HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 9 pptx

181

Chú ý đến phương
trình (8-27) từ (8-31) sẽ nhận
được :
2
1
0
0
00
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
k
t
t
CC
γ
γ

Và phương trình (8-30) có
dạng:
2

1
0
2
1
0
0
+
−
−=
k
t
k
t
dt
d
γ
γ
α
γ
(8-33)
Trong đó:
1
01
570
V
CF,
=α

Với các điều kiện ban đầu
00

0
γ
γ
=
=
t
;t nghiệm của phương trình này có dạng:
()
1
2
0
0
1
2
1
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+
=
k
t
k
tα
γ
γ

(8-34)
Trên cơ sở (8-27) ta nhận được quan hệ giữa áp suất và thời gian:
()
1k
2k
0
0t
1k
2
t
1
p
p
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+
=
α
(8-35)
Dưới chế độ dưới tới hạn cách tính về sự chảy có thể tiến hành với mức độ chính
xác trên cơ sở của các hệ thức sau:
cons
t
a
=

=
γ
γ
1
(8-36)
()
tf
p
p
p
p
t
t
a
t
=== β
00
1
(8-37)
dt
d
kdt
d
t
k
k
t
at
β
β

γγ
1
0
+
−
−= (8-38)
(
)
1
010
V
CF
dt
d
att
γ
β
ϕ
γ
−= (8-39)
Giải liên hợp (8-38) và (8-39) ta được:
()
∫
=
=
+
=
t
,
t

k
k
t
t
n
d
CkF
V
t
ββ
β
βϕβ
β
530
1
01
1
(8-40)
Tương tự như trên, phương trình (8-40) giải bằng phương pháp đồ thị tích phân.
Trong kết quả của tính toán xác định được quan hệ:









Hình 8-8. Sơ đồ để tính thể tích tối thiểu của bình chứa.

P
0t
, γ
0t
,
θ
F
2
V
1
F
1
P
a
F
1

>F
2

182

(
)
tf
t
=
β

Theo quan hệ tìm được và sử dụng phương trình:

t
a
t
p
p
β
=
0
(8-41)
Ta xác định hành trình của sự thay đổi áp suất trong thể tích làm việc, trong thời gian của
quá trình này trị số
t
β thay đổi trong khoảng: 1530
<
≤
t
,
β
.

8.5. Sự BƠM ĐầY KHÔNG GIAN LÀM VIệC HÌNH TRụ CủA Bộ PHậN CƠ KHÍ
CHUYểN ĐộNG BằNG HƠI

Sơ đồ tính toán của bộ phận cơ khí chuyển động bằng hơi nêu ở hình 8-9.
Không khí nén có các tham số ban đầu
000
θ
γ
,,p qua lỗ F vào không gian làm việc
hình trụ, pít tông càng chuyển động thể tích hình trụ càng thay đổi. Trong trường hợp này

quá trình bơm đầy, áp suất không khí trong đó được xác định bằng các tham số và đặc
tuyến cơ khí của pít tông và của hệ thống di động (khối lượng qui đổi của hệ thống di động,
trị số và đặc tuyến của các lực ma sát , ).

Bài toán của hệ thống này thường tiến hành:
1) Xác định sự thay đổi áp suất của không khí trong không gian làm việc hinh trụ
theo thời gian.
2) Xác định tốc độ chuyển động và đường chuyển dịch của pít tông cho từng thời
điểm.
Giải bài toán này là giải liên hợp các phương trình biểu thị quá trình bơm đầy không
khí nén vào một số thể tích biến thiên và phương trình chuyển động của hệ thống được xét
có tham số cho trước. Trong trường hợp bơm đầy không tính đến s
ự trao đổi nhiệt với môi
trường xung quanh (như giả thiết) các phương trình cơ bản biểu thị sự bơm đầy vào thể tích
biến thiên có hai dạng sau:













Hình 8-9. Sơ đồ để tính sự chuyển động pít tông của bộ phận cơ khí chạy bằng hơi.
V

t

P
o

g
o

I

o

F

V

t

,
P

t

,

g

t

,
I

t
F

o

m(

)


183

+ Các phương trình về số lượng khí trong thể tích V
t
tại thời điểm t và về lưu lượng
khí đi qua lỗ F:
dt
dV
dt
d
VG
dt
dQ
;VQ
t
t
t

tt
t
ttt
γ
γ
γ +=== (8-42)
∫
+=
t
tt
VdtGQ
0
00
γ (8-43)
Trong đó: V
0
là thể tích ban đầu của không gian làm việc.

