Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Điện nguồn lượng quan trọng sử dụng rộng rãi tất lĩnh vực kinh tế quốc dân Nhu cầu sử dụng điện không ngừng gia tăng Ngày cần có nhiều thiết bị điện đại hơn, tinh vi dễ sử dụng Khí cụ điện thiết bị điện chuyên dùng để đóng ngắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ lưới điện thiết bị sử dụng điện khác Do khí cụ điện loại thiết bị khơng thể thiếu được, sử dụng điện công nghiệp đời sống Khi công nghiệp ngày phát triển, nhu cầu sống ngày đòi hỏi cao hơn, cần thiết phải có khí cụ điện nhiều số lượng, tốt chất lượng hoàn hảo Đặc biệt theo xu chung, khí cụ điện đại cịn địi hỏi phải có khả tự động hố Chính vai trị cần thiết khí cụ điện nên việc nghiên cứu phương pháp thiết kế, tính tốn khí cụ điện nhiệm vụ quan trọng không ngừng hoàn thiện Được giúp đỡ hướng dẫn thầy cô giáo môn Thiết bị Điện - Khoa Điện, hướng dẫn tận tình thầy giáo Bùi Tín Hữu khoảng thời gian tháng em tiến hành thiết kế loại khí cụ điện mà mạch điều khiển thiếu Đó rơle trung gian xoay chiều Do thời gian có hạn cịn thiếu kinh nghiệm thiết kế, hiểu biết thực tế cịn nên q trình thực đồ án tốt nghiệp em số sai sót Em kính mong nhận thơng cảm, bảo giúp đỡ thầy cô giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn công Luận SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều PHẦN I : CHỌN PHƯƠNG ÁN DẠNG KẾT CẤU I Giới thiệu chung rơle * Rơle trung gian xoay chiều có nhiều loại sử dụng nước ta, nhiều hãng nhiều nước sản xuất như: Nga; Đức (SIEMENS); Pháp; Nhật (OMRON, FUJI, NATIONAL); Hàn Quốc (SUNGHO, LG)… Tuy có hình dáng, kích thước cụ thể có khác nhau, nguyên lý cấu tạo thông số Dựa vào ưu điểm dạng kết cấu hãng sản xuất, ta chọn dạng kết cấu rơle sau: II Hệ thống tiếp điểm Tiếp điểm gồm có tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh Tiếp điểm có dạng hình trụ cầu, tiếp xúc theo hình thức tiếp xúc điểm gắn lên dẫn theo kiểu bắc cầu Các tiếp điểm chuyển động theo lực hút điện từ thông qua cần chuyển động điều chỉnh khoảng cách khe hở tiếp điểm khoảng cách khe tiếp điểm dễ dàng qua việc điều chỉnh khe hở khơng khí làm việc nam chân điện III Chọn nam châm điện + Nam châm điện đóng vai trị cấu chuyển động rơle, định tính làm việc kích thước Rơle Yêu cầu thiết kế rơ le trung gian với: U = 220V, Iđm = 5A, f = 50 Hz Ta chọn nam chân điện xoay chiều, mạch từ hình chữ U khiểu hút chập có khe hở kỹ thuật điện, có cuộn dây điều khiển lò xo nhả chung cho nấp hút nam châm điện , khơng có dây dẫn mềm Thanh dẫn động lị xo ép tiếp điểm + Dạng chữ U kiểu hút chập, xét thực tế rơle xoay chiều có dịng định mức nhỏ, lực hút điện từ khơng lớn thường chọn mạch từ kiểu này, đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực, mở tiếp điểm SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều khác với khe hở làm việc đồng thời đơn giản tính tốn chế tạo… Kết cấu sơ bộ: Hình 1 Nắp mạch từ Lõi Cuộn dây nam châm điện Tiếp điểm động dẫn động Tiếp điểm tĩnh dẫn tĩnh Cơ cấu truyền động Cần truyền động Lò xo nhả Vòng ngắn mạch 10 ổ trượt cần truyền động Nguyên lý làm việc * Tiếp điểm thường mở chưa có tín hiệu điều khiển tiếp điểm trạng thái mở (ngắn mạch) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều Hình * Tiếp điểm thường đóng khơng có tín hiệu điều khiển tiếp điểm trạng thái đóng (đóng mạch) Khi đặt điện áp nguồn Unguồn Hình lên cuộn dây nam châm điện cuộn dây sinh từ thông φ khép mạch qua mạch từ nam châm điệm qua khe hở khơng khí δ (khe hở lam việc) Từ thông φδ sinh lực hút điện từ Fđt tác động lên nắp từ hút nắp xuống Nắp chuyển động Fđt > Fnhả làm toàn phần động chuyển động lúc tiếp điểm thường mở đóng lại (các tiếp điểm thường đóng mở ra) Khi cắt nguồn Fđt = nắp bị nhả ro Fnhả; tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu IV Khoảng cách cách điện Khoảng cách cách điện khí cụ điện đóng vai trị quan trọng Nó ảnh hưởng tới kích thước khí cụ điện độ tin cậy vận hành Vì việc xác định hợp lý đại lượng có ý nghĩa khơng nhỏ Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điện áp, môi trường làm việc… Việc xác định khoảng cách cách điện khí cụ điện hạ áp thường chọn theo kinh nghiệm a Điện áp định mức theo cách điện Với khí cụ điện điều khiển phần phối lượng hạ áp (Uđm = 220V), tồn tiêu chuẩn, quy định độ bền cách điện theo điện áp định mức trạng thái khô khí cụ điện, phải chịu điện áp thử tần số 50Hz, thời gian thử phút Theo bảng (1 - 1)/ 13 tài liệu 1, ta có SV Nguyễn cơng Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Điện áp thử nghiệm U = 220V + Điện áp định mức cách điện: Ucđ = 220V b Khoảng cách điện phần tử dẫn điện Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao cần khoảng cách cách điện lớn Song lại tăng kích thước khối lượng thiết bị Vì nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo quy định công nghiệp điện lực cho loại khí cụ điện hạ áp thơng dụng ta xét điện áp Uđm = 220 V theo bảng ( 1-2)/14 tài liệu ta chọn khí cụ điện mạch điều khiển tín hiệu, ứng với có khoảng cách điện phần tử dẫn điện, cụ thể khoảng cách cách điện dẫn lcđ = 10mm lc® Hình SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều PHẦN II : TÍNH TỐN MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN Mạch vòng dẫn điện phận khác hình dáng kết cấu kích thước hợp thành Mạch vòng dẫn điện rơle bao gồm phận sau: - Thanh dẫn: Thanh dẫn động tĩnh - Đầu nối - Hệ thống tiếp điểm: + Giá đỡ tiếp điểm + Tiếp điển động + Tiếp điểm tĩnh I Thanh dẫn Xác định kích thước dẫn động a Chọn vật liệu Thanh dẫn đồng đồng thời lò xo dùng để ép tiếp điểm, tiếp điểm gắn dẫn Vật liệu làm dẫn đồng phốt cứng, có đặc điểm vừa dẫn điện tốt vừa có tính đàn hồi cao, dẫn có tiết diện hình chữ nhật, có thơng số kỹ thuật sau (tra bảng tài liệu 1) Ρ.Οφ 6.5 Ký hiệu: : Nhiệt độ nóng chảy : 10830C Điện trở suất 200C : ρ = 0,0177.10-6 (xΩ cm) Hệ số nhiệt điện trở : α = 0,0043 (1/0C) Độ dẫn điện : λ = 393 W/mdeg Nhiệt dung riêng Nhiệt lượng nóng chảy Nhiệt lượng bay : Cp = 386J/kgdeg : 50,6 J/g : 770,0 J/g Modul đàn hồi Modul trượt Độ cứng : E = 100.103N/mm2 : Et = 42.103N/mm2 : HB = 91 kg/mm2 ứng suất uốn cho phép : σu = 186 N/mm2- SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giới hạn đàn hồi : σK = 550 N/mm2 Giới hạn đàn hồi : σth = 320 N/mm2 Hệ số nở dài : 17,7.10-6 1/0C Tỷ trọng : γ = 8,9kg/dm3 Nhiệt độ ổn định : [θ] = 950C b Kết cấu dẫn động b a Hình Tiết diện kích thước cạnh a,b chi tiết dẫn hình chữ nhật xác định theo cơng thức (2 - 5)/19 tài liệu I 2®m ρ® K f b= 2n ( n +1) K t τ«d Trong đó: n= a = ÷ 12: Hệ số hình dáng b Chọn n = 12 Iđm = 5A Kf = Kbm Kg = 1,03 ÷ 1,06 : hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao hiệu ứng bề mặt hiệu ứng gần Chọn Kf = 1,06 KT: hệ số toả nhiệt không khí theo bảng (6 -5)/300 tài liệu Chọn KT = 9.10-6 [W] mm2 0C τôđ : Độ tăng nhiệt độ ổn định τôđ = [θ] - θ0 = 950C - 400C = 550C Điện trở suất đồng phốt nhiệt độ ổn đinh: θôđ = 950C SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ρθ = ρ20 [1+ α (θôđ - θ20)] = 0,0177 10-3 [ + 0,0043 75] = 0,0234 10-3 ( Ωmm) 52 0,0234.10−3.1,06 = 0,16 ( mm) Vậy: a = (12 + 1) 12.9.10−6 55 Suy ra: a = n b = 12 0,16 = 1,92 mm - Mặt khác ta chọn với rơle loại dẫn động lò xo ép tiếp điểm dạng phẳng kết hợp chọn theo đường kính tiếp điểm đảm bảo độ bền ứng với dòng điện: Iđm = 5A Theo bảng (2 - 15) / 51 tài liệu + Đường kính tiếp điểm: dtđ = (mm) Ta chọn: b = 0,4 (mm) a = (mm) a, b chiều rộng bề dày đẫn động + Tiết diện dẫn động: Stđ = a b = 0,4 = mm2 + Mật độ dòng điện qua dẫn Jtđ = I ®m = = 2,5 A/mm2 S td Với [Jcp ] = 1,5 ÷ A/mm2 * Ta nhận thấy mật độ dòng qua dẫn thoả mãn điều kiện - Tính tốn nhiệt độ dẫn Theo cơng thức: (2 - 4)/18 tài liệu 1, ta có: θơd = θtd = I ®m ρ0 K T + Sp.K T θmt Sp.K T - I 2®m ρ0 K f a Với: * S = 2m2: tiết diện dẫn * p = (a + b) = (5 + 0,4) = 10,8mm chu vi dẫn SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ρ20 0,0177.10 −3 ρ0 = = + α θ20 (1 + 0, 0043.20 ) = 0,0163 10-3 ( Ωmm) Tính tốn dẫn động chế độ ngắn mạch Theo công thức ( - 11)/ 321 tài liệu ta có: I 2nm t nm = Anm - Ađ = Abn - Ađ S 2td Inm = Ibn = Std Suy ra: A bn - A ® t nm Với: Inm = Ibn: dòng ngắn mạch - dòng điện bền nhiệt Abn = Anm: giá trị số tích phân bền nhiệt ứng với nhiệt độ ban đầu Tra đồ thị hình ( - 5)/ 313 tài liệu 1: Với θbn đồng phốt cho phép 3000 thì: Abn = 3,75 104 (/A2S/mm4) θơđ = 950 Ađ = 1,6 104 (/A2S/mm4) Suy ra: Ibn = 3,75.10 - 1,6.10 t bn * Với giá trị thời gian khác ta có giá trị dịng điện mật độ dịng điện tính toán tương ứng + tbn = 3s → Ibn = 200 → Ibn = 2,15 = 169,3 (A) I bn 169,3 = = 84,7 (A) S td + tbn = 4s → Ibn = 200 2,15 = 146,3 (A) SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 10 ...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều PHẦN I : CHỌN PHƯƠNG ÁN DẠNG KẾT CẤU I... Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều PHẦN II : TÍNH TỐN MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN Mạch vịng dẫn điện phận khác hình dáng kết cấu kích thước hợp thành Mạch vòng dẫn điện rơle bao... điện áp thử tần số 50Hz, thời gian thử phút Theo bảng (1 - 1)/ 13 tài liệu 1, ta có SV Nguyễn cơng Luận - ĐKT - K44 Trang Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Điện áp thử nghiệm