THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện một chiều PHẦN I : SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TẮC TƠ MỘT CHIỀU I . KHÁI QUÁT VÀ CÔNG DỤNG : Công tắc tơ một chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải. Công tắc tơ điện một chiều dùng để đổi nối các mạch điện một chiều, nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều. Công tắc tơ một chiều có các bộ phận chính như sau : - Mạch vòng dẫn điện ( gồm đầu nối, thanh dẫn, tiếp điểm ) - Hệ thống dập hồ quang. - Các cơ cấu trung gian - Nam châm điện - Các chi tiết và các cụm cách điện - Các chi tiết kết cấu , vỏ II . YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. II. 1. YÊU CẦU VỀ KỸ THUẬT. Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận khi làm việc ở chế độ sử dụng cố và định mức. THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2 Đảm bảo độ bền cuả các chi tiết bộ phận cách và khoảng cách điện khi làm việc với điện áp cực đại, kéo dài và trong điều kiện của môi trường xung quanh ( như mưa , bụi ) cũng như khi có điện áp nội bộ hoặc quá điện do khí quyển gây ra. Độ bền cơ tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong thời gian giới hạn số lầ n thao tác thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố. Đảm bảo khả năng đóng ngắt ở chế độ định mức và chế độ sử cố, độ bền thông điện của các chi tiết, bộ phận. Có kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé. II. 2 . YÊU CẦU VỀ VẬN HÀNH. Có độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài .Đơn giản trong chế tác, dễ thao tác thay thế và sửa chữa phí tổn cho vận hành, tiêu tốn năng lượng ít II. 3 YÊU CẦU VỀ KINH TẾ, XÃ HỘI Giá thành hạ tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho người vận hành, đảm bảo an toàn trong lắp ráp và sửa chữa, có hình dáng và kết cấu phù hợp, vốn đầu tư cho chế tạo và lắp ráp ít. III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ MỘT CHIỀU Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận : cuộn dây và mạch từ, làm việc theo nguyên lý điện từ gồm mạch từ dùng để dẫn từ nó là thép đúc hình chữ U một phần được gắn chặt với đế phần còn lại được nối với hệ thống qua hệ thống thanh dẫn . Cuộn dây hút có điện trở và điện kháng rất bé. Dòng đ iện trong cuộn dây không phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi. Khi ta đặt điện áp vào hai đầu cuộn dây nam châm điện sẽ có dòng điện chạy trong cuộn dây, cuộn dây sinh ra từ thông khép mạch qua lõi thép có dòng đIện và khe hở không khí tạo lực hút điện từ kéo nắp ( phần THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 3 ứng ) về phía lõi. Khi cắt điện áp ( dòng điện ) trong cuộn dây thì lực hút điện từ không còn nữa và nắp bị nhả ra. PHẦN II : YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. I. YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế công tắc tơ một chiều một pha kiểu điện từ có các thông số. Tiếp điểm chính : I đm = 80A; U đn = 250v Số lượng : 1 thường mở . 0 thường đóng Tiếp điểm phụ : I đm = 5A ; U đn = 250V Số lượng : 0 thường mở . 0 thường đóng Nam châm điện : U đm = 220V Tần số thao tác : 500 lần đóng ngắt / giờ Tuổi thọ : cơ : 10 5 , điện : 0,5.10 5 lần đóng ngắt Làm việc liên tục : cách điện cấp B II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. Chọn loại công tắc tơ một chiều có tiếp điểm ngón để tiếp điểm đỡ bị mòn, giảm điện trở tiếp xúc, tiếp điểm có tiếp xúc đường bị đóng, ngắt tiếp điểm động có thể làm trượt trên bề mặt của tiếp điểm tĩnh để cạo đi lớp màng mỏng ô xít xem dẫn đi ện bám, trên đó dịch chuyển điểm cháy hồ quang ra xa bề mặt công tác cuả tiếp điểm. THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 4 Buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp kết hợp cuộn dây thổi từ. Buồng dập hồ quang được làm bằng amiăng gồm hai nửa có một chỗ lồi chỗ lõm ghép lại tạo thành một hộp có đường khe quanh co bề rộng , khe nhỏ hơn đường kính hồ quang nên gọi là khe hẹp. Sự kết hợp buồng dập hồ quang khe hẹp với cuộn dây thổi từ . Cuộn dây thổi từ có tác dụng tạo ra từ trường H tác dụng lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện động F kéo dài hồ quang, đẩy hồ quang vào đường khe quang co của buồng dập hồ quang, hồ quang vừa tiếp giáp sát vào thành buồng dập hồ quang, vừa bị kéo dài trong đường khe quanh co, nên dễ bị dập tắt. Thường cuộn dây thổi từ được mắc nối tiếp với tiếp điểm cắt do đó dòng đi ện càng lớn thì lực điện động càng lớn . Nếu dòng điện đổi chiều thì từ trường cũng đổi chiều, lực điện động không bị đổi chiều dòng điện nhỏ nhất có thể dập tắt hồ quang một cách chắc chắn bằng 1/4 dòng định mức của cuộn dây thổi từ. Nam chân điện kiểu hút chập của cuộn dây có công suất 20 – 25 W Có kh ả năng làm việc chuẩn xác trong phạm vi điện áp dao động từ 85% - 105% U đm Thời gian tác động cuả công tắc tơ khoảng 0,08 – 0,1s Thời gian nhả 0,03-00,04s điện áp nhả 0,05-0,1U đm THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5 sơ đồ động PHẦN III: TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN I. KHÁI NIỆM VỀ MẠCH VÒNG ĐẪN ĐIỆN Mạch vòng đẫn điện cuả khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu và kích thước hợp hành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn, dầu nối, hệ thống tiếp điểm ( giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh ) II. YÊU CẦU ĐỐI VƠÍ MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN . Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt Bền với môi trường Có độ cứng vứng tốt THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 6 Tổn hao đồng nhỏ Có thể làm việc được trong một khoảng thời gian nhắn khi có sự cố Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp III 1 . YÊU CẦU ĐỐI VỚI THANH DẪN. Có độ bền cơ khí cao Có khả năng chịu được ăn mòn hoá học, ít bị ôxi hoá Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đập Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ III. 2 . CHỌN VẬT LIỆU Để thoả mãn yêu cầu đối với thanh dẫn . Chọn vật liệu thanh dẫn đồng CAĐINI kéo nguội có: Tỉ trọng : 8,9 g/m 3 Nhiệt độ nóng chảy : 1083 0 C Điện trở suất ở 20 0 C : 2,3. 10 -3 Độ dẫn nhiệt : 0,39 Ws/cm 0 C Độ cứng Briven : 95 - 110kg/mm Hệ số nhiệt điện trở : 0,0043 1/ 0 C = 4. 10 -3 III. 3 HÌNH DẠNG THANH DẪN Thanh dẫn hình chữ nhật A: chiều rộng thanh dẫn B: chiều dày thanh dẫn S: tiết diện thanh dẫn THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 7 III. 4 TÍNH TOÁN THANH DẪN Ở CHẾ ĐỘ DÀI HẠN Bề dày thanh dẫn được xác định: () )( 1 2 3 2 mmfod Knn KI b t τ ρ θ + = Trong đó : I : dòng điện làm việc ( A ) P 0 : điện trở suất cuả vật liêụ ở nhiệt độ ổn định ( m Ω ) K f : Hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiểu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Đối với dòng đIện một chiều K f = 1. N : tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dày thanh dẫn . Chọn n = 6 K T : Hệ số tản nhiệt ra khống chế . Chọn K T = 5 ( W/ m 2 0C) [ bảng 6 - 5 TKKCDDHA ) độ tăng nhiệt ổn định = 65 0 C [ Bảng 6 – 1 TKKCĐHA ] * Bề rộng thanh dẫn được xác định a = n . b ( mm ) * Điện trở suất cuả vật liệu ở nhiệt độ ổn định ( 0 = 105 0 C ) Trong đó : () mΩ= 20 θ ρ : điện trở suất cuả vật liệu ở nhiệt độ 0 = 20 0 C và p 0=20 = 1,8 . 10 -8 [Bảng 2 - 13 TKKCĐHA ] hệ số nhiệt điện trở cuả đồng = 0,0043 θ ôđ ( 0 C ) nhiệt độ ổn định θ ôđ = 105 0 C [ bảng 6 – 1 TKKCĐHA ] ( ) [ ] 33 105 10.46,520105.0043,0110.4 −− = =−+= θ ρ * kích thước thanh dẫn làm việc với I đm = 80A ( ) [ ] 201. 2001050 − + = == od θ α ρ ρ THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 8 () 108,0 65.5.166.2 10.46,5.80 3 32 = + = − b ( mm) a = n .b = 6 . 1 = 6 mm Để phù hợp chọn: a = 8 mm b = 1mm vậy ta có tỉ lệ : n = 8 1 8 == b a III. 5 KIỂM TRA THANH DẪN Quá trình kiểm tra nhằm xác định xem với tiết điện tính toán và lựa chọn có đảm bảo được độ tăng nhiệt, nhiệt độ ổn định cho phép khi thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn hay không .Đồng thời kiểm tra khả năng quá tải của thanh dẫn ở chế độ không ổn định nhiệt ( chế độ ngắn hạn hay chế độ ngắ n mạch ) mà tại đó thanh dẫn không bị biến dạng hay tính chất của vật liệu làm thanh dẫn vẫn ở điều kiện cho phép Kiểm tra khi làm việc ở chế độ dài hạn Kiểm tra độ tăng nhiệt độ : Trong đó : () () C nK bnJ T od 0 6 32 105 2 656,46 10.18.5.2 8.1.10.46,5.31,0 1 2 <= + = + = − − = θ ρ τ J : mật độ dòng điện của thanh dẫn: lấy j = 0,31 S : điện tích thanh dẫn S = a.b + 8 . 1 + 8 ( mm 2 ) * kiểm tra nhiệt độ ổn định )/(10 8 80 2 mmA S I J === C odmtod 0 6,866,4640 =+=+= τθθ THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 9 Trong đó : θ mt : nhiệt độ môi trường ( lấy C mt 0 40= θ ) * Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn hạn : Chế độ ngắn hạn là chế độ mà thanh dẫn làm việc trong thời gian ngắn. Khi độ chênh nhiệt độ chưa đạt tới trị số ổn định thì đã nghỉ ( tức là chưa lợi dụng hết khả năng chịu nhiệt của vật liệu ) . Do đó ta có thể nâng phụ tải lên để khí cụ đ iện ứng với thời gian làm việc mà tại đó khí cụ điện vùa đạt tới độ tăng nhiệt cho phép. Để thuận tiện cho việc tính toán kiểm nghiệm . Kiểm tra thanh dẫn có chiều dài 1 cm , thời gian làm việc ngắn hạn t nh = 3 sec, nhiệt độ là 105 0 C * Điện trở của 1cm thanh dẫn ở nhiệt độ 105 0 C là : ( ) [ ] ( ) [ ] 20.1 20.1. 2020105 − + = − + = === odod ISRR θ α ρ θ α θθθ = () [] 5 4 9 10.83,620105.0043,01. 10.8 1 .10.4 − − − =−+ R 0 = 20 : điện trở của đồng ở nhiệt độ 0 = 20 0 C * Tổn hao công suất cho phép ở chế độ làm việc dài hạn. P dh = I 2 dh . R 0 = 105 = 80 2 . 6,83. 10 -5 = 0,437( W/ cm ) * hằng số phát nóng được xác định : T= TT SK MC . . C : nhiệt dung riêng của đồng C = 0,39 J/g 0 C S t : diện tích bề mặt làm nguộn của thanh dẫn dài 1cm : S t = D. L D : Chu vi thanh dẫn . D = 2 ( a + b ) L : Chiều dài thanh dẫn . L = 1cm M : Khối lượng thanh dẫn dài 1cm : ( g ) S t = D. L + 2 ( a + b ) . l = 2 ( 0,8 + 0,1 ) . 1 = 1,8 ( cm 2 ) THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 10 M = )(12,71.8.0.9,8 KGlS = = γ Tỉ trọng của đồng * Hằng số thời gian phát sóng 303 8,1.10.5 7.39,0 . . 4 === − TT SK MC T ( S ) * Độ tăng nhiệt ở chế độ ngắn hạn : ( ) nh t T eTT odnh − ′ = 1. Trong đó : T ôđ : độ tăng nhiệt ổn định khi công suất ở chế độ ngắn hạn tính toán ở t nh = 3sec; ( ) Ce nh 0 25,01.65 5 ,6303 =−= − τ * Hệ số quá tải công suất ở chế độ ngắn hạn: 61 5 303 === nh P t T K * Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ ngắn hạn : K I = 761 == p K * Công suất cho phép ở chế độ ngắn hạn: P nh = K p . P dh = 61.0,437 = 26,7 ( W/ cm ) * Dòng điện ở chế độ ngắn hạn : I nh = K t . P dh = 80. 7 = 560 ( A ) * Mật độ dòng điện ở chế độ làm việc ngắn hạn : J nh = () 2 /70 8 560 mmA S I nh == *Kiểm tra thời gian làm việc liên tục cho phép ở chế độ ngắn hạn sec3 25,065 65 ln.303. = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − nhod od nh LnTt ττ τ [...]... giảm nhanh dẫn đến hồ quang bị dập tắt THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 24 Với kết cấu và kiểu buồng dập như trên phù hợp với CTT có chế độ làm việc nhẹ với tần số đóng ngắt là 500 lần đống ngắt / giời Iđm = 80A, tiếp điểm kiểu ngón một chỗ ngắt PHẦN V: TÍNH TOÁN LÒ XO VÀ ĐỰNG ĐẶC TÍNH CƠ THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 25 I KHÁI NIỆM CHUNG Lò xo là một bộ phận của CTT có nhiệm vụ tạo lực... cơ sau 105 lần đóng ngắt: THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 21 ( gđ + gng ) 105= 1,29 10-4 105 = 129 ( g ) khối lượng mòn về cơ điện sau 0,5.105 lần đóng ngắt : ( gđ + gng).0,5 105 =1,29 10-4 0,5 105 = 645 ( g ) V 10 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN Với kích thước, kết cấu của tiếp điểm kiểu ngón một chỗn ngắt có các thông số sau: Vật liệu làm tiếp điểm : Cu – Cd kéo nguội Chiều cao tiếp điểm 4 (... tiếp điểm THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 15 V 3 CHỌN ĐỘ MỞ CỦA TIẾP ĐIỂM Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở vị trí cuả công tắc tơ Công tắc tơ một chiều, dòng điện Iđm = 80 A chọn độ m = 10 mm V 4 CHỌN ĐỘ LÚN Độ lún l của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh chặn lại Độ lún được chọn theo dòng điện địng... ĐẶC TÍNH CƠ THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 34 PHẦN VI : TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN I KHÁI NIỆM VỀ NAM CHÂM ĐIỆN Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của KCĐ, đặc biệt là trong CTT kiểu điện từ , được dùng để biến đổi điện năng sang cơ năng trong KCĐ NCĐ được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Trong công nghiệp nó được dùng ở cần trục để nâng hàng hóa, trong truyền động điện , nố được... NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 22 Đối với các KCĐ , cầu dao , CTT… Khi đóng, cắt mạch điện, hồ quang phát sinh trên tiếp điểm Nếu hồ quang cháy lâu, khí cụ điện và hệ thống điện sẽ bị hư hỏng Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong khí hơi Hồ quang có mật độ dòng điện lớn từ ( 104 - 105) A/ cm2, nhiệt độ cao và điện áp rơi trên catốt từ ( 10 – 20 ) V Một trong những... KG ) THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 32 F’lxnh = OA Flxnhc = 10 32,34 = 9,24( N ) = 0,924( KG ) 35 F’lxnh = OA Flxnhc = 86 10 = 24,57( N ) = 2,457 KG ) 35 F’lxnh = OA Flxnhc = 86 8 = 19,66( N ) = 1,966( KG ) 35 OB OB OB - Khe hở δ ′′ giữa nắp và lõi trụ hình tròn của mạch từ khi tiếp điểm động đi hết độ mở m = 10 mm là : δ ′′ = OB 35 I = 3,5 = 1,13( mm) OK 108 THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU... và dòng điện ngắt Ing = Iđm = 80A THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 23 - Thời gian hồ quang cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang - Quá điện áp thấp - kích thước hệ thống dập hồ quang nhỏ , vùng khí ion hóa nhỏ , nếu không nó có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần của thiết bị và còn toàn bộ KCĐ - có khả năng hạn chế ánh sáng và âm thanh V CHỌN VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU BUỒNG... 0,6 Ftdcc = 0,6 1200 = 720 * Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi chưa phát nóng ( θ = 200C) Rtxθ = 200 C = K tx (0,102.Ftdc )m THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 18 Hệ số phụ thuộc điện trở suất ρ và ứng suất σ của vật liệu đồng thời phụ thuộc vào trạng thái bề mặt tiếp xúc Đối với tiếp xúc đường ( Đồng Đồng ) chọn Ktx = 0,2 10-3 ( ΩN ) m : hệ số dạng bề mặt tiếp xúc... già hóa II 2 CHỌN VẬT LIỆU LÀM LÒ XO Dựa vào công dụng CTT được thiết kế, dùng để đóng ngắt mạch điện có tần số đóng ngắt là 500 lần / giờ Có tuổi thọ về cơ và điện là 105 và 0,5 105 lần đóng ngắt Chọn vật liệu làm lò xo là thép THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 26 Cacbon ROCT 9389-60 độ bền vừa đối với lò xo tiếp điểm và có độ bền thường đối với lò xo nhả có các thông số sau : Loại Lò xo Lò xo tiếp... van điện từ … Trong sinh hoạt hàng ngày , cơ cấu điện từ được ứng dụng rộng rãi như chuông điện … Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận chính : Cuộn dây ( phần điện ) , mạch từ ( phần từ ) II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Thiết kế nam châm điện một chiều có các thông số sau và yêu cầu sau: NCĐ có khả năng làm việc trong điều kiện môi trường ẩm , nhiệt độ trung bình của môi trường là 40 0C Tuổi thọ cơ : 105, điện : 0,5 . THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện một chiều PHẦN I : SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TẮC TƠ MỘT CHIỀU I PHẦN II : YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. I. YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế công tắc tơ một chiều một pha kiểu điện từ có các thông