Bài giảng kỹ thuật điện - Chương 5 docx

Page 1 1 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 2 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Các đònh nghóa _______________:chỗnốitiếpgiápgiữahaivậtdẫn điện, cho phép dòng điện chảy từ vật dẫn này sang vật dẫn khác ____________: các chi tiết thực hiện việc tiếp xúc điện _____________: bề mặt tiếp giáp giữa các tiếp điểm _________________: lực ép giữa các tiếp điểm với nhau nhờ đó các chỗ tiếp xúc bò biến dạng và tạo thành diện tích tiếp xúc thực tế giữa các tiếp điểm A-A A-A I Page 2 3 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Các đònh nghóa Dạng bề mặt tiếp xúc: - Tiếp xúc điểm: tiếp điểm cầu – cầu, cầu – mặt phẳng - Tiếp xúc đường: nửa trụ – nửa trụ, nửa trụ – mặt phẳng - Tiếp xúc mặt: mặt phẳng - mặt phẳng 4 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Các đònh nghóa tx bm tx R RR Σ =+ Điện trở tiếp xúc tổng gồm hai thành phần: R bm : điện trở bề mặt, thành phần này xuất hiện do ảnh hưởng của __________________________ tạo lớp oxid có điện trở lớn trên bề mặt tiếp xúc. Đối với các tiếp điểm mới hoặc các tiếp điểm có ______________________________ thì R bm =0 do đó: tx tx RR Σ = Page 3 5 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Các đònh nghóa tx bm tx RRR Σ =+ R tx : ______________________, thành phần này xuất hiện do tiết diện thực tế dòng điện chảy qua giữa hai tiếp điểm nhỏ hơn bề mặt tiếp xúc và do ____________ các đường sức dòng điện khi đi qua tiết diện nhỏ này 6 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Tính điện trở tiếp xúc điểm Xét trường hợp dòng điện chạy qua chỗ tiếp xúc của hai tiếp điểm hình trụ Giả thiết rằng các tiếp điểm chỉ có một chỗ tiếp xúc và chỗ tiếp xúc đó có hình dạng tròn với bán kính là a : /π= σ 2 td aF F tđ - lực tiếp điểm σ: ứng suất chống dập nát của vật liệu tiếp điểm Tiếp điểm một chỗ tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ Page 4 7 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Tính điện trở tiếp xúc điểm Nếu giả thiết kích thước của chỗ tiếp xúc nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước của tiếp điểm ( d>6,5a), điện trở tiếp xúc được xác đònh bởi biểu thức (với độ chính xác 5%) : /=ρ tx R2a ρ: điện trở suất của vật liệu tiếp điểm a: bán kính bề mặt tiếp xúc thực tế, phụ thuộc vào lực ép tiếp điểm và vật liệu tiếp điểm d 8 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Tính điện trở tiếp xúc điểm /π= σ 2 td aF /=ρ tx R2a 2 tx td R F ρ πσ = = Điện trở tiếp xúc sinh ra do sự thắt lại của đường sức dòng điện, tỷ lệ với điện trở suất, căn bậc hai của ứng suất chống dập nát của vật liệu và tỷ lệ nghòch với căn bậc hai của lực ép tiếp điểm Nếu sự biến dạng vật liệu tiếp điểm khi chúng va đập và ép chặt vào với nhau là biến dạng dẻo, thì: 1/ 3 2 tx td R F ρ πσ = = Page 5 9 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Tính điện trở tiếp xúc điểm –10 -4 Nhôm –10 -4 Thép –10 -4 Thau –10 -4 Chì 0,00610 -4 Bạc 0,014 – 0,017510 -4 Đồng Hệ số K đối với tiếp điểm dòng điện nhỏ, N 1/2 W Hệ số K đối với tiếp điểm dòng điện lớn, N 1/2 W Vật liệu tiếp điểm Các giá trò của hệ số K đối với tiếp điểm có 1 điểm tiếp xúc 10 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Tính điện trở tiếp xúc Tiếp điểm một điểm tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ. Đối với trường hợp dòng điện lớn, người ta thường sử dụng tiếp điểm mặt có nhiều điểm tiếp xúc. Khi dòng điện đi qua một vài điểm tiếp xúc song song với nhau như vậy, điện trở tiếp xúc của chúng nhỏ hơn nhiều so với trường hợp tiếp điểm một điểm tiếp xúc, ở điều kiện có cùng lực ép tiếp điểm. Số