Giáo trình Công tắc tơ 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ I. GIỚI THIỆU CHUNG. 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. Theo lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện được chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm có nhiều chủng loại khác nhau. Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để thườ ng xuyên đóng cắt từ xa các mạch điện động lực bằng tay hay tự động. Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều; nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều. Nhưng cũng có loại công tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại là nam châm điện một chiều. II. PHÂN LOẠ I . 1.Theo nguyên tắc truyền động: ta có ba kiểu CTT, việc đóng cắt được thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén. 2.Theo chế độ làm việc: - Chế độ làm việc nhẹ: khi số lần thao tác tới 400 lần/h. - Chế độ làm việc trung bình: khi số lần thao tác tới 600 lần/h. - Chế độ làm việc nặng: khi số lần thao tác lớn hơn 1500 lần/h. III.CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦ A CÔNG TẮC TƠ. 2 1.Điện áp định mức U đ m : là điện áp định mức của mạch điện tương ứng mà mạch điện của CTT phải đóng cắt. Điện áp định mức có các cấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. 2.Dòng điện định mức I đm : là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng không quá 8h. Dòng điện định mức của CTT hạ áp thông dụng có các cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A. Nếu CTT đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do đ iều kiện làm mát kém. ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa là khi tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng lâu hơn 8h thì dòng điện định mức của CTT lấy thấp hơn khoảng 20% do ở chế độ này lượng ôxit kim loại tiếp điểm tăng vì vậy làm tăng điện trở tiếp xúc và nhiệt độ tiếp điểm tăng quá giá trị cho phép. 3.Điệ n áp cuộn dây định mức U cdđm : là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi tính toán, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng 85%U cdđm thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110%U cdđm thì cuộn dây không được nóng quá trị số cho phép. 4.Số cực: là số cặp tiếp điểm chính của CTT. Công tắc tơ điện xoay chiều có 2; 3; 4 hoặc 5 cực. 5.Số cặp tiếp điểm phụ: thường trong CTT có các cặp tiếp điểm phụ thường đóng và thường mở có dòng điện định mức 5A hoặc 10A. 6.Khả năng đóng và khả năng cắt : là giá trị dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi ngắt hoặc khi đóng. CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc cần phải có khả năng đóng từ 4 ÷ 7 lần I đm . CTT điện xoay chiều đạt 10I đm với phụ tải điện cảm. 3 7.Tuổi thọ của CTT: là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy CTT sẽ hỏng không dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể do mất độ bền cơ hay độ bền điện. - Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt không tải cho đến khi CTT hỏng. CTT hiện đại tuổi thọ cơ khí đạt 2.10 7 lần. - Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt tải định mức.Thường tuổi thọ về điện bằng 1/5 hay 1/10 tuổi thọ cơ khí. 8.Tần số thao tác: là số lần đóng cắt CTT cho phép trong 1h. Tần số thao tác của CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồ quang và sự phát nóng của cuộn dây do dòng điện. Tần s ố thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lầ/h. 9.Tính ổn định điện động: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện. Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng 10I đm . 10.Tính ổn định nhiệt: nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính. IV. YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ. 