CHƯƠNG 2a: MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

1 3 2 1 7 4 CHƯƠNG II: MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN § 2 – 1. KHÁI NIỆM CHUNG Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dạng kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn, dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm (giá đỡ tiếp điểm, ti ếp điểm động, tiếp điểm tĩnh) cuộn dây dòng điện (nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang) Hình 2.1: Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ 1. Thanh dẫn vào 2. Cu ộn thổi từ 3. Tiếp điểm tĩnh 4. Tiếp điểm động 5. Giá đỡ tiếp điểm động 6. Dây dẫn mềm 7. Đầu nối ra Nhiệm vụ tính toán là phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện Tiết diện của các chi tiết quyết định cơ của mạch vòng và cũng quyeté định kích thước của khí cụ điện § 2 – 2. THANH DẪN Các tính toán cơ bản của thanh dẫn gồm: - Xác định tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc dài hạn và các chế độ làm việc khác - Tính toán kiểm nghiệm tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ l àm việc ngắn hạn chế độ khởi động đới với các khi cụ điện điều khiển v à dùng trong tự động hóa A/ XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN THANH DẪN Ở CHẾ ĐỘ L ÀM VIỆC DÀI H ẠN: 1) Xác định tiết diện thanh dẫn dựa vào bảng số khi tiết diện của nó không thay đổi theo chiều d ài. Trong các b ảng 2.1 đến 2.6 cho các trị số của dòng điện và các ti ết diện tương ứng với các loại vật liệu khác nhau khi làm việc ở chế độ d ài hạn. 2) Tính toán thanh dẫn với tiết diện không đổi: Từ công thức Niutơn: odTToodTT .S.K)(S.KP  ( W) (2-1) 2 có thể viết biểu thức cân bằng nhiệt ở nhiệt độ xác lập cho mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt T S , chiều dài l và chu vi l S p T  )(S.KK.R.IP mtodTTf   2     S K I m 2 )(pK mtodT  Trong đó:  R )( : điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ ổn định )m(  : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định )( o   1 )m( o  : điện trở suất của vật liệu ở C o 0  là hệ số nhiệt điện trở 0042000430 ,;, AlCu  f K : hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần gbmf K.KK  bm K : hiệu ứng bề mặt g K : hiệu ứng gần Đối với d òng điện xoay chiều: 061031 ,,K f  Đối với dòng điện một chiều 1 f K )m(S 2 : tiết diện thanh dẫn )m(S T 2 : tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn )m(p : chu vi của thanh dẫn od  : nhiệt độ ổn định mt  : nhiệt độ môi trường mtodod  : độ tăng nhiệt ổn định T K : hệ số tản nhiệt ( bảng 6-5) W)(P : công suất tổn hao trong thanh dẫn )A(I : dòng điện ổn định Tiết diện của thanh dẫn được xác định theo biểu thức: )(K K).