lượng các điểm tiếp xúc tăng lên khi lực ép tiếp điểm tăng, quy luật phụ thuộc này rất phức tạp, điện trở tiếp xúc được biểu diễn bằng phương trình: /= m tx RKF Chỉ số mũ m thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1 Page 6 11 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Yêu cầu của điện trở tiếp xúc Điện trở tiếp xúc nhỏ sao cho nhiệt độ, điện áp tại điểm tiếp xúc nhỏ hơn nhiệt độ, điện áp mềm hóa của vật liệu tiếp điểm ______________________ (θ mh ) của vật liệu tiếp điểm: nhiệt độ tại đó bề mặt của vật liệu tiếp điểm bò biến dạng không phục hồi ______________________ (U mh ) của vật liệu tiếp điểm: điện áp rơi tại chổ tiếp xúc ứng với nhiệt độ tại điểm tiếp xúc bằng với nhiệt độ mềm hóa 12 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Yêu cầu của điện trở tiếp xúc 54700 Than chì (grafit) 0,717730,25540Platin 0,132320,07100Chì 1,033700,41000Wolfram 0,15321 Cadmidium 0,359600,09150Bạc 0,4310830,12190Đồng 0,6514550,22520Nickel 0,615300,21500Sắt 0,36580,1150Nhôm U nc (v)θ nc (°C)U mh (V)θ mh (°C)Vật liệu Page 7 13 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện 1- Độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. 2- Bền vững đối với sự ăn mòn trong không khí và trong các môi trường khí khác. 3- Bền vững đối với sự oxy hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm. 4- Có độ cứng vừa phải để giảm giá trò lực ép tiếp điểm. 5- Có độ cứng vừa phải để giảm độ mài mòn cơ khí do phải đóng ngắt thường xuyên. 6- Có độ bền chống hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy cao) 7- Có giá trò dòng điện và điện áp duy trì hồ quang cao. 8- Dễ gia công, giá thành hạ. Các yêu cầu đối với vật liệu tiếp điểm: 14 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện - Ưu điểm: . độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao . tương đối cứng, cho phép tác động đóng ngắt thường xuyên . I o , U o duy trì hồ quang tương đối lớn . công nghệ đơn giản, giá thành hạ ________________ - Nhược điểm: . nhiệt độ nóng chảy thấp, . dễ hình thành lớp phủ oxy hóa bền vững, có điện trở suất lớn Ỉ cần phải tạo ra lực ép tiếp điểm tương đối lớn. Khắc phục: phủ một lớp bạc, thiếc bằng phương pháp điện phân, có bề dày khoảng 20 – 30μm. . độ bền hồ quang kém Ỉ không nên sử dụng trong các thiết bò đóng ngắt các dòng điện lớn và có tần số đóng ngắt lớn. Page 8 15 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện - Ưu điểm: . độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối lớn . trọng lượng riêng nhẹ vào khoảng 30% so với đồng _____________ - Nhược điểm: . dễ hình thành lớp oxy hóa bền vững và có điện trở suất lớn. . độ bền hồ quang kém (nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn so với của đồng và bạc nhiều) . độ bền cơ rất thấp. . thường xảy ra hiệu ứng ăn mòn điện hóa mạnh khi tiếp xúc với đồng, vì vậy khi tiếp xúc với đồng, nhôm thường sử dụng mối nối đồng-nhôm hoặc cả hai vật liệu này đều được phủ một lớp thiếc. Nhôm và các hợp kim của nó (Duranium, ) được ứng dụng chủ yếu làm các thanh dẫn và các chi tiết kết cấu trong thiết bò. 16 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện - Ưu điểm: Wolfram có độ bền hồ quang cao, độ bền chống ăn mòn cao. Độ cứng cao của Wolfram cho phép ứng dụng nó vào trong các thiết bò có tần số đóng cắt cao __________ - Nhược điểm: . Điện trở suất lớn, độ dẫn điện thấp . Hình thành lớp oxy hóa và sulfit hóa bề mặt bền vững . Do có độ bền cơ lớn và lớp oxy hóa nên các tiếp điểm làm từ Wolfram cần phải có lực ép tiếp điểm lớn Page 9 17 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện Các vật liệu, có tính chất mong muốn trội được