Tài liệu Đồ án: Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha docx

Đồ án

Thiết kế công tắc tơ điện xoay
chiều 3 pha

SV: Nguyễn Thanh Huy
1
Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha


PHẦN I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN,
CHỌN KẾT CẤU THIẾT KẾ.

Để có một kết cấu hợp lí và phù họp với điều kiện công nghệ cho công
tắc tơ thiết kế. Ta tiến hành khảo sát một số công tắc tơ của một số nước đang
được sử dụng ở Việt nam.
Sau khi tham khảo công tắc tơ của một số nước hiện ở thị trường Việt
nam gồm có: Việt nam, Liên xô (cũ), Trung quốc, Nhật, Em nhận th
ấy về
cơ bản công tắc tơ của các nước đều có sự giống nhau.
Kiểu hút thẳng, dạng mạch từ chữ ш, cuộn dây đặt ở cực từ giữa, vòng
dây chống rung đặt ở hai cực từ bên. Tiếp điểm dạng bắt cầu, một pha hai chỗ
ngắt.
Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ ngát có đặt buồng h
ồ
quang riêng.
Hệ thống phản lực: Dùng lò xo nhả đẩy phần động.

Tháo nắp và sửa chữa đơn giản.
Qua sự so sánh và phân tích trên, kết hợp với điều kiên côg nghệ chế tạo
ở Việt nam, em chọn theo kiểu kết cấu của Liên Xô (cũ). Vì đơn giản, dễ thiết
kế và chế tạo.
I. CHỌN TIẾP ĐIỂM:
Tiếp điểm là một phần quan trọng, nó ảnh hưởng đến độ bền sự hư
hỏng công tắc tơ. Tuỳ thuộc vào dòng điện mà chức năng kết cấu và hình thức
tiếp xúc của tiếp điểm trong công tắc tơ cũng khác nhau.
Yêu cầu đặt ra cho tiếp điểm là:

SV: Nguyễn Thanh Huy
2
Nhiệt độ phát nóng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn phải
nhỏ hơn ở chế độ cho phép. Với dòng điện lớn, có trị số cho phép tiếp điểm
phải chịu được độ bền nhiệt và điện động.
Điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, độ rung không vượt quá giá trị cho
phep.
Như vậy với ti
ếp điểm chính có I
đm
= 100(A) ta chọn dạng tiếp xúc (Chữ
nhật – chữ nhật) là tiếp xúc mặt. Tiếp điểm động dạng chữ nhật và tiếp điểm
tĩnh dạng chữ nhật. Còn tiếp điểm phụ có I
đmp
= 5(A) ta chọn tiếp xúc (mặt
cầu – mặt cầu) là tiếp xúc điểm.
Vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là 2, khả năng ngắt nhanh,
chịu được hồ quang và lực điện động. Giảm hành trình chuyển động dẫn đến
giảm kích thước của công tắc tơ.
II. CHỌN BUỒNG DẬP HỒ QUANG.

Buồng dập hồ quang có tác dụng giứp ta dập tắt hồ quang nhanh nên
phải đảm bào các yêu cầu sau:
Bảo đảm khả năng đóng và khả năng và khả năng ngắt: Nghĩa là phải
đảm bảo giá trị dòng điện ngắt ở điều kiện cho trước,
Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hoá nhỏ, nếu không có thể chọc
thủng cách điện giữa các phần tử buồng d
ập hồ quang .
Hạn chế ánh sáng và âm thanh.
Xét yêu cầu đồ án ta chọn loại buồng dập kiểu dàn dập làm từ vật liệu
(Sắt – cacbon). Đơn giản trong tính toán và đảm bảo khi là việc.

