Đồ Án Tốt Nghiệp Rơle Điện Từ Trung Gian Xoay Chiều (Kèm File Autocad)

châm điện, nhờ cơ cấu truyền động mà lực hút đợc truyền đến giá phần động, làm cho giá phần động tịnh tiến trợt theo giá của thanh dẫn hớng và làm các tiếp điểm thờng mở đóng lại và các

Mục lục

Lời nói đầu 4

CHƯƠNG I: 5 GIớI THIệU CHUNG Về RƠLE 5

I Giới thiệu chung về rơ le: 5

1 Cấu tạo của Rơle: 5

2 Phân loại rơle: 5

2 Đặc tính cơ bản và các thông số của rơle: 6

II Giới thiệu chung về rơle điện từ: 8

1 Đặc điểm: 8

2 Cấu tạo chung của rơle điện từ: 9

.9

Hình 2 Các bộ phận chung của rơle điện từ 9

3 Nguyên lý hoạt động: 9

III KHOảNG CáCH CáCH ĐIệN: 10

1.Điện áp định mức theo cách điện: 10

2.Khoảng cách cách điện của các phần tử dẫn điện: 10

IV CáC YÊU CầU KHI THIếT Kế: 11

CHƯƠNG II:12 PHÂN TíCH PHƯƠNG áN Và CHọN DạNG KếT CấU 12

1 Rơle trung gian của Nhật: ORMON - Nhật (240V-5A) 13

2 Rơle trung gian của Liên Xô cũ: 14

14

CHƯƠNG III: 16

Tính toán và kiểm nghiệm mạch vòng dẫn điện 16

I Giới thiệu kết cấu mạch vòng dẫn điện: 16

II Thiết kế tính toán thanh dẫn: 16

1 Các bớc tính toán thanh dẫn: 16

2 Tính toán thanh dẫn động: 17

3 Tính toán thanh dẫn tĩnh: 23

III Thiết kế tính toán tiếp điểm: 23

1 Chức năng của tiếp điểm: 23

2 Yêu cầu với các tiếp điểm: 23

3 Chọn vật liệu làm tiếp điểm: 24

4 Tính lực ép tiếp điểm: 25

5 Xác định điện trở tiếp xúc: 26

6 Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc: 28

7.Kiểm tra nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm: 28

8 Xác định dòng điện hàn dính: 29

9.Tính độ rung tiếp điểm: 31

10 Độ ăn mòn tiếp điểm: 33

11 Độ mở: 34

12 Độ lún: 35

IV Đầu nối: 35

chơng iv: 37 tính và dựng đặc tính cơ 37

i sơ đồ động: 38

ii tính toán lò xo Và TRọNG LƯợNG PHầN ĐộNG: 41

1.Tính trọng lợng của phần động: 41

2 Tính chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm: 41

3 Tính kích thớc lò xo tiếp điểm: 42

4 Tính lò xo nhả: 43

iV đặc tính cơ: 49

Chơng V: 50 Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện 50

I Giới thiệu chung về nam châm điện: 50

II tính toán SƠ Bộ nam châm điện: 51

1 Chọn dạng kết cấu: 51

2 Chọn vật liệu mạch từ: 52

3 Chọn các thông số cờng độ từ cảm,hệ số từ tản và hệ số từ rò: 53

4 Xác định các kích thớc và thông số chủ yếu của nam châm điện: 53

II tính toán KIểM NGHIệM nam châm điện: 59

1 Vẽ sơ đồ thay thế của mạch từ khi nắp mở, với δ≠ 0: 59

2 Tính từ dẫn Gr: 60

3 Xác định từ dẫn của khe hở không khí G: Hình 4.5 62

4 Xác định từ thông và từ cảm ở khe hở tới hạn : 65

5 Xác định thông số cuộn dây: 66

6 Tính toán vòng ngắn mạch: 68

7.Tính toán tổn hao trong lõi thép: 77

Chơng VI: 91 Xây dựng và hoàn thiện kết cấu 91

I MạCH VòNG DẫN ĐIệN: 91

1.Thanh dẫn động: 91

2 Thanh dÉn tÜnh: 91

Ii.TIÕP §IÓM §éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh: 91

Iii vÝt ®Çu nèi: 92

vi lß xo tiÕp ®iÓm vµ lß xo nh¶: 92

1 Lß xo tiÕp ®iÓm: 92

2 Lß xo nh¶: 92

vii nam ch©m ®iÖn: 92

1.M¹ch tõ: 92

2.Cuén d©y: 93

viii vßng ng¾n m¹ch: 93

IX Vá R¥LE TRUNG GIAN: 94

Lời nói đầu

Điện năng là một nguồn năng lợng quan trọng đợc sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Nhu cầu sử dụng điện năng không ngừng gia tăng Ngày nay cần có nhiều thiết bị điện hiện đại hơn, tinh

đại còn đòi hỏi phải có khả năng tự động hoá

Chính vì vai trò cần thiết của khí cụ điện nên việc nghiên cứu các phơng pháp thiết kế, tính toán của khí cụ điện là một nhiệm vụ quan trọng không ngừng đợc hoàn thiện

Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị

Điện - Khoa Điện, sự hớng dẫn tận tình của cô giáo Lu Mỹ Thuận khoảng thời gian 4 tháng em đã tiến hành thiết kế một loại khí cụ điện mà trong các mạch điều khiển không thể thiếu đợc Đó là rơle điện từ trung gian xoay chều

CHƯƠNG I:

GIớI THIệU CHUNG Về RƠLE

I Giới thiệu chung về rơ le:

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 lợng điện và các dạng năng lợng khác

Trong các hệ thống, Rơle có một vị trí rất quan trọng, nó dùng để bảo vệ các thiết bị điện hay điều khiển các quá trình sản xuất

Rơle là loại khí cụ điện tự động mà đặc tính “ vào – ra “ có tính chất sau: tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp ( đột ngột ) khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác

+ Rơle phân cực: rơle điện từ có thêm từ trờng phân cực do nam châm vĩnh cửu tạo ra Vị trí của nắp phụ thuộc vào cực tính của tín hiệu đa vào rơle (còn gọi là rơle cực tính)

+ Rơle từ điện: làm việc dựa trên tác dụng lực của từ trờng do nam châm vĩnh cửu tạo ra lên dòng điện chạy trong cuộn dây làm cuộn dây dịch chuyển.

+ Rơle điện động: dựa trên tác dụng tơng hỗ giữa từ trờng do dòng điện chạy trong cuộn dây sinh ra với dòng điện chạy trong cuộn dây khác làm cuộn dây này dịch chuyển

+ Rơle cảm ứng: dựa trên cơ sở tác dụng tơng hỗ từ trờng của cuộn dây

đứng yên với dòng điện cảm ứng trong phần động, làm phần động dịch chuyển

+ Rơle nhiệt: dựa trên sự co giãn về kích thớc, thể tích, áp suất của các vật liệu khi nhiệt độ của chúng thay đổi

+ Rơle điện tử và bán dẫn

b Theo cơ cấu chấp hành :

+ Rơle có tiếp điểm: rơle cơ

+ Rơle không có tiếp điểm: rơle bán dẫn, rơle điện tử

c Theo chức năng :

+ Rơle bảo vệ

+ Rơle điều khiển

d Theo nguyên lý xử lý tín hiệu :

+ Rơle tơng tự

+ Rơle số

2 Đặc tính cơ bản và các thông số của rơle:

a Đặc tính :

Đờng biểu diễn quan hệ giữa đại lợng vào x và đầu ra y của rơle gọi

là đặc tính “ vào – ra ” và đợc coi là đặc tính cơ bản của rơle Nên đặc tính này còn gọi là đặc tính rơle

Hình 1 Đặc tính làm việc của rơle.

- Khi 0 < x < xtđ : y = ymin : rơle mở

- Khi x = xtđ : y = ymax : rơle tác động

- Khi x > xtđ : y = ymax : rơle đóng

- Khi x > xnhả : y = ymax : rơle đóng

- Khi xnhả = x : y = ymin : rơle nhả

- Khi 0 < x < xnhả : y = ymin : rơle nhả

b Thông số cơ bản của rơle:

+Hệ số nhả:

= nh <

nh td

x

x

xlv : giá trị làm việc dài hạn của đại lợng đầu vào

xtđ : giá trị tác động của đại lợng đầu vào+Hệ số điều khiển:

= dk dk td

PK

P

Pđk : công suất cực đại trên tảI của mạch làm việc

Ptđ : công suất đầu vào cần thiết cho rơle tác động+Thời gian tác động: ttđ

Khoảng thời gian từ thời điểm đặt tín hiệu và x đến thời điểm đại lợng đầu ra y đạt giá trị cực đại

Khoảng thời gian tại thời điểm ngắt tín hiệu vào x cho đến khi

đại lợng ra đạt giá trị 0 hoặc cực tiểu

ttđ : thời gian tác động

tlv : thời gian làm việc (khoảng thời gian từ khi đại lợng ra

đạt giá trị cực đại đến khi đạt cực tiểu hoặc 0)

+ Rơle điện từ cấu tạo đơn giản, lực hút điện từ (Fđt) khá lớn do vậy rơle

điện từ đợc sử dụng rất rộng rãi

+ Rơle điện từ có loại 1 chiều và xoay chiều công suất từ vài wát đến hàng nghìn wát, trong khi đó công suất tiêu thụ khoảng vài chục wát.

+ Thời gian tác động của rơle điện từ trong khoảng 1 – 20ms

+ Rơle điện từ có các loại: Dòng điện, điện áp cực đại và cực tiểu, rơle công suất, rơle tổng trở, tần số, trung gian, tín hiệu

2 Cấu tạo chung của rơle điện từ:

Hình 3 Ký hiệu tiếp điểm thờng mở

*Tiếp điểm thờng đóng khi không có tín hiệu điều khiển, tiếp điểm ở trạng thái đóng ( đợc đóng )

Hình 4 Ký hiệu tiếp điểm thờng đóngKhi đa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện, trong cuộn dây sinh ra một sức từ động F = IW Sức từ động sinh ra từ thông khe hở không khí của nam châm điện φδ, sinh ra lực hút điện từ F đt Khi Fđt > Fcơ sẽ hút nắp nam

châm điện, nhờ cơ cấu truyền động mà lực hút đợc truyền đến giá phần động, làm cho giá phần động tịnh tiến trợt theo giá của thanh dẫn hớng và làm các tiếp điểm thờng mở đóng lại và các tiếp điểm thờng đóng mở ra, đồng thời lò

xo nhả đợc nén lại tạo điều kiện sẵn sàng đẩy nắp nam châm điện về vị trí mở khi cuộn dây nam châm điện không còn dòng điện

Khi ngắt điện trên cuộn dây nam châm điện, lực hút điện từ giảm về 0

Lò xo nhả đẩy giá phần độngtrợt lên phía trên làm nhả nắp của nam châm

điệnvà hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

III KHOảNG CáCH CáCH ĐIệN:

Khoảng cách cách điện trong khí cụ điện đóng vai trò rất quan trọng, nó

ảnh hởng đến kích thớc, độ tin cậy, tuổi thọ, khả năng làm việc của khí cụ

điện

Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: nhiệt độ, áp suất, môi trờng làm việc

1.Điện áp định mức theo cách điện:

Với khí cụ điện điều khiển và phân phối năng lợng hạ áp (Uđm= 220V) tồn tại các tiêu chuẩn, quy định về độ bền cách điện theo điện áp định mức, ở trạng thái khô và sạch của khí cụ điện, nó phải chịu đợc điện áp thử tần số 50Hz, thời gian thử một phút Theo bảng (1-1) của (TL1):

+ Điện áp thử nghiệm ( trị hiệu dụng ): Utn = 2000V

2.Khoảng cách cách điện của các phần tử dẫn điện:

Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao cần khoảng cách cách điện lớn, tuy nhiên nh vậy lại tăng kích thớc và khối lợng của thiết bị Vì vậy nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo qui định của điện lực cho các loại khí cụ