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 sự cố. - Dẫn điện tốt. - Độ bền cách điện của các chi tiết cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhấ t để không xảy ra phóng điện, kéo dài trong điều kiện môi trường xung quanh ( như mưa, ẩm, bụi, tuyết ) cũng như khi có quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra. 4 - 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 cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố. - Kết cấu đơn giả n, khối lượng và kích thước bé. 2. Các yêu cầu về vận hành: - Chịu được ảnh hưởng của môi trường xung quanh : độ ẩm, độ cao - Có độ tin cậy cao. - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài. - Đơn giản, dễ thao tác, dễ sửa chữa, thay thế. - Chi phí vận hành ít, tiêu tốn năng lượng ít. 3. Các yêu cầu về kinh tế, xã hội: - Giá thành hạ, có tính thẩ m mỹ cao. - Vốn đầu tư khi thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành ít. - Tạo điều kiện dễ dàng, thuận tiện cho người vận hành về mặt tâm, sinh lý, cơ thể - An toàn trong lắp ráp vận hành. 4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo: - Tính công nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp lẫn - Lưu ý đế n khả năng chế tạo : mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng của thiết bị. - Khả năng phát triển chế tạo, lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dãy V. CẤU TẠO CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ: 1.Cấu tạo: 5 Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau: - Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: thanh dẫn ( thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh ), dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm ), cuộn dây dòng điện ( nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang ). - Hệ thống dập hồ quang. - Nam châm điện xoay chiều. - Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung - Vỏ và các chi tiết cách điện. 2. Nguyên lý hoạt động: Khi đặt điện áp vào cuộn dây của nam châm điện, luồng từ thông sẽ được sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực đi ện từ, hút phần ứng của nó. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn trên phần ứng đóng hoặc cắt với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các lò xo tiế p điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối với tiếp điểm phụ thường đóng, lò xo nhả bị nén lại. Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ giảm xuống về không, đồng thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không. Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm.Khi đó hệ thống dập hồ quang sẽ nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờ vậy tiếp điểm ít bị mòn hơn. 6 CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU I.YÊU CẦU THIẾT KẾ. Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ. - Tiếp điểm chính : I đm = 65A; U đm = 400V - Số lượng : 3 tiếp điểm thường mở. - Tiếp điểm phụ : I đm =5A ; U đm = 400V - Số lượng . : 2 thường đóng, 2 thường mở. - Nam châm điện : U đm = 220V; f = 50Hz - Tuổi thọ : Điện: 10 6 lần đóng cắt. - Làm việc liên tục : cách điện cấp C. II.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. 