γ
0
: Khối lượng riêng ban đầu của khí.
+ Phương trình cân bằng nhiệt.

ttttt
dpAV)IG(ddtIG
−
=
0
(8-44)
Trong đó :I

0
và I
t
là entropi của khí trong bình chứa và trong hình trụ.
A: đương lượng nhiệt.
Trên cơ sở (8-44) và hệ thức :

γ
p
.
k
kA
I
1−
=

Trong đó k: hệ số mũ đẳng nhiệt, ta biến đổi phương trình (8-41) đưa về dạng:

)
p
p
(k
dt
d
.
p
k
dt
dp
Q

G
t
t
t
t
t
tt
t
t
γγ
γ
γ
γ
−
−
=
0
0
(8-45)
Trong tính toán lưu lượng G
t
được xác định trên cơ sở của các phương trình đã nêu
tương ứng với các chế độ trên tới hạn và dưới tới hạn:

00
570
γ
C.F.,G
tth
=

(
)
00
γ
β
ϕ
FCG
tdth
=


0
p
p
t
=β và
()
β
ϕ
: tốc độ không đơn vị, giá trị của nó có thể xác định theo các đường
cong hình 8-3.
Phương trình chuyển động là phương trình cơ bản của hệ thống được xét, giới thiệu
nó trong dạng chung như sau:
()
()
()
(
)
[

]
()
()
xm
xpFp
dx
xmd
v
x2m
1
v
xm
xh
dt
dv
0t
22
∑
−
=++
(8-46)

Trong đó:
v : tốc độ chuyển dịch của pít tông.
m(x) : khối lượng chuyển dịch của tất cả hệ thống di động qui đổi về pít tông.
h(x) : lực chống rung qui đổi về tốc độ của pít tông (tốc độ bằng đơn vị).

184

()
px
∑
: tĩnh lực quy đổi tác động vào pít tông ở các vị trí khác nhau x.

pF
t0
: áp lực của không khí nén tác động vào diện tích làm việc của pít tông F
0
tại
thời điểm t.
Hệ các phương trình (8-45) và (8-46)
trong dạng chung không giải được, cho nên
giải bài toán phải tiến hành bằng phương
pháp số. Ở dưới sẽ cho một trong các phương
pháp số tính gần đúng của hệ thống đang xét.
Để tính ta cần phải biết: các tham số
của không khí trong bình chứa
000
θ
γ
,,p
; các
tham số và đặc tính cơ học và hình học của
hệ thống, cũng như các tham số của không
khí trong bình trụ tại thời điểm pít tông bắt
đầu đẩy.
Ta xác định các tham số sau cùng này
trên cơ sở của phương trình (8-46) với các
điều kiện ban đầu:

tv
dv
dt
== =00 0;;
nghĩa là:
()
p
px
F
t0
0
0
=
∑


()
px
0
∑
: lực tĩnh qui đổi tác động vào pít tông tại thời điểm đẩy.
Theo các giá trị tìm được p
t0
ta xác định γ
0t
, cũng như tính sự bơm đầy thể tích ban
đầu
V
0

tại thời điểm đẩy pít tông dưới chế độ chảy nào đó.
Với khoảng thời gian thứ nhất cho trước
1
t
Δ
và thể tích ban đầu
0
V ta tìm được giá
trị cuối cùng về khối lượng riêng của không khí trong hình trụ theo phương trình:
0
0
1
0
00
1
γ
Δ
γ
Δ
γ +=
+
=
V
tG
V
VtG
tt
t

và tiếp theo:

01
10
1
1
V
G
ttdt
d
ttt
t
t
≈
−
==
Δ
γγ
Δ
γ
Δ
γ

Với các khoảng thời gian tiếp sau các phương trình này có dạng:
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎬
⎫
≈

+
=
t
ttn
tn
ntn
tn
V
G
dt
d
V
VtG
γ
γΔ
γ
00
(8-47)

