Bài giảng kỹ thuật điện - Chương 5 docx

Page 1
1
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
2
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Các đònh nghóa
_______________:chỗnốitiếpgiápgiữahaivậtdẫn
điện, cho phép dòng điện chảy từ vật dẫn này sang
vật dẫn khác
____________: các chi tiết thực hiện việc tiếp xúc
điện
_____________: bề mặt tiếp giáp giữa các tiếp điểm
_________________: lực ép giữa các tiếp điểm với nhau
nhờ đó các chỗ tiếp xúc bò biến dạng và tạo thành
diện tích tiếp xúc thực tế giữa các tiếp điểm
A-A
A-A
I
Page 2
3
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Các đònh nghóa
Dạng bề mặt tiếp xúc:
- Tiếp xúc điểm: tiếp điểm cầu – cầu, cầu – mặt phẳng
- Tiếp xúc đường: nửa trụ – nửa trụ, nửa trụ – mặt phẳng
- Tiếp xúc mặt: mặt phẳng - mặt phẳng
4
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Các đònh nghóa
tx bm tx
R

RR
Σ
=+
Điện trở tiếp xúc tổng gồm hai thành phần:
R
bm
: điện trở bề mặt, thành phần này xuất hiện do ảnh hưởng của
__________________________ tạo lớp oxid có điện trở lớn trên bề mặt
tiếp xúc.
Đối với các tiếp điểm mới hoặc các tiếp điểm có
______________________________ thì R
bm
=0 do đó:
tx tx
RR
Σ
=
Page 3
5
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Các đònh nghóa
tx bm tx
RRR
Σ
=+
R
tx
: ______________________, thành phần này xuất
hiện do tiết diện thực tế dòng điện chảy qua giữa hai
tiếp điểm nhỏ hơn bề mặt tiếp xúc và do ____________

các đường sức dòng điện khi đi qua tiết diện nhỏ này
6
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tính điện trở tiếp xúc điểm
Xét trường hợp dòng điện chạy qua chỗ tiếp xúc của hai tiếp điểm hình trụ
Giả thiết rằng các tiếp điểm chỉ có một chỗ tiếp xúc và chỗ tiếp xúc đó có hình
dạng tròn với bán kính là
a
:
/π= σ
2
td
aF
F
tđ
- lực tiếp điểm
σ: ứng suất chống dập nát của vật liệu tiếp điểm
Tiếp điểm một chỗ tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ
Page 4
7
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tính điện trở tiếp xúc điểm
Nếu giả thiết kích thước của chỗ tiếp xúc nhỏ hơn rất nhiều so với
kích thước của tiếp điểm ( d>6,5a), điện trở tiếp xúc được xác đònh
bởi biểu thức (với độ chính xác 5%) :
/=ρ
tx
R2a
ρ: điện trở suất của vật liệu tiếp điểm
a: bán kính bề mặt tiếp xúc thực tế, phụ thuộc vào lực ép

tiếp điểm và vật liệu tiếp điểm
d
8
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tính điện trở tiếp xúc điểm
/π= σ
2
td
aF
/=ρ
tx
R2a
2
tx
td
R
F
ρ
πσ
=
=
Điện trở tiếp xúc sinh ra do sự thắt lại của đường sức dòng điện, tỷ lệ với
điện trở suất, căn bậc hai của ứng suất chống dập nát của vật liệu và tỷ lệ
nghòch với căn bậc hai của lực ép tiếp điểm
Nếu sự biến dạng vật liệu tiếp điểm khi chúng va đập và ép chặt vào với
nhau là biến dạng dẻo, thì:
1/ 3
2
tx
td

R
F
ρ
πσ
=
=
Page 5
9
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tính điện trở tiếp xúc điểm
–10
-4
Nhôm
–10
-4
Thép
–10
-4
Thau
–10
-4
Chì
0,00610
-4
Bạc
0,014 – 0,017510
-4
Đồng
Hệ số K đối với tiếp điểm
dòng điện nhỏ, N

