Tài liệu Đề Tài: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín. ppt

Luận Văn Đề Tài: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 1 KHOA ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM B/m Thiết bị điện - điện tử Độc lập – Tự do – Hạnh phúc o0o o0o ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN Họ và tên sinh viên: Lớp: Giáo viên hướng dẫn: ĐẶNG CHÍ DŨNG 1. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín. 2. Các số liệu ban đầu: 9 U đm =220V, I đm =10A, 4 tiếp điểm thường đóng, 4 tiếp điểm thường mở. 9 Cuộn dây có: U đk =220V, f=50 Hz, cấp cách điện cấp B. 9 Tuổi thọ về điện N điện =10 6 lần, Tuổi thọ về cơ N cơ =10 7 lần. 9 Làm việc lâu dài. 3. Nội dung phần thuyết minh tính toán: 9 Phân tích phương án chọn kết cấu. 9 Tính chọn mạch vòng dẫn điện. 9 Tính và dựng đặc tính cơ. 9 Tính toán nam châm điện và tính kiểm nghiệm nhiệt. 9 Tính toán hệ số nhả K nhả . 9 01 bản vẽ A1 (bản vẽ tổng lắp ráp). 4. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 22/09/2003. 5. Ngày hoàn thành : 10/11/2003 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐẶNG CHÍ DŨNG LỜI NÓI ĐẦU Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 2 Máy móc bắt đầu trở thành công cụ lao động của con người từ những ngày đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật trong công nghiệp vào nửa cuối thế kỷ XVIII. Bắt đầu là những máy móc đơn giản (Máy hơi nước) con người đã không ngừng cải tiến phát minh ra những máy móc thiết bị ngày càng hiện đại, phức tạp, chính xác và năng suất cao. Việc điều khiển máy móc và quản lý sản xuấ t làm con người mất rất nhiều sức lực, óc thông minh, và độ nhạy bén cao. Do vậy cần phải tạo ra những thiết bị, hệ thống đặc biệt để thay thế toàn bộ hay một phần sức lao động vất vả của con người trong việc theo dõi điều khiển, kiểm tra các quá trình sản xuất. Ngành kỹ thuật tạo ra các phương pháp, thiết bị, phương tiện để giải phóng sức lao động của con người trong việc quản lý và điều khiển quá trình sản xuất gọi là tự động hoá và điều khiển tự động. Hiện nay tự động hoá và điều khiển tự động ngày càng phát triển mạnh mẽ và phục vụ đắc lực cho con người trong quá trình sản xuất, nghiên cứu khoa học, chinh phục vũ trụ, quốc phòng Những thiết bị kỹ thuật dùng để giải quyết các vấn đề tự động hoá và điều khiển tự động là các thiết bị tự động. Thiết bị tự động là thiết bị có thể thực hiện một chức năng nào đó mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người. Chúng được xây dựng từ những phần tử tự động khác nhau như: phần tử điện cơ, phần tử từ, phần tử bán dẫn, điện từ, phần tử nhiệt, khí nén thuỷ lực Rơle là một loại khí cụ điện tự động mà đặc tính vào ra có tính chất: tín hiệu đầu ra thay đổi, khi tín hiệu đầu vào đạt được giá trị xác định. Rơle được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ điều khiển tự động, truyền động điệ n, bảo vệ mạch điện, thông tin liên lạc và là phần tử cơ bản cấu tạo nên các phần tử logic. Chính vì vậy vai trò cần thiết của sự nghiên cứu, thiết kế rơle là đặc biệt quan trọng nhằm nâng cao tính năng tự động hoá và tuổi thọ làm việc của chúng không ngừng được cải thiện hơn. Được sự giúp đỡ của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện thuộc bộ môn Thiết Bị Điện-Điện Tử Công Suất, Khoa Điện và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Đặng Chí Dũng, trong khoảng thời gian một học kỳ, em đã hoàn thành được đồ án môn học khí cụ điện, với đề tài thiết kế Rơle trung gian kiểu kín, xoay chiều. Do trình độ hiểu biết có hạn và thời gian hạn chế, cộng với kinh nghiệm thực tế còn rất ít nên em không thể không tránh được các sai xót trong quá trình tính toán và thiết kế. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô và các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 3 Hà Nội, Ngày 10/11/2003 Sinh viên thiết kế LÊ KHOA CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ I. Giới thiệu chung về các khí cụ điện. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 4 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. Khái niệm điều khiển theo nghĩa rộng bao gồm: điều chỉnh bằng tay,tự động kiểm tra và bảo vệ. Theo lĩnh vực sử dụng các khí cụ điện được chia làm 5 nhóm trong đó mỗi nhóm gồm nhiều chủng loại và dạng khác nhau. 1- Nhóm các khí cụ điện cao áp: như Dao cách ly, máy ngắt, dao ngắn mạch, máy ngắt không khí 2- Nhóm các khí cụ điện hạ áp: như máy ngắt tự động, máy ngắt bằng tay, các đầu đổi nối 3- Nhóm khí cụ điện điều khiển: như công tắc tơ, khởi động từ, khuếch đại từ, tự áp 4- Nhóm các Rơle bảo vệ: như rơle dòng điện, rơle điện áp, Rơle trung gian, Rơle công suất 5- Nhóm các khí cụ điện dùng trong sinh hoạt hàng ngày và dùng trong chiếu sáng: như bàn là, bếp điện, bóng đèn II. Các yêu cầu chung khi thiết kế khí cụ điện. Các khí cụ điện được thiết kế phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại: đó là các yêu cầu về kỹ thuật, yêu cầu về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và xã hội, chúng được biểu hiện qua các qui chuẩn và định mức, tiêu chuẩn và chất lượng của nhà nước hoặc của nghành vầ chúng được nằm trong nghành thiết kế kỹ thuật. 1. Các yêu cầu về kỹ thuật. Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện, khi làm việc ở chế độ định mức và chế độ và chế độ sự cố. 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, kéo dài và và trong điều kiện xung quanh (như mưa, bụi bẩn,tuyết ) cũng như khi có điện áp nội bộ, hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra. Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố. Khả năng đóng ngắt ở chế độ sự cố và chế độ định m ức, độ bền điện của các chi tiết, bộ phận. Các yêu cầu kỹ thuật riêng đối với từng loại khí cụ điện Kết cấu đơn giản, khối lựơng và kích thước bé. 2. Các yêu cầu về vận hành. Lưu ý đến các ảnh hưởng của môi trường xung quanh như độ ẩm, nhiệt độ, độ cao Độ tin cậy cao. Tuổi thọ lớn th ời gian sử dụng lâu dài. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 5 Đơn giản dễ thao tác, sửa chữa, thay thế. Tổn phí vận hành ít, tiêu tốn ít năng lượng. 3. Các yêu cầu về kinh tế xã hội. Giá thành hạ. Tạo điều kiện thuận tiện cho nhân viên vận hành (về tâm lý về cơ thể ). Tính an toàn trong vận hành lắp ráp. Tính thẩm mỹ của kết cấu. Vốn đầu tư khi chế tạo, lắp ráp vận hành ít. 4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo. Tính công nghệ của kết cấu : dùng chi tiết qui chuẩn, tính lắp lẫn Lưu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng thiết bị. Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dây CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ RƠLE ĐIỆN I. Cấu tạo nguyên lý hoạt động, sơ đồ khối của Rơle. Để thiết kế được tốt các mục tiêu nói trên ta phải nắm được nguyên lý hoạt động của rơle trung gian kiểu kín, sau đó mới vẽ qua sơ đồ hoạt động của nó. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 6 1. Cấu tạo. Rơle trung gian kiểu kín là loại thiết bị điện có kết cấu khá đơn giản, đối với loại rơle này vì dòng điện nhỏ nên ta có thể bỏ qua hồ quang sinh ra giữa các bộ phận mang điện. Như vậy Rơle trung gian kiểu kín chỉ mang các bộ phận chính sau: - Hệ thống tiếp điểm trong đó bao gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ( bao gồm tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở nối liên thông với nhau). - Hệ thống thanh dẫn, gồm có thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. - Một nam châm điện xoay chiều. - Cuộn dây nam châm điện xoay chiều. - Hệ thống phản lực là một lò xo nhả có hình xoắn trụ. - Hệ thống nắp và thân đế. - Các chi tiết đầu nối và chi tiết dẫn điện. 2. Sơ đồ động. 1- Tiếp điểm thường đóng. 2- Tiếp điểm thường mở. 3- Nắp. 4- Thân. 5- Lõi. 6- Cuộn dây. 7- Thanh dẫn. 8- Lò xo nhả. 3. Nguyên lý hoạt động. Rơle trung gian kiểu kín có nguyên lý ho ạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ nam châm điện thuộc loại hút chập và có tiếp điểm dạng côngsôn. Khi đưa dòng điện I vào cuộn dây nam châm điện thì trong cuộn dây sẽ sinh sức từ động F=IW, sức từ động này sinh ra từ thông khe hở không khí của nam châm điện Φ δ , khi đó F đt >F ph làm cho nắp của nam châm điện đóng lại đồng thời tiếp điểm thường đóng mở ra và tiếp điểm thường mở đóng lại. Khi không có dòng điện đưa vào cuộn dây nam châm điện I=0 thì khi đó F đt =0<F ph làm cho nắp của nam châm điện mở ra và hệ thống tiếp điểm trở về trạng thai ban đầu. II. Ưu điểm và nhược điểm của rơle trung gian kiểu kín. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 7 1. Đặc điểm. Đối với loại rơle trung gian kiểu kín thì số lượng tiếp điểm nhiều, để tăng lực ép tiếp điểm khi tiếp xúc người ta thường sử dụng thanh dẫn động bằng đồng. 2. Ưu điểm. Đối với loại rơle trung gian kiểu kín thì khi làm việc nó sẽ tránh được sự ảnh hưởng khắc nghiệt của môi trường tới qsự vận hành của thiết bị, đặc biệt là mưa gió, độ ẩm, và bụi bặm sẽ làm ảnh hưởng tới tính chất dẫn điện của vật liệu. 3. Nhược điểm. Ngoài các ưu điểm nói trên thì rơle trung gian kiểu kín còn có những hạn chế nhất định khi phần rơle nằm trong vỏ hộp thì nó sẽ bị giới hạn bởi phần không gian của vỏ hộp nên khả năng tản nhiệt của nó sẽ khó khăn hơn. CHƯƠNG III MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN I. Sơ luợc về mạch vòng dẫn điện. Trong rơle trung gian mạch vòng dẫn điện đóng một vai trò hết sức quan trọng, bởi nó là cơ cấu truyền điện tác động tới các cơ cấu của Rơle, đồng thời một phần của nó cũng là hệ thống phản lực, nhằm hỗ trợ cho kích thước của thiết bị nhỏ tối ưu. Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận mang điện khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thước tạo thành. Đối với mạch vòng dẫn điện của rơle trung gian kiểu kín thì nó bao gồm những bộ phận chính sau: - Thanh dẫn: bao gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. - Dây nối mền: để nối từ vít đến thanh dẫn động. - Đầu nối: gồm vít và mối hàn. - Hệ thống tiếp điểm: gồm giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 8 - Cuộn dây dòng điện. Như vậy nhiệm vụ tính toán và thiết kế của mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện kích thước của các chi tiết mạch vòng dẫn điện quyết định cơ cấu của mạch vòng dẫn điện và cũng quyết định kích thước của rơle trung gian kiểu kín. Do đó trình tự tính toán của mạch vòng dẫn điện của rơle trung gian kiểu kín sẽ gồm các bước sau: II. Thanh dẫn. Các tính toán của thanh dẫn động gồm: - Xác định tiết diện và kích thước cơ bản của nó ở chế độ làm việc dài hạn và các chế độ khác. - Tính toán kiểm nghiệm tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc ngắn hạn và chế độ khởi động đối với các khí cụ điện điều khiển và dùng trong tự động hoá. Chế độ sự cố khi có dòng điện ngắn mạch với các khí cụ điện phân phối năng lượng. - Khi xác định các kích thước của thanh dẫn nên chọn dạng kết cấu, chọn sơ bộ chiều dài của thanh dẫn và dạng kết cấu của đầu nối. 1. Tính toán thanh dẫn động. Thanh dẫn động có chức năng đóng mở tiếp điểm vì vậy nó cần phải có một lực ép đủ để có khả năng tiếp xúc tốt, do đó ta có thể chọn đồng phótpho để làm thanh dẫn. Đồng phốtpho có các tính chất và thông số được ghi ở trong bảng 2-22 (TKKCĐHA). Ký hiệu bp0φ6,5 Tỷ trọng γ = 8,9 g/cm 3 Nhiệt độ nóng chảy t nc = 1083°C Điện trở suất ρ = 0,01754.10 -6 Ωm Hệ số nhiệt điện trở α = 4,3.10 -3 1/°C Độ dẫn điện λ = 3,9 w/cm°C Nhiệt lượng nóng chảy 390J/g Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học Khí Cụ Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 9 Về dạng kết cấu của thanh dẫn động ta chọn kết cấu có tiết diện hình chữ nhật với bề rộng a, bề dày là b. Từ công thức NiuTơn: P=K T S T (θ ôđ - θ 0 )= K T S T τ ôđ Nhiệt dung C p =0,385 J/g°C Modul đàn hồi 4600.10 6 kg/cm 2 Hệ số nhiệt độ của nhiệt dung 10 -4 Nhiệt lượng bay hơi 2600J/g Độ cứng H B = 105 Briven kg/mm Giới hạn độ bền kéo σ k = 550N/mm 2 Nhiệt độ ổn định cho phép 95°C Độ tăng nhiệt cho phép 55°C b a l [...]