Hình 8-10. Để tính giai đoạn thứ nhất về sự
bơm đầy buồng dập hồ quang của
máy ngắt BB-110.
V
2
V
1
F
1

185

Nhận thấy rằng, trong mỗi khoảng thời gian
n
t
Δ
các giá trị
ttt
G,,p
γ
không thay đổi,
ta có thể tính được trị số áp suất theo phương trình:

()
[
]
()
()
nnnnnn

tDkB
nt
tDkB
nn
nn
tn
epe
DkB
CB
p
ΔΔ −−
−
−−
+−
−
=
1
1 (8-48)
Trong đó:


⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫

=
=
+
=
tntn
tn
n
tnn
tnt
tn
n
V
G
kD
p
kC
VtG
G
B
n
γ
γ
γ
γΔ
0
0
00
(8-49)
Phương trình về sự chuyển động (8-45) đối với khoảng thời gian ngắn
n

t
Δ
có thể
tính một cách gần đúng như sau:
222
avb
dt
dv
=+ (8-50)
Trong đó:
()
()
xm
xpFp
a
t
∑
±
=
0
và
(
)
()
xm
xh
b =

Nghiệm của phương trình này đối với
n

v
ở cuối khoảng thời gian
n
tΔ
có dạng:
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+=
−−
−
11
1
1
nn
n
n
nnn
varthtthv η
ω
ω
Δω
η
(8-51)
Trong phương trình này có:
n

n
nnnn
a
b
;ba == ηω

1
1
1111
−
−
−−−−
==
n
n
nnnn
a
b
;ba ηω

Các kí hiệu n-1 và n tương ứng với các khoảng thời gian trước và đang xét
1−n
t
Δ
và
n
tΔ .

186

Tốc độ trung bình của sự chuyển
động pít tông trong các khoảng
n
t
Δ
tìm theo
phương trình:
2
1 nn
trb
vv
v
+
=
−

và tương ứng với nó gia tốc về hành trình của
pít tông được xác định theo:
ntrbn
t.vx ΔΔ ≈
Khi đó thể tích không gian làm việc
V
tn
ở cuối khoảng thời gian đang xét được
xác định theo biểu thức:
∑
=
=
+=
ni

i
ttn
VxFv
0
00
Δ (8-52)
Giá trị V
tn
tìm được từ (8-52) phải
bằng giá trị đã nhận trong các phương trình
(8-48) và (8-49). Khi giải bằng con số trong
trường hợp các trị số này không trùng nhau
thì tính lặp lại và tìm sự gần đúng lần hai của tất cả các trị số.
Trong kết quả của tính toán dựng các đường cong:
(
)
(
)
tfx;tfp
t 1
=
=
và
(
)
tfv
2
=

và tìm được thời gian pít tông chuyển động hoàn toàn.

Trong thực tế thiết kế có thể có các trường hợp đơn giản hơn, khi các giá trị p(x),
m(x) và lực ma sát trong quá trình chuyển động ít thay đổi và xem như không đổi.
Trong trường hợp này phương trình (8-46) có dạng đơn giản hơn:
m
ppFp
dt
dv
tt τ
−
−
=
0
(8-53)
p
t
: tĩnh lực tác động về phương diện cơ học vào pít tông.
p
τ
: lực ma sát.
Khi đó tính tốc độ chuyển động của pít tông ở cuối khoảng thời gian đang xét
n
tΔ có thể tiến hành theo phương trình:
1
0
−
+
−
−
=
nn

tt
n
vt
m
ppFp
v Δ
τ
(8-54)
còn lại cách tính sự bơm đầy vẫn giống như trường hợp trước.
Trong một số trường hợp có thể gặp các điều kiện về bơm đầy và chuyển động pít
tông đơn giản hơn, biểu hiện bằng các phương trình đơn giản. Trong các trường hợp này
xét sơ lược các trường hợp tính từng bộ phận như: hệ thống tiếp điểm, pít tông c
ủa buồng
dập hồ quang, đĩa van,

8.6. VÍ Dụ TÍNH Sự BƠM ĐầY BUồNG DậP Hồ QUANG CủA MÁY NGắT KHÔNG
KHÍ ĐIỆN ÁP 110KV

Hình 8-11. Để tính giai đoạn thứ hai về sự bơm
đầy buồng dập hồ quang của máy
ngắt BB-110.
F
2
V
1
F
1
V
,
2
F
,
1

