Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Rơle Trung Gian Xoay Chiều

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Lời nói đầu Điện nguồn lợng quan trọng đợc sử dụng rộng rãi tất lĩnh vực kinh tế quốc dân Nhu cầu sử dụng điện không ngừng gia tăng Ngày cần có nhiều thiết bị điện đại hơn, tinh vi dễ sử dụng Khí cụ điện thiết bị điện chuyên dùng để đóng ngắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ lới điện thiết bị sử dụng điện khác Do khí cụ điện loại thiết bị thiếu đợc, sử dụng điện công nghiệp nh đời sống Khi công nghiệp ngày phát triển, nhu cầu sống ngày đòi hỏi cao hơn, cần thiết phải có khí cụ điện nhiều số lợng, tốt chất lợng hoàn hảo Đặc biệt theo xu chung, khí cụ điện đại đòi hỏi phải có khả tự động hoá Chính vai trò cần thiết khí cụ điện nên việc nghiên cứu phơng pháp thiết kế, tính toán khí cụ điện nhiệm vụ quan trọng không ngừng đợc hoàn thiện Đợc giúp đỡ hớng dẫn thầy cô giáo môn Thiết bị Điện - Khoa Điện, hớng dẫn tận tình thầy giáo Bùi Tín Hữu khoảng thời gian tháng em tiến hành thiết kế loại khí cụ điện mà mạch điều khiển thiếu đợc Đó rơle trung gian xoay chiều Do thời gian có hạn thiếu kinh nghiệm thiết kế, hiểu biết thực tế nên trình thực đồ án tốt nghiệp em số sai sót Em kính mong nhận đợc thông cảm, bảo giúp đỡ thầy cô giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn công Luận SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Phần I : Chọn phơng án dạng kết cấu I Giới thiệu chung rơle * Rơle trung gian xoay chiều có nhiều loại đợc sử dụng nớc ta, nhiều hãng nhiều nớc sản xuất nh: Nga; Đức (SIEMENS); Pháp; Nhật (OMRON, FUJI, NATIONAL); Hàn Quốc (SUNGHO, LG) Tuy có hình dáng, kích thớc cụ thể có khác nhau, nhng nguyên lý cấu tạo thông số nh Dựa vào u điểm dạng kết cấu hãng sản xuất, ta chọn dạng kết cấu rơle nh sau: II Hệ thống tiếp điểm Tiếp điểm gồm có tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm có dạng hình trụ cầu, tiếp xúc theo hình thức tiếp xúc điểm đợc gắn lên dẫn theo kiểu bắc cầu Các tiếp điểm chuyển động theo lực hút điện từ thông qua cần chuyển động điều chỉnh khoảng cách khe hở tiếp điểm khoảng cách khe tiếp điểm dễ dàng qua việc điều chỉnh khe hở không khí làm việc nam chân điện III Chọn nam châm điện + Nam châm điện đóng vai trò cấu chuyển động rơle, định tính làm việc kích thớc Rơle Yêu cầu thiết kế rơ le trung gian với: U = 220V, Iđm = 5A, f = 50 Hz Ta chọn nam chân điện xoay chiều, mạch từ hình chữ U khiểu hút chập có khe hở kỹ thuật điện, có cuộn dây điều khiển lò xo nhả chung cho nấp hút nam châm điện , dây dẫn mềm Thanh dẫn động lò xo ép tiếp điểm + Dạng chữ U kiểu hút chập, xét thực tế rơle xoay chiều có dòng định mức nhỏ, lực hút điện từ không lớn thờng chọn mạch từ kiểu SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều này, đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực, mở tiếp điểm khác với khe hở làm việc đồng thời đơn giản tính toán nh chế tạo Kết cấu sơ bộ: Hình 1 Nắp mạch từ Lõi Cuộn dây nam châm điện Tiếp điểm động dẫn động Tiếp điểm tĩnh dẫn tĩnh Cơ cấu truyền động Cần truyền động Lò xo nhả Vòng ngắn mạch 10 ổ trợt cần truyền