Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động đợc xác định bằng số lần đóng ngắt tối thiểu mà sau đó cần thay thế hoặc sửa chữr các tiếp điểm bị ăn mòn khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm..

Lời nói đầu.

Để đánh giá sự phát triển kinh tế của một số quốc gia chúng ta thờng dựa vào trong tiêu chuẩn kinh tế rất quan trọng đó là sự phát triển nền công nghiệp quốc gia, đặc biệt là ngành điện Điện năng là nguồn năng lợng quan trọng đ-

ợc sử dụng rộng rãi hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Một ngành cung cấp năng lợng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của con ngời ở đây chúng ta đi sâu vào tìm hiểu một bộ phận trong cơ cấu thiết bị khá quan trọng trong điều khiển quá trình sản xuất biến đổi truyền tải phân phối năng lợng.Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất Ngoài ra

nó còn đợc dùng để kiểm tra và điều khiển các quá trình năng lợng khác

Khí cụ điện đợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, các trạm biến

áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao thông vận tải Do đó việc sử dụng điện năng trong công nghiệp cũng nh…trong đời sống không thể thiếu các loại khí cụ điện

Khí cụ điện có rất nhiều loại tùy theo chức năng và nhiệm vụ Có thể chia

ra làm các loại chủ yếu sau đây:

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lợng điện áp cao: máy ngắt, dao cách ly, kháng điện, biến dòng, biến áp

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lợng điện áp thấp nh: máy tự động, các bộ phận đầu nối( cầu dao, công tắc xoay), cầu chì…

+ Nhóm các rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le nhiệt…

+ Nhóm các khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ …

Khi nền công nghiệp càng phát triển, hiện đại hóa cao thì càng cần thiết phải có các loại khí cụ điện tốt hơn, hoàn hảo hơn Các loại khí cụ điện còn phải đòi hỏi khả năng tự động hóa cao Chính vì vai trò quan trọng của khí cụ

điện nên việc nghiên cứu các phơng pháp tính toán, thiết kế các khí cụ điện là một nhiệm vụ quan trọng và phải có sự đầu t đúng mức để ngày càng đợc phát triển và hoàn thiện hơn.

Trong quá trình học tập tại trờng em đã nhận đợc sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện Đặc biệt là sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo: Nguyễn Văn Đức Nhờ đó em đã thiết kế tính

toán loại khí cụ điện mà hiện nay đang có nhu cầu sử dụng rất nhiều và rộng rãi, đó là: “Công tắc tơ xoay chiều ba pha” Bản thuyết minh này sẽ trình bày việc thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều ba pha với các chỉ số sau:

Điện áp định mức Uđm= 400 (V)

Dòng điện định mức Iđm= 60 (A)

Điện áp điều khiển Uđk= 380 (V)

Dòng điện định mức phụ Iph= 5 (A)

Dòng điện ngắt Ingắt= 4Iđm

Dòng điện đóng Iđóng= 4Iđm

Tuổi thọ N=105 làm việc liên tục, cách điện cấp A

Số lợng tiếp điểm: 3 tiếp điểm chính thờng mở

2 tiếp điểm phụ thờng đóng

2 tiếp điểm phụ thờng mở

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Kem theo b¶n thuyÕt minh gåm c¸c b¶n vÏ sau:

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Sinh viªn thiÕt kÕ.

Phần i: phân tích phơng án- chọn kết cấu thiết

kế.

a.KHáI NIệM CHUNG.

I.khái niệm về công tắc tơ:

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thờng xuyên các mạch

điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động

Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể đợc thực hiện bằng điện từ, thủy lực hay khí nén Trong đó công tắc tơ điện từ đợc sử dụng nhiều hơn cả

II.phân loai:

1 Theo nguyên lý truyền động ngời ta chia công tắc tơ thành các loạisau:

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén

+ Công tắc tơ không tiếp điểm

2 Theo dạng dòng điện trong mạch:

+ Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều

+ Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều

Ngoài ra trên thực tế còn có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, nhng nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều

III các yêu cầu đối với công tắc tơ:

Công tắc tơ phải đóng dứt khoát, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt nghĩa là nhiệt độ phát nóng của công tắc tơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ phát nóng cho phép: θ≤[θcp]

Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thờng phải đảm bảo lúc điện áp bằng 85% Ucd thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110% Ucd thì cuộn dây không nóng quá trị số cho phép và công tắc tơ vẫn làm việc bình thờng

Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động đợc xác định bằng số lần

đóng ngắt tối thiểu mà sau đó cần thay thế hoặc sửa chữr các tiếp điểm bị ăn mòn khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm

Đảm bảo độ mòn về điện đối với công tắc tơ tiếp điểm, trong ngày nay những loại công tắc tơ hiện đại độ mòn về điện từ (2ữ3).106 lần đóng ngắt

Đảm bảo độ bền về cơ: độ mòn về cơ đợc xác định bằng số lần đóng ngắt tối đa mà chr đòi hỏi phải thay thế hoặc sửa chữ các chi tiết khi không có dòng điện tiếp điểm Ngày nay các công tắc tơ hiện đại độ bền cơ khí đạt 2.107 lần đóng ngắt

iv.cấu tạo của công tắc tơ:

Công tắc tơ điện từ bao gồm những thành phần chính sau:

Hệ thống mạch vòng dẫn điện

Cơ cấu điện từ

Hệ thống dập hồ quang

Hệ thống phản lực

v.nguyên lý hoạt động của công tắc tơ:

Khi đa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông

Φ và sinh ra lực hút điện từ Fđt Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh Các tiếp điểm thờng

mở của công tắc tơ đợc đóng lại Mạch điện thông

Khi ngắt dòng điện của cuộn dây nam châm thì lực hút điện từ Fđt=0 dới tác dụng của hệ thống lò xo sẽ đẩy phần động trở về vị trí ban đầu Các tiếp

điểm của công tắc tơ mở, hồ quang phát sinh ở tiếp điểm chính sẽ đợc dập tắt trong buồng dập hồ quang Mạch điện ngắt

b phân tích phơng án chọn kết cấu:

Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết kế Ta tiến hành khảo sát một số loại công tắc tơ của một số nớc

đang sử dụng ở Việt Nam:

+ Công tắc tơ của Việt Nam

+ Công tắc tơ của Liên xô

+ Công tắc tơ của Nhật.

+ Công tắc tơ của Hàn Quốc

+ Công tắc tơ của Trung Quốc

Sau khi tham khảo về cơ bản công tắc tơ của các nớc đều giống nhau Từ đó

em có nhận xét sau:

I Mạch từ:

Trong tất cả các loại công tắc tơ của các nớc nói trên ngời ta đều sử dụng mạch từ chữ ш có cuộn dây đợc đặt ở giữa, trên hai cực từ ngời ta đặt vòng chống rung

Loại này có u điểm: Lực hút điện từ lớn và đợc phân bố đều nên làm việc chắc chắn và tin cậy

Các loại kiểu hút trong mạch từ: có 2 loại

1 Hút thẳng:

Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thớc của công tắc tơ nhỏ và gọn Từ thông rò không đổi khi chuyển động, lực hút điện

từ lớn

Nhợc điểm: không sử dụng đợc với dòng điện lớn vì độ mở của tiếp

điểm bằng độ mở của nam châm điện Nên nếu dùng cho dòng điện lớn thì độ

mở của tiếp điểm lớn dẫn đến nam châm điện hóa Khi đó kích thớc của công tắc tơ sẽ lớn dẫn đến hay bị rung động

II Tiếp điểm:

Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu một pha hai chỗ ngắt

Kiểu này có u điểm: vì ta chọn nh vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là hai nên có khả năng ngắt nhanh, chịu đợc và dễ dập hồ quang Đồng thời giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thớc của công tắc tơ (nh hình vẽ)

Iii Buồng dập hồ quang:

Buồng dập có tác dụng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo khả năng đóng và ngắt: nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng

điện ngắt ở điều kiện cho trớc

+ Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ Nếu không có thể chọc thủng cách điện trong buồng dập hồ quang

+ Hạn chế ánh sáng và âm thanh

Do tác dụng của hồ quang là rất nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp nhanh chóng dập hồ quang

Đối với công tắc tơ xoay chiều có hai phơng án dập hồ quang chủ yếu là:

+ Dùng cuộn thổi từ có buồng dập là khe hở hẹp

đảm bảo khi làm việc

iV Nam châm điện:

Nam châm điện có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến tính năng làm việc và kích thớc của toàn bộ công tắc tơ.