187


Tính toán và dựng đường cong áp suất không khí trong buồng dập hồ quang của
máy ngắt không khí khi bơm đầy trong quá trình mở.
1. Các tham số cho trước
Thể tích bình chứa V
1
=1,3m
3
.
áp suất ban đầu của không khí trong bình chứa p

0
=20 at. Đường kính của lỗ van bình
D=17cm. Số nắp mũ thổi và đường kính của các lỗ: hai nắp mũ với d
1
=55mm (hình trụ),
hai nắp mũ với d
2
=30mm (hình nón).

2) Tính tiết diện hiệu ứng của các lỗ
Hệ số thu hẹp các lỗ van chính ta lấy μ=0,45. Vậy tiết diện:

22
422
1
10021
4
1017450
4
m.,
,D
F
−
−
===
ππ
μ
Nhân cho các nắp mũ tiếp điểm μ
1
=0,5 và μ

2
=0,7 ta tìm tổng tiết diện hiệu ứng các
lỗ của nắp mũ:

()
(
)
][m;0,33.10.100,7.3.100,5.5,5
2
dd
2
F
2242422
22
2
112
−−−
=+=+=
π
μμ
π

3) Tính sự đồ đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ trên tới hạn
Sơ đồ tính toán ở hình 8-10. Thể tích được bơm đầy ở giai đoạn thứ nhất: V
2
= 6.10
-2
m
3
.

188

Cách tính được tiến hành phù hợp với
các phương trình (8-7) và (8-10) theo công
thức tính toán:

k
k
bâ
bât
tpp
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
γ
γ
α
0
2
1
Trong trường hợp này p
bđ
=1 at,
θ

bđ
=293
0
K
3
4
bâ
bâ
bâ
1,17kg/m
29,3.293
1.10
R
p
===
θ
γ
3
4
0
0
23,5kg/m
29,3.293
20.10
R
p
===
θ
γ

]
s
1
[33,
6.10
.345100,57.1,02.
V
.C0,57.F
2
2
2
01
2
===
−
−
α

Khi đó công thức tính toán có dạng:
()
41
6251
,
t
tp −=
Theo công thức này tính và dựng phần
đầu của đường cong hình 8-14. Chế độ trên
tới hạn kết thúc khi 10,5a
t

0,523p=p
0t
≈
. Tương ứng với nó thời gian s,.t
3
1
108
−
≈ .

4) Tính sự bơm đầy khi các nắp mũ đóng ở chế độ dưới tới hạn
Sơ đồ tính toán ở hình 8-10.
Áp suất được tính theo phương trình (8-16) bằng phương pháp đồ thị tích phân.
Muốn vậy ta bắt đầu tìm:

]
s
1
[81,5
6.10
.34501,4.1,02.1
V
CkF
2
2
2
01
==
−
−

Để tính ta sử dụng đường cong tích phân hình 8-5.
Đoạn đường cong về áp suất đối với chế độ này cũng được dựng ở hình 8-14. Thời
gian của chế độ này rất ngắn s,.t
3
2
102
−
≈ , vì trong lúc đó các nắp mũ mở và giai đoạn thứ
hai của sự bơm đầy bắt đầu.


5) Tính giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy













Hình 8-12. Giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy
buồng dập quang của máy ngắt
BB-110.
1) Khi

20
1
2
,
F
F
= 2) Khi 0,4
F
F
1
2
=
3) Khi
60
1
2
,
F
F
= 4) Khi 80
1
2
,
F
F
=


β
0,1

0,2
0,3
0,4
0

06


07


08


09

1,0
1 2
η(β)

05

3
4

189

Sơ đồ tính toán cho ở hình 8-11.
Trong hành trình của giai đoạn này
có sự thu hẹp không khí ở chỗ chuyển từ

ống thổi vào buồng dập hồ quang. Tính đến
điều đó cần phải lấy thể tích ruột bên trong
của buồng dập hồ quang
'
V
2
làm thể tích V
2
;
tiết diện lỗ ra từ ống vào buồng dập hồ
quang
F
1
'
làm tiết diện F
1
.
Trong trường hợp này:
0,6
F
F
;m5.10F;m1,2.10V
'
1
2
23'
1
32'
2
≈==