(I K K.I p.S mtodT fodo odT f        1 2 2 (2-4) 3 Khi xác định chu vi p và hệ số tản nhiệt T K cần phải lưu ý đến vị trí của chi tiết so với các chi tiết khác và điều kiện tản nhiệt của nó. Ví dụ: nếu chi tiết giáp với đế nhựa thì quá trình tản nhiệt của vùng tiếp giáp không đáng kể, khi tính toán th ì bỏ qua bề mặt của chi tiết này. Ti ết diện và kích thích các cạnh a, b của các chi tiết hình chữ nhật được xác định theo: odT f .K K I )ba(.b.a     2 2 (2-5) 3 2 12 odT f .K).n(n K I b     (2-6) v ới b a n  Với các chi tiết có hai lớp cách điện thì tiết diện được xác định theo: od T f ) K .(K I )ba(.ab           22 2 1 1 2 1 2 (2-7) Ti ết diện và đường kính d của các chi tiết hình tròn được xác định theo biểu thức: odT f .K K I d .d       2 2 4 (2-8) 3 2 2 4 odT f .K. KI d     (2-9) V ới các chi tiết có hai lớp cách điện thì tiết diện được xác định theo: od T f ) d.Kd d ln d d ln.(K I d .d           322 3 21 2 1 2 2 1 2 1 2 1 4 (2-10) (xem chương 6) Tính toán kiểm nghiệm: từ các biểu thức trên có thể xác định nhiệt độ od  , độ chênh lệch nhiệt độ od  và trị số của dòng điện cho phép I. Độ tăng nhiệt v à nhiệt độ cho phép cho ở trong bảng 6-1. Ki ểm nghiệm khi xảy ra ngắn mạch ( xem chương 6) 4 Bảng 2-1: Phụ tải dài hạn cho phép của dây dẫn có cách điện cao su và polyclovinyl ở nhiệt độ không khí xung quanh C o 40 ( số ở trong ngoặc dùng cho dây dẫn đặt từng chùm có nhiều sợi nhỏ) Chế độ làm việc  B : 100%  B : 40%  B : 25% Tiết diện dây dẫn ( 2 mm ) Dòng điện cho phép (A) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 18(15) 24(21) 32(30) 39(36) 65(55) 79(67) 110(90) 130(105) 170(145) 210(175) 260(215) 300(250) 345(285) 18(15) 24(21) 32(30) 39(36) 88(75) 110(95) 150(125) 180(145) 235(200) 290(245) 360(300) 420(350) 480(395) 18(15) 24(21) 32(30) 39(36) 110(95) 135(115) 190(155) 225(180) 295(250) 365(305) 455(375) 525(435) 600(495) Chú thích: B là thời gian đóng mạch tương đối. Bảng 2-2: Phụ tải cho phép của thanh dẫn ở nhiệt độ C o 100 , môi trường xung quanh C o 40 ( thanh dẫn sơn màu đen đặt ở 1 cạnh ). Chiều dày thanh dẫn (mm) 1 1,5 2 2,5 3 4 5 6 8 Chiều rộng thanh dẫn ( 2 mm ) Dòng điện dài hạn (A) 10 12,5 16 62 121 153 122 150 188 144 175 223 166 200 254 184 223 280 220 271 330 254 308 380 _ _ 425 _ _ 515 Bảng : 2-3 Dây dẫn mềm đặc biệt 5 Dây dẫn tròn 9125-59 Dây dẫn bẹt ( làm bằng d ây) Tiết diện dây dẫn mm 2 Đường kính dây nhỏ mm Đường kính dây d ẫn mm Đường kính dây nhỏ mm Kích thước dẫn Dòng điện dài hạn cho 1 0,08 1,7 - - 13 1,5 0,08 2,1 - - 17 2,5 0,1 2,6 - - 24 4 0,13 3,3 - - 30 6 0,13 4,2 0,08 1,7x12 38 10 0,13 5,5 0,08 1,7x20 50 16 - - 0,08 1,7x25 75 25 - - 0,08 4,6x25 105 35 - - 0,08 4,6x30 120 Vi ệc xác định nhiệt độ của các phần riêng biệt của thanh dẫn trong mạch vòng dẫn