Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế công tắc tơ
Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏpMục lụcMục lục .1Lời nói đầu .4Chơng I .5Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 5I. Khái niệm chung . 5 i. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ 5ii. Nguyên lý hoạt động .5II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ . 6 1. Hệ thống mạch vòng dẫn điện 6ii. Hệ thống dập hồ quang .6iii. Nam châm điện 7iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 7v. Hình dáng của công tắc tơ 7Chơng II .8Tính toán mạch vòng dẫn điện .8I. Khái niệm chung . 8 III. Mạch vòng dẫn điện chính 9 1. Thanh dẫn 9ii. Đầu nối .12iii. Tiếp điểm .14II. Mạch vòng dẫn điện phụ . 20 1. Thanh dẫn .20ii. Tiếp điểm 21Chơng III 22Tính và dựng đặc tính cơ 22I. Tính toán lò xo . 22 Ngọc Văn Tú - 1 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp1. Vật liệu làm lò xo .22ii. Lò xo ép tiếp điểm chính 23iii. Lò xo tiếp điểm phụ .24iv. Lò xo nhả 25IV. Đặc tính cơ 27 1. Lập sơ đồ động 27ii. Tính toán các lực 28iii. Đặc tính cơ .29 30 Chơng IV 30Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện 31I. Khái niệm . 31 II. Tính toán thiết kế nam châm điện . 31 1. Xác định Kkc .31ii. Chọn vật liệu dẫn từ 31iii. Chọn từ cảm, hệ số từ rò , hệ số từ cảm .32iv. Tính tiết diện lõi mạch từ .32v. Xác định kích thớc cuộn dây 33vi. Kích thớc mạch từ 35V. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện . 36 1. Sơ đồ thay thế mạch từ 36ii. Tính từ dẫn khe hở không khí .37iii. Tính từ thông .41iv. Tính số vòng dây 41v. Tính đờng kính dây .42vi. Tính toán vòng ngắn mạch .42vii. Tính toán vòng ngắn mạch .45viii. Tính toán kiểm nghiệm cuộn dây 46ix. Tính và dựng đặc tính lực điện từ .48Ngọc Văn Tú - 2 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏpChơng V 54Tính và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang 54I. Vật liệu 54 1. Vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang 54ii. Vật liệu làm các tấm dập 54VI. Tính toán và kiểm nghiệm 54 Chơng VI 58Hoàn thiện kết cấu .58I. Mạch vòng dẫn điện . 58 1. Mach vòng dẫn điện chính 58ii. Mạch vòng dẫn điện phụ 59VII. Lò xo tiếp điểm, lò xo nhả 59 1. Lò xo tiếp điểm chính .59 2. Lò xo tiếp điểm phụ 59 3. Lò xo nhả 59VIII. Nam châm điện . 60 1. Mạch từ .60 2. Kích thớc cuộn dây .60iii. Vòng ngắn mạch 60iv. Buồng dập hồ quang 60IX. Vỏ và các chi tiết khác . 61 Chơng VII .61Ví dụ minh họa ứng dụng công tắc tơ trên 61I. Sơ đồ nguyên lý . 61 X. Nguyên tắc hoạt động 62 1. Mạch chính điều khiển động cơ 62ii. Mạch kiểm tra 62 2.Khí cụ điện, NXB KHKT 2004 .63Ngọc Văn Tú - 3 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp 3.Khí cụ điện hạ áp 63 4.Phần tử tự động .63Lời nói đầuĐất nớc đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đang diễn ra mạnh mẽ. Để thực hiện đợc thì phải có nguồn năng lơng, mà điện năng chiếm một vai trò rất quan trọng. Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tợng. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra nh hiện tợng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tợng ngắn mạch . Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ngời, bảo vệ các thiết bị điện và tránh những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì khí cụ điện ngày càng đợc đòi hỏi nhiều hơn, chất lợng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ.Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các loại khí cụ điện hiện đại đ-ợc sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hoá cao, trong đó công tắc tơ cũng không nằm ngoài mục đích đó. Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là đặc biệt quan trọng nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể sẽ xảy ra.Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện, thuộc bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện. Đặc biệt là sự hớng dẫn giúp đỡ và đóng Ngọc Văn Tú - 4 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏpgóp của thầy Đặng Chí Dũng, em đã hoàn thành đợc đồ án môn học với đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có nhiều hạn chế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế đồ án em còn mắc những sai sót nhất định. Vì vậy em rất mong có đợc sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến thầy cô và các bạn sinh viên.Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - điện tử và thầy Đặng Chí Dũng.Chơng IChọn kết cấu và thiết kế sơ bộI. Khái niệm chungi. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơCông tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thờng xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén. Thông thờng ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện. Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau-Hệ thống mạch vòng dẫn điện.-Hệ thống dập hồ quang.-Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung.-Nam châm điện.-Vỏ và các chi tiết cách điện.ii. Nguyên lý hoạt độngNgọc Văn Tú - 5 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏpKhi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ đợc sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ đợc hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắn vòng ngắn mạch để chống rung, làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ thờng mở và mở ra đối với tiếp điểm thờng 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 của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm. Nhờ các tấm dập trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dập tắt.II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ1. Hệ thống mạch vòng dẫn điệnThanh dẫn: do thanh dẫn phải dẫn dòng điện làm việc và có khi phải chụi dòng điện ngắn mạch lớn khi xảy ra sự cố đòng thời phải đảm bảo cho tiếp điểm tiếp xúc tốt nên ta chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện ngang hình ch nhật.Đầu nối : chọn đầu nối bằng bu lông có thể tháo rời đợc.Tiếp điểm chính: do dòng điện làm việc định mức của công tắc tơ là 25 A nên ta chọn tiếp điểm hình trụ, kiểu bắc cầu, 1 pha 2 chỗ ngắt, tiếp xúc loại mặt phẳng-mặt phẳng.Tiếp điểm phụ: cũng dùng kiểu tiếp điểm bắc cầu 1 pha 2 chỗ ngắt.ii. Hệ thống dập hồ quangĐối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là :- Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí.- Dùng cuộn dây thổi từ.- Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp.- Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập.Ngọc Văn Tú - 6 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏpQua phân tích và tham khảo thực tế, đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập . iii. Nam châm điệnCông tắc tơ có thể đóng ngắt bằng nam châm điện hút quay hoặc hút thẳng.Nam châm điện hút quay- Ưu điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút quay tốt hơn nam châm điện hút thẳng.- Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, một pha có một chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang khó khăn, phải dùng dây nối mềm.Nam châm điện hút thẳng- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, Kết cấu tiếp điểm bắc cầu một pha có hai chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang đơn giản hơn, Hành trình chuyển động gắn liền với chuyền động của nắp nam châm điện,việc bố trí buồng dập hồ quang dễ dàng, Không dùng dây nối mềm.