Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tác tơ điện xoay chiều 3 pha

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

LỜI NÓI ĐẦU.

Để đánh giá sự phát triển kinh tế của một số quốc gia chúng ta thường

dựa vào trong tiêu chuẩn kinh tế rất quan trọng đó là sự phát triển nền công

nghiệp quốc gia, đặc biệt là ngành điện. Điện năng là nguồn năng lượng quan

trọng được sử dụng rộng rãi hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.

Một ngành cung cấp năng lượng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của con

người. Ở đây chúng ta đi sâu vào tìm hiểu một bộ phận trong cơ cấu thiết bị

khá quan trọng trong điều khiển quá trình sản xuất biến đổi truyền tải phân

phối năng lượng.

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh

và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài

ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều khiển các quá trình năng lượng khác.

Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, các trạm biến

áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao

thông vận tải… Do đó việc sử dụng điện năng trong công nghiệp cũng như

trong đời sống không thể thiếu các loại khí cụ điện.

Khí cụ điện có rất nhiều loại tùy theo chức năng và nhiệm vụ. Có thể

chia ra làm các loại chủ yếu sau đây:

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp cao: máy ngắt, dao

cách ly, kháng điện, biến dòng, biến áp.

+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp thấp như: máy tự

động, các bộ phận đầu nối( cầu dao, công tắc xoay), cầu chì…

+ Nhóm các rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le

nhiệt…

+ Nhóm các khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ …

Khi nền công nghiệp càng phát triển, hiện đại hóa cao thì càng cần thiết

phải có các loại khí cụ điện tốt hơn, hoàn hảo hơn. Các loại khí cụ điện còn

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

phải đòi hỏi khả năng tự động hóa cao. Chính vì vai trò quan trọng của khí cụ

điện nên việc nghiên cứu các phương pháp tính toán, thiết kế các khí cụ điện

là một nhiệm vụ quan trọng và phải có sự đầu tư đúng mức để ngày càng

được phát triển và hoàn thiện hơn.

Trong quá trình học tập tại trường em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ

bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện. Đặc biệt là sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo: Nguyễn Văn Đức. Nhờ đó em đã thiết kế

tính toán loại khí cụ điện mà hiện nay đang có nhu cầu sử dụng rất nhiều và

rộng rãi, đó là: “Công tắc tơ xoay chiều ba pha”. Bản thuyết minh này sẽ trình

bày việc thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều ba pha với các chỉ số sau:

Điện áp định mức Uđm= 400 (V).

Dòng điện định mức Iđm= 60 (A).

Điện áp điều khiển Uđk= 380 (V).

Dòng điện định mức phụ Iph= 5 (A).

Dòng điện ngắt Ingắt= 4Iđm.

Dòng điện đóng Iđóng= 4Iđm.

Tần số f= 50 (HZ).

Tuổi thọ N=105 làm việc liên tục, cách điện cấp A

Số lượng tiếp điểm: 3 tiếp điểm chính thường mở.

2 tiếp điểm phụ thường đóng.

2 tiếp điểm phụ thường mở.

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1. Phân tích phương án, chọn kết cấu thiết kế.

2. Tính mạch vòng dẫn điện.

3. Tính và dựng đặng tính cơ.

4. Tính toán nam châm điện.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

5. Chọn buồng dập hồ quang.

Kem theo bản thuyết minh gồm các bản vẽ sau:

: 01 bản. + Bản vẽ tổng lắp ráp Ao

: 02 bản. + Bản vẽ chi tiết A1

+ Bản vẽ các đường đặc tính A1 : 01 bản.

Mặc dù đã rất tập trung để hoàn thành bản thuyết minh, song do còn

thiếu kinh nghiệm trong việc thiết kế nên quá trình làm đề tài chắc không

tránh khỏi những sai sót. Vậy em rất mong được sự góp ý của các thầy cô

giáo trong bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử để bản thuyết minh của em được

hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thiết kế.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

PHẦN I: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN- CHỌN KẾT CẤU

THIẾT KẾ.

A.KHÁI NIỆM CHUNG.

I.KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TẮC TƠ:

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch

điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động.

Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ,

thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn

cả.

II.PHÂN LOAI:

1. Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loạisau:

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ.

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực.

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén.

+ Công tắc tơ không tiếp điểm.

2. Theo dạng dòng điện trong mạch:

+ Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều.

Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.

+ Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay

chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều.

Ngoài ra trên thực tế còn có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điện

xoay chiều, nhưng nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.

III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÔNG TẮC TƠ:

Công tắc tơ phải đóng dứt khoát, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt

nghĩa là nhiệt độ phát nóng của công tắc tơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ phát

nóng cho phép: θ ≤ [θcp ].

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp

bằng 85% Ucd thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110% Ucd thì cuộn dây

không nóng quá trị số cho phép và công tắc tơ vẫn làm việc bình thường.

Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động được xác định bằng số

lần đóng ngắt tối thiểu mà sau đó cần thay thế hoặc sửa chữr các tiếp điểm bị

ăn mòn khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm.

Đảm bảo độ mòn về điện đối với công tắc tơ tiếp điểm, trong ngày nay những

loại công tắc tơ hiện đại độ mòn về điện từ (2÷3).106 lần đóng ngắt.

Đảm bảo độ bền về cơ: độ mòn về cơ được xác định bằng số lần đóng

ngắt tối đa mà chưr đòi hỏi phải thay thế hoặc sửa chữ các chi tiết khi không

có dòng điện tiếp điểm. Ngày nay các công tắc tơ hiện đại độ bền cơ khí đạt 2.107 lần đóng ngắt.

IV.CẤU TẠO CỦA CÔNG TẮC TƠ:

Công tắc tơ điện từ bao gồm những thành phần chính sau:

Hệ thống mạch vòng dẫn điện.

Cơ cấu điện từ.

Hệ thống dập hồ quang.

Hệ thống phản lực.

V.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG TẮC TƠ:

Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông

Φ và sinh ra lực hút điện từ Fđt . Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm

cho nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh. Các tiếp điểm thường

mở của công tắc tơ được đóng lại. Mạch điện thông.

Khi ngắt dòng điện của cuộn dây nam châm thì lực hút điện từ Fđt=0

dưới tác dụng của hệ thống lò xo sẽ đẩy phần động trở về vị trí ban đầu. Các

tiếp điểm của công tắc tơ mở, hồ quang phát sinh ở tiếp điểm chính sẽ được

dập tắt trong buồng dập hồ quang. Mạch điện ngắt.

B. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CHỌN KẾT CẤU:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ cho công

tắc tơ thiết kế. Ta tiến hành khảo sát một số loại công tắc tơ của một số nước

đang sử dụng ở Việt Nam:

+ Công tắc tơ của Việt Nam.

+ Công tắc tơ của Liên xô.

+ Công tắc tơ của Nhật.

+ Công tắc tơ của Hàn Quốc.

+ Công tắc tơ của Trung Quốc.

Sau khi tham khảo về cơ bản công tắc tơ của các nước đều giống nhau. Từ đó

em có nhận xét sau:

I. MẠCH TỪ:

Trong tất cả các loại công tắc tơ của các nước nói trên người ta đều sử

dụng mạch từ chữ ш có cuộn dây được đặt ở giữa, trên hai cực từ người ta

đặt vòng chống rung.

Loại này có ưu điểm: Lực hút điện từ lớn và được phân bố đều nên làm việc

chắc chắn và tin cậy.

Các loại kiểu hút trong mạch từ: có 2 loại.

1. Hút thẳng:

Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thước của

công tắc tơ nhỏ và gọn. Từ thông rò không đổi khi chuyển động, lực hút điện

từ lớn.

Nhược điểm: không sử dụng được với dòng điện lớn vì độ mở của tiếp

điểm bằng độ mở của nam châm điện. Nên nếu dùng cho dòng điện lớn thì độ

mở của tiếp điểm lớn dẫn đến nam châm điện hóa. Khi đó kích thước của

công tắc tơ sẽ lớn dẫn đến hay bị rung động.

2. Hút quay:

Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, độ mở tiếp điểm lớn nên sử dụng cho

các loại công tắc tơ có dòng điện lớn.

Nhược điểm: vì do cấu tạo của loại này là có hệ thống cánh tay đòn nên

khó chế tạo và tháo lắp, kích thước công tắc tơ lớn.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

II. TIẾP ĐIỂM:

Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu một

pha hai chỗ ngắt.

Kiểu này có ưu điểm: vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là hai

nên có khả năng ngắt nhanh, chịu được và dễ dập hồ quang. Đồng thời giảm

hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước của công tắc tơ. (như hình

vẽ).

Trong đó:

1. Thanh dẫn tĩnh 2. Thanh dẫn động. 3. Tiếp điểm động. 4. Tiếp điểm tĩnh

III. BUỒNG DẬP HỒ QUANG:

Buồng dập có tác dụng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm

bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo khả năng đóng và ngắt: nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng

điện ngắt ở điều kiện cho trước.

+ Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ. Nếu không có thể

chọc thủng cách điện trong buồng dập hồ quang.

+ Hạn chế ánh sáng và âm thanh.

Do tác dụng của hồ quang là rất nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp

nhanh chóng dập hồ quang.

Đối với công tắc tơ xoay chiều có hai phương án dập hồ quang chủ yếu là:

+ Dùng cuộn thổi từ có buồng dập là khe hở hẹp.

+ Dùng buồng dập kiểu dàn dập.

Phương pháp thứ nhất có khả năng dập hồ quang rất tốt song kết cấu phức

tạp, thường dùng cho các loại công tắc tơ có dòng điện lớn làm việc ở chế độ

nặng và trung bình.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Phương pháp thứ hai có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, nhưng khả năng dập hồ

quang kém hơn phương pháp thứ nhất. Nó được dùng cho công tắc tơ có dòng

điện không lớn lắm.

Như vậy ở đây ta thiết kế công tắc tơ có Uđm=400 (V); Iđm=60 (A) . Ta

sẽ chọn buồng dập hồ quang là buồng dập kiểu dàn dập được làm từ vật liệu

sắt ít cacbon. Loại này có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và đơn giản trong tính

toán và đảm bảo khi làm việc.

IV. NAM CHÂM ĐIỆN:

Nam châm điện có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến tính năng

làm việc và kích thước của toàn bộ công tắc tơ.

Nam châm điện dạng chữ ш hút chập từ thông không rò. Có từ thông không

đổi trong quá trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở không khí lớn, lực hút

điện từ lớn đặc tính của lực hút điện từ gần với đặc tính cơ phản lực của loại

công tắc tơ xoay chiều. Sử dụng kiểu này ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu

hai chỗ ngắt.

Trên thực tế và theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dòng định

mức Iđm<100 (A) người ta thường chọn mạch từ có dạng chữ ш kiểu hút thẳng

có đặc tính hút gần với đặc tính phản lực đồng thời đơn giản hơn trong quá

trình tính toán và chế tạo.

Kết Luận:

Qua phân tích ở trên để phù hợp với yêu cầu và kỹ thuật. Vậy em chọn kiểu

dáng kết cấu cho công tắc tơ mà em thiết kế là:

Mạch từ: chữ ш.

Kiểu hút: hút thẳng.

Tiếp điểm: một pha hai chỗ ngắt.

Buồng dập hồ quang: kiểu dàn dập.

Hệ thống phản lực: 3 lò xo tiếp điểm chính.

2 lò xo nhả. 2 lò xo tiếp điểm phụ.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vỏ: nhựa cứng.

Từ các yếu tố đã chọn ở trên ta có kiểu dáng công tắc tơ mà em thiết kế như

hình vẽ:

Trong đó:

1: Lò xo nhả

2: Nam châm điện.

3: Tiếp điểm tĩnh.

4: Buồng dập hồ quang.

5: Tiếp điểm động.

6: Nắp nam châm điện.

7: Cuộn dây.

C. CHỌN KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN.

Khoảng cách cách điện đóng một vai trò rất quan trong ảnh hưởng tơi

kích thước của công tắc tơ và mức độ vận hành sao cho an tòan. Khoảng cách

điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Điện áp định mức.

Môi trường làm việc.

Quá trình dập tắt hồ quang.

Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phương pháp sau:

+ Theo độ bền làm việc pha.

+ Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với đất.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

+ Theo chế độ bền điện ngay trong nội tại của công tắc tơ đối với các

phần tử mang điện.

Nếu ta chọn khoảng cách quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu chọn khoảng

cách lớn sẽ tăng kích thước công tắc tơ.

Đối với các pha với nhau điện áp lớn hơn điện áp giữa các pha phần tử

mang điện đối với đất, hơn nữa vỏ của các công tắc tơ được làm bằng nhựa

cứng, do đó cách điện với đất tốt, làm việc hoàn toàn an toàn.

Do đó cách điện giữa các pha trong công tắc tơ là quan trọng nhất, vì vậy

ta phải xác định khoảng cách này.

Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phương pháp (độ bền điện giữa

các pha) nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn đến hai phương pháp kia cũng

đảm bào an toàn khi làm việc.

Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng (1-2)/14-

quyển1 với:

Uđm = 400 (V) ta có : lcđ ≥ 5 (mm)

Nên ta chọn lcđ = 10 (mm), lrò = 30 (mm).

Khi chọn khoảng cách cách điện nó còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của

vật liệu, bụi, độ bẩn, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha. Vì vậy khi thiết

kế hình dạng cấu trúc của cách điện sao cho khi vận hành bụi bẩn không phủ

lên chúng.

Vậy để giảm kích thước của công tắc tơ và loại trừ khả năng bụi bẩn nên

chọn kết cấu của cách điện dạng gờ, mái bật như hình vẽ :

lc®

lrò

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

PHẦN II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.

Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ bao gồm: Thanh dẫn, hệ thống tiếp

điểm và các đầu nối.

Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện:

+ Đảm bảo độ bền cơ, độ bền động và độ bền nhiệt.

+ Khi làm việc ở chế độ dài hạn với Iđm nhiệt độ phát nóng cho phép của

mạch vòng không vượt quá nhiệt độ cho phép. Khi làm việc ở chế độ ngắn

mạch trong khoảng thời gian cho phép, mạch vòng phải chịu được lực điện

động do vòng ngắn mạch gây ra mà các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn

dính lại.

+Trong quá trình đóng ngắt mạch điện thường xuyên cũng như có sự cố, xuất

hiện sự va đập cơ khí và rung động. Mạch vòng dẫn điện phải đảm bảo độ bền

vững hoạt động tin cậy và đảm bảo tuổi thọ.

Khi thiết kế mạch vòng dẫn điện phải có điện trở nhỏ nhất, để giảm tối

thiểu tổn hao công suất trên nó và dẫn điện tốt.

Mạch vòng dẫn điện trong công tắc tơ cần thiết kế bao gồm hai mạch vòng

riêng biệt:

Mạch vòng dẫn điện chính

Mạch vòng dẫn điện phụ.

A. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó:

1: Lò xo tiếp điểm chính.

2: Thanh dẫn động.

3: Tiếp điêm động.

4: Vít đầu nối.

6: Tiếp điểm tĩnh.

5: Thanh dẫn tĩnh.

I. THANH DẪN:

Thanh dẫn công tắc tơ gồm: Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh, trên

thanh dẫn động có gắn tiếp điểm động còn trên thanh dẫn tĩnh có gắn tiếp

điểm tĩnh.

Thanh dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động vì nó có gia

công bắt vít nối với hệ thống bên ngoài và chịu lực va đập cơ khí của phần

động.

I.1 TÍNH TOÁN THANH DẪN ĐỘNG:

1. Chọn vật liệu để thanh dẫn:

Để thanh động dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ ta chọn vật liệu có

điện trở suất càng nhỏ càng tốt và có độ bền cơ cao.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Theo bảng (2 – 13)- quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là đông kéo

nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI – TB có các thông số kỹ thuật

: Nhiệt độ nóng chảy. θ = 1083 (oC)

: Điện trở suất 20 oC.

: Hệ số nhiệt điện trở ρ20 = 0,01741.10-3 (Ωmm) α = 0,0043 (1/oC)

: Độ dẫn điện. λ = 3,9 (W/cmoC)

: Khối lượng riêng. γ = 8,9 (g/cm3)

: Độ cứng Brinen.

: Nhiệt độ phát nóng cho phép. HB = 80 ÷ 120 (kg/mm2) [θcp] = 95oC

Chọn thanh dẫn động có tiết diện dạng chữ nhật với kích thước là a, b như

hình vẽ:

2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn.

ρ θ .I .k).1+n(n.2

®«

Trong đó:

Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức.

n =

a b = (4 ÷ 10) : tỷ số giữa hai cạnh.

Chọn n = 6.

kf: Hệ sổ tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và

hiệu ứng gần.

Theo trang 18 quyển 1 ta có: kf = (1,03 ÷ 1,06).

Ta chọn kf = 1,04

kT: Hệ số toả nhiệt ra không khí.

Xác định kích thước a, b: Theo công thức (2 – 6)– quyển 1 ta có:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Theo bảng (6 - 5)– quyển 1 ta có: kT = (6 ÷ 9) (W/m2oC) Chọn kT = 6 (W/m2 oC) = 6.10-6 (W/mm2oC).

Với [θ] = 95oC : Nhiệt độ phát nóng cho phép của của thanh dẫn.

τôđ = [θ] – θmôi trường: Độ tăng nhiệt độ ổn định.

Nên τôđ = 95 – 40 = 55oC.

θmôi trường = 40oC: Nhiệt độ môi trương.

Ta có: ρθ = ρ20. [1 + α. ( [θ] – 20) ] (Ωmm). Theo bảng (6 – 2)– quyển 1 ta có: ρ20 = 0,01741.10-3 (Ωmm).

ρθ : Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép.

Vậy điện trở suất của thanh dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép :

α = 0,0043 (1/oC): Hệ số nhiệt điện trở.

Nên ta có:

b =

).mm(45,1=

- 3 2 ,0.60 04,1.10.023 55.10.6).1+6(.6.2

Ta có tỷ số:

= 6 → a = 6.b = 6.1,45 = 8,7 (mm).

ρθ = 0,01741.10-3. [1 + 0,0043. (95 – 20)] = 0,023.10-3 (Ωmm ).

Vậy kích thước thanh dẫn tối thiểu là:

a = 8,7 (mm).

b = 1,45 (mm).

Mặt khác thanh dẫn ngoài việc dẫn điện tốt thì nhiệt độ phát nóng của nó

không vượt quá trị số cho phép và thanh dẫn còn phải đủ lớn để gắn tiếp điểm

lên trên.

Vậy kích thước của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đường kính của tiếp điểm.

Theo bảng (2 - 15)– quyển 1: Với Iđm = 60 (A) ta có

dtđ = (16 ÷ 20) (mm) : đường kính tiếp điểm.

htđ = (1,4 ÷2,5) (mm): chiều cao tiếp điểm.

Chọn đường kính tiếp điểm: dtđ = 14 (mm).

a b

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Nên chiều dài thanh dẫn a = 14+ (1÷2)

Vậy ta chọn kích thước của thanh dẫn động như sau:

a= 16 (mm).

b= 1,5 (mm).

3. Kiểm nghiệm lại thanh dẫn.

a. Mật độ dòng điện dài hạn:

Jtđ =

I S (A/mm2).

Trong đó:

I = Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức. S = Stđ = a. b = 1,5. 16= 24 (mm2): Tiết diện thanh dẫn.

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn:

= 2,5 (A/mm2)

Jtđ =

60 24

So sánh Jtđ < [Jtđ] = 4 (A/mm2) là phù hợp.

b.Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:

Theo công thức (2- 4)/18 - Quyển 1 ta có:

2 .m®

S.P =

k). )

ρ . o (.k .t

θα .+1(. θ-θ td

(o C).

3.1 Tính toán kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

f -

2 ρ . m® o k.P.S

θ .k.P.S+k. T mt α . .k. f

2 m®

Trong đó:

θtđ: Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn.

Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức.

kf = 1,04: Hệ số tổn hao phụ. S = 24 (mm2): Tiết diện thanh dẫn.

P = 2. (a + b) = 2. (16+1,5 )= 35 (mm): Chu vi thanh dẫn. θmt = 40 (oC): Nhiệt độ môi trường. ρ0 - Điện trở suất vật liệu ở 00C.

Ta có : ρ20 = ρ0. (1 + α20)

θtđ =

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

01741

10.

= 0,016.10-3 (Ωmm).

Mà ρ0 =

,0 ,0+1

0043

20.

ρ α 20.+1

Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn :

- 3

- 6

40.10.6.35.24+04,1.10.016

= 54,68 (o C)

,0.60

,0.04,1.10.016

0043

,0.60 10.6.35.24

θtđ =

Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : θtđ < [θcp] = 95oC là thích hợp.

θtđ = 54,1 (oC)

Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các

thời gian ngắn mạch khác nhau.

Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có:

Jnm

2. tnm = Anm – Ađ

(A/mm2).

Jnm =

Anm - A® tnm

Trong đó:

Jnm = Jbn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt.

tnm = tbn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt.

Abn, Ađ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ

đầu.

Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 (oC).

Tra đồ thị (6 – 6)– quyển 1 ta được:

3.2 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn hạn:

θbn = 300 (o C) → Anm = 4.104 (A2S/mm4).

Ta có: Anm – Ađ = 4.104 – 1,7.104 = 2,3.104 (AS/mm4).

Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có:

tnm = 3 (s) → Jnm = 87,56 (A/mm2)

tnm = 4 (s) → Jnm = 75,83 (A/mm2)

θđ = 95 (oC) = 1,7.10-4 (A2S/mm4).

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

tnm = 10 (s) → Jnm = 47,96 (A/mm2)

So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở

bảng (6 – 7)- quyển 1 ta có bảng sau:

87,56

75,83

47,96

Tnm (S) [Jnm] (A/mm2) Jnmtt(A/mm2)

Như vậy: Jnm < [Jnm] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm

việc tốt và tin cậy.

Kết luận: Vậy kích thước đã chọn và tính toán a= 16 (mm).

b=1,5 (mm).

thì mật độ làm việc trong chế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thoả

mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Khi làm việc thanh dẫn tĩnh cũng chịu một dòng điện như thanh dẫn

động. Như ta đã nói ở trên còn cần phải có độ bền về cơ để gia công lỗ sắt vít

đầu nối và chịu va đập cơ khí khi đóng ngắt mạch điện.

Vì vậy ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh lớn hơn kích thước thanh dẫn động.

Ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau:

a = 20 (mm)

b = 2 (mm)

Mật độ dòng điện thanh dẫn tĩnh là:

= 1,5 (A/mm2).

Jt =

I St

60 40

Trong đó:

St = a.b = 20. 2 = 40 (mm2): Tiết diện thanh dẫn tĩnh.

I = Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức.

Vậy Jt = 1,5 (A/mm2) < [Jcp] = 4 (A/mm2) là phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

Như vậy kích thước thanh dẫn tĩnh là: a= 20 (mm).

b= 2 (mm).

I.2 TÍNH TOÁN THANH DẪN TĨNH:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

II. VÍT ĐẦU NỐI:

Đầu nối dùng để nối dây dẫn mạch ngoài với thanh dẫn tĩnh. Nó là một

phần tử quan trọng trong hệ thống mạch vòng. Nếu không đảm bảo rất dễ bị

hư hỏng trong quá trình vận hành.

Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức

không vượt quá trị số cho phép. Do đó mối nối phải có kích thước và lực ép

tiếp xúc (Ftx) đủ để điện trở tiếp xúc (Rtx) không lớn ít tổn hao công suất.

Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ, bền điện và độ bền nhiệt khi dòng

ngắn mạch chạy qua.

Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phát nóng phải

ổn định khi công tắc tơ vận hành.

II.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐẦU NỐI:

Căn cứ vào ứng dụng của công tắc tơ với dòng định mức Iđm= 60(A)

ta chọn kiểu mối nối tháo rời ren sử dụng vít M6x15 tra bảng(2-3)- quyển 1 và

kiểu mối nối như hình sau:

Trong đó: 1: Vít M6x15

2: Long đen.

3: Thanh dẫn đầu ra.

4: Thanh dẫn tĩnh.

II.2 CHỌN DẠNH KẾT CẤU MỐI NỐI:

II.3 TÍNH TOÁN ĐẦU NỐI:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Stx =

I®m J (mm2).

Theo kinh nghiệm thiết kế và tham khảo tài liệu hướng dẫn với dòng điện

định mức Iđm = 60 (A) đối với thanh dẫn bằng đồng mật độ dòng điện có thể lấy bằng 0,31 (A/mm2) tại chỗ tiếp xúc với dòng xoay chiều có tần số 50 Hz.

= 193,5 (mm2).

Vậy Stx =

60 31,0

1. Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thức:

Ftx = ftx.Stx (kg).

Trong đó: Stx= 193,5 (mm2): Diện tích tiếp xúc

ftx: Lực ép tiếp xúc riêng trên mối nối thanh đồng.

Theo quyển 1- trang 33 ta có : ftx = (100÷150) (kg/cm2). Chọn ftx = 115 (kg/cm2).

Vậy ta có lực ép tiếp xúc :

Ftx = 110.193,5.10-2 = 222,52 (kg) = 2225,2 (N)

So sánh với lực ép cho phép Ftx = 2,225 (KN) < 2,3 (KN) là phù hợp.

2. Lực ép tiếp xúc được tính theo công thức:

Theo công thức (2 – 25)– quyển 1 ta có:

(Ω)

Rtx =

0,102.F tx

[

]

Trong đó:

ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu. Theo trang 59-quyển 1 ta có: ktx= (0,09÷0,14).10-3 (Ωkg)

m : là hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc.

Vì hai thanh dẫn ghép có vít, cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt nên theo

trang 59 – quyển 1 ta có : m = 1.

Nên điện trở tiếp xúc :

= 0,005.10-3 (Ω).

10.12,0 102,0 .

Rtx = [

3. Điện trở tiếp xúc:

]5,222

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Theo công thức (2 – 27)– quyển 1:

Utx = Rtx.Iđm (V)

Trong đó: Iđm = 60 (A): Dòng điện định mức.

Rtx= 0,005 (Ω). Utx = 0.005.10-3. 60 = 0,30.10-3 (V) = 0,30 (mV).

So sánh với [Utx] = (2 ÷ 30) (mV) là phù hợp.

4. Điện áp tiếp xúc mối nối :

Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt mạch điện. Vì vậy kết cấu và

thông số của tiếp điểm có ảnh hưởng đến kết cấu và kích thước toàn bộ công

tắc tơ, tuổi thọ của công tắc tơ.

III. TIẾP ĐIỂM:

Khi công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không

tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép.

Với dòng điện lớn cho phép tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và

độ bền điện động.

Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện giới hạn cho

phép tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất, độ rung của tiếp điểm

không được lớn hơn trị số cho phép.

III.1 YÊU CẦU CỦA TIẾP ĐIỂM :

Qua tham khảo tài liệu và với dòng điện định mức Iđm= 60 (A) ta chọn

dạng kết cấu tiếp điểm là : tiếp xúc điểm kiểu trụ cầu- trụ cầu ( theo trang 37-

quyển 1).

Vật liệu tiếp điểm cần có độ bền cơ cao dẫn điện và dẫn nhiệt tốt với

dòng Iđm= 60 (A ) theo bảng (2-13)- quyển 1 : Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm

là kim loại gốm : Ag-Niken than chì.

Ký hiệu : KMK- A32M.

Loại kim loại gốm rất tốt có khả năng đáp ứng nhu cầu cho tiếp điểm có độ

cứng cao, điện trở suất nhỏ và ổn định khi làm việc ở chế độ dài hạn.

Các thông số kĩ thuật của KMK – A32M.

III.2 CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU TIẾP ĐIỂM :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

: Khối lượng riêng.

: Nhiệt độ nóng chảy

: Điện trở suất ở 20oC

: Độ dẫn nhiệt.

γ = 8,7 (g/cm3)

: Hệ số nhiệt điện trở.

HB = (65 ÷ 85) (kg/mm2) : Độ cứng Brinen Chọn HB = 75 (kg/mm2) α = 3,5.10-3 (1/oC)

θnc = 3403 (oC) ρ20 = 4,0.10-5 (Ωmm) λ = 3,25 (W/cmoC)

III.3 TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM:

Kết cấu của tiếp điểm như đã nói ở trên có hình dạng trụ cầu. Kích

thước ta chọn phù thuộc giá trị định mức, kết cấu tiếp điểm và số lần đóng

ngắt.

Theo bảng (2-15)- quyển 1 với dòng Iđm= 60 (A) ta có:

d= 12÷16 (mm).

h= 1,4÷2,5 (mm).

Chọn kích thước của tiếp điểm động:

ađ= 14 (mm).

bđ= 2 (mm).

Ta chọn kích thước của tiếp điểm tĩnh lớn hơn so với tiếp điểm động:

at= 16 (mm).

bt= 2,5 (mm).

1. Chọn kích thước cơ bản:

2. Lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ

dài han. Trong chế độ ngắn mạch dòng điện lớn lực ép tiếp điểm phải đảm

bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính do

hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và rung.

Lực ép tiếp điểm được xác định theo công thức lý thuyết và công thức thực

nghiệm

a. Theo công thức lý thuyết:

Từ công thức (2- 14)- quyển 1 ta có:

Ftđ =

π .A H. λ .16

[arccos(

)]

T T

Mà Ftđ = n. Ftđ1

Với n là số điểm tiếp xúc.

Theo trang 53- quyển 1 ta có n=1 vì tiếp điểm động và tiếp điểm chính có

dạng trụ cầu nên tiếp xúc ở đây là tiếp xúc điểm. Nên lực ép tiếp điểm:

Ftđ = Ftđ1

Trong đó:

Iđm = 60 (A) – Dòng điện định mức. HB = 75 (kg/mm2) Độ cứng Briven vật liệu làm tiếp điểm. λ = 0,325 (W/cmoC) - Độ dẫn nhiệt A = 2,3. 10-8 (V/oC) – Hằng số Loren.

Theo trang 53 quyển 1 ta có:

Ttđ = θtđ + 273(oK) = 54,68 + 273 = 327,68 (oK)

Ttx : Nhiệt độ nơi tiếp xúc.

Ttx = Ttđ + ΔT. ΔT = (5 ÷ 10) (oK) : Độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và xa nơi tiếp xúc.

Chọn ΔT = 5 (oK ) Ttx = 327,1 + 5 = 332,1 (oK)

Ta có lực ép tại một điểm tiếp xúc :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

- 8

10.3,2.60

75.14,3.

= 0,0012(kg).

Ftđ1 =

)325,0(.16

)]

[

arccos

(

1 68,327 68,332

Ftđ1 = 0,012 (N).

Vậy lực ép tiếp điểm Ftđ= 1.Ftđ1= 0,012 (N).

b. Phương pháp kinh nghiệm:

Theo công thức (2 – 17)- quyển 1 ta có:

Ftđ = ftđ. Iđm.

Trong đó:

ftđ: lực tiếp điểm đơn vị.

Theo bảng (2 – 17)- quyển 1 ta có : ftđ = (7 ÷ 15) (G/A)

Chọn ftđ = 10 (G/A).

Iđm= 60 (A): dòng điện định mức.

Nên ta có lực ép tiếp điểm: Ftđ1 = 10. 60 = 0,6 (KG) = 6 (N).

So sánh hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm: khi dòng điện nhỏ cần có

dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định điện

động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy ta chọn lực tiếp điểm Ftđ = 6(N).

Để tính điện trở tiếp xúc ta có hai phương pháp: tính theo lý thuyết và

theo thực ngiệm.

a.Tính theo lý thuyết.

Theo công thức (2 – 24)- quyển 1:

(Ω).

Rtx =

3. Tính điện trở tiếp xúc:

θρ 2

Trong đó:

πHB Ft®

Với: ρθ = ρ20.[ 1+ α. (95- 20)].

Trong đó:

ρθ: điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ ổn định.

ρ20 = 4.10-5 (Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 200C.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Nên ta có: ρθ = 4.10-5. [ 1+ 3,5. 10-3. (95-20)] = 0,05. 10-3(Ωmm).

HB= 75 (kg/mm2).

Ftđ= 6 (N).

Vậy ta có điện trở tiếp xúc:

= 0,15.10-3 (Ω).

Vậy Rtx =

75.14,3 6

10.05,0 2

b. Tính theo kinh nghiệm:

Theo công thức (2 – 25)- quyển 1:

(Ω).

Rtx =

K (0.102.F ) t®

Trong đó: ktx: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu. Theo trang 56- quyển 1 ta có: ktx= (0,2÷0,3). 10-3 Chọn ktx= 0,25. 10-3

m= 0,5: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc (vì tiếp xúc giữa hai tiếp điểm là

tiếp xúc điểm).

Ftđ = 6 (N) – Lực ép tiếp điểm.

Vậy ta có điện trở tiếp điểm:

- 3

= 0,32. 10-3 (Ω).

Rtx =

5,0

10.25,0 ]6.102,0[

Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta chọn: Rtx = 0,32. 10-3 (Ω).

α = 3,5.10-3 (1/0C): hệ số nhiệt điện trở.

Theo công thức (2 – 27)– quyển 1 ta có:

Utx = Rtx . Iđm (V).

Trong đó:

I = Iđm = 60 (A). Rtx = 0,32. 10-3 (Ω).

Vậy điện áp tiếp xúc: Utx = 60. 0,32. 10-3 = 19,2. 10-3 (V) = 19,2 (mV).

So sánh với [Utx] = (2 ÷ 30) (mV) là phù hợp.

4. Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp xúc:

Theo công thức (2 – 11)– quyển 1:

5. Tính nhiệt độ tiếp điểm:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

2 m®

®t

)C(

ρ I . θ K.P.S

K.S.P.

Trong đó:

Iđm = 60 (A): dòng điện định mức. θmt = 40 (oC): nhiệt độ môi trường. ρθ = ρ95 = 0,05. 10-3 (Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở

nhiệt độ ổn định

KT = 6. 10-6 (W/mm2oC): Hệ số nhiệt điện tử. λ = 0,325 (W/mm2oC): Hệ số truyền nhiệt. S (mm2): tiết diện tiếp điểm

.14,3=

mm(86,153=

Stđ= π

d 4

14 4

P(mm): chu vi tiếp điểm

Ptđ = π.d = 3,14. 14 = 43,96 (mm).

Rtđ : điện trở tiếp điểm.

(Ω).

Rtđ = 2ρ0.

h ®tS

Trong đó: ρθ = 0,05. 10-3 (Ωmm) .

htđ = 2 (mm). Stđ = 153,86 (mm2).

Nên điện trở tiếp điểm :

= 1,3. 10-6 (Ω)

10.05,0.2

Rtđ =

2 86,153

Vậy nhiệt độ tiếp điểm :

- 3

- 6

10.3,1.60

+40=

47,44

®t

10.05,0.60 10.6.96,43.86,153

325,0.2

.96,43.

10.6.86,153

θtđ =

Theo công thức (2 – 12)– quyển 1.

0 )C(

6. Tính nhiệt độ tiếp xúc :

®t

2 I m® .8

R. θρλ .

θtx =

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó : θtđ = 44,47 (oC): nhiệt độ tiếp điểm.

Iđm = 60 (A): dòng điện định mức. Rtx = 0,32. 10-3(Ω): điện trở tiếp xúc. λ = 0,325 (W/ mm0C): độ dẫn nhiệt.

Nên ta có nhiệt độ tiếp xúc:

- 3

+47,44

38,47=

ρθ = 0,05. 10-3(Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm.

10.32,0(.60 ) 10.05,0.325,0.8

Vậy ta so sánh nhiệt độ tiếp xúc θtx< [θcp] = 180 0C là phù hợp.

θtx =

Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực

điện động lớn Rtx tăng lên. Tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng

lên.

Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn dính.

+ Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính.

+ Trị số của dòng điện bị hàn dính.

Ith: Là dòng điện tới hạn hàn dính. Tại đó tiếp điểm không bị hàn dính nếu cơ

cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm ra.

Tính dòng hàn dính theo hai phương pháp: Theo lý thuyết.

Theo thực nghiệm.

a.Tính theo lý thuyết:

Theo công thức (2 – 33)– quyển 1:

Ihd = A.

fnc . Ft® (A).

Trong đó:

fnc: hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc.

Theo trang 66 quyển 1 ta có: fnc = (2 ÷ 4)

Chọn fnc = 3

Ftđ= 0,6 (kg) : lực ép tiếp điểm.

A: hằng số vật liệu làm tiếp điểm.

Theo công thức (2 – 34)/66 – quyển 1 ta có:

7. Dòng điện hàn dính tiếp điểm:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

αθ

.32

θλ .

+1(.

)

A =

π .H.

+1.(

θα .

)

1 3 2 3

Trong đó:

α = 3,5. 10-3(1/oC): hệ số nhiệt điện trở.

HB = 75 (kg /mm2): độ cứng Briven. λ = 0,325 (W/mmoC): hệ số truyền nhiệt.

- 5

,0=

10.037

Ω ).mm(

mà ta có: ρ0 =

ρ λ 20.+1

10.4 10.5,3+1

20.

Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm:

10.5,3.

3403 )

325,0.32

3403

+1(.

1503

10.5,3.

3403 )

,0.75.14,3

0037

+1(.

1 3 2 3

Vậy ta có dòng điện hàn dính:

= 2016 (A).

6,0.3

Ihd = 1503.

Như thiết kế ban đầu: Ing.m =Iđm = 10. 60 = 600 (A).

Vậy Ingm << Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.

b. Tính theo thực nghiệm:

Theo công thức (2 – 36)– quyển 1:

Ihd = khd.

®tF

Trong đó: khd : hệ số hàn dính của tiếp điểm. Xác định theo bảng (2 – 19)-

quyển 1. Chọn khd = 1000 (A /kg).

Ftđ = 0,6 (kg): lực ép tiếp điểm.

6,0 = 775 (A).

Vậy ta có dòng hàn dính: Ihd = 1000.

Như thiết kế ban đầu ta có: Ingm = 10. Iđm = 10. 60 = 600 (A)

Vậy Ingm < Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.

θnc= 3403 (oC): nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm. ρ0: điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 0 0C.

IV. ĐỘ MỞ ĐỘ LÚN TIẾP ĐIỂM:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách của tiếp điểm động và tiếp điểm

tĩnh khi ở vị trí ngắt của công tắc tơ.

Cần xác định độ mở của tiếp điểm sao cho khi ngắt hồ quang sẽ bị kéo

dài tới độ dài tới hạn và bị dập tắt.

Nếu chọn m lớn thì dễ nhưng sẽ tăng kích thước công tắc tơ.

Nếu chọn nhỏ khó dập hồ quang, gây nguy hiểm khi vạn hành.

Với Iđm = 60 (A); Uđm = 400 (V).

Theo trang 41 – quyển 1 ta có: m= 6÷12 (mm).

Ta chọn độ mở của tiếp điểm m = 6 (mm).

1. Độ mở: m

Độ lún của tiếp điểm là quãng đường mà tiếp điểm động đi được nếu

như không có tiếp điểm tĩnh cản lại.

Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép tiếp điểm vì trong

quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn, tiếp điểm vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt.

Theo công thức trang 42 - quyển 1 ta có.

l = A + B. Iđm

Trong đó:

A = 1,5 (mm)

B = 0.,02 (mm/A)

Vậy l = 1,5 + 0,02. 60 = 2,7 (mm). Chọn độ lún của tiếp điểm l= 3 (mm).

2. Độ lún tiếp điểm: l

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung ra lực va đập cơ

khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra hiện tượng rung của tiếp

điểm.

Khi ngắt cũng xảy hiện tượng rung tiếp điểm.

Quá trình rung đước đánh giá trị số rung của biên độ lớn nhát của lần

va đập đầu tiên Xm và thời gian rung tương ứng là tm.

V. ĐỘ RUNG CỦA TIẾP ĐIỂM:

Theo công thức (2 – 39) ta có biên độ rung của một cặp tiếp điểm.

1. Xác định trị số biên độ rung:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

®®t

Trong đó:

Ftđđ = ( 0,5 ÷ 0,7). Ftđc . Ta chọn Ftđđ = 0,6 . Ftđc

Mà Ftđc = Ftđ = 0,6 ( kg)

Ftđđ = 0,6 . Ftđc = 0,6 . 0,6 = 0,36 ( kg)

mđ =

G ® ( kg.s2/m): khối lượng phần động. g

mà: Gđ = mc. Iđm ( kg) Theo bảng (2-17)- quyển 1 ta có: mc = (7÷15). 10-3 (kg/A) Chọn mc = 10. 10-3 (kg).

Gđ = 10 . 10-3 . 60 = 0,6 (kg). Lấy g = 9,8 (m/s2): gia tốc trọng trường.

Nên khối lượng phần động:

,0=

0061

).m/s.kg(

mđ =

6,0 8,9

vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập.

kv: hệ số va đập

Theo trang 72 - quyển 1 ta chọn hệ số va đập kv= 0,9.

0061

Vậy

)9,01(.1,0. 36,0.2

Công thức trên xác định biên độ rung của một cặp tiếp điểm. Vì ở đây

ta thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha có 3 cặp tiếp điểm thường mở nên ta

có biên độ rung:

0061

)9,01(.1,0.

,0=

028

).mm(

36,0.2.3

=X )k1(.v.m F.2

Theo công thức (2-40)- quyển 1 ta có thời gian rung của một cặp tiếp

điểm:

2. Xác định thời gian rung tiếp điểm:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

−

2.m .v . 1 k ® F t®®

Trong đó:

mđ = 0,061 (kg.s2/m): khối lượng phần động.

vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập.

Ftđđ = 0,36 (kg).

Vậy thời gian rung của một cặp tiếp điểm:

,0.2

0061

)s(

=t m

9,01.1,0. 36,0

Ở đây công tắc tơ có ba cặp tiếp điểm thường mở nên ta có thời gian

rung của tiếp điểm:

- ,0.2 0061 9,01.1,0. =t ,0= 0036 10. (6,3=)s( ).ms 36,0.3

So sánh tm < [tm] = 10 (ms) là phù hợp.

VI. SỰ ĂN MÒN CỦA TIẾP ĐIỂM:

Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng ngắt mạch điện.

Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn tiếp điểm là ăn mòn về hóa học, ăn mòn về

điện và ăn mòn về cơ. Nhưng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn là do quá trình

mòn điện.

1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn:

Do điều kiện làm việc: Trị số điện áp nguồn.

Trị số dòng điện.

Đặc tính phụ tải.

Tần số đóng cắt.

Môi trường làm việc.

Do kết cấu của công tắc tơ: Thời gian đóng và ngắt.

Độ rung của tiếp điểm.

Vật liệu tiếp điểm.

Kết cấu của dạng tiếp điểm.

Cường độ từ trường giữa hai tiếp điểm.

Tốc độ chuyển động của tiếp điểm động.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

2. Tính toán độ mòn của tiếp điểm:

Theo công thức (2-54)- quyển 1 ta có:

đ + kng. I2

ng). kkđ

gđ + gng = 10-9.( kđ. I2

Trong đó:

(gđ + gng): khối lượng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt.

Iđ = 4. Iđm= 4. 60 = 240 (A): dòng điện khi đóng.

Ing= 4. Ing= 4. 60 = 240 (A): dòng điện khi ngắt.

kđ, kng: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt.

Theo bảng (2-21)- quyển 1 ta chọn: kđ = kng = 0,05 ( g/A2).

kkđ = (1,1÷ 2,5): hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn( theo trang 79-

quyển 1).

Chọn kkđ = 2,2.

Vậy khối lượng mòn một lần đóng ngắt:

gđ + gng = 10-9 .( 0,05 . 2402 + 0,05 . 2402 ). 2,2 = 1,28. 10-5 (g).

Khối lượng hao mòn của 1 cặp tiếp điểm sau 105 lần đóng ngắt: gm. Gm = 105 (gđ + gng) = 105. 10-5. 1,28 = 1,28 (g). Vậy sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm mòn: m = 1,28 (g)

Khối lượng tiếp điểm: gtđ = vtđ. γ

γ = 8,7 ( g/cm3): khối lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm. vtđ = vtđđ+ vtđt (cm3): thể tích của tiếp điểm.

.14,3

=2.

307

)mm(

Trong đó:

d 2 4

14 4

.14,3

502=5,2.

mm(

vtđđ = Sđ. hđ = π. hđ =

d 2 4

16 4

→ thể tích tiếp điểm: vtđ = 809. 10-3 (cm3).

vtđt = St. ht = π. ht =

%28,18=

=100

28,1 03,7

g g

Vậy khối lượng của tiếp điểm: gtđ = vtđ. γ gtđ = 809. 10-3. 8,7 = 7,03 (g).

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vậy độ mòn tiếp điểm 18,28% < 70%. Nên sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm

vẫn làm việc tốt.

Các biện pháp khắc phục và tăng cường chịu mài mòn của tiếp điểm là:

Chọn vật liệu có độ bên cơ cao

Giảm thời gian cháy của hồ quang.

Giảm thời gian rung của tiếp điểm.

B. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN PHỤ:

Mạch vòng dẫn điện phụ gồm thanh dẫn, đầu nối và tiếp điểm. Quá

trình tính toán mạch vòng dẫn điện phụ cũng giống như mạch vòng dẫn điện

chính.

I. THANH DẪN:

I.1 THANH DẪN ĐỘNG:

1.Chọn vật liệu thanh dẫn:

Ta chọn vật liệu giống như thanh dẫn mạch vòng dẫn điện chính. Vậy

ta chọn là đồng. Kí hiệu: MI - TB - tiết diện hình chữ nhật có 2 cạnh a và b,

các thông số kĩ thuật đã nêu ở phần mạch vòng dẫn điện chính. Có hình dạng

như hình vẽ:

2. Tính toán thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:

Xác định kích thước của thanh dẫn theo công thức (2-6)- quyển 1ta có:

®«

τ ρ θ .I .k).1+n(n.2

a b

Trong đó: Chọn : tỷ số giữa hai cạnh.

I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch vòng phụ.

kf = 1,04: hệ số tổn hao phụ. kT = 6. 10-6 (W/mm2C): hệ số tỏa nhiệt ra không khí.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

τôđ = [θcp] - θmt = 95 - 40 = 55 (0C).

ρθ : điện trở suất của vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép.

Mà ta có: ρθ =ρ20. [1 + α (θ - 20)]

= 0,01741 . [1 + 0,0043 . (95 - 20)] = 0,023 . 10-3(Ωmm).

- 3

10.

trong đó α = 0,0043 (1/0C): hệ số nhiệt điện trở.

3=b

).mm(28,0=

,0.5 0023 10.6).1+6(.6.2

04,1. 55.

Vậy ta có:

Mà a = 6. b = 6. 0,28 = 1,68 (mm)

Vậy kích thước tối thiểu của thanh dẫn động là: a = 1,68 (mm).

b = 0,26 (mm).

Với thanh dẫn ngoài việc dẫn điện tốt thì nhiệt độ phát nóng của nó

không vượt quá trị số cho phép và thanh dẫn còn phải đủ lớn để gắn tiếp điểm

lên trên.

Vậy kích thước của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đường kính của tiếp điểm.

Theo bảng (2 - 15)- quyển 1 với dòng điện định mức Iđm= 5(A) ta có:

d = 2÷4 (mm): đường kính tiếp điểm.

h = 0,3÷1(mm): chiều cao tiếp điểm.

Ta chọn đường kính của tiếp điểm động: d = 4 (mm).

Vậy ta chọn kích thước của thanh dẫn động: a = 5 (mm)

b = 0,5 (mm)

3. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn:

3.1.Tính kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

a.Tính mật độ dòng điện dài hạn:

mm/A(

I S

Theo công thức:

Trong đó:

I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ. S = Std = a. b = 5. 0,5 = 2,5 (mm2): tiết diện thanh dẫn.

)mm/A(2=

5 5,2

Vậy mật độ dòng điện dài hạn:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

So sánh mật độ dòng điện cho phép là: [Jcp] < 4 (A/ mm2)là phù hợp.

b. Tính nhiệt độ phát nóng thanh dẫn ở chế độ dài hạn:

2 .m®

Theo công thức: (2 - 4)- quyển 1 ta có:

k). )

2 m®

S.P = ρ . (.k θα .+1(. θ-θ td

2 m®

(o C). θtd = ρ - ρ . k.P.S θ .k.P.S+k. α . .k.

Trong đó: θtd - Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn.

Iđm = 5 (A): dòng điện định mức.

kf = 1,04: hệ số tổn hao phụ. S = 2,5 (mm2): Tiết diện thanh dẫn.

P = 2. (a + b) = 2. ( 2,5+ 0,5 )= 11 (mm): Chu vi thanh dẫn. θmt = 40 (oC): Nhiệt độ môi trường. ρ0 - Điện trở suất vật liệu ở 00C.

01741

10.

Ta có : ρ20 = ρ0. (1 + α20)

,0 ,0+1

0043

20.

= = 0,016.10-3 (Ωmm). Mà ρ0 = ρ α 20.+1

- 3

- 6

Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn :

θtd =

10.016 -

,0.5 10.6.11.5,2

10.6.11.5,2+04,1. ,0.5

10.016

,0.04,1.

40. 0043

θtd = 43,27 (oC)

= 43, 27 (o C).

Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : θtđ < [θcp] = 95oC là thích hợp.

3.2. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn hạn:

Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các

khoảng thời gian khác nhau.

Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có:

2. tnm = Anm – Ađ

Jnm

(A/mm2). Jnm = Anm - A® tnm

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó:

Jnm = Jbn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt.

tnm = tbn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt.

Abn, Ađ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ

đầu.

Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 (oC).

θbn = 300 (o C) → Anm = 4.104 (A2S/mm4).

θđ = 95 (oC) = 1,7.10-4 (A2S/mm4).

Ta có: Anm – Ađ = 4.104 – 1,7.104 = 2,3.104 (AS/mm4).

Tra đồ thị (6 – 6)– quyển 1 ta được:

Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có:

tnm = 3 (s) → Jnm = 87,56 (A/mm2)

tnm = 4 (s) → Jnm = 75,83 (A/mm2)

tnm = 10 (s) → Jnm = 47,96 (A/mm2)

So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở

bảng (6 – 7)– quyển 1 ta có bảng sau:

3 4 10

94 82 51

87,56 75,83 47,96 Tnm (S) [Jnm] (A/mm2) Jnmtt(A/mm2)

So sánh Jnm < [Jnm] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm việc

tốt và tin cậy.

Kết luận: Vậy kích thước thanh dẫn động đã tính và chọn a =5(mm)

b = 0,5(mm)

thì mật độ dòng điện trong chế độ dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thỏa mãn

yêu cầu về kỹ thuật.

I.2 TÍNH TOÁN THANH DẪN TĨNH:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vì thanh dẫn tĩnh còn cần phải có độ bền cơ để gia công lỗ vít sắt đầu

nối và còn chịu va đập khi đóng ngắt mạch điện.

Nên ta chọn kích thước thanh dẫn lớn hơn một chút so với thanh dẫn động.

=⎧ a 5(mm) ⎨ =⎩ b 1(mm)

Vì vậy ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau:

2 )mm/A(1=

I S

5 5

+. Tính toán mật độ dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn:

Trong đó: I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ.

S = a. b = 5. 1 = 5 (mm2): tiết diện thanh dẫn.

So sánh với mật độ dòng cho phép: [Jcp] < 4 (A/mm2) là phù hợp.

II. TÍNH TOÁN ĐẦU NỐI:

1. Chọn dạng mối nối:

Theo yêu cầu của đầu nối và hình (2-2)- quyển 1 ta chọn kiểu mối nối

tháo rời ren vít, sử dụng vít.

Theo bảng (2-9)- quyển 1 ta chọn vít loại M3x10.

2. Tính toán vít đầu nối:

mm(

=S tx

I J

+. Diện tích bề mặt tiếp xúc xác định theo công thức:

Trong đó: Iđmp = 5 (A): dòng điện chạy qua đầu nối.

Theo kinh nghiệm thiết kế và theo trang 31- quyển 1với điện xoay

chiều f=50 (Hz) và Ipđm=5 (A) đối với thanh dẫn động mật độ dòng điện có

thể lấy: J = 0,31 (A/mm2).

mm(13,16=

=S tx

5 31,0

Ta có diện tích bề mặt tiếp xúc:

+.Lực ép tiếp xúc được xác định theo công thức trang33- quyển 1:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Ftx = ftx . Stx

Theo trang 33- quyển 1 ta có: ftx = 100÷150 (kg/cm2): lực ép riêng. Chọn ftx= 100 (kg/cm2). Vậy: Ftx = 100. 16,13. 10-2 = 16,13 (kg) = 161,3 (N) =0,1613 (KN).

Theo bảng (20-10)- quyển 1 ta có [Ftx] < 2,3 (KN).

Vậy lực ép tiếp xúc Ftx< [Ftx] là phù hợp

+. Điện trở tiếp xúc:

(

Theo công thức (2-25) - qyển 1 ta có:

k [ F.102,0

]

Ω ).

Trong đó:

ktx = 0,12 . 10-3 (Ωkg): hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu.

m: hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc.

Vì 2 thanh dẫn ghép có vít cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt. Vậy theo

trang 59 - quyển 1 ta có: m = 1.

- 3

10.12,0

10.07,0=

Ω- (

[ 102,0

] 13,16.

+.Tính điện áp tiếp xúc mối nối:

Theo công thức (2 - 27) - quyển 1 ta có:

Utx = Rtx. Iđm = 0,07. 10-3. 5 = 0,35. 10-3 (V) = 0,35 (mV).

So sánh với [Utx] = 2÷30 (mV) là thích hợp, cho nên mối nối làm việc đảm

bảo.

Nên ta có điện trở tiếp xúc:

III. TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM:

Với dòng Iđm = 5 (A) ta chọn tiếp điểm động hình trụ cầu, tiếp điểm

tĩnh hình trụ cầu. Tiếp xúc là tiếp xúc điểm.

Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là Bạc kéo nguội kí hiệu là: Ag- CP999.

Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có các thông số kỹ thuật:

III.1 CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU TIẾP ĐIỂM:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Khối lượng riêng.

γ = 10,5 (g/cm3)

Nhiệt độ nóng chảy.

Điện tử suất ở 200C.

Độ dẫn nhiệt.

θnc= 961 (0C) ρ20 =1,59. 10-3 (Ωm) λ = 4,16 (W/mm0C)

Độ cứng Briven.

Hệ số nhiệt điện tử.

HB = 30 ÷ 60 (kg/mm2) Chọn: HB = 45 (kg/mm2). α = 0,004 (1/0C)

III.2 TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM:

Kích thước của tiếp điểm ta chọn phù hợp với giá trị của dòng điện, kết

cấu và số lần đóng ngắt của tiếp điểm.

Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có với Iđm = 5 (A)

: đường kính tiếp điểm.

d = 2 ÷ 4 (mm)

h = 0,6÷1,2 (mm) : chiều cao tiếp điểm.

Chọn kích thước tiếp điểm tĩnh giống như tiếp điểm động. Vậy ta chọn kích

thước của tiếp điểm là:

4(mm)

t®

1,2(mm)

t®

⎧⎪ ⎨ ⎪⎩

1. Chọn kích thước cơ bản:

Lực ép của tiếp điểm được xác định theo công thức lý thuyết và theo

công thức thực nghiệm.

a. Tính theo công thức lý thuyết:

Từ công thức (2 - 14)- quyển 1 ta có:

Ftđ =

π .A H. λ .16

[arccos(

)]

T T

Mặt khác với: Ftđ = n . Ftđ1.

vì tiếp xúc giữa 2 tiếp điểm là tiếp xúc điểm nên n = 1(theo trang 53-quyển 1)

Vậy lực ép tiếp điểm: Ftđ = Ftđ1.

2. Tính lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó:

I = Iđm = 5 (A): dòng điện định mức mạch phụ. HB = 45 (kg/mm2): độ cứng Briven. λ = 0,416 (W/mm0C): độ dẫn nhiệt. A = 2,3. 10-8 (V/0C): hằng số loren.

Ttd: là nhiệt độ thanh dẫn xa nơi tiếp xúc. Ttd = θtd + 273 = 43,27+273 =316,27 (0K).

Ttx = Ttd + ΔT : nhiệt độ nơi tiếp xúc. ΔT = 5÷10 (0K):độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và nơi xa tiếp xúc.

Chọn ΔT = 5 (0K). Ttx = 5+ 316,27 = 321,27 (0K).

Nên ta có lực ép tại 1 điểm tiếp xúc:

- 8

= 0,0003(kg).

Ftđ1 =

10.3,2.5 ,0(.16

45.14,3. 2 416 )

[

arccos

(

)]

1 27,316 27,321

Ftd = 0,0003 (KG) = 0,003 (N)

Vậy lực ép tiếp điểm theo công thức lý thuyết: Ftđ = Ftđ1 = 0,003 (N).

b. Tính theo công thức kinh nghiệm:

Theo công thức (2 - 7)- quyển 1 ta có:

Ftđ = ftđ . Iđm.

Trong đó:

Iđm = 5 (A): dòng điện định mức.

ftđ: lực tiếp điểm đơn vị.

Theo bảng (2-17)- quyển 1 ta có: ftđ = 5 ÷ 10 (G/A)

Chọn: ftđ = 8 (G/A)

Vậy lực ép tiếp điểm: Ftđ = 8. 5 = 40 (G) = 0,04 (KG) = 0,4 (N)

So sánh 2 kết quả tính theo lý thuyết và thực nghiệm. Khi dòng điện

nhỏ cần có dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ

ổn định điện động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy dể cho tiếp điểm

làm việc tốt ta chọn Ftđ = 0,4 (N)

3. Tính điện trở tiếp xúc:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Để tính điện trở tiếp xúc ta tính theo công thức lý thuyết và công thức

thực nghiệm.

a. Tính theo công thức lý thuyết:

Từ công thức (2 - 24)- quyển 1 ta có điện trở tiếp xúc:

(Ω).

Rtx =

πHB Ft®

θρ 2

Trong đó: ρθ: điện trở suất của tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định.

ρθ = ρ20 [1 + α (95 - 20)] = 0,0159. 10-3. [1+0,004. (95 - 20)] = 0,02. 10-3 (Ωmm).

= 0,2.10-3 (Ω).

Rtx =

10.02,0 2

45.14,3 4,0

b. Tính theo công thức thực nghiệm:

Theo công thức (2-25)- quyển 1 ta có điện trở tiếp xúc:

(Ω).

Rtx =

K (0.102.F ) t®

Trong đó: Ftđ = 0,04 (KG) = 0,4 (N): lực ép tiếp điểm.

ktx = 0,6 . 10-3: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu.

m = 0,5: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc.

Vậy điện trở tiếp xúc:

- 3

10.97,2=

Ω- (

=R tx

5,0

10.6,0 4,0.

[ 102,0

]

Để thoả mãn tính điện áp rơi ta chọn Rtx = 2,97.10-3 (Ω).

Theo công thức (2-27)- quyển 1:

Utx = Iđm. Rtx (V)

Trong đó:

Iđm= 5 (A): dòng điện định mức. Rtx = 2,97.10-3 (Ω): điện trở tiếp xúc.

Utx = 5. 2,97. 10-3 = 14,85. 10-3 (V) = 14,85 (mV).

So sánh với điện áp rơi cho phép [Utx] =2÷30 (mV) là thích hợp.

4.Tính theo điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc:

5. Tinh nhiệt độ tiếp điểm:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Theo công thức (2 – 11)– quyển 1:

0 )C(

θtđ =

2 ρ I . θ m® K.P.S

2 I R. m® ®t λ K.S.P.

Trong đó:

Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. θmt = 40 (oC): nhiệt độ môi trường. ρθ = 0,02. 10-3 (Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở nhiệt

độ ổn định

KT = 6. 10-6 (W/mm2oC): hệ số tỏa nhiệt. λ = 0,416 (W/mm2oC): hệ số truyền nhiệt. S (mm2): tiết diện tiếp điểm

.14,3=

mm(56,12=

Stđ= π

d 4

4 4

P (mm): chu vi tiếp điểm

Ptđ = π.d = 3,14. 4 = 12,56 (mm).

Rtđ : điện trở tiếp điểm.

(Ω).

Rtđ = 2ρ0.

h ®tS

Trong đó: ρθ = 0,02. 10-3 (Ωmm) .

htđ = 1,2 (mm). Stđ = 12,56 (mm2).

Nên điện trở tiếp điểm :

= 4.10-6 (Ω)

10.02,0.2

Rtđ =

2,1 56,12

Vậy nhiệt độ tiếp điểm :

- 3

- 6

10.4.5

.C93,40

+40=

®t

10.02,0.5 10.6.56,12.56,12

,0.2

10.6.56,12.56,12.416

Theo công thức (2 – 12)– quyển 1:

6.Tính nhiệt độ tiếp xúc :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

0 )C(

θtx =

®t

2 I m® .8

R. θρλ .

Trong đó : θtđ = 40,93 (oC): nhiệt độ tiếp điểm.

Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. Rtx = 2,97. 10-3 (Ω): điện trở tiếp xúc. λ = 0,416 (W/ mm0C): độ dẫn nhiệt.

ρθ = 0,02. 10-3(Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm.

Nên ta có nhiệt độ tiếp xúc:

- 3

+93,40

.C24,44=

θtx =

10.97,2(.5 ,0.8

) 10.02,0.416

Vậy ta so sánh nhiệt độ tiếp xúc với nhiệt độ biến dạng tinh thể của vật liệu làm tiếp điểm θtx< [θcp] = 180 0C là phù hợp.

Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực

điện động lớn Rtx tăng lên. Tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng

lên.

Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn dính.

+. Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính.

+. Trị số của dòng điện bị hàn dính.

Ith: Là dòng điện tới hạn hàn dính. Tại đó tiếp điểm không bị hàn dính nếu cơ

cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm ra.

Tính dòng hàn dính theo hai phương pháp: Theo lý thuyết.

Theo thực nghiệm.

a.Tính theo công thức lý thuyết:

Theo công thức (2 – 33)– quyển 1:

Ihd = A.

fnc . Ft® (A).

Trong đó:

fnc: hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc.

Theo trang 66 quyển 1 ta có: fnc = (2 ÷ 4)

Chọn fnc = 2

7. Dòng điện hàn dính tiếp điểm.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Ftđ= 0,04 (kg) : lực ép tiếp điểm.

A: hằng số vật liệu làm tiếp điểm.

Theo công thức (2 – 34)– quyển 1 ta có:

αθ

.32

θλ .

+1(.

)

A =

+1.(

θα .

)

π .H. B

1 3 2 3

Trong đó:

α = 4. 10-3(1/oC): hệ số nhiệt điện trở.

HB = 45 (kg /mm2): độ cứng Briven. λ = 0,416 (W/mmoC): hệ số truyền nhiệt.

θnc= 3403 (oC): nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm.

ρ0: điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 0 0C.

- 5

,0=

0147

10.

Ω ).mm(

mà ta có: ρ0 =

ρ 20 λ 20.+1

10.59,1 3 10.4+1

20.

Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm:

,0.32

.416

+1(.961

10.4.

)961

1986

,0.45.14,3

0147

+1(.

10.4.

)961

1 3 2 3

Vậy ta có dòng điện hàn dính:

04,0.2

= 562 (A).

Ihd = 1986.

Như thiết kế ban đầu: Ing.m =Iđm = 10. 5 = 50 (A).

Vậy Ingm << Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.

b. Tính theo thực nghiệm:

Theo công thức (2 – 36)– quyển 1:

Ihd = khd.

®tF

Trong đó: khd : hệ số hàn dính của tiếp điểm, xác định theo bảng(2–19)-

quyển 1. Chọn khd = 980 (A/kg).

Ftđ = 0,04 (kg): lực ép tiếp điểm.

= 196 (A).

04,0

Vậy ta có dòng hàn dính: Ihd = 980.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Như thiết kế ban đầu ta có: Ingm = 10. Iđm = 10. 5 = 50 (A)

Vậy Ingm < Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.

III. ĐỘ MỞ-ĐỘ LÚN TIẾP ĐIỂM:

Độ mở tiếp điểm phụ ta chọn giống như độ mở tiếp điểm chính.

Vì vậy độ mở của tiếp điểm phụ là: m = 6 (mm)

1. Độ mở của tiếp điểm:

Độ lún của tiếp điểm phụ ta cũng chọn giống như độ lún của tiếp điểm

chính.

Vậy độ lún của tiếp điểm phụ là: l = 3 (mm).

2. Độ lún của tiếp điểm: l

Tương tự như đối với tiếp điểm chính ta cần xác định số biên độ rung

và thời gian rung với lần va đập thứ nhất.

IV. ĐỘ RUNG TIẾP ĐIỂM:

Theo công thức (2 – 39) ta có biên độ rung của một cặp tiếp điểm.

)k1(.v.m F.2

®®t

Trong đó:

Ftđđ = ( 0,5 ÷ 0,7). Ftđc . Ta chọn Ftđđ = 0,6 . Ftđc

Mà Ftđc = Ftđ = 0,04 ( kg)

Ftđđ = 0,6 . Ftđc = 0,6 . 0,04 = 0,024 ( kg)

mđ =

G ® ( kg.s2/m): khối lượng phần động. g

mà: Gđ = mc. Iđm ( kg) Theo bảng (2-17)/55 - quyển 1 ta có: mc = (5÷10). 10-3 (kg/A) Chọn mc = 9. 10-3 (kg).

Gđ = 9. 10-3. 5 = 45. 10-3 (kg.A). Lấy g = 9,8 (m/s2): gia tốc trọng trường.

Nên khối lượng phần động:

1. Xác định trị số biên độ rung:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

,0=

0046

).m/s.kg(

mđ =

45 8,9

vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập.

kv: hệ số va đập

Theo trang 72 - quyển 1 ta chọn hệ số va đập kv= 0,9.

0046

Vậy

)9,01(.1,0. ,0.2

024

Công thức trên xác định biên độ rung của một cặp tiếp điểm. Vì ở đây

ta thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha có 2 cặp tiếp điểm phụ thường mở

nên ta có biên độ rung:

0046

,0=

048

).mm(

- )9,01(.1,0. 024

,0.2.2

Theo công thức (2-40)- quyển 1 ta có thời gian rung của một cặp tiếp điểm:

−

2.m .v . 1 k ® F t®®

Trong đó:

mđ = 0,0046 (kg.s2/m): khối lượng phần động.

vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập.

Ftđđ = 0,024 (kg).

Vậy thời gian rung của một cặp tiếp điểm:

,0.2

)s(

=t m

0046 9,01.1,0. ,0 024

Ở đây công tắc tơ có ba cặp tiếp điểm thường mở nên ta có thời gian

rung của tiếp điểm:

,0.2

0046

9,01.1,0.

10.6=

(6=)s(

).ms

,0.2

024

So sánh tm < [tm] = 10 (ms) là phù hợp.

2. Xác định thời gian rung tiếp điểm:

VI. SỰ ĂN MÒN CỦA TIẾP ĐIỂM:

gđ + gng = 10-9.( kđ. I2

đ + kng. I2

ng). kkđ

Xác định độ mòn của tiếp điểm ta tính theo công thức (2-54) quyển- 1 ta có:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó:

(gđ + gng): khối lượng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt.

Iđ = 4. Iđm= 4. 5 = 20 (A): dòng điện khi đóng.

Ing= 4. Ing= 4. 5 = 20 (A): dòng điện khi ngắt.

kđ, kng: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt.

Theo bảng (2-11)- quyển 1 ta chọn: kđ = kng = 0,5 ( g/A2).

kkđ = (1,1÷2,5): hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn (theo trang 79-

quyển 1). Chọn kkđ = 2.

Vậy khối lượng mòn một lần đóng ngắt:

gđ + gng = 10-9 .( 0,5 . 202 + 0,5 . 202 ). 2,2 =0,08 . 10-5 (g). Khối lượng hao mòn của 1 cặp tiếp điểm sau 105 lần đóng ngắt: gm. Gm = 105 (gđ + gng) = 105. 10-5. 0,08 = 0,08 (g). Vậy sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm mòn: m = 0,08 (g)

Khối lượng tiếp điểm:

gtđ = vtđ. γ

Trong đó:

γ = 10,5 ( g/cm3): khối lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm. vtđ = vtđđ+ vtđt = 2. vtđđ (cm3): thể tích của tiếp điểm.

.14,3

)mm(15=2,1.

vtđđ = Sđ. hđ = π.

hđ =

d 2 4

4 4

→ thể tích tiếp điểm: vtđ = 2. 15. 10-3 = 30 (cm3).

Vậy khối lượng của tiếp điểm: gtđ = vtđ. γ gtđ = 30. 10-3. 10,5 = 0,315 (g).

=100

100

%39,25=

g g

08,0 315,0

Vậy độ mòn tiếp điểm 25,29% < 70%. Nên sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm

vẫn làm việc tốt.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

PHẦN III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ

Khác với cơ cấu trong máy điện quay các cơ cấu trong khí cụ điện nói

chung và trong công tắc tơ nói riêng chỉ chuyển động trong một giới hạn nhất

định được hạn chế bởi các cữ chặn.

Khi nghiên cứu cơ cấu công tắc tơ ta chủ yếu khảo sát 2 quá trình.

+.Quá trình đóng tiếp điểm.

+.Quá trình ngắt tiếp điểm.

Quá trình đóng của công tắc tơ thì lực hút điện từ phải thắng được các lực

phản của lò xo. Ngược lại quá trình ngắt của công tắc tơ thì các lực phản của

quá trình đóng trở thành lực hút điện từ.

ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠ CẤU

YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CƠ CẤU:

Đảm bảo trị số cần thiết của các thông số động lực học của cơ cấu chấp

hành như: hành trình, độ mở, độ lún…

Lực chuyển động của cơ cấu đảm bảo việc đóng và ngắt của cơ cấu

chấp hành khi làm việc dài hạn hay ngắn mạch.

Tốc độ của cơ cấu phải đảm bảo thực hiện đúng chức năng.

Cơ cấu cần đảm bảo thời gian tác động ở mức cần thiết.

Ngoài 4 yêu cầu cơ bản trên còn một số yêu cầu khác tùy thuộc vào các

trường hợp sử dụng.

A. TÍNH TOÁN CƠ CẤU:

Theo trang 147 - quyển 1 ta có:

Trạng thái: (δ = 0)

Trạng thái (δ = m + 1).

I. SƠ ĐỒ ĐỘNG.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Fđf

1/2 Ftđf

Flxnc + Gđ

Flxnc + Ftđcc + G

Trong đó:

δ: khe hở không khí giữa thân và phần ứng.

Ftđcc: lực ép tiếp điểm chính cuối lò xo tiếp điểm chính tạo nên.

Flxnc: lực ép cuối của lò xo nhả.

Fđt: lực hút điện từ

Flxnđ: lực ép đầu của lò xo nhả.

Ftđf : lực ép tiếp điểm phụ thường mở.

Ftđf : lực ép tiếp điểm phụ thường đóng.

Lò xo tiếp điểm chính có tác dụng sinh ra lực ép tiếp điểm khi đóng

nhằm làm giảm điện trở tiếp xúc (Rtx) đồng thời khắc phục sự hao mòn tiếp

điểm.

II. TÍNH LÒ XO TIẾP ĐIỂM CHÍNH :

Kiểu lò xo phụ thuộc vào sơ đồ động và kết cấu của công tắc tơ và phụ

thuộc vào việc chọn vật liệu lò xo.

Dựa vào công dụng của khí cụ điện để chọn vật liệu lò xo có ứng xuất cho

phép cao hay thấp. Đối với công tắc tơ làm việc với tần số đóng ngắt lớn có

tính chống ăn mòn, tuổi thọ cao.

Theo bảng (4-1)- quyển 1 ta chọn vật liệu là thép các bon lò xo kiểu xoắn

hình trục chịu nén. Kí hiệu I B có các thông số kỹ thuật sau:

Độ bền giới hạn khi kéo.

[δk] = 2650 (N/mm2)

1. Chọn kiểu và vật liệu lò xo :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Độ bền giới hạn đàn hồi.

Giới hạn cho phép khi uốn.

Giới hạn cho phép khi xoắn.

Modul đàn hồi.

[δđh] = 800 (N/mm2) [δu] = 930 (N/mm2) [δX] = 580 (N/mm2 ) E= 200 . 103 (N/mm2) G = 80 . 103 (N/mm2) Môđun trượt. ρ = (0,19 ÷ 0,22). 10-6 (Ωm) Điện trở suất.

Lực ép tiếp điểm chính cuối: Ftđcc = Ftđq= 6 (N).

Theo trang 154 - quyển 1 ta có lực ép tiếp điểm chính đầu :

Ftđcđ = k. Ftđcc.

Trong đó: k = (0,5 ÷ 0,7) chọn k = 0,6.

Nên lực ép tiếp điểm chính đầu: Ftđcđ = 0,6. Ftđcc = 0,6. 6 = 3,6 (N).

Do cấu tạo của hệ thống tiếp điểm là 1 pha có 2 chỗ ngắt cho nên 1 lò

xo theo cấu tạo chịu lực tương ứng 2 tiếp điểm.

Vậy Ftđcc = Fmax = 2. 6 = 12 (N).

Ftđcđ = Fmin = 2. 3,6 = 7,2 (N).

2. Lực lò xo của tiếp điểm chính :

Theo công thức (19 - 6)- quyển 2.

≥

.6,1

k.c.F [ ]x δ

Trong đó:

d: đường kính dây dẫn lò xo (mm). [δx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn.

c = 10 : là chỉ số lò xo (nó đặc trưng cho độ cong của các vùng lò xo).

D: đường kính trung bình lò xo.

k : hệ số xét đến độ cong của dây lò xo.

Theo trang 134 - quyển 2 ta chọn : c = 10 ⇒ k = 1,14.

F = Ftđcc = 12 (N) : lực ép tiếp điểm chính cuối.

3. Tính toán đường kính dây quấn lò xo :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vậy đường kính dây quấn lò xo:

d ≥

.6,1

).mm(78,0=

14,1.10.12 580

Chọn đường kính dây quấn lò xo d = 0,8 (mm).

Nên đường kính trung bình của lò xo: D = c. d = 10 .0,8 = 8 (mm)

Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có số vòng lò xo:

(

vßng

f.d.G 3 Δ F.c.8

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 12 - 7,2 = 4,8 (N).

G = 8 . 103 (N/mm2): môđun trượt.

d = 0,8 (mm): đường kính dây quấn lò xo.

f = l = 3 (mm): khoảng lún lò xo.

Nên số vòng của lò xo tiếp điểm chính:

(5=

vßng

3.8,0.10.80 8,4.10.8

chọn W = 5 (vòng).

Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 5 + 1 = 6 (vòng).

+. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịut ải tới khi chịu tải max.

Theo công thức (19 - 3)- quyển 2:

max

).mm(5,7=

maxλ

F.W.D.8 d.G

12.5.8.8 8,0.10.80

Trong đó: Fmax = 12 (N): lực ép tiếp điểm chính cuối.

G = 80. 103 (N/mm2): môđun trượt.

4. Tính số vòng lò xo tiếp điểm chính:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

+. Bước của lò xo khi chưa chịu tải:

Theo công thức (19 - 12 - quyển 2.

.2,1

+d=t

+1=

).mm(8,2=

maxλ W

5,7.2,1 5

Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có:

l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d).

l0 = (6 - 0,5). 0,8 + 5 (2,8-1) = 14,4 (mm).

+. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn.

).mm(

Δ W.F.D.8 d.G

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 12- 7,2 = 4,8 (N).

).mm(3=

lxλ

5.8,4.8.8 8,0.10.80

So sánh với độ lún đã chọn là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún.

+. Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn :

Theo công thức (4 - 28)- quyển 1.

5. Tính chiều dài tự do của lò xo:

δ = = = mm/N(08,191 ). Δ D.F.8 π d. 8.8,4.8 8,0.14,3

Vậy ứng suất khi xoắn tính toán δx < [δx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo

độ bền cơ.

III. TÍNH LÒ XO TIẾP ĐIỂM PHỤ:

Ta chọn vật liệu thép cacbon như lò xo tiếp điểm chính. Các thông số

kỹ thuật như đã nêu ở phần trên.

1. Tính toán lực lò xo tiếp điểm phụ:

Lực ép tiếp điểm phụ cuối: Ftđfc = Ftđf = 0,4 (N).

Theo trang 154 - quyển 1 ta có lực ép tiếp điểm chính đầu :

Ftđfđ = k. Ftđfc.

Trong đó: k = (0,5 ÷ 0,7) chọn k = 0,6.

Nên lực ép tiếp điểm phụ đầu: Ftđfđ = 0,6. Ftđfc = 0,6. 0,4 = 0,24 (N).

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Do cấu tạo của hệ thống tiếp điểm là 1 pha có 2 chỗ ngắt cho nên 1 lò

xo theo cấu tạo chịu lực tương ứng 2 tiếp điểm.

Vậy Ftđfc = Fmax = 2. 0,4 = 0,8 (N).

Ftđfđ = Fmin = 2. 0,24 = 0,48 (N).

2. Tính toán đường kính dây quấn lò xo :

≥

Theo công thức (19 - 6)- quyển 2.

d .6,1 k.c.F [ ]x δ

Trong đó:

d: đường kính dây dẫn lò xo (mm). [δx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn.

c =12 : là chỉ số lò xo (nó đặc trưng cho độ cong của các vùng lò xo).

D: đường kính trung bình lò xo.

k : hệ số xét đến độ cong của dây lò xo.

Theo trang 134 - quyển 2 ta chọn : c = 12 ⇒ k = 1,11.

F = Ftđfc = 0,8 (N) : lực ép tiếp điểm phụ cuối.

Vậy đường kính dây quấn lò xo:

Chọn đường kính dây quấn lò xo d = 0,22 (mm).

Nên đường kính trung bình của lò xo: D = c. d = 12 .0,22 = 2,64 (mm)

3. Tính số vòng lò xo tiếp điểm phụ:

Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có số vòng lò xo:

=W ( vßng ). f.d.G 3 Δ F.c.8

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 0,8 -0,48 = 0,32 (N).

G = 8 . 103 (N/mm2): môđun trượt.

d = 0,22 (mm): đường kính dây quấn lò xo.

f = l = 3 (mm): khoảng lún lò xo.

c = 12

Nên số vòng của lò xo tiếp điểm phụ:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

=W (93,11= vßng ). 3.22,0.10.80 32,0.12.8

Chọn W = 12 (vòng).

Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 12 + 1 = 13 (vòng).

+. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịu tải tới khi chịu tải max:

max

).mm(54,7=

maxλ

3 F.W.D.8 d.G

3 8,0.12.64,2.8 3 4 22,0.10.80

Theo công thức (19 - 3)/134- quyển 2:

Trong đó: Fmax = 0,8 (N): lực ép tiếp điểm phụ cuối.

G = 80. 103 (N/mm2): môđun trượt.

+. Bước của lò xo khi chưa chịu tải:

Theo công thức (19 - 12/ 136 - quyển 2.

maxλ W

.2,1 +d=t +1= ,0= 974 ).mm( 54,7.2,1 12

Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có:

l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d).

l0 = (13- 0,5). 0,22 + 12 (0,974- 0,22) = 11,8 (mm).

+. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn.

4. Tính chiều dài tự do của lò xo:

Δ W.F.D.8 d.G

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 0,8- 0,48 = 0,32 (N).

= ).mm(

lxλ

So sánh với độ lún đã chọn f = 3 (mm) là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún.

Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn :

Theo công thức (4 - 28)- quyển 1ta có ứng suất khi xoắn:

= ).mm(01,3= 32,0.12.64,2.8 22,0.10.80

Δ D.F.8 π d.

Vậy δx < [δx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo độ bền cơ.

= mm/N(13,202 ). = = 64,2.32,0.8 22,0.14,3

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Ta chọn vật liệu làm lò xo nhả là thép các bon, có các thông số kỹ thuật

như lò xo tiếp điểm chính và lò xo tiếp điểm phụ.

IV. TÍNH LÒ XO NHẢ:

• Lực lò xo nhả đầu :

Flxnhđ = kdt (Gđ + FΣtđfc + Fms).

Trong đó: kdt = (1,1÷ 1,3) : hệ số dự trữ. Chọn k =1,2.

Gđ = 6 (N) : trọng lượng phần động.

Fms = kms. Gđ = 0,15. 6 = 0,9 (N)

kms = (0,15 ÷ 0,2) - hệ số ma sát. Chọn kms = 0,15.

FΣtdfc =2. Ftđfc = 2. 0,8 =1,6(N): tổng lực lò xo tiếp điểm phụ

cuối.

Vậy lực lò xo nhả đầu: Flxnhđ = 1,2 (6 + 1,6 + 0,9) = 10,2 (N).

• Tính lực lò xo nhả cuối:

Ta có:

Flxnhc = (1,5 ÷ 2). Flxnhđ

Chọn Flxnhc = 1,6. Flxnhđ = 1,6. 10,2 = 16,32 (N)

Do thiết kế công tắc tơ sử dụng 2 lò xo nhả. Nên lực tác dụng lên một lò xo

nhả là:

lxnc

1. Tính lực lò xo nhả đầu và nhả cuối:

max

).N(16,8= = F = F 2

lxn

min

F =F = ).N(1,5= 2 32,16 2 2,10 2

Theo công thức (19 - 6)- quyển 2.

max

≥

.6,1

).mm(

k.c.F ] [ δ

Trong đó: Fmax = 8,16 (N): lực lò xo nhả lớn nhất.

[δx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn.

c : chỉ số lò xo.

2. Đường kính dây quấn lò xo nhả:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

k : hệ số xét đến độ cong của lò xo.

Theo trang 134- quyển 1 ta chọn : c = 12 ; k = 1,11.

Vậy đường kính dây quấn của lò xo :

Chọn d = 0,7 (mm).

Với d = 0,7 (mm) nên đường kính trung bình của lò xo D = 12.0,7 = 8,4

(mm). 3. Tính số vòng lò xo nhả:

Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có:

d ≥ .6,1 ).mm(69,0= 11,1.12.16,8 580

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 8,16- 5,1 = 3,06 (N).

G = 8 . 103 (N/mm2): mô đun trượt.

d = 0,7 (mm): đường kính dây quấn lò xo.

f = 9 (mm): khe hở nam châm điện.

c = 12

Nên số vòng của lò xo nhả:

=W ( vßng ). f.d.G 3 Δ F.c.8

Chọn W = 12 (vòng).

Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 12 + 1 = 13 (vòng).

+. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịu tải tới khi chịu tải max:

Theo công thức (19 - 3)- quyển 2:

max

).mm(17,24=

maxλ

3 F.W.D.8 d.G

16,8.12.4,8.8 3 7,0.10.80

Trong đó: Fmax = 8,16 (N): lực lò xo nhả lớn nhất.

G = 80. 103 (N/mm2): mô đun trượt.

+. Bước của lò xo khi chưa chịu tải:

Theo công thức (19 – 12)- quyển 2.

=W (91,11= vßng ). 9.7,0.10.80 06,3.12.8

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

maxλ W

.2,1 +d=t +7,0= )mm(12,3= 17,24.2,1 12

Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có:

l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d).

l0 = (13- 0,5). 0,7 + 12 (3,12- 0,7) = 37,79 (mm).

+. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn.

4. Tính chiều dài tự do của lò xo:

Δ W.F.D.8 d.G

Trong đó: ΔF = Fmax- Fmin = 8,16- 5,1 = 3,06 (N).

= ).mm(

lxλ

So sánh với độ lún đã chọn [fchọn] = 9 là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún.

+. Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn :

Theo công thức (4 - 28)/ 172 - quyển 1.

= ).mm(06,9= 06,3.12.4,8.8 7,0.10.80

Δ D.F.8 π d.

Vậy ứng suất khi xoắn tính toán δx < [δx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo

độ bền cơ.

= = = mm/N(75,272 ). 4,8.06,3.8 7,0.14,3

Để dựng đường đặc tính cơ ta tổng hợp lại và xây dựng đường đặc tính

cơ theo khe hở làm việc của nam châm điện δ.

Fph = F (δ).

Với δ: khe hở làm việc của nam chân điện.

δ = m + l = 6 + 3 = 9 (mm).

Trong đó bao gồm:

• Tổng lực ép tiếp điểm chính: vì theo thiết kế công tắc tơ có 3 tiếp điểm

chính thường mở nên ta có:

FΣtđcc = 3. 12 = 36 (N).

FΣtđcđ = 3. 7,2 = 21,6 (N).

B. DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CƠ:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

• Tổng lực ép tiếp điểm phụ thường mở: theo thiết kế công tắc tơ có 2 hai tiếp

điểm phụ thường mở nên ta có:

FΣtđfc = 2. 0,8 = 1,6 (N).

FΣtđfđ = 2. 0,48 = 0,96 (N).

• Tổng lực ép tiếp điểm phụ thường đóng: công tắc tơ theo thiết kế có 2 tiếp

điểm phụ thường đóng nên ta có:

FΣtđfc = 2. 0,8 = 1,6 (N).

FΣtđfđ = 2. 0,48 = 0,96 (N)

• Lực lò xo nhả:

FΣ lxnhc = 16,32 (N).

F Σlxnhđ = 10,2 (N).

• Tổng lượng phần động:

Gđ = 6 (N).

Vậy theo sơ đồ động ta vẽ được đặc tính cơ như sau:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

59.92

42.84

F∑tđc

Fcơ

21.6

18.24

Flxnh

16.32

14.6

Gđ

10.2

Ftđ

FtđfH

δ (mm)

1.6 6 0 0.96 3 0.96 1.6

l m

PHẦN IV: TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

I. TÍNH TOÁN SƠ BỘ NAM CHÂN ĐIỆN:

Nam châm điện là loại cơ cấu điện từ biến đổi năng lượng từ điện năng

thành cơ năng. Nam châm điện có nhiều dạng kết cấu khác nhau về mạch từ

và cuộn dây.

Sự khác nhau về dạng kết cấu dẫn đến sự khác nhau về: đặc tính chuyển động

trong không gian, đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chế tạo.

Theo kinh nghiệm chế tạo và qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấu

của nam châm điện là mạch từ chữ Ш hút thẳng. Cuộn dây được đặt ở cực từ

giữa và vòng ngắn mạch được đặt ở hai cực từ bên.

Để việc chọn dạng kết cấu của nam châm điện đã tối hay chưa ta có các bước

kiểm tra sau:

Xét trên đặc tính phản lực ta thấy rằng công tắc tơ muốn làm việc được

thì khi hút lực hút điện từ phải lớn hơn đặc tính cơ Fđt > Fcơ và khi nhả Ftđ<

Fcơ.

Theo công thức (5-2)- quyển 1ta có hệ số kết cấu:

dtth

(N0,5/ m).

kkc =

1. Chọn dạng kết cấu.

Trong đó:

Fđtth: lực hút điện từ tại điểm tới hạn (N).

δth : Khe hở tới hạn của nam châm điện (mm),. δth = 3 (mm) = 3. 10-3 (m).

Xét lực hút điện từ tại điểm tới hạn (42,84 ; 3):

Ta có: Fđtth = kdt. Fcơth.

Chọn kdt = 1,2: hệ số dự trữ về lực.

Fcơth = 42,84 (N) ⇒ Fđtth = 1,2. 42,84 = 51,4 (N).

5,0

Nên ta có hệ số kết cấu:

2F δ

=k = 3380 ).m/N( 4,51.2 - 10.3

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Theo bảng (5-2) - quyển 1 ta thấy chọn dạng kết cấu nam châm điện tối ưu là: [ kkc ] = 316÷2500 (N0,5/m). Như vậy hệ số kết cấu tính toán kkc = 3380 (N0,5/m) < [ kkc ] là phù hợp. Vậy

ta chọn kiểu dáng kết cấu nam châm điện dạng chữ Ш là hợp lý.

Mạch từ của nam chân điệm xoay chiều mạch từ được ghép bằng các lá

thép kỹ thuật điện.

Đặc tính cơ bản của vật liệu từ là quan hệ giữa từ cảm B và cường độ từ

trường H. Đặc tính này được xác định trong bảng các đường cong từ hóa và

đặc tính quan trọng khác của vật liệu từ là quan hệ giữa độ từ thẩm tương đối

và độ từ cảm B.

Theo bảng (5-3) - quyển 1 ta chọn vật liệu làm mạch từ cho nam châm điện

là thép kỹ thuật điện hợp kim cao. Kí hiệu ∃41.

Độ dày mỗi lá: Δ = 0,5 (mm).

Từ cảm cực đại tần số f = 50 (Hz): Bmax = 1,2 (T). Khối lượng riêng: 7,55 (g/cm3).

2. Chọn vật liệu:

Chọn Từ cảm khe hở không khí tới hạn: Bδth = 0,5 (T).

Hệ số từ tản σt = 1,5 ứng với δth = 3 (mm). Theo trang 197- quyển 1ta

có σt = (1÷1,8).

Hệ số từ rò σr = 1,5 ứng với δth= 3 (mm). Vì khe hở không khí δth =

3(mm) theo trang 202- quyển 1 σr = (1÷4).

3. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản tại δ = δthδ:

Theo dạng kết cấu của nam châm đã chọn ta có:

S1 + S3 = S2 và S1 = S3.

Trong đó: S2: diện tích cực từ giữa.

S1, S3: diện tích cực từ bên.

Nên ta có: F2= F1 + F3 = 2F1= 2F3.

Vậy lực hút tính toán toàn bộ nam châm điện: Fđttt = F1 + F2 + F3 = 2F2.

4. Xác định các thông số chủ yếu và kích thước chủ yếu nam châm điện:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Mà ta lại có lực hút điện từ tính toán:

Fđttt = kdt. Fcơth = 1,2. 42,84 = 51,4 (N).

ttt®

Nên lực hút điện từ của cực giữa nam châm:

Theo công thức (5-8) - quyển 1 ta có tiết diện cực từ giữa:

=F = ).N(7,25= F 2 4,51 2

2 δ th

+. Xác định kích thước tiết diện lõi thép cực từ giữa:

S2 = a. b Ta chọn a = b.

Trong đó:

a: chiều rộng tính toán của cực từ giữa.

b: chiều dày tính toán của cực từ giữa.

517

).mm(74,22=

Vậy S2 = a2 ⇒ a =

chọn: a = b = 23 (mm).

Số lá thép của mạch từ nam châm điện:

=S = 517= mm( ). F B.10.9,19 7,25 5,0.10.9,19

Theo công thức (5-12) - quyển 1 ta có:

=n = l(46= ¸). b Δ 23 5,0

kc = 0,94: hệ số ép chặt.

Vậy kích thước cực từ giữa theo tính toán là: a = 23 (mm).

b = 24,5 (mm). Nên ta có diện tích cực từ giữa: S2 = 23. 24,5 = 563,5 (mm2).

+. Xác định kích thước cực từ bên:

Vì cực từ bên có vòng ngắn mạch nên chiều rộng của cực từ bên là:

a' =

=b = = = ).mm(5,24= S a.k b.a a.k b k 23 94,0

Trong đó:

a' : kích thước cực từ bên.

2 + Δ vòng.ng.m a 2

Δvòng.ng.m : chiều dày vòng ngắn mạch, chọn Δ = 2 (mm).

⇒ Bề dày cực từ bên: ='a ).mm(5,15=2.2+ 23 2

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vậy kích thước cực từ bên là: a′ = 15,5 (mm).

b′ = 24,5 (mm).

Tiết diện cực từ bên: S1 = S3 = a′. b′ = 15,5. 24,5 = 379,75 (mm2).

5. Xác định kích thước cuộn dây :

Theo công thức (5 - 18)- quyển 1:

(IW)tđ = (IW)h + (IW)nh.

Trong đó:

+.(IW)h: Sức từ động cuộn dây khi phần ứng hút.

Theo công thức (5 - 20) - quyển 1:

a. Sức từ động của cuộn dây nam châm điện:

(IW)h =

B . th

Với: μ0 = 1,256. 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm qua khe hở không khí.

Bδth = 0,5 (T): từ cảm khe hở không khí tới hạn.

σr = 1,5: hệ số từ rò.

Σδh = 2.Σδcn: khe hở tương đương khi phần ứng hút.

Theo trang 208- quyển 1 Σδh = (0,2 ÷ 0,7) (mm) chọn Σδh = 0,4 (mm).

Vậy sực từ động khi phần ứng hút:

- 3

.σ Σδ r μ

IW( =) 239= .A( vßng ). 10.4,0.5,1.5,0 256 10. ,1

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

+.(IW)nh: sức từ động cuộn dây khi phần ứng nhả:

Theo công thức (5 - 19)- quyển 1 ta có:

(IW)nh =

Σδ B . th μ

Với: Σδnh = 2. δth = 2. 3 = 6 (mm).

Vậy sức từ động của cuộn dây khi phần ứng nhả:

- 3

Vậy sức từ động tác động của cuộn dây nam châm điện :

(IW)tđ = 239 + 2388 = 2627 (A.vòng).

®t

Tính hệ số bội số của dòng điện:

(IW) = = 2388 .A( vßng ). 10.6.5,0 10. ,1 256

So sánh [ki]=4,5÷15 ta thấy ki =11 là phù hợp

=k = 11= IW( ) IW( ) 2627 239

Theo công thức (5 - 24)- quyển 1 ta có tất của cuộn dây:

)

®t

mm(

=S cd

IW(. max j.k.k.k. ®l

m®u

Trong đó:

kUmax = 1,1 : hệ số tăng áp.

kUmin = 0,85 : hệ số sụt áp.

kqt = 1: hệ số quá tải dòng ở chế độ dài hạn. J = 2 ÷ 4 (A/mm2): mật độ dòng điện. Chọn j = 2,5 (A/mm2).

klđ = 0,3 ÷ 0,6: hệ số lấp đầy cuộn dây. Chọn klđ = 0,5.

ki = 11: hệ số bội số dòng điện.

Vậy tiết diện cuộn dây:

1,1

2627

247=

mm(

=S cd

5,2.11.5,0.1.85,0

+. Xác định chiều cao và bề dày của cuộn dây :

Theo bảng 212- quyển 1 ta có:

b. Xác định kích thước cuộn dây:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

(2÷4)

Chọn

= 3 ⇒ hcd = 3 . lcd.

cao cuén y©d = = h l chiÒu bÒ dμy cuén y©d

Nên bề dày cuộn dây :

h l

⇒ Chiều cao cuộn dây : hcd = 3. lcd = 3. 9 = 27 (mm).

= ).mm(9= =l S 3 247 3

lcd

Sn/b'

l f

Δ2

h cs

Δ5

Δ3

h cd

Sd/b'

Δ2

+. Bề rộng cửa sổ mạch từ:

C = lcd + Δ1 + Δ2 + Δ3 + Δ4 + Δ5

Trong đó:

Δ1 = (1÷2) mm: bề dày tấm cách điện khung dây quấn Chọn

Δ1=1,5mm.

Δ2 = (0,5÷1) mm : lớp cách điện phía trong cuộn dây Chọn Δ2 = 0,5 mm

Δ3 = (0,5÷1) mm :lớp cách điện phía ngoài cuộn dây Chọn Δ3= 0,5 mm.

Δ4 = (5÷10) mm: khoảng cách từ cách điện mạch ngoài đến cực từ bên.

Chọn Δ4 = 6 mm.

Δ5 = 0,5 (mm): khe hở lắp ráp.

Vậy bề rộng cửa sổ: C = 9 +1,5 + 0,5 + 0,5 + 6 + 0,5 = 18 (mm).

c. Xác định kích thước nam châm điện:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

+. Chiều cao cửa sổ mạch từ:

hcs = hcd + 2 . Δ1 + lf

Trong đó: lf = (5 ÷ 10 ) mm: khoảng cách đầu phần ứng tới cách điện đầu trên

cuộn dây.

Chọn lf = 7 (mm).

hcd = 27 (mm): chiều cao cửa sổ cuộn dây.

Vậy chiều cao cửa sổ: hcs = 27 + 2 . 1,5 + 7 = 37 (mm).

+. Chiều cao nam châm điện:

Trong đó:

b = 24,5 (mm): bề dày cực từ.

Sđ : tiết diện đáy nam châm.

Theo trang 216- quyển 1 ta có: Sđ = 0,6. S2 = 0,6. 563,5 = 338,1 (mm2).

⇒ Chiều cao đáy của nam châm:

).mm( +h+ =H S b S b

Sn: tiết diện nắp nam châm:

Chọn: Sn = 0,7. S2 = 0,7. 563,5 = 394,45 (mm2).