điện được tính theo các biểu thức cho trong bảng 2-7. B ảng 2-4: Đặc tính kỹ thuật của thanh dẫn Đồng và Nhôm có tiết diễn chữ nhật, phụ tải dòng cho phép của chúng ( rort 5415-63 và 10552-63) Liên Xô) Đồng Phụ tải dòng Kích thước dây dẫn mm Kh ối lượng 1 mét dài kg 1 2 3 4 15x3 0.399 210 - - - 20x3 0.529 275 - - - 25x3 0.662 340 - - - 30x4 1.195 475 - - - 40x4 1.420 625 -/1090 - - 40x5 1.770 700/705 -/1895 - - 50x5 2.240 860/870 -/1525 -/1895 - 50x6 2.670 955/960 -/1700 -/2145 - 60x6 3.200 1125/1145 1740/1990 2240/2495 - 80x6 4.260 1480/1510 2110/2630 2730/3220 - 100x6 5.340 1810/1875 2470/3245 3170/3940 - 60x8 4.26 1320/1345 2160/2485 2760/3020 - 80x8 5.69 1690/1755 2620/3095 3370/3850 - 6 100x6 7.11 2080/2180 3060/3810 3930/4690 - 120x8 8.51 2400/2600 3400/4400 4340/5600 - 60x10 5.34 1475/1525 2560/2725 3390/3530 - 80x10 7.11 1900/1990 3100/3510 3900/4450 - 100x10 8.89 2310/2470 3610/4325 4650/5385 5300/6060 120x10 10.67 2650/2950 4100/5000 5200/6250 5900/6800 Chú thích: Tử số là phụ tải dòng xoay chiều, mẫu số là phụ tải dòng 1 chi ều. Bảng 2-4: Đặc tính kỹ thuật của thanh dẫn Đồng và Nhôm có tiếp, diễ chu nhất, phụ tải dòng cho phép của chung ( rocr 5415-63 và 10552-63 Liên Xô) Đồng Phụ tải dòng Đường kính thanh d ẫn mm Kh ối lượng 1 mét dài kg 1 2 3 4 15x3 0.122 165 - - - 20x3 0.162 215 - - - 25x3 0.203 265 - - - 30x4 0.324 365/370 - - - 40x4 0.432 480 /855 - - 40x5 0.540 540/545 /965 - - 50x5 0.675 665/670 /1180 /1470 - 50x6 0.810 740/745 /1315 /1655 - 60x6 0.972 870/880 1350/1555 1720/1940 - 80x6 1.296 1150/1170 1630/2055 2100/2460 - 100x6 1.620 1425/1455 1935/2515 2500/3040 - 60x8 1.296 1025/1040 1680/1818 2180/2330 - 80x8 1.728 1320/1355 2040/2400 2620/2975 - 100x6 2.160 1625/1690 2390/2945 3050/3620 - 120x8 2.592 1900/2040 2650/3350 3380/4250 - 60x10 1.620 1155/1180 2010/2110 2650/2720 - 80x10 2.160 1480/1540 2410/2735 3100/3440 - 100x10 2.700 1820/1910 2860/3350 3650/4160 4150/4400 120x10 3.240 2070/2300 3200/3900 4100/4860 4650/5200 7 Bảng 2 -5: Phụ tải dòng dài hạn cho phép của thanh dẫn đồng và nhôm ti ết diện tròn Ph ụ tải dòng Phụ tải dòngĐường kính thanh d ẫn mm Đồng Nhôm Đường kính thanh d ẫn mm Đồng Nhôm 6 155 120 21 900/905 695/700 7 196 150 22 955/965 740/745 8 235 180 23 1140/1165 885/900 10 320 245 27 1270/1290 920/1000 12 415 320 28 1325/1360 1025/1050 14 505 390 30 1450/1490 1120/1155 15 565 435 35 1770/1865 1370/1450 16 610/615 475 38 1960/2100 1510/1620 18 720/725 560 40 2080/2260 1610/1750 19 780/785 605/610 42 2200/2430 1700/1870 20 835/840 650/655 45 2380/2670 1850/2060 Chú thích: Tử số là phụ tải dòng xoay chiều Mẫu số là phụ tải dòng một chiều. 8 Bảng 2-6: Đặc tính kỹ thụât của thanh dẫn thép tiết diện chữ nhật và phụ tải dòng cho phép của nó Kích thước Thanh d ẫn , Mm kh ối lượn g 1m kg ph ụ tải dòng A Kích thước thanh d ẫn mm kh ối lượn g 1m kg ph ụ tải dòng A Kích thước Than h dãn mm kh ối lượn g 1m kg ph ụ tải dòng A 16x2, 5 - 55\70 70x3 1.65 215\32 0 40x4 1.26 130\22 0 20x2. 5 0.39 60\90 75x3 - 230\34 5 50x4 1.57 165\27 0 25x2. 5 0.49 70\110 80x3 1.88 245\36 5 60x4 1.88 195\32 5 20x3 0.47 65\100 90x3 2.12 275\41 0 70x4 2.2 225\37 5 25x3 0.59 80\120 100x 3 2.36 305\46 0 80x4 2.51 260\43 0 30x3 0.71 95\140 20x4 0.63 70\115 90x4 2.83 290\48 0 40x3 0.94 125\19 0 22x4 - 75\125 100x 4 3.14 325\53 5 50x3 1.10 155\23 0 25x4 0.79 85\140 - - - 60x3 1.41 185\25 0 30x4 0.94 100\16 5 - - - Ghi chú : tử số là phụ tải dòng xoay chiều . Mẫu số là phụ tải dòng một chiều Bảng 2-7: Các công thức tính nhiện độ phát nóng ổn định của các chi tiết của mạch vòng dẫn điện. Dạng mạch vòng Công thức tính toán Các ký hiệu O T O SPk I     ** * 2 11 2111 2222 111 1 1 ba ba e e odod c od xb od od xa odC            )( *)( 2 222 2 2 2 111 1 2 1 2 22 1 1 11 1 mS SPK I SPK I S PK b S PK a o T od o T od TT , * ** : : *           9 odo xxb mxod ododmx xshae b a o xchao o 211 1 1 2 111 11      *)( )( )( 1 1 1 1 21 1 cha b a xcha o odod odmx    ,\ 2 mAj  mật độ dòng điện I-A,dòng điện oc odod od o xxb odod xsha b a xcha xsha b a o 1 1 1 1 12 1 11 1 1 21 11         min )( min .)( Với mỗi phân đoạn của mạch vòng xem: CONT CONT KKK PPP SSS O TTT            21 21 21 21 ,, ,, ,, ,, B- xác đinh kích thước dây dẫn ở các chế độ làm việc không ổn định ( chế độ ngắn hạn, ngắn hạn lập lại, ngắn mạch) ( xem chương5) $.2-3\- Đầu nối: đầu nối tiếp xúch khong ngắn mạch là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý sẽ bị hư hỏng nặng trong vận h ành nhất là đối với khí cụ điện có dòng điện lớn và dđiện áp cao. Có thể chia làm hai phần: các đầu cực để nối với dây dẫn b ên ngoài và nối các bộ phận bên trong m ạch vòng dẫn điện. -YÊU CẦU: 1) Nhiệt độ yêu cầu các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện điịnh mức không được tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có 10 kích thước và lực áp tiếp xúc Ftx đủ để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, ít tổn hao công xuất. 2) Mối nối tiếp xúch cần có đủ độ bền cơ vf độ bền nhiẹt khi có dòng ng ắn mạch chạy qua. 3)Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định khi khí cụ điện vận hành liên tục B-TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN: 1) chọn dạng két cấu 2)Xác dịnh đường kính bu lông. 3)Kiểm nghiệm các kích thước đã chọn bằn cách xách định điện trở tiếp xúch Rtx điện áp rơi Ũt tr ên chúng và so sánh với các trị số cho phép. 4) Tính toán độ bền nhiẹt, độ bền cơ của cơ cấu nối tiếp xúch. C- CÁC DẠNG KẾT CẤU: 1) Mối nối tháo rời được (H.2-2) bằng ren và H.2-3 bằng bu lông. 2) Mối nối không tháo rời được ( hàn điện, hàn thiếc ép) 3) mối nối kiêm khớp bản lề có dây nối mềm hoặch không có dây nối mềm. Việc chọn kết cấu mới nối tiếp xúc phụ thuộc vào hình dáng vật liệu của thanh dẫn vấcc yêu cầu kết cấu khác. Thường cố gắng giảm một cách hợp lí số mối nối tiếp xúc, mỗi chỗ nối đều có thể là nơi hư hỏng của mạch vòng đầu tiên. Các s ố liệu về điện trở của mạch vòng dẫn điện của công tác tơ ở bảng 2-8 Hình 2-2: Các mối nối tiếp xúc khong ngắn mạch( không đóng ngắt) có thể tháo rời được a- Nối vật dẫn với các chi tiết có bề mặt tiếp xúc phẳng b-Nốidây dẫn tròn với dây dẹt c-Nối các dây dẫn tròn với nhau. d-Hàn dây dẫn tròn với nhau. e-Hàn và ép (hàn nguội ) dây cáp với đầu nối. Bảng 2-8: Điện trởcủa mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ loại 1 cực, dòng điện 1000A(H.2-1) No Tên chi ti ết   [...]... có dòng điện ngắt giới hạn đến hàng trăm killôampe 5.Sử dụng ở dạng tấm , kích th-ớc không lớn, hàn thân các chi tiết tiếp xúc dẫn điện b-kích th-ớc tiếp điểm Kích th-ớc tiếp điểm phụ thuộc vào giá trị dòng điện định mức , kết cấu hệ thống tiếp điểm và tần số đóng ngắt dòng điện Kích th-ớc các tiếp điểm hình trụ , hình nón, chữ nhật tầng kim loại quí (h.2-8) có thể lấy theo bảng 2-15 và bảng 2-16 Hình... hoá ở nhiệt độ cao hơn 1000, màng mỏng oxyt có điện trở cao Yêu cầu khử màng mỏng (ví dụ không lớn quá 8 giờ) khi lực ép tiếp điểm lớn màng mỏng đ-ợc làm sạch 1.Đáp ứng đ-ợc mọi yêu cầu 1.Độ cứng Brinen nhỏ 2.có điện trở suất nhỏ nhất so hơn đồng vào khoảng 4 với tất cả các kim lần Mòn nhanh khi lực ép lớn -u điểm loại (giống nh- vàng) 3.Màng mỏng oxyt có điện trở lớn đáng kể so với bạc nguyên chất nh-ng... dòng điện lớn bị hàn dính dễ dàng 3.Khi oxy và hơi n-ớc tác dụng với các chất khí chứa l-u huỳnh 25 Khả năng và điều kiện sử dụng 1.Dòng điện định mức lớn từ 50100ê khi lực ép lớn (bảng 2-17) 2.Chế độ ngắn hạn lặp lại màng mỏng bị hồ quang đốt cháy và bị bong ra ở tiếp điểm tr-ợt 3.ở chế độ dài hạn yêu cầu lực ép cao (bảng 2-17) 1.Đ-ợc sử dụng khi yêu cầu độ tin cậy cao ở mối nối tiếp điểm khi dòng điện. .. mối nối tiếp điểm khi dòng điện từ hàng trăm đến hàng nghìn ampe Khả năng và điều kiện sử dụng 2.ở chế độ lâu dài điện trở tiếp điểm ổn định 3.ở dòng điện định mức lớn (lớn hơn 80-100A) không sử dụng làm tiếp điểm đóng ngắt mà sử dụng làm tiếp điểm 2000C thì bị khử tào ra màng mỏng có điện trở cao , cũng nh- khi đặt gần các vật liệu chứa l-u huỳnh ( ví dụ cao su) khi đó có thể thay paladi bằng hợp... dòng điện từ đơn vị đến vài trăm ampe 2.Nhiệt độ cho phép ở chế độ lâu dài và ngắn hạn lặp lại vào khoảng 2000C 4 3.Tiếp điểm dập hồ quang làm bằng vật liệu tổ hợp chịu hồ quang tốt nhất ở dòng điện đóng ngắt từ đơn vị đến hàng trăm kilôampe ;bạc-vonphram và đồng than chì trong không khí;đồng vonphram trong dầu 4.Sử dụng trong dạng tấm cũng nh- bạc ngay cả trong dạng lớp ép (lớp ép mặt) 1.khi dòng điện. .. 