đồ án môn học khí cụ điện

Đồ án môn học
Khí cụ điện











Đồ án môn học Khí cụ điện


Lời nói đầu

Đất nước đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp
hoá, hiện đại hoá đang diễn ra mạnh mẽ. Để thực hiện được thì phải
có nguồn năng lương, mà điện năng chiếm một vai trò rất quan trọng.

Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tượng.
Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thể tránh khỏi
những sự cố, rủi ro xảy ra như
hiện tượng quá điện áp, quá dòng điện,
hiện tượng ngắn mạch Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho
con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh những tổn thất kinh tế có
thể xảy ra thì khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất
lượng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ.
Cùng với sự phát triển c
ủa khoa học kỹ thuật thì các loại khí cụ
điện hiện đại được sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hoá
cao, trong đó công tắc tơ cũng không nằm ngoài mục đích đó. Chính
vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là đặc biệt quan trọng
nhằm tránh những sự cố đáng tiết có thể sẽ xảy ra.
Được sự giúp đỡ và hướng d
ẫn của các thầy cô trong nhóm khí cụ
điện, thuộc bô môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa điện. Đặc biệt là
hướng dẫn giúp đỡ và đóng góp của thầy
Phạm Văn Chới
, trong thời
gian làm đồ án môn học, em đã hoàn thành được đồ án môn học với
đề tài thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có
nhiều hạn chế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên
trong quá trình thiết kế đồ án em còn mắc những sai sót nhất định. Vì
Đồ án môn học Khí cụ điện

vậy em rất mong có được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến thầy cô và
các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - điện tử và thầy

Phạm Văn Chới.




CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ

I. Giới thiệu chung
Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình
sản xuất, biến đổi,truyền tải, phân phối năng lượng điện và các dạng năng
lượng khác. Theo lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện được chia thành 5 nhóm,
trong mỗi nhóm có nhiều chủng loại khác nhau.
Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện
tải thường xuyên được điều khiển bằng tín hiệu điện. Công tắc tơ(CTT) thuộc
nhóm khí cụ điện điều khiển.
II. Nội dung thiết kế
1. Chọn kết cấu(sơ đồ động, kiểu tiếp điển ,kiểu nam châm,
điện ).
2. Tính mạch vòng dẫn điện: thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm.
3. Chọn buồng dập hồ quang
4. Tính toán lò xo, nhả lò xo tiếp điểm.
5. Tính dung đặc tính cơ.
6. Tính toán nam châm điện.
7. Tính và dựng đặc tính lực hút điện từ.
8. Tính toán nhiệt, hệ số nhả, trọng lượng nam châm điện và CTT.
9. Thiế
t kế kết cấu.
10. Bản vẽ lắp ráp tổng hợp A

0

Đồ án môn học Khí cụ điện

III. Yêu cầu chung khi thiết kế
Các loại khí cụ điện nói chung và công tắc tơ xoay chiều 3 pha phải thoả
mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại. Đó là các
yêu cầu về kỹ thuật, về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và về xã hội chúng
được biểu hiện qua các quy chuẩn, định mức, tiêu chuẩn chất lượng của nhà
nước hoặc của ngành và chúng nằm trong nhi
ệm vụ thiết kế kỹ thuật.
1. Các yêu cầu về kỹ thuật
Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối với quá
trình thiết kế của khí cụ điện. Nó bao gồm các yêu cầu về:
- Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ở chế
độ định mức và chế
độ sự cố. Do khi làm việc các chi tiết, các bộ phận
dẫn dòng có tổn hao sẽ sinh ra nhiệt, đặc biệt là khi ngắn mạch hay quá
tải nhiệt độ tăng rất nhanh. Vì vậy cần đảm bảo độ bền nhiệt của các chi
tiết, bộ phận phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơ tính,
giảm tuổi thọ
- Độ bền cách điện của các chi tiế
t bộ phận cách điện và khoảng cách
cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện,
trong điều kiện môi trường xung quanh ( như mưa, ẩm, bụi, tuyết )
cũng như khi có quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây
ra.
- Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới h
ạn
số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế

độ sự cố.
- Khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện
thông qua các chi tiết, bộ phận.
- Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giả
n, khối lượng và
kích thước bé.
- Độ bền với môi trường : chịu được những tác động của môi trường bên
ngoài như bụi, độ cao, rung động, quán tính, khí hoá chất độc hại
Đồ án môn học Khí cụ điện

2. Các yêu cầu về vận hành
Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau :
- ảnh hưởng của môi trường xung quanh : độ ẩm, độ cao,nhiệt độ do đó
cần phải trách các tác động có hại của môi trường lên thiết bị điện
- Có độ tin cậy đối với người sử dụng, vận hành, thao tác
- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài
- Đơn giản, d
ễ thao tác dễ sửa chữa, thay thế
- Chi phí vận hành ít, ít tiêu tốn năng lượng
3. Các yêu cầu về kinh tế xã hội
Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm, hiệu quả
kinh tế của sản phẩm. Vì vậy chúng đòi hỏi một số yêu cầu sau:
- Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầu
tiên nhà thi
ết kế phải chú ý đến thị trường, làm thế nào để khi đưa ra thị
trường mặt hàng của mình có thể chiếm được ưu thế hơn hẳn so với các
sản phẩm khác cùng chủng loại, cùng có chất lượng kỹ thuật thì thiết bị
điện đó phải có giá thành hạ, có tính thẩm mỹ của kết cấu, vốn đầu tư
khi chế tạo và lắp ráp là nhỏ nhất
- Ngoài ra nó phải đảm bảo tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho người

vận hành về mặt tâm sinh lý, cơ thể và an toàn trong lắp ráp vận hành
4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo
- Tính công nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp
dẫn
- Lưu ý đến khả năng chế tạo : mặt bằng sản xuất, đặc điể
m tổ chức sản
xuất, khả năng của thiết bị
- Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác,
chế tạo dãy



Đồ án môn học Khí cụ điện








CHƯƠNG II
CẤU TẠO - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

1. Cấu tạo
Công tắc tơ xoay chiều 3 pha là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện
xoay chiều, với dòng điện lớn hơn 15A. Công tắc tơ gồm các bộ phận chính
sau:
- Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm
thường đóng và tiếp điểm thường mở.

- Hệ thống thanh dẫn : thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh.
- Nam châm điện xoay chiều.
- Cuộn dây nam châm điện xoay chiều.
- Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung
- Các vít đầu mối và dây dẫn mền.
- Buồng dập hồ quang.
2. Nguyên lý hoạt động
Khi cho điện vào cu
ộn dây, luồng từ thông sẽ được sinh ra trong nam châm
điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ lớn lực cơ
thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắn vòng
ngắn mạch để chống rung,làm chi tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh.
Tiếp
điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện
ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy một lực ép tiếp điểm cần thiết lên
Đồ án môn học Khí cụ điện

tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ
thường mở và mở ra đối với tiếp điểm thường đóng. Lò xo nhả bị nén lại
Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng thông sẽ giảm xuống về không, đồng
thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về
không. Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn
bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động
tách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai
tiếp điểm. Nhờ các vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ được dập
tắt.

Đồ án môn học Khí cụ điện








CHƯƠNG III
MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

A. Khái niệm chung

Trong Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ quan trọng, nó có chức
năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện. Mạch vòng dẫn điện do các
bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thước hợp thành. Đối với
Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính như
sau:
- Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Thanh dẫn có chức
năng truyền tải dòng điện
- Dây dẫn mềm :
- Đầu nối : gồm vít và mối hàn
- Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức
năng đóng ngắt dòng điện
- Cuộn thổi từ
Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác định các
kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và kích thước
của các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng như quyết định kích
thước của Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.
Trình tự thiết kế mạch vòng dẫn điện ;
B. Mạch vòng dẫn đi
ện chính
Đồ án môn học Khí cụ điện

a
b

I. Thanh dẫn
Các bước tính toán thanh dẫn :
- Xác định tiết diện và các kích thước của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài
hạn và các chế độ làm việc khác
- Sau khi tính toán kiểm nghiệm lại tiết diện và các kích thước của nó ở
chế độ làm việc dài hạn, chế độ ngắn mạch