... tĩnh ở trạng thái ngắt của Rơle Độ mở cần thiết phải đủ lớn để có khả năng dập hồ quang, song nó không được lớn quá sẽ ảnh hưởng tới kích thước của Rơle Theo kinh nghiệm 1mm có thể chịu được 3000 V vì vậy ta chọn độ mở của Rơle cần thiết kế là 1mm Độ lún Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có... rời tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra sau một thời gian rồi kết thúc Chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định., sự rung kết thúc Đối với quá trình rung thì nó được biểu thị bằng sự đánh giá độ lớn của biên độ rung Xm của khoảng đẩy lớn nhất đầu tiên và thời gian rung tm tương ứng với Xm Tuổi thọ của tiếp điểm phụ thuộc rất lớn vào thời gian rung và biên dộ rung, quá trình rung được biểu thị bằng... điện định mức của rơle trung gian kiểu kín 10 A Chọn ftđ=3 G/A Ta có Ftđ=3.10=30 g=0,3 N Xác định điện trở tiếp xúc Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 1 chỗ ngắt Rtx là một phần của mạch vòng dẫn điện Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công thức kinh nghiệm 2-25 (TKKCĐHA) K tx Rtx= (0,102.Ftđ ) m Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 15 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện... bằng 0,05 mm Sơ đồ đặc tính cơ của Rơle trung gian được cho ở trang bên Với : d1 – đường đặc tính trọng lực d2 – đường lực ép tiếp điểm động d3 – đường lực lò so nhả d4 – đường đặc tính cơ Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 30 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Điện Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Đồ Án Môn Học Khí Cụ Trang 31 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Điện... đúng rồi kỉêm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, đưa ra được kết quả tối ưu Ngày nay cùng với sự phát triển của các công cụ tính toán mạnh và các phương pháp tính toán tối ưu, việc tính toán nam châm điện thông qua các phầm mền chạy trên các máy điện toán đã nhanh hơn và cho kết quả tối ưu Trong các cơ cấu điện từ, đặc biệt trong rơle trung gian thì nam châm điện có nhiệm vụ quan trọng là cơ quan sinh... có dạng hình chữ U, kiểu hút chập và cuộn dây quấn trên mạch từ Do đây là nam châm điện xoay chiều nên ở phía trên cực từ của cuộn dây ta dặt thêm một vòng ngắn mạch Để có kết cấu tối ưu ta phải chọn hệ số kết cấu theo công thức 5-2 ta có: K kc = Fdt δ ( N m) Trong đó : Kkc : Hệ số kết cấu Fđt : Lực hút điện từ δ : Khe hở không khí Trên đường đặc tính phản lực ở chương IV rõ ràng Rơle muốn làm việc... m: Hệ số chọn, m=0,15 N/m Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 25 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Điện Đồ Án Môn Học Khí Cụ Thay số ta có : Gđ=0,15.10=1,5 N 3 Tính lò xo nhả Chọn vật liệu làm lò xo nhả Vật liệu làm lò xo nhả dùng loại thép cácbon có độ bền về cơ cao, do bản thân nó không dẫn điện Kiểu của lò xo thuộc loại xoắn hình trụ, có khả năng chịu kéo tốt Đây là loại lò xo... Thời gian rung của tiếp điểm là: Tm= 2.mđVđo 1 − K v = 2.0,15.0,1 (1 − 0,85 ) =0,388 sec Ftđđ 3.10 − 2 Thời gian rung của 4 lò xo tiếp điểm được tính theo công thức: t 0,388 tm ∑ = m = ≈ 0,1 sec 4 4 Tổng thời gian rung sơ bộ được xác định theo công thức 2-47 t=(1,5-1,8).2.tm=1,5.2.0.388=0,1164 sec Độ mở Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở trạng thái ngắt của Rơle. .. thuật Đối với dây dẫn mềm là phải thiết kế sao cho nó có thể chịu được nhiệt độ mà ở đó nhiệt độ phát nóng không được lớn hơn trị số cho phép, phải đảm bảo cách điện dây đãn phải đủ độ mềm và chiều dài, để khi rơle làm việc không ảnh hưởng tới quá trình đóng ngắt của các tiếp điểm chọn chiều dài dây dẫn là 4 cm Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 22 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất... Sinh Viên Thực Hiện: Lê Khoa - TBĐ1 - K45 Trang 23 Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Điện Đồ Án Môn Học Khí Cụ Fđt là lực hút lò xo điện từ Gđ là trọng lượng phần động Do ma sát không đáng kể nên ta coi lực ma sát Fms=0 II Tính toán lò xo 1 Lò Xo Tiếp Điểm Chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm Vật liệu dùng để làm lò xo tiếp điểm là vật liệu hợp kim của kim loại màu như đồng phốtpho cứng Lò xo có . Luận Văn Đề Tài: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín Bộ Môn Thiết Bị Điện - Điện Tử Công Suất Đồ Án Môn Học. hướng dẫn: ĐẶNG CHÍ DŨNG 1. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín. 2. Các số liệu ban đầu: 9 U đm =220V, I đm =10A, 4 tiếp điểm