kết hợp với nhau qua phương _________________________________ Các tính chất vật lý của vật liệu thành phần bên trong vật liệu kim loại gốm được bảo toàn. __________________ bột kim loại Ỉ kết dính Ỉ ép, thiêu kết ở áp suất cao và nhiệt độ cao Ví dụ: tính chòu đựng hồ quang trong vật liệu kim loại gốm là do các thành phần wolfram hoặc molibden, giá trò điện trở tiếp xúc nhỏ do thành phần bạc hoặc đồng. Nhận xét: không một vật liệu nào trong số đó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đối với vật liệu tiếp điểm. 18 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Vật liệu tiếp xúc điện Tính chất và thành phần của một vài kim loại gốm thường gặp của Nga 170 – 2000,0713800Đồng, wolfram, nickelKMK – B 21 120 – 1500,0612100Đồng, wolfram, nickelKMK – B 20 170 – 2100,04515000Bạc, wolfram, nickelKMK – A 61 120 – 1600,04113500Bạc, wolfram, nickelKMK – A 60 60 – 800,0329500Bạc, nickelKMK – A 31 45 – 600,0259500Bạc, oxyde đồngKMK – A 20 45 – 750,0309700Bạc, oxyde cadmiumKMK – 10 A Độ cứng Brinel N/m 2 Điện trở suất mΩ . m Trọng lượng riêng Kg/m 3 Các thành phần chính Mã hiệu vật liệu Page 10 19 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Kết cấu tiếp xúc điện cố đònh Tiếp xúc cố đònh: nối cứng - nối các thanh dẫn, nối cable - các đầu nối cung cấp điện cho các thiết bò điện hoặc phụ tải điện, Ỉ thường nối bằng bù-lông Các thanh dẫn bằng đồng trước hết phải được xử lý làm sạch bề mặt hoặc phải xi mạ bạc hoặc thiếc Đối với vật liệu mềm như nhôm, mối nối bằng bù-lông thường là không tin cậy Ỉ dùng phương pháp hàn 20 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05 Kết cấu tiếp xúc điện cố đònh 2500Nhôm 600 – 1200Đồng thau 500 – 1000Đồng đỏ Áp lực, 10 1 PaVật liệu tiếp xúc điện Số liệu về áp lực cần thiết đối với các mối nối bù-lông 1 pascal (Pa) = 1 N/m2 = 1 J/m3 = 1 kg·m –1 ·s –2 [...]... giảm đi BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 34 Page 17 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Quá trình ngắt mạch điện Khi dòng điện I>5A độ ăn mòn của tiếp điểm có thể được tính theo công thức: 2 Q = 10 -9 K i N I 0 Q - độ mòn tiếp điểm N - số lần đóng ngắt Io- dòng điện ngắt, A Ki- hệ số thực nghiệm BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 35 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Quá trình ngắt mạch điện Các biện... mềm hoá Utxcf BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 Rtx=Utxcf/Iđm 30 Page 15 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng Dòng điện đònh mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng Tính lực ép tiếp điểm từ công thức: Rtx = K / F m Hoặc sử dụng công thức 5. 12, 5. 13 sách KTĐ I BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 31 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm... tính chòu hồ quang tốt wolfram hoặc kim loại gốm BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 25 Tiếp xúc trượt Tiếp xúc trượt: bề mặt tiếp xúc của vật dẫn điện này di chuyển trên bề mặt tiếp xúc của vật dẫn kia Ví dụ: chổi than trượt trên vành góp trong máy điện, variac,… BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 26 Page 13 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Đóng mạch điện Khi 2 tiếp điểm chạm nhau sự va đập sự rung tiếp... trực tiếp tới dòng điện hàn dính và lực ép tiếp điểm có thể sử dụng công thức thực nghiệm của Butkewich để tính toán độ bền điện động của tiếp điểm: I ≤ K F I , A - dòng điện bền điện động (thường lấy giá trò biên độ dòng điện xung kích) F - lực ép tiếp điểm Giá trò của hệ số K được cho trong bảng BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 32 Page 16 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm... 1900 Dạng tiếp điểm BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 33 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Quá trình ngắt mạch điện Khi tiếp điểm tách rời nhau hồ quang xuất hiện gây ra _ Ngoài ra còn xảy ra: - _ do hiện tượng oxy hóa, tạo ra lớp oxy hóa bề mặt vật liệu - do vật chất được vận chuyển từ điện cực này sang điện cực khác, thường xảy ra mạnh ở dòng điện một chiều Sự ăn mòn... tiếp xúc để có thể có số lượng điểm tiếp xúc lớn nhất m BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 22 Page 11 Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt Lớp oxy hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm không được làm sạch do không thể tạo ra tác động trượt giữa các tiếp điểm sau khi chúng chạm nhau Không nên sử dụng đồng làmvật liệu tiếp điểm m BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 23 Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt Hệ thống tiếp điểm ngón, được... lên - Tăng độ cứng của lò xo tiếp điểm độ rung tiếp điểm giảm Biện pháp này kém hiệu quả hơn so với biện pháp làm thay đổi độ nén ban đầu của lò xo tiếp điểm - Giảm động năng của hệ thống truyền động BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 28 Page 14 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Đóng mạch điện Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng - Giảm động năng của hệ thống truyền động : đặc tính lực hút điện. .. quang phát sinh nhiều lần ăn mòn tiếp điểm Hai thông số đánh giá sự rung tiếp điểm khi đóng: - Xm:biên độ rung tiếp điểm ở lần bật ra thứ nhất - tm: thời gian rung tiếp điểm tương ứng BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 27 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Đóng mạch điện Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng - Nén trước lò xo tiếp điểm khi các tiếp điểm còn đang ở trạng thái mở Tại thời điểm tiếp điểm... lệ với diện tích giới hạn S giữa đặc tính lực hút điện từ của nam châm điện trong hệ thống truyền động và đặc tính phản lực : đặc tính phản lực Diện tích S càng nhỏ động năng của hệ thống càng giảm, dẫn đến hệ thống ít bò rung hơn BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 29 Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng Dòng điện đònh mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng... phần luôn xảy ra sự cháy hồ quang trên nó, phần khác dòng điện sẽ chảy qua một cách lâu dài BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 24 Page 12 Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt Tiếp điểm hồ quang hay sừng dập hồ quang: Khi dòng điện đònh mức qua tiếp điểm chính 1 – 1’ và hai tiếp điểm hồ quang 2 – 2’ Các tiếp điểm chính được phủ một lớp bạc mỏng bằng phương pháp điện phân (khoảng 20 μm) Các tiếp điểm hồ quang được chế . 3 2 tx td R F ρ πσ = = Page 5 9 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 Tính điện trở tiếp xúc điểm –10 -4 Nhôm –10 -4 Thép –10 -4 Thau –10 -4 Chì 0,00610 -4 Bạc 0,014 – 0,01 751 0 -4 Đồng Hệ số K đối với tiếp điểm dòng điện. Page 1 1 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 2 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 Các đònh nghóa _______________:chỗnốitiếpgiápgiữahaivậtdẫn điện, cho phép dòng điện chảy từ vật dẫn này sang. (grafit) 0,717730, 255 40Platin 0,132320,07100Chì 1,033700,41000Wolfram 0, 153 21 Cadmidium 0, 359 600,09 150 Bạc 0,4310830,12190Đồng 0, 651 455 0,2 252 0Nickel 0,6 153 00,2 150 0Sắt 0,3 658 0,1 150 Nhôm U nc (v)θ nc (°C)U mh (V)θ mh (°C)Vật liệu Page 7 13 BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V 1-9 -1 1-0 5 Vật