động Nguyên lý làm việc * Tiếp điểm thờng mở cha có tín hiệu điều khiển tiếp điểm trạng thái mở (ngắn mạch) Hình SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều * Tiếp điểm thờng đóng tín hiệu điều khiển tiếp điểm trạng thái đóng (đóng mạch) Khi đặt điện áp nguồn Unguồn Hình lên cuộn dây nam châm điện cuộn dây sinh từ thông khép mạch qua mạch từ nam châm điệm qua khe hở không khí (khe hở lam việc) Từ thông sinh lực hút điện từ Fđt tác động lên nắp từ hút nắp xuống Nắp chuyển động Fđt > Fnhả làm toàn phần động chuyển động lúc tiếp điểm thờng mở đóng lại (các tiếp điểm thờng đóng mở ra) Khi cắt nguồn Fđt = nắp bị nhả ro F nhả; tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu IV Khoảng cách cách điện Khoảng cách cách điện khí cụ điện đóng vai trò quan trọng Nó ảnh hởng tới kích thớc khí cụ điện độ tin cậy vận hành Vì việc xác định hợp lý đại lợng có ý nghĩa không nhỏ Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: điện áp, môi trờng làm việc Việc xác định khoảng cách cách điện khí cụ điện hạ áp thờng chọn theo kinh nghiệm a Điện áp định mức theo cách điện Với khí cụ điện điều khiển phần phối lợng hạ áp (Uđm = 220V), tồn tiêu chuẩn, quy định độ bền cách điện theo điện áp định mức trạng thái khô khí cụ điện, phải chịu đợc điện áp thử tần số 50Hz, thời gian thử phút Theo bảng (1 - 1)/ 13 tài liệu 1, ta có + Điện áp thử nghiệm U = 220V + Điện áp định mức cách điện: Ucđ = 220V SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều b Khoảng cách điện phần tử dẫn điện Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao cần khoảng cách cách điện lớn Song nh lại tăng kích thớc khối lợng thiết bị Vì nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo quy định công nghiệp điện lực cho loại khí cụ điện hạ áp thông dụng ta xét điện áp Uđm = 220 V theo bảng ( 1-2)/14 tài liệu ta chọn khí cụ điện mạch điều khiển tín hiệu, ứng với có khoảng cách điện phần tử dẫn điện, cụ thể khoảng cách cách điện dẫn lcđ = 10mm lcđ Hình SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Phần II : Tính toán mạch vòng dẫn điện Mạch vòng dẫn điện phận khác hình dáng kết cấu kích thớc hợp thành Mạch vòng dẫn điện rơle bao gồm phận sau: - Thanh dẫn: Thanh dẫn động tĩnh - Đầu nối - Hệ thống tiếp điểm: + Giá đỡ tiếp điểm + Tiếp điển động + Tiếp điểm tĩnh I Thanh dẫn Xác định kích thớc dẫn động a Chọn vật liệu Thanh dẫn đồng đồng thời lò xo dùng để ép tiếp điểm, tiếp điểm đợc gắn dẫn Vật liệu làm dẫn đồng phốt cứng, có đặc điểm vừa dẫn điện tốt vừa có tính đàn hồi cao, dẫn có tiết diện hình chữ nhật, có thông số kỹ thuật sau (tra bảng tài liệu 1) Ký hiệu: Nhiệt độ nóng chảy : . 6.5 : 10830C Điện trở suất 200C : = 0,0177.10-6 (x cm) Hệ số nhiệt điện trở : = 0,0043 (1/0C) Độ dẫn điện Nhiệt dung riêng Nhiệt lợng nóng chảy Nhiệt lợng bay Modul đàn hồi Modul trợt Độ cứng : = 393 W/mdeg : Cp = 386J/kgdeg : 50,6 J/g : 770,0 J/g : E = 100.103N/mm2 : Et = 42.103N/mm2 : HB = 91 kg/mm2 ứng suất uốn cho phép : u = 186 N/mm2- Giới hạn đàn hồi : K = 550 N/mm2 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Giới hạn đàn hồi Hệ số nở dài : th = 320 N/mm2 : 17,7.10-6 