1.Lựa chọn kết cấu: Công tắc tơ xoay chiều kiểu điện từ dùng nam châm điện có mạch từ hình chữ E hay chữ Π có nắp quay quanh trục hay chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống. Ta không dùng kiểu quay trên một cạnh vì nắp NCĐ xoay chiều to, nặng và kẽ hở không khí chính lớn. Mạch từ hình chữ E kiểu quay cho đặc tính hút tốt hơn kiểu hút thẳng nhưng kiể u hút thẳng có thể tận dụng được trọng lượng của nắp khi ngắt. Mặt khác loại này có đặc tính lực hút tương đối lớn và có dạng gần trùng với đặc tính cơ nên giảm 7 rung tốt, hành trình chuyển động tương đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn. Từ thông rò của nó sinh ra lực phụ làm tăng lực hút. Kết cấu mạch loại này đơn giản. Tuy nhiên NCĐ xoay chiều kiểu chữ E, hút thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây có nhược điểm là bội số dòng điện lớn ( 10 ÷ 15 ) so với các mạch từ khác do kẽ hở không khí lớn h ơn. Từ những ưu điểm vượt trội đó ta chọn kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây. 2.Lựa chọn sơ bộ hệ thống tiếp điểm: Theo yêu cầu thiết kế tiếp điểm chính có: I đm = 180 A, U đm = 400 V, ta chọn tiếp điểm kiểu cầu, hai chỗ ngắt. Nó phù hợp NCĐ hút thẳng. Loại tiếp điểm này có ưu điểm là khả năng ngắt lớn, không cần dây nối mềm, dễ dàng cho việc dập hồ quang. 3.Lựa chọn sơ bộ hệ thống dập hồ quang: Ta chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập đặt tiếp điểm b ắc cầu, hai chỗ ngắt. Kiểu này có ưu điểm: khi hồ quang xuất hiện thì dưới tác động của lực điện động ( bao gồm lực điện động do kết cấu mạch vòng dẫn điện lực do các tấm dập bằng vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang ), hồ quang di chuyển vào buồng ngăn và bị chia thành nhiều đoạn ngắn, nhiệt độ hồ quang cũng giảm xuống do tiếp xúc với các tấm dập. Kết quả hồ quang nhanh chóng được dập tắt. III.THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG. Sơ đồ động được minh hoạ như hình vẽ ( trang 8 ). Trong đó : 1 - Giá phần động. 2 - Lò xo tiếp điểm. 3 - Tiếp điểm động. 4 - Tiếp điểm tĩnh. 8 f ®t g f lxt® f lxnh m δ 1 2 3 4 5 6 7 5 – Nắp nam châm điện. 6 – Lò xo nhả. 7 – Thân ( lõi ) nam châm điện. m - độ mở tiếp điểm. 9 l - độ lún tiếp điểm. F lxtđ - lực ép lò xo tiếp điểm. F lxnh - lực ép lò xo nhả. F đ t - lực hút điện từ. G - trọng lực phần động. CHƯƠNG III MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN A.KHÁI NIỆM CHUNG. Mạch vòng dẫn điện có chức năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện. Mạch vòng dẫn điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính như sau: • Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. • Dây dẫn mềm • Đầu nối : gồm vít và mối hàn. • Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm. • Cuộn dây dòng điện ( nếu có, kể cả cuộn thổi từ dập hồ quang ). B.YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. • Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, tổn hao đồng nhỏ. • Bền với môi trường. • Có độ cứng, vững tốt. • Làm việc ở chế độ sự cố trong thời gian cho phép. • Có kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, chế tạo, lắp ráp, thay thế. C.MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH. [...]... Mudule chống trượt: - Điện trở suất: ρ = 0,2 ÷ 0,3 1 0-6 Ωm IV.TÍNH TOÁN LÒ XO NHẢ t 1.Các thông số đo đuợc d L - [ σk ] = 1300 N/mm2 -Số vòng= 16(vòng) - ường kính trung bình :8.5(m.m) D - ộ cứng k = 0.67(N/mm) 2Tính toán a.Tính đuờng kính dây quấn lò xo Từ công thức ( 4-3 5-TLTKKCHA) ta có: G.d 4 k= 8.D 3 W 31 Trong đó: -G:Môđun trống trượt,G=80.103(kn/mm3) -d:Đường kính dây quấn [mm] -D:Đương kính xoắn... lần/giờ, có tuổi thọ về cơ là 105 lần, tuổi thọ về điện là 106 lần đóng ngắt và có lực ép tương đối lớn Vì vậy tra bảng 4-1 , trang 166 – TKKCĐHA: chọn vật liệu làm lò xo là thép các bon ΓOTC938 9-6 0 độ bền trung bình, nhãn hiệu II (Π) Các thông số của nó: - Độ bền giới hạn khi kéo : - Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: [ σu ] = 460 N/mm2 - Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: [ σx ] = 280 N/mm2 - Module đàn hồi... điều kiện về nhiệt và điện ở các chế độ làm việc khác nhau như trên 2 Tính toán tiếp điểm