- Nhợc điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút thẳng không tốt bằng nam châm hút quay.Do có nhiều u điểm cho nên ta sẽ sử dụng nam châm điện xoay chiều hình chữ E kiểu hút chập.iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xungLò xo nhả, lò xo tiếp điểm: ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ do nó ít bị ăn mòn và bền hơn lò xo tấm phẳng.Lò xo hoăn xung: dùng để giảm bớt va chạm giữa nắp và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá.v. Hình dáng của công tắc tơSau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sauNgọc Văn Tú - 7 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp1. Tiếp điểm tĩnh. 6. Thanh dẫn tĩnh.2. Tiếp điểm động. 7. Lò xo nhả.3. Lò xo ép tiếp điểm. 8. Mạch từ nam châm điện.4. Thanh dẫn động. 9. Cuộn dây nam châm điện.5. Dàn dập hồ quang. 10. Vòng ngắn mạch.11. Nắp mạch từ nam châm điện.Chơng IITính toán mạch vòng dẫn điệnI. Khái niệm chungTrong Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ quan trọng, nó 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 thớc hợp thành. Đối với Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính nh sau: Thanh dẫn: gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Thanh dẫn có chức năng truyền tải dòng điện. Dây dẫn mềm. Đầu nối: gồm vít và mối hàn.Ngọc Văn Tú - 8 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức năng đóng ngắt dòng điện. Cuộn thổi từ.III. Mạch vòng dẫn điện chính1. Thanh dẫn1. Thanh dẫn độnga. Chọn vật liệuThanh dẫn động gắn với tiếp điểm động, vì vậy nó cần phải có lực ép đủ để tiếp xúc tốt, độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy tơng đối cao . do đó ta có thể chọn Đồng kéo nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động.Các thông số của đồng kéo nguội: Ký hiệu ML-TB Tỷ trọng () 8,9 g/cm3Nhiệt độ nóng chảy (nc) 10830CĐiện trở suất ở 200C (20) 0,0158.10-3 mmĐộ dẫn nhiệt () 3,9 W/cm 0CĐộ cứng Briven (HB) 80 ữ 120 kG/cm2Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 1/ 0CNhiệt độ cho phép cấp A ([cp]) 950 Cb. Tính toán thanh dẫnTheo phần chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ, ta đã chọn thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy bTheo công thức 2-6 (TL1) :Trong đó : Ngọc Văn Tú - 9 - TBĐ-ĐT13.1).K2.n.(n.K.IbodTf2dm+= Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Iđm = 18 A : dòng điện định mức. n: hệ số hình dáng, n = ba = 5 ữ 10, chọn n = 7. Kf : hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần.Kf = Kbm.Kg = 1,03 ữ 1,06. Chọn Kf = 1,06. KT : hệ số tản nhiệt, KT = (6 ữ 12).10-6 (W/ 0 C.mm2) Chọn KT= 7,5.10-6. : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định. = 20[1+( - 20)]20 : điện trở suất của vật liệu ở 20OC. : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu.: nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép = [] = 95 OC.95 = 0,0158.10 -8[1+4,3.10 -3(95 - 20)] 2,1.10 -8 (.m) ôđ : độ tăng nhiệt ổn định.ôđ = - mt với mt= 40 OC là nhiệt độ môi trờng ôđ = 95 - 40 = 55 OCVậy ta có a = b.n =7. 0,54 = 3,78 (mm)Vậy kích thớc tối thiểu của thanh dẫn động là a = 3,78 mm và b = 0,54 mm.Tuy nhiên hình dạng của thanh dẫn động còn phụ thuộc vào hình dạng của tiếp điểm.Chọn tiếp điểm theo bảng 2-15(TL1.T51)với Iđm = 18 A ta chọn đờng kính tiếp điểm dtđ = 8 mm và chiều cao tiếp điểm là htđ= 1,5 mm.Chọn lại kích thớc của thanh dẫn động: a= 10 mm và b= 1,2 mmc. Kiểm tra kích thớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn Diện tích thanh dẫn: S = a.b =10.1,2 = 12 (mm2)Ngọc Văn Tú - 10 - TBĐ-ĐT1)(54,0355.10.5,7).17.(7.206,1.10.1,2.18682mmb += [...]