−−

Tính toán được tiến hành trên cơ sở
của phương trình (8-25), giá trị của số nhân
trong phương trình này:

[s],0,5.10
.3451,4.50.10
1,2.10
CkF
V
2
4
2
0
'
1
'
2
−
−
−
==

Trong hình 8-12 xây dựng quan hệ của:

() ()
k
k
'

F
F
,
1
1
2
570
−
−= βββϕβη
Theo đó ở hình 8-13 ta xây dựng hàm số trong dấu tích phân của phương trình (8-
23)
()
()
β
βη
f=
1
, theo hàm số này với giá trị ban đầu: 650,
bâ
=
β
chúng ta tìm quan hệ của
()
tf
t 1
=β và sau đó
(
)
tfpp
tt 20

=
= β
Trong hình 8-14 xây dựng đoạn đường cong tương ứng với giai đoạn thứ hai của sự
bơm đầy. Khoảng thời gian t
3
tương ứng với giai đoạn này. Quá trình kết thúc ở thời điểm
3214
tttt ++= , khi đó van thổi đóng lại.
Ở hình 8-14 người ta dựng đường cong thực nghiệm cho máy ngắt đó với các điều
kiện tương tự. So sánh các đường cong này thấy rằng chúng trùng nhau.












Hình 8-13. Để tính giai đoạn thứ hai của sự bơm
đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt
BB-110. Hàm số trong dấu tích phân

()
()
β
βη

f=
1
khi
0,6
F
F
1
2
=
.
β
6
8
10
12
4

06


07


08


09

1,0
)(βη

1


05


190




















Hình 8-14. Sự thay đổi áp suất trong buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí BB-110 khi
ngắt.
1) Đường cong tính toán. 2) Đường cong thực nghiệm:

t
0
: thời gian mở van thổi.
t
1
: thời gian của chế độ trên tới hạn.
t
2
: thời gian của chế độ dưới tới hạn .
t
3
: giai đoạn thứ hai của sự bơm đầy.
t[10
-
2
s]

4
6
8
12
0
2

4

6
8 10
16
P

t

[]
1
2
t
3
t
4
t
2
t
1
t
0

191

CHƯƠNG 9
CƠ CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
CỦA MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP

9.1. CÁC SƠ Đồ ĐộNG HọC CủA TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ

Trong máy ngắt cao áp sự chuyển dịch các hệ thống tiếp điểm động theo hành trình
cho trước với tốc độ cho sẵn khi đóng và ngắt được thực hiện gián tiếp bằng các bộ phận cơ
khí, chúng đóng được là nhờ năng lượng của bộ phận truyền động.
Quan hệ động học của h
ệ thống tiếp điểm với bộ phận làm việc truyền động (phần
ứng điện từ, pít tông, lò xo điều tiết, ) thực hiện bằng các phương pháp khác nhau phụ

thuộc vào kiểu của máy ngắt và kiểu của truyền động.
Các sơ đồ nguyên lí động học của máy ngắt cao áp ở hình 9-1a, b, c, d.
Sơ đồ a, khi mở hệ thống tiếp điểm động 6 chuyển động là nhờ bộ phận truyền tác
động một chiều qua khâu trung gian 4. Tổng hợp các khâu trung gian này gọi là bộ phận
truyền động cơ khí.























Hình 9-1. Các sơ đồ nguyên lí động học về các bộ phận cơ khí của máy ngắt.

K

0

MCP

7

6

5

3

2

1

4

4

1

3

6

7

6

7

6

8

1

1

a)
b)
c) d)

192

Ở các lò xo mở 5 của bộ phận truyền động cơ khí trong quá trình đóng, dự trữ một
thế năng, nhờ thế năng này khi mở hệ thống tiếp điểm và các chi tiết của bộ phận cơ khí tác
động. Thường ở các bộ phận cơ khí như thế giữa bộ phận truyền động tác động một phần
và thanh kéo 3 lắp bộ phận cơ khí tháo tự do 2 (mở sự cố và mở điều khiển gián tiếp bằng
cuộn dây K
O
). Phần làm việc của bộ phận truyền động bị phân cách với bộ phận truyền
động của máy ngắt, sau đó từng bộ phận tác động độc lập. Nhờ đó gia tốc về sự tác động
của máy ngắt được đảm bảo.
Trong các bộ phận cơ khí của sơ đồ b, ta sẽ nghiên cứu bộ phận truyền động tác
động hai chiều, ở đây b
ộ phận truyền động cơ khí 4 và hệ thống tiếp điểm động 6, trong lúc