Nam châm điện dạng chữ ш hút chập từ thông không rò Có từ thông không

đổi trong quá trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở không khí lớn, lực hút

điện từ lớn đặc tính của lực hút điện từ gần với đặc tính cơ phản lực của loại công tắc tơ xoay chiều Sử dụng kiểu này ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu hai chỗ ngắt

Trên thực tế và theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dòng định mức Iđm<100 (A) ngời ta thờng chọn mạch từ có dạng chữ ш kiểu hút thẳng có

đặc tính hút gần với đặc tính phản lực đồng thời đơn giản hơn trong quá trình tính toán và chế tạo

Tiếp điểm: một pha hai chỗ ngắt

Buồng dập hồ quang: kiểu dàn dập

Điện áp định mức.

Môi trờng làm việc

Quá trình dập tắt hồ quang

Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phơng pháp sau:

+ Theo độ bền làm việc pha

+ Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với đất

+ Theo chế độ bền điện ngay trong nội tại của công tắc tơ đối với các phần tử mang điện

Nếu ta chọn khoảng cách quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu chọn khoảng cách lớn sẽ tăng kích thớc công tắc tơ

Đối với các pha với nhau điện áp lớn hơn điện áp giữa các pha phần tử mang điện đối với đất, hơn nữa vỏ của các công tắc tơ đợc làm bằng nhựa cứng, do đó cách điện với đất tốt, làm việc hoàn toàn an toàn.

Do đó cách điện giữa các pha trong công tắc tơ là quan trọng nhất, vì vậy

ta phải xác định khoảng cách này

Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phơng pháp (độ bền điện giữa các pha) nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn đến hai phơng pháp kia cũng

đảm bào an toàn khi làm việc

Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng quyển1 với:

Phần II: Thiết kế tính toán mạch vòng dẫn điện.

Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ bao gồm: Thanh dẫn, hệ thống tiếp

điểm và các đầu nối

Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện:

+ Đảm bảo độ bền cơ, độ bền động và độ bền nhiệt

+ Khi làm việc ở chế độ dài hạn với Iđm nhiệt độ phát nóng cho phép của mạch vòng không vợt quá nhiệt độ cho phép Khi làm việc ở chế độ ngắn mạch trong khoảng thời gian cho phép, mạch vòng phải chịu đợc lực điện động do vòng ngắn mạch gây ra mà các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại +Trong quá trình đóng ngắt mạch điện thờng xuyên cũng nh có sự cố, xuất hiện sự va đập cơ khí và rung động Mạch vòng dẫn điện phải đảm bảo độ bền vững hoạt động tin cậy và đảm bảo tuổi thọ

Khi thiết kế mạch vòng dẫn điện phải có điện trở nhỏ nhất, để giảm tối thiểu tổn hao công suất trên nó và dẫn điện tốt

Mạch vòng dẫn điện trong công tắc tơ cần thiết kế bao gồm hai mạch vòng riêng biệt:

Mạch vòng dẫn điện chính

Mạch vòng dẫn điện phụ

A mạch vòng dẫn điện chính:

Để thanh động dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ ta chọn vật liệu có

điện trở suất càng nhỏ càng tốt và có độ bền cơ cao

Theo bảng (2 – 13)- quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là đông kéo nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI – TB có các thông số kỹ thuật sau:

τôđ = [θ] – θmôi trờng: Độ tăng nhiệt độ ổn định.

Với [θ] = 95oC : Nhiệt độ phát nóng cho phép của của thanh dẫn

θmôi trờng = 40oC: Nhiệt độ môi trơng

b = =1,45(mm).

55.10.6)

1+6(.6.2

04,1.10.023,0.60

3 2

-

Vậy kích thớc của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đờng kính của tiếp điểm Theo bảng (2 - 15)– quyển 1: Với Iđm = 60 (A) ta có

dtđ = (16 ữ 20) (mm) : đờng kính tiếp điểm

htđ = (1,4 ữ2,5) (mm): chiều cao tiếp điểm

Chọn đờng kính tiếp điểm: dtđ = 14 (mm)

Nên chiều dài thanh dẫn a = 14+ (1ữ2)

Vậy ta chọn kích thớc của thanh dẫn động nh sau:

a= 16 (mm)

b= 1,5 (mm)

3 Kiểm nghiệm lại thanh dẫn.

3.1 Tính toán kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

a Mật độ dòng điện dài hạn:

Jtđ = (A/mm2)

Trong đó:

I = Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức

S = Stđ = a b = 1,5 16= 24 (mm2): Tiết diện thanh dẫn

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn:

Jtđ =

24

60

= 2,5 (A/mm2)

k)

.+1( I

mt td

f td o

2 m

đ

θ-θ

θαρ

θtđ = IS.P.ρ.k.k-I+S..ρP.k.k.θ.α

f o

2 m

đ T

mt T f

o

2 m

θmt = 40 (oC): Nhiệt độ môi trờng

ρ0 - Điện trở suất vật liệu ở 00C

Ta có : ρ20 = ρ0 (1 + α20)

Mà ρ0 =

20.+

10.01741,

40.10.6.35.24+04,1.10.016,0.60

3 2

6

6 3

2

-

-

θtđ = 54,1 (oC)

Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : θtđ < [θcp] = 95oC là thích hợp

3.2 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn hạn:

Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các thời gian ngắn mạch khác nhau

Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có:

Jnm2 tnm = Anm – Ađ

Jnm = (A/mm2)

Trong đó:

tnm = tbn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt.

Abn, Ađ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ

I.2 tính toán thanh dẫn tĩnh:

Khi làm việc thanh dẫn tĩnh cũng chịu một dòng điện nh thanh dẫn

động Nh ta đã nói ở trên còn cần phải có độ bền về cơ để gia công lỗ sắt vít

đầu nối và chịu va đập cơ khí khi đóng ngắt mạch điện

Vì vậy ta chọn kích thớc thanh dẫn tĩnh lớn hơn kích thớc thanh dẫn động

Đầu nối dùng để nối dây dẫn mạch ngoài với thanh dẫn tĩnh Nó là một phần tử quan trọng trong hệ thống mạch vòng Nếu không đảm bảo rất dễ bị

h hỏng trong quá trình vận hành

ii.1 yêu cầu đối với đầu nối:

Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức không vợt quá trị số cho phép Do đó mối nối phải có kích thớc và lực ép tiếp xúc (Ftx) đủ để điện trở tiếp xúc (Rtx) không lớn ít tổn hao công suất

Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ, bền điện và độ bền nhiệt khi dòng ngắn mạch chạy qua

Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lợng tổn hao và nhiệt độ phát nóng phải

ổn định khi công tắc tơ vận hành

ii.2 chọn dạnh kết cấu mối nối:

Căn cứ vào ứng dụng của công tắc tơ với dòng định mức Iđm= 60(A)

ta chọn kiểu mối nối tháo rời ren sử dụng vít M6x15 tra bảng(2-3)- quyển 1 và kiểu mối nối nh hình sau:

Trong đó: 1: Vít M6x15

2: Long đen

3: Thanh dẫn đầu ra

4: Thanh dẫn tĩnh

ii.3 tính toán đầu nối:

1 Diện tích bề mặt tiếp xúc đợc xác định theo công thức:

Stx = (mm2)

Theo kinh nghiệm thiết kế và tham khảo tài liệu hớng dẫn với dòng điện định mức Iđm = 60 (A) đối với thanh dẫn bằng đồng mật độ dòng điện có thể lấy bằng 0,31 (A/mm2) tại chỗ tiếp xúc với dòng xoay chiều có tần số 50 Hz

Vậy Stx =

31,0

60 = 193,5 (mm2)

2 Lực ép tiếp xúc đợc tính theo công thức:

Ftx = ftx.Stx (kg)

Trong đó: Stx= 193,5 (mm2): Diện tích tiếp xúc

ftx: Lực ép tiếp xúc riêng trên mối nối thanh đồng

Theo quyển 1- trang 33 ta có : ftx = (100ữ150) (kg/cm2)