1/0C Tỷ trọng : = 8,9kg/dm3 Nhiệt độ ổn định : [] = 950C b Kết cấu dẫn động b a Hình Tiết diện kích thớc cạnh a,b chi tiết dẫn hình chữ nhật đợc xác định theo công thức (2 - 5)/19 tài liệu I 2đm đ K f b= 2n ( n + 1) K t ôd Trong đó: n= a = ữ 12: Hệ số hình dáng b Chọn n = 12 Iđm = 5A Kf = Kbm Kg = 1,03 ữ 1,06 : hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao hiệu ứng bề mặt hiệu ứng gần Chọn Kf = 1,06 KT: hệ số toả nhiệt không khí theo bảng (6 -5)/300 tài liệu Chọn KT = 9.10-6 [W] mm2 0C ôđ : Độ tăng nhiệt độ ổn định ôđ = [] - = 950C - 400C = 550C Điện trở suất đồng phốt nhiệt độ ổn đinh: ôđ = 950C = 20 [1+ (ôđ - 20)] = 0,0177 10-3 [ + 0,0043 75] = 0,0234 10-3 ( mm) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp 52 0,0234.103.1,06 = 0,16 ( mm ) Vậy: a = ( 12 + 1) 12.9.106 55 Suy ra: a = n b = 12 0,16 = 1,92 mm - Mặt khác ta chọn với rơle loại dẫn động lò xo ép tiếp điểm dạng phẳng kết hợp chọn theo đờng kính tiếp điểm đảm bảo độ bền ứng với dòng điện: Iđm = 5A Theo bảng (2 - 15) / 51 tài liệu + Đờng kính tiếp điểm: dtđ = (mm) Ta chọn: b = 0,4 (mm) a = (mm) a, b chiều rộng bề dày đẫn động + Tiết diện dẫn động: Stđ = a b = 0,4 = mm2 + Mật độ dòng điện qua dẫn Jtđ = I đm = = 2,5 A/mm2 S td Với [Jcp ] = 1,5 ữ A/mm2 * Ta nhận thấy mật độ dòng qua dẫn thoả mãn điều kiện - Tính toán nhiệt độ dẫn Theo công thức: (2 - 4)/18 tài liệu 1, ta có: ôd = td = I đm K T + Sp.K T mt Sp.K T - I 2đm K f a Với: * S = 2m2: tiết diện dẫn * p = (a + b) = (5 + 0,4) = 10,8mm chu vi dẫn 20 0,0177.10 = = + 20 ( + 0,0043.20 ) = 0,0163 10-3 ( mm) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Tính toán dẫn động chế độ ngắn mạch Theo công thức ( - 11)/ 321 tài liệu ta có: I 2nm t nm = Anm - Ađ = Abn - Ađ S 2td Suy ra: Inm = Ibn = Std A bn - A đ t nm Với: Inm = Ibn: dòng ngắn mạch - dòng điện bền nhiệt Abn = Anm: giá trị số tích phân bền nhiệt ứng với nhiệt độ ban đầu Tra đồ thị hình ( - 5)/ 313 tài liệu 1: Với bn đồng phốt cho phép 3000 thì: Abn = 3,75 104 (/A2S/mm4) ôđ = 950 Ađ = 1,6 104 (/A2S/mm4) Suy ra: Ibn = 3,75.10 - 1,6.10 t bn * Với giá trị thời gian khác ta có giá trị dòng điện mật độ dòng điện tính toán tơng ứng + tbn = 3s Ibn = 200 Ibn = 2,15 = 169,3 (A) I bn 169,3 = = 84,7 (A) S td + tbn = 4s Ibn = 200 Ibn = 2,15 = 146,3 (A) 146,3 = 73,15 (A/mm2) + tbn = 10s SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp 2,15 = 92,74(A) Ibn = 200 Ibn = 92,74 = 46,4 (A/mm2) Theo bảng (6-7)/305 tài liệu ta có giá trị mật độ dòng điện cho phép đồng ứng với thời gian trên: 3sec [Jbn] = 94 (A/mm2) sec [Jbn] = 82 (A/mm2) 10sec [Jbn] = 51 (A/mm2) Vậy ta có bảng so sánh mật độ dòng điện nh sau: Tbn (s) [Jbn] (A/mm2) Jbhtính (A/mm2) 94 84,7 82 73,15 10 51 46,4 Ta nhận thấy Jbn < [Jbn]cp Nh bảo đảm đợc giá trị dòng điện ngắn mạch cho phép Thanh dẫn tĩnh Để đảm bảo độ dày bắt vít nối mật độ dòng điện nằm khoảng cho phép ta chọn kích thích dẫn tĩnh lớn kích thớc dẫn động Ta chọn: b = 1mm A = 6mm Suy ra: Stdt = a b = 6.1 = 6mm2 II Tính toán vít đầu nối Đầu nối tiếp xúc phần tử quan trọng khí cụ điện Đầu nối chia làm hai phần + Các đầu cực để nối với dây dẫn bên + Và mối nối phận bên mạch vòng dẫn điện Ta chọn kết cấu vít đầu nối có đạng mối nối tháo rời đợc vằng vít Diện tích bề mặt tiếp xúc đợc xác định theo công thức SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 10 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp M = 0,151 kg Suy ra: PFe = 0,2 0,1873 2,08 = 0,078 W Vậy IFe = 0,078 = 0,000322 ( A ) 1,1.220 - Giá trị biên độ dòng điện hút Ih = = (I + I vqđ ) + ( I th + I ) Fe ( 0,000322 + 0,041) 2 + ( 0,0033 + 0,035 ) = 0,0563 (A) b Dòng điện cuộn dây phần ứng nhả: Khi đó: max = 5,6 mm Dòng điện cuộn dây chủ yếu dòng điện từ hoá khe hở không khí, dòng điện từ hoá lõi thép tổn hao lớn Do dòng điện cuộn dây gần tính theo công thức: Inh = Suy ra: U đmcd K umax W G Inh = 220.1,1 = 0,54 A 314.45662.68,9.10 -Hệ số tầng dòng điện KI = I nh 0,54 = = 9,6 I h 0,0563 Ta nhận thấy KI nằm giới hạn cho phép lò: ( ữ 12) 10 Tính toán nhiệt dây quấn Ta có: R = đ l tb W q Trong đó: SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 54 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều đ: điện trở suất dây quấn nhiệt độ cho phép cấp cách điện cấp A [cp] = 1050C = 20 ( + 2) = 0,01682 10-3 + [1 + 0,0041 (105 - 20)] = 0,02268 10-3 (mm) ltb: chiều dài trung bình vòng dây ltb = (a + lcd = 22) = ( 15 + 9,8 + 0,5) = 103,2 (mm) Suy ra: 103,2.4566 R = 0,02268 10-3 = 708,4 () 0,015 a Tổn hao lợng dây quấn Pdq = I 2h R = 0,05642 708,4 = 2,2 W b Độ tăng nhiệt bề mặt cuộn dây Theo công thức hút làm nóng cuộn dây nam châm điện = Trong đó: Pdq K T S1th KT = ữ 14 W/m20C: hệ số toả nhiệt cuộn dây, dựa theo bảng ( -5)/ 301 tài liệu Chọn KT = W/m20C S'tn: diện tích toả nhiệt cuộn dây S'tn = Sxq + Sđ Với: Sxq = (a + 22 + + lcd) hcd = (15 + 2.0,5 + 0,5 + 9,8) 19,6 = 2869,44 (mm2) Sđ: phần diện tích đáy: Sđ = 3 ltb lcd = 144 9,8 = 1058,4 (mm2) 4 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 55 Đồ án tốt nghiệp Suy ra: Vậy: = Thiết kế rơle trung gian xoay chiều S'tn = 2869,44 +1058,4 = 3927,84 (mm2) 2,2 = 510C 11.3927,84.106 = + mt = 51 + 40 = 910C Suy ra: Nh ta nhận thấy: = 910C < [cd] = 1050C 11 Tính dựng đặc tính lực hút nam châm điện Theo công thức ( 5- 50)/ 263 tài liệu K0 dG dGr + Fđth = d 2.G2 d Trong đó: K = 0,25; hệ số xét tới thứ nguyên lực F + tb t tb : từ thông trung bình lõi thép tb = K u U đm K ir 4,44f.W Ku: hệ số đánh giá thay đổi điện áp nguồn Kumin = 0,85 Kumax = 1,1 Kỉr = 0,9; hệ số đánh giá ảnh hởng sụt áp dây quấn ( 0,8 ữ1) r; hệ số từ rò 1,3: thừa số đánh giá ảnh hởng từ dẫn rò Gr = cost dG r =0 d SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 56 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Suy ra: Fđth = K tb2 dG 2. r2 G2 d * Thay đổi hệ số Ku: Ku = 0,85 tb = 1,660 10-4 (Wb) Ku = tb = 1,953 10-4 (Wb) Ku = 1,1 tb = 2,149 10-4 (Wb) Nh ta có bảng tính Fđt theo 10 m G 10 H dG 10-6 d 0,3 1,6 5,6 953 189,2 110,5 88,1 68,9 3106,5 105,1 29,6 16,8 8,6 -3 -9 r 1,023 1,116 1,199 1,249 1,319 Fđth (N) Fđth (N) Fđth (N) 0,85 Uđm Uđm 1,1 Uđm 15,9 11,49 8,2 6,8 5,1 22 16 11,37 9,36 27 19 13,76 11,32 8,5 12 Tính hệ số nhả nam châm điện Hệ số nhả tỷ số dòng điện điện áp cuộn dây, phần