điện hạ áp thông dụng

Hiện nay ở điện áp Uđm= 220V, theo bảng (1-2) của (TL1) ta chọn khí

cụ điện trong mạch điều khiển và tín hiệu, ứng với khoảng cách cách điện giữa các phần tử dẫn điện lcđ = 7mm

Hình 5 Khoảng cách cách điện giữa 2 thanh dẫn

IV CáC YÊU CầU KHI THIếT Kế:

Đối với Rơle trung gian xoay chiều khi thiết kế phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của một sản phẩm công nghiệp hiện đại nh yêu cầu kỹ thuật, về vận hành, về công nghệ chế tạo và về lĩnh vực xã hội, đặc trng của những yêu cầu trên đợc biểu hiện thông qua các qui định chuẩn mực, tiêu chuẩn nhà nớc hoặc của ngành và chúng nằm trong nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

+ Các yêu cầu về kỹ thuật:

- Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của rơle làm việc ở chế

độ định mức và chế độ sự cố

- Đảm bảo 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, lâu dài và trong điều kiện xung quanh (nh ma, bụi, bẩn…) cũng nh khi có quá điện áp nội bộ

- Đảm bảo độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận rơle trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời gian làm việc ở chế độ định mức cũng nh chế độ sự cố

- Khả năng đóng ngắt ở chế độ sự cố và chế độ định mức

- Khi U = 85% Uđm thì lực hút điện từ của nam châm điện phải đảm bảo

đủ để rơle làm việc bình thờng

l cđ

- Khi U = 110% Uđm thì nhiệt độ cuộn dây không đợc quá trị số cho phép.

- Kết cấu phải đơn giản, khối lợng và kích thớc phải nhỏ gọn

+ Các yêu cầu về vận hành:

- Độ tin cậy cao

- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài

- Đơn giản dễ thao tác, dễ thay thế, dễ sửa chữa

- Phí tổn vận hành ít, tiêu tốn ít năng lợng

+ Các yêu cầu về kinh tế xã hội:

- Giá thành hạ

- Kết cấu phải có thẩm mỹ

- Vốn đầu t khi chế tạo, lắp ráp vận hành ít

+ Các yêu cầu về thiết kế công nghệ: Trong quá trình thiết kế công nghệ phảI dựa vào những hớng dẫn, qui định của bản thiết kế kỹ thuật đã đợc thông qua kinh nghiệm sản xuất, nghiên cứu và thử nghiệm Qua đó tiến hành chính xác kết cấu, nghiên cứu và lập bản vẽ công nghệ của các chi tiết và bộ phận Từ đó xác định chính xác hình dáng của vỏ và trang trí mỹ thuật, và chính xác hóa chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

CHƯƠNG II:

PHÂN TíCH PHƯƠNG áN Và CHọN DạNG KếT CấU

Rơle trung gian xoay chiều có nhiều loại đợc sử dụng ở nớc ta, do nhiều hãng của 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 về nguyên lý cấu tạo và các thông

số cơ bản đều nh nhau

Ta tham khảo một số mẫu đang đợc sử dụng ở Việt Nam hiện nay nh của Nga và Nhật

1 Rơle trung gian của Nhật: ORMON - Nhật (240V-5A)

1 Nam châm điện xoay chiều

- Khoảng cách cách điện nhỏ nên độ tin cậy không cao

- Tiếp điểm động trên nắp mạch từ, trên tiếp điểm đóng, dới tiếp mở

- Phải có hệ thống dây dẫn mềm

- Phần đầu nối lấy ra dễ dàng

- Công nghệ chế tạo khó, khó tháo lắp và sữa chữa

- Mạch vòng dẫn điện 1 pha 1 chỗ ngắt

1

6

234

5

2 Rơle trung gian của Liên Xô cũ:

Hình 2.2 Rơle trung gian của Liên Xô cũ

9 Tiếp điểm động và thanh dẫn động

10 Tiếp điểm tĩnh và thanh dẫn tĩnh

1

109

87

- Lò xo thanh dẫn động, ngoài nhiệm vụ dẫn điện còn thêm nhiệm

vụ tạo lực lò xo ép tiếp điểm

- Vật liệu dẫn điện tốt, độ đàn hồi cao

Tuy cả hai rơle của Nhật và Liên Xô cũ có sự khác nhau về trọng lợng, kích thớc nhng cả hai đều có đặc điểm chung:

CHƯƠNG III:

Tính toán và kiểm nghiệm mạch vòng dẫn điện

I Giới thiệu kết cấu mạch vòng dẫn điện:

Trong các loại khí cụ điện nói chung và rơ le trung gian nói riêng Mạch vòng dẫn điện đóng vai trò quan trọng, nó cùng với nam châm điện, khâu truyền động trung gian, và các bộ phận kết cấu khác cấu thành một rơ le hoàn chỉnh

Trong rơ le trung gian, mạch vòng dẫn điện là kết cấu của nhiều bộ phận khác nhau cấu tạo thành Nó bao gồm: thanh dẫn động, thanh dẫn tĩnh, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm, đầu nối ra

1 Đầu lấy điện

2 Giá đỡ tiếp điểm

Hình 3.1 Kết cấu chung của mạch vòng dẫn điện

Thiết kế mạch vòng dẫn điện của rơ le điện từ trung gian xoay chiều kiểu kín, thực chất là tính toán thiết kế từng bộ phận cấu thành nó nh đã nêu ở hình 2.1

II Thiết kế tính toán thanh dẫn:

1 Các b ớc tính toán thanh dẫn:

Tính toán thiết kế thanh dẫn bao gồm:

- Xác định tiết diện và kích thớc cơ bản của thanh dẫn ở chế độ dài hạn

21

3

67

54

- Tính toán kiểm nghiệm tiết diện và kích thớc của thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn hạn và chế độ khởi động Vì đối với rơ le trung gian đó là khả năng điều khiển và dùng trong tự động hóa.

- Lựa chọn dạng và kết cấu thanh dẫn trên cơ sở các thông số đã tính toán ở các chế độ

2 Tính toán thanh dẫn động:

Thanh dẫn động vừa thực hiện chức năng đóng hay mở tiếp điểm nhờ

bộ truyền động vừa mang điện truyền tải, do đó nó phải đảm bảo tính dẫn

điện, độ bền cơ khí, khả năng tản nhiệt, mức độ phát nóng phải phù hợp

Vì không có lò xo tiếp điểm riêng mà dùng thanh dẫn động ngoài nhiệm vụ dẫn điện còn thêm nhiệm vụ tạo lực lò xo ép lên tiếp điểm, nên yêu cầu chọn vât liệu dẫn điện tốt, tính đàn hồi cao Ta chọn vật liệu là đồng phốt pho băng cứng Bảng 2.1 có các thông số kỹ thuật nh sau:(Tra theo bảng (2.22) của (TL1))

Bảng 3.1 Các thông số vật của vật liệu thanh dẫn

Với kết cấu rơ le trung gian, thanh dẫn động có kết cấu hình chữ nhật

đã chọn, để đảm bảo các chế độ hoạt động, độ bền theo yêu cầu, thanh dẫn chữ nhật có chiều dài l tiết diện chữ nhật có chiều dài a, và chiều rộng b nh sau:

Hình 3.2 Kêt cấu thanh dẫn trụ chữ nhật

a Xác định kích th ớc cơ bản:

Từ công thức tỏa nhiệt củaNiutơn:

P = KT.ST.(θôđ-θmt) = KT.ST.τôđ (W)Cũng có thể biểu diễn công thức cân bằng nhiệt ở chế độ xác lập cho mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt ST, chiều dài l, và chu vi là p=ST/l:

P = I2.Rθ.Kf = KT.ST (θôđ-θmt)Hay:

•Rθ: Điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ ổn định (Ω)

•ρθ: Điện trở xuất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định (Ωm)

ρθ = ρ0 (1+α.θ) = ρ20.[1+α.(θ-20)] = ρmt [1+α.(θ-θmt)]

•ρ0, ρ20, ρmt điện trở xuất của vật liệu ở 00C, 200C, và nhiệt độ môi trờng (Ωm)

•α là hệ số nhiệt điện trở, của đồng là 0,0043 (1/0C)

•Kf là hệ số tổn hao phụ đặc trng cho hiệu ứng gần và hiệu ứng bề mặt

Kf = Kbm Kg

•Kbm là hệ số phụ đặc trng cho hiệu ứng bề mặt

•Kg là hệ số phụ đặc trng cho hiệu ứng gần

20,929,135,2

b

l

a

b

•Với dòng điện xoay chiều, chọn Kf = 1,03ữ1,06, ở đây chọn Kf = 1,05.

•S là tiết diện của thanh dẫn S = a.b (mm2)

•ST là tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn (mm2)

•P là công suất tản nhiệt (W)

•plà chu vi của thanh dẫn p = 2(a+b) (mm)

•θôđ là nhiệt độ ổn định của thanh dẫn θôđ = 95 (0C)

•θmt là nhiệt độ môi trờng, thông thờng lấy θmt = 400C

•KT là hệ số tỏa nhiệt, KT = (6-9).10-6 (W/mm2.0C) (Bảng (6-5) của (TL1))

S.p = ρθ

τ

2 f

T ôd

I KKTiết diện S = a.b, chu vi p = 2(a+b) Do đó các cạnh a, b của hình chữ nhật thanh dẫn động xác định nh sau:

τ

ρ

2 f

T ôd

I KKHay:

Trong đó :

n = a/b, nằm trong khoảng 5ữ10 Chọn n=10

5 2( / ) 2,5

b Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn:

* Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:

• ρ0 là điện trở suất của thanh dẫn ở 00C (Ωmm)

• θtd là nhiệt độ hoạt động ổn của thanh dẫn với các thông số kích thớc đã chọn Trong công thức (2-4) của (TL1) nó đóng vai trò θôđ

Ta có:

3

3 20

* Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn mạch:

Nh vậy là khả năng làm việc của thanh dẫn tĩnh ngoài độ bền về

điện, nó còn phải có độ bền về cơ, do đó ta có thể chọn thanh dẫn tĩnh có kích thớc lớn hơn nh sau:

a = 5mm

b = 1mmKhi đó tiết diện cắt ngang của thanh dẫn tĩnh là:

III Thiết kế tính toán tiếp điểm:

1 Chức năng của tiếp điểm:

Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng, ngắt mạch điện kết cấu va thông

số của tiếp điễm xác định các thông số chính, kết cấu, kích thớc và khối lợng của rơle

2 Yêu cầu với các tiếp điểm:

Tiếp điểm cần thiết kế là tiếp điểm tĩnh và động của một rơ le trung gian hoạt động ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi không xảy ra tiếp xúc phải đảm bảo nhỏ hơn nhiệt độ cho phép là 950C

Nhiệt độ cho phép ở vùng tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể cho phép của vật liệu làm tiếp điểm.

Đối với dòng điện lớn cho phép, nh dòng khởi động, dòng ngắn mạch, tiếp điểm phải chịu độ bền nhiệt, độ bền điện động (do lực điện động gây ra)

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

Để cho ngắn gọn, dễ dàng, ta chọn các công thức tính toán đối với trờng hợp tính toán tiếp điểm là các công thức kinh nghiệm

3 Chọn vật liệu làm tiếp điểm:

Để đảm bảo các yêu cầu của tiếp điểm về điện trở suất, điện trở tiếp xúc nhỏ, ít bị ăn mòn, ít bị ô xi hoá, khó hàn dính, độ cứng cao và làm việc tốt với

Hình 3.3 Kích thớc tiếp điểm

4 Tính lực ép tiếp điểm:

Lực ép tiếp điểm đảm bảo tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độ dài hạn, trong chế độ ngắn hạn thì lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm không sinh ra lực điện động và không bị hàn dính, không bị rung

Lực ép tiếp điểm tính yheo 2 cách:

• Idm = 5 (A) : Dòng điện định mức của rơle

= td

td1

FF

Ftđ = 4,76.10-3 (N)

b Tính theo công thức kinh nghiệm:

Theo công thức (2-17) của (TL1):

Ftđ = ftd.Idm

ftd : Lực ép riêng trên 1 tiếp điểm

Tra bảng (2-17) của (TL1), ta có ftd = (5-10) (G/A)

(Ω)Trong đó:

• Ftd1 : Lực ép tại một điểm tiếp xúc

b Tính theo công thức kinh nghiệm:

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công thức kinh nghiệm (2-25) của (TL1)

m t

tx tx

F

K R

).102,0(

=

đTrong đó:

0,6.10

0, 297.10 ( ) (0,102.0, 4)

tx

So sánh 2 kết quả lý thuyết và thực nghiệm, ta chọn Rtx = 0,703.10-3 (Ω)

Vậy tính lại điện trở tiếp xúc khi tiếp điểm bị nóng lên ở θtx là:

6 Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc:

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn

điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần đầu nối, điện trở của vật liệu làm tiếp điểm là không đáng kể so với Rtx Vì vậy theo công thức (2-27) của (TL1), điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc là:

Utx = Iđm Rtx = 5.0,844.10-3 = 4,22 (mV)

điện áp rơi cho phép trên tiếp điểm.Với các khí cụ điện điều khiển và phân phối năng lợng đến 1000V điện áp rơI cho phép trên tiếp điểm làm việc trong không khí là:

Utđ = (2 ữ 30)mV

7.Kiểm tra nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, ta tính nhiệt độ của tiếp điểm theo công thức (2-11) của (TL1) ta có:

- KT là hệ số toả nhiệt ra, KT = 8.10-6 (W/mm2.0C)

- Rtđ là điện trở của tiếp điểm

2 2.2,067.10 0,585.10

7,065

h S

- λ là độ dẫn nhiệt, λ = 0,416 (W/mm.0C)

ra khi quá tải, ngắn mạch, khởi động) nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy

do lực điện động dẫn đến khả năng bị hàn dính Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và chống hàn dính, gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động)

Độ ổn định nhiệt và độ ổn định điện động là các thông số quan trọng đợc biểu thị qua trị số dòng điện giới hạn hàn dính Ithhd Tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu có khả năng đủ để ngắt tiếp điểm

Có hai tiêu chuẩn để đánh giá : Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính, trị số tới hạn của dòng điện hàn dính, các trị số này phụ thuộc vào vật liệu làm tiếp điểm, và kết cấu chế độ làm việc của khí cụ điện

a.Trị số dòng hàn dính theo lý thuyết:

Theo công thức (2-33) của (TL1):

I thhd = A f. nc. F td

1 32.0, 416.961.(1 0,004.961)

2 3,14.60.1, 47.10 (1 0,004.961)

b.Trị số dòng hàn dính theo kinh nghiệm:

Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định dòng điện hàn dính bằng công thức (2-36) của (TL1):

Inm =10.Iđm = 10.5 = 50A

Nh vậy dòng hàn dính đợc tính theo 2 cách ở trên đều lớn hơn dòng ngắt mạch Inm= 10.Iđm= 50 (A) Nghĩa là khi xảy ra ngắt mạch, tiếp điểm không bị hàn dính

9.Tính độ rung tiếp điểm:

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

động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại tiếp tục va đập quá trình tiếp xúc rồi lại tách rời giữa tiếp điểm động và tĩnh xảy ra sau một thời gian thì kết thúc chuyển sang trạng tháI tiếp xúc ổn định, sự rung kết thúc

Hiện tợng rung đợc biểu thị bằng độ lớn của biên độ rung Xm là khoảng nảy lớn nhất đầu tiên và thời gian rung tm tơng ứng với biên độ rung Xm Tuổi thọ của tiếp điểm phụ thuộc rất lớn vào thời gian rung và biên độ rung, quá trình rung đợc biểu thị bằng đồ thị ở hình 3.4

X

m

Χ

Hình 3.4 Biên độ rung và thời gian rung

m V 1- K2.FTrong đó:

• Ftđ đ : Lực ép tiếp điểm ban đầu tại thời điểm va đập

Ftđ đ = ( 0,4 ữ 0,7) Ftđc

= 0,6 0,04 = 0,024 (KG)Vì ở đây có 5 tiếp điểm thờng đóng nên:

b.Thời gian rung:

Thời gian rung của tiếp điểm theo công thức (2-40) của (TL1):

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

Sự ăn mòn của tiếp điểm đợc thể hiện qua việc giảm độ lún của kích

th-ớc (chiều cao) của tiếp điểm cũng nh giảm khối lợng hoặc thể tích của tiếp

điểm

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

ăn mòn về cơ nhng chủ yếu là sự ăn mòn về điện gây nên cho tiếp điểm

Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm rất phức tạp và thiếu chính xác, ở

đây ta chỉ dùng các công thức gần đúng để tính toán

Khối lợng mòn trung bình của một cặp tiếp điểm cho một lần đóng, ngắt đợc xác định theo công thức (2-54) của (TL1):

gđ+ gng =10-9 (KđIđ +KngIng2)Kkđ.Trong đó:

• Iđ, Ing: dòng điện đóng và ngắt

Iđ = Ing = Iđm = 5 (A)

• Kđ, Kng (g/A2) là hệ số mòn khi đóng và khi ngắt Tra trong đồ thị (2-16) tài liệu [2].

Với Ing = Iđ =5A, ta đợc Kđ = Kng = 0,45g/A2

điểm Với khí cụ điện xoay chiều Kkđ = (1,1ữ 2,5) ở đây ta chọn Kkđ =1,1 lần

độ mòn đều của tiếp điểm

Nh vậy, ta có khối lợng tiếp điểm bị ăn mòn trong 1 lần đóng ngắt :

Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp

điểm tĩnh ở trạng thái ngắt của rơ le

Phải chọn độ mở cần thiết để đảm bảo dập tắt hồ quang hồ quang nhng kích thớc và khối lợng của cơ cấu truyền động đợc tối u

Theo kinh nghiệm

Với dòng điện: Iđm = 5 (A)

Nh vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ ăn mòn của tiếp

điểm mới có thể đảm bảo tiếp xúc tốt

Độ lún đợc tính theo công thức kinh nghiệm:

IV Đầu nối:

-Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ bị h hỏng nặng trong vận hành nhất là với khí cụ điện có dòng điện lớn và điện áp cao Có thể chia làm hai phần

-Yêu cầu đối với các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện

định mức không đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích

th-ớc và lực ép tiếp xúc để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, ít tổn hao công suất -Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua

-Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lợng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định, khi khí cụ điện vận hành liên tục

-Chọn kết cấu mối nối có thể tháo rời đợc , dây dẫn đợc nối với đầu nối thông qua mối hàn có tráng thiếc thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh Ngoài

ra phần đầu nối phải bố trí hợp lý để không gây ảnh hởng tới yếu tố xung quanh

Với dòng điện I = 5A ta chọn mối nối tháo rời đợc bằng vít, và sử dụng loại vít bằng đồng thau, ký hiệu M3, đờng kính ren d = 3mm

Tiết diện của lỗ vít:

dm tx

F

=

Trong đó:

• Ktx: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp

tx

R = − = − (Ω) -Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc:

*Các yêu cầu cơ bản đối với cơ cấu:

- Cơ cấu phải đảm bả trị số cần thiết của các thông số động học của cơ cấu chấp hành nh: hành trình, góc quay, độ mở và độ lún của tiếp điểm

- Lực chuyển động của cơ cấu cần dảm bảo việc đóng và ngắt của cơ cấu chấp hành (hệ thống tiếp điểm) khi rơle làm việc ở chế độ định mức và chế độ nặng nhất (khi có ngắn mạch)

- Tốc độ của cơ cấu chấp hành cần đảm bảo khi đóng mạch tốc độ chuyển động của tiếp điểm phải đủ lớn để giảm nhỏ thời gian cháy hồ quang

Hình 4.1 Cơ cấu truyền động của rơle trng gian

Hình 4.2 Hai trạng thái của tiếp điểm

- Khi khe hở không khí δ = 0

Hình 4.3 Sơ đồ động khi rơle ở trạng thái đóng