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 dùng để thường xuyên đóng cắt từ xa các mạch điện động lực bằng tay hay tự động. Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều; nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều. Nhưng cũng có loại công tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại là nam châm điện một chiều.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MƠN HỌC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Ánh Sinh viên thực : Nhóm : Phan Lê Thắng Chu Văn Cao Nguyễn H H Nguyên Lê Tuấn Phương Trần Bảo Kiên Phạm Văn Tính Nguyễn Như Trung Trần Thanh Huy Đào Văn Hiếu Nguyễn Thế Trung Bùi Bá Hùng Tạ N T Hiếu Ngô Ngọc Tiến Vũ Đình Thọ Lớp : Thiết Bị Điện – Điện Tử Khóa : K03 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Vũng Tàu, ngày 20 tháng 12 năm 2016 LỜI NÓI ĐẦU Lời nhóm thực đồ án xin gửi lời cảm ơn chân thành lời chúc sức khỏe tới thầy cô môn Thiết bị điện – Điện tử – Đại học bách khoa Hà Nội Trong suốt q trình học tập, thầy nhiệt tình giảng dạy dẫn kiến thức chuyên ngành kinh nghiệm làm việc để sinh viên ứng dụng tốt kiến thức vào cơng việc sống Đặc biệt nhóm thực đồ án xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Ánh, giảng viên tận tình hướng dẫn, bảo nhóm suốt q trình thực đồ án Với vốn kiến thức hạn chế cộng với thời gian eo hẹp nên nhóm khơng thể tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Nhóm mong nhận ý kiến đóng góp thầy Cuối nhóm thực đồ án kính chúc thầy gia đình hạnh phúc sống Nhóm Nhóm thực hiện: Nhóm Page 2/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Nội dung đồ án: Thiết kế công tắc tơ xoay chiều pha, kiểu điện từ có thơng số sau: - cặp tiếp điểm thường hở: ; ; - cặp tiếp điểm phụ (2 thường hở, thường đóng): ; ; - Nam châm điện: ; f = 50Hz - Tuổi thọ: 106 lần đóng cắt - Cấp cách điện: C Nhóm thực hiện: Nhóm Page 3/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA MỤC LỤC: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ 5 GIỚI THIỆU CHUNG PHÂN LOẠI CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA CÔNG TẮC TƠ YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ CẤU TẠO CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT KẾ 10 YÊU CẦU THIẾT KẾ 10 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 10 LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TỐN MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN 12 KHÁI NIỆM CHUNG 12 YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 12 MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN CHÍNH 12 MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN PHỤ 31 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ 50 KHÁI NIỆM CHUNG 50 YÊU CẦU ĐỐI VỚI LÒ XO 50 CHỌN KIỀU LÒ XO VÀ VẬT LIỆU LÒ XO 50 TÍNH TỐN LỊ XO TIẾP ĐIỂM CHÍNH 51 LÒ XO TIẾP ĐIỂM PHỤ 54 TÍNH LỊ XO NHẢ 56 DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ 60 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN NAM CHÂM ĐIỆN 63 KHÁI NIỆM CHUNG 63 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC NAM CHÂM ĐIỆN 63 TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM ĐIỆN 72 DỰNG ĐẶC TÍNH LỰC HÚT 96 TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH NHẢ 98 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN BUỒNG DẬP HỒ QUANG ĐIỆN 100 KHÁI NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN 100 YÊU CẦU ĐỐI VỚI BUỒNG DẬP HỒ QUANG .101 CHỌN VẬT LIỆU LÀM BUỒNG DẬP HỒ QUANG 102 KẾT CẤU BUỒNG DẬP HỒ QUANG .102 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN 103 CHƯƠNG 7: TỔNG HỢP 109 HỆ THỐNG MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 109 CƠ CẤU LÒ XO 111 HỆ THỐNG NAM CHÂM ĐIỆN 112 BUỒNG DẬP HỒ QUANG 113 Nhóm thực hiện: Nhóm Page 4/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ GIỚI THIỆU CHUNG Khí cụ điện thiết bị, cấu điện dùng để điều khiển trình sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối lượng điện dạng lượng khác Theo lĩnh vực sử dụng, khí cụ điện chia thành nhóm, nhóm có nhiều chủng loại khác Cơng tắc tơ loại khí cụ điện dùng để thường xuyên đóng cắt từ xa mạch điện động lực tay hay tự động Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối mạch điện xoay chiều; nam châm điện nam châm điện xoay chiều Nhưng có loại cơng tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nam châm điện lại nam châm điện chiều PHÂN LOẠI 2.1 THEO NGUYÊN TẮC TRUYỀN ĐỘNG Theo nguyên tắc truyền động ta có ba kiểu cơng tắc tơ, việc đóng cắt thực nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén 2.2 THEO CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC - Chế độ làm việc nhẹ: Khi số lần thao tác tới 400 lần/h - Chế độ làm việc trung bình: Khi số lần thao tác tới 600 lần/h - Chế độ làm việc nặng: Khi số lần thao tác lớn 1500 lần/h CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA CÔNG TẮC TƠ 3.1 ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC Uđm Điện áp định mức : Là điện áp định mức mạch điện tương ứng mà mạch điện CTT phải đóng cắt Điện áp định mức có cấp: 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều 3.2 DỊNG ĐIỆN ĐỊNH MỨC Iđm Dòng điện định mức : Là dòng điện định mức qua tiếp điểm CTT chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa chế độ thời gian tiếp điểm CTT trạng thái đóng khơng q 8h Dòng điện định mức CTT hạ áp thơng dụng có cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A Nếu CTT đặt tủ điện dòng điện định mức phải lấy thấp 10% điều kiện làm mát Chế độ làm việc lâu dài, nghĩa tiếp điểm CTT trạng thái đóng lâu 8h dòng điện định mức CTT lấy thấp khoảng 20% chế độ lượng ôxit kim loại tiếp điểm tăng làm tăng điện trở tiếp xúc nhiệt độ tiếp điểm tăng giá trị cho phép 3.3 ĐIỆN ÁP CUỘN DÂY ĐỊNH MỨC Ucdđm Nhóm thực hiện: Nhóm Page 5/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Điện áp cuộn dây định mức : Là điện áp định mức đặt vào cuộn dây Khi tính tốn, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp 85% phải đủ sức hút lúc điện áp 110% cuộn dây khơng nóng q trị số cho phép 3.4 SỐ CỰC Số cực: Là số cặp tiếp điểm CTT Cơng tắc tơ điện xoay chiều có 2; 3; cực 3.5 SỐ CẶP TIẾP ĐIỂM PHỤ Số cặp tiếp điểm phụ: Thường CTT có cặp tiếp điểm phụ thường đóng thường mở có dòng điện định mức 5A 10A 3.6 KHẢ NĂNG ĐÓNG VÀ KHẢ NĂNG CẮT Khả đóng khả cắt: Là giá trị dòng điện cho phép qua tiếp điểm ngắt đóng CTT dùng để khởi động động điện xoay chiều pha, rơto lồng sóc cần phải có khả đóng từ ÷ lần CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm 3.7 TUỔI THỌ CÔNG TẮC TƠ Tuổi thọ CTT: Là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt CTT hỏng khơng dùng Sự hư hỏng độ bền hay độ bền điện Tuổi thọ khí số lần đóng cắt khơng tải CTT hỏng CTT đại tuổi thọ khí đạt 2.107 lần Tuổi thọ điện số lần đóng cắt tải định mức Thường tuổi thọ điện 1/5 hay 1/10 tuổi thọ khí 3.8 TẦN SỐ THAO TÁC Tần số thao tác: Là số lần đóng cắt CTT cho phép Tần số thao tác CTT bị hạn chế phát nóng tiếp hồ quang phát nóng cuộn dây dòng điện Tần số thao tác thường có cấp: 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lần/giờ Nhóm thực hiện: Nhóm Page 6/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 3.9 TÍNH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ĐỘNG Tính ổn định điện động: Nghĩa tiếp điểm CTT cho phép dòng điện lớn qua mà lực điện động sinh khơng phá hủy mạch vòng dẫn điện Thường qui định dòng điện ổn định điện động 10 3.10 TÍNH ỔN ĐỊNH NHIỆT Tính ổn định nhiệt: Nghĩa có dòng điện ngắn mạch chạy qua thời gian cho phép, tiếp điểm khơng bị nóng chảy hàn dính với YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ 4.1 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT - Độ bền nhiệt chi tiết, phận khí cụ điện làm việc chế độ định mức chế độ cố - Dẫn điện tốt - Độ bền cách điện chi tiết cách điện khoảng cách cách điện làm việc với điện áp lớn để khơng xảy phóng điện, kéo dài điều kiện môi trường xung quanh (như mưa, ẩm, bụi, tuyết ) có điện áp nội điện áp khí gây - Độ bền tính chịu mòn phận khí cụ điện giới hạn số lần thao tác thiết kế, thời hạn làm việc chế độ định mức chế độ cố - Khả đóng cắt chế độ định mức chế độ cố - Kết cấu đơn giản, khối lượng kích thước bé 4.2 - Chịu ảnh hưởng môi trường xung quanh: Độ ẩm, độ cao Có độ tin cậy cao Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài Đơn giản, dễ thao tác, dễ sửa chữa, thay Chi phí vận hành ít, tiêu tốn lượng 4.3 - CÁC YÊU CẦU VẬN HÀNH CÁC YÊU CẦU VỀ KINH TẾ XÃ HỘI Giá thành hạ, có tính thẩm mỹ cao Vốn đầu tư thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành Tạo điều kiện dễ dàng, thuận tiện cho người vận hành mặt tâm, sinh lý, thể An tồn lắp ráp vận hành Nhóm thực hiện: Nhóm Page 7/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 4.4 CÁC YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO - Tính cơng nghệ kết cấu: Dùng chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp lẫn - Lưu ý đến khả chế tạo: Mặt sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả thiết bị - Khả phát triển chế tạo, lắp ghép vào tổ hợp khác, chế tạo dãy CẤU TẠO CHUNG CỦA CƠNG TẮC TƠ 5.1 CẤU TẠO Cơng tắc tơ gồm phận sau: - Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: Thanh dẫn (thanh dẫn động dẫn tĩnh), dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm (gồm có tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp - điểm), cuộn dây dòng điện (nếu có, kể cuộn dây thổi từ dập hồ quang) Hệ thống dập hồ quang Nam châm điện xoay chiều Hệ thống lò xo: Lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung Vỏ chi tiết cách điện 5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Hình 1: Cơng tắc tơ Khi đặt điện áp vào cuộn dây nam châm điện, luồng từ thông sinh nam châm điện Luồng từ thông sinh lực điện từ, hút phần ứng Khi lực điện từ lớn lực nắp mạch từ hút phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn phần ứng đóng cắt với tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm tĩnh gắn dẫn, đầu dẫn dùng bu lơng hay vít bắt dây điện ra, vào Các lò xo tiếp điểm có tác dụng trì lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm Đồng thời tiếp điểm phụ đóng vào tiếp điểm phụ thường mở mở tiếp điểm phụ thường đóng, lò xo nhả bị nén lại Nhóm thực hiện: Nhóm Page 8/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông giảm xuống khơng, đồng thời lực điện từ sinh giảm khơng Khi lò xo nhả đẩy tồn phần động cơng tắc tơ lên cắt dòng điện tải Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh hồ quang xuất hai tiếp điểm Khi hệ thống dập hồ quang nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờ tiếp điểm bị mòn Hình 2: Cơng tắc tơ đóng ngắt Mơ tơ điện CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT KẾ YÊU CẦU THIẾT KẾ Nhóm thực hiện: Nhóm Page 9/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Thiết kế công tắc tơ xoay chiều pha kiểu điện từ - Tiếp điểm chính: = 100A; = 600V - Số lượng: tiếp điểm thường mở - Tiếp điểm phụ: = 5A; Uđm = 600V - Số lượng tiếp điểm phụ: thường đóng, thường mở - Nam châm điện: = 220V; f = 50Hz - Tuổi thọ điện: 106 lần đóng cắt - Làm việc liên tục: Cách điện cấp C LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 6.1 LỰA CHỌN KẾT CẤU Công tắc tơ xoay chiều kiểu điện từ dùng nam châm điện có mạch từ hình chữ E hay chữ Π có nắp quay quanh trục hay chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống Ta khơng dùng kiểu quay cạnh nắp NCĐ xoay chiều to, nặng khe hở khơng khí lớn Mạch từ hình chữ E kiểu quay cho đặc tính hút tốt kiểu hút thẳng kiểu hút thẳng tận dụng trọng lượng nắp ngắt Mặt khác loại có đặc tính lực hút tương đối lớn có dạng gần trùng với đặc tính nên giảm rung tốt, hành trình chuyển động tương đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn Từ thơng rò sinh lực phụ làm tăng lực hút Kết cấu mạch loại đơn giản Tuy nhiên NCĐ xoay chiều kiểu chữ E, hút thẳng có phần ứng chuyển động phần lòng ống dây có nhược điểm bội số dòng điện lớn (10 ÷ 15) so với mạch từ khác kẽ hở khơng khí lớn Từ ưu điểm vượt trội ta chọn kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động phần lòng ống dây 6.2 LỰA CHỌN SƠ BỘ HỆ THỐNG TIẾP ĐIỂM Theo yêu cầu thiết điểm có: = 100 A, = 600 V, ta chọn tiếp điểm kiểu cầu, hai chỗ ngắt Nó phù hợp NCĐ hút thẳng Loại tiếp điểm có ưu điểm khả ngắt lớn, không cần dây nối mềm, dễ dàng cho việc dập hồ quang 6.3 LỰA CHỌN SƠ BỘ HỆ THỐNG DẬP HỒ QUANG Ta chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập đặt tiếp điểm bắc cầu, hai chỗ ngắt Kiểu có ưu điểm: Khi hồ quang xuất tác động lực điện động (bao gồm lực điện động kết cấu mạch vòng dẫn điện lực dập vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang), hồ quang di chuyển vào buồng ngăn bị chia thành nhiều đoạn ngắn, nhiệt độ hồ quang giảm xuống tiếp xúc với dập Kết hồ quang nhanh chóng dập tắt LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG Nhóm thực hiện: Nhóm Page 10/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN BUỒNG DẬP HỒ QUANG ĐIỆN KHÁI NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN 20.1 Q TRÌNH PHĨNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Ở điều kiện bình thường, chất khí môi trường cách điện tốt Nếu đặt lên hai điện cực mơi trường khơng khí điện trường có cường độ đủ lớn phá vỡ tính cách điện chất khí: Nó trở nên dẫn điện tốt phụ thuộc vào tính chất chất khí, áp suất nó, nhiệt độ mơi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện trường Hồ quang điện tượng phóng điện chất khí với mật độ dòng điện lớn , điện áp rơi cathode bé (, nhiệt độ hồ quang cao kèm theo hiệu ứng ánh sáng Hồ quang điện trình điện nhiệt liên quan mật thiết với Vùng cathode khoảng cách ngắn khoảng với khoảng 10 ÷ 20 (V), nên cường độ điện trường vùng lớn Vùng anode có điện áp rơi thấp, cỡ ÷ 20 V chiều dài cỡ 10 -2 mm, thấp nhiều so với Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường gần khơng đổi, cỡ từ, phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động phần tử khí, vận tốc di chuyển hồ quang Điện áp rơi thân hồ quang phụ thuộc vào chiều dài hồ quang: Nguyên nhân phát sinh dập tắt hồ quang q trình ion hố trình phản ion hố vùng hồ quang Q trình ion hố xảy tác dụng ánh sáng, nhiệt độ, điện trườva đập có dạng ion hố sau: - Q trình phát xạ nhiệt điện tử Quá trình tự phát xạ điện tử Q trình ion hố va chạm Q trình ion hố nhiệt Q trình phản ion hố q trình suy giảm số lượng ion vùng hồ quang Ngun nhân q trình phản ion tái hợp khuyếch tán Nhóm thực hiện: Nhóm Page 91/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 20.2 HỒ QUANG ĐIỆN XOAY CHIỀU Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện điện áp nguồn biến thiên tuần hồn theo tần số lưới điện Vì hồ quang điện trở phi tuyến nên dòng điện điện áp trùng pha Trong 1/4 chu kì đầu, điện áp hồ quang tăng nhanh đến trị số cháy Khi hồ quang cháy, điện áp giảm dần Dòng điện tăng từ đến điểm cháy, dòng điện đạt trị số cực đại điện áp hồ quang không đổi Ở 1/4 chu kì sau dòng điện giảm dần, đến thời điểm tắt, điện áp hồ quang tăng, sau suy giảm với dòng điện Nếu hồ quang ổn định trình lặp lại nửa chu kì sau Tại thời điểm dòng điện qua 0, hồ quang khơng cấp lượng nên q trình ion hố xảy vùng điện cực mạnh điện áp đặt lên hai điện cực bé trị số điện áp cháy hồ quang bị tắt Khi dòng điện gần trị số 0, khơng theo quy luật hình sin liên tục nữa, lúc trình phản ion hoá mạnh nên điện trở hồ quang lớn, coi dòng điện Khoảng thời gian cỡ giây, phụ thuộc vào đặc tính tải, dòng điện hồ quang gọi thời gian khơng dòng điện hồ quang Khi dòng điện qua điểm 0, khu vực hồ quang đồng thời xảy hai trình: Quá trình phục hồi độ bền điện trình phục hồi điện áp Quá trình phục hồi độ bền điện đặc trưng trình phản ion mãnh liệt dòng điện qua làm cho hồ quang dần tính dẫn điện, tăng tính cách điện Đại lượng đặc trưng cho mức độ cách điện hai điện cực điện áp chọc thủng Với I = 0, ta có có trị số từ mơi trường khơng khí, hồ quang cháy tự nhiên Q trình phục hồi điện áp trình thành lập điện áp hai cực kể từ hồ quang tắt điện áp đạt trị số điện áp nguồn Sau thời điểm dòng điện 0, trị số điện áp phục hồi thấp trị số điện áp chọc thủng hồ quang tắt hẳn Vậy điều kiện để dập tắt hồ quang điện xoay chiều đặc tuyến trình phục hồi độ bền điện phải nằm cao không cắt đặc tuyến trình phục hồi điện áp hai tiếp điểm 21 YÊU CẦU ĐỐI VỚI BUỒNG DẬP HỒ QUANG - Thời gian dập tắt hồ quang ngắn, giảm ăn mòn tiếp điểm thiết bị dập hồ quang Đảm bảo khả đóng, ngắt, tức đảm bảo giá trị dòng điện đóng ngắt điều - kiện cho trước Quá điện áp thấp Kích thước hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hố nhỏ Nếu khơng tạo chọc thủng cách điện phần tử thiết bị toàn khí cụ Nhóm thực hiện: Nhóm Page 92/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA - Hạn chế ánh sáng âm 22 CHỌN VẬT LIỆU LÀM BUỒNG DẬP HỒ QUANG Yêu cầu: - Vật liệu làm buồng dập hồ quang phải chịu nhiệt độ cao, cách điện tốt chống ẩm Độ nhám bề mặt bên thành buồng dập phải giảm đến mức thấp để hồ quang chuyển động với vận tốc lớn vào khe hẹp, kéo dài thân hồ quang, làm cho hồ quang tiếp xúc đồng với thành buồng dập để nhanh chóng làm lạnh hồ quang Những dạng vật liệu để chế tạo thành buồng dập hồ quang: 22.1 - VẬT LIỆU XI MĂNG – AMIĂNG Ưu điểm: nhiệt độ nóng chảy cao:, tính cách điện cao:, độ bóng bề mặt cao Nhược điểm: Trong trạng thái âm, tính cách điện vật liệu bị giảm; tác dụng nhiệt hồ quang khe hở nhỏ tạo thành vết làm tăng độ nhám 22.2 VẬT LIỆU THÉP CHỊU HỒ QUANG Chúng có ưu điểm: Có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt, đạt độ nhẵn bóng bề mặt 22.3 - GỐM (SILICAT) Ưu điểm: chịu nhiệt cao (lớn hơn), điện trở suất cao, bền học Nhược điểm: Bề mặt không nhẵn, gia công phức tạp Từ phân tích ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là: Vật liệu thép chịu hồ quang 23 KẾT CẤU BUỒNG DẬP HỒ QUANG Chọn kiểu buồng dập hồ quang kiểu dàn dập Dàn dập làm thép Kiểu buồng dập hồ quang phù hợp với dòng điện ngắt, điện áp U = 600V Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập có ưu điểm cho ta khả rút ngắn đáng kể chiều dài hồ quang dập thể tích nhỏ, phát sáng âm bị hạn chế Nhóm thực hiện: Nhóm Page 93/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 24 TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN 24.1 TÍNH SỐ LƯỢNG TẤM Theo công thức (3.49) (TLTK [1] tr.119) ta có: Theo cơng thức 3.40 (TLTK [1] tr 116) ta có hệ số định mức: với khí cụ điện đóng ngắt Hệ số cơng suất mạch ngắt chọn Vậy ta có: Theo cơng thức 3.50 (TLTK [1] tr 119): Theo công thức 3.47 (TLTK [1] tr 119): Trong đó: : Bề dày ngăn Chọn (TLTK [1] tr.119) : Khoảng cách Khoảng cách lớn (mm) (TLTK [1] tr 119) T: Nhiệt độ dàn dập xác định theo kinh nghiệm (TLTK [1] tr 119): (0K) Z: Tần số lần đóng cắt Chọn Z = 300 lần/giờ Vậy ta có: Vậy ta có: L: điện cảm mạch ngắt, xác định theo công thức (TLTK [1] tr 112): Trong đó: Nhóm thực hiện: Nhóm Page 94/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA : Vận tốc góc ; Thay giá trị vào ta có: Thay giá trị vào ta có: Tính điện áp phục hồi ban đầu khoảng trống theo công thức 3.46 (TLTK [1] tr 118): với Với ta có: Ta chọn n = khoảng trống Thay giá trị vào ta có: Theo cơng thức 3-51 (TLTK [1] tr 120) ta có: Nhóm thực hiện: Nhóm Page 95/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Với: : Khoảng cách Khoảng cách lớn (mm) (TLTK [1] tr 119) Thay giá trị vào ta có: Thay giá trị vào ta có: Vậy Để phù hợp ta chọn (tấm) 24.2 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN XẢY RA QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG Kiểm tra điều kiện xảy q trình khơng dao động cơng thức 5.53 (TLTK [1] tr 120): Thay giá trị vào ta có: Kiểm tra điều kiện theo cơng thức 3.30 (TLTK [1] tr 111): Với hệ thống khơng khí: A = 15000, B = 3000; Công suất phụ tải: Với : Hệ số dự trữ ;; Thay giá trị vào ta có: Thay giá trị vào ta có: Vậy thoả mãn điều kiện q trình khơng dao động Thời gian cháy hồ quang xác định theo cơng thức – (TLTK [1] tr 84): Nhóm thực hiện: Nhóm Page 96/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Trong đó: : Tốc độ mở tiếp điểm : Thời gian kéo dài hồ quang đến chiều dài tới hạn thời gian mở tiếp điểm : Chiều dài hồ quang trên1chỗ ngắt Theo công thức 3-38 (TLTK [1] tr 115) Với Trong đó: n = có dập Thay giá trị vào ta có: Ta có: (TLTK [1] tr 96) Vậy: Giá trị trung bìnhcủa điện trở hồ quang cm chiều dài hồ quang biểu diễn theo cơng thức kinh nghiệm (TLTK [1] tr 115): Vậy: Vận tốc chuyển động hồ quang: Theo công thức - 19 (TLTK [1] tr 96): Thay giá trị vào ta có: : Vận tốc tiếp điểm (chọn Thay giá trị tính tốn vào cơng thức ta có: : Thời gian dập hồ quang 1/2 chu kỳ tức Vậynghĩa thời gian cháy nhỏ thời gian dập Chiều dài nhỏ ngắn Nhóm thực hiện: Nhóm Page 97/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Thay giá trị vào ta có: Để đảm bảo hồ quang không khỏi buồng dập ta chọn 24.3 KIỂM TRA QUÁ TRÌNH DẬP TẮT HỒ QUANG Điện áp phục hồi theo công thức (TLTK [1] tr 125): với Theo công thức 3-26 (TLTK [1] tr 109) ta có: Trong đó: ; Ngắt mạch ba pha khí cụ ba cực (TLTK [1] tr 109) Thay giá trị vào ta có: Vậy: Điện áp bền điện theo thời gian (TLTK [1] tr 125): Trong đó: Với giá trị thời gian khác ta có bảng: t(s) 0,005 517,6 136 236,1 0,01 899, 248, 0,015 1280,8 249,2 Số dập hồ quang là: Nhóm thực hiện: Nhóm Page 98/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Chiều dày là: 1(mm) Khoảng