ứng nhả tác dụng KT = I nh ; I td Ku = U nh U td Và xác định Knh qua đặc tính có đặc tính lực hút NCĐ Từ đặc tính ta thấy điểm có = 5,6 mm điểm nguy hiểm, nên Knh đợc tính điểm đó; Knh = Với: Fnh Ftd Fnh = 1,47 (N) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 57 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Ftđ = 4,62 (N) Suy ra: Knh = - tbnh = Suy ra: 1,47 = 0,56 4,62 U nh K ir K umin 0,56.220.0,9.0,85 = = 0,93.10-4 (Wb) 4,44.f.W 4,44.50.4566 Ftbnh = dG K tbnh 2. r2 L2 d Vậy ta có bảng tính: 10-3m Ftbnh (N) 0,3 1,6 4,9 3,7 2,6 2,1 1,4 * Nh dựng đờng đặc tính lực hút NCĐ xoay chiều qua số liệu bảng nh sau: Đờng đặc tính lực hút nhả rơle trung gian xoay chiều điện từ SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 58 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp 12 Tính toán gần thời gian tác động thời gian nhả a Thời gian tác động ttđ = tkđ + tcđ Trong đó: tkđ: thời gian khởi động tcđ: thời gian chuyển động Vì đóng điện vào thời điểm dòng điện qua điểm 0, sau 1/4 chu kỳ từ thông đạt đợc trị số cực đại, đóng điện vào thời điểm I quãng thời gian để đạt từ thông cực đại không vợt 1/2 chu kỳ, lực điện từ đạt trị số cực đại với thời gian bé 1/2 chu kỳ, tkđ nam châm điện xoay chiều bé 1/2 chu kỳ tkđhút = tkđnhả = 0,01 ữ 0,02 (s) Chọn tkđhút = tkđnhả = 0,01 (s) * Thời gian chuyển động đợc tính theo công thức tcđ = (nh - h) 2M S h m F m Trong đó: M: khối lợng phần động NCĐ M= G 0,035 KG = = 0,0036(kgs /m) g 9,8m / s nh = 5,6 10-3 m h = 0,3 10-3m Sh = 4285 mm2 * mF m tỷ lệ xích trục toạ độ Theo hình vẽ ta chọn tỷ lệ xích SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 59 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp mF = 1N 0,1KG = =5 20mm 20.10 m m = 1mm = 20mm 20 2.3,6.10 3.20 Vậy: tcđ = (5,6 - 0,3).10 = 0,013 s 4285.10 6.5 -3 Vậy thời gian tác động là: ttđ = 0,01 + 0,013 = 0,0237 s b Thời gian nhả NCĐ t'nh = t'kđn + t'cđn t'kđ:là thời gian khởi động nhả đợc tính từ cắt dòng điện cuộn dây lúc nắp bắt đầu chuyển động + Thời gian chuyển động nhả tcđn đợc tính từ lúc bắt đầu chuyển động kết thúc tcđn = (nh - h) 2M Sn mF m Sn: diện tích giới hạn đặc tính đặc tính nhả Sn = 2112 mm2 Vậy: tcđn = ( 5,6 - 0,3) 10-3 2.3,6.10 3.20 = 0,021 s 3661.10 6.5 Vậy thời gian nhả NCĐ tnh = 0,01 + 0,021 = 0,031 s SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 60 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Phần V: thiết kế kết cấu * Sau tính toán thiết kế ta đợc rơle điện từ trung gian xoay chiều có kết cấu nh sau: I Mạch vòng dẫn điện Thanh dẫn + Thanh dẫn động: Vừa dẫn vừa lò xo ép tiếp điểm, đợc làm đồng phôt P.O. 6.5 có kích thớc nh sau: a = mm b = 0,4 mm l = 35,5mm + Thanh dẫn tính có kích thớc nh sau; a' = mm b' = 1mm l' = 25 mm Đầu nối Chọn kiểu mối nối tháo rời ren vít Sử dụng vít M3 x 18 thép mạ bạc chống rỉ Tiếp điểm Đợc chế tạo từ bạc kéo nguội (P999) có kích thớc nh sau: d = 3mm h = 1,2mm II Nam châm điện Nam châm điện có dạng hình chữ U, kiểu hút chập SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 61 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Mạch từ Vật liệu làm mạch từ thép silic