Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha LỜI NÓI ĐẦU Để đánh giá phát triển kinh tế số quốc gia thường dựa vào tiêu chuẩn kinh tế quan trọng phát triển cơng nghiệp quốc gia, đặc biệt ngành điện Điện nguồn lượng quan trọng sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân Một ngành cung cấp lượng phục vụ cho sản xuất sinh hoạt người Ở sâu vào tìm hiểu phận cấu thiết bị quan trọng điều khiển trình sản xuất biến đổi truyền tải phân phối lượng Khí cụ điện thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh bảo vệ lưới điện, mạch điện, máy điện máy móc sản xuất Ngồi cịn dùng để kiểm tra điều khiển trình lượng khác Khí cụ điện sử dụng rộng rãi nhà máy điện, trạm biến áp, xí nghiệp cơng nghiệp, nơng nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao thơng vận tải… Do việc sử dụng điện công nghiệp đời sống khơng thể thiếu loại khí cụ điện Khí cụ điện có nhiều loại tùy theo chức nhiệm vụ Có thể chia làm loại chủ yếu sau đây: + Nhóm khí cụ điện phân phối lượng điện áp cao: máy ngắt, dao cách ly, kháng điện, biến dịng, biến áp + Nhóm khí cụ điện phân phối lượng điện áp thấp như: máy tự động, phận đầu nối( cầu dao, cơng tắc xoay), cầu chì… + Nhóm rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le nhiệt… + Nhóm khí cụ điện điều khiển: cơng tắc tơ, khởi động từ … Khi công nghiệp phát triển, đại hóa cao cần thiết phải có loại khí cụ điện tốt hơn, hồn hảo Các loại khí cụ điện cịn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha phải địi hỏi khả tự động hóa cao Chính vai trị quan trọng khí cụ điện nên việc nghiên cứu phương pháp tính tốn, thiết kế khí cụ điện nhiệm vụ quan trọng phải có đầu tư mức để ngày phát triển hoàn thiện Trong trình học tập trường em nhận giúp đỡ bảo tận tình thầy cô giáo môn Thiết bị điện Đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo: Nguyễn Văn Đức Nhờ em thiết kế tính tốn loại khí cụ điện mà có nhu cầu sử dụng nhiều rộng rãi, là: “Cơng tắc tơ xoay chiều ba pha” Bản thuyết minh trình bày việc thiết kế cơng tắc tơ điện xoay chiều ba pha với số sau: Điện áp định mức Uđm= 400 (V) Dòng điện định mức Iđm= 60 (A) Điện áp điều khiển Uđk= 380 (V) Dòng điện định mức phụ Iph= (A) Dịng điện ngắt Ingắt= 4Iđm Dịng điện đóng Iđóng= 4Iđm Tần số f= 50 (HZ) Tuổi thọ N=105 làm việc liên tục, cách điện cấp A Số lượng tiếp điểm: tiếp điểm thường mở tiếp điểm phụ thường đóng tiếp điểm phụ thường mở Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phân tích phương án, chọn kết cấu thiết kế Tính mạch vịng dẫn điện Tính dựng đặng tính Tính tốn nam châm điện Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Chọn buồng dập hồ quang Kem theo thuyết minh gồm vẽ sau: + Bản vẽ tổng lắp ráp Ao : 01 + Bản vẽ chi tiết A1 : 02 + Bản vẽ đường đặc tính A1 : 01 Mặc dù tập trung để hoàn thành thuyết minh, song thiếu kinh nghiệm việc thiết kế nên q trình làm đề tài khơng tránh khỏi sai sót Vậy em mong góp ý thầy cô giáo môn Thiết bị Điện - Điện tử để thuyết minh em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha PHẦN I: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN- CHỌN KẾT CẤU THIẾT KẾ A.KHÁI NIỆM CHUNG I.KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TẮC TƠ: Cơng tắc tơ khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên mạch điện động lực, từ xa tay hay tự động Việc đóng ngắt cơng tắc tơ có tiếp điểm thực điện từ, thủy lực hay khí nén Trong cơng tắc tơ điện từ sử dụng nhiều II.PHÂN LOAI: Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành loạisau: + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm điện từ + Cơng tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm thủy lực + Cơng tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm khí nén + Công tắc tơ không tiếp điểm Theo dạng dịng điện mạch: + Cơng tắc tơ điện chiều dùng để đóng ngắt mạch điện chiều Nam châm điện nam châm điện chiều + Cơng tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều Nam châm điện nam châm điện xoay chiều Ngoài thực tế cịn có loại cơng tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều, nam châm điện nam châm điện chiều III CÁC U CẦU ĐỐI VỚI CƠNG TẮC TƠ: Cơng tắc tơ phải đóng dứt khốt, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt nghĩa nhiệt độ phát nóng cơng tắc tơ nhỏ nhiệt độ phát nóng cho phép: θ ≤ [θcp ] Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Khi tính tốn, thiết kế cơng tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp 85% Ucd phải đủ sức hút lúc điện áp 110% Ucd cuộn dây khơng nóng q trị số cho phép cơng tắc tơ làm việc bình thường Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động xác định số lần đóng ngắt tối thiểu mà sau cần thay sửa chữr tiếp điểm bị ăn mịn có dịng điện chạy qua tiếp điểm Đảm bảo độ mòn điện công tắc tơ tiếp điểm, ngày loại cơng tắc tơ đại độ mịn điện từ (2÷3).106 lần đóng ngắt Đảm bảo độ bền cơ: độ mòn xác định số lần đóng ngắt tối đa mà chưr địi hỏi phải thay sửa chữ chi tiết dịng điện tiếp điểm Ngày cơng tắc tơ đại độ bền khí đạt 2.107 lần đóng ngắt IV.CẤU TẠO CỦA CƠNG TẮC TƠ: Cơng tắc tơ điện từ bao gồm thành phần sau: Hệ thống mạch vòng dẫn điện Cơ cấu điện từ Hệ thống dập hồ quang Hệ thống phản lực V.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CƠNG TẮC TƠ: Khi đưa dịng điện vào cuộn dây nam châm điện tạo từ thông Φ sinh lực hút điện từ Fđt Do lực hút điện từ lớn lực phản lực làm cho nắp nam châm điện bị hút phía mạch từ tĩnh Các tiếp điểm thường mở cơng tắc tơ đóng lại Mạch điện thơng Khi ngắt dịng điện cuộn dây nam châm lực hút điện từ Fđt=0 tác dụng hệ thống lò xo đẩy phần động trở vị trí ban đầu Các tiếp điểm cơng tắc tơ mở, hồ quang phát sinh tiếp điểm dập tắt buồng dập hồ quang Mạch điện ngắt B PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CHỌN KẾT CẤU: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Để có kết cấu hợp lý phù hợp với điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết kế Ta tiến hành khảo sát số loại công tắc tơ số nước sử dụng Việt Nam: + Công tắc tơ Việt Nam + Công tắc tơ Liên xô + Công tắc tơ Nhật + Công tắc tơ Hàn Quốc + Công tắc tơ Trung Quốc Sau tham khảo công tắc tơ nước giống Từ em có nhận xét sau: I MẠCH TỪ: Trong tất loại cơng tắc tơ nước nói người ta sử dụng mạch từ chữ ш có cuộn dây đặt giữa, hai cực từ người ta đặt vịng chống rung Loại có ưu điểm: Lực hút điện từ lớn phân bố nên làm việc chắn tin cậy Các loại kiểu hút mạch từ: có loại Hút thẳng: Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thước cơng tắc tơ nhỏ gọn Từ thơng rị khơng đổi chuyển động, lực hút điện từ lớn Nhược điểm: khơng sử dụng với dịng điện lớn độ mở tiếp điểm độ mở nam châm điện Nên dùng cho dịng điện lớn độ mở tiếp điểm lớn dẫn đến nam châm điện hóa Khi kích thước cơng tắc tơ lớn dẫn đến hay bị rung động Hút quay: Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, độ mở tiếp điểm lớn nên sử dụng cho loại công tắc tơ có dịng điện lớn Nhược điểm: cấu tạo loại có hệ thống cánh tay địn nên khó chế tạo tháo lắp, kích thước công tắc tơ lớn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha II TIẾP ĐIỂM: Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu pha hai chỗ ngắt Kiểu có ưu điểm: ta chọn chỗ ngắt mạch hai nên có khả ngắt nhanh, chịu dễ dập hồ quang Đồng thời giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước cơng tắc tơ (như hình vẽ) Trong đó: Thanh dẫn tĩnh Thanh dẫn động Tiếp điểm động Tiếp điểm tĩnh III BUỒNG DẬP HỒ QUANG: Buồng dập có tác dụng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo khả đóng ngắt: nghĩa phải đảm bảo giá trị dòng điện ngắt điều kiện cho trước + Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ Nếu khơng chọc thủng cách điện buồng dập hồ quang + Hạn chế ánh sáng âm Do tác dụng hồ quang nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp nhanh chóng dập hồ quang Đối với cơng tắc tơ xoay chiều có hai phương án dập hồ quang chủ yếu là: + Dùng cuộn thổi từ có buồng dập khe hở hẹp + Dùng buồng dập kiểu dàn dập Phương pháp thứ có khả dập hồ quang tốt song kết cấu phức tạp, thường dùng cho loại cơng tắc tơ có dịng điện lớn làm việc chế độ nặng trung bình Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều pha Phương pháp thứ hai có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, khả dập hồ quang phương pháp thứ Nó dùng cho cơng tắc tơ có dịng điện khơng lớn Như ta thiết kế công tắc tơ có Uđm=400 (V); Iđm=60 (A) Ta chọn buồng dập hồ quang buồng dập kiểu dàn dập làm từ vật liệu sắt cacbon Loại có kết cấu đơn giản dễ chế tạo đơn giản tính tốn đảm bảo làm việc IV NAM CHÂM ĐIỆN: Nam châm điện có vai trị quan trọng, định đến tính làm việc kích thước tồn cơng tắc tơ Nam châm điện dạng chữ ш hút chập từ thông khơng rị Có từ thơng khơng đổi q trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở khơng khí lớn, lực hút điện từ lớn đặc tính lực hút điện từ gần với đặc tính phản lực loại công tắc tơ xoay chiều Sử dụng kiểu ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu hai chỗ ngắt Trên thực tế theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dịng định mức Iđm