Đồ án thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

1
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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 thấy
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
hồ
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:
2
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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 tiếp 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 dập 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:
3
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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 năng 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.
4
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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 mạng 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 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.
5
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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
rò
L
cđ
6
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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
Mạch vòng dẫn điện
phụ.
A – mạch vòng dẫn điện
chính.
-3 o
7
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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.
Ω

m

m
2
P
20
= 0.01741
(
m
) =
0.01741x10
(Ωmm) - Điện trở suất 20
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.
8
SV: Nguyễn Thanh
Huy
2
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:
I

dm
b
=
×
p
θ
×
k
p
2n(n
+
1)k
T
×

T
od
Trong đó I
đm
= 100
(A).
a
n: tỷ số giữa a và b; n =
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.
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)]
Ω
mm
Theo bảng (6 – 2)/292 – quyển 1 ta
có:
p
20
= 0.01741x10
-3
(
Ω
mm).
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:
100
2
×
0.023
×

10
−
3

×

1.05
b
=
3
2
×
6
×
(6
+
1)

×
7
×

10
−
6

×
55
=
1.95mm
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)
2
Ta có: S
tđtròn
= S
tđcn
=
a
tđ
.b
tđ
π

d
2
4
= a
tđ
.b
tđ
= 254.34 (mm
)
254

.34

→ b
tđ
=
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.

I
2
J
tđ
=
S
(A/mm
).
Trong
đó:
I = I
đm
= 100

(A)
S = S
tđ
= a.b = 32
(mm
2
)
100
2
J
tđ
=
32
= 3.125 (A/mm
)
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
=
I
®m
.P

0
(1
+
α
θ
t
®

)k

p
K
T
(
θ
t
®

−
θ
0
)
I
2
.P
.
K
+
S
.

P
.
K θ
θ
tđ
=
®m 0 p T
0
S
.
P
.
K
−
I
2
.P
.k
p.
α
T
®
m

0
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.
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

)



P

20



0.01741.10

-3
-3
Ω
mm).
Mà P
0
=
1 + α
20
=
1 + 0.0043.20
= 0.016.10
(


100
2

x0.016.10

-3
x1.05

+

32x36x7.10
-6

x40

θ
tđ
=
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
A
nm



-

A
®
J
nm
=
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:
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 dẫn 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:

I 100
2
J
t
=
S
t
=
36
= 2.8 (A/mm
)
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:
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.
m
-3
4 – Thanh dẫn
tĩnh.
2. Tính toán đầu
nối.
Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công
thức:
I

®m
2
S
tx
= a x b
=
J
(mm
).
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.

100
2
Vậy S
tx
=
0.31
= 322.58 (mm
).
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:
k
R
tx
=



tx



(
Ω
)
[
0,102.F
tx

]
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.


0.2x10
-3

R
tx
=
[0.102x387.09]
1
=
0.005x10
Điện áp tiếp xúc mối
nối.
(
Ω
).
Theo công thức (2 – 27)/62 – quyển
1:
15
SV: Nguyễn Thanh
Huy

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 phải 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).
16
SV: Nguyễn Thanh
Huy
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.
17

SV: Nguyễn Thanh
Huy
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
2
A
π
xH
B


1

F
tđ
= I
tđ
16
λ
2
T
t®

2
Mà F
tđ
=
nxF
tđ1
[
arcos

T
tx
]
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:
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
+
Δ
T.
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:
10

0
2
x2.3x10

-8

x3.14x75



1

F
tđ1
=
16
(
0.325
)
2
⎛
348

.5
⎞
= 0.0009
(kg)
[arccos
⎜ ⎟
]

2
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)
⎝
350.5
⎠
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.
t®
P
R
tx
=
2
Trong
đó:
1
πH
B
F
t®
(
Ω
).
P =
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))
(
Ω
mm)
= 1.8x10
-5
(1 + 3.5x10
-3
(95 – 20)) = 0.02x10
-3
(
Ω
mm).
P
2
= P
Niken than chì
(1 + α(95 – 20))
(
Ω

mm)
= 3.510
-5
(1 + 3.5x10
-3
x(95 – 20))
(
Ω
mm)
= 0.04x10
-3
(
Ω
mm)
P = 0.02x10
-3
+ 0.04x10
-3
= 0.06x10
-3
(
Ω
mm)
0.06x10
-3
3.14x75
-3
Vậy R
tx
=

2
10
=
0.14x10 (
Ω
).
Tính theo kinh
nghiệm.
Theo công thức (2 – 25)/59 quyển
1
K
R
tx

=



tx

(0.102.F
)
m
(
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
=
0.2
x
10
−
3
(

0.102
x
10

)
1

= 0.19x10
-3
(
Ω
).
T
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:
2
xR
I
®m
2
xP
θ
I
®m tx
θ
tđ

= θ
mt
+
SxPxK
T
+
2
λ
xPxSxK
Trong
đó:
I
đm
= 100
(A)
θ
mt
= 40
(
o
C).
P
θ
= P
95
= 0.023x10
-3
(
Ω
mm)

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
:
h
R
tđ
=

2P
0

s
P
θ
= 0.023x10
-3
(Ωmm)
.
h
tđ
= 2
(mm).
S = S
cn
= a
tđ
xb
tđ
= 14x18 = 252
(mm
2
).
®m
o
o o
2
R
tx

= 2x0.023x10
-3
252
= 0.36x10
-6
(
Ω
)
Vậy
100
2

x0.023x10
-3


100
2

x0.36x10
-6

θ
tđ
= 40
+
32x36x7x10
-6
+
2 0.325x36x32x7x10

-6
= 68.5 (
C).
7. Tính nhiệt độ tiếp
xúc.
Theo công thức (2 – 12)/52 – quyển
1.
I
2
xR
2
tx
θ
tx
= θ
tđ
+
8x
λ
xP
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
(
Ω
mm).
Vậy:


100
2

x
(
0.2x10
-3
)

2

θ
tx
= 68.5 +
8x0.325x0.023x10
-3
= 75.2 ( C) < [θ
cp
] = 180 (
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
nc
-3
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.
32
×
λ
×

θ

nc
(1

+
1

αθ
)
A

=


3

π
×
H
×

P
(1

+
2

αθ
)
B 0
3
nc


P

20




3

.5x10

-5

Với p
0
=
1 + αx20

= 1 + 3.5x10
-3
=
0.035x10
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
(
Ω
mm).
θ
nc
= 3403 (
o
C) – Nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp
điểm.
Vậy:

32

×
0.325
×
3403(1
+
1
3.5

×

10

−3
×
3403)
A

=


3

3.14
×
75

×
0.035

×

10

−3
(1

+
2
3.5

×

10

−3
×
3403)
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
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 vẫn 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).