kỹ thuật điện, có mật độ từ cảm lõi thép Bmax = 1,02T Các kích thớc nam châm điện Độ dày thép: = 0,5 mm Số thép: n = 28 Bề rộng cực từ: a = 15 mm Bề dày cực từ: b = 14 mm Tiết diện cực từ: S = 210 mm Bề rộng mạch từ: B = 45 mm Bề cao mạch từ: H = 52 mm Chiều cao số mạch từ: = 27 mm Phần nắp mạch từ: hn = 12mm bn = 14 mm Sn = 168 mm2 ln = Trọng lợng lõi thép: M = 187,3 g Bề rộng sơ mạch từ: C = 17 mm Cuộn dây NCĐ - Ký hiệu loại dây: B1 - Đờng kính dây quấn: d/d' = 0,14/0,165 - Số vòng dây: W = 4566 vòng - Bề dày cuộn dây: lcd = 9,8 mm - Chiều cao cuộn dây: hcd = 19,6 mm - Tiết diện cuộn dây: Scd = 194 mm2 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 62 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Vòng ngắn mạch Vật liệu làm vòng ngắn mạch đồng tinh khiết, có dạng hình chữ nhật rỗng để lồng vào cực từ có kích thớc sau: - Chu vi: pnm = 40mm - Bề rộng: nm = 2mm - Bề dày: hnm = 5,8mm - Tiết diện: Snm = 11,6mm2 II Ngoài phận chọn, rơle có phận khác nh: Vỏ Vỏ đợc chế tạo nhựa cứng, suốt, có cách điện, vỏ có dạng hình hộp rỗng tháo lắp dễ dàng Vỏ có độ dày mm, cứng chắc, bề mặt vỏ làm gờ để toả nhiệt vỏ kín không thông gió với bên để tránh bụi bẩn rơi vào rơle làm giảm độ nhạy rơle Thân đế Đợc chế tạo nhựa cứng đen, cách điện có dạng hình khối chữ nhật đặc, thân có bề dày 10mm, chiều rộng chiều dài nắp Phía góc thân có làm chân đế cao 20mm, để tạo khoảng trống bắt vít hai bên đầu đế có vấu lò xo Giá đỡ tiếp điểm động Làm nhựa cứng đen, có dạng hình trụ ống, đờng kính 10mm Trên đỡ có sẻ rãnh để gắn dẫn động, đầu có gắn lò xo nhả SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 63 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Cơ cấu truyền động (cánh tay đón) Đợc làm thép cứng, đợc thiết kế nh hình vẽ, phía cánh tay đòn làm miếng ép vào mạch từ cố định đầu nắp mạch từ vít tán chặt Giá đỡ mạch từ Phần đợc gắn vào thân đế: Làm thép có độ cứng vững, gồm phần V bu lông, có dạng hình chữ L, có độ dày mm, phần có khoang lỗ để bắt với phần lại vít + phần thứ hai có dạng hình chữ V, có độ dày 1mm đợc bao vào gần hết cực từ, đợc cố định với cực từ vít có đờng kính 2mm SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 64 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu, tính toán thiết kế, đề tài tốt nghiệp đợc hoàn thành thời gian qui định đảm bảo nội dung yêu cầu đề tài Qua chọn tính toán, rơle điện từ trung gian xoay chiều đảm bảo đợc yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên so với thực tế số chỗ cha hợp lý, thiếu kinh nghiệm thực tế nhng em mong đề tài đợc áp dụng vào thực tế SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 65 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo Tài liệu 1: Thiết kế khí cụ điện hạ áp (Bộ môn thiết bị điện - Trờng ĐHBK Hà Nội) Tài liệu 2: Chi tiết máy (GS TS Nguyễn Trọng Hiệp) Tài liệu 3: Điều khiển tự động truyền động điện (Tập - Trịnh Đình Đề - Võ Trí An) Tài liệu 4: Cở sở lý thuyết khí cụ điện (Bộ môn máy điện - khí cụ điện) Tài liệu 5: Giáo trình khí cụ điện hạ áp (Bộ môn máy điện - Khí cụ điện) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 66 