Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức mục lục Lời nói đầu Chơng I:Giới thiệu chung về công tắc tơ I: Khái niệm chung II :Tác dụng III: Cấu tạo IV: Nguyên lý hoạt động Chơng II:Chọn phơng án kết cấu 1:Hệ thống mạch vòng dẫn điện 2:Hệ thống dập hồ quang 3:Nam châm điện 4:Hệ thống các lò xo nhả,lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 5:Hình dáng công tắc tơ Chơng III: Tính toán mạch vòng dẫn điện A : Khái niệm chung B : Tính toán I : Tính toán mạch vòng dẫn điên chính II : Tính toán đầu nối III : Tính toán tiếp điểm Chơng IV: Chọn buồng dập hồ quang I : Khái niệm chung II : Yêu cầu của việc thiết kế buồng dập hồ quang III : Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang IV : Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang V : Kết cấu buồng dập hồ quang VI : Nguyên lý buồng dập hồ quang Chơng V: Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả I : Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xô II : Tính toán lò xoPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức Chơng VI: Dựng đặc tính cơ Chơng VII: Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện I : Khái niệm II : Kết cấu và lựa chọn nam châm điện III : Tính toán nam châm điện IV : Tính toán và kiểm nghiệm nam cham điệnPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcLời nói đầu Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc,ngành điện cũng đồng thời phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu về điện Các khí cụ điện có nhiệm vú dảm bảo an toàn trong quá trinh vận hành các thiết bị điện Với những yêu cầu khác nhau mà ngời ta chế tạo các khí cụ điện khác nhau,mức độ tự động hoá ngày càng đợc nâng cao Công tắc tơ là một loại khí cụ điện co tác dụng bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố nh quá tải,ngắn mạch,quá dòng Nhiệm vụ của bài đồ án là thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha với các số liệu nh ở dới Đợc s giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Đức cùng các thầy cô bộ môn TBĐ, em đã hoàn thành bản thiết kế.Nhng em còn hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót.Vậy em kính xin thầy cô chỉ bảo góp ý thêm cho em dể bản thiết kế hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng IGiới thiệu chung về Công tắc tơ ,Cấu tạo, Nguyên lý họat độngI. Khái niệm chungCông tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thờng xuyên đ-ợc điều khiển bằng tín hiệu điện. II.Tác dụng Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thờng xuyên mạch điện động lực ,từ xa bằng tay ,tự độngIII. Cấu tạo Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:1-Hệ thống mach vòng dẫn điện Bao gồm hệ thống thanh dẫn,dây nối mềm,đầu nối và hệ thống tiếp điểm2-Nam châm điện xoay chiều.3- Hệ thống dập hồ quang4- Hệ thống phản lực : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung .IV. Nguyên lý hoạt độngKhi 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 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 chi 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 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 lạiKhi ngắt điện vào cuộn dây, luồng 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 vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dập tắt.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng II Chọn phơng án kết cấu1.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 là145A nên ta chọn tiếp điểm hình chữ nhật, 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.Qua 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.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức- 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 sau 1. 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.Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcChơng IIITính toán mạch vòng dẫn điện A. 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 mạch vòng dẫn điện chính và mạch vòng dẫn điện phụ với các bộ phận chính nh 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.- Cuộn thổi từ.Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và kích thớc của các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng nh quyết định kích thớc của Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.I,Tính toán mạch vòng dẫn điện chính. 1,Thanh dẫn: 1.1,Thanh dẫn động: a) Chọn vật liệu:Thanh 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 tra bảng (2-13 TKKCDHA) ta 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) 0,0175.10-6 mĐộ dẫn nhiệt () 3,9W/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 CPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đứcb) Tính toán thanh dẫn:- Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề dầy bTheo công thức (2-6 TKKCDHA) 3dôTf2.K).1n.(n.2K Ib+=trong đó : -I =145 A : Dòng điện định mức.-n: hệ số hình dáng, n = a/b = 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 = 1,04.-KT : hệ số tản nhiệt, KT = (6 ữ 12) (W/ 0 C.m2) Chọn KT=8 (W/ 0 C.m2)- : 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 = 0,0175.10 -6[1+4,3.10 -3(95 20)] 0,023.10 -6 (.m)-ôđ : độ tăng nhiệt ổn định ôđ = - mt với mt =40 OC là nhiệt độ môi trờng ôđ = 95 40 = 55 OCVậy bề dầy : mmmb 169.2002169.055.8).17.(7.204,1.10.023,0.145362==+= a=nxb=7x2,169=15,18 mm Vậy a=15.4 mm b=2,2 mmPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn ĐứcĐây là kích thớc tối thiểu của thanh dẫn .Để nhiệt độ của thanh dẫn không vợt quá nhiệt độ cho phép ta phải chọn kích thớc thanh dẫn lớn hơn số liệu tính toán trên. Đồng thời phải căn cứ vào kích thớc tiếp điểm để có thể đặt tiếp điểm trên thanh dẫn. Theo bảng (2.15 TKKCDHA) Ta chon kích thớc tiếp điểm đối với dòng điện Iđm=145A(100A-160A) Có đờng kính tơng đơng : d=20 mm Do với dòng điện 145 A ta sử dụng tiếp điểm hình chữ nhật b1 a1 a1: Chiều dài tiếp điểm b1: Chiều rộng tiếp điểm.Diện tích tơng ứng a1.b1=.d2/4=3.14.202/4=314 mm2 Chọn: a1=16mm b1=19,5 mmCăn cứ vào kích thớc tiếp điểm ta chọn chiều dài a của thanh dẫn lớn hơn a1 để đảm bảo có thể gắn đợc tiếp điểm. Chọn : a=18mm b=3 mm .Chu vi mặt cắt thanh dẫn là: P=2x(a+b)=2x(18+3)=42 mmTiết diện mặt cắt: S=axb=18x3=54mm2.c,Kiểm nghiệm thanh dẫn: 1. Kiểm tra kích th ớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn Mật độ dòng điện : Yêu cầu kiểm nghiệm [j] <2 ữ 4 A/mm2. Ta có: j2/7,254145mmASIdm=== thoả mãn yêu cầu về mật độ dòng điện dài hạn.2. Nhiệt độ thanh dẫn :Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có nhiệt độ phát nóng +=.K IK.P.S.K.P.S.K If02TmtTf02tdPhm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đứcvới 0 : điện trở suất của đồng kéo nguội ở 00C 6320010.016,020.0043,0110.0175,0.1=+=+=.m mt : nhiệt độ môi trờng, mt = 400CThay vào ta có : 0043,0.04,1.10.016,0.14510.8.42.548.40.10.42.5404,1.10.016,0.145629962+=td= = 65 0CVậy td < [cp] =950C thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ định mức 3. Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạchĐặc điểm của quá trình ngắn mạch- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn-Thời gian tác động nhỏTừ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tăng lên rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng. Do đó cần phải kiểm tra khi có ngắn mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép không Từ công thức 6-21 (TKKCĐHA) : nmdnmnmtAAj=Trong đó :tnm : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệtAnm : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệtAđ : hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu Tra đồ thị hình 6-6 ta có :Với nm = 2500C có Anm = 3,5.104 A2s/mm4 tđ = 650C có Ađ = 1.104 A2s/mm4tnmjnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2)3s 91,3 944s 79,1 8210s 50 51Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu đợc ngắn mạch Phm Vit Hng TB_T2_K49 [...]... hồ quang kiểu dàn dập Trong buồng dập hồ quang ở phía trên có đặt nhiều tấm sắt từ Khi hồ quang cháy , do lực điện động , hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt V Kết cấu buồng dập hồ quang a, Kết cấu: Kết cấu buồng dập hồ quang 1 Buồng. .. buồng dập IV, Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là : Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức - Ko 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 Qua phân tích và tham khảo thực tế , đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ. .. vậy,nguyên tắc dập hồ quang là tăng cờng quá trình phản ion hoá bằng các biện pháp : Ko dài hồ quang Hồ quang tự dinh ra năng lợng để dập tắt Dùng năng lợng ở nguồn ngoài để dập tắt Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập tắt Mắc điện trở Sunt để dập tắt II,Việc thiết kế buồng dập hồ quang cần đảm bảo các yêu cầu sau: -Đảm bảo khả năng đóng và khả năng ngắt -Có thời gian cháy hồ quang nhỏ để... thành buồng dập Để đảm bảo các yêu cầu trên ta chọn vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang : Ximăng Amiăng Ký hiệu: OCT 8697-58 -Công nghệ chế tạo: Trộn sơ amiăng đã nghiền với ximăng ,sau đó đem ép vào khuôn ở dạng tấm hay mẫu khuôn đã định sẵn,cuối cùng là sấy khô các chi tiết đã ép c,Vị trí đặt buồng dập hồ quang: Buồng dập hồ quang đợc đặt ở mỗi chỗ ngắt VI,Nguyên lý hoạt động của buồng dập hồ quang: ... bị dập hồ quang -Quá điện áp thấp -Kích thớc hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hóa nhỏ, nếu không có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần của thiết bị và của toàn bộ khí cụ -Hạn chế ánh sáng và âm thanh III,Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang -Đảm bảo tính chịu nhiệt của vật liệu làm buồng dập -Đảm bảo tính cách điện và chống ẩm của buồng dập -Đảm bảo độ nhám bên trong thành buồng. .. tắt V Kết cấu buồng dập hồ quang a, Kết cấu: Kết cấu buồng dập hồ quang 1 Buồng dập hồ quang 2 Vỏ buồng dập hồ quang 3 Các tấm sắt non 4 Thanh dẫn động 5 Giá đỡ tiếp điểm b, Vật liệu vỏ buồng dập hồ quang: 6 Thanh dẫn tiếp điểm 7 Tiếp điểm động 8 Tiếp điểm tĩnh 9 Thân, vỏ công tắc tơ Đối với vật liệu làm vỏ buổng dập hồ quang phải đảm bảo các yêu cầu sau: -Tính chịu nhiệt cao Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ... Chơng IV Chọn buồng dập hồ quang I Khái niệm chung Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức Trong các khí cụ điện ( cầu dao , relay , contactor , máy ngắt v.v ) , khi đóng hoặc ngắt mạch điện , hồ quang sẽ phát sinh trên tiếp điểm Nếu để hồ quang cháy lâu , các khí cụ điện và hệ thống điện sẽ bị h hỏng , vì vậy cần phải nhanh chóng dập tắt hồ quang Bản chất của hồ quang điện... Khi hồ quang xuất hiện dứơi tác dụng của lực điện động ,bao gồm lực điện động do kết cấu mạch vòng dẫn điện và do các tấm dập chế tọ bằng vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang, hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập. .. nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt.Kết quả là hồ uang bị dập tắt nhờ các yếu tố sau: +Điện áp hồ quang Uhq bị giảm +Chiều dài hồ quang bị chia làm nhiều đoạn ngắn +Nhiệt độ hồ quang bị giảm Chơng V Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả I Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xo: Phm Vit Hng TB_T2_K49 Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén Sơ đồ động ở 2... 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 -Theo kinh nghiệm với dòng Iđm =(40-600) A và điện áp Uđm = 380-500 V ta chọn độ mở m = 6-12 mm -Đối với dong Iđmm=145 A Ta chon độ mở m=9 mm b) Độ lún 1,Với tiếp . liệu buồng dập hồ quang IV : Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang V : Kết cấu buồng dập hồ quang VI : Nguyên lý buồng dập hồ quang. dập hồ quang kiểu khe hẹp.- Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập. Qua phân tích và tham khảo thực tế , đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang