Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Lời mở đầu Đất nước ta đang trên con đường phát triển kinh tế, sự phát triển của các ngành công nông nghiệp, nhu cầu sinh hoạt của nhân dân kéo theo đòi hỏi về điện năng ngày càng nhiều. Trong quá trình sử dụng điện năng không tránh khỏi những sự cố, rủi ro như hiện tượng quá dòng điện, quá điện áp, hiện tượng ngắn mạch….Vì vậy vấn đề đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đặc biệt là đảm bảo an toàn cho người sử dụng, vận hành là một yêu cầu rất bức thiết. Công tắc tơ xoay chiều là một trong những thiết bị đảm bảo an toàn trong sử dụng điện.Chính vì vậy nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là mối quan tâm của ngành thiết bị điện. Được sự hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện - Điện tử đại học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Đức đã giúp em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp thiết kế “ Công tắc tơ xoay chiều ba pha”. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng nhưng do hiểu biết kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn ít, quá trình thiết kế đồ án của em vẫn còn mắc phải những sai sót nhất định.Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để giúp em hoàn thiện hơn phần kiến thức của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và thầy giáo Nguyễn Văn Đức. Sinh viên. Đỗ Thị Thu Hương. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 1 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Mục Lục: Lời mở đầu ………………………………………………………… 1 Giới thiệu chung về công tắc tơ 4 Chương I: Chọn phương án thiết kế. I/ Các yêu cầu chính đối với công tắc tơ……………………… 6 II/ Lựa chọn kết cấu của công tắc tơ…………………………….7 III/ Tính chọn khoảng cách cách điện ………………………….13 Chương II: Tính toán mạch vòng dẫn điện. I/ Khái niệm chung II/ Mạch vòng dẫn điện chính 1. Tính toán thanh dẫn động…………………………………13 2. Tính toán thanh dẫn tĩnh ………………………………….15 3. Đầu nối………………………………………………… 15 4. Tiếp điểm………………………………………………….16 III/ Mạch vòng dẫn điện phụ 1. Tính toán thanh dẫn………………………………………23 2. Đầu nối………………………………………………… 25 3. Tiếp điểm…………………………………………………26 Chương III: Tính và dựng đặc tính cơ. I/ Lập sơ đồ động II/ Tính toán lò xo 1. Tính toán lò xo nhả……………………………………… 34 2. Tính toán lò xo tiếp điểm chính………………………… 35 3. Tính toán lò xo tiếp điểm phụ…………………………… 37 4. Xác định các lực………………………………………… 40 Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 2 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha 5.Đồ thị đặc tính cơ Chương IV: Tính toán buồng dập hồ quang. I/ Khái niệm chung …………………………………………….41 II/ Lựa chọn kết cấu buồng dập ………………………………41 III/ Tính toán các thông số buồng dập ……………………… 43 Chương V: Tính toán nam châm điện. I/ Tính toán sơ bộ nam châm 1. Chọn dạng kết cấu……………………………………… 47 2. Chọn vật liệu NCĐ………………………………… 47 3. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản tại δ=δ th ………… 48 4. Xác định các thông số chủ yếu của NCĐ………………… 49 5. Xác định các kích thước của cuộn dây…………………… 50 II/ Tính toán kiểm nghiệm nam châm 1. Sơ đồ thay thế………………………………………………55 2. Xác định từ dẫn khe hở không khí…………………………57 3. Xác định từ cảm và hệ số từ rò tại δ=δ th ………………… 62 4. Xác định thông số cuộn dây……………………………… 64 5. Tính toán vòng ngắn mạch chống rung………………… 65 6. Hệ số tỏa nhiệt của vòng ngắn mạch…………………… 70 7. Tính toán tổn hao trong lõi thép……………………………70 8. Tính toán dòng điện trong cuộn dây…………………… 71 9. Tính toán nhiệt trong cuộn dây………………………… 73 10.Tính và dựng đặc tính lực hút điện từ…………………… 74 11.Tính và dựng đặc tính lực nhả…………………………… 75 12.Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả 76 Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 3 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Chương VI: Thiết kế kết cấu. I/ Kết cấu vỏ ……………………………………………………78 II/ Hệ thống tiếp điểm… ……………………………………….79 III/ Nam châm điện …………………………………………….82 IV/ Hệ thống mạch từ ………………………………………… 84 V/ Hệ thống buồng dập hồ quang …………………………… 85 Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 4 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ. I. Khái niệm: Công tắc tơ (CTT) xoay chiều là một loại khí cụ điện dựng để đóng cắt các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động .Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén . Thông thường ta gặp loại đúng cắt bằng nam châm điện. II.Phân loại: Căn cứ vào dòng điện đúng cắt có loại công tắc tơ điện một chiều và công tắc tơ điện xoay chiều. Công tắc tơ điện một chiều dựng để đóng, cắt mạch điện một chiều, nam châm điện của nó là loại nam châm điện một chiều. Công tắc tơ điện xoay chiều dựng để đóng, cắt mạch điện xoay chiều, nam châm điện của nó có thể là loại nam châm điện một chiều hay xoay chiều. Căn cứ vào số lần đúng cắt trong một giờ (tần số thao táct): - Chế độ làm việc nhẹ: Khi tần số thao tác tới 400 lần / giờ. - Chế độ làm việc trung bình: Khi tần số thao tác tới 600 lần / giờ. - Chế độ làm việc nặng: Khi tần số thao tác tới 1500 lần / giờ. Mỗi lần đúng cắt đều làm cho tiếp điểm bị mòn về cả cơ lẫn điện, do đó cần phải làm tăng độ bền mòn cơ và độ bền mòn điện của CTT. Độ bền mòn cơ được xác định bằng số lần đúng cắt tối đa chưa đòi hỏi phải thay thế và sửa chữa các chi tiết khi không có dòng điện chạy qua các tiếp điểm. Đối với các công tắc tơ hiện tại, yêu cầu độ bền mòn cơ rất cao, từ (10 20).10 lần thao tác. Độ bền mòn điện được xác định bằng số lần đúng cắt tối thiểu mà sau đó cần phải thay thế các tiếp điểm khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm. Yêu cầu độ mòn điện từ (2 3).10 lần thao tác. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 5 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha III. Cấu tạo: Công tắc tơ xoay chiều 3 pha gồm các bộ phận chính sau: +Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm thường đúng và tiếp điểm thường mở. +Hệ thống thanh dẫn: thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. +Nam châm điện xoay chiều. + Cuộn dây nam châm điện xoay chiều. +Hệ thống lò xo: lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung…. +Các vít đầu nối và dây dẫn mềm. +Buồng dập hồ quang. IV. Nguyên lý hoạt động: Khi cho dòng điện vào cuộn dây, từ thông sẽ được sinh ra trong nam châm điện.Từ thông này sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn tĩnh, đầu kia của thanh dẫn có 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 được đóng vào với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối với tiếp điểm thường đúng. Lò xo nhả bị nén lại. Khi ngắt điện vào cuộn dây, 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 vắch ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ được dập tắt. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 6 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha CHƯƠNG I: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. I. Các yêu cầu chính đối với công tắc tơ: 1. Yêu cầu về kỹ thuật: Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối với quá trình thiết kế khí cụ điện. Nó bao gồm các yêu cầu về: - 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. Vì vậy cần phải đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơ tính, giảm tuổi thọ…. - Độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việcvới điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện, trong điều kiện môi trường xung quanh cũng như khi có quá 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 làm việc định mức và chế độ sự cố. - Khả năng đúng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện thông qua các chi tiết, bộ phận. - Độ bền cơ, hóa học đối với môi trưòng xung quanh. - Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước nhỏ. 2. Các yêu cầu về vận hành: Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau: - ảnh hưởng của môi trường xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ…do đó cần phải tránh các tác động có hại của môi trường lên thiết bị điện. - Có độ tin cậy đối với người sử dụng, vận hành, thao tác. - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài. - Đơn giản, dễ thao tác, sửa chữa, thay thế. - Chi phí vận hành và tiêu tốn năng lượng ít. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 7 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha 3. Các yêu cầu về kinh tế xã hội: Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm: Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầu tiên người thiết kế phải chú ý đến thị trường, làm thế nào để khi đưa ra sản phẩm của mình thì có thể chiếm được ưu thế so với các sản phẩm cùng chủng loại, cùng có chất lượng kỹ thuật thì thiết bị của mình phải có giá thành hạ, có tính thẩm mĩ của kết cấu, vốn đầu tư khi lắp ráp, chế tạo là nhỏ nhất. 4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo: - Tính công nghệ của kết cấu: dựng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp dẫn… - Lưu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng của thiết bị. - Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạoL, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dãy…. II. Lựa chọn kết cấu của công tắc tơ. Để có kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ của nước ta hiện nay, với việc tham khảo một số mẫu hiện có trên thị trường ta có thể chọn ra phương án tối ưu, hơn nữa tạo điều kiện dễ dàng cho việc thay thế và lắp ráp. 1. Hệ thống tiếp điểm: Công tắc tơ ( CTT) làm nhiệm vụ đúng cắt với tần số đúng ngắt cao, do đó tuổi thọ của công tắc tơ phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống tiếp điểm. Hệ thống tiếp điểm làm nhiệm vụ dẫn dòng bằng tiếp xúc điện, dòng điện chạy từ tiếp điểm tĩnh sang tiếp điểm động qua bề mặt tiếp xúc, tiếp điểm đúng mở làm cho dòng điện chạy qua hoặc ngừng. Có 3 dạng tiếp xúc: - Tiếp xúc điểm. - Tiếp xúc đường. - Tiếp xúc mặt. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 8 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Kết cấu của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện, chức năng của tiếp điểm, tần số làm việc, tuổi thọ và nhiều yếu tố khác.Vì vậy thiết kế hệ thống tiếp điểm cần đảm bảo: - Khi làm việc dài hạn ở chế độ định mức, tiếp điểm không được phát nóng quá trị số cho phép. - Phải ổn định với tác động nhiệt và điện động của dòng điện. - Đảm bảo độ mòn về cơ, điện là bộ nhất, độ rung tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép. - Điện trở tiếp xúc bộ. Hệ thống tiếp điểm của CTT thường sử dụng các dạng sau: - Tiếp điểm hình nón _ tiếp xúc điểm: loại này dựng với dòng điện bộ cỡ vài Ampe và không cần lực ép lớn. - Tiếp điểm loại cầu, mặt phẳng _ tiếp xúc điểm: Dựng với dòng điện lớn hơn cỡ vài choc Ampe, dạng tiếp điểm này có khả năng tự làm sạch bụi bẩn nơi tiếp xúc, lực ép tiếp điểm không lớn. - Tiếp điểm hình ngón _ tiếp xúc đường: Tiếp điểm động có khả năng lăn và trượt trên bề mặt tiếp điểm tĩnh và tự làm sạch bụi bẩn nơi tiếp xúc, dùng cho dòng điện cỡ vài trăm Ampe. - Tiếp điểm loại mặt phẳng _ tiếp xúc mặt: Dùng cho dòng điện lớn cần có lực ép tiếp điểm lớn. Hiện nay trên thực tế có nhiều hãng sản suất CTT như TELEMECANIQUE của Pháp, TOGAMI _ Nhật Bản, LG _ Hàn Quốc, VINAKIP _ Việt Nam. Với dòng điện định mức I đm = 40 A, CTT của TOGAMI, LG, VINAKIP đều có đặc điểm cấu tạo chung như sau: - Kết cấu kiểu bắc cầu hai chỗ ngắt. - Tiếp xúc điểm (cầu – mặtc). Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 9 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha - Lò xo tiếp điểm loại xoắn trụ làm việc chịu nén, lò xo này có độ bền cao và ít bị ăn mòn, tạo được lực ép lớn, làm việc ổn định, không có dòng điện chạy qua do đó có độ tin cậy cao, không bị phát nóng, không già hóa và giảm tính đàn hồi. - Kết cấu gọn nhẹ, đơn giản dễ chế tạo, độ tin cậy cao. Hình 1.1: Kết cấu tiếp điểm của hãng VINAKIP. Qua sự phân tích các hệ thống tiếp điểm và một số mẫu hiện có trên thị trường, ta chọn dạng kết cấu của tiếp điểm là: Đối với tiếp điểm chính: - Kết cấu kiểu bắc cầu 1 pha hai chỗ ngắt. - Tiếp xúc kiểu mặt cầu - mặt phẳng (tiếp xúc điểm t). - Lò xo tiếp điểm loại xoắn trụ làm việc chịu nén. - Tiếp điểm tĩnh hàn cố định với thanh dẫn. - Tiếp điểm động chuyển động thẳng, tịnh tiến. - Có buồng dập hồ quang. 2. Hệ thống dập hồ quang: Khi đúng hoặc ngắt tiếp điểm, hồ quang sẽ phát sinh do sự phóng điện. Đặc biệt khi ngắt CTT với tải cảm, hồ quang dễ phát sinh và duy trì lâu. Khi đúng, hồ quang phát sinh chủ yếu do sự rung của tiếp điểm. Hồ quang xuất hiện kèm theo ánh sáng và nhiệt độ cao gây mòn tiếp điểm….Do đó phải dập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt. Đối với CTT xoay chiều thường dùng các phương pháp dập hồ quang sau: - Dựng cuộn thổi từ với buồng dập khe hở hẹp. Dưới tác dụng của từ trường lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện động hút hồ quang vào buồng dập khe hở hẹp nên hồ quang nhanh chóng được dập tắt. Đỗ Thị Thu Hương TBĐ3-K49 10 [...]... TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Hình 1.2: Buồng dập hồ quang của hãng VINAKIP 3. Nam châm điện – Cơ cấu điện từ Cơ cấu điện từ là một bộ phận rất quan trọng của CTT, được dựng để biến đổi điện năng thành cơ năng Trong công tắc tơ xoay chiều đặc trưng là Nam châm điện Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận chính: - Cuộn dây - Mạch từ + Cuộn dây nam châm điện xoay chiều được thiết kế với điện áp xoay. .. 8,7(g/cm3) Vtđ – Thể tích của tiếp điểm =19,8cm3 h -Chiều cao của tiếp điểm ⇒ Gtđ = 8,7.19,8.10 -3= 0,172(g) ⇒ Đỗ Thị Thu Hương < 70% , thỏa mãn điều kiện thiết kế 30 TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha CHƯƠNG III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ 1.Lập sơ đồ động Công dụng của sơ đồ động là cho ta biết sơ bộ một cách rõ ràng và chính xác về sự truyền và biến đổi chuyển động của các khâu trong CTT Sơ đồ. .. thước và khối lượng thiết bị Vì vậy nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo quy định của công nghiệp cho các khí cụ điện hạ áp thông dụng Theo bảng (1_2) TL1 với điện áp U đm = 400 V, thì khoảng cách cách điện giữa các pha là lcd = 10mm Ta có cấu tạo chung của công tắc tơ được thiết kế: Đỗ Thị Thu Hương 13 TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha 1.Giá phần động 3 Tiếp điểm động 5 Lắp... tiếp xúc, chọn Jtx = 0 ,31 A/mm2 Đỗ Thị Thu Hương 20 TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha 3. 4.Tính Ftx Vậy: Ftx = ftx.Stx = 120.112,9.10-2 = 135 ,48KG = 135 4,89(N) -Diện tích phần đầu nối được xách định theo công thức: Sdn= Stx + Stt = 112,9+ 16,7 = 129,6( mm2) 3. 5.Tính Rtx phần đầu nối: Với: Ktx = 0,14.10 -3( N1/2/ ) hệ số phụ thuộc vào điện trở suất và ứng suất của vật liệu, đồng thời phụ thuộc vào... Hương 23 TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bộ, ít bị ăn mòn, ít bị oxi hóa, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công nghệ cao, giá thành hạ Từ bảng (2_ 13) TL1 ta chọn vật liệu là Bạc - Niken – Than chì (Kim loại gốm), với các thông số kĩ thuật sau: Kí hiệu KMK A32 Tỷ trọng ( ) 8,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 130 0 0C Điện trở suất ở 20 0C 0, 035 .10 -3 Độ dẫn... vật liệu và nhiệt độ thanh dẫn (A2S/mm4) Theo hình 6_6 trang 31 3 TL1 ta có: θ0= 47,8oC =>A θnm= 30 0o => A =1,2.104(A2S/mm4) =3, 75.104(A2S/mm4) Có Jcp trong bảng 6-7 trang 30 5 TL1 Đỗ Thị Thu Hương 18 TB 3- K49 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha - Mật độ dòng điện khi ở tnm = 1s : . …………………………… 85 Đỗ Thị Thu Hương TB 3- K49 4 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ. I. Khái niệm: Công tắc tơ (CTT) xoay chiều là một loại khí cụ điện dựng để. loại công tắc tơ điện một chiều và công tắc tơ điện xoay chiều. Công tắc tơ điện một chiều dựng để đóng, cắt mạch điện một chiều, nam châm điện của nó là loại nam châm điện một chiều. Công tắc tơ điện. điểm. Yêu cầu độ mòn điện từ (2 3) .10 lần thao tác. Đỗ Thị Thu Hương TB 3- K49 5 Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha III. Cấu tạo: Công tắc tơ xoay chiều 3 pha gồm các bộ phận chính sau: +Hệ