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Mục lục Trang Lời nói đầu Phần I : Chọn phơng án dạng kết cấu I Giới thiệu chung rơle II Hệ thống tiếp điểm .2 III Chọn nam châm điện IV Khoảng cách cách điện .4 Phần II : Tính toán mạch vòng dẫn điện .6 I Thanh dẫn .6 Tính toán dẫn động chế độ ngắn mạch Thanh dẫn tĩnh .10 II Tính toán vít đầu nối 10 III Xác định kích thớc tiếp điểm 12 Chọn vật liệu tiếp điểm 12 Lực ép tiếp điểm 13 Tính điện trở tiếp xúc Rtx .14 Tính điện áp rơi điện trở tiếp xúc tiếp điểm 14 Tính nhiệt độ tiếp điểm 15 Tính dòng điện hàn dính 15 Tính độ mở độ lún tiếp điểm .16 Tính độ rung tiếp điểm 17 Tính toán ăn mòn tiếp điểm 18 Phần III: Tính toán dựng đờng đặc tính .20 I Lập sơ đồ động .20 II Tính toán lò xo trọng lợng phần động 22 Tính trọng lợng phần động .22 Lò xo tiếp điểm : 22 Tính lò xo nhả : 24 III Dựng đặc tính : .26 .27 .27 Phần IV: Tính toán nam châm điện xoay chiều 28 I Khái niệm chung 28 II Tính chọn sơ nam châm điện .29 Chọn dạng kết cấu 29 Chọn vật liệu nam châm điện 30 Chọn cờng độ từ cảm hệ số từ rò, hệ số từ tản khe hở th = 4mm 31 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 67 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Xác định kích thớc chủ yếu thông số nam chân điện 31 Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 35 Xác định từ thông khe hở làm việc có vòng ngắn mạch : (ở trạng thái phần ứng hút) .42 Tính toán vòng ngắn mạch .43 Tính toán tổn hao lõi thép .51 Tính toán dòng điện cuộn dây .52 10 Tính toán nhiệt dây quấn 54 11 Tính dựng đặc tính lực hút nam châm điện .56 12 Tính hệ số nhả nam châm điện 57 Phần V: thiết kế kết cấu 61 I Mạch vòng dẫn điện .61 Thanh dẫn 61 Đầu nối 61 Tiếp điểm .61 II Nam châm điện 61 Mạch từ 62 Cuộn dây NCĐ 62 Vòng ngắn mạch 63 II Ngoài phận chọn, rơle có phận khác nh: .63 Vỏ 63 Thân đế 63 Giá đỡ tiếp điểm động 63 Cơ cấu truyền động (cánh tay đón) 64 Giá đỡ mạch từ 64 Kết luận .65 Tài liệu tham khảo .66 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 68 [...]... công thức (2 - 17)/56 Tài liệu 1 Ftđ = ftđ Iđm Với rơle điện từ trung gian xoay chiều có dòng điện định mức: SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 13 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Iđm = 5A và vật liệu tiếp điểm là bạc kéo nguội nên ta có: ftđ = 5 ữ 10 (G/A) Chọn ftđ = 7 (G/A) Suy ra: Ftđ = 7.5 = 35G = 0,35 (N) * So sánh hai kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ta có Ftđ = 0,35... 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Theo kết cấu ta chọn thì llx = lđt Kqđ = 1 Fqđ = F Vậy ta có các bớc qui đổi: + Lực ép tiếp điểm: Ftđc = 3,5 (N) Ftđđ = 0 + Lực lò xo nhả Fnhđ = 4,62 (N) Fnhc = 6,93 (N) + Trọng lợng phần động: Gđ = 0,35 (N) + Khe hở không khí làm việc của nam châm điện max = l1 + m = 1,6 + 4 = 5,6 (mm) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 27 Đồ án tốt nghiệp. .. ( 0,102.0,35 ) 0,5 = 0,32 10-3 () * So sánh giữa hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm ta lấy giá trị Rtx = 0,76 10-3 () 4 Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Theo công thức (2 - 27)/62 tài liệu 1 Utx = I Rtx (V) = 5 0,76 10-3 = 3,8 10-3 V SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 14 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp * So sánh với tiêu chuẩn: [Utx] = 2 ữ 30mV; Ta... thuộc vào rất nhiều yếu tố + Điều kiện làm việc + Kết cấu của khí cụ điện SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 18 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Theo công thức (2 - 54)/79 tài liệu 1 Trong đó: - Kđ, Kng: Hệ số mòn khi đóng và khi ngắt cho trong hình (2 - 16)/79 tài liệu 1 Kđ = Kng = 0,5 (g/A2) Kkđ = 1,1: hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn Iđ = Iđm = 5 (A) Ing =5Iđm =25 (A)... Hình 8 SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 21 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế rơle trung gian xoay chiều II Tính toán lò xo và trọng lợng phần động 1 Tính trọng lợng phần động Theo phần II III.8 ta có: Gđ = mc Iđm = 7 10-3 5 = 35 10-3 KG = 0,35 N 2 Lò xo tiếp điểm : a Lò xo tiếp điểm cũng chính là thanh dẫn động của rơle nên ta chọn vật liệu làm lò xo là đồng phốt pho, lò xo có dạng tấm phẳng Loại lò xo.. .Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Stx = a b = I đm J Đối với thanh dẫn và chi tiết bằng đồng, mật độ dòng điện J có thể lấy bằng 0,31 A/mm2 ứng với dòng điện xoay chiều tần số f = 50Hz dòng định mức nhỏ hơn 200A ( theo tài liệu 1 trang 31) Suy ra: Stx = 5 = 16,13 (mm2) 0,31... đồng thời nắp sẽ tách ra khỏi thân nhờ lực lò xo nhả Fnhả sinh ra Đặc điểm của nam châm điện - Nam châm điện kiểu kín, chịu rung và va đập - Làm việc ở chế độ dài hạn và ngắn hạn - Đặc tính phản lực cơ đã biết ở phần III - Nguồn điện áp xoay chiều: Uđm = 220V Có công suất: S = const Nhiệt độ đối với rơle: mt = 400C SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 28 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt. .. Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 33 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Kumin = 0,85: hệ số tụt áp Kqđ = 1 : hệ số quá tải của dòng dài hạn Klđ = (0,3 ữ 0,7); chọn Klđ = 0,4 J = (1,5 ữ 4) a/mm2; chọn J = 2,5 A/mm2 Suy ra: Scd = 1,1.1469 = 194 mm2 0,85.1.2,5.0,4.9,8 Từ Scd ta xác định đợc chiều cao cuộn dây và bề dày trên cơ sở thực nghiệm của NCĐ xoay chiều chọn sơ bộ tỷ số h cd h cd... Chiều dài các tay đòn, tỉ số truyền + Đặt và định hớng các véctơ lực hay mômen lực Ta phân tích lực của sơ đồ động ở hai trạng thái : = 0 và 0 hay = m+1 Khi khe hở = 0, trạng thái nam châm hút nắp SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 20 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ động cho ta biết sự truyền động và biến đổi khớp, các khâu cơ cấu l đt Fđt + G đ llx Ftđc + F lxnc Hình... trị của dòng điện định mức Kết cấu hệ thống tiếp điểm và tần số ngắt của dòng điện Chọn kích thớc tiếp điểm là hình trụ cầu, theo bảng (2 - 15)/51 tài liệu 1 Với I đm = 5A ta chọn Đờng kính tiếp điểm: d = 3mm Chiều cao tiếp điểm: h = 1,2 mm h d Hình 6 Tiếp điểm động và tĩnh có dạng nh nhau SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 12 Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Đồ án tốt nghiệp Vì tiếp điểm có dạng