đóng cũng như trong lúc mở tác động là nhờ bộ phận truyền động. Khác với trường hợp
trước trong bộ phận cơ khí này không có lò xo mở và bộ phận cơ khí tháo tự do.
Trong các bộ phận cơ khí của sơ đồ c và d (hình 9-1), hệ thống tiếp điểm động liên
hệ trực tiếp với bộ phận truyền động và chỉ có một khâu nối với chúng, nghĩa là số 1 được
qui về 2.
Ở sơ đồ c, nhờ bộ phận truyền động tác động một chiều các tiếp điểm rời khỏi nhau
và đồng thời nén lò xo đóng 8, lò xo này bị nén thì các tiếp điểm được đóng lại sau khi
ngừng cung cấp không khí nén.
Trong sơ đồ d, đóng/mở các tiếp điểm được đảm bảo bằng phần truyền động tác
động hai chiều 1, ở đó không có các lò xo đóng và mở.
Các bộ phận cơ khí nhiều khâu kiểu a và b được sử dụng rộng rãi trong các máy
ngắt dầu máy tự sinh khí và một số máy ngắt không khí.
Các bộ phận cơ khí kiểu c và d sử dụng ưu việt trong các ngắt không khí. Các kết
cấu của máy ngắt không khí đã nghiên cứu ở chương 4. Tác động nhanh và hành trình của
các điểm động ngắn là đặc điểm ưu việt của các bộ phận cơ khí này.
Đạt được tác động nhanh là nhờ áp dụng truyền động bằng hơi và trọng lượng toàn
hệ thống động ít, hành trình của các tiếp điểm động bảo đảm được ngắn là do các khoảng
ngắt dập hồ quang nằm trong không khí nén (hoặc môi trường nào đó) có độ bền điện
tương đối cao.
Phần lớn trường hợp các bộ phận truyền động cơ khí ở sơ đồ a và b được hình thành
trong dạng cơ khí nhiều khâu đòn bẩy khớp nối phẳng. Ở các bộ phận cơ khí này ta nhận
được quỹ tích chuyển dịch của hệ thống tiếp điểm động và sự truyền ứng lực từ bộ phận
truyền động cho các tiếp điểm.


193

Các sơ đồ động học đặc trưng nhất về các bộ phận cơ khí được miêu tả ở hình 9-2.
Trong chúng đại đa số có: (hình 9-2, d, đ và e) bộ phận thẳng, bộ phận định hướng (hình 9-
2, b và c) hay đòn bẩy 4 (hình 9-2, a), bảo đảm cho tiếp điểm động 6 chuyển động thẳng

trên một hành trình dài( điều này rất cần thiết cho nhiều máy ngắt). Trong tất cả các bộ
phận cơ khí có trục chính 0 và đòn bẩy 1 liên hợp với thanh kéo của bộ phận truyền động,
cùng với đòn bẩy 2 nối vào thanh treo 3 và đòn dẫn chủ yếu (hoặc con trượt) hợp thành bốn
khâu. Các kích thước từng khâu, khoảng cách hai trục OO
1
và đòn bẩy chính được chọn sao
cho khi máy ngắt ở vị trí đóng, góc cố định của đòn bẩy 2 trước vị trí chết không quá lớn
(khoảng 5
÷
10
0
). Đặc tính động học của bộ phận cơ khí này h=f(α), ở đây α là góc quay
của trục chính có dạng hình 9-3. Từ đặc tính này rút ra kết luận rằng, đối với các vị trí của
bộ phận cơ khí gần vị trí đóng, đạo hàm
αd
dh
rất nhỏ.

Hình 9-2. Các sơ đồ động học của bộ phận truyền động cơ khí.