1/2
W
Hệ số K đối với tiếp điểm
dòng điện lớn, N
1/2
W
Vật liệu tiếp
điểm
Các giá trò của hệ số
K
đối với tiếp điểm có 1 điểm tiếp xúc
10
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tính điện trở tiếp xúc
Tiếp điểm một điểm tiếp xúc, chủ yếu được sử dụng khi dòng điện nhỏ.
Đối với trường hợp dòng điện lớn, người ta thường sử dụng tiếp điểm mặt có
nhiều điểm tiếp xúc.
Khi dòng điện đi qua một vài điểm tiếp xúc song song với nhau như vậy, điện
trở tiếp xúc của chúng nhỏ hơn nhiều so với trường hợp tiếp điểm một điểm
tiếp xúc, ở điều kiện có cùng lực ép tiếp điểm.
Số lượng các điểm tiếp xúc tăng lên khi lực ép tiếp điểm tăng, quy luật phụ
thuộc này rất phức tạp, điện trở tiếp xúc được biểu diễn bằng phương trình:
/=
m
tx
RKF
Chỉ số mũ m thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1
Page 6
11
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05

Yêu cầu của điện trở tiếp xúc
Điện trở tiếp xúc nhỏ sao cho nhiệt độ, điện áp tại điểm tiếp xúc nhỏ hơn
nhiệt độ, điện áp mềm hóa của vật liệu tiếp điểm
______________________ (θ
mh
) của vật liệu tiếp điểm: nhiệt độ tại đó
bề mặt của vật liệu tiếp điểm bò biến dạng không phục hồi
______________________ (U
mh
) của vật liệu tiếp điểm: điện áp rơi tại
chổ tiếp xúc ứng với nhiệt độ tại điểm tiếp xúc bằng với nhiệt độ mềm
hóa
12
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Yêu cầu của điện trở tiếp xúc
54700 Than chì (grafit)
0,717730,25540Platin
0,132320,07100Chì
1,033700,41000Wolfram
0,15321 Cadmidium
0,359600,09150Bạc
0,4310830,12190Đồng
0,6514550,22520Nickel
0,615300,21500Sắt
0,36580,1150Nhôm
U
nc
(v)θ
nc
(°C)U

mh
(V)θ
mh
(°C)Vật liệu
Page 7
13
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
1- Độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao.
2- Bền vững đối với sự ăn mòn trong không khí và trong các môi trường khí
khác.
3- Bền vững đối với sự oxy hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm.
4- Có độ cứng vừa phải để giảm giá trò lực ép tiếp điểm.
5- Có độ cứng vừa phải để giảm độ mài mòn cơ khí do phải đóng ngắt
thường xuyên.
6- Có độ bền chống hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy cao)
7- Có giá trò dòng điện và điện áp duy trì hồ quang cao.
8- Dễ gia công, giá thành hạ.
Các yêu cầu đối với vật liệu tiếp điểm:
14
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
-
Ưu điểm:
. độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao
. tương đối cứng, cho phép tác động đóng ngắt thường xuyên
. I
o
, U
o

duy trì hồ quang tương đối lớn
. công nghệ đơn giản, giá thành hạ
________________
-
Nhược điểm:
. nhiệt độ nóng chảy thấp,
. dễ hình thành lớp phủ oxy hóa bền vững, có điện trở suất lớn
Ỉ cần phải tạo ra lực ép tiếp điểm tương đối lớn.
Khắc phục: phủ một lớp bạc, thiếc bằng phương pháp điện phân, có bề dày
khoảng 20 – 30μm.
. độ bền hồ quang kém Ỉ không nên sử dụng trong các thiết bò đóng ngắt các
dòng điện lớn và có tần số đóng ngắt lớn.
Page 8
15
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
-
Ưu điểm:
. độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối lớn
. trọng lượng riêng nhẹ vào khoảng 30% so với đồng
_____________
-
Nhược điểm:
. dễ hình thành lớp oxy hóa bền vững và có điện trở suất lớn.
. độ bền hồ quang kém (nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn so với của đồng và bạc
nhiều)
. độ bền cơ rất thấp.
. thường xảy ra hiệu ứng ăn mòn điện hóa mạnh khi tiếp xúc với đồng, vì vậy
khi tiếp xúc với đồng, nhôm thường sử dụng mối nối đồng-nhôm hoặc cả hai vật
liệu này đều được phủ một lớp thiếc.