... độ mòn của tiếp điểm mà ta thiết kế là thoả mãn 11 Độ lún, độ mở của tiếp điểm a Độ mở Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở trạng thái ngắt của công tắc tơ Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ mở lớn thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng.Tuy nhiên khoảng cách quá lớn sẽ ảnh hởng tới kích thớc của công tắc tơ Ta lấy độ mở của tiếp điểm... 0,1975 (kg) =1,975 (N) 0,175.0,12 (1 0,9) Xm = = 4,4.10 5 (m) 2.1,975 Do công tắc tơ có ba tiếp điểm nên độ rung của 1 tiếp điểm là X 0,044 Xmtd = 3m = 3 = 0,015 (mm) Theo công thức 2-40 (TL1.T72) thời gian rung của tiếp điểm là tm = tm = 2.m d v do 1 K V F tdd 2.0,175.0,1 1 0,9 = 5,6.10 3 (s) = 5,6 (ms) 1,975 Do công tắc tơ có ba tiếp điểm chính cho nên thời gian rung của một tiếp điểm là Ngọc... Khi nắp hút = cn= 0,05 (mm) ii Tính toán các lực a Lực ép tiếp điểm chính Do công tắc tơ có ba pha, mỗi pha có hai chỗ ngắt nên Lực ép tiếp điểm cuối Ftđc = 2.3.Ftđ = 6.2,75 = 16,5 (N) Lực ép tiếp điểm đầu Ftđđ = 0,7.Ftđc = 0,7.16,5= 11,55 (N) 13 Lực ép tiếp điểm phụ thờng đóng Do 1 tiếp điểm phụ có 2 chỗ ngắt và công tắc tơ có 2 tiếp điểm phụ nên Lực ép tiếp điểm cuối Ftđctđ = 2.2.Ftđp = 4.1,1 = 4,4... những loại nam châm khác nhau về hình dáng, kết cấu, ứng dụng Các qúa trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thờng đợc mô tả bằng các phơng trình vi phân tuyến tính Vì vậy việc tính toán nam châm điện thờng đợc dựa theo các công thức gần đúng, đơn giản sau đó mới kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, dẫn tới bài toán tối u Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực để thực... lực ép tiếp điểm theo công thức thực nghiệm 2-17 (TL1) , ta có : Ftđ = ftđ.Iđm Trong đó ftđ =11 (g/A) Ftđ = 10.11= 110 (g) = 0,11 (kg) = 1,1 (N) Tính điện trở tiếp xúc theo công thức: Rtx = K tx (0,102.Ftd ) m Với Ktx= 0,25.10-3 m = 0,5 Rtx= 7,5.10-4 () Tính điện áp tiếp xúc theo công thức Utx = Iđm.Rtx= 10.0,75.10-3= 7,5.10-3 (V) = 7,5 (mV) Độ lún của tiếp điểm đợc tính theo công thức l=A+B.Iđm=1,5+0,02.10=1,7... Chiều dài kết cấu lk = dlxnh.Wlxnh = 0,5.19 =9,5 (mm) ln = Wlxnh.tn + 1,5.dlxnh = 19.0,87+ 1,5.0,5 = 17,28 (mm) ứng suất xoắn thực tế của lò xo Ngọc Văn Tú - 26 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t x = ỏn khớ c in h ỏp 8.F C 8.5,55.10 = = 565,3 N/mm2 2 .d lxnh .0,5 2 Vậy x < [x] =580 N/mm2 do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vợt quá ứng suất xoắn cho phép IV Đặc tính cơ 1 Lập sơ đồ động Ta xét công tắc tơ làm... cơ cấu chấp hành là hệ thống các tiếp điểm II Tính toán thiết kế nam châm điện 1 Xác định Kkc Theo đặc tính cơ ta chọn điểm A là điểm tới hạn tọa độ A(2,05.10 3 ;23) Lực điện từ tính toán là Fđttt = K.Fth Trong đó K: là hệ số dự trữ K = 1,1 ữ 1,3 chọn K = 1,1 Fth : lực cơ tại điểm A Fđttt = 1,1 23 = 25,3 (N) Theo công thức 5-2 (TL1.T188) hệ số kết cấu là K kc = Fdttt th = 25,3 = 2453,6( N 1 / 2 /... độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc tiếp điểm sẽ bị ăn mòn để đảm bảo tiếp điểm vẫn tiếp xúc tốt thì cần có một độ lún hợp lý Theo cônh thức lí thuyết l= A+ B.Iđm = 1,5 + 0,02.18 = 1,86 2 (mm) II.Mạch vòng dẫn điện phụ Việc tính mạch vòng dẫn điện phụ tơng tự với cách tính vòng dẫn điện chính, với Iđm =10A 1.Thanh dẫn a Thanh dẫn động Vật liệu và kết cấu: giống với thanh dẫn... ([Utx]cp =30 mV), nên bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu iii Tiếp điểm a Nhiệm vụ của tiếp điểm Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt của các khí cụ điện đóng ngắt b Yêu cầu đối với tiếp điểm Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm Với dòng điện... chính nên : m= m + l l =5 + 2 - 1,7 = 5,3 (mm) trong đó m, l là độ mở và độ lún của tiếp điểm chính Chơng III Tính và dựng đặc tính cơ I Tính toán lò xo 1 Vật liệu làm lò xo Theo chơng I chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đã chọn lò xo nhả và lò xo ép tiếp diểm là kiểu lò xo xoăn hình trụ Bây giờ ta sẽ chọn cụ thể loại lò xo là lò xo thép cacbon FOCT 9389 - 60 có các thông số nh sau Độ bền giới hạn . môn Thiết bị điện - điện tử và thầy Đặng Chí Dũng.Chơng IChọn kết cấu và thiết kế sơ bộI. Khái niệm chungi. Tác dụng và cấu tạo của công tắc t Công tắc tơ. đó ta dùng lò xo lá.v. Hình dáng của công tắc tơSau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sauNgọc Văn Tú - 7 - TBĐ-ĐT1 Thit