1 .Điện trở tiếp xúc lớn do khi đặt trong không khí tạo ra những màng mỏng oxyt sungphun 2.Dễ vỡ , gây nên khó khăn trong sản xuất Độ cứng cao 27 Khả năng và điều kiện sử dụng 1.Chế độ ngắn hạn lặp lại có tần số thao tác lớn ( ví dụ ở bộ điều khiển và bộ biến đổi) 2.ở chế độ nh- trên khi dòng điện nhỏ ( đến 1 vài ampe) 3 Lực nén tiếp điểm cao không nhỏ hơn 40-60g 4.Tiếp điểm dập hồ quang có dòng điện. .. chọn độ mở cần thiết đảm bảo dập tắt hồ quang nh-ng kích th-ớc , khối l-ợng của cơ cấu truyền động lại đạt tối -u Theo kinh nghiệm với công tắc tơ dòng điện khoảng I = 40 600 A , điện áp 500V có thể chọn độ mở m = 6 12mm Đối với tải cảm công tắc tơ điện áp từ 380 V 500 V không thể lấy m 8mm Cần phải xác định lại độ mở khi tính toán buồng dập hồ quang b-Độ lún (khoảng v-ợt) Độ lún l của tiếp điểm... tiếp điểm vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt Nh- vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm l lớn hơn độ cao bị ăn mòn h của tiếp điểm ( l > h ) Th-ờng chọn l = (1.5 2.5)h Có thể chọn độ lún theo dòng điện định mức qua tiếp điểm vì dòng điện lớn cần có lực ép tiếp điểm lớn tăng độ lún lực ép tiếp điểm sẽ tăng ; theo công thức l = A + B.Iđm , mm A = 1.5 (mm) ; B = 0.02 (mm/A) ; Iđm (A) Hoặc theo kinh nghiệm 20 Iđm , A... tiếp điểm tĩnh , điểm làm việc của tiếp điểm sẽ không trùng với điểm cháy của hồ quang Xác định khoảng lăn trong khoảng x = 3 12 mm Trị số bé dùng cho tiếp điểm có dòng điện nhỏ Tăng khoảng lăn tiếp điểm làm việc tin cậy nh-ng dẫn đến kết cấu phức tạp d-khoảng tr-ợt Để tẩy sạch bụi bẩn gồ ghề do hồ quang hoặc lớp oxit tạo nên , dụng khoảng tr-ợt y (h 2-5 c) Th-ờng sử dụng tiếp điểm ngón tạo sự tr-ợt... có thể thay paladi bằng hợp kim bạc 4.Thuộc về vật liệu ít sử dụng Độ cứng lớn hơn đồng vào khoảng 10 lần Vật liệu tổ hợp 1.Đáp ứng đ-ợc mọi yêu cầu 1 .Điện trở suất cao (1.5-3 lần )so kim loại gốm 2.Chịu hồ quang cao với bạc 3.Độ cứng cao,chống hàn 2 .Điện trở tiếp xúc lớn hơn bạc dính vào khoảng 1.5-3 lần 4.tính hao mòn cơ khí cao 1 2 3 Bạch kim, paladi, vàng, và các hợp kim của chúng với 1.Bền vững . 1 3 2 1 7 4 CHƯƠNG II: MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN § 2 – 1. KHÁI NIỆM CHUNG Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về. tiết trong mạch vòng dẫn điện Tiết diện của các chi tiết quyết định cơ của mạch vòng và cũng quyeté định kích thước của khí cụ điện § 2 – 2. THANH DẪN Các