Luận văn thiết kế công tắc tơ luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Luận văn Thiết kế công tắc tơKhi muốn khởi động băng tải thì ấn nút Đ, cuộn dây CD của công tắc có điện, các tiếp điểm chính K1, K2, K3 của công tắc tơ đóng lại, động cơ điện được cấp điện và sẽ quay. Đồng thời tiếp điểm phụ K0 của công tắc tơ đóng lại để duy trì điện cho cuộn dây khi thả nút ấn Đ ra, vừa có tác dụng bảo vệ điểm không tức ngăn ngừa tình trạng động cơ tự khởi động khi điện áp lưới phục hồi sau khi mất điẹn hoặc điện áp sụt quá thấp. Khi muốn dừng băng tải ấn nút N, cuộn dây của công tắc tơ mất điện, các tiếp điểm, các tiếp điểm K1, K2, K3 mở ra cắt điện vào cuộn dây, động cơ dừng lại, băng tải cũng dừng lại.

Trang 2

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp Mục lục IU8010 8.0 4 Chương I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ . 25+ 5 I0 ốc nan cố 5

1.Tác dụng và cấu tạo của công tẮC tƠ - -¿- ¿25+ 52+ x+x+t+tExerererererrsrvee 5

2.Nguyên lý hoạt động - << E111 ng ng tư rưy 5 II Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ, - ¿5 55+ +52 *++*+s£+e£+ss+sssses 6 1.Hệ thống mạch vòng dẫn điện - 5 + +2 E£sE£eE+exeeerexessrs 6 PÄ;i oi g8 0(0rì 1 6

3.Nam châm điỆn - - + %1 1391 991891911 91 1 9 ng g 6

4.Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 7

5.Hình dáng của công tắC t0 ¿+ ++*t tt + EEEkrrrererererekrrerrree 7

Chương II Tính toán mạch vòng dẫn điện - 8 I0 ốc nan cố 8 II Mạch vòng dẫn điện chính . +2 2252 S2 + S+x£e£exeeeeeexeseexree 8 1.Thanh dẫn - - + * x1 1 TT TH TH TH Hư 8 "1n On 12 ky 081 .Ố.Ồ Ả 13 THT Mạch vòng dẫn điện phụ, - ©5555 S2 S2 S2 SS£s£eEex£xexee re 19 1.Thanh dẫn - - + + << 1xx 1v HT nọ TH TH TH ng 20 2.Tiếp điểm ccececcsssssssessssssssssssssssesssssvesssssssssssessessessesessssesssststnsessessssesssesees 20

Chương III Tính và dựng đặc tính cơ - «5 «<< <<<+ 22

Trang 3

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp II) 26 Vy 0i) 0v 1u 0 27 3 Đặc tÍnh CƠ - - << S1 ngư 28 Chương IV Tính toán và kiểm nghiệm nam châm dién 20 Anh 29 H Tính toán thiết kế nam châm điện . 2-5 555 se £+s£+ss+s>ss 29 1.Xác định Ky cscccccccssssscsssssccssssssecsssssssessssssescesesessssssseeeeseesssessenseseeeeeeee 29 P9: 01801000 29 3.Chọn từ cảm, hệ số từ rò , hệ số từ cảm - 5 5 «+ +++*++£+*t++eezex+ 30

4.Tính tiết diện lõi mạch từ -c::¿+222EEEEEEE2+22++++++22222222252232 222 30 5 Xác định kích thước cuộn dâyy << + + + * + E+x£#x£#xveveexeeeee 31 6.Kich thu6c mach tit 10 33

II Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện . - - 2s 2 s52 5+ 34 I0) i69 0n 34 2.Tính từ dẫn khe hở không khí . 2+ «+ ++s+*£++£+x+x+exexzezexexe 36 ky 0á 1 39 4 Tinh s6 vOng 0 40 5 Tinh dung kinh day ccccccssssssssssssessssssescssssssessssseseesessssssssssesseeeseeeeeee 40 6.Tính toán vòng ngắn mạch ¿+ +++++k+k+t+E££eEeEerererevevevrererr 40 7.tính toán vòng ngắn mạch - - + + + S*££+E£E+E+E+t+teeeererereresrersre 43 §.Tính toán kiểm nghiệm cuộn dây - +22 + + 5++++++x+>+£ezz+zxzxez+ 44 9.Tính và dựng đặc tính lực điện từ -:ccccc222222EttrrrevvvvEEEErrrrrree 46 Chương V Tính và kiểm nghiệm buông dập hồ quang 46 I VAtUIOU cccccssssssssssssssssssssssssssstssssssssssssssssesssessssssssseseseeeeeseceeeeeeseesseeeessen 50 1 Vật liệu làm vỏ buồng đập hồ quang «+ >s£+x+e£sx+x+zeezee 50 2 Vật liệu làm các tấm dập .- - 5 + + + *+x£*EeEeeEekekeekerkeeeree 50