III. CHỌN NAM CHÂM ĐIỆN
Theo nghuyên lý truyền động điện từ thì có dạng nam châm điện hút
thẳng nắp hút thẳng, nam châm điện hút quay nắp hút quay.
Sau khi qua thực tế và xem xét tinh ưu nhược điểm của hai loại này, em
chọn kiểu nam châm điện hút thẳng, nắp hút thẳng. Dạng mạch từ hình chữ
ш. Vì nó có ưu điểm sau:

SV: Nguyễn Thanh Huy
3
Lực hút điện từ lớn.
Tận dụng được trọng lượng lớn của nắp.
Khe hở không khí giữa các nắp và lõi giữa các tiếp điểm nhỏ.
Dùng làm việc trong chế độ nhẹ, đặc hiệt trong trường hợp lò xo nhỏ
không đủ khức phục các loại lực cản.
Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu truyền động công tắc tơ, nó quyết
định tính nă
ng làm việc và kích thước của công tắc tơ.
Xét yêu cầu về để tài đã chọn: Nam châm điện xoay chiều mạch từ dạng
chữ ш hút thẳng. Mạch từ ghép bằng các lá thép kỹ thuật. Vì cần thiết kế 3

tiếp điểm chính với U
đm
= 400(V), I
đm
= 100(A), cuộn dây nam châm có U
đk
=
380(V)


1 – lõ 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.

SV: Nguyễn Thanh Huy
4
Ta chọn mạch từ kiểu này có các ưu điểm sau:
Từ thông rò không đổi trong quá trình nắp chuyển động.
Từ dẫn khe hở không khí không lớn.
Lực hút điện từ lớn.
Đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực.
Dễ dàng sử dụng tiếp điểm bắt cầu 1 pha hai chỗ ngăt. do đó đơn giản
trong tính toán cũng như trong chế tạo.
IV. 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:
1 – Theo độ bền làm việc pha.
2 – Theo độ bền điện các phần tử m
ạng điện so với đất.
3 – 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 phầ
n 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 kho
ảng cách này thoả mãn thì dẫn đến hai phương pháp kia cũng
đảm bào an toàn khi làm việc.

SV: Nguyễn Thanh Huy
5
Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng (1 – 2)/14 –
quyển I với:
U
đm
= 400(V) ta có : L

cđ
≥ 5 (mm)
→ Chọn L
cđ
= 12 (mm), L
rò
= 20 (mm)
Khi thiết kế hình dạng cấu trúc cách điện cần tính đến: Tính chất, vật
liệu, bụi, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha.
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.


L
cđ
l
rò

SV: Nguyễn Thanh Huy
6
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.
Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện là đảm bảo độ bền cơ, độ bền
điện động và độ bền nhiệt. Khi làm việc dài hạn với I
đm
nhiệt độ mạch vòng
không vượt quá nhiệt độ cho phép. Khi làm việc ở chế độ ngắn mạch trong

thởi gian cho phép, mạch vòng phải chịu lực điện động do vòng ngắn mạch
gây ra mà không bị phá hỏng.
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.
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
M
ạch vòng dẫn điện phụ.
A – mạch vòng dẫn điện chính.



SV: Nguyễn Thanh Huy
7
1 - Lò xo tiếp điểm chính.
2 – Thanh dẫn động.
3 – Tiếp điêm động.
4 – Vít đầu nối.
5 – Thanh dẫn tĩnh.
6 – Tiếp điểm tĩnh.
A. 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. TÍNH TOÁN THANH DẪN ĐỘNG.
1. Chọn vật liệu để thanh dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ, ta chọn vật
liệu có điện trở suất càng nhỏ càng tốt.
Theo bảng (2 – 13)/44 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
sau:
θ = 1083 (
o
C) Nhiệt độ nóng chảy.
P
20
= 0.01741 (
Ωmm
2
m
) = 0.01741x10
-3
(Ωmm) - Điện trở suất 20
o
C.
α = 0.0043(1/
o
C) – Hệ số nhiệt điện trở
λ = 3.9 (W/cm
o
C) - Độ dẫn điện.
γ = 8.9 (g/cm
3

) – Khối lượng riêng.
H
B
= 80 ÷ 120 (kg/mm
2
) - Độ cứng Briven.
[θ
cp
] = 95
o
C – Nhiệt độ phát nóng cho phép.

SV: Nguyễn Thanh Huy
8
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.
Xác định kích thước a, b.
Theo công thức (2 – 6)/19 – Quyển 1 ta có:
odT
pdm
Tknn
kpI
b
×+
××
=
)1(2
2

θ

Trong đó I
đm
= 100 (A).
n: tỷ số giữa a và b; n =
a
b
= (4 ÷ 10).
Chọn n = 6.
k
p
: 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
k
p
= 1.03 ÷ 1.06
Ta chọn k
p
= 1.05.
k
T
: Hệ số toả nhiệt ra không khí.
Theo bảng (6 - 5)/300 – Quyển 1 ta có:
k
T
= (6 ÷ 9) (W/m
2o
C)

Chọn k
T
= 7 W/m
2o
C = 7x10
-6
(W/mm
2o
C)
T
ôđ
= [θ] – θ
môi trường
.
Với [θ] = 95
o
C – Nhiệt độ phát nóng cho phép của cắt điện cấp B ở chế
độ làm việc dài hạn.
θ
môi trường
= 40
o
C - Nhiệt độ môi trương.

SV: Nguyễn Thanh Huy
9
T
ôđ
= 95 – 40 = 55
o

C.
p
θ
; Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép.
Ta có: p
θ
= p
20
[1 + α([θ] – 20)] Ωmm
Theo bảng (6 – 2)/292 – quyển 1 ta có:
p
20
= 0.01741x10
-3
(Ωmm).
α = 0.0043 (1/
o
C) – Hệ số nhiệt điện trở.
p
θ
= 0.01741x10
-3
[1 + 0.0043(95 – 20)] = 0.023x10
-3
(Ωmm ) .
Vậy ta có:
23
3
6
100 0.023 10 1.05

b1.95mm
26(61)710 55
−
−
×××
==
×× + ×× ×

Ta có:
a
b
= 6 → a = 6b = 6x1.95 = 11.7 mm.
Vậy kích thước thanh dẫn tối thiểu là:
a = 11.7 mm
b = 1.95 mm
Mặt khac kích thước thanh dẫn còn được xác định theo đường kính tiếp
điểm.
Theo bảng (2 - 15)/51 – Quyển 1. Với I
đm
= 100 (A).
Đường kính tiếp điểm.
d
tđ
= 16 ÷ 20 (mm).
h
tđ
= 1.5 ÷ 3.0 (mm)
Chọn: d
tđ
= 18 (mm)

h
tđ
= 2 (mm)
Do dòng điện lớn (I
đm
= 100A), nên tiếp điểm phải là tiếp xúc mặt. Do
vậy cũng để giảm vật liệu làm tiếp điểm, cũng như về kinh tế thì ta qui đổi
diện tích tiếp điểm hình tròn sang diện tích hình chữ nhật.
Chọn a
tđ
= 14 (mm)




SV: Nguyễn Thanh Huy
10
Ta có: S
tđtròn
= S
tđcn
= a
tđ
.b
tđ

πd
2
4
= a

tđ
.b
tđ
= 254.34 (mm
2
)
→ b
tđ
=
254.34
14
= 18 (mm).
Vậy ta chọn kích thước thanh dẫn động là:
a = 16 (mm)
b = 2 (mm)
3. Kiểm nghiệm lại thanh dẫn.
Tính toán mật độ dòng điện thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn.
J
tđ
=
I
S
(A/mm
2
).
Trong đó:
I = I
đm
= 100 (A)
S = S

tđ
= a.b = 32 (mm
2
)
J
tđ
=
100
32
= 3.125 (A/mm
2
)
So sánh [Jtd] = 4 (A/mm
2
) thì J
tđ
phù hợp.
Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn, theo công thức
(2 - 4)/18 quyển 1 ta có.
s.p =
®m 0 t® p
Tt® 0
I.P(1 )k
K( )
+αθ
θ−θ

θ
tđ
=

2
®m 0 p T 0
2
T®m0
I.P.KS.P.K
S.P.K I .P .kp.
+θ
−α

Trong đó:
θ
tđ
- Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn.
I
đm
= 100 (A)
k
p
= 1.05
S = 32 (mm
2
) – Tiết diện thanh dẫn.
P = 2(a + b) = 2(16 + 2) = 36 (mm) – Chu vi thanh dẫn.


SV: Nguyễn Thanh Huy
11
θ
0
= 40oC – Nhiệt độ môi trường.