Nhôm và các hợp kim của nó (Duranium, ) được ứng dụng chủ yếu làm các
thanh dẫn và các chi tiết kết cấu trong thiết bò.
16
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
-
Ưu điểm:
Wolfram có độ bền hồ quang cao, độ bền chống ăn mòn cao.
Độ cứng cao của Wolfram cho phép ứng dụng nó vào trong các thiết bò có tần
số đóng cắt cao
__________
-
Nhược điểm:
. Điện trở suất lớn, độ dẫn điện thấp
. Hình thành lớp oxy hóa và sulfit hóa bề mặt bền vững
. Do có độ bền cơ lớn và lớp oxy hóa nên các tiếp điểm làm từ Wolfram
cần phải có lực ép tiếp điểm lớn
Page 9
17
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
Các vật liệu, có tính chất mong muốn trội được kết hợp với nhau qua phương
_________________________________ Các tính chất vật lý của vật liệu thành
phần bên trong vật liệu kim loại gốm được bảo toàn.
__________________
bột kim loại Ỉ kết dính Ỉ ép, thiêu kết ở áp suất cao và nhiệt độ cao
Ví dụ: tính chòu đựng hồ quang trong vật liệu kim loại gốm là do các thành phần
wolfram hoặc molibden, giá trò điện trở tiếp xúc nhỏ do thành phần bạc hoặc
đồng.
Nhận xét: không một vật liệu nào trong số đó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu

đối với vật liệu tiếp điểm.
18
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Vật liệu tiếp xúc điện
Tính chất và thành phần của một vài kim loại gốm thường gặp của Nga
170 – 2000,0713800Đồng, wolfram, nickelKMK – B 21
120 – 1500,0612100Đồng, wolfram, nickelKMK – B 20
170 – 2100,04515000Bạc, wolfram, nickelKMK – A 61
120 – 1600,04113500Bạc, wolfram, nickelKMK – A 60
60 – 800,0329500Bạc, nickelKMK – A 31
45 – 600,0259500Bạc, oxyde đồngKMK – A 20
45 – 750,0309700Bạc, oxyde cadmiumKMK – 10 A
Độ cứng
Brinel
N/m
2
Điện trở suất
mΩ . m
Trọng lượng
riêng Kg/m
3
Các thành phần chính
Mã hiệu
vật liệu
Page 10
19
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc điện cố đònh
Tiếp xúc cố đònh:
nối cứng

- nối các thanh dẫn, nối cable
- các đầu nối cung cấp điện cho các thiết bò điện hoặc phụ tải điện,
Ỉ thường nối bằng bù-lông
Các thanh dẫn bằng đồng trước hết phải được xử lý làm sạch bề mặt hoặc
phải xi mạ bạc hoặc thiếc
Đối với vật liệu mềm như nhôm, mối nối bằng bù-lông thường là không tin
cậy Ỉ dùng phương pháp hàn
20
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc điện cố đònh
2500Nhôm
600 – 1200Đồng thau
500 – 1000Đồng đỏ
Áp lực, 10
1
PaVật liệu tiếp xúc điện
Số liệu về áp lực cần thiết đối với các mối nối bù-lông
1 pascal (Pa) = 1 N/m2 = 1 J/m3 = 1 kg·m
–1
·s
–2
Page 11
21
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt
Lực ép tiếp điểm được thực hiện nhờ lò xo
m
22
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt

_____________ của tiếp điểm là khoảng cách giữa hai tiếp điểm ở trạng thái ngắt
Độ mở càng lớn thì hồ quang càng dễ bò dập tắt
_____________ của tiếp điểm là đoạn chuyển dời thêm của cơ cấu
truyền động tới vò trí ổn đònh sau khi tiếp điểm động đã tiếp xúc với tiếp
điểm tỉnh.
Ỉ tiếp điểm tự ổn đònh: tiếp điểm có khả năng tự ổn đònh bề mặt tiếp
xúc để có thể có số lượng điểm tiếp xúc lớn nhất
m
Page 12
23
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt
m
Lớp oxy hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm không được làm
sạch do không thể tạo ra tác động trượt giữa các tiếp
điểm sau khi chúng chạm nhau.
Không nên sử dụng đồng làmvật liệu tiếp điểm
24
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt
Hệ thống tiếp điểm ngón, được sử dụng trong các contactor có tiếp điểm bằng
đồng: tay đòn 4 được nối với nắp của nam châm điện.
Vò trí I: tiếp điểm ở vò trí ngắt
Vò trí II: tiếp điểm vừa chạm nhau
Vò trí III: tiếp điểm động 2 tiếp tục chuyển động thêm nữa, điểm tiếp xúc di
chuyển thêm đến vò trí ổn đònh. Sự chuyển động kết thúc sau khi tiếp điểm 2
đã trượt lên trên tiếp điểm 1, nhờ đó lớp oxy hóa bề mặt trên các tiếp điểm bò
phá hủy.
Có thể phân biệt hai phần trên tiếp điểm: một phần luôn xảy ra sự cháy hồ
quang trên nó, phần khác dòng điện sẽ chảy qua một cách lâu dài

Page 13
25
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Kết cấu tiếp xúc đóng ngắt
Tiếp điểm hồ quang hay sừng dập hồ quang:
Khi dòng điện đònh mức qua tiếp điểm chính 1 – 1’ và
hai tiếp điểm hồ quang 2 – 2’. Các tiếp điểm chính
được phủ một lớp bạc mỏng bằng phương pháp điện
phân (khoảng 20 μm)
Các tiếp điểm hồ quang được chế tạo từ đồng được
phủ một lớp vật liệu có tính chòu hồ quang tốt
wolfram hoặc kim loại gốm.
26
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Tiếp xúc trượt
Tiếp xúc trượt: bề mặt tiếp xúc của vật dẫn điện này di chuyển trên bề
mặt tiếp xúc của vật dẫn kia
Ví dụ: chổi than trượt trên vành góp trong máy điện, variac,…
Page 14
27
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Đóng mạch điện
Khi 2 tiếp điểm chạm nhau Ỉ sự va đập Ỉ sự rung tiếp điểm khi
đóng Ỉ hồ quang phát sinh nhiều lần Ỉ ăn mòn tiếp điểm
Hai thông số đánh giá sự rung tiếp điểm khi đóng:
-X
m
:biên độ rung tiếp điểm ở lần bật ra thứ nhất
-t

m
: thời gian rung tiếp điểm tương ứng
28
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Đóng mạch điện
Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng
- Nén trước lò xo tiếp điểm khi các tiếp điểm còn đang ở trạng thái
mở.
Tại thời điểm tiếp điểm tiếp xúc với nhau lực ép tiếp điểm tăng lên
không phải từ giá trò zéro mà từ _____________________. Khi lực ép
ban đầu tăng lên, sự rung tiếp điểm giảm đi đáng kể. Tuy vậy khi lực
ép ban đầu tăng lên một cách đáng kể, sẽ làm cho sự rung tiếp điểm
tăng lên.
- Tăng độ cứng của lò xo tiếp điểm Ỉ độ rung tiếp điểm giảm
Biện pháp này kém hiệu quả hơn so với biện pháp làm thay đổi độ
nén ban đầu của lò xo tiếp điểm.
- Giảm động năng của hệ thống truyền động
Page 15
29
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Đóng mạch điện
Biện pháp giảm rung tiếp điểm khi đóng
- Giảm động năng của hệ thống truyền động
Động năng của hệ thống tỷ lệ với diện tích giới
hạn S giữa đặc tính lực hút điện từ của nam
châm điện trong hệ thống truyền động và đặc
tính phản lực
Diện tích