II Tính toán và kiểm nghiệm 2-2 2 + SE +E£E+EzEeEeEexzxzxrerersrs 50 Chương VI Hoàn thiện kết cấu - 2 2 5s£s+£z+x+ezxerxe 54

I Mạch vòng dẫn điện . - 5G 225 S33 SE Seveevrxserrxeerreree 54

Trang 4

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp

1.Mach vòng dẫn điện chính - - + + ++x+*E+E+kEexeeeexexeerexesrexee 54 PÄ 1000:1380 00ï1i00 0 55

II Lò xo tiếp điểm, lò xo nhả - + 5 252525 +E+xzEeEeEecxcxrerreersre 55

1 Lồ xo tiếp điểm chính . + ¿+ 5+ +++++x+t+E+EeEeEtzvexexerererrrervrsrre 55

2 Lồ xo tiếp điểm phụ . - ¿+ 22 5+ 5S St+E£E£EvEvEEEEEkekekerrrkserrrersrkrsrre 55 3 Lồ XO nhẢ - «nh TT TH TH TH TH nt 55 i08 )0u 10.8 0 56 I1 — 56 2 Kích thước cuộn dây - - << xxx v E1 vn nt 56 3.vòng ngắn mạch - -¿- ¿+ +5 ++t+t+t+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEkrkrkrkrsrke 56 C1; 0g) 000 00 56 IV Vỏ và các chỉ tiết khác . - + 5 xxx ng rec 57

Trang 5

Lời nói đầu

Đất nước đang càng ngày càng phát triển, q trình cơng nghiệp hố, hiện đại hoá đang diễn ra mạnh mẽ Để thực hiện được thì phải có nguồn năng lương, mà điện năng chiếm một vai trò rất quan trọng Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tượng Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng quá điện áp, quá dòng

điện, hiện tượng ngắn mạch Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì

khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng 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

được sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hoá cao, trong đó công tắc tơ cũng khơng nằm ngồi 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

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện, thuộc bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện Đặc biệt là sự hướng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy Đặng Chí Dũng, em đã hoàn thành được đồ án môn học với

dé tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiêu 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 được 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

Trang 6

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp

Chương I

Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ

I Khai niém chung

1 Tác dụng và cấu tạo của công tac to

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường 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 thường 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

2 Nguyên lý hoạt động

Khi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ được 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 được 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 được 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 được đóng vào đối với tiếp điểm phụ

thường mở và mở ra đối với tiếp điểm thường 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 tính 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 được dập tắt

Trang 7

II Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ

1 Hệ thống mạch vòng dẫn điện

e Thanh dẫn: do thanh dẫn phải dẫn dòng điện

làm việc và có khi phải chụi dòng điện ngắn AOE

mach lớn khi xảy ra sự cố đòng thời phai dam bl] bảo cho tiếp điểm tiếp xúc tốt nên ta chọn thanh

dẫn bằng đồng có tiết diện ngang hình chư nhật

e Đầu nối : chọn đầu nối bằng bu lông có thể tháo rời được

e 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

e Tiếp điểm phụ: cũng dùng kiểu tiếp điểm bắc cầu 1 pha 2 chỗ ngắt

2 Hệ thống dập hồ quang

Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thường là :

- Kéo đài hồ quang điện bằng cơ khí - Dùng cuộn dây thổi từ

- Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp - 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

3 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

- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, một pha có một chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang khó khăn, phải dùng dây nối mềm

e 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 liên với chuyền động của nắp nam châm điện,việc bố trí buồng dập hồ quang dễ dàng, Không dùng dây nối mềm

Trang 8

- Nhược điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút thẳng không tốt bằng

nam châm hút quay

Do có nhiều ưu điểm cho nên ta sẽ sử dụng nam châm điện xoay chiều hình chữ E kiểu hút chập 4 Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung e Lồ 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 e Lồ xo hoăn xung: dùng để giảm bớt va chạm giữa nắp và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá

5 Hình dáng của công tắc tơ

Sau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta được hình dáng công tắc tơ như sau 2 g 4 ~ 4“ — 1 “ a —— oe 6 Mo 7 10 "¬ 1 | L—Tˆ § 9 —~ VLA ohn

1 Tiép diém tinh 6 Thanh dan tinh

2 Tiép diém dong 7 LO xo nha

3 Lồ 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

Trang 9

Chương 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 thước hợp thành Đối với Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính như sau:

Dây dẫn mềm

Đầu nối: gồm vít và mối hàn

Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tnh, có chức năng đóng ngắt dòng điện Cuộn thổi từ II Mạch vòng dẫn điện chính 1 Thanh dẫn a Thanh dẫn động © 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 tương 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 (y) 8,9 g/cmỶ

Nhiệt độ nóng chảy (9,.) 1083°C

Trang 10

Theo phân 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 jb Theo công thức 2-6 (TLI) : b= 3 Tin Po ‘K, 2.n.(n+1).K.1,„ Trong đó : ® lu„= 18 A : dòng điện định mức ° n: hệ số hình đáng, n= ¡_ = 5 + 10, chọn n=7 e K,: hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bê mặt và hiệu ứng gần K;= Kựn.K, = 1,03 + 1,06 Chọn K;= 1,06 e K¿: hệ số tản nhiệt, K; = (6 + 12).10° (W/° C.mm”) > Chọn K„= 7,5.10° ® _pạ: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định Po = 0zo[1+o(9 - 20)]

Px : dién trở suất của vật liệu ở 20C

œ : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu

Trang 11

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp Vậy kích thước tối thiểu của thanh dẫn động là a = 3,78 mm và b = 0,54 mm Tuy nhiên hình dạng của thanh dẫn động còn phụ thuộc vào hình dạng của tiếp điểm

Chọn tiếp điểm theo bảng 2-15(TL1.T51)

với lụ„= 18 A ta chọn đường kính tiếp điểm d„= 8 mm và chiều cao tiếp

điểm là h„= 1,5 mm

Chọn lại kích thước của thanh dẫn động: a= 10 mm và b= 1,2 mm

Trang 12

se Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn e Thời gian tác động nhỏ

Từ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tăng

lên rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng Do đó cần phải kiểm tra khi có

ngắn mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện cho

phép không

Từ công thức 6-21 (TLI) :

Jam =

Trong đó:

li„ = l„ : dòng điện ngắn mạch hay dòng điện bên nhiệt tạ = tạ„ : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt

Aam = A„„ : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bên nhiệt A, : hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu Tra đồ thị hình 6-5 (TL1.T313) ta c6: Với 0,„ = 300°C có A,„ = 3,65.10! (A”s/mm') 0, = 95°C c6 A, = 1.6.10* (A*s/mm‘*) tam (S) | jam (A/mm) [ [j;a]„ (A/mm?) 87 94 4 75 82 10 474 51

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật

độ dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu được ngắn mạch

b Thanh dan tinh

Trang 13

Thanh dẫn nh được nối với tiếp điểm tĩnh và gắn với đầu nối Vì vậy thanh dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động

Ta có thể chọn kích thước thanh dẫn fĩnh như sau :

a,= 10 mm b, = 1,5 mm

Do thanh dẫn động thoả mãn ở chế độ dài han và ngắn hạn mà thanh dẫn tĩnh có tiết diện và chu vi lớn hơn thanh dẫn động cho nên thanh dẫn tĩnh cũng thoả mãn chế độ dài hạn và ngắn hạn

2 Đầu nối

Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ bị hỏng nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điện lớn và điện áp cao

Các yêu cầu đối với mối nối

se Nhiệt độ các mối nối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mức không được tăng quá trị số cho phép

e Khi tiếp xúc mối nối cần có đủ độ bên cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua

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

khí cụ điện vận hành liên tục

Kết cấu của mối nối gồm có : mối nối có thể tháo rời được, không thể tháo rời được, mối nối kiêm khớp bản lề có dây nối mềm hoặc không có dây nối mềm ở đây ta chon mối nối có thể tháo rời được và bằng bu lông

Trang 14

Đối với thanh dẫn và chỉ tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòng điện định mức Tam < 200A thì có thể lấy mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm? >S, = 18 =58,1(mm”) 0,31 Lực ép tiếp xúc : F¿=f,,.S„ Trong đó f,, 1a luc ép riêng trên các mối nối, f„ = 100 + 150 kG/cm? chọn f.=100kG/cm” = 100.10” kG/mm? =E,, = 100.10 ”.58,1 = 58,1 (kG) Theo công thức 2-25(TL1.T59) Điện trở tiếp xúc là: K [^3 R, =———— (0,102.F )” Trong đó m =l đồng-đồng tiếp xúc mặt K,.=(0.09+0.14).103 —=chọn K,„= 0,1.10 01.103 -s =————=L7.10°(O > +» ” 0102581 &) Điện áp tiếp xúc Un = Tom Re =18.1,7.10 = 0,31 (mV)

Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U,,]., =30 mV), nén bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu

3 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

e Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải

bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm

e Với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động, dòng ngắn mạch) tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bên điện động

Trang 15

e Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép , tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất , độ rung của tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép

c Vật liệu làm tiếp điểm

Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị ơxy hố, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 18 A

Ti bang 2-13 (TL1) ta chon vật liêu là bạc niken than chì, với các thông số kỹ thuật sau: Ký hiệu KMK.A32 Tỷ trọng (y) 8,7 g/cmỶ Nhiệt độ nóng chảy (9,„) 1300 °C Điện trở suất ở 20°C (py) 0,035.10 Omm Độ dẫn nhiệt (A) 3,25 W/cm °C Độ cứng Briven (Hạ) 45 + 65 kG/mm? Hệ số dẫn nhiệt điện trở (œ) 0,0035/ °C Nhiệt độ cho phép cấp A ([9,„]) 95°C Nhu da chon 6 phan tinh thanh dan dong ta c6 kich thước của tiếp điểm là d=8 mm; h=1,5 mm

d Luc ép tiép diém

Theo công thức kinh nghiệm

Fg = fia X lạm Tra bang 2-17 ta chon f,, = 15 (g/A)

F, = 15 x 18 = 270 (g) = 0,270 (kg) = 2,70 (N)

e Điện trở tiếp điểm

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm được tính theo công thức 2-25(TLI1.T159)

K tx

Re = (0102p, )" Trong đó :

F,, = 2,70 (N)

K,, : hé s6 ké dén su anh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp diém K,, =(0,2 +0,3)10° > chon K,, = 0,25.10°

Trang 16

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp m: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc vì là tiếp xúc mặt—>m = (0,7 +1) nên chọn m = 0,8 Thay vào ta có: 0,25.10° =———_ =7.10°(Q > (0102.2/7)" ©) f Điện áp tiếp xúc U/, = I„.R„ =18.7.10 = 0.0126 (V) = 12,6 (mV) Vậy điện áp nơi tiếp xúc U,, thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép [U,,] = 2 + 30 mV

g Nhiét độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc

Theo công thức 2-11(TL1.T52) nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm

a

0, =6 ¬A ~aanp

, Š.P.K, 2.|A.S.PK,

Trong đó:

6,4 : nhiệt độ của tiếp diém

po: điện trở suất của vật iéu 1am tiếp điểm ở 95°C

Po = po; =p›o|[l+ œ(0-20)] = 3,5.10°.(1+0,0035.(95-20)]

= 4,42.10° ( Qcm)

0,,, : nhiét do méi trudng, 0,,, =40°C

Trang 17

h Dòng điện hàn dính

Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I„„ (quá tải , khởi

động , ngắn mạch) , nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động dẫn đến khả năng hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động) Độ ổn định nhiệt và ổn

định điện động là các thông số quan trọng được biểu thị qua trị số dòng điện hàn

đính I,„, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm

Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2-33 (TL1.T66)

Tava = AVE \Fo (A) Trong đó: 3220, (1 +2 08, ) TH, Po (1+ $a.) Po: điện trở suất của vật liéu 6 20°C Ta C6 Py = Po(1+a.20) _ Po =° Po“ 11g20 3,5.10° =— th — -32710°(O0m = Po 1} 0.0035 20 (Om) ^.: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu x=3,25 W/cm.°C = 325 W/m.°C 6, : nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, 0,„ = 1300 °C Hạ, : độ cứng Britnel H,, = 50 kG/mm?= 50.10° (kg/m) 32.3,25.1300.(1 + 1.0,0035.1300) =A= 3 5 =1135,74(A/Kg!”) Z.50.10%.3,27.10ˆ%.(1+ 3 :00035.1300)

f,„ : hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa trình phat nong, chon f,, = 3

Trang 18

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp F¿ = 0,275 (kG) => hy = 1135,74.V3 0,275 = 1031,59(A) Tính theo công thức thực nghiệm 2-36 (TLI) Tha = Kyo VF Trong đó: K¡a: hệ số hàn dính , chọn K,„ = 2000 A/kG!⁄ Fg = 0,275 (kG) =>, = 2000 /0,275 =1048,8(A) Ta thay Tosa ur < Inaba tw ‘Chon Taya = Inaba tw = 1048,8A Im = 10.lạ„= 10.18 = 180A

Vì Ij„< luu¿ cho nên tiếp điểm không bị hàn dính

¡ Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm nh gây ra hiện tượng rung tiếp điểm Tiếp

điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại và tiếp tục va đập, quá trình này xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp xúc

ổn định, sự rung kết thúc Qúa trình rung được đánh giá bằng độ lớn của biên độ

rung X„ và thời gian rung t,,

Trang 19

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Do công tắc tơ có ba tiếp điểm nên độ rung của 1 tiếp điểm là x.=Ă" -_004 = 0,015 (mm) 3 Theo công thức 2-40 (TL1.T72) thời gian rung của tiếp điểm là c—2m,v„VJ1=K, m F tdd t= 2.0,175.0,1./1—0,9 =5,6.10(s)= 5,6 (ms m 1975 (s) (ms) Do công tắc tơ có ba tiếp điểm chính cho nên thời gian rung của một tiếp điểm là t„ 5,6 3 tna == = 1,9 (ms)

j Độ mòn của tiếp điểm

Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch

điện Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hoá học, về cơ

và về điện trong đó chủ yếu là do quá trình mòn điện

Trang 20

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp Thể tích mòn một sau một lần đóng cắt là y Gx _ 0165 y =0,02(cm’) lian » Thể tích ban đầu của tiếp điểm là _ md’ 11.87 Vụ = 4 A = 4 1,5 =75,4(mm’ ) Lượng mòn của tiếp điểm sẽ là : V„%= „1009 = -2 100% =26,5% td ,

Độ mòn cho phép của tiếp điểm là V„„ % =70% Cho nên độ mòn của tiếp

điểm mà ta thiết kế là thoả mãn

k Độ lún, độ mở của tiếp điểm

Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tinh 6 trạng thái 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 hưởng tới kích thước của công tắc tơ

Do lin | cua tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động

nếu không có tiếp điểm tính cản lại

Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc

Trang 21

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp 1 Thanh dẫn a Thanh dẫn động e Vat liệu và kết cấu: giống với thanh dẫn động trong mạch vòng dẫn điện chính e tính toán thanh dẫn E„.pạ.K, 2.n.(n+1).K;.1¿¿ => Trong đó Igm= 10 (A) n=7 K=1,06 K,=7,5.10° (W/C.mm2) Tg=55°C pe=0,015.10 (2mm) = b=0,2 (mm) => a=7.0,2= 1,4 (mm)

Chọn tiếp điểm kiểu cầu với I;„=10(A)=>chon đường kính của tiếp điểm

là d= 5(mm) và chiều cao của tiếp điểm là h =1,2 (mm) Vậy thì chọn a = 6 (mm) ; b = 0,8 (mm) e Mật độ dòng điện : 1, 10 — 2 J~S “sọ T 2084J mm ) => Vay j < [J] =2 + 4 A/mm”> thoả mãn về kết cấu b Thanh dẫn fĩnh Tương tự như ở mạch vòng dẫn điện chính ta chọn các kích thước của thanh dẫn tinh 1a a, = 6 (mm) va b= 1 (mm) 2 Tiép diém

e Chọn loại tiếp điểm cầu với dạng tiếp xúc điểm e Chọn vật liệu tiếp điểm

I= 10A, tra bảng 2-13 (TLI1) có thể chọn Bạc kéo nguội ( CP 999 ) có các

thông số kỹ thuật :

Trang 22

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Tên Ký hiêu Giá tri Don vi Nhiệt độ nóng chảy đự 961 (°C) Ti trong Y 10,5 g/cm? Điện trở suất ở 20°C Px» 0,0116.10° Omm?/m Độ cứng Hạ 30 + 60 kG/cm? Độ dẫn nhiệt À 480 W/m °C

Hệ số dẫn nhiệt điện trở a 0,004 UCC)

e Xác định kích thước tiếp điểm 4

Đường kính tiếp điểm d„ = 5 (mm), chiều cao tiếp điểm hy, (Ih =1,2 (mm) Tính lực ép tiếp điểm theo công thức thực nghiệm 2-17 (TLI), ta có : Ea=flu, Trong đó f„=11 (g/A) > F,4=10.11= 110 (g)=0,11 (kg) = 1,1 (N) Tính điện trở tiếp xúc theo công thức: K ies Ru= @102.F,)" Với K,= 0,25.10 m=0,5 => R,=7,5.104 (@) Tính điện áp tiếp xúc theo công thức U, =1,„.R„= 10.0,75.103= 7,5.103 (V) = 7,5 (mV) Độ lún của tiếp điểm được tính theo công thức I'=A+B.1,„=1,5+0,02.10=1,7 (mm) Độ mở

Vì tổng độ mở và độ lún của tiếp điểm phụ phải bằng tổng độ mở và độ lún của tiếp điểm chính nên :

m'=m +l—T =5 +2 - I,7 = 5,3 (mm)

trong đó m, L là độ mở và độ lún của tiếp điểm chính

Trang 23

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp Chương III Tính và dựng đặc tính cơ 1 Tính toán lò xo 1 Vật liệu làm lò xo

Theo chương I chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đã chọn lồ xo nhả và lò xo ép

tiếp diểm là kiểu lò xo xoăn hình trụ Bây giờ ta sẽ chọn cụ thể loại lò xo là lò xo

thép cacbon FOCT 9389 - 60 có các thông số như sau Độ bền giới hạn khi kéo, Ø, 2650 N/mm?

Giới hạn đàn hồi, Øạ 800 N/mm?

Trang 24

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Gai f Ixc * Ixe = 8D,,.-AF, Trong đó

AE: Lực lò xo phải sinh ra trong đoạn f

AFe= Eac - Faa=2.(2.75 — 0,7.2,75) = 1,65 (N) f: Độ lún của lò xo f„„=1= 2 (mm) G: Mô đun chống trượt 80.10°.0,44*.2 = w, = S010 0A4 2 — 1041 (và be” —83 523165 (vòng) = chon W,,.= 11 (vong) lxc e Bước lò xo ty= d,„= 0,44 (mm) 2 tạ= dị + lxc W fF =0.44+ 1 = 0,62( mm) e Chiều dài kết cấu lL= đu L=W e ứng suất xoắn thực tế của lò xo _8FC _ 8.5,5.8 6,=—, = > = 578,74 (N/mm’) 1d” 70,44 Wixe t, + 1,5.d, Ixc**n lxc = 0,44.11= 4,84 (mm) = 11.0,62 + 1,5.0,44 = 7,48 (mm)

Vậy ơ, < [ø,] =580 N/mm” do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không

Trang 25

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp 8.2.2.8 > dy =, 7580 = 0,3(mm) Vay chon duéng kinh day 16 xo 1a d,,, =0,3(mm) se Đường kính lò xo Diy = C diy = 8.0,3 = 2,4 (mm) e Số vòng làm việc G.di„.f 8Dj AR,, Ixp “ Trong đó AE: Lực lò xo phải sinh ra trong doan f,, AF y= Fagg ~ Frga=2-(1,1 — 0,5.1,1) = 1,1 (N) f xp: DO lún của lò xo bằng độ lún của tiếp điểm phụ fp =P = 1,7 (mm) 80.10°.0,3°.1,7 WiyE — C2 nan 8.2,4°.1,1 = chon W,,,= 10 (vong) = 9,1 (vong) e Bước lò xo t= dị„= 0,3 (mm) ƒ ca L7 t, =diyt MS 03+ 10 bp = 0,47( mm) e Chiều dài kết cấu 1, = dip Wixp = 0,3.10= 3 (mm) 1, = Wrepety + 1,5.dyy = 10.0,47 + 1,5.0,3 = 5,15 (mm) e ứng suất xoắn thực tế của lò xo _§FC _ 8.118 Od? 72.03" = 249 (N/mm’)

Vay o, < [o,] =580 N/mm’ do dé 1d xo chon thoa man yêu cầu không

Trang 27

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp f=l+m= 2+5 = 7 (mm) 80.10°.0,5°.7 => Wian= ———— Ixnh 8.5°.1,85 = 18,9 (vòng) (vong) ~19(vòn, (vong) e Bước lò xo t= dixnn= 0,5 (mm) /Ƒ 7 tạ = địa + WP tig = 087 (am) lành e Chiều dài kết cấu 1, = dane Wigan = 0.5.19 =9,5 (mm) 1, = Wyant, + 1,5-dyy, = 19.0,87+ 1,5.0,5 = 17,28 (mm) e ứng suất xoắn thực tế của lò xo _ 8C _ 8.5,55.10 O,=— Hđ2„ T045 = > = 565,3 N/mm?

Vậy ơ, < [ø,] =580 N/mn? do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vượt

Trang 28

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp e Khi nắp hút 6 = 6,,=0,05 (mm) Fat Fram Fiam Ga + Fane + Frac

2 Tinh toan cac luc a Luc ép tiép diém chinh

Do công tắc tơ có ba pha, mỗi pha có hai chỗ ngắt nên e Lực ép tiếp điểm cuối

Fg = 2.3-Fy = 6.2,75 = 16,5 (N)

e Lực ép tiếp điểm đầu

Fogq = 0,7-Fig, = 0,7.16,5= 11,55 (N)

b Lực ép tiếp điểm phụ thường đóng

Do l tiếp điểm phụ có 2 chỗ ngắt và công tắc tơ có 2 tiếp điểm phụ nên e Lực ép tiếp điểm cuối

Fuge = 2.2.F

e Lực ép tiếp điểm đầu

Faaa = 955-Fracia = 0,5.4,4 = 2,2 (N)

c Lực ép tiếp điểm phụ thường mở

e Lực ép tiếp điểm đầu Eaam = Fasø = 2.2 (N) e Lực ép tiếp điểm cuối : From = Frtca= 4,4 (N) =4.1,1=4,4 (N) tdp d Lực 2 lò xo nha e Lực lò xo nhả đầu

Ema = Ka(Gạ + Fa¿¿) =1,2-1,75 +4,4) = 7,4 (N)

e Luc 16 xo nha cuối

E„=15.E„¿= 11,1)

Trang 30

Chương IV

Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện

I Khái niệm

Nam châm điện được sử dụng ngày càng rất rộng rãi mà không một lĩnh vực ngành kỹ thuật nào không sử dụng nó Nhiệm vụ chủ yếu của nam châm điện là

bộ phận sinh lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến hay chuyển quay hoặc

sinh lực hãm

Trong mỗi lĩnh vực khác nhau thì có những loại nam châm khác nhau về hình dáng, kết cấu, ứng dụng Các qúa trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính Vì vậy việc tính toán nam châm điện thường được dựa theo các công thức gần đúng, đơn giản sau đó mới kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, dẫn tới bài toán tối

ưu

Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực để thực hiện tịnh tiến đối với cơ cấu chấp hành là hệ thống các tiếp điểm

Trang 31

Do là nam châm điện xoay chiều nên ta chọn vật liệu thép silic đó là thép lá

kỹ thuật hợp kim tăng cường theo bang 5-3 (TL1-T191)

Mã hiệu 331

Lực từ phản kháng HC 0,32 +0,4A/cm

Tit cam du By, 08+1/2T Ti cam bao hoa Bs 2T Độ từ thẩm /¿ 250 H/m Độ từ thẩm cực đại /1„„„ 6000 + 7000 H/m Điện trở suất p 50.10% Qcm Khối lượng riêng y 7,65 g/cm” Thành phần cacbon 0,025% Tổn hao từ trễ khi bão hoà 0,15mJ/cm` Từ cảm lõi thép 0,6T Chiều dày lá thép 0,5 mm 3 Chọn từ cảm, hệ số từ rò , hệ số từ cảm Ta có B¿„ nằm trong khoảng 0,4 + 07T) = chọn Bạạ, = 0,5 (T) Hệ số từ rò 0, = 1,3+ 2 —>chọn Ø,= 1,5 Hệ số từ tản Ø,= 1,2

4 Tính tiết diện lõi mạch từ

© Foe O trên là của ba khe hở không khí cho nên F ưu, th =2 =12,65N 2 2 Theo công thức 5-8 (TL1.T204) thì Tiết diện lõi của nam châm điện là 12,65 y„ =——aewtoi_ —_— “=2 5410 “Œm? “19/9.1087 19,9.102.0,5 “ => S¿¡ = 254 (mm”)

Trang 32

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Lấy b = 16 (mm) Theo công thức 5-11 (TLI1) thì Chiều rộng thực sự của lõi b _ 16 b =— =—— =16,84(mm) ~17(mm K.` 095 (mm) ~ 17(mm) e Trong đó K, hệ số ép chặt của lõi thép K,= 0,9 và 0,95, ta chọn K,= 0,95 e Số lá thép kĩ thuật điện N=® =1” ~34 (tấm) A 0,5 e Kích thước cực từ bên khi không có vòng ngắn mạch a’ 5 = a = 8,5(mm) e Kích thước cực từ bên khi có vòng ngắn mach a”=a” +2A =8,5 + 2.1,5 =11,5 (mm) Vậy ta có cực từ bên a’ =11,5 (mm) b =16 (mm)

5 Xác định kích thước cuộn dây

Trang 33

Thiết kế công tắc tơ Đồ án khí cụ điện hạ áp Theo cong thttc 5-20(TL1.T210) B,,-S,-5, Ho dW), = Trong đó ơ, : hệ số từ rò , ø,= 1,5

>ð, : khe hở không khí ở trạng thái hút

XS, = 260, + Soa + Spe =O,2 + 0,5 mm Chon X6, = 0,2 ,5.1,5.0,2.10° => (IW),= 0150/10 =120 (Avòng) 4.1.10 => (IW) = 1632 + 120 = 1752 (A.vòng) e Theo công thức 5-21(TL1.T219), ta có hệ số bội số dòng điện Kị= W)„ _ 1752 =146 (iw), 120 = thoả mãn yêu cầu K; = 4 + 15

e Theo công thức 5-24 (TLI), diện tích cuộn dây ——— Ay Aa hạ| ——|ƒƑX FI[Ƒ — l bea .- cả + K sain Kg Kig-Ky J Trong d6 Ky„„„ : Hệ số tính đến điện áp nguồn tăng mà NCĐ vẫn làm việc Chon Kuna = 1,1 Komin : Hệ số tính đến điện áp nguồn giảm mà NCĐ vẫn làm việc Chon K, nin = 0,85

K„: Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ làm viéc dai han K,, = 1

J: Mật độ dòng điện trong cuộn dây ở chế độ làm việc dai han ,

thudng j = 2 + 4 A/mm’ Chon j = 3 A/mm’

Trang 34

Thiết kế công tac to Đồ án khí cụ điện hạ áp K„: Hệ số lấp đây cuộn dây , K„ = 0.3 + 0,6 Chon K,, = 0,55 Sa= 11.1752 = 94,1(mm?) 0,85.1.0,55.3.14,6 h Từ diện tích cuộn dây, chọn hệ số hình dáng K,, = ¬ =2 cả => by = 4 Se =| = 6,85(mm) ~ 7(mm) => h¿¿= 2.b,,= 2.7 = 14 (mm) Vậy kích thước của cuộn dây là b.¿=7 mm h,g=14 mm 6 Kích thước mạch từ b a/2 e Bề rộng của sổ mạch từ c,,=b,,+A,+A,+A,+A,+A, Trong d6 chon

A¡ = 0,5 mm khe lắp ráp giũa cuộn dây và lõi A,= 1,5 mm bề dày khung

As = 0,5 mm bề dày cách điện cuộn dâytrong cuộn dây

A,= 0,5 mm chiêu dây lót cách điện ngoài cuộn dây

Trang 35

A; = 5,0 mm khoảng cách bề ngoài đến cực từ bên b,, = 7 mm chiều rộng cuộn dây

=> c,= 7+ 0,5 +1,5 +0,5 +0,5 +5 = 15 (mm)

Chiều cao của sổ mạch từ

h¿, = hạ+ 2A;+ Ag Trong đó

h¿¿ = 14 mm chiều cao cuộn dây

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	9,91 MB