P
0
- Điện trở suất vật liệu ở 0
0
C.
Ta có P
20
= P
0
(1 + α
20
)
Mà P
0
=
P
20
1 + α
20
=
0.01741.10
-3
1 + 0.0043.20
= 0.016.10
-3
(Ωmm).
θ
tđ
=
100

2
x0.016.10
-3
x1.05 + 32x36x7.10
-6
x40
32x36x7x10
-6
- 100
2
x0.016.10
-3
x1.05x0.0043
=
θ
tđ
= 55.83
o
C
Vậy
θ
tđ
< [θ
cp
] = 95
o
C là thích hợp.
Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn hạn:
Ta 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)/313 – quyển 1 ta có:
J
nm
2
.t
nm
= A
nm
– A
đ

J
nm
=
A
nm
- A
®
t
nm

Trong đó:
J
nm
= J
bn
: Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt.
t
nm
= t

bn
: Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt.
A
bn
, A
đ
: Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu và nhiệt độ bền
nhiệt.
Chọn nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300
o
C.
Tra đồ thị (6 – 6)/313 – quyển 1 ta được:
A
nm
= 4.10
4
(A
2
S/mm
4
).
θ
đ
= 95
o
C = 1.65x10
-4
(A
2
S/mm

4
)
Ta có: A
nm
– A
đ
= 4.10
4
– 1.65x10
4
= 2.35x10
4
(AS/mm
4
).
Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có:

SV: Nguyễn Thanh Huy
12
t
nm
= 3 (s) → J
nm
= 88.5 (A/mm
2
)
t
nm
= 4 (s) → J
nm

= 76.64 (A/mm
2
)
t
nm
= 10 (s) → J
nm
= 48.47 (A/mm
2
)
So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng
ở bảng (6 – 7)/305 – quyển 1, ta có bảng sau:
T
nm
(S) 3 4 10
[J
nm
] (A/mm
2
) 94 82 51
J
nmtt
(A/mm
2
) 88.5 76.64 47.43
Như vậy: J
nm
< [J
nm
] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo

làm việc tin cậy.
Kết luận: Vậy kích thước thanh dẫn đã tính và chọn ở trên thì hợp lí và
đạt yêu cầu kĩ thuật.
II. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THANH DẪN TĨNH.
Thanh dẫn tĩnh cũng chịu một dòng điện như thanh dẫn động. Như ta đã
nói ở tên, thanh dẫn tĩnh còn đủ độ bền cơ khí để có thể gia công lỗ vít (vít
đầu nối). Chịu va đập khi đóng ngắt và phải lớn để gắn tiếp điểm. Do đó ta
chọn kích thước thanh dẫn tĩnh lớn hơn kích thước thanh dẫn động một chút.
Ta chọn kích thước thanh dẫ
n tĩnh như sau:
Chọn a = 18 (mm)
b = 2 (mm)
Tiết diện thanh dẫn tĩnh là:
S
t
= a.b = 18x2 = 36 (mm
2
)
Mật độ dòng điện thanh dẫn tĩnh là:
J
t
=
I
S
t
=
100
36
= 2.8 (A/mm
2

)
Vậy J
t
= 2.8 (A/mm
2
) < [J
cp
] = 4 (A/mm
2
).
J
t
= 2,8 (A/mm
2
) < [I
cp
] = 4 (A/mm
2
)

Như vậy kích thước thanh dẫn tĩnh là:

SV: Nguyễn Thanh Huy
13
a = 18 (mm)
b = 2 (mm).
B. TÍNH TOÁN VÍT ĐẦU NỐI
Đầu nối dùng nối giữa dây dẫn mạch ngoài và thanh dẫn tĩnh, nó là một
phần tử quan trọng trong hệ thông mạch vòng, nếu không đảm bảo dễ bị hư
hỏng trong vận hành.

I YÊU CẦU CÓ BẢN ĐỐI VỚI ĐẦU NỐI
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 (F
tx
) đủ để điện troẻ tiếp xúc (R
tx
) 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 liên tục.
1. Chọn kích thước mối nối.
Căn cứ vào ứng dụng của công tắc tơ
chọn kiểu nối nối tháo rời ren sử
dụng vít M
8x20
tra bảng (2 – 3)/32 – quyển 1.



1 – Vít M
8x20

2 – Long đen.
3 – Thanh dẫn đầu ra.


SV: Nguyễn Thanh Huy
14

4 – Thanh dẫn tĩnh.
2. Tính toán đầu nối.
Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thức:
S
tx
= a x b =
I
®m
J
(mm
2
).
Theo kinh nghiệm thiết kế và tham khảo tài liệu khác với I
đm
= 100 (A)
đối với thanh dẫn bằng đồng, mật độ dòng điện có thể lấy bằng 0.31 (A/mm
2
)
tại chỗ tiếp xúc với dòng xoay chiều với tần số 50 Hz.
Vậy S
tx
=
100
0.31
= 322.58 (mm
2
).
Lực ép tiếp xúc được tính theo công thức: F
tx
= f

tx
.S
tx

Theo quyển 1 (trang 33) ta chọn f
tx
= 120 (kg/cm
2
).
Với S
tx
= 322.58x10
-2
(cm
2
)
Vậy F
tx
= 120x322.58x10
-2
= 387.09 (kg) = 3870,9 (N)
F
tx
= 3.87 (KN) < 4.2 (KN) theo quyển 1 (trang 33) là phù hợp.
Điện trở tiếp xúc.
Theo công thức (2 – 25)/59 – quyển 1 ta có:
R
tx
=
[]

tx
m
tx
k
0,102.F
(Ω)
Trong đó:
K
tx
= 0.2x10
-3
(ΩKG) theo trang 59 quyển 1 là hệ số kể đến sự ảnh
hưởng của vật liệu.
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.
Vậy theo (trang 59) – quyển 1 ta có m = 1.
R
tx
=
0.2x10
-3
[0.102x387.09]
1
= 0.005x10
-3
(Ω).
Điện áp tiếp xúc mối nối.
Theo công thức (2 – 27)/62 – quyển 1:

SV: Nguyễn Thanh Huy

15
U
tx
= R
tx
xI
đm
(V)
Với I
đm
= 100 (A)
Ta có:
U
tx
= 0.005x10
-3
x100 = 0.5x10
-3
(V) = 0,5 (mV)
So sánh với [U
tx
] = (2 ÷ 30) (mV) là phù hợp. Vì lực ép tiếp xúc lớn.
Khi làm việc với dòng định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong thời
gian giới hạn cho phép, tuếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất độ rung
của tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép.
C. TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM.
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 của
công tắc tơ, tuổi thọ công tắc tơ.
I. YÊU CẦU TIẾP ĐIỂM.

Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc phải nhỏ hơn [θ
cp
] .
Với dòng điện lớn hơn cho phép, tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt
và độ bền điện động, hệ thống tiếp điểm dập hồ quang phải có khả năng đóng
ngắt cho phép không bé hơn trị số cho phép.
Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện giới hạn cho
phép tiếp điểm phả
i có độ bền về cơ và độ bền điện nhất định.
Độ rung tiếp điểm không vượt quá trị số cho phép.
Đảm bảo độ mòn.
II. TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM.
1. Chọn dạng kết cấu.
Với I
đm
= 100 (A). Theo trên đã trình bày tiếp xúc là tiếp xúc mặt.
2. Chọn vật liệu và tính kích thước cơ bản.
Vật liệu tiếp điện cần có độ bền cơ cao, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt với I
đm

= 100(A), theo bảng (2 – 13)/44 – quyển 1. Ta chọn vật kiệu làm tiếp điểm là
kim loại gốm (Ag – Niken than chì).

SV: Nguyễn Thanh Huy
16
Kí hiệu KMK – A32M.
Loại này khá tốt có khả năng đáp ứng nhu cầu cho tiếp điểm, 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.
γ = 8.7 (g/cm

3
) – Khối lượng riêng.
θ
nc
= 3403 (
o
C) – Nhiệt độ nóng chảy
P
20
= 4.0x10
-5
(Ωmm) - Điện trở suất ở 20
o
C
λ = 3.25 (W/cm
o
C) - Độ dẫn nhiệt.
H
B
= (65 ÷ 85) (kg/mm
2
) - Độ cứng Brinen
Chọn H
B
= 75 (kg/mm
2
)
α = 3.5x10
-3
(1/

o
C) – Hệ số nhiệt điện trở.
Ta có kích thước tiếp điểm động có dạng hình chữ nhật:
a= 14 (mm)
b = 18 (mm)
h = 2 (mm)
Ta chọn kích thước tiếp điểm tĩnh lớn hơn tiếp điểm động 1 chút.
a= 16 (mm)
b = 20 (mm)
h = 4 (mm)
Hình vẽ minh hoạ cho cả hai tiếp điểm.



SV: Nguyễn Thanh Huy
17

3. Tính lực ép tiếp điểm tại một chỗ tiếp xúc.
Lực ép tiếp điểm Ftđ được xác định theo công thức lý thuyết và công
thức thực nghiêm.
Theo công thức lý thuyết.
Từ công thức (2 – 14) trang 53 quyển 1
F
tđ
= I
tđ
2
AπxH
B
16λ

2

1
[ arcos
T
t®
T
tx
]
2

Mà F
tđ
= nxF
tđ1

Với n là số điểm tiếp xúc.
Vì tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh là hình chữ nhật nên chỗ tiếp xúc
của hai tiếp điểm là tiếp xúc mặt
Theo trang 53 quyển 1 ta có n = 3.
F
tđ
= 3F
tđ1

Trong đó:
I
đm
= 100 (A) – Dòng điện định mức.
H

B
= 75 (kg/mm
2
) Độ cứng Briven vật liệu làm tiếp điểm.
λ = 3.25 (W/cm
o
C) - Độ dẫn nhiệt
A = 2.310
-8
(V/
o
C) – Hằng số Loren.
Theo trang 53 quyển 1 ta có:

SV: Nguyễn Thanh Huy
18
T
tđ
= θ
tđ
+ 273(
o
K) = 75.5 + 273 = 348.5 (
o
K)
T
tx
: Nhiệt độ nơi tiếp xúc.
T
tx

= T
tđ
+ ΔT.
ΔT = (2 ÷ 4) (
o
K) Độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và xa nơi tiếp xúc.
Chọn
ΔT = 2 (
o
K )
T
tx
= 348.5 + 2 = 350.5 (
o
K)
Ta có:
F
tđ1
=
100
2
x2.3x10
-8
x3.14x75
16
()
0.325
2

1

[arccos
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
348.5
350.5
]
2
= 0.0009 (kg)
F
tđ1
= 0.009 (N)
Vậy F
tđ
= 3x0.009 = 0.027 (N)
Phương pháp kinh nghiệm:
Công thức (2 – 17)/56 quyển 1 ta có:
F
tđ
= F
tđ
xI
đm

Trong đó
F
tđ

: Lực tiếp điểm đơn vị.
Theo bảng (2 – 17)/55 quyển 1 ta có
F
tđ
= (7 ÷ 15) (G/A)
Chọn F
tđ
= 10 (G/A)
Vậy F
tđ1
= 10x100 (G) = 1.0 (KG) = 10 (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 F
tđ
= 10 (N).
4. Tính điện trở tiếp xúc.
Để tính điện trở tiếp xúc ta có phương pháp tính theo lý thuyết và thực
ngiệm.
Tính theo lý thuyết.
Theo công thức (2 – 24)/58 - quyển 1.

SV: Nguyễn Thanh Huy
19
R
tx
=
P
2

πH
B
F
t®
(Ω).
Trong đó:
P =
1
2
(P
1
+ P
2
) Theo trang 57 – quyển 1.
P: Điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm.
P
1
: Điện trở suất của bạc.
P
3
: Điện trở suất của Niken than chì.
P
1
= P
Ag20
(1 + α(95 – 20)) (Ωmm)
= 1.8x10
-5
(1 + 3.5x10
-3

(95 – 20)) = 0.02x10
-3
(Ωmm).
P
2
= P
Niken than chì
(1 + α(95 – 20)) (Ωmm)
= 3.510
-5
(1 + 3.5x10
-3
x(95 – 20)) (Ωmm)
= 0.04x10
-3
(Ωmm)
P = 0.02x10
-3
+ 0.04x10
-3
= 0.06x10
-3
(Ωmm)
Vậy R
tx
=
0.06x10
-3
2

