241262

Đồ án môn học Khí cụ điện Lời nói đầu Đất nước đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hoá, 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 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 tiết có thể sẽ xảy ra. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện, thuộc bô môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện. Đặc biệt là hướng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy Phạm Văn Chới, trong thời gian làm đồ án môn học, em đã hoàn thành được 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 Đồ án môn học Khí cụ điện 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 Phạm Văn Chới. CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ I. Giới thiệu chung Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất, biến đổi,truyền tải, phân phối năng lượng điện và các dạng năng lượng khác. Theo lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện được chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm có nhiều chủng loại khác nhau. Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thường xuyên được điều khiển bằng tín hiệu điện. Công tắc tơ(CTT) thuộc nhóm khí cụ điện điều khiển. II. Nội dung thiết kế 1. Chọn kết cấu(sơ đồ động, kiểu tiếp điển ,kiểu nam châm, điện ). 2. Tính mạch vòng dẫn điện: thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm. 3. Chọn buồng dập hồ quang 4. Tính toán lò xo, nhả lò xo tiếp điểm. 5. Tính dung đặc tính cơ. 6. Tính toán nam châm điện. 7. Tính và dựng đặc tính lực hút điện từ. 8. Tính toán nhiệt, hệ số nhả, trọng lượng nam châm điện và CTT. 9. Thiết kế kết cấu. 10.Bản vẽ lắp ráp tổng hợp A0 Đồ án môn học Khí cụ điện III. Yêu cầu chung khi thiết kế Các loại khí cụ điện nói chung và công tắc tơ xoay chiều 3 pha phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại. Đó là các yêu cầu về kỹ thuật, về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và về xã hội chúng được biểu hiện qua các quy chuẩn, định mức, tiêu chuẩn chất lượng của nhà nước hoặc của ngành và chúng nằm trong nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật. 1. Các yêu cầu về kỹ thuật Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối với quá trình thiết kế của khí cụ điện. Nó bao gồm các yêu cầu về: - Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố. Do khi làm việc các chi tiết, các bộ phận dẫn dòng có tổn hao sẽ sinh ra nhiệt, đặc biệt là khi ngắn mạch hay quá tải nhiệt độ tăng rất nhanh. Vì vậy cần đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơ tính, giảm tuổi thọ . - Độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện, trong điều kiện môi trường xung quanh ( như mưa, ẩm, bụi, tuyết .) cũng như khi có quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra. - Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố. - Khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện thông qua các chi tiết, bộ phận. - Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé. - Độ bền với môi trường : chịu được những tác động của môi trường bên ngoài như bụi, độ cao, rung động, quán tính, khí hoá chất độc hại . Đồ án môn học Khí cụ điện 2. Các yêu cầu về vận hành Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau : - ảnh hưởng của môi trường xung quanh : độ ẩm, độ cao,nhiệt độ . do đó cần phải trách các tác động có hại của môi trường lên thiết bị điện - Có độ tin cậy đối với người sử dụng, vận hành, thao tác - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài - Đơn giản, dễ thao tác dễ sửa chữa, thay thế - Chi phí vận hành ít, ít tiêu tốn năng lượng 3. Các yêu cầu về kinh tế xã hội Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm, hiệu quả kinh tế của sản phẩm. Vì vậy chúng đòi hỏi một số yêu cầu sau: - Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầu tiên nhà thiết kế phải chú ý đến thị trường, làm thế nào để khi đưa ra thị trường mặt hàng của mình có thể chiếm được ưu thế hơn hẳn so với các sản phẩm khác cùng chủng loại, cùng có chất lượng kỹ thuật thì thiết bị điện đó phải có giá thành hạ, có tính thẩm mỹ của kết cấu, vốn đầu tư khi chế tạo và lắp ráp là nhỏ nhất - Ngoài ra nó phải đảm bảo tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho người vận hành về mặt tâm sinh lý, cơ thể và an toàn trong lắp ráp vận hành 4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo - Tính công nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp dẫn . - Lưu ý đến khả năng chế tạo : mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng của thiết bị - Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dãy . Đồ án môn học Khí cụ điện CHƯƠNG II CẤU TẠO - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1. Cấu tạo Công tắc tơ xoay chiều 3 pha là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, với dòng điện lớn hơn 15A. Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau: - Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở. - Hệ thống thanh dẫn : thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. - Nam châm điện xoay chiều. - Cuộn dây nam châm điện xoay chiều. - Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung . - Các vít đầu mối và dây dẫn mền. - Buồng dập hồ quang. 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 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 chi 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 một lực ép tiếp điểm cần thiết lên Đồ án môn học Khí cụ điện 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 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 vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ được dập tắt. Đồ án môn học Khí cụ điện CHƯƠNG III MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN A. 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: - 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 - Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức năng đóng ngắt dòng điện - Cuộn thổi từ Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và kích thước của các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng như quyết định kích thước của Công tắc tơ xoay chiều 3 pha. Trình tự thiết kế mạch vòng dẫn điện ; B. Mạch vòng dẫn điện chính Đồ án môn học Khí cụ điện I. Thanh dẫn Các bước tính toán thanh dẫn : - Xác định tiết diện và các kích thước của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn và các chế độ làm việc khác - Sau khi tính toán kiểm nghiệm lại tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc dài hạn, chế độ ngắn mạch 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 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 Tỷ trọng () Nhiệt độ nóng chảy (nc) Điện trở suất ở 200C (〉20) Độ dẫn nhiệt () Độ cứng Briven (HB) Hệ số dẫn nhiệt điện trở (〈) Nhiệt độ cho phép cấp A ([cp]) ML-TB 8,9 g/cm3 10830C 0,0174.10-3 ∧mm 3,9 W/cm 0C 80  120 kG/cm2 0,0043 1/ 0C 950 C b) Tính toán thanh dẫn - Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy b b l a Theo công thức 2-6 (TL1) : b a Đồ án môn học Khí cụ điện b = I 2 .〉.K f 2.n.(n + 1).K T .« d trong đó : - I = 40 A : dòng điện định mức. - n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5  10, chọn n = 8 - Kf : hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Kf = Kbm.Kg = 1,03  1,06 . Chọn Kf = 1,05. - KT : hệ số tản nhiệt, KT = (6  12).10-6 (W/ 0 C.mm2) - 〉⌡ : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định 〉 = 〉20[1+〈( - 20)] 〉20 : điện trở suất của vật liệu ở 20OC 〈 : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu : nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép ⌡ = [⌡] = 95 OC. ⇒ 〉95 = 0,0174.10 -3[1+4,3.10 -3(95 - 20)] ≈ 0,023.10 -3 (∧.mm) - ôđ : độ tăng nhiệt ổn định ôđ =  - mt với mt =40 OC là nhiệt độ môi trường ⇒ ôđ = 95 - 40 = 55 OC Vậy ta có b = 3 40 2 .0,023.10 −3 .1,03 2.9.(9 + 1).10.10 −6 .55 ≈ 0.65(mm) a = b.n =0.65.10 =6.5( mm) Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu được phát nóng thì a>dtđ (dtđ : đường kính tiếp điểm). Tra bảng 2-15 với Iđm = 40A thì dtđ = 8  12 mm, nên chọn dtđ = 8 mm. Do đó ta chọn a = 10 mm, b = 1m m