cách là: 2,5(mm) Số khoảng trống khoảng trống CHƯƠNG 7: TỔNG HỢP Công tắc tơ điện xoay chiều khí cụ điện đóng cắt dòng tải nam châm điện Theo yêu cầu thiết kế, ta thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha với điện áp định mức; Ta chia cấu tạo công tắc tơ điện xoay chiều pha làm thành phần tử sau: Hệ thống mạch vòng dẫn điện gồm: Mạch vòng dẫn điện mạch vòng dẫn điện phụ (Vì có hệ thống tiếp điểm chính, phụ) Trong có: - Hệ thống dẫn: Thanh dẫn động dẫn tĩnh Hệ thống đầu nối tiếp điểm: Hệ thống tiếp điểm hệ thống tiếp điểm phụ Trong tiếp điểm phụ có dạng tiếp điểm là: Tiếp điểm phụ thường đóng tiếp điểm phụ thường mở Ngồi phân theo khả đóng ngắt tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh Hệ thống nam châm điện gồm: - Lõi, nắp, thân nam châm điện sắt từ Cuộn dây điện áp Hệ thống dập hồ quang: Khi đóng ngắt mạch điện hồ quang phát sinh tiếp điểm dập tắt an toàn Cơ cấu lò xo: Có lò xo tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, lò xo nhả Phần đế, nắp, thân công tắc tơ làm nhựa đen, phần tử cách điện phần mang điện, vật dẫn điện HỆ THỐNG MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 24.4 MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN CHÍNH Như ta biết: Hệ thống mạch vòng dẫn điện phụ có cấu tạo nhau, khác số điểm sau: - Ở mạch vòng dẫn điện có hệ thống dẫn mà dẫn có gắn hệ thống tiếp điểm với: Nhóm thực hiện: Nhóm Page 99/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA - Mạch vòng dẫn điện phụ có hệ thống dẫn với tiếp điểm phụ thường mở thường đóng với khả chịu được: - Thanh dẫn tĩnh dẫn động: Vật liệu sử dụng: Đồng kéo nguội Hình dạng: Hình chữ nhật Kích thước dẫn động: Chiều rộng a = 16 (mm); Chiều dày b = (mm) Kích thước dẫn tĩnh: Chiều rộng a = 18 (mm); Chiều dày b = (mm) - Tiếp điểm tĩnh, động: Vật liệu làm tiếp điểm: Gốm (Bạc – Niken –Than chì) Hình dáng kết cấu: Kiểu tiếp điểm cầu Kích thước tiếp điểm tĩnh: Đường kính d = 18 (mm); Chiều cao (mm) Kích thước tiếp điểm động: Đường kính d = 16 (mm); Chiều cao (mm) Độ lún: (mm) Lực ép tiếp điểm: 12 (N) Nhiệt độ nóng chảy: 3400 0C Dòng điện hàn dính: 1095 (A) Điện trở điểm tiếp xúc: 2,26.10-4 (Ω) Điện áp rơi điểm tiếp xúc: 22,6 (mV) Nhiệt độ điểm tiếp xúc: 54,6 0C Sử dụng lò xo hỗn xung để hấp thu lượng chuyển động phần sau thời điểm va đập - Đầu nối: Sử dụng ốc vít đầu trụ làm đồng, đường kính ren (mm) có vòng đệm vênh vòng đệm Số lượng ốc vít ứng với pha điểm nối ốc vít Nhóm thực hiện: Nhóm Page 100/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Diện tích tiếp xúc: 322,6 (mm2) Lực ép tiếp xúc: 4839 (N) Điện trở tiếp xúc: 2,8-4(Ω) Điện áp rơi chỗ tiếp xúc: 28 (mV) 24.5 - MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN PHỤ Thanh dẫn tĩnh động: Vật liệu chế tạo: Đồng kéo nguội Hình dáng kết cấu: Hình chữ nhật Kích thước dẫn động: a = (mm); b = 0,5 (mm) Kích thước dẫn tĩnh: a = (mm); b = (mm) - Tiếp điểm tĩnh động: Hình dáng, loại tiếp điểm: Hình cầu, pha chỗ ngắt Kích thước tiếp điểm tĩnh: Đường kính d = (mm); cao h = 1,2 (mm) Kích thước tiếp điểm động: Đường kính d = (mm); cao h = 1,2 (mm) Độ mở tiếp điểm: (mm) Độ lún tiếp điểm: 1,6 (mm) Lực ép tiếp điểm: 0,6 (N) Điện trở tiếp xúc: 1.10-3(Ω) Điện áp rơi chỗ tiếp xúc: (mV) Dòng điện hàn dính: 60 (A) - Đầu nối: Dùng ốc vít có đệm vênh đệm phẳng, đầu trụ chế tạo đồng Đường kính ren: (mm) Diện tích tiếp xúc: 16,1 (mm2) Lực ép tiếp xúc: 161 (N) Điện trở tiếp xúc: 8,5.10-5(Ω) Điện áp rơi chỗ tiếp xúc: 0,424 (mV) 25 CƠ CẤU LỊ XO - Lò xo cơng tắc tơ lò xo xoắn hình trụ chịu nén: Đường kính dây quấn lõ xo: (mm) Đường kính trung bình lò xo: (mm) Nhóm thực hiện: Nhóm Page 101/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Số vòng: 18 (vòng) Chiều dài tự do: 30 (mm) Khoảng lún thực tế: 11 (mm) Ứng suất xoắn thực tế: 244,6 (N/mm2) - Lò xo tiếp điểm phụ: Đường kính dây quấn lò xo: 0,2 (mm) Đường kính trung bình lò xo: 1,6 (mm) Số vòng: 10 (vòng) Chiều dài tự do: 3,9 (mm) Khoảng lún thực tế: 1,5 (mm) Ứng suất xoắn thực tế: 306 (N/mm2) - Lò xo nhả: Đường kính dây quấn lò xo: (mm) Đường kính trung bình lò xo: (mm) Số vòng: 10 (vòng) Chiều dài tự do: 17,8 (mm) Khoảng lún thực tế: 6,3 (mm) Ứng suất xoắn thực tế: 306 (N/mm2) 26 HỆ THỐNG NAM CHÂM ĐIỆN Trong hệ thống nam chân điện có phận bản: - Cuộn dây Mạch từ Phần mạch từ gồm: Lõi, nắp, thân Phần cuộn dây: Cuộn dây có dạng hình chữ nhật quấn theo kiểu quấn thường đặt cực từ bên 1.1 KÍCH THƯỚC TỔNG QUAN CỦA NAM CHÂM ĐIỆN Lõi thép ghép thép kỹ thuận điện ký hiệu: ∃41 Có độ dày 0,5 (mm) Nhóm thực hiện: Nhóm Page 102/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Mặt khác: Do mạch từ mà ta cần thiết kế có dạng hình chữ nhật cực có kích thước lớn so với cực từ bên, đồng thời chống rung cực từ bên xẻ rãnh để đặt vòng ngắn mạch 1.2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA MẠCH TỪ Kích thước cực từ vòng ngắn mạch Với cực từ có: a = 28 (mm) b = 28 (mm); b' = 29,5 (mm) Tiết diện vòng ngắn mạch: Chiều cao vòng ngắn mạch: Chi vi vòng ngắn mạch: Diện tích cực từ ngồi vòng ngắn mạch: Diện tích cực từ vòng ngắn mạch: Nắp nam châm điện có dạng hình chữ nhật có kích thước sau: Diện tích nắp mạch từ: Chiều cao nắp mạch từ: Trên nắp có gắn dẫn với tiếp điểm để thực chức đóng ngắt Tiết diện đáy mạch từ: Chiều cao đáy mạch từ: 1.3 CUỘN DÂY ĐIỆN ÁP Đường kính dây quấn khơng kể cách điện là: Tiết diện dây quấn không kể cách điện là: Khi có cách điện: ; Số vòng dây: W = 1359 (vòng) Bề dày cuộn dây: 10,2 (mm) Chiều cao cuộn dây là: 30,6 (mm) Tiết diện cuộn dây: 27 BUỒNG DẬP HỒ QUANG Sử dụng loại buồng dập kiểu dàn dập, cách dập hồ quang sử dụng kiểu chia cắt hồ quang thành đoạn nhỏ dập khe tích nhỏ Vật liệu chế tạo: Chọn loại vật liệu thép chịu hồ quang Dàn dập thép cacbon ghép với thành hàng, cách điện với nhau, miệng ngồi chếch hình chữ V Nhóm thực hiện: Nhóm Page 103/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Các cuối nối với tiếp điểm đóng ngắt Số lượng tấm: Số lượng khe hở: khe hở Bề dày tấm: (mm) Chiều dài tấm: (mm) Khoảng cách cá tấm: 2,5 (mm) Vận tốc đóng ngắt tiếp điểm: 10 (cm/s) Nhóm thực hiện: Nhóm Page 104/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Tài liệu tham khảo: [1]: Thiết kế khí cụ điện hạ áp [2]: Tài liệu giảng dạy truyền nhiệt-sấy (Hồ Thị Ngân Hà) https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-6-3/6-1-dhong-va-hop-kim-cua-dhong Nhóm thực hiện: Nhóm Page 105/105 ... (A/mm2) Tính tốn với thời gian 10 giây: Nhóm thực hiện: Nhóm Page 15/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA (A) (A/mm2) Nhóm thực hiện: Nhóm Page 16/105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN... nhóm khơng thể tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Nhóm mong nhận ý kiến đóng góp thầy Cuối nhóm thực đồ án kính chúc thầy gia đình hạnh phúc sống Nhóm Nhóm thực hiện: Nhóm Page 2/ 105 ĐỒ ÁN KHÍ CỤ...ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN THIẾT KẾ CƠNG TẮC TƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA Vũng Tàu, ngày 20 tháng 12 năm 20 16 LỜI NĨI ĐẦU Lời nhóm thực đồ án xin gửi lời cảm ơn chân thành lời