3.14x75
10
= 0.14x10
-3
(Ω).
Tính theo kinh nghiệm.
Theo công thức (2 – 25)/59 quyển 1
R
tx
=
tx
m
t®
K
(0.102.F )
(Ω).
Trong đó K
tx
= 0.2x10
-3
Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu.
Theo trang 56 quyển 1:
ở đây tiếp xúc giữa hai điểm động và tĩnh có dạng hình chữ nhật, cho
nên có dạng tiếp xúc là tiếp xúc mặt. Do đó chọn m = 1 – Hệ số dạng bề mặt
tiếp xúc.
F
tđ
= 100 (N) – Lực ép tiếp điểm.
Vậy:
Rtx =

()
3
1
0.2x10
0.102x10
−
= 0.19x10
-3
(Ω).

SV: Nguyễn Thanh Huy
20
Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta chọn.
R
tx
= 0.19x10
-3
(Ω)
5. Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp xúc.
Theo công thức (2 – 27)/62 – quyển 1.
U
tx
= IxR
tx
(V).
Với I = I
đm
= 100 (A).
R
tx

= 0.19x10
-3

Vậy U
tx
= 100x0.19x10
-3
= 19x10
-3
(V) = 19 (mV).
So sánh với [Utx] = (2
÷ 30) (mV) là phù hợp.
6. Tính nhiệt độ tiếp điểm.
Theo công thức (2 – 11)/52 – quyển 1:
θ
tđ
= θ
mt
+
I
®m
2
xP
θ
SxPxK
T
+
I
®m
2

xR
tx
2 λxPxSxK
T

Trong đó:
I
đm
= 100 (A)
θ
mt
= 40 (
o
C).
P
θ
= P
95
= 0.023x10
-3
(Ωmm)
S = 32 (mm
2
) – Tiết diện tiếp điểm.
P = 36 (mm) – Chu vi tiếp điểm.
K
T
= 7x10
-6
(W/mm

2o
C) – Hệ số nhiệt điện tử.
λ = 3.25 (W/mm
2o
C) – Hệ số truyền nhiệt.
R
tđ
- Điện trở tiếp điểm.
Tính R
tđ
:
R
tđ
= 2P
0
h
s

P
θ
= 0.023x10
-3
(Ωmm) .
h
tđ
= 2 (mm).
S = S
cn
= a
tđ

xb
tđ
= 14x18 = 252 (mm
2
).

SV: Nguyễn Thanh Huy
21
R
tx
= 2x0.023x10
-3
252
2
= 0.36x10
-6
(Ω)
Vậy
θ
tđ
= 40 +
100
2
x0.023x10
-3
32x36x7x10
-6
+
100
2

x0.36x10
-6
2 0.325x36x32x7x10
-6
= 68.5 (
o
C).
7. Tính nhiệt độ tiếp xúc.
Theo công thức (2 – 12)/52 – quyển 1.
θ
tx
= θ
tđ
+
I
®m
2
xR
2
tx
8x
λxP
θ

Với
θ
tđ
= 76.7 (
o
C)

I
đm
= 100 (A)
R
tx
= 0.2x10
-3
(Ω)
λ = 0.325 (W/mm
0
C).
P
θ
= 0.023x10
-3
(Ωmm).
Vậy:
θ
tx
= 68.5 +
100
2
x
()
0.2x10
-3 2
8x0.325x0.023x10
-3
= 75.2 (
o

C) < [θ
cp
] = 180 (
o
C).
là thích hợp
8. Dòng điện hàn dính tiếp điểm.
Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực
điện động lớn, R
tx
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.
I
th
: 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.
Tính theo lý thuyết

SV: Nguyễn Thanh Huy
22
Theo công thức (2 – 33)/66 – quyển 1.
I
hd
= A f
nc
F

t®
.
Theo trang 66 quyển 1 ta có:
f
nc
= (2 ÷ 4)
Chọn f
nc
= 3 –Hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc
A – Hằng số vật liệu làm tiếp điểm.
Theo công thức (2 – 34)/66 – quyển 1 ta có.
A =
)
3
2
1(
)
3
1
1(32
0 ncB
ncnc
PH
αθπ
αθθλ
+××
+××

Với p
0

=
P
20
1 + αx20
=
3.5x10
-5
1 + 3.5x10
-3
= 0.035x10
-3
(Ωmm).
α = 3.5x10
-3
(1/
o
C) – Hệ số nhiệt điện trở.
H
B
= 75 (KG/mm
2
) - Độ cứng Briven
λ = 0.325 (W/mm
o
C) – Hệ số truyền nhiệt

θ
nc
= 3403 (
o

C) – Nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm.
Vậy:
A =
)3403105.3
3
2
1(10035.07514.3
)3403105.3
3
1
1(3403325.032
33
3
××+×××
××+××
−−
−
= 1545
Với F
tđ
= 1 (KG) – Lực ép tiếp điểm.
Ta có: I
hd
= 1545 3 1 = 2676 (A).
Như đầu bài đã cho: I
ng
= 10I
đm
= 10x100 = 1000 (A).
Vậy I

ng
<< I
hd
nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.
Theo công thức (2 – 36)/67 – quyển 1:
I
hd
= K
hd
F
t®

Trong đó:
K
hd
: Hế số hàn dính xác định theo bảng (2 – 19)/67 – quyển 1

SV: Nguyễn Thanh Huy
23
Chọn K
hd
= 1200 (A./kg)
Trong đó: F
tđ
= 1 (kg)
Vậy I
hd
= 1200x1 = 1200 (A).
Như đầu bài đã cho: I
ng

= 10. I
đm
= 10. 100 = 1000(A)
Vậy I
ng
<< I
hd
nên tiếp điểm không thể bị hàn dính.
III. ĐỘ MỞ, LÚN TIẾP ĐIỂM.
1. Độ mở: m
Độ mở là khoảng cách của tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh khi ở vị trí
ngắt của tiếp điểm. Cần xác định độ mở của thích hợp vì:
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 I
đm
=
100 (A); U
đm
= 400 (V).
Theo trang 41 – quyển 1.
Ta chọn độ mở m = 7 (mm).
2. Độ lún tiếp điểm: L
Độ lún của tiếp điểm là quãng đường mà tiếp điểm động đi được nếu
như không có tiếp điểm tĩnh cản lại.
Độ lún của tiếp điểm có tác dụng:
Tăng lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc.
Khi tiếp điểm bị ăn mòn v
ẫn đảm bảo tiếp xúc tốt.
Theo công thức trang 42 - quyển 1 ta có.
L = A + BI

đm
.
Trong đó:
A = 1.5 (mm)
B = 0.02 (mm/A)
Vậy L = 1.5 + 0.02x100 = 3.5 (mm).

SV: Nguyễn Thanh Huy
24
IV. ĐỘ RUNG CỦA TIẾP ĐIỂM
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 thờ
i gian rung tương ứng là t
m
.
1. Xác định trị số biên độ rung.
Theo công thức (2 – 39)/72 ta có:
Xm =
m
®x
V
®
2
()
1 - k
v

2xF
t®®

Trong đó:
F
tđđ
= (0,5 ÷ 0,7) F
tđc
→ chọn F
tđđ
= 0,6 . F
tđc

Mà: F
tđc
= F
tđ
= 1 (KG)
F
tđc
= 0,6. F
tđc
= 0,6 . 1 = 0,6 (KG)
m
đ
=
®
G
g
(KGS

2
/m) - Khối lượng phần động.
mà: G
đ
= m
c
. I
đm
(KG)
- Theo bảng (2-17)/55 - quyển 1 ta có:
với: m
C
= 10. 10
-3
(kg/A)
-G
đ
= 10 . 10
-3
. 100 = 1 (KG)
Vậy m
đ
=
®
G
1
g
9,8
=
= 0,102 (KGS

2
/m).
Lấy: g = 9,8 m/S
2
gia tốc trọng trường.
v
đ
: Vận tốc tại thời điểm va đập. V
đ
= 0,1 (m/s).
- Theo trang 72 - quyển 1 ta có:
k
V
= 0,9 - Hệ số va đập.
. Công thức trên xác định biên độ rung của một cặp tiếp điểm. Vậy ở đây công
tắc tơ thiết kế có 3 cặp tiếp điểm thường mở.