1. Thanh dẫn động.
a) Chọn vật liệu
Thanh dẫn động gắn với tiếp đi
ểm động, vì vậy nó cần phải có lực ép đủ để
tiếp xúc tốt, độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy tương đối cao do đó ta có thể
chọn Đồng kéo nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động.
Các thông số của đồng kéo nguội :
Ký hiệu ML-TB
Tỷ trọng (γ) 8,9 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy (θ
nc
) 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (ρ
20
) 0,0174.10
-3
Ωmm
Độ dẫn nhiệt (λ) 3,9 W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 80 ÷ 120 kG/cm
2

Hệ số dẫn nhiệt điện trở (α) 0,0043 1/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([θ
cp
]) 95
0
C
b) Tính toán thanh dẫn
- Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề
dầy b




Theo công thức 2-6 (TL1) :
b
a
l
Đồ án môn học Khí cụ điện


3
d«T
f
2
.K).1n.(n.2
K I
b

τ+
ρ
=
θ

trong đó :
- I = 40 A : dòng điện định mức.
- n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5 ÷ 10, chọn n = 8
- K
f
: hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng gần.
K
f
= K
bm
.K
g
= 1,03 ÷ 1,06 . Chọn K
f
= 1,05.
- K
T
: hệ số tản nhiệt, K
T
= (6 ÷ 12).10
-6
(W/
0
C.mm

2
)
- ρ
υ
: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định
ρ
θ
= ρ
20
[1+α(θ - 20)]
ρ
20
: điện trở suất của vật liệu ở 20
O
C

α : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu
θ: nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ
phát nóng cho phép υ = [υ] = 95
O
C.
⇒ ρ
95
= 0,0174.10
-3
[1+4,3.10
-3
(95 - 20)] ≈ 0,023.10
-3
(Ω.mm)

- τ
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định
τ
ôđ
= θ - θ
mt
với θ
mt
=40
O
C là nhiệt độ môi trường
⇒ τ
ôđ
= 95 - 40 = 55
O
C
Vậy ta có
)(65.0
55.10.10).19.(9.2
03,1.10.023,0.40
3
6
32
mmb ≈
+
=
−
−

a = b.n =0.65.10 =6.5( mm)
Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu được phát nóng thì
a>d
tđ
(d
tđ
: đường kính tiếp điểm).
Tra bảng 2-15 với I
đm

= 40A thì d
tđ
= 8 ÷ 12 mm, nên chọn d
tđ
= 8 mm. Do
đó ta chọn a = 10 mm, b = 1m m
Đồ án môn học Khí cụ điện

c) Kiểm tra kích thước làm ở điều kiện làm việc dài hạn
- Diện tích thanh dẫn :
S = a.b =10.1 = 10 mm
2

- Chu vi thanh dẫn:
P = 2.(a+b) = 2.(10+1) = 22 mm
- Mật độ dòng điện :

j
2
/4

10
40
mmA
S
I
dm
===
< [j] =2 ÷ 4 A/mm
2

thoả mãn về kết cấu
- Nhiệt độ thanh dẫn :
Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có

).(K
K) 1.(.I
).(K
K I
P.S
mtd«T
f
§¤
0
2
mtd«T
f
2
θ−θ
θα+ρ
=

θ−θ
ρ
=
θ


αρ−
θ+ρ
=θ=θ
.K IK.P.S
.K.P.S.K I
f0
2
T
mtTf0
2
tdd«

với ρ
0
: điện trở suất của đồng kéo nguội ở 0
0
C

3
3
20
0
10.016,0
20.0043,01

10.0174,0
.1
−
−
=
+
=
θα+
ρ
=ρ
Ω.mm
θ
mt
: nhiệt độ môi trường, θ
mt
= 40
0
C
Thay vào ta có :

0043,0.05,1.10.016,0.4010.8.10.22
40.10.8.10.2205,1.10.016,0.40
326
632
−−
−−
−
+
=
td

θ

= 57.37
0
C
Vậy θ
td

< [θ
cp
] =95
0
C thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ
định mức
d) Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch
Đặc điểm của quá trình ngắn mạch
- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn
Đồ án môn học Khí cụ điện

- Thời gian tác động nhỏ
Từ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tăng lên
rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng. Do đó cần phải kiểm tra khi có ngắn
mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép
không
Từ công thức 6-21 (TKKCĐHA) :

dbndnmnm
2
nm
2

bn
2
bn
2
nm
2
nm
AAAAt.j
S
t.I
S
t.I
−=−===

nm
dnm
nm
t
AA
j
−
=⇒

Trong đó :
I
nm
= I
bn
: dòng điện ngắn mạch hay dòng điện bền nhiệt
t

nm
= t
bn
: thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt
S : tiết diện thanh dẫn động
A
nm
= A
bn
: hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt
A
đ
: hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu
Tra đồ thị hình 6-6 ta có :
Với θ
bn
= 300
0
C có A
bn
= 3,75.10
4
A
2
s/mm
4

θ
đ
= 95

0
C có A
đ
= 1.6.10
4
A
2
s/mm
4

t
nm
j
nm
(A/mm
2
) [j
nm
]
cp
(A/mm
2
)
3s 84,6 94
4s 73,3 82

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật độ
dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu được ngắn mạch
2.Thanh dẫn tĩnh
Thanh dẫn tĩnh được nối với tiếp điểm tĩnh và gắn với đầu nối. Vì vậy thanh

dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động.
Đồ án môn học Khí cụ điện

b

a
S
tx

Ta có thể chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau :
a = 15 mm
b = 2 mm
II. Đầu nối
Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ
bị hỏng nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điện
lớn và điện áp cao.
Có thể chia đầu nối làm hai loại :
- Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài
- M
ối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện
Các yêu cầu đối với mối nối
- Nhiệt độ các mối nối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mức
không được tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thước và lực
ép tiếp xúc F
tx
đủ để điện trở tiếp xúc R
tx
không lớn, ít tổn hao công suất
- Khi tiếp xúc mối nối cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng
ngắn mạch chạy qua

- Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định khi
khí cụ điện vận hành liên tục
Kết cấu của mối nối gồm có : mối nối có thể tháo rời đượ
c, không thể tháo
rời được, mối nối kiêm khớp bản lề có dau nối mềm hoặc không có dây nối
mềm. ở đây ta chon mối nối có thể tháo rời được và bằng bu lông
Với dòng điện định mức I
đm
=40A theo bảng 2-10 (TKKCĐHA) chọn bu
lông bằng thép CT3 có đường kính hệ ren mm M6 x 25





Đồ án môn học Khí cụ điện



Diện tích bề mặt tiếp xúc : S
tx
=
j
I
dm

Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòng điện định
mức I
đm
< 200A thì có thể lấy mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm

2

⇒ S
tx
= )(mm 129
31,0
40
2
=
Lực ép tiếp xúc : F
tx
= f
tx
.S
tx

với f
tx
là lực ép riêng trên các mối nối, f
tx
= 100 ÷ 150 kG/cm
2

Chọn f
tx
=100 kG/cm
2
= 100.10
-2
kG/mm

2
⇒ F
tx
= 100.10
-2
. 129= 129 (kG)
Điện trở tiếp xúc :

m
tx
tx
tx
)F.102,0(
K
R =

với K
tx
= 0,12 . 10
-3
, m = 0,8 ( tiếp xúc mặt )

5
8.0
3
tx
10.524,1
)129.102,0(
10.12,0
R

−
−
==⇒
Ω
Điện áp tiếp xúc :
U
tx
= I
đm
.R
tx

= 40. 1,524.10
—5
= 2.22 mV
Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U
tx
]
cp
=30 mV),
nên bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu
III. Tiếp điểm
1. Nhiệm vụ của tiếp điểm
- Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện
2. Yêu cầu đối với tiếp điểm
Đồ án môn học Khí cụ điện

- Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức , nhiệt độ bề mặt nơi không
tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép. Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn
nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm.

- Với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động , dòng ngắn mạch) tiếp
điểm phả
i 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 định mức.
- Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong
giới hạn cho phép , tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhấ
t , độ rung của
tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép.
3. Vật liệu làm tiếp điểm
Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trở tiếp
xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công
nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 40A
Từ bảng 2-13 ( TKKCĐHA ) ta chọn vậ
t liêu là bạc niken than chì, với các
thông số kỹ thuật sau: (Đồng Cadimi)
Ký hiệu KMK.A32
Tỷ trọng (γ) 8,7 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy (θ
nc
) 1300
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (ρ
20
) 0,035.10
-3

Ωmm
Độ dẫn nhiệt (λ) 3,25 W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 45 ÷ 65 kG/cm
2

Hệ số dẫn nhiệt điện trở (α) 0,0035/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([θ
cp
]) 95
0
C
Kích thước của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức và kích thước
của thanh dẫn động hoặc của thanh dẫn tĩnh.
Đối với dòng điện định mức I
đm
=40 từ bảng 2-15( TKKCĐHA) ta có:
Đường kính tiếp điểm d
tđ
=12mm
Chiều cao tiếp điểm h
tđ
= 2,5mm
Đồ án môn học Khí cụ điện

4. Lực ép tiếp điểm
Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ dài
hạn, mà trong chế độ ngẵn hạn dòng điện lớn, lực ép tiếp điểm phải đảm bảo
cho tiếp điểm không bị xảy ra do lực điện động và không bị hàn dính khi tiếp
điểm bị đẩy và bị
rung.
- Theo công thức kinh nghiệm
F
tđ
= f
tđ
x I
đm

Tra bảng 2-17 ta chọn f
tđ
= 10 G/A
F
tđ
=10 x 40 =400G = 4N = 0,4KG
- Tính theo công thức lý thuyết 2-14 (TL1) , tại một điểm tiếp xúc , lực ép
tiếp điểm sẽ là :
F
tđ1
=
2
tx
td
2
B

2
dm
)
T
T
arccos(
1
.
.16
H A
.I
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
λ
π

trong đó :
- A=2,3.10
-8
(V/
O
C) : hằng số Loen.
-
H
B
: độ cứng Britnel của tiếp điểm

H
B
= 45 kG/mm
2

-
λ = 3,9 W/cm.
O
C - hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn

- T
td
: nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ
phát nóng dài hạn T
td
= 57,5 + 273 = 330,5
O
K
- T
tx
= θ
td
+8 + 273 = 336
O
K
⇒ F
tđ1
=
411,0

)
336
5,330
arccos(
1
.
)39,0.(16
45 10.3,2
.40
22
8
2
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
π
(kG)
Do tiếp điểm tiếp xúc mặt nên n=3
F
tđ
= F
tđ1
.n = 0,411 = 1,422 KG. Bảng 2-17 (55)
Đồ án môn học Khí cụ điện

So sánh kết quả giữa thực nghiệm và lý thuyết ta chọn F
td
=1 KG=10N.Do
sức ép tiếp điểm xác định theo quan hệ lý thuyết với dòng điện lớn cho sai số
tương đối lớn.
5. Điện trở tiếp điểm
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm được tính theo công thức thực nghiệm 2-
25
R
tx
=
m
td
tx
)F.102,0(
K

trong đó :
F
tđ
= 10(N)
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của
tiếp điểm, K
tx
= (0,2 ÷0,3).10
-3
, chọn K
tx

= 0,25.10
-3

Do tiếp xúc mặt nên chọn m=0,8
Thay vào ta có:

)(10.46,2
)10.102,0(
10.25,0
4
8,0
3
Ω==
−
−
tx
R

6. Điện áp tiếp xúc
Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện
chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệu
làm tiếp điểm là không đáng kể so với R
tx
, vì vậy công thức điện áp rơi trên
tiếp điểm sẽ bằng :
U
tx
= I
đm
.R

tx
=40.2,46.10
-4
= 9.88 mV
Vậy điện áp nơi tiếp xúc U
tx
thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc
cho phép [U
tx
] = 2 ÷ 30 mV
7. Nhiệt độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc
Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, có
tiếp điện không đổi, giả thử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn
nhiệt đặt xa nơi tiếp xúc
Đồ án môn học Khí cụ điện

Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm :

T
tddm
T
dm
mttd
PKS
RI
KPS
I
2
.

.
22
λ
ρ
θθ
θ
++=


C
0
72
6
52
7,56
72.10.325,0.2
5310.5.40
10.8.22.10
10.42,4.40
40 =++=
−
−
−

Nhiệt độ nơi tiếp xúc

5
42
22
10.42,4.325,0.8

10.78,1.40
7,56
8
.
−
−
+=+=
θ
ρλ
θθ
txdm
tdtx
RI
=62,9
0
C
trong đó :
- ρ
θ
= ρ
20
.( 1 + α.(θ-20))
= 3,5.10
-5
. (1 + 0.325.(95 – 20)) = 4,42.10
-5
Ωmm
- θ
mt
: nhiệt độ môi trường, θ

mt
=40
0
C
- R
tđ
, R
tx
: điện trở tiếp điểm và điện trở tiếp xúc
- P, S : chu vi, diện tích
8. Dòng điện hàn dính
Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
đm
(quá tải ,
khởi động , ngắn mạch) , nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện
động dẫn đến khả năng hàn dính . Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy và
chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động (độ bền điện động) . Độ ổn định
nhiệt và ổ
n định điện động là các thông số quan trọng được biểu thị qua trị số
dòng điện hàn dính I
hd
, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy
ra nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm .
⋅ Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2-33
(TL1)
I
hdbđ
= A
tdnc
F.f

(A)
trong đó A =
)
3
2
1(H
)
3
1
1(32
ncOB
ncnc
O
αθ+ρπ
αθ+λθ

Đồ án môn học Khí cụ điện

ρ
O
: điện trở suất của vật liệu ở 20
O
C . Ta có ρ
20
= ρ
O
(1+α.20)
⇔ ρ
O
=

20.1
O
α+
ρ

⇔ ρ
O
=
)m(10.6,1
20.0035,01
0,035.10
8
-3
Ω=
+
−

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
λ = 3,25 W/cm.
O
C = 0,325 W/m.
O
C
θ
nc
: nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, θ
nc
= 1300
O
C

H
Bo
: độ cứng Britnel .
H
Bo
= 45 kG/mm
2
⇒ A =
86,1350
)1300.0035,0.
3
2
1.(10.27,3 45.
)1300.0035,0.
3
1
1.(1300.325,0.,32
5
=
+
+
−
π

f
nc
: hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa
trình phát nóng, chọn f
nc
= 3.

F
tđ
= 1 kG.
I
hd
=
)(6,23391.3.86,1350 A=

⋅ Tính theo công thức thực nghiệm 2-36 (TL1)
I
hd
= K
hd
.
td
F

K
hd
: hệ số hàn dính , chọn K
hd
= 2000 A/kG
0,5

F
tđ
= 0,4 kG
I
hd
= 2000.

)(9,12644.0 A=

Như vậy I
hd
> 10.I
đm
= 10.40 = 400 (A) , đảm bảo cho tiếp điểm không bị
hàn dính.
9. Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm
Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơ
khí giữa tiếp diểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tượng rung tiếp điểm.
Tiếp điểm động bị bật trở lại vớ
i một biên độ nào đó rồi lại và tiếp tục va đập,
Đồ án môn học Khí cụ điện

quá trình này xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp
xúc ổn định , sự rung kết thúc. Qúa trình rung được đánh giá bằng độ lớn của
biên độ rung X
m
và thời gian rung t
m
⋅ Theo công thức 2-39 , biên độ rung cho 3 tiếp điểm thường mở là :
X
m
=
td
V
2
dod
F.3.2

)K1.(v.m −

Với :
m
đ
: khối lượng phần động
m
đ
=
77.40
81,9
40.10
.
===
g
Im
g
G
dmCd
( G.s
2
/m )
v
đo
: tốc độ tiếp điểm tại thời điểm va đập .
v
đo
= 0,1 m/s
K
V

: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu
chọn K
V
= 0,85.
F
tđđ
: lực ép tiếp điểm đầu, F
tđđ
= 1000
⇒ X
m
=
1000.3.2
)85,01(1,0.77.40
2
−

= 0,01 mm
⋅ Theo công thức 2-20, thời gian rung ứng với biên độ rung X
m
là :

(ms) 6,1
1000.3
85,01.1,0.77,40.2

3
12
=
−

=
−
=
Ftd
Kvm
t
Vdod
m

Tổng thời gian rung : t
mΣ
= (1,5÷1,8).2.t
m

Chọn t
mΣ
= 4,89÷6ms
10. Độ mòn của tiếp điểm
Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch
điện. Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hoá học, về cơ
và về điện trong đó chủ yếu là do quá trình mòn điện .
Đồ án môn học Khí cụ điện

Khối lượng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt
là :
g
đ
+ g
ng
= 10

-9
(K
đ
.
2
d
I
+ K
ng
.
2
ng
I )K
kđ

trong đó :
K
kđ
: hệ số không đồng đều,đánh giá độ mòn không đều của các tiếp
điểm, K
kđ
=1,1 ÷ 2,5, chọn K
kđ
=1,3
K
đ
và K
ng
: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt, tra bảng 2-21 ta có
K

ng
=K
đ
= 0,01 (g/A
2
)
I
đ
và I
ng
: dòng điện đóng và dòng điện ngắt
I
đ
= 4.I
đm
=4.40 = 160 A
I
ng
= 2.I
đm
=2.40 = 80 A
g
đ
và g
ng
: khối lượng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt
⇒ g
đ
+ g
ng

= 10
-9
(0,01.160
2
+ 0,01.80
2
).1,3
= 0,42.10
-6
(g)
Sau N = 10
6
lần đóng ngắt , khối lượng mòn là :
G
m
= N.(g
đ
+ g
ng
)
= 10
6
.0,4210
-6
= 0,42 g
Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt , tính cho một chỗ tiếp xúc :
G
m1
=
(g) 21,0

2
42,0
2
==
m
G

Thể tích mòn :
V
m
=
)(cm 024,0
7,8
21,0
3
1
==
γ
m
G
= 24 (mm
3
)
Thể tích ban đầu của tiếp điểm
V
tđ
= )(mm 65.169
4
12
5,2

4

3
22
==
ππ
d
h

Lượng mòn của tiếp điểm sẽ là :
V
m
% =
%14,14%100.
65,169
24
%100. ==
td
m
V
V

Đồ án môn học Khí cụ điện

11. Độ lún, độ mở của tiếp điểm
a) Độ mở
- Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm
tĩnh ở trạng thái ngắt của công tắc tơ
- Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ
mở lớn thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng.Tuy nhiên khoảng cách quá

lớn sẽ ảnh hưởng tới kích thước của công tắc tơ
- Theo kinh nghiệm với dòng I
đm
=40 A và điện áp U
đm
= 380 V ta chọn độ
mở m = 6 mm
b) Độ lún
- Độ lún l của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động
nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại
- Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc
tiếp điểm sẽ bị ăn mòn. để đảm bảo tiếp điểm vẫn ti
ếp xúc tốt thì cần có
một độ lún hợp lý
- Chọn độ lún theo công thức kinh nghiệm với dòng điện I
đm
= 40 A thì
độ lún l = 2mm

C. Mạch vòng dẫn điện phụ
Cách tính mạch vòng dẫn điện phụ tương tự với cách tính vòng dẫn điện
chính, chỉ khác ở là trong mạch vòng phụ dòng điện là 5A
I. Thanh dẫn
1. Thanh dẫn động
- Vật liệu làm thanh dẫn trong mạch vòng phụ cũng là Đồng kéo nguội, các
thông số vẫn là:
Ký hiệu ML-TB
Tỷ trọng (γ) 8,9 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy (θ
nc
) 1083
0
C
Đồ án môn học Khí cụ điện

Điện trở suất ở 20
0
C (ρ
20
) 0,0174.10
3
Ωmm
Độ dẫn nhiệt (λ) 3,9 W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 80 ÷ 120 kG/cm
2

Hệ số dẫn nhiệt điện trở (α) 0,0043 1/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([θ
cp
]) 95
0
C

- Kích thước thanh dẫn
Theo công thức 2-6 (TL1) :

3
d«T
f
2
.K).1n.(n.2
K I
b
τ+
ρ
=
θ

trong đó :
- I = 5 A : dòng điện định mức.
- n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5 ÷ 10, chọn n = 7.
- K
f
: hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng gần.
K
f
= K
bm
.K
g
= 1,03 ÷ 1,06 . Chọn K
f