⇒ Chiều cao nắp của nam châm:

=h ).mm(8,13= = S b 1,338 5,24

Vậy chiều cao nam châm điện: H = 13,8 + 37 + 16,2 = 67 (mm).

+. Chiều dài nam châm điện:

B = a + 2. a' + 2. C = 24,5 + 2. 15,5 + 2. 18 = 89 (mm).

Như vậy ta chọn sơ bộ kích thước của nam châm điện:

a = 23 (mm): chiều rộng cực từ giữa.

a′= 15,5 (mm): chiều rộng cực từ bên.

b = 24,5 (mm): bề dày mạch từ.

C = 18 (mm): chiều rộng cửa sổ mạch từ.

h = 37 (mm): chiều cao cửa sổ mạch từ.

H = 67 (mm): chiều cao nam châm điện.

=h ).mm(2,16= = S b 45,394 5,24

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

B = 89 (mm): chiều dài nam châm điện.

II. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM.

Do chọn Bth= 0,5 (T) nên mạch từ

Gt1

Gt3

Gδ1

Gδ2

Gt2 Gδ3

không bão hoà ta bỏ qua từ trở sắt

từ.

Gr1

Gr2

Nên ta có sơ đồ đẳng trị mạch như

sau (hình 1):

Gδ1, Gδ2, Gδ3 : từ dẫn chính

các khe hở không khí.

Gt1, Gt 2, Gt3: từ dẫn tản đặc trưng cho từ thông tản ở các khe hở không

khí.

Gr1, Gr2: từ dẫn đặc trưng cho từ thông rò của cực từ giữa 2 cực từ bên.

Ta có sơ đồ tương đương (hình 2) :

Gr2

Gr1

Để có sơ đồ tương đương:

(2)

= G G = G = G

+ G 1 + G G δ t 2 2 + G G

⎧⎪ ⎨ ⎪⎩

Ta có sơ đồ tương đương (hình 3):

G13

Do kết cấu của NCĐ ta có G1 = G3

(3)

là từ dẫn của khe hở ở 2 cực từ bên.

G G 2G 3

+ = G 1 + = G G G

1. Sơ đồ thay thế.

{ 13

Nên ta có sơ đồ tương đương:

Gδ

Gδ =

G .G 2 13 G+ G

(4)

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vậy ta có sơ đồ thay thế tương đương (hình 5) :

GΣ

GΣ = Gδ + Gr

(5)

2. Tính từ dẫn khe hở không khí :

Để có kết quả chính xác hơn ta chọn phương pháp phân chia từ trường.

Theo phương pháp này từ trường ở khe hở không khí được chia thành các

trường thành phần có dạng hình học đơn giản.

+. Tính cho một cực từ bên:

Gδ1 Gδ2

Gδ0

Gδ3 Gδ4

Theo hình vẽ ta có tổng từ dẫn khe hở không khí:

Gδ = Gδ0 + Gδ1 + Gδ2 + Gδ3 +Gδ4

Theo bảng (5-4)- quyển 1:

+.Theo mục 1 ta có từ dẫn trụ hình chữ nhật:

a. Tính từ dẫn khe hở không khí cực từ bên :

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

: từ dẫn hình trụ chữ nhật.

δ = μ

a.b δ

+. Theo mục 7 ta có từ 4 hình nửa trụ đặc, trong đó có 2 hình có chiều dài a, 2

hình có chiều dài b :

Gδ1 = 2. μ0. 0,26 (a + b) = 0,52 μ0= (a + b).

+. Theo mục 9 ta có từ dẫn của 4 hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ,

đường kính ngoài (δ + m); 2 hình có chiều dài a, 2 hình có chiều dài b:

.2=G

)b+a(.

64,0 δ Z

Với Z = (0,1 ÷ 0,2). δ chọn Z = 0,2.δ.

⇒ Từ dẫn 4 hình nửa trụ rỗng:

.2=G

.2,0=)b+a(.

).b+a(.

64,0 1 2,0

+. Theo mục 11 ta có từ dẫn 4 nửa trụ cầu đặc với đường kính δ:

Gδ3 = 4. 0,077 . μ0. δ = 0,308. μ0. δ

+. Theo mục 13 ta có từ dẫn 4 hình nửa cầu rỗng với đường kính trong δ,

đường kính ngoài (δ + 2.Z):

.4=G

.4=

.2,0=

δμ .

Z 4

2,0 4

chọn Z = 0,2.δ

Vậy từ dẫn khe hở không khí cực từ bên:

Gδ = Gδ0 + Gδ1 + Gδ2 + Gδ3 + Gδ4

+ 0,52. μ0.(a+b) + 0,2. (a+b) + 0,2. μ0. δ + 0,308. μ0. δ

b.a δ

. [a . b + 0,72. δ. (a+b) + 0,508. δ2]

0μ δ

Theo kết cấu thiết kế của nam châm thì từ dẫn của khe hở không khí 2 cực từ

bên:

. [0,508. δ2 + 28,8. 10-3 .δ + 379, 75. 10-6 ] (H).

G1 = G3 = Gδ =

0μ δ

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó:

a = 15,5 (mm).

b = 24,5 (mm).

Khi tính từ dẫn khe hở không khí cực từ giữa ta cũng dùng phương

pháp phân chia từ trường.

Vậy ta có từ dẫn cực của cực từ giữa của nam châm điện:

[0,508. δ2 + 0,72. δ. (a+b) + a.b] (H).

G2 =

0μ δ

[0,508. δ2 + 34,2. 10-3. δ + 563,5. 10-6] (H).

G2 =

0μ σ

Với kích thước của cực từ giữa:

a = 23 (mm).

b = 24,5 (mm).

b. Tính từ dẫn khe hở không khí cực từ giữa:

Theo bảng (5 - 6)- quyển 1 vì ta chọn nam châm điện có dạng chữ Ш từ dẫn

rò có thể biểu diễn như sau:

Gra

Grb

a 2

Grc

Ta có từ dẫn rò: Gr1= Gr2= Gra + 2. Grb+ 2. Grc.

Trong đó:

+. Theo bảng (5-6)- quyển 1: theo mục 5 ta có:

Gra : từ dẫn rò chính giữa 2 cực.

c. Tính từ dẫn rò:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Gra = μ0.

h.b cs (H). c

Với: hcs = 37 (mm): chiều cao cửa sổ mạch từ.

c = 18 (mm): chiều rộng cửa sổ mạch từ.

b = 24,5 (mm): bề dày cực từ.

- 6

Nên ta có:

256

10.

10.2,63=

).H(

,1=G ra

10.37.5,24 10.18

+. Grb: từ dẫn rò 1 nửa trụ đặc.

Theo bảng (5 -4)- quyển 1: theo mục 7 ta có:

Grb = 0,26. μ0.lr Với lr = hcs = 37. 10-3 (m). Vậy từ dẫn rò 1 nửa trụ đặc: Grb = 0,26. 1,25. 10-6. 37. 10-3 = 12. 10-9 (H).

+. Grc: từ dẫn 1 nửa trụ rỗng.

rc μ

+1[

]

l.64,0 C 2/a

Với: a = 23. 10-3 (m): chiều rộng cực từ giữa.

lr = hcs = 37. 10-3 (m): chiều dài từ rò. μ0 = 1,25 . 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm qua khe hở không khí. C = 18. 10-3 (m): chiều rộng cửa sổ mạch từ.

- 3

⇒

,1=G

10.256

10.6,11=

).H(

+1[

]

10.37.64,0 18.2 23

Vậy ta có từ dẫn rò: Gr1 = Gr2 = Gra + 2Grb + 2Grc.

= 63,2. 10-9 + 2. 12. 10-9+ 2. 11,6. 10-9= 110,4.10-

9(H).

Để tính từ dẫn tổng khe hở không khí ta tính đạo hàm của Gδ. Vì vậy ta

có:

=G δ

G.G.2 G+G.2

G.G G+G

d. Tính từ dẫn tổng khe hở không khí:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Nên đạo hàm :

1 2

dG δ δ d

- )G+G.2).(G.G.2()G+G.2(.)G.G.2( )G+G.2(

Trong đó:

G'1 = μ0. ( 0,508 – 379.75.10-6/ δ2). G'2 = μ0. ( 0,508 – 563,5. 10-6/ δ2).

Theo mục 6 - bảng (5-6)- quyển 1 ta có suất từ rò :

- 9

10.9,5=

).m/H(

G.2 l

10.4,110.2 10.37

Trong đó: Gr1 = 110,4. 10-9 (H). lr = hcs = 37. 10-3 (m).

+. Tính từ dẫn rò toàn mạch.

Gr = Gr1 + Gr2 = 2Gr1 = 2. 110,4. 10-9 = 220,8. 10-9 (H).

+ Tính từ dẫn rò qui đổi:

Grqđ =

Theo trang 242 - quyển 1 ta có: 1 . g. lr 3

Trong đó: g = 5,9.10-6 (H/m): suất từ rò. lr = hcs = 37.10-3 (m).

Vậy từ dẫn rò qui đổi: Grqđ =

1 . 5,9. 10-6. 37. 10-3 = 72.7. 10-9 (H). 3

+. Tính từ dẫn tổng: GΣ = Gδ + Grqđ.

Đạo hàm 2 vế ta có :

®rq δ

Gd δ d

Gd Σ δ d

Vì từ dẫn rò qui đổi không phụ thuộc vào δ nên :

®rq δ

⇒

Gd Σ δ d

Gd δ d

e. Tính xuất từ rò (g) :

Theo công thức (4-50)- quyển 1:

3. Xác định từ thông và từ cảm tại δ = δth:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

δ th

]

hth

dG δ δ d

1 3

dG δ d

G.2

Trong đó: φδth: từ thông khe hở không khí tại điểm tới hạn δth= 3 (mm).

k = 0,25: Hệ số xét đến thứ nguyên lực F.

Fhth = 25,7 (N).

Vì từ dẫn rò qui đổi không phụ thuộc vào δ nên :

®rq δ

Nên từ thông khe hở không khí tại điểm tới hạn :

2 δ

hth

δ th

G.2.F dG δ δ d

+. Xác định tại điểm tới hạn: δth = 3 (mm) ta có:

. [ 0,508. δ2 + 28,8. 10-3 .δ + 379,75. 10-6 ] (H).

G1 = G3 =

0μ δ

- 6

.[0,508. 32.10-6+ 28,8.3. 10-6+379,75. 10-6] = 0,2.10-6 (H).

10. - 3

256 10.3

[0,508. δ2 + 34,2. 10-3. δ + 563,5. 10-6] (H).

G2 =

0μ σ

- 6

.[ 0,508. 32. 10-6 +34,2. 3. 10-6+563,5.10-6] = 0,28.10-6(H).

10. - 3

256 10.3

- 6

Nên ta có :

10.17,0=

).H(

=G δ

10.2,0.2 10.28,0. - 10).28,0+2,0.2(

G.G.2 1 2 G+G.2 1

2 2

Mà ta lại có:

dG δ δ d

' 2 ' G.G.2+G.G.4 2 1 1 2 )G+G.2( 1 2

- 6

1,256.

508,0(.

10.3,52=)

).H(

' =G 1

10.75,379 2 6 10.3

- 6

1,256.

508,0(.

10.78=)

).H(

' =G 2

10.5,563 - 2 6 10.3

- 6

10.2,0.(4

)

⇒

10.8,44=

).H(

dG δ δ d

2 10.78.) 10.2,0.2(

10.3,52.2+ - 6 6 10.28,0+

10.28,0.( 2 )

Vậy từ thông ở khe hở làm việc tới hạn:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

)

2 δ

hth

10.06,3=

).Wb(

δ th

10.17,0(.7,25.2 10.8,44.25,0

G.2.F dG δ d

- 4

Ta có từ cảm tới hạn:

).T(53,0=

φ S

10.06,3 10.5,563

So sánh với việc chọn Bδth = 0,5 (T) là thích hợp.

• Xác định hệ số từ rò σr với các δ khác nhau:

®rq

+1=

φ φ

+ φ

φ0: từ thông chính trong mạch từ.

φδ: từ thông khe hở không khí.

σr: hệ số từ rò.

Với các giá trị khe hở không khí δ ta xây dựng được bảng sau:

0,2

δ(mm)

2,42

0,51

0,2

0,11

0,09

3,58

0,75

0,28

0,15

0,12

0,9546

0,263

0,2236

0,1966

0,1536

GΣ

10923

476,3

52,3

9,09

5,25

G'1

16693

707

13,8

8,1

G'2

9010

405,8

45,8

7,87

4,59

dG δ d

1,04

1,19

1,43

1,81

2,0

σr

Số vòng dây nam châm điện tính theo công thức trang 284- quyển 1:

min

k®

(

vßng

k.U. φ f.

.44,4

Trong đó: knmin = 0,85: hệ số sụt áp.

kir = (0,6÷0,9): hệ số tính tới sự tổn thất điện áp đường dây.

Chọn kir = 0,75.

4. Xác định thông số cuộn dây: theo trang 284 quyển 1.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

f = 50 (Hz) tần số.

Uđm = 380 (V): điện áp điều khiển. φtb = φđth. σr = 3,06. 10-4. 1,5 = 4,59. 10-4 (Wb).

Vậy số vòng cuộn dây nam châm:

.85,0

380

2377

(

vßng

75,0. 4-

10.59,4.44,4

50.

+. Tiết diện dây quấn:

.k=q

®l

h. W

Trong đó: W = 2377 (vòng): số vòng cuộn dây.

lcd = 9 (mm): bề dầy cuộn dây.

kld = 0,5: hệ số lấp đầy. Với klđ = (0,3÷0,6).

hcd = 27 (mm): chiều cao cuộn dây.

Vậy tiết diện dây quấn nam châm:

.5,0=q

mm(05,0=

27.9 2377

+. Đường kính dây quấn của cuộn dây :

Đường kính dây quấn không có cách điện.

).mm(25,0=

q.4 π

05,0.4 14,3

Theo bảng (5-8)- quyển 1 ta chọn vật liệu dây quấn là điện dây quấn là đồng

ký hiệu π∃B-1.

Tra bảng với đường kính d = 0,25 (mm) : không có cách điện. Nên ta có

đường kính dây quấn kể cả cách điện : d′ = 0,27 (mm).

Nên tiết diện dây quấn kể cả cách điện :

mm(57,0=)

π (..='q

(.14,3=)

27,0 2

'd 2

Nên ta có hệ số lấp đầy cuộn dây :

2377

55,0=

®l

272,0.14,3. 27.9.4

.W l.4

π 'd. h.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

So sánh với klđ = (0,3÷0,6) ta thấy klđ = 0,55 là hợp lý.

+. Xác định trị số trung bình của lực điện từ ở khe hở làm việc khi không có

vòng ngắn mạch ở trạng thái hút của phần ứng.

Theo công thức (5 - 52)- quyển 1 ta có lực hút trung bình khi hút.

2 tb

.10.9,19=F

).N(

tbh

δφ S

Trong đó:

Stn : tổng diện tích trong và ngoài vòng ngắn mạch Stn = S1 – 2.b.Δn.m.

Với Δn.m = 2 (mm): bề rộng vòng ngắn mạch. S1 = 379,75 (mm2): tiết diện cực từ bên.

b= 24,5 (mm): bề rộng cực từ.

Nên: Stn = 379,75 - 2. 24,5. 2 = 281,75 (mm2).

φδtb: từ thông trung bình qua khe hở không khí khi phần ứng hút.

δ th

10.04,2=

).Wb(

φ σ

06,3 5,1

rth

Vậy lực hút trung bình khi hút:

(2,04.

)

4 .10.9,19=F

).N(39,29=

tbh

-410 75,281

+. Tỷ số giữa lực điện từ nhỏ nhất và giá trị trung bình của lực điện từ khi

không có vòng ngắn mạch:

Theo công thức (5 - 53)- quyển 1 ta có:

cqdh

F min F

F.k dt F

htd

htb

Trong đó: kdt = 1: hệ số dự trữ của thành phần lực đập mạch.

¬c

max

Tại δ= 3 (mm).

).N(42,21=

cqdh

84,42 2

Vậy :

,0=

728

=fl

42,21 39,29

5. Tính toán vòng ngắn mạch chống rung:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Tỷ số giữa điện tích cực từ ngoài và diện tích cực từ trong vòng ngắn

mạch theo 276 - quyển - 1

44,0=

- f2 f.4

- ,02 ,0.4

728 728

Mà ta có: St + Sn = 281,75 (mm2).

44,0==

S S

Vậy ta có : St = 196 (mm2).

Sn = 85,75 (mm2).

+. Điện trở vòng ngắn mạch:

Theo công thức (5 - 54)- quyển 1 ta có điện trở vòng ngắn mạch

f.4.S.

Ω

f4.

(

2 l

μω . δ

)2+f3(.

Trong đó: ω = 2. π. f = 314 (rad/s).

Sh = 0,2. 10-3 (m): khe hở khi nắp hút. μ0 = 1,256 . 10-6 (H/m) Stn = 281,75 . 10-6 (m2).

f = 0,73.

Vậy điện trở vòng ngắn mạch:

- 6

314

,1.

,0.4.

728

Ω

- 728,04.

10.72,1=

(

256 10. 10.2,0

. 10.75,281 ,0.3.(

728

)2+

+. Góc lệch pha giữa từ thông trong ϕt và ϕn khi số vòng ngắn mạch Wnm=1.

Theo công thức (5 - 55)- quyển 1 ta có:

ω G. r

Mà ta có:

S δ

- 6

314

10.

Nên góc lệch pha:

25,2=

256,1. 10.72,1

. 196 10.2,0.

Trong đó: ω = 314 (rad/s)

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

μ0 = 1,256. 10-6 (H/m) St = 196 (mm2) rnm = 1,72 . 10-4 (Ω) δh = 0,2 . 10-3 (m)

⇒ ϕ = 660 ⇒ cosϕ = 0,4. Vậy ta thấy ϕ = 660 là phù hợp với ϕ =( 500÷800 ).

+. Xác định từ thông trong và ngoài vòng ngắn mạch:

Theo công thức ( 5- 56 )- quyển 1 ta có từ thông trong vòng ngắn mạch:

δ h

.c.2+c+1

cos

Trong đó:

1,1=

α cos

44,0 4,0

φδh = 2,04. 10-4 (Wb).

- 4

2,04.

⇒

10.16,1=

)Wb(

4,0.1,1.2+1,1+1

nên ta có từ thông ngoài vòng ngắn mạch: φn = c.φt = 1,1.1,16.10-4= 1,276.10-4 +. Từ cảm khe hở vùng ngoài vòng ngắn mạch.

- 4

).T(49,1=

10.276,1 10.75,85

φ S

So sánh Bn = 1,49 (T) < [Bn]= 1,6 (T) là thích hợp.

+ Xác định các lực điện từ.

Theo công thức trang 268- quyển 1 ta có giá trị lớn nhất của lực điện từ là:

.F.F.2+F+F=F

φ2cos

tbt

tbn

max

2 tbn

2 tbt

Trong đó:

- 4

)

2 n

).N(8,37=

.10.9,19=F

.10.9,19=

tbn

φ S

10.276,1( 10.75,85

- 4

2 t

4 .10.9,19=F

4 .10.9,19=

).N(6,13=

tbt

) 6

φ S

10.16,1( 10. 196

Cos2ϕ = cos (2. 66) = - 0,67.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Vậy:

).N(4,30=)67,0(.8,37.6,13.2+8,37+6,13

=F max

⇒ Giá trị trung bình của lực điện từ:

Frb = Ftbt + Ftbn = 13,6 + 37,8 = 51,4 (N).

Vậy giá trị nhỏ nhất của lực điện từ:

Fmin = Ftb - Fmax = 51,4 - 30,4 = 21 (N).

Nhận xét: Ta có từ thông dạng qua hai cực từ trên cũng đứng lò từ thông chạy

qua cực từ giữa. Nếu từ thông chạy qua 2 cực từ bên bị lệch pha 1 góc là ϕ thì

từ thông chạy qua cực từ giữa sẽ bị lệch pha nhau 1 góc ϕ. Do vậy ta có lực

điện từ nhỏ nhất là do nam chân điện sinh ra.

Fđtmin = 4. Fmin = 4. 21 = 84 (N).

Ta thấy Fđtmin > Fcơ h = 59,9(N) do đó nắp không bị rung.

+. Tổn hao năng lượng trong vòng ngắn mạch:

Theo công thức (5 - 57)- quyển 1 ta có:

)

max

φω . r.

k.2

2 u

min

Trong đó: kUmax = 1,1: hệ số tăng áp.

kUmin = 0,85: hệ số sụt áp.

ω = 314 (rad/s)

φt = 1,16. 10-4 (Wb).

rnm = 1,72. 10-4 (Ω).

- 4

.1,1(

)

⇒

).W(46,6=

10.16,1.314 10.72,1.85,0.2

+. Xác định kích thước của vòng ngắn mạch:

Chu vi vòng ngắn mạch:

) = 69 (mm).

P = 2 ( b + Δ +

S t ) = 2. ( 24,5 + 2 + b

196 5,24

Chọn vật liệu làm vòng ngắn mạch là đồng cứng tinh khiết

ρ20 = 0,01681. 10-3 (Ωmm): điện trở suất ở 200C.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

α = 0,0043 (1/0C): hệ số nhiệt điện trở.

Nhiệt độ phát nóng của vòng ngắn mạch là 2000C.

Nên ta có điện trở suất của vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng:

ρ200 = ρ20. [1 + α (θ - 20)] = 0,01681. 10-3 [1 + 0,0043. (200 -20)]

= 0,03 . 10-3 (Ωmm).

Tiết diện vòng ngắn mạch.

10.03,0

).mm(12=

=S nm

69. 4

10.72,1

200 r nm

Như vậy chiều cao của vòng ngắn mạch:

).mm(6=

S nm Δ

12 2

↓ hn

↓ Δ ↑

+Toả nhiệt trong không khí:

Theo công thức (5-13)- quyển 1

ktkk= 3. 10-3 .(1 + 0,0017 . θ) = 3. 10-3 .(1 + 0,0017. 200 ) = 4,02. 10-3 (W/cm2 0C).

Với θ = 2000C. nhiệt độ phát nóng của vòng ngắn mạch.

+ Toả nhiệt trong lõi thép.

ktkk= 2,9. 10-3. (1 + 0,0068. θ) = 2,9. 10-3. (1 + 0,0068. 200 ) = 6,84. 10-3 (W/cm2 0C).

6. Hệ số toả nhiệt vòng ngắn mạch.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Diện tích toả nhiệt trong vòng ngắn mạch:

- Trong không khí:

= 372 (mm2).

S1 = 2. Pnm. Δ + 2.

S t . hnm = 2. 69. 2 + 2. b

196 5,24

- Trong lõi thép:

S2 = 2b. hnm + 2b.Δ + P.hnm = 2. 24,5. 6 + 2. 2. 24,5 + 69. 6= 806

(mm2).

+.Dòng điện đặc trưng cho tổn hao năng lượng trong ngắn mạch:

194=

).A(

P r

46,6 10.72,1

⇒ dòng điện trong cuộn dây ta qui đổi:

).A(16,0=

vnmq

.2 194 2377

I.2 W

+. Xác định trọng lượng lõi thép M.

M = V. γ . kc.

Trong đó: kc = 0,94: hệ số ép chặt.

γ = 7,55 (g/cm3): trọng lượng riêng của thép.

V = H. B. b - 2hcs. c. b : thể tích lõi.

Với: H = 67 (mm): chiều cao nam châm điện

B = 89 (mm): chiều dài nam châm điện.

hcs = 37 (mm): chiều cao cửa sổ.

b = 24,5 (mm): kích thước lõi

c = 18 (mm) chiều rộng cửa sổ.

Nên ta có: V = 67.89. 24,5 - 2. 37 .18. 24,5 = 113,5 (cm3).

Vậy trọng lượng lõi thép: M = 113,5. 7,55 . 0,94 = 0,8 ( kg).

+. Suất tổn hao lõi thép ứng với từ cảm cực đại:

k.2

k®

max

k.U. W.

7. Tổn hao trong lõi thép:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó: kir = 0,8

Ku = 1,1: hệ số tăng áp.

Uđk = 380 (V): điện áp điều khiển.

W = 2377 (vòng): số vòng cuộn dây.

8,0.

10.34,6=

).Wb(

max

.1,1.2 .314

380 2377

Vậy từ cảm cực đại của lõi thép:

- 4

max

).T(13,1=

max

φ S

10.34,6 10.5,563

So sánh với việc chọn Bmax = 1,2 (T).

+. Công suất tổn hao trong lõi:

PFe = kd. Pmax. M

Trong đó: kd = (2÷3): hệ số xét đến sự tăng tổn hao mạch từ. Chọn kd = 2

= 1,55. (1,13)2 =1,98 (W/kg)

(

Pmax =P10.

B max ) 1

Với P10 = 1,55 (W/kg): suất tổn hao riêng lõi thép ( theo bảng 5-4).

M = 0,8 (kg): khối lượng mạch từ.

Vậy công suất tổn hao trong lõi thép: PFe = 2. 1,98. 0,8 = 3,168 (W).

8. Tính dòng điện trong cuộn dây:

Khi nắp đóng δ rất nhỏ (δ = 0,2 mm), dòng điện trong cuộn dây gồm:

dòng điện trong cuộn dây, dòng điện từ hoá khe hở, dòng điện khắc phục tổn

hao trong lõi thép và dòng ngắn mạch.

a. Dòng điện trong cuộn dây khi hút:

®vq

Trong đó:

I(+)I+I(=I I+ )

k®

: dòng điện từ hoá khe hở không khí.

2X+R

k®

U =I

k® 2

Vì R<< X nên coi R≈ 0.

=I = = U ω U X L. U G.W.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Với GΣ = Gδ + Grqđ = 2,05. 10-6 + 72,7. 10-9 = 2,13. 10-6 (H).

ω = 314 (rad/s).

W = 2377 (Vòng): số vòng cuộn dây.

Uđk = 380 (V).

Vậy ta có:

+. Ith: dòng điện từ hoá trong lõi thép.

Theo phương trình từ hoá lõi thép ta có:

Ith. W = ΣHi . li

Trong đó: ΣHi . li = ΣHtb . ltb: tổng từ áp trên các phan đoạn mạch từ.

Htb: giá trị trung bình của cường độ từ trường trong lõi thép tính theo

giá trị hiệu dụng của Bmax.

Căn cứ vào đường cong từ hoá của thép 41 hình ( 5-6 ) quyển 1:

Hm = 1,8 (A/cm).

= 1,27 (A/cm).

380 =I ).A(1,0= 314 . 2377 10.13,2.

Mà: Htb =

Ta có: Ltb = 2. B + 3. C = 2. 8,9 + 3. 1,8= 23,2 (cm).

Vậy ta có dòng điện từ hóa trong lõi thép:

,0=

012

).A(

=I th

2,23.27,1 2377

: dòng điện đặc trưng cho tổn hao năng lượng trong lõi thép.

= H tb 2 8,1 2

k®

max

Trong đó: PFe = 3,168 (W): công suất tổn hao trong lõi thép.

Uđk = 380 (V): điện áp định mức của cuộn dây.

kumax = 1,1: hệ số tăng áp.

Vậy dòng điện đặc trưng cho tổn hao trong lõi:

=I P k.U

+. Ivqđ = 0,16 (A): dòng điện qui đổi của cuộn dây.

Vậy giá trị biên độ của dòng điện khi hút:

=I 10.6,7= ).A( 168,3 380 .1,1

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Nên ta có mật độ dòng khi hút:

,0(=I 0076 ,0(+)16,0+ 012 ).A(19,0=)1,0+

Như vậy: Jh = 3,33 (A/mm2) < [Jcp] = 4 (A/mm2) là phù hợp.

=J = mm/A(33,3= ). I q 19,0 057 ,0

Khi nhả dòng điện trong cuộn dây chủ yếu là dòng điện từ hoá khe hở

không khí, dòng điện từ hóa lõi thép và tổn hao rất lớn. Do vậy dòng điện

trong cuộn dây được tính gần đúng theo công thức:

m®

max

b. Dòng điện cuộn dây khi nhả δ = 9 (mm):

Trong đó: GΣ = Gδ + Grqđ = 76,2. 10-9+72,2. 10-9 = 148. 10-9 (H).

kumax = 1,1: hệ số tăng áp.

W= 2377 (vòng).

Uđm = 380 (V).

Dòng điện khi nhả:

=I k.U ω G.W.

Hệ số tầng dòng điện:

3,8=

58,1 19,0

I I

Vậy kI = 8,3 nằm trong giới hạn cho phép [kI] = ( 4÷15 ).

=I ).A(58,1= .1,1 2377 380 10.9,148 . 314 .

+. Tính điện trở dây quấn :

9. Tính toán nhiệt dây quấn nam châm điện:

Theo công thức:

0ρ .=R

Trong đó:

ltb: độ dài trung bình của một vòng dây.

ltb = 4. ( a + lcd + 2Δ)

Với: lcd = 9 (mm): bề dày cuộn dây.

a = 23 (mm): bề rộng cực từ giữa.

Δ = Δ1 + Δ2 + Δ5 = 1,5 + 0,5 + 0,5 = 2,5 (mm).

W. q

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

⇒ ltb = 4 (23 + 9 + 2. 2,5) = 148 (mm)

W = 2377 (vòng): số vòng cuộn dây. q = 0,057 (mm2): tiết diện dây quấn.

ρθ: điện trở suất của dây quấn ở nhiệt độ cho phép của cấp cách điện.

ρθ = ρ20. [ 1+ α. ( 105- 20 )] = 0,01681. 10-3.[ 1+0,0043.(105-20)] = 0,023.10-3 (Ω.mm).

0,023.10 -

Ω

Nên điện trở dây quấn:

+. Tổn hao năng lượng trong dây quấn:

2 . R = (0,19)2. 142 = 5,12 (W).

Pdq = Ih

Trong đó Ih = 0,19 (A) : dòng điện khi hút.

+. Độ tăng nhiệt bề mặt cuộn dây:

Theo công thức Newtơn về sự hút làm nóng cuộn dây của nam châm điện ta

có:

=τ

P dq S.k T

Trong đó: kT: hệ số toả nhiệt cuộn dây. Theo bảng (5-6)- qyển 1: kT = (10 ÷ 20) (W/mm2 0C). Nên ta chọn kT = 17 (W/m2 0C).

Stn: diện tích toả nhiệt của cuộn dây

Stn = Sxq + Sđ.

Sxq = P. hcd

Với P: chu vi ngoài cuộn dây.

P = 2. ( a + 2lcd) + 2. ( b + 2lcd)

= 2. ( 23 + 2. 9) + 2. (24,5 + 2. 9) = 167 (mm). Sxq = 167.27 = 4509 (mm2) = 4,509. 10-3 (m2).

Sđ =

. 2. lcd. hcd : một phần diện tích đáy.

=R . 142= ( ). 148 . 2377 ,0 057

.2. 9. 27 = 365 (mm2) = 0,365. 10-3 (m2)

3 4

Nên diện tích toả nhiệt : Stn = 4,509. 10-3 + 0,365. 10-3 = 4,874. 10-3 (m2).

3 4

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Nhiệt độ phát nóng của cuộn dây: θ = θmt + τ = 40 + 61,79 = 101,79 (0C). Như vậy nhiệt độ phát nóng cuộn dây θ = 101,79 < [θcp] = 1050C là hoàn toàn

phù hợp.

= C79,61= 12,5 874,4.17 10.

Theo công thức (5-50)- quyển 1.

10. Tính và dựng đặc tính lực hút:

2 δ

t®h

2 δ

Trong đó : k = 0,25 : hệ số xét tới thứ nguyên lực.

φδ =

Φ tb σ

φtb: từ thông trung bình của lõi thép.

k®

.k.2 =F . + . dG δ d dG δ d 1 3 G.2

tbΦ

ku: hệ số đánh giá sự thay đổi điện áp nguồn.

kir = 0,75: hệ số đánh giá sự ảnh hưởng điện áp trong dây quấn.

σr: hệ số từ rò.

= k.U.k f.W.44,4

Như phần trước đã trình bày: Gr = cost →

Uđk = 380 (V): điện áp cuộn dây.

W = 2377 (vòng): số vòng cuộn dây.

2 tb

Vậy lực hút điện từ:

0= dG r δ d

th®

2 δ

Thay đổi các hệ số ku ta có:

ku = 0,85 → Φtb = 4,59. 10-4(Wb).

ku = 1

→ Φtb = 5,4. 10-4(Wb).

ku = 1,1 → Φtb = 5,94. 10-4(Wb).

=F . dG δ d .k.2 σ .2 G.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Để dựng đặc tính lực hút ta thay đỏi từng giá trị δ: 0,2 ; 1; 3; 5; 7; 9 và thay

đổi ku tương ứng.

ku = 0,85; 1; 1,1.

Nên ta có bảng xác định Fđth theo công thức trên:

δ (mm).

Gδ (H).

ku = 0,85. 125,77 99,42 56,47 39,85 28,71 18,49

Fđth ku = 1. 174,04 145,28 78,16 55,16 39,74 24,82

ku = 1,1. 210,6 180 94,57 66,75 43,2 29,61

2,05.10-6 0,43.10-6 0,17.10-6 0,1.10-6 0,096.10-6 0,0810-6

0,2 1 3 5 6 9

+.Tính và dựng đặctính nhả:

Ta có hệ số nhả là tỷ số giữa dòng điện hoặc điện áp cuộn dây khi phần ứng

của nam châm điện nhả và khi tác động.

knhI =

knhU =

®t

Trong trường hợp đơn giản, ta cũng có thể xác định qua đặc tính lực

của nam châm điện (trên sơ đồ đặc tính lực).

knh =

F F

¬c

= 0,59.

Xét tại điểm tới hạn: knh =

I I U U

Vậy ta có giá trị điện áp nhả: với ku = 0,85.

Unh = knh. Utđ = knh. 0,85. Uđm = 0,59. 0,85. 380 = 190,57 (V).

Từ thông trung bình trong lõi thép khi nhả:

15 43

k®

tbnh

Vậy lực điện từ tương ứng với Unh được xác định theo công thức:

2 tbnh

75,0. = = 10.7,2= ).Wb( k.U.k f.W.44,4 190 .50.44,4 2377

th®

2 δ

=F . dG δ d .k.2 σ .2 G.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Thay đổi các giá trị của khe hở không khí δ ta xác định được các giá trị

của đặc tính nhả như trong bảng sau:

0,2

Khe hở δ

(mm)

32,57

15,33

11,49

7,58

4,4

Fđtnhả (N)

Thời gian tác động (ttđ) là quãng thời gian kể từ thời điểm đưa tín hiệu

tác động cho đến khi nắp chuyển động xong. (δ = δmin).

ttd = t1 + t2.

Trong đó:

t1 : thời gian khởi động khi tác dộng.

t2: thời gian chuyển động khi tác động.

Thời gian nhả là quãng thời gian từ khi cắt điện của cuộn dây đến khi

nắp của nam châm điện kết thúc chuyển động (δ = δmax).

tnh = t3 + t4.

Trong đó:

t3 : thời gian khởi động khi nhả.

t4: thời gian chuyển động khi nhả.

+. Đối với nam châm điện xoay chiều:

Xét thời gian tác động:

ttd = t1 + t2.

Với t1: Do dòng điện và từ thông biến thiên tuần hoàn. Với tần số f còn

lực điện từ theo 2f. Mà trong thời gian t1 vì khe hở không khí lớn (δ =δmax).

Nên dòng trong cuộn dây quá lớn vì vậy nếu đóng điện vào thời điểm mà

dòng điện đi qua điểm O chỉ sau 1/4 chu kỳ từ thông đạt trị số cực đại còn nếu

đóng điện vào thời điểm i ≠ O thì quãng thời gian để đạt từ thông cực đại

cũng không quá 1/2 chu kỳ. Do đó lực điện từ đại trị số cực đại với thời gian

bé hơn 1/2 chu kỳ.

Như vậy cho rằng t1 = 1/2 chu kỳ là thời gian lâu nhất để khởi động:

11. Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

= 0,01 (s).

⇒ t1 =

= 0,01 (s).

= 1 f.2 1 50.2

t3 =

Với t2 : Theo công thức (19 - 1)- quyển 3 ta có:

= 1 f.2 1 50.2

∑

Δ .m2 xi - i).FF(

Trong đó: m khối lượng phần động.

m =

= 0,061 (kg).

Với g = 9,8 (m/s2): gia tốc trọng trường.

G = 0,6 (kg): trọng lượng phần động.

- Δx1 = ( 9 – 6 ).10-3 = 3. 10-3 (m)

- 3

= G g 6,0 8,9

=S 10.54,21= ).m/N( 10.3).6,14+24,18( 2

- 3

10.3).49,18+71,28( 2 - Δx2 = (6 - 3).10-3 = 3. 10-3 (m).

- Δx3 = (3- 0,2).10-3 = 2,8. 10-3 (m).

- 3

=S 10.15,36= ).m/N( 10.3).71,28+47,56( 2 10.3).24,18+84,42( 2

- 3

=S ,111= 272 10. ).m/N( 10.8,2).47,56+77,125( 2 10.8,2).84,42+92,59( 2

,0.2 10.3.( ) ,0.2 10.3.( ) ,0.2 10.8,2.( ) =t + + ,0= 011 ).s( 061 10.54,21 061 10.15,36 061 10.27,111

Mà ta có: ∑

Δ .m2 xi - i).FF(

- 3

=S 10.29,31= ).m/N( 10.3).4,4+58,7( 2 10.3).6,14+24,18( 2

- 3

=S 315,57= 10. ).m/N( 10.3).24,18+84,42( 2 10.3).58,7+33,15( 2

=S 10.29,82= ).m/N( 10.8,2).84,42+92,59( 2 10.8,2).33,15+57,32( 2

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

- 3

Vậy ta có thời gian khởi động của phần ứng khi nhả:

tkđ = t1 + t2 = 0,01 + 0,011 = 0,021 (s).

Thời gian nhả của nam châm điện:

tnh = t3 + t4 = 0,01 + 0,013 = 0,023 (s).

,0.2 ) ,0.2 ) ,0.2 10.8,2.( ) =t + + ,0= 013 ).s( 10.3.( - 10.3.( - 061 10.29,31 061 10.31,57 061 10.29,82

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

PHẦN V: TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒ QUANG

Ở điều kiện bình thường chất khí hầu như không dẫn điện và là môi

trường cách điện tốt. Trong khí cụ điện khi đóng hoặc ngắt mạch, đặc biệt là

khi ngắt mạch điện hồ quang sẽ phát sinh ở giữa từng cặp tiếp điểm của công

tắc tơ. Hồ quang cháy toả ra một nhiệt lượng lớn, nếu không được dập tắt kịp

thời thì lượng nhiệt đó sẽ phát bỏng tiếp điểm, cách điện thậm chí phá hỏng

kết cấu của thiết bị điện. Cho nên dập tắt hồ quang có ý nghĩa rất quan trọng

đối với tuổi thọ và độ làm việc tin cậy của thiết bị.

Trong hồ quang điện xoay chiều dòng điện qua trị số không hai lần

trong một chu kỳ. Khi đó độ bền catot độ bền cách điện được phục hồi. Do đó

người ta lợi dụng hiện tượng này để thiết kế buồng dập hồ quang sao cho

dòng điện dập tắt ngay sau khi dòng điên đi qua trị số không đầu tiên. Tuy

nhiên hồ quang thường không bị dập tắt ngay tại thời điểm đó.

Khi dòng điện xoay chiều qua trị số không ở khu vực hồ quang đồng

thời xảy ra hai quá trình mật thiết với nhau :

+. Quá trình dập hồ quang: là quá trình iôn hoá tăng cường.

+. Quá trình tạo điều kiện cho hồ quang cháy lại: là quá trình phục hồi điện áp

Đặc trưng cho quá trình thứ nhất là tốc độ tăng cường cách điện và đặc trưng

cho quá trình thứ hai là tốc độ phục hồi điện áp.

I. KHÁI NIỆM CHUNG :

Đảm bảo được khả năng đóng ngắt mạch điện nghĩa là đảm bảo giá trị

dòng điện đóng và dòng điện ngắt ở điều kiện cho trước.

Có thời gian cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ

quang

Quá điện áp thấp.

Kích thước hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí iôn hoá nhỏ. Nếu

không nó có thể chọc thủng cách điện giữa các phần và có thể toàn bộ khí cụ

điện.

II. CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG DẬP HỒ QUANG:

III. TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒ QUANG:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Như đã trình bày ở phần chọn kết cấu. Để tính toán buồng dập hồ

quang ta chọn kết cấu buồng dập của công tắc tơ mà ta thiết kế là: buồng dập

kiểu dàn dập.

Khi chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang ta cần chú ý đến các tính chất sau:

Tính chịu nhiệt của vật liệu.

Tính cách điện và chống ẩm.

Độ nhám bên trong của buồng dập hồ quang.

Độ ứng cao.

Từ tính chất trên ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là xi măng-

amiăng.

1. Chọn kết cấu và vật liệu làm buồng dập hồ quang:

Theo công thức (3- 49) quyển 1 ta có số lượng tấm:

m®

U.k

ln+1.(k

)

m®

U.k k

]

[+6,0≥n

U.k.35,0+U

m®

0 ph

o hq

Trong đó:

+. kđm: hệ số định mức. Theo công thức (3 - 40) quyển 1 ta có:

2. Số lượng tấm:

cos

kđm = 0,9 . ksd.

- φ

Theo trang 124- quyển 1 với khí cụ điện đóng ngắt 3 pha ta có: ksd = 1,5.

Hệ số công suất của mạch ngắt ta chọn cosϕ = 0,85.

0,85 = 0,52. -1 Nên hệ số định mức: kđm = 0,9. 1,5.

I.L

0 t

=k 2

3/2 ng 1300

+.Theo công thức (3 - 50)- quyển 1 ta có:

Ing = 4.Iđm = 4. 60 = 240 (A): dòng điện khi ngắt.

Theo công thức (3 - 47) quyển 1:

[

820

)].7,5

10.t

2 t

0 t

- Δ δ (.+

I.2

T+40(.

273

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Trong đó: Δt, δt : bề dày và khoảng cách giữa các tấm.

Δt = 1 ÷ 5 (mm). Chọn Δt = 1 (mm)

δt ≥ 2 (mm). Chọn δt = 2 (mm)

Theo trang 135- quyển 1 ta có :

T: nhiệt độ của tấm dàn dập. Theo công thức (3 - 48)- quyển 1 ta có:

T = 293 + 0,018 . Ing . Z

= 293 + 0,018. 240. 300 = 367,8 (0K).

Với Z = 300 (lần/h): số lần đóng ngắt trong một giờ.

0 t

- Δ [ 820 (.2+ 240 )].7,5 10.t =k = 457528 - .2 240 +40(. 8,367 273 )

m®

φ Điện cảm ngắn mạch ( theo công thức 3-32 quyển 1). =L sin.U ω I .

ω = 2. π. f = 2. 3,14 . 50 = 314 (rad/s).

Cosϕ0 = 0,85 → sin ϕ0 = 0,52.

Uđm = 400 (V).

Ing = 240 (A).

- 3

3/2

Nên ta có: =L 10.7,2= ).H( 400 240 52,0. 314 .

0: điện áp phục hồi ban đầu của một khoảng trống.

10.7,2 . . 457528 Vậy ta có: =k 69,36= 240 1300

+.Uph

Theo công thức (3 - 46) quyển 1 ta có:

0 ph

0 t

- ).V(6,0n.U=U

t = (72 + 0,72 δt ) = ( 72 + 0,72 . 2) = 73,44 (V).

Trong đó: U0

Và n: là số khoảng trống. Để tương ứng với Iđm = 60A ; Uđm = 400V.Ta chọn

n = 2 khoảng trống.

0: điện áp hồ quang của 1 khoảng trống. Theo công thức (3-5)- quyển 1.

Nên: ).V(7,86=6,02.34,73=U 0 -

+. Uhq

0 = ( 110 + 0,003. Ing).( 0,7 + 0,04 δt)

Uhq

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

.52,0

400

)

.52,0

400

ln+1.(69,36

69,36

= (110 + 0,003 . 240 ).( 0,7 + 0,04. 2) = 86,34 (V).

2 63,2=]

[+6,0≥n

52,0.34,86.35,0+7,86

Vậy để phù hợp ta chọn số tấm thiết kế ntk = 5 (tấm)

Nên số lượng tấm :

Theo công thức (5 - 53) quyển 1 ta có;

n.415

6,0

8348

).Hz(

>f 0

I.L

6,05.415 - 3 3/2 10.7,2 .

- 240

- 3/2 ng

Theo công thức (3 - 30)- quyển 1:

3/4) =

. ( 8000 + 2100 + 424003/4).

f0 =

. ( A + B . Pđm

380 400

380 m®U

= 59502376 (Hz).

Trong đó:

A = 8000; B = 2100: hệ số tương ứng hệ thống cáp.

Pđm : Công suất phụ tải:

Pđm = 3 . Uđm . Iđm . cosϕ0 . kdt

Kdt = 1,2 là hệ số dự trữ:

Uđm = 400V, Iđm = 60A, cosϕ0 = 0,85.

Pđm = 3 . 400 . 60. 0,85. 1,2 = 42400 (W).

Vậy f0 > 8348 (Hz) nên thoả mãn điều kiện quá trình không dao động.

3. Kiểm tra điều kiện xảy ra quá trình dao động:

Theo công thức (3 - 5)- quyển 1:

V.9+V

2 ®t

Trong đó:

+.Vtđ = 0,1 (m/s) = 10 (cm/s): tốc độ của tiếp điểm.

+. lhq: chiều dài hồ quang trên một khoảng trống.

Theo công thức (3 - 38)- quyển 1

4.Thời gian cháy của hồ quang:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

R.n

0 hq

n = 4: số khoảng trống ( vì ta chọn nt = 5 ).

- Rhq: điện trở toàn bộ của hồ quang.

Ta có: Ihq = 0,5. Ing = 0,5 . 240 = 120 (A) : dòng điện hồ quang.

: điện áp hồ quang.

6,0n -

Uhq = Uhq

0 = 86,34 (V) : điện áp hồ quang trong một khoảng trống.

Uhq

= 159,2 (V).

6,04 -

⇒ Uhq = 86,34.

Nên điện ta có:

(32,1=

=R hq

2,159 120

0 : giá trị trung bình của điện trở hồ quang trên 1 cm chiều dài hồ quang

Ω ).

- Rhq

,0=R

015

,0=

015

(26,0=

của 1 khoảng trống. Theo công thức (3 - 37)- quyển 1 ta có:

0 hq

14200 I

14200 240

2 ng

Ω ).

cm(27,1=

=l hq

32,1 26,0.4

Vậy chiều dai hồ quang:

- Vhq: vận tốc chuyển động của hồ quang.Theo công thức (3-19)- quyển 1:

hqI

= 37. 3 120 = 182,5 (m/s). Vhq = 37. 3

27,1

,0=

0023

).s(

=t hq

.9+

5,182

Vậy thời gian cháy của hồ quang:

Ta có thời gian dập hồ quang là 1/2 chu kỳ. Vậy thời gian dập hồ quang

td = 0,005 (s). Nên thq< td nghĩa là thời gian cháy nhỏ hơn thời gian dập hồ

quang là hợp lý.

+. Chiều dài nhỏ nhất của 1 tấm ngắn.

ngI

= 1,73. 22. 0,005. 3 240 = 0,22 (cm). lt ≥ 1,73. δt. td. 3

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

Để đảm bảo hồ quang không ra khỏi buồng dập ta chọn lt = 0,3 (cm).

5. Kiểm tra quá trình dập tắt hồ quang:

+. Quá trình không dao động của điện áp phục hồi: theo trang 125-quyển 1 ta

t.R hq L

)

e1.(U=U ng

max

có:

Trong đó:

U.2.1,1

m®

sin.k.

max

nguån

max

Theo công thức (3-26)- quyển 1:

φ 0

Uđm = 400 (V): điện áp định mức.

ksd = 1,5 vì công tắc tơ đóng ngắt ba pha.

400

⇒

280=52,0.5,1.

).V(

U max

.2.1,1 3

sinϕ0 = 0,52.

280 2

= 198 (V). Nên ta có: Ung =

t.32,1 - 310.7,2

Vậy điện áp phục hồi quá trình không dao động:

e1(.198=U

).V()

+. Điện áp phục hồi phụ thuộc vào độ bền phục hồi:

Theo công thức (3 - 45) quyển 1 ta có:

đb + kt. t

Uđb = U0

6,0n -

6,04 -

= 457528. = 843634 (v/s). Trong đó: kt = k0

6,04 -

đb = 73,44.

U0 = 135,4 (V)

Ubđ = 135,4 + 843634.t

Với các giá trị thời gian khác nhau ta có bảng.

t (s) 0 0,005 0,01 0,015

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

0 180,8 196,5 197,8 Uph

135,4 4353,57 8571,74 12789,91 Uđb

Số tấm dập hồ quang là: 5 tấm

Chiều dày của mỗi tấm là: 1 (mm)

Khoảng cách giữa các tấm là: 2 (mm)

U(v)

12789,91

8571,74

4353,57 197,8 196,5 180,8 134,5

t(s)

Số khoảng trống giữa các tấm là 4 khoảng trống.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

KẾT LUẬN

Công tắc tơ là khí cụ điện hạ áp, dùng đóng ngắt mạch điện từ xa. Vì

vậy công tắc tơ có kích thước nhỏ, cho nên khi thiết kế cần độ chính xác cao.

Vì trình độ có hạn nên khi tính toán thiết kế có nhiều chỗ lúng túng, nhất là

chương trình năm châm điện.

Nhưng với sự hướng dẫn chu đáo và tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn

Đức cho nên em cũng đã hoàn thành đạt yêu cầu kỹ thuật khi nghiệm lại.

Em rất mong nhận được lời nhận xét và góp ý cũng như sự chỉ bảo của

các thầy cô giáo trong bộ môn để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!.

Hà Nội, ngày 10 tháng 4 năm 2004

Sinh viên

Trần Quang Thịnh.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Quyển 1: Thiết kế khí cụ điện hạ áp.

(Bộ môn Thiết bị điện trường ĐHBK Hà Nội).

Quyển 2: Chi tiết máy

GS. TS. Nguyễn Trọng Hiệp

Quyển 3: Cơ sở lý thuyết khí cụ điện.

(Bộ môn Thiết bị điện trường ĐHBK Hà Nội).

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................ 1 PHẦN I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN-CHỌN KẾT CẤU........ 4 A. KHÁI NIỆM CHUNG ....................................................................... 4 I. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TẮC TƠ ..................................................... 4 II. PHÂN LOẠI ....................................................................................... 4 III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÔNG TẮC TƠ .................................. 4 IV. CẤU TẠO CỦA CÔNG TẮC TƠ ................................................... 5 V. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ............................................................ 5 B. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU .............................. 5 I. MẠCH TỪ ............................................................................................ 6 II. TIẾP ĐIỂM ........................................................................................ 6 III. HỒ QUANG ĐIỆN ........................................................................... 7 IV. NAM CHÂM ĐIỆN .......................................................................... 8 C. CHỌN KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN .......................................... 9 PHẦN II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN ....... 11 A. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH ............................................... 11 I. THANH DẪN ..................................................................................... 12 I.1 TÍNH TOÁN THANH DẪN ĐỘNG .............................................. 12 1.Chọn vật liệu thanh dẫn..................................................................... 12 2.Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn ................................ 13 3.Kiểm nghiệm lại thanh dẫn ............................................................... 14 I.2 TÍNH TOÁN THANH DẪN TĨNH ................................................ 17 II. VÍT ĐẦU NỐI .................................................................................. 17 II.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐẦU NỐI .................................................... 17 II.2 CHỌN DẠNG KẾT CẤU ĐẦU NỐI ........................................... 18 II.3 TÍNH TOÁN ĐẦU NỐI ................................................................. 18 III. TIẾP ĐIỂM ..................................................................................... 19 III.1 YÊU CẦU CỦA TIẾP ĐIỂM ...................................................... 19 III.2 CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM ............. 20 III.3 TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM ........................................................... 20 1. Chọn kích thước cơ bản ................................................................... 20 2. Lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc ..................................................... 21 3. Tính điện trở tiếp xúc ....................................................................... 23 4. Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc ............................................. 24 5. Tính nhiệt độ tiếp điểm .................................................................... 24 6. Tính điện trở tiếp xúc ....................................................................... 25 7. Dòng điện hàn dính tiếp điểm .......................................................... 25 IV. ĐỘ MỞ ĐỘ LÚN TIẾP ĐIỂM ...................................................... 27 1. Độ mở ............................................................................................... 27 2. Độ lún ............................................................................................... 28 V. ĐỘ RUNG TIẾP ĐIỂM ................................................................... 28 1. Xác định trị số biên độ rung ............................................................. 28

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

100

2. Xác định thời gian rung tiếp điểm .................................................... 29 VI. SỰ ĂN MÒN TIẾP ĐIỂM ............................................................. 30 1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn tiếp điểm ............................... 30 2. Tính toán độ mòn của tiếp điểm ....................................................... 30 B. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN PHỤ .................................................... 31 I. THANH DẪN ..................................................................................... 31 I.1 THANH DẪN ĐỘNG ...................................................................... 32 1. Chọn vật liệu thanh dẫn.................................................................... 32 2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn ............................... 32 3. Tính toán kiểm nghiệm lại thanh dẫn............................................... 33 I.2 TÍNH TOÁN THANH DẪN TĨNH ............................................... 35 II. TÍNH ĐẦU NỐI ............................................................................... 36 1 Chọn dạng mối nối ............................................................................ 36 2. Tính toán vít đầu nối ........................................................................ 36 III. TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM ............................................................. 37 III.1 CHỌN DẠNG KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM.. 37 III.2 TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM ........................................................... 37 1. Chọn kích thước cơ bản ................................................................... 37 2. Tính lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc .............................................. 38 3. Tính điện trở tiếp xúc ....................................................................... 39 4. Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc ............................................. 40 5. Tính nhiệt độ tiếp điểm .................................................................... 40 6. Tính nhiệt độ tiếp xúc ...................................................................... 41 7. Dòng điện hàn dính .......................................................................... 42 III. ĐỘ MỞ- ĐỘ LÚN TIẾP ĐIỂM .................................................... 43 IV. ĐỘ RUNG CỦA TIẾP ĐIỂM ........................................................ 44 1. Xác định trị số biên độ rung ............................................................. 44 2. Thời gian rung tiếp điểm .................................................................. 45 VI. SỰ ĂN MÒN CỦA TIẾP ĐIỂM ................................................... 45 PHẦN III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ ...................................... 47 A. TÍNH TOÁN CƠ CẤU .................................................................... 47 I. SƠ ĐỒ ĐỘNG .................................................................................... 47 II. LÒ XO TIẾP ĐIỂM CHÍNH .......................................................... 48 1. Chọn kiểu và vật liệu làm lò xo ....................................................... 48 2. Lực lò xo của tiếp điểm chính .......................................................... 49 3. Tính toán đường kính dây quấn lò xo .............................................. 49 4. Tính số vòng lò xo tiếp điểm chính ................................................. 50 5. Tính chiều dài tự do của lò xo .......................................................... 51 III. LÒ XO TIẾP ĐIỂM PHỤ .............................................................. 51 1. Lực lò xo tiếp điểm phụ ................................................................... 51 2. Tính toán đường kính dây quấn lò xo .............................................. 52 3. Tính số vòng lò xo tiếp điểm phụ .................................................... 52 4. Tính chiều dài tự do của lò xo .......................................................... 53 IV. LÒ XO NHẢ .................................................................................... 54 1. Tính lực lò xo nhả đầu và nhả cuối .................................................. 54

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

101

2. Đường kính dây quấn lò xo nhả ....................................................... 54 3. Tính số vòng lò xo nhả ..................................................................... 55 4. Tính chiều dài tự do của lò xo .......................................................... 56 B. DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CƠ .................................................... 56 PHẦN IV: TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN ...................................... 59 I. TÍNH TOÁN SƠ BỘ NAM CHÂM ĐIỆN ...................................... 59 1. Chọn dang kết cấu ............................................................................ 59 2. Chọn vật liệu .................................................................................... 60 3. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản .............................................. 60 4. Xác định thông số chủ yếu và kích thước nam châm điện .............. 60 5. Xác định kích thước cuộn dây.......................................................... 62 II. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM .............................. 66 1. Sơ đồ thay thế ................................................................................... 66 2. Tính từ dẫn khe hở không khí .......................................................... 67 3. Xác định từ thông và từ cảm tại δ = δth ......................................... 71 4. Xác định thông số cuộn dây ............................................................. 73 5. Tính toán vòng ngắn mạch chống rung ............................................ 74 6. Hệ số tỏa nhiệt vòng ngắn mạch ...................................................... 79 7. Tổn hao trong lõi thép ...................................................................... 80 8. Tính dòng điện trong cuộn dây ........................................................ 81 9. Tính toán nhiệt dây quấn nam châm điện ........................................ 83 10. Tính và dựng đặc tính lực hút ........................................................ 85 11. Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả ................ 87 PHẦN V: TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒ QUANG ........................... 90 I. KHÁI NIỆM CHUNG ....................................................................... 90 II. CÁC YÊU CẦU CỦA BUỒNG DẬP HỒ QUANG ....................... 90 III. TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒ QUANG ................................... 91 1. Chọn kết cấu và vật liệu làm buồng hồ quang ................................. 91 2. Số lượng tấm .................................................................................... 92 3. Kiểm tra điều kiện xảy ra quá trình dao động .................................. 93 4. Thời gian cháy của hồ quang ........................................................... 93 5. Kiểm tra quá trình dập tắt hồ quang ................................................. 95