PHẦN 3: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KCĐ CHƯƠNG 13: TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

4/13/2015 TRNG I HC BCH KHOA H NI VIN IN B mụn Thit b in - in t THIT K KH C IN Ging viờn: ng Chớ Dng Email: dung.dangchi@hust.edu.vn in thoi: 0903178663 PHN 3: Lí THUYT THIT K KC CHNG 13: TNH TON MCH VềNG DN IN 4/13/2015 NI DUNG Cu to, c im ca mch vũng dn in; Thanh dn v cỏc ch lm vic tng ng; u ni; Tip im: 4.1 m, lỳn, kớch thc tip im; 4.2 in tr tip xỳc, nhit tip im; 4.3 S rung, s hn dớnh tip im; 4.4 S n mũn tip im; 4.5 Lũ xo tip im I CU TO, C IM CA MCH VềNG DN IN - Mch vũng dn in gm dn, dõy ni mm, u ni, h thng tip im (giỏ tip im, tip im ng, tip im tnh), cun dõy dũng in (nu cú, k c cun dõy thi t dp h quang) 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC C bn v tớnh toỏn dn: Cỏc thụng s ban u cn cú: - Dũng in lm vic nh mc qua dn Im (A) - Vt liu s dng ch to dn (vớ d: ng , ) v cỏc thụng s liờn quan n vt liu (in tr sut, nhit lm vic chu ng, nhit núng chy, t trng, dn nhit,) - Chỳ ý n iu kin lm mỏt ca dn (loi dn trn hay cú bc cỏch in; lm mỏt t nhiờn hay cng bc) xỏc nh chớnh xỏc h s ta nhit b mt KT II THANH DN V CC CH LM VIC Cỏc tớnh toỏn c bn ca dn gm: - Xỏc nh tit din S (S = a x b) v chiu di l ca dn ng v dn tnh ch lm vic di hn v cỏc ch lm vic khỏc b a l - Tớnh toỏn kim nghim tit din S ch lm vic di hn, ngn mch v ch ng (i vi cỏc khớ c in iu khin m mỏy) 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC Chỳ ý: - Khi tớnh toỏn dn ng cn chỳ ý: trờn dn ng cũn c gn tip im úng ct nờn cn phi hp chn la kớch thc cho phự hp - i vi dn tnh tớnh toỏn kớch thc (a, b) cn chn ln hn dn ng ỏp ng: + Lm c chn lc cho dn, tip im ng; + Bt tip im tnh; + Khoan l, tarụ bt vớt, bulụng II THANH DN V CC CH LM VIC Tớnh toỏn dn ng: a Xỏc nh tit din dn ch lm vic di hn: Da vo bng s tra kớch thc dn tit din ca nú khụng thay i theo chiu di Trong cỏc Bng 2-1 n 2-6 cho cỏc tr s ca dũng in v cỏc tit din tng ng vi cỏc loi vt liu khỏc lm vic ch di hn 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC a Xỏc nh tit din dn ch lm vic di hn: Tit din S v chu vi p ca dn c xỏc nh theo biu thc: S p I K f KT od I o (1 od ).K f KT ( od mt ) Vi tit din S = a.b v chu vi p = 2(a+b), ta cú th xỏc nh c b rng a v b dy b ca dn: I K f b3 2n (n 1).K T od n a b II THANH DN V CC CH LM VIC a Xỏc nh tit din dn ch lm vic di hn: Tit din S v ng kớnh d ca cỏc chi tit hỡnh trũn c xỏc nh theo biu thc: d I K f d K T od d3 4I K f K T od Sau tớnh toỏn xong cỏc kớch thc dn a, b hoc d tra bng tiờu chun chn la cỏc kớch thc theo tiờu chun a , b , hoc d 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC Tớnh toỏn kim nghim: t cỏc biu thc trờn cú th xỏc nh nhit ụ, chờnh lch nhit ụ v tr s ca dũng in cho phộp Icp tng nhit v nhit cho phộp cho Bng 6-1 i vi cỏc dn cú kớch