thanh dẫn tĩnh a.Nội dung tính toán Tiếp điểm cần tính là tiếp điểm kiểu cầu, 1pha 2 chỗ ngắt.Nội dung tính toán bao gồm: - Xác định độ mở tiếp điểm [ m ] - Xác định độ lún tiếp điểm [ l ] - Chọn vật liệu tiếp điểm - Tính lực ép tiếp điểm - Tính điện trở tiếp xúc - Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc - Xác định... dính - Tính biên độ và thời gian rung - Ăn mòn tiếp điểm b Tính toán chi tiết Chọn vật liệu làm tiếp điểm: - Yêu cầu của vật liệu làm tiếp điểm : + Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé + Tính dẫn nhiệt và nhiệt độ nóng chảy cao + ít bị ôxi hoá + Khó hàn dính + Độ cứng cao, ít bị ăn mòn cơ + Đặc tính công nghệ tốt 13 + Giá thành hạ - Với yêu cầu thiết kế, ta chọn vật liệu là kim loại gốm ( BạcNiken- Than... d=1(mm) b.Tình lực nhả cuối của mỗi lò xo Từ công thức ( 4-3 1-TLTKKCHA) ta có: d = 1.6 F c ` [σ x ] Trong đó: -F:Lực nhả cuối của lò xo [N -c:Hệ số của lò xo.c=D/d=8.5/1=8.5 - x :Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn[N/mm2] Thay số có: d 2 [σ x ] 12.280 F= = 2 = 12.87[ N ] 1,6 2.c 1,6 8,5 c.Tính độ nén lò xo nhả Từ công thức( 4-3 2-TLTKKCHA): w= g.d f 8.c 3 F 32 Trong đó: -f:Độ nén của lò xó: W 8.c 3 F 16,8.8,5... nhỏ, dẫn điện tốt • Dẫn nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao • Có độ bền cơ khí cao, chịu mài mòn tốt • Chịu được ăn mòn hoá học tốt, ít bị ôxi hoá • Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ 2.Chọn vật liệu: Từ những yêu cầu trên đối với thanh dẫn, tra bảng 2-2 2 ( trang 8 1- Những hằng số vật lí của vật dẫn thông dụng trong khí cụ điện ) và so sánh các ưu nhược điểm, ta chọn vật liệu làm thanh dẫn là đồng kéo nguội... Điện cảm của mạch ngắt được xác định theo công thức: L= U ®m I ng ω 1 - cos 2 φo Trong đó : Uđm - điện áp định mức của hệ thống: 380V Ing - dòng điện ngắt định mức: ω 65A - tần số góc của hệ thống ϕo - góc lệch pha ban đầu của dòng điện và điện áp Chọn cosϕo = 0,8 ( tải điện cảm thường gặp ) L= 380 -3 1 - 0,8 2 = 11.10 65.2.π.50 Hz 0,15 0,15 = = 13,6 kHz L 11.10 -3 Vậy: f1 = Có : fo = 43,4 kHz > f1 =... 2 2 g = g d + g ng = 10 −9.( K d I d + K ng I ng ) K kd Trongđó : -Kkđ: Hệ số mòn không đồng đều.Theo TLTKKCHA-tr79 với dòng xoay chiều Kkđ =1. 1-2 .5,chọn Kkđ =1.3 -Kđ,Kng:Hệ số mòn khi đóng cắt.Tra bảng ( 2-2 1TLTKKCHA) với vật liệu bạc dòng 65 (A) môi trường không khí ta có: Kđ=Kng=0.001(g/A2) -Iđ:Dòng điện đóng,chọ Id=10.Iđm=650 (A) -Ing:Dòng điện ngắt,chọn Ing=Iđm=65 (A) Thay số ta có: g =10−9 (0.001650... ( 4-2 7_TLTKKCHA) tổng thời gian rung là:t∑=(1.51.8)2.tm.Chọn t∑=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].Vì t∑ >0.3s là thời gian rung dể có thể bỏ qua độ rung của công tắc tơ, vậy dộ rung la dáng kể,ta phải dùng lò so hoãn xung dể giảm độ rung này Ăn mòn tiếp điểm - Yêu câu đối với tiếp điểm sau số lần đóng cắt n nhất định là: Vmòn/Vtđ ≤70% Π.d 2 h 3.14.8 2.2 V td = = = 100.5(mm 3 ) = 0.1(cm 3 ) 4 4 20 - Theo công. .. quang: 1.Vật liệu xi măng-amiăng: - Ưu điểm: nhiệt độ nóng chảy cao: 1150oC, tính cách điện khá cao: ρ = 1010 ÷ 1012 Ωcm, độ nhẵn bề mặt lớn - Nhược điểm: trong trạng thái âm, tính cách điện của vật liệu bị giảm; dưới tác dụng nhiệt của hồ quang những khe hở nhỏ tạo thành vết làm tăng độ nhám 2.Vật liệu ép chịu hồ quang: Chúng có ưu điểm : có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt, đạt được . Giáo trình Công tắc tơ 1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ I. GIỚI THIỆU CHUNG. Khí cụ điện là. khác, chế tạo dãy V. CẤU TẠO CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ: 1.Cấu tạo: 5 Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau: - Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: