Luận Văn ĐỀ TÀI: Thiết kế công tắc tơ Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 1 - TBĐ-ĐT1 Mục lục Lời nói đầu 4 Chơng I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 5 I. Khái niệm chung 5 1. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ 5 2. Nguyên lý hoạt động 5 II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 6 1. Hệ thống mạch vòng dẫn điện 6 2. Hệ thống dập hồ quang 6 3. Nam châm điện 6 4. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung 7 5. Hình dáng của công tắc tơ 7 Chơng II Tính toán mạch vòng dẫn điện 8 I. Khái niệm chung 8 II. Mạch vòng dẫn điện chính 8 1. Thanh dẫn 8 2. Đầu nối 12 3. Tiếp điểm 13 III. Mạch vòng dẫn điện phụ 19 1. Thanh dẫn 20 2. Tiếp điểm 20 Chơng III Tính và dựng đặc tính cơ 22 I. Tính toán lò xo 22 1. Vật liệu làm lò xo 22 2. Lò xo ép tiếp điểm chính 22 3. Lò xo tiếp điểm phụ 23 4. Lò xo nhả 24 II. Đặc tính cơ 26 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 2 - TBĐ-ĐT1 1. Lập sơ đồ động 26 2. Tính toán các lực 27 3. Đặc tính cơ 28 Chơng IV Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện 29 I. Khái niệm 29 II. Tính toán thiết kế nam châm điện 29 1. Xác định K kc 29 2. Chọn vật liệu dẫn từ 29 3. Chọn từ cảm, hệ số từ rò , hệ số từ cảm 30 4. Tính tiết diện lõi mạch từ 30 5. Xác định kích thớc cuộn dây 31 6. Kích thớc mạch từ 33 III. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 34 1. Sơ đồ thay thế mạch từ 34 2. Tính từ dẫn khe hở không khí 36 3. Tính từ thông 39 4. Tính số vòng dây 40 5. Tính đờng kính dây 40 6. Tính toán vòng ngắn mạch 40 7. tính toán vòng ngắn mạch 43 8. Tính toán kiểm nghiệm cuộn dây 44 9. Tính và dựng đặc tính lực điện từ 46 Chơng V Tính và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang 46 I. Vật liệu 50 1. Vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang 50 2. Vật liệu làm các tấm dập 50 II. Tính toán và kiểm nghiệm 50 Chơng VI Hoàn thiện kết cấu 54 I. Mạch vòng dẫn điện 54 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 3 - TBĐ-ĐT1 1. Mach vòng dẫn điện chính 54 2. Mạch vòng dẫn điện phụ 55 II. Lò xo tiếp điểm, lò xo nhả 55 1. Lò xo tiếp điểm chính 55 2. Lò xo tiếp điểm phụ 55 3. Lò xo nhả 55 III. Nam châm điện 56 1. Mạch từ 56 2. Kích thớc cuộn dây 56 3. vòng ngắn mạch 56 4. Buồng dập hồ quang 56 IV. Vỏ và các chi tiết khác 57 Chơng VII Ví dụ minh họa ứng dụng công tắc tơ trên 57 I. Sơ đồ nguyên lý 57 II. Nguyên tắc hoạt động 58 1. Mạch chính điều khiển động cơ 58 2. Mạch kiểm tra 58 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 4 - TBĐ-ĐT1 Lời nói đầu Đất 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 đợc 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 góp 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. Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 5 - TBĐ-ĐT1 Chơng I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ I. Khái niệm chung 1. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ Công 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. 2. Nguyên lý hoạt động Khi 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. Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 6 - TBĐ-ĐT1 II. Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 1. Hệ thống mạch vòng dẫn điện Thanh 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. 2. Hệ thống dập hồ quang Đối 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 . 3. Nam châm điện Công 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. Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 7 - TBĐ-ĐT1 - 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. 4. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung Lò 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. 5. Hình dáng của công tắc tơ Sau 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. Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 8 - TBĐ-ĐT1 Chơng II Tính toán mạch vòng dẫn điện I. Khái niệm chung Trong 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. Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức năng đóng ngắt dòng điện. Cuộn thổi từ. II. Mạch vòng dẫn điện chính 1. Thanh dẫn a. Thanh dẫn động 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 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/cm 3 Nhiệt độ nóng chảy ( nc ) 1083 0 C Điện trở suất ở 20 0 C ( 20 ) 0,0158.10 -3 mm Độ dẫn nhiệt () 3,9 W/cm 0 C Độ cứng Briven (H B ) 80 120 kG/cm 2 Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 1/ 0 C Nhiệt độ cho phép cấp A ([ cp ]) 95 0 C Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 9 - TBĐ-ĐT1 Tính toán thanh dẫn Theo 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 b Theo công thức 2-6 (TL1) : Trong đó : I đm = 18 A : dòng điện định mức. n: hệ số hình dáng, n = b a = 5 10, chọn n = 7. K f : hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. K f = K bm .K g = 1,03 1,06. Chọn K f = 1,06. K T : hệ số tản nhiệt, K T = (6 12).10 -6 (W/ 0 C.mm 2 ) Chọn K T = 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 20 O C. : 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 O C. 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 O C là nhiệt độ môi trờng ôđ = 95 - 40 = 55 O C Vậy ta có a = b.n =7. 0,54 = 3,78 (mm) )(54,0 3 55.10.5,7).17.(7.2 06,1.10.1,2.18 6 82 mmb 3 .1).K2.n.(n .K.I b odT f 2 dm [...]... (m) 2.1,975 Ngọc Văn Tú - 17 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Do công tắc tơ có ba tiếp điểm nên độ rung của 1 tiếp điểm là X 0,044 X mtd 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 t m 5,6... độ mòn của tiếp điểm mà ta thiết kế là thoả mãn k Độ lún, độ mở của tiếp điểm 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 hưởng tới kích thước của công tắc tơ Ta lấy độ mở của tiếp điểm... 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, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính Vì vậy việc tính toán nam châm điện thường được 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 ưu Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực... Khi nắp hút = cn= 0,05 (mm) 2 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) b Lực ép tiếp điểm phụ thường 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... 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 được tính theo công thức l=A+B.Iđm=1,5+0,02.10=1,7... (mm) tn = dlxnh + Wlxnh 19 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 x = 8.F C 8.5,55.10 565,3 N/mm2 2 2 .d lxnh .0,5 Vậy x < [x] =580 N/mm2 do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vượt quá ứng suất xoắn cho phép II Đặc tính cơ 1 Lập sơ đồ động Ta xét công tắc tơ làm việc trong tư thế bất lợi nhất,... 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 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 / m) 3 2,05.10... in h ỏp Theo công thức 5-20(TL1.T210) (IW)h = B th r h O Trong đó r : hệ số từ rò , r = 1,5 h : khe hở không khí ở trạng thái hút h = 2cn + cd + ht =0,2 0,5 mm Chọn h = 0,2 0,5.1,5.0,2.103 120 (Avòng) (IW)h= 4..10 7 (IW)tđ = 1632 + 120 = 1752 (A.vòng) Theo công thức 5-21(TL1.T219), ta có hệ số bội số dòng điện ( IW)td 1752 KI = 14,6 ( IW )h 120 thoả mãn yêu cầu KI = 4 15 Theo công thức 5-24... độ mở và độ lún của tiếp điểm chính Ngọc Văn Tú - 21 - TBĐ-ĐT1 Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Chương III Tính và dựng đặc tính cơ I Tính toán lò xo 1 Vật liệu làm lò xo Theo chương 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 như sau Độ bền giới hạn... Chiều dài kết cấu lk = dlxc.Wlxc = 0,44.11= 4,84 (mm) ln = Wlxc.tn + 1,5.dlxc = 11.0,62 + 1,5.0,44 = 7,48 (mm) ứng suất xoắn thực tế của lò xo 8FC 8.5,5.8 578,74 (N/mm2) x = 2 2 d .0,44 Vậy x < [x] =580 N/mm2 do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vượt quá ứng suất xoắn cho phép 3 Lò xo tiếp điểm phụ Tính toán cho 1 lò xo tương tự như tính với lò xo tiếp điểm chính Đường kính dây lò xo Theo công thức . Luận Văn ĐỀ TÀI: Thiết kế công tắc tơ Thit k cụng tc t ỏn khớ c in h ỏp Ngọc Văn Tú - 1 - TBĐ-ĐT1 Mục lục Lời nói đầu 4 Chơng I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ 5 I. Khái. in h ỏp Ngọc Văn Tú - 5 - TBĐ-ĐT1 Chơng I Chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ I. Khái niệm chung 1. Tác dụng và cấu tạo của công tắc tơ Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thờng xuyên. và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá. 5. Hình dáng của công tắc tơ Sau 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.