thc khỏc thỡ ta cú th tớnh toỏn nhit phỏt núng cho phộp theo cỏc cụng thc cho Bng 2-7 II THANH DN V CC CH LM VIC Tớnh toỏn kim nghim: Kim tra theo mt dũng in cho phộp [J] (A/mm2) J tt I dm J A / mm2 a ' b ' Kim tra nhit phỏt núng ca dn td td I dm k f S P.kt S P.kt I dm k f 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC b Xỏc nh tit din dn ch lm vic ngn hn, ngn mch Inm: ỏnh giỏ dn ch ny thụng qua mt dũng in bn nhit [Jbn] ti cỏc khong thi gian xỏc nh J nm I nm J bn S Trong ú, mt dũng in ngn mch c tớnh: J nm Anm Ad t nm II THANH DN V CC CH LM VIC J nm Anm Ad t nm + Ad A tng ng vi trng thỏi ban u xy ngn mch, thng c ly vi nhit chu ng ca dn td 0C + Anm A tng ng vi lỳc xy ngn mch, vi dn ng thỡ nhit ngn mch cú th ly nm = 300 0C Tớnh Jnm ti cỏc thi im tnm = 3s, 4s, 10s v thc hin vic so sỏnh vi giỏ tr cho phộp Jcp nu < l t ! 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC Ngoi ra, I2 A t S cú th xỏc nh bng cỏch: + Cỏch 1: thụng qua quan h = f(A) (trang sau) + Cỏch 2: xõy dng bng: 0C 50 200 300 420 550 A A2.s/mm4 II THANH DN V CC CH LM VIC Hỡnh 6-6: ng cong phỏt núng ca vt dn cú dũng ngn mch - ng thau - Nhụm - Bc - ng 4/13/2015 II THANH DN V CC CH LM VIC c Xỏc nh tit din dn ch lm vic ngn hn lp li: Ch ngn hn lp li c c chng bi h s lm vic: B tlv tlv t ng B% tlv t 100 lv 100 tlv t ng tck tck = tlv + tng : thi gian 1chu k lm vic (15; 25; 40; 60%; ) tng nhit cho phộp []cp ch ngn hn lp li ly bng tng nhit cho phộp ch di hn []dh II THANH DN V CC CH LM VIC Tớnh toỏn dn tnh: Thanh dn tnh cn tha cỏc iu kin sau: Cha c tip im tnh; Lm c chn cho hnh trỡnh chuyn ng ca tip im ng (cú th to lc ộp tip im); Khoan l, tarụ bt ren cho phn u ni, chn vi kớch thc ln hn so vi dn ng v chỳ ý nờn chn cựng loi vt liu vi dn ng Khụng cn kim tra li cỏc iu kin di hn, ngn hn, 4/13/2015 III TNH TON U NI Khỏi nim chung u ni tip xỳc l phn t rt quan trng ca khớ c in, nu sai sút s gõy h hng nng hnh, nht l i vi khớ c in cú dũng in ln v in ỏp cao Cú th chia lm loi u ni chớnh KC l: u cc ni vi dõy dn bờn ngoi; u ni cỏc b phn bờn mch vũng dn in III TNH TON U NI Yờu cu: a) Nhit yờu cu cỏc mi ni ch lm vic di hn vi dũng in nh mc khụng c tng quỏ tr s cho phộp mi ni phi cú kớch thc v lc ộp tip xỳc Ftx ln in tr tip xỳc Rtx nh, ớt tn hao cụng sut b) Mi ni tip xỳc cn cú bn c v bn nhit cú dũng ngn mch chy qua c) Lc ộp v in tr tip xỳc, nng lng tn hao v nhit phỏt núng phi n nh khớ c in hnh liờn tc 10 4/13/2015 IV TIP IM Khi in ỏp khong 24 - 28VDC, 220 - 400VAC, dũng in khong vi chc A ti cm nờn chn loi ch ngt vỡ nú cú cỏc u nhc im sau: + u im: Kh nng ngt ln hn nhiu so vi loi mt ch ngt v khụng cn dõy dn mm + Nhc im: lc ộp tip im phi ln hn nờn dn n tng c cu truyn ng Vi dũng in ln khong vi trm A nờn dựng h tip im cú bung dp h quang loi mt ch ngt IV TIP IM Dng b mt tip xỳc cú dng: tip xỳc im, tip xỳc ng, tip xỳc mt Khi chn da vo cỏc yu t sau: a) Tip xỳc im dựng vi dũng in khong vi A n vi chc A khụng cn lc ộp ln, thng dựng cho cỏc rle, tip im ph (tip xỳc mt cu - mt phng) cú kh nng lm sch bi bn ni tip xỳc, thng s dng vt liu tip im bng kim loi khụng b oxy húa (bc) 16 4/13/2015 IV TIP IM b) Tip im ng dựng cho dũng in ln n vi trm A, hoc ln hn thỡ dựng vi tip im ni song song Cựng mt lc ộp tip im loi tip xỳc ng cú in tr hn loi tip xỳc mt 2-3 ln Dng tip xỳc cú kh nng ty sch bi bn li lừm ni tip xỳc c) Tip xỳc mt dựng cho cỏc dũng in ln, cn mt lc ộp tip im ln ni tip xỳc vt liu cú th b bin dng iu kin lm sch b mt tip xỳc khụng tt bng dng tip xỳc ng IV TIP IM Khi chn dng kt cu ca tip im cũn phi lu ý n nhng quan trng sau: Lũ xo xon tr ớt b n mũn v bn hn lũ so tm phng nhng dũng in loi lũ xo tm phng hay c s dng hn nh cỏc loi rle Loi lũ xo khụng cú dũng in chy qua lm vic tin cy hn so vi loi cú dũng in chy qua vỡ cú dũng in nú b phỏt núng v b gi húa, gim tớnh n hi 17 4/13/2015 IV TIP IM Dõy ni mm tip im ng l phn t kộm tin cy vỡ chúng mũn v t , nht l trng hp tn s thao tỏc ln Tip im chp ni di chuyn theo ng thng thng c thit k khụng cú c cu trt Tip im dng chộm cú tớnh cht t lm sch ni h quang chỏy v ni tip xỳc lm vic khỏc nhau, c cu truyn ng sinh lc úng ch cn thng lc ma sỏt trỏnh lc va p ln sinh úng lm hng tip im thng s dng b hoón xung IV TIP IM Tip im kiu i cú n nh in ng ln Dũng in chy qua cỏc nhỏnh song song vi nờn lc ộp tip im tng, cú n nhỏnh thỡ dũng in ln nht mi nhỏnh bng I1 = K*I / n ; K = 1,3 1,5 : h s khụng ng u in tr tip xỳc gõy Tip im ln cú u im l khụng cú dõy dn mm nhng nhc im l khụng t lm sch c 18 4/13/2015 IV TIP IM Tip im chi (cỏc lỏ mng ghộp thnh khi) ớt c s dng so vi cỏc loi khỏc vỡ: - Khi cú dũng in ln i qua cỏc lỏ kim loi b núng lm mt tớnh n hi; - B mt tip xỳc b mũn bi nhng ht kim loi núng chy cú h quang, cỏc lỏ kim loi d b hn dớnh; - Khú m bo c lc ộp tip im cn thit IV TIP IM 4.2 Chn vt liu v kớch thc c bn ca tip im: Dựa vào dòng điện định mức độ chịu mài mòn để chọn vật liệu làm tiếp điểm tra bảng Kớch thc tip im (ng kớnh) ph thuc vo giỏ tr dũng in nh mc Tra bng Im (A) d(mm) h(mm) 10 20 58 0,8 1,6 21 40 12 1,2 2,2 41 63 12 16 1,4 2,5 h d 19 4/13/2015 IV TIP IM Chỳ ý: Tiết diện ngang tiếp điểm lấy lớn tiết diện dẫn để tng độ bền đ chịu mài mòn Bề rộng tiếp điểm tĩnh lấy lớn tiếp điểm động vỡ trỡnh đóng tiếp điểm động b xờ dịch khỏi tiếp điểm tĩnh Nếu kích thc tiếp điểm lớn kích thc dẫn: d > a thỡ phải tng bề rộng dẫn lờn: a = d + (mm) a d a' IV TIP IM 4.3 Chn m, lỳn ca tip im: m m: l khong cỏch gia tip im ng v tip im tnh v trớ ngt ca KC lỳn l: l quóng ng i thờm c ca tip im ng nu khụng cú tip im tnh cn li KC úng 20 4/13/2015 IV TIP IM 4.3.1 m m Xỏc nh m ca tip im cho ngt h quang s b kộo di ti di ti hn v b dp tt m ln