp điểm là quãng đờng đi thêm đợc của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì . Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Luận văn Đề tài: Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha Ngäc V¨n Tó - 1 - TB§-§T1 Thit k cụng tc t. môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện. Đặc biệt là sự hớng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy Đặng Chí Dũng, em đã hoàn thành đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha. Mặc. O C H Bo : độ cứng Britnel . H Bo = 50 kG/mm 2 = 50.10 6 (kg/m) A = 741 135 130 00 035 0 3 2 1102 731 050 130 00 035 0 3 1 1 130 02 533 2 86 , )., (., )., (.,. = + + (A/Kg 1/2 ) f nc : hệ số đặc trng