S
càng nhỏ động năng của hệ thống
càng giảm, dẫn đến hệ thống ít bò rung hơn
: đặc tính lực hút điện từ
: đặc tính phản lực
30
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
Dòng điện đònh mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
Điều kiện tính lực ép tiếp điểm:
.
tx dm tx txcf
UIRU=≤
=
≤<
tx txcf mem hoa
UU U
Khi biết vật liệu TĐ Ỉ U
mềm hoá
Ỉ U
txcf
Ỉ R
tx
=U
txcf
/I
đm
Page 16
31

BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
Tính lực ép tiếp điểm từ công thức:
/=
m
tx
RKF
Hoặc sử dụng công thức 5.12, 5.13 sách KTĐ I
Dòng điện đònh mức dài hạn qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
32
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
Kiểm tra chế độ làm việc sự cố khi tiếp điểm ở trạng thái đóng
Các tính toán thực tế thường phải dùng tới các số liệu thí nghiệm, có liên
quan trực tiếp tới dòng điện hàn dính và lực ép tiếp điểm Ỉ cóthểsửdụng
công thức thực nghiệm của Butkewich để tính toán độ bền điện động của
tiếp điểm:
≤IKF
I
,
A
- dòng điện bền điện động (thường lấy giá trò biên độ dòng điện xung kích)
F
- lực ép tiếp điểm.
Giá trò của hệ số
K
được cho trong bảng
Page 17

33
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Dòng điện qua tiếp điểm ở trạng thái đóng
Kiểm tra chế độ làm việc sự cố khi tiếp điểm ở trạng thái đóng
≤IKF
1900Đồng – ĐồngTiếp điểm hoa huệ (trên một phần tử)
1740Đồng – ThauTiếp điểm hoa huệ (trên một phần tử)
1820Đồng – ThauTiếpđiểmngón-Tựổnđònh
1600ThauTiếp điểm ngón - Không tự ổn đònh
1520Thau – ThépTiếp điểm ngón - Không tự ổn đònh
1200Thau – ĐồngTiếp điểm ngón - Không tự ổn đònh
1300Đồng – ĐồngTiếp điểm ngón - Không tự ổn đònh
950 – 1270Đồng – ThauTiếp xúc điểm
K,A/N
1/2
Vật liệuDạng tiếp điểm
34
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Quá trình ngắt mạch điện
Khi tiếp điểm tách rời nhau Ỉ hồ quang xuất hiện Ỉ gây ra _________
________________
Ngoài ra còn xảy ra:
- ___________________ do hiện tượng oxy hóa, tạo ra lớp oxy hóa bề mặt
vật liệu.
- ____________________ do vật chất được vận chuyển từ điện cực này sang
điện cực khác, thường xảy ra mạnh ở dòng điện một chiều.
Sự ăn mòn làm cho khối lượng và thể tích tiếp điểm bò giảm đi.
Page 18

35
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Quá trình ngắt mạch điện
Khi dòng điện I>5A độ ăn mòn của tiếp điểm có thể được tính theo công
thức:
-9 2
i0
Q = 10 K N I
Q
- độ mòn tiếp điểm
N
- số lần đóng ngắt
I
o
- dòng điện ngắt,
A
K
i
- hệ số thực nghiệm
36
BMTBD-LT KCĐ-nxcuong-V1-9-11-05
Chế độ làm việc của các tiếp xúc điện
Quá trình ngắt mạch điện
Các biện pháp chống lại sự ăn mòn tiếp điểm
1- Giảm thời gian cháy hồ quang bằng cách lắp đặt buồng dập hồ quang
2- Giảm rung khi đóng
3- Sử dụng các tiếp điểm có tính chống hồ quang cao