h quang d b dp tt nhng hnh trỡnh ca c cu s ln, c cu truyn ng nh nam chõm in s ln khe h khng ch ln Vỡ vy phi chn m cn thit m bo dp tt h quang nhng kớch thc, lng ca c cu truyn ng li t ti u IV TIP IM Theo kinh nghim vi cụng tc t dũng in khong Im = (40 600) A , in ỏp 500V cú th chn m m = (6 12) mm i vi ti cm, cụng tc t in ỏp t (380 500)V khụng th ly m nh hn 8mm Cn phi xỏc nh li chớnh xỏc m sau ta thc hin tớnh toỏn bung dp h quang ( bc sau) 21 4/13/2015 IV TIP IM 4.3.2 lỳn l Cn thit phi cú lỳn ca tip im cú lc ộp tip im vỡ quỏ trỡnh lm vic tip im b n mũn m phi m bo tip xỳc tt Nh vy phi chn lỳn ca tip im l ln hn cao b n mũn hm ca tip im (l > hm) Theo kinh nghim thng chn l = (1,5 2,5) hm IV TIP IM Cú th chn lỳn l theo dũng in nh mc Im qua tip im, vỡ Im ln cn cú lc ộp tip im ln tng lỳn theo cụng thc sau: l = A + B.Im , mm Trong ú: A = 1,5 (mm) ; B = 0,02 (mm/A) ; Im (A) Hoc theo kinh nghim bng sau: Im , A 100 150 300 600 l , mm 2,3 3,5 34 45 56 22 4/13/2015 IV TIP IM 4.4 Tớnh lc ộp tip im ca tip im Ft: Xỏc nh theo phng phỏp v chn giỏ tr ln hn: + PP lý thuyt: Lc nộn ti ch tip xỳc c tớnh: Ftd I dm A. H B T 16.. ar cos Ttx (N ) + PP thc nghim: Lc nộn ti ch tip xỳc c tớnh: Ftd1 f td I dm (G) Trong ú: ft ph thuc vo vt liu: ft = 25 G/A Ftd n.Ftd1 Lc nộn ti nhiu ch tip xỳc: IV TIP IM 4.5 Tớnh lc in tr tip xỳc ca tip im Rtx: Xỏc nh theo phng phỏp v chn giỏ tr ln hn: + PP kinh nghim: Trong ú: Rtx ktx () 0,102Ftd1 m ktx l h s, ph thuc vo loi vt liu m l h s, ph thuc vo kiu tip xỳc + PP lý thuyt: Trong ú: Rtx 20 2.a.n () a Ftd J i H B n l h s, ph thuc vo kiu tip xỳc a l bỏn kớnh tip xỳc 23 4/13/2015 IV TIP IM 4.6 Tớnh nhit phỏt núng ca tip im tx: Ta cú th xỏc nh chờnh nhit ca tip im theo cụng thc sau: Vi: Trong ú: I m Rtx ( C) 8.. 2 I dm I dm Rtd td mt S P.K t .P.S K t tx tx td tx l nhit phỏt núng ti ch tip xỳc td l nhit phỏt núng ca tip im mt l nhit mụi trng lm vic IV TIP IM Thc hin so sỏnh vi trờnh nhit cho phộp, nu tha iu kin sau: tx tx Kt lun: tip im ó tớnh t yờu cu nhit! Hoc so sỏnh gia nhit phỏt núng ca tip im vi nhit húa mm ca vt liu, nu tha iu kin sau: tx hm t yờu cu 24 4/13/2015 IV TIP IM 4.7 Tớnh dũng in hn dớnh tip im: Xỏc nh theo phng phỏp v chn giỏ tr nh hn: + PP lý thuyt 1: + PP lý thuyt 2: I hdhd 4. Ftd A. HB arccos( Ttd Ttd e Ttx Ttd e t1 T t1 T ) 32.. nc (1 nc ) I hdbd f nc Ftd HB (1 nc ) + PP thc nghim: I hdb K hd Ft IV TIP IM Kim tra chng hn dớnh tip im: So sỏnh vi giỏ tr ngn mch lm vic ti a cho phộp l 10.Im ca KC, nu giỏ tr dũng in hn dớnh nh nht tớnh toỏn trờn Ihdbd-MIN ln hn 10.Im t yờu cu Phng phỏp chng hn dớnh tip im: + Tng lc ộp tip im; gim s rung ca tip im quỏ trỡnh úng + Chn kt cu mch vũng dn in cho lc in ng úng F-úng cựng chiu vi lc ộp tip im Ft 25 4/13/2015 IV TIP IM + Thay i dng tip xỳc: tip xỳc im b hn dớnh vi dũng in bộ; tip xỳc ng v mt vi dũng in ln phõn thnh nhiu cp tip im song song + S dng tip im lm bng kim loi khỏc thỡ khú b hn dớnh hn l lm bng cựng mt loi kim loi + mụi trng khụng khớ, cỏc tip im kim loi gm b hn dớnh vi dũng in ln hn so vi cỏc vt liu khỏc IV TIP IM 4.8 S rung ca tip im: ỏnh giỏ s rung ca tip im thng ngi ta xỏc nh theo thụng s: xm biờn rung v tm thi gian rung Vớ d: i vi tip im kiu bc cu, CTT x.chiu: md vd2 (1 KV ) xm 2.Ftdd tm 2.m d v d K Ft Nu rung khụng lm tip im b m v b mũn nhiu thỡ c xem l rung cho phộp v khụng nguy him cỏc KC khỏc Vớ d CTT, rung c coi l khụng ln, nu tng thi gian rung: t 0,3ms 26 4/13/2015 IV TIP IM gim rung, ta cú th thc hin mt s cỏc bin phỏp sau: Tng lc ộp tip im ti thi im va p v tng cng J ca lũ xo ộp tip im Gim tc chuyn ng, lng ca phn ng v mụmen quỏn tớnh ca phn ng KC ti thi im va p Gim lc tỏc ng lờn phn ng (Ti u NC) Ngoi cỏc bin phỏp trờn cũn cú th s dng lũ xo hoón xung hp th nng lng chuyn ng ca cỏc phn ng sau thi im va p IV TIP IM 4.9 S mũn ca tip im v khc phc: Tip im ca KC b mũn l do: Mũn c hc: ma sỏt, va p quỏ trỡnh úng Mũn húa hc: cỏc tỏc nhõn mụi trng lm vic xung quanh tỏc ng lờn tip im Mũn v in: ch yu h quang in phỏt sinh quỏ trỡnh ct lm bc hi kim loi ca tip im Ngoi ra, mũn tip im cũn cỏc yu t khỏc na nh loi dũng in, loi ti, thi gian rung, biờn rung, 27 4/13/2015 IV TIP IM chu mũn th hin qua thi gian s dng tng ng vi s ln úng, ct N: N Vm Vm Vd Vng g d g ng Hoc qua lng mũn úng, ngt: gd gng 109.( Kd I d2 Kng I ng2 ).Kkd Sau tớnh c mũn ca tip im so sỏnh vi cỏc giỏ tr cho phộp v s ln úng, ct hay lng mũn kt lun tip im tớnh chn trờn: Nu thỡ t! IV TIP IM tng chu mũn ca tip im, ta cú th thc hin: Chn vt liu cú kh nng cng vng, chu va p v chu h quang cao: platin, vng, crụm, vụlfram, bc, kim loi gm, Gim thi gian chỏy ca h quang v cu kim loi núng chy gia hai tip im: Tng tc ban u ca tip im quỏ trỡnh ngt; Khi tớnh toỏn bung dp h quang cn chn cng t trng thi t ti u Gim thi gian rung quỏ trỡnh úng ca tip im Cỏc bin phỏp kt cu khỏc 28 4/13/2015 V Lề XO Trong nhiu kiu lũxo, kiu xon hỡnh tr v kiu tm (kiu lỏ) dp ngui l c s dng rng rói hn c ch to KC V Lề XO Phn ln cỏc lũ xo ny xỏc nh cỏc thụng s c bn ca KC, vỡ vy vic tớnh toỏn chỳng cn chớnh xỏc Cỏc thụng s cn thit ban u tớnh toỏn lũ xo l: Lc cn thit, chiu di chuyn v, loi vt liu lm lũ xo Cỏc thụng s yờu cu tớnh toỏn ca lũ xo l: + Lũ xo tm phng: b dy, b rng v chiu di ca lũ xo + Lũ xo xon tr: ng kớnh dõy, ng kớnh trung bỡnh ca lũ xo, s vũng dõy qun lũ xo 29 4/13/2015 V Lề XO Tớnh toỏn kim tra: + Lũ xo tm phng: Da theo cỏc kớch thc ca lũ xo ó bit, kt hp vi lc yờu cu xỏc nh ln ng sut un thc t, u Tớnh toỏn cho: u [u ] thỡ t + Lũ xo xon tr: Vi cỏc kớch thc v s vũng ó tớnh xỏc nh tr s ng sut xon x cú lc tỏc dng So sỏnh vi tr s ng sut xon cho phộp tho món: x [x ] thỡ t 30