Rtx =

tx

k0,102.F (Ω)Trong đó:

ktx : hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu

Theo trang 59-quyển 1 ta có: ktx= (0,09ữ0,14).10-3 (Ωkg)

m : là hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc

Vì hai thanh dẫn ghép có vít, cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt nên theo trang 59 – quyển 1 ta có : m = 1

Nên điện trở tiếp xúc :

Rtx =

[ 0,102.222,5]

10.12,

Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt mạch điện Vì vậy kết cấu và thông số của tiếp điểm có ảnh hởng đến kết cấu và kích thớc toàn bộ công tắc tơ, tuổi thọ của công tắc tơ

iii.1 yêu cầu của tiếp điểm :

Khi công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép

Với dòng điện lớn cho phép tiếp điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt và độ bền điện động

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

iii.2 chọn kết cấu và vật liệu tiếp điểm :

Qua tham khảo tài liệu và với dòng điện định mức Iđm= 60 (A) ta chọn dạng kết cấu tiếp điểm là : tiếp xúc điểm kiểu trụ cầu- trụ cầu ( theo trang 37- quyển 1)

Vật liệu tiếp điểm cần có độ bền cơ cao dẫn điện và dẫn nhiệt tốt với dòng Iđm= 60 (A ) theo bảng (2-13)- quyển 1 : Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm

là kim loại gốm : Ag-Niken than chì

Kết cấu của tiếp điểm nh đã nói ở trên có hình dạng trụ cầu Kích

thớc ta chọn phù thuộc giá trị định mức, kết cấu tiếp điểm và số lần đóng ngắt.Theo bảng (2-15)- quyển 1 với dòng Iđm= 60 (A) ta có:

bt= 2,5 (mm).

2 Lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:

Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độ dài han Trong chế độ ngắn mạch dòng điện lớn lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính do hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và rung

Lực ép tiếp điểm đợc xác định theo công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm

1

.16

H A.I

2 tx td 2

B 2

λ

π

Mà Ftđ = n Ftđ1

Với n là số điểm tiếp xúc

Theo trang 53- quyển 1 ta có n=1 vì tiếp điểm động và tiếp điểm chính có dạng trụ cầu nên tiếp xúc ở đây là tiếp xúc điểm Nên lực ép tiếp điểm:

68,332

68,327(arccos[

1

)325,0(.16

75.14,3.10.3,2

So sánh hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm: khi dòng điện nhỏ cần có

dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định điện

động và ổn định nhiệt của tiếp điểm Vì vậy ta chọn lực tiếp điểm Ftđ = 6(N)

Trong đó: ktx: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu

Theo trang 56- quyển 1 ta có: ktx= (0,2ữ0,3) 10-3

,

0

[

10

25

,

= 0,32 10-3 (Ω)

Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta chọn: Rtx = 0,32 10-3 (Ω)

4 Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp xúc:

Theo công thức (2 – 27)– quyển 1 ta có:

.I

T

đ t

2 m

đ T

2 m

đ mt

θmt = 40 (oC): nhiệt độ môi trờng

ρθ = ρ95 = 0,05 10-3 (Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định

P(mm): chu vi tiếp điểm

Ptđ = π.d = 3,14 14 = 43,96 (mm)

Rtđ : điện trở tiếp điểm

Rtđ = 2ρ0

đ t

2.10.05,0

= 1,3 10-6 (Ω) Vậy nhiệt độ tiếp điểm :

=10.6.86,153.96,43.325,0.2

10.3,1.60+

10.6.96,43.86,153

10.05,0.60+

40

6

6 2

6

3 2

đ

-

đ

đ t

θ

ρλθ

Trong đó : θtđ = 44,47 (oC): nhiệt độ tiếp điểm

)10.32,0(.60+47,

3

2 3 2

-

-Vậy ta so sánh nhiệt độ tiếp xúc θtx<[θcp] = 180 0C là phù hợp

7 Dòng điện hàn dính tiếp điểm:

Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực

điện động lớn Rtx tăng lên Tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng lên

Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn dính

+ Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính

Trong đó: fnc: hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc Theo trang 66 quyển 1 ta có: fnc = (2 ữ 4)

2+1.(

.H

)3

1+1( 32

nc 0

B

nc nc

θαρ

π

αθθ

λ

Trong đó: α = 3,5 10-3(1/oC): hệ số nhiệt điện trở

HB = 75 (kg /mm2): độ cứng Briven

λ = 0,325 (W/mmoC): hệ số truyền nhiệt

θnc= 3403 (oC): nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm

ρ0: điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 0 0C

mà ta có: ρ0 = = 0,037.10 ( mm).

20.10.5,3+1

10.4

=20.+1

3 5

-Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm:

1503

=)3403.10.5,3.3

2+1(.0037,0.75.14,3

)3403.10.5,3.3

1+1(.3403.325,0

-Vậy ta có dòng điện hàn dính:

Ihd = 1503 3 0,6= 2016 (A)

Nh thiết kế ban đầu: Ing.m =Iđm = 10 60 = 600 (A)

Vậy Ingm << Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính

19)-Ftđ = 0,6 (kg): lực ép tiếp điểm.

Vậy ta có dòng hàn dính: Ihd = 1000 0 = 775 (A).,6

Nh thiết kế ban đầu ta có: Ingm = 10 Iđm = 10 60 = 600 (A)

Vậy Ingm < Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính

iv độ mở độ lún tiếp điểm:

Theo trang 41 – quyển 1 ta có: m= 6ữ12 (mm)

Ta chọn độ mở của tiếp điểm m = 6 (mm)

l = A + B Iđm

Trong đó:

A = 1,5 (mm)

B = 0.,02 (mm/A)

Vậy l = 1,5 + 0,02 60 = 2,7 (mm) Chọn độ lún của tiếp điểm l= 3 (mm)

V độ rung của tiếp điểm:

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung ra lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra hiện tợng rung của tiếp điểm.Khi ngắt cũng xảy hiện tợng rung tiếp điểm

Quá trình rung đớc đánh giá trị số rung của biên độ lớn nhát của lần va

đập đầu tiên Xm và thời gian rung tơng ứng là tm

1 Xác định trị số biên độ rung:

Theo công thức (2 – 39) ta có biên độ rung của một cặp tiếp điểm

đ t

v

đ

đ m

F.2

)k1(.v.m

6,

)9,01(.1,0.0061,0

=

X

2 m

-Công thức trên xác định biên độ rung của một cặp tiếp điểm Vì ở đây

ta thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha có 3 cặp tiếp điểm thờng mở nên ta

có biên độ rung:

)

mm(028,0

=36

,0.2.3

)9,01(.1,0.0061,0

=

X

2 m

-2 Xác định thời gian rung tiếp điểm:

Theo công thức (2-40)- quyển 1 ta có thời gian rung của một cặp tiếp

,0

9,01.1,0.0061,0.2

=)s(10.0036,0

=36

,0.3

9,01.1,0.0061,0.2

VI. sự ăn mòn của tiếp điểm:

Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng ngắt mạch điện

Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn tiếp điểm là ăn mòn về hóa học, ăn mòn về

điện và ăn mòn về cơ Nhng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn là do quá trình mòn

Môi trờng làm việc

Do kết cấu của công tắc tơ: Thời gian đóng và ngắt

Độ rung của tiếp điểm

Vật liệu tiếp điểm

Kết cấu của dạng tiếp điểm

Cờng độ từ trờng giữa hai tiếp điểm.

Tốc độ chuyển động của tiếp điểm động

2 Tính toán độ mòn của tiếp điểm:

(gđ + gng): khối lợng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt

Iđ = 4 Iđm= 4 60 = 240 (A): dòng điện khi đóng

Ing= 4 Ing= 4 60 = 240 (A): dòng điện khi ngắt

Vậy sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm mòn: m = 1,28 (g)

Khối lợng tiếp điểm: gtđ = vtđ γ

Trong đó: γ = 8,7 ( g/cm3): khối lợng riêng của vật liệu làm tiếp điểm

vtđ = vtđđ+ vtđt (cm3): thể tích của tiếp điểm

=03,7

28,1

=100

Giảm thời gian cháy của hồ quang

Giảm thời gian rung của tiếp điểm

b Mạch vòng dẫn điện phụ:

Mạch vòng dẫn điện phụ gồm thanh dẫn, đầu nối và tiếp điểm Quá trình tính toán mạch vòng dẫn điện phụ cũng giống nh mạch vòng dẫn điện chính

2 Tính toán thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:

Xác định kích thớc của thanh dẫn theo công thức (2-6)- quyển 1ta có:

3

đ T f 2

.k)

1+n(n.2

k I

04,1.10.0023,0.53

=

3 2

-

Vậy kích thớc của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đờng kính của tiếp điểm Theo bảng (2 - 15)- quyển 1 với dòng điện định mức Iđm= 5(A) ta có:

d = 2ữ4 (mm): đờng kính tiếp điểm

h = 0,3ữ1(mm): chiều cao tiếp điểm

Ta chọn đờng kính của tiếp điểm động: d = 4 (mm)

Vậy ta chọn kích thớc của thanh dẫn động: a = 5 (mm)

b = 0,5 (mm)

3 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn:

3.1.Tính kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

a.Tính mật độ dòng điện dài hạn:

Trong đó: I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ

S = Std = a b = 5 0,5 = 2,5 (mm2): tiết diện thanh dẫn

Vậy mật độ dòng điện dài hạn:

=5,2

5

=

So sánh mật độ dòng điện cho phép là: [Jcp] < 4 (A/ mm2)là phù hợp

b Tính nhiệt độ phát nóng thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

Theo công thức: (2 - 4)- quyển 1 ta có:

S.P =

)(

.k

k)

.+1( I

mt

f td o

2 m

đ

θ-θ

θαρ

td

θtd = IS..Pρ.k.k-I+S..ρP..kk..θα

f o

2 m

đ T

mt T f

o

2 m

θmt = 40 (oC): Nhiệt độ môi trờng

ρ0 - Điện trở suất vật liệu ở 00C

Ta có : ρ20 = ρ0 (1 + α20)

Mà ρ0 =

20.+

10.01741,

40.10.6.11.5,2+04,1.10.016,0.5

3 2

6

6 3

2

-

-

o C)

θtd = 43,27 (oC)

Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : θtđ < [θcp] = 95oC là thích hợp

3.2 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn hạn:

Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các khoảng thời gian khác nhau

Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có:

Jnm2 tnm = Anm – Ađ

Jnm = (A/mm2).

Trong đó:

Jnm = Jbn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt

tnm = tbn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt

Abn, Ađ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ

Vì thanh dẫn tĩnh còn cần phải có độ bền cơ để gia công lỗ vít sắt đầu nối và còn chịu va đập khi đóng ngắt mạch điện.

Nên ta chọn kích thớc thanh dẫn lớn hơn một chút so với thanh dẫn động.Vì vậy ta chọn kích thớc thanh dẫn tĩnh nh sau:

=5

5

=S

I

=

Trong đó: I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ

S = a b = 5 1 = 5 (mm2): tiết diện thanh dẫn

So sánh với mật độ dòng cho phép: [Jcp] < 4 (A/mm2) là phù hợp

II tính toán đầu nối:

1 Chọn dạng mối nối:

Theo yêu cầu của đầu nối và hình (2-2)- quyển 1 ta chọn kiểu mối nối tháo rời ren vít, sử dụng vít

Theo bảng (2-9)- quyển 1 ta chọn vít loại M3x10

2 Tính toán vít đầu nối:

+ Diện tích bề mặt tiếp xúc xác định theo công thức:

)

mm(J

I

=

tx

Trong đó: Iđmp = 5 (A): dòng điện chạy qua đầu nối

Theo kinh nghiệm thiết kế và theo trang 31- quyển 1với điện xoay chiều f=50 (Hz) và Ipđm=5 (A) đối với thanh dẫn động mật độ dòng điện có thể lấy:

J = 0,31 (A/mm2)

Ta có diện tích bề mặt tiếp xúc:

)

mm(13,16

=31,0

m: hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc.

Vì 2 thanh dẫn ghép có vít cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt Vậy theo trang 59 - quyển 1 ta có: m = 1

Nên ta có điện trở tiếp xúc:

10.12,0

Iii Tính toán tiếp điểm:

III.1 Chọn kết cấu và vật liệu tiếp điểm:

Với dòng Iđm = 5 (A) ta chọn tiếp điểm động hình trụ cầu, tiếp điểm tĩnh hình trụ cầu Tiếp xúc là tiếp xúc điểm

Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là Bạc kéo nguội kí hiệu là: Ag- CP999

Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có các thông số kỹ thuật:

γ = 10,5 (g/cm3) Khối lợng riêng

θnc= 961 (0C) Nhiệt độ nóng chảy

ρ20 =1,59 10-3 (Ωm) Điện tử suất ở 200C

Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có với Iđm = 5 (A)

d = 2 ữ 4 (mm) : đờng kính tiếp điểm

h = 0,6ữ1,2 (mm) : chiều cao tiếp điểm

Chọn kích thớc tiếp điểm tĩnh giống nh tiếp điểm động Vậy ta chọn kích thớc của tiếp điểm là:

2 Tính lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:

Lực ép của tiếp điểm đợc xác định theo công thức lý thuyết và theo công thức thực nghiệm

1

.16

H A.I

2 tx td 2

B 2

Ttd: là nhiệt độ thanh dẫn xa nơi tiếp xúc.

Ttd = θtd + 273 = 43,27+273 =316,27 (0K)

Ttx = Ttd + ∆T : nhiệt độ nơi tiếp xúc

∆T = 5ữ10 (0K):độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và nơi xa tiếp xúc.Chọn ∆T = 5 (0K)

Ttx = 5+ 316,27 = 321,27 (0K)

Nên ta có lực ép tại 1 điểm tiếp xúc:

8 2

)]

27,321

27,316(arccos[

1

)416,0(.16

45.14,3.10.3,2

= 0,0003(kg)

Ftd = 0,0003 (KG) = 0,003 (N)

Vậy lực ép tiếp điểm theo công thức lý thuyết: Ftđ = Ftđ1 = 0,003 (N)

b Tính theo công thức kinh nghiệm:

Vậy lực ép tiếp điểm: Ftđ = 8 5 = 40 (G) = 0,04 (KG) = 0,4 (N)

So sánh 2 kết quả tính theo lý thuyết và thực nghiệm Khi dòng điện nhỏ cần có dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn

định điện động và ổn định nhiệt của tiếp điểm Vì vậy dể cho tiếp điểm làm việc tốt ta chọn Ftđ = 0,4 (N)

Trong đó: ρθ: điện trở suất của tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định.

ρθ = ρ20 [1 + α (95 - 20)]

= 0,0159 10-3 [1+0,004 (95 - 20)] = 0,02 10-3 (Ωmm)

Rtx =

4,0

45.14,3.2

10.02,

Trong đó: Ftđ = 0,04 (KG) = 0,4 (N): lực ép tiếp điểm

=

5 , 0

3

-Để thoả mãn tính điện áp rơi ta chọn Rtx = 2,97.10-3 (Ω)

4.Tính theo điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc:

So sánh với điện áp rơi cho phép [Utx] =2ữ30 (mV) là thích hợp

5 Tinh nhiệt độ tiếp điểm:

Theo công thức (2 – 11)– quyển 1:

K.S.P

R.I+K.P.S

.I

T

đ t

2 m

đ T

2 m

đ mt

ρθ = 0,02 10-3 (Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở nhiệt

P (mm): chu vi tiếp điểm

Ptđ = π.d = 3,14 4 = 12,56 (mm)

Rtđ : điện trở tiếp điểm

Rtđ = 2ρ0

đ t

2,1.10.02,0

= 4.10-6 (Ω) Vậy nhiệt độ tiếp điểm :

.C93,40

=10.6.56,12.56,12.416,0.2

10.4.5+

10.6.56,12.56,12

10.02,0.5+

40

6

6 2

6

3 2

đ

-

R.I

2 m

đ

đ t

θ

ρλθ

Trong đó : θtđ = 40,93 (oC): nhiệt độ tiếp điểm