= 1,05.
- K
T
: hệ số toả nhiệt, K
T
= (6 ÷ 12).10
-6
(W/
0
C.mm
2
)
chọn K
T
= 6.10
-6
(W/
0
C.mm
2
)
- ρ
υ
: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định
ρ
θ
= ρ
20
[1+α(θ - 20)]
ρ

20
: điện trở suất của vật liệu ở 20
O
C

α : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu
θ: nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ
phát nóng cho phép υ = [υ] = 95
O
C.
⇒ ρ
95
= 0,0174.10
-3
[1+4,3.10
-3
(95 - 20)] ≈ 0,023.10
-3
(Ω.mm)
- τ
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định
τ
ôđ
= θ - θ
mt
với θ
mt
=40
O

C là nhiệt độ môi trường
⇒ τ
ôđ
= 95 - 40 = 55
O
C
Đồ án môn học Khí cụ điện

Vậy ta có
27,0
55.10.6).17.(7.2
05,1.10.023,0.5
3
6
32
≈
+
=
−
−
b
mm
a = b.n =0,27.7 =1,7 mm
Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu được phát nóng thì a
> d
tđ
(d
tđ
: đường kính tiếp điểm).
Tra bảng 2-15 với I

đm

= 5A thì d
tđ
= 2 ÷ 5 mm, nên chọn d
tđ
= 4
Vì vậy chọn a = 5 mm và b = 0,8 mm
- Mật độ dòng điện :

j
2
/25,1
4
5
mmA
S
I
dm
===
< [j] =2 ÷ 4 A/mm
2

thoả mãn về kết cấu
- Nhiệt độ thanh dẫn :
Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có

).(K
K) 1.(.I
).(K

K I
P.S
mtd«T
f
§¤
0
2
mtd«T
f
2
θ−θ
θα+ρ
=
θ−θ
ρ
=
θ


αρ−
θ+ρ
=θ=θ
.K IK.P.S
.K.P.S.K I
f0
2
T
mtTf0
2
tdd«

với ρ
0
: điện trở suất của đồng kéo nguội ở 0
0
C

3
3
20
0
10.016,0
20.0043,01
10.0174,0
.1
−
−
=
+
=
θα+
ρ
=ρ
Ω.mm
θ
mt
: nhiệt độ môi trường, θ
mt
= 40
0

C
Thay vào ta có :

0043,0.05,1.10.016,0.510.6.6,11.4
40.10.6.6,11.405,1.10.016,0.5
326
632
−−
−−
−
+
=
td
θ

= 41,8
0
C
Vậy θ
td

< [θ
cp
] =95
0
C thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ
định mức
Đồ án môn học Khí cụ điện

3. Đầu nối
Diện tích bề mặt tiếp xúc : S
tx
=
j
I
dm

Chọn mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm
2

⇒ S
tx
=
)(mm 13,16
31,0
5
2
=





S
tx
= a.b = 16,13 mm
2
⇒ b =
(mm) 2

8
13,16
=

Lực ép tiếp xúc : F
tx
= f
tx
.S
tx
với f
tx
là lực ép riêng trên các mối nối .
Chọn f
tx
=100 kG/cm
2
= 100.10
-4
kG/mm
2
⇒ F
tx
= 100.10
-4
.16,13 = 0,16 (kG)
Tra bảng 2-9 (TL1) chọn bu lông có đường kính ren d = 5 mm (M5) , số
lượng 1 chiếc .
4. Tiếp điểm
Chọn loại tiếp điểm cầu với dạng tiếp xúc điểm.

a. Chọn vật liệu tiếp điểm
I = 5 A , tra bảng 2-13 (TL1) có thể chọn Bạc kéo nguội ( CP 999 ) có các
thông số kỹ thuật :
Ký hiệu CP 999
Tỷ trọng (γ) 10,5 g/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy (θ
nc
) 961
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (ρ
20
) 0,0159.10
-3
Ωmm
Độ dẫn nhiệt (λ) 1,05 W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 30 ÷ 60 kG/cm
2

Tỷ trọng nhiệt 0,234 Ws,cm.
0
C

b
S
tx

a