3

2

0

5

6

6

5

0

3

0

1

1

2

b)

c
)

6

4

3

2

0

5

B
K
a
)

5

0

1

1

0

2

3

6

B
K

d)

0

1

0

3

2

1

f
)

6

B

K

2

0

1

3

0

1

e
)


194

Điều đó có khả năng truyền ứng lực lớn đến hệ thống tiếp điểm động trong thời gian
các tiếp điểm tiếp xúc ở giá trị mô

men quay trên trục chính tương đối
bé, điều này được thấy rõ trong
phương trình công:
αη d
dh
p
M
c
h
=
0
(9-1)
Trong đó:
M
0
: mômen trên trục chính.
p
h
: lực được truyền đến hệ
thống tiếp điểm.
h : hành trình của tiếp điểm.
α : góc quay của trục.
η
c
: hiệu suất của bộ phận cơ
khí.
Trong khi chọn hệ thống
động học của truyền động cơ khí
trước hết phải xuất phát từ quĩ tích
và trị số hành trình có thể của bộ phận truyền động, khi đó cần chú ý đến thời gian chuyển

động cho trước.
Khi điện áp định mức lớn và
số lượng khoảng ngắt dập hồ quang
trên một pha ít (ví dụ trong máy
ngắt dầu) thì hành trình của các tiếp
điểm rất dài. Trong trường hợp này
khi thời gian chuyển động cho trước
ngắn, gia tốc của hệ thống động và
trị số của lực quán tính rất lớn.
Để khắc phục những điều
này người ta sử dụng lò xo mở rất
lớn, bộ phận truyền động tốt hơn và
tăng cường
độ bền cơ khí của các
khâu cơ khí. Cho nên khi chọn sơ
đồ kết cấu của máy ngắt dầu ở điện
áp cao, để tăng cường tác động
nhanh trên mỗi pha tạo thành nhiều
khoảng ngắt cùng một lúc. Điều này
thường đạt được bằng cách cho các
tiếp điểm động cùng lúc trên cùng
một xà ngang cách điện hay thanh
kéo.

Hình 9-3. Đặc tính động học của truyền động cơ khí.



















Hình 9-4. Truyền động cơ khí thủy lực.

Vị trí đóng Vị trí ngắt
0

α
αd
dh

α
d
dh

h
1
h

dầu

khí
nén


195

Ở một số kết cấu của máy ngắt dầu hiện đại, trong các bộ phận cơ khí kiểu a và b,
bộ phận truyền động cơ khí nhiều khâu khớp được thay thế bằng hệ thống truyền động
thủy lực như ở hình 9-4.

9.2. CÁC THAM Số CHO TRƯớC Để TÍNH TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ
XO

Trong trường hợp chung tính toán truyền động cơ khí mở bằng lò xo gồm các phần:
1) Tính sơ bộ độ bền cơ khí các khâu chính của bộ phận cơ khí.
2) Tính động lực của bộ phận cơ khí và xác định các đặc tính của lò xo mở và của
các thiết bị chống rung.
3) Tính kiểm tra độ bền cơ khí các chi tiết của bộ phận cơ khí.
4) Xác định các kích thước kết cấu của các lò xo mở.
5) Xác định các tham số chủ yếu của các thiết bị chống rung.
6) Tính mômen tĩnh trên trục chính của máy ngắt khi đóng.
7) Xác định mômen trên trục của máy ngắt khi cho trước tốc độ đóng và trị số dòng
điện ngắt giới hạn.
Các tham số chủ yếu cho trước là:
1) Các tính chất cơ khí của vật liệu dùng để gia công các chi tiết của bộ phận cơ khí.
2) Sơ đồ động học đã chọn của bộ phận truyền động cơ khí.
3) Đặc tuyến động học h=f(α).
4) Đặc tuyến tốc độ của hệ thống tiếp điểm động khi chuyển động trong giới hạn và
ngoài giới hạn của thiết bị dập hồ quang.
5) Thời gian chuyển động của hệ thống tiếp điểm động.
6) Đặc tuyến cơ khí của hệ thống tiếp điểm (trị số lực đàn hồi của các lò xo tiếp
điểm, lực ma sát tại chỗ tiếp xúc).
7) Áp suất của môi trường tạo ra khí trong buồng chứa.
8) Các tham số của các bộ phận cơ khí thổi dầu cưỡng bức lắp trong buồng dập hồ
quang (nếu có).
9) Trị số và đặc điểm thay đổi của các lực điện động tác động vào từng chi tiết của
mạch dẫn điện, mà các chi tiết này liên quan trực tiếp với bộ phận cơ khí.
Trong trường hợp này, khi các kích thước của bộ phận cơ khí và vật liệu gia công
được lấy tương tự với các kết cấu tương ứng, thì sự cần thiết về độ bền cơ khí của các khâu
trong tính toán sơ bộ (mục a) không thành vấn đề.
Dưới đây giới thiệu cách chọn các tham số cho trước trong khi thiết kế các bộ phận
truyền động cơ khí:

1) Từng khâu của bộ phận cơ khí tại thời điểm máy ngắt làm việc quan trọng nhất
(đóng ngắn mạch, ngắt ngắn mạch, làm việc trong chu trình TĐL tức thời, ) phải chịu phụ
tải cơ va đập rất lớn và theo điều kiện làm việc ổn định cần phải có độ bền cơ khí cao. Hơn
nữa, theo điều kiện tác động nhanh trọng lượng từng chi tiết động của bộ phận cơ khí phải
nhỏ nhất.

196

Các chi tiết của bộ phận cơ khí có hình dáng kết cấu phù hợp nhất và chịu va đập
cao sẽ thỏa mãn các yêu cầu này.
Các vật liệu này trước hết là thép các bua cán nóng thường và loại tăng cường chất
lượng (như trong ΓOCT 380-57).
Với các chi tiết chịu tải ít hơn dùng thép nhãn hiệu CT.3, M18KΠ, ÂCT-4 với các
chi tiết quan trọng hơn (trục, đòn bẩy chính, trụ, thanh kéo, ) dùng thép nhãn hiệu CT-5,
M-26, M-31và ÂCT-5).
Trong một số trường hợp, đặc biệt trong khi thiết kế các bộ phận cơ khí của các
máy ngắt tác động nhanh kết cấu mới (ví dụ máy ngắt không khí) phải sử dụng thép các -
bua dùng trong ngành chế tạo máy móc (như trong ΓOCT-1050-57).
Để gia công các lò xo mở và chống rung sử dụng dây lò xo các bua hay các thanh
thép nhãn hiệu 65, 70, 75 và 85 (như trong ΓOCT 5047-49, 1070-41, 1071-41 và 1546-53).
Có thể sử dụng các hợp kim nhôm, đặc tính của chúng ở bảng 9-1.
Theo điều kiện độ dài va đập thấp sử dụng gang một cách giới hạn để gia công các
đòn dẫn, các bánh răng thuộc bộ phận cơ khí của máy ngắt công suất bé,
Gỗ gia công các chi tiết cách điện chịu phụ tải cơ của bộ phận cơ khí (các đòn bẩy,
cách điện, thanh kéo, cần quay, ). Trước đây sử dụng các vật liệu tấm ép lại được gia công
trên cơ sở của nhựa phê-nôn-foóc-mal-đê-hýt -ghê-nhi-nắc (như trong ΓOCT 2718-54),
têx-tô-líc (như trong ΓOCT 2910-51) và các tấm bằng gỗ, ví dụ DCΠ-∋ (BT 500-54) có độ
bền cơ khí cao.
Hiện nay người ta chế tạo được nhiều hợp chất polime dẻo có chất lượng cao về
cách điện và độ bền cơ khí cao. Trong tương lai, nhờ đặc tính độ bền cơ cao và trọng lượng

riêng nhỏ, các vật liệu này sẽ được áp dụng để gia công các chi tiết bộ phận cơ khí của máy
ngắt.
Khi xác định tiết diện bề mặt làm việc của ổ đỡ và của ống lót khớp nối có thể sử
dụng bảng 9-2. Khi phụ tải lặp lại trong thời gian ngắn thì các giá trị áp suất bảng 9-2 có
thể tăng lên đôi chút.

Bảng 9-1: Các tính chất cơ của các hợp kim nhẹ

Hợp kim Trọng lượng
riêng, g/cm
3

Giới hạn chảy,
kg/mm
2

Giới hạn
lực cắt
kg/mm
2


Kéo dài tương
đối %
Độ chịu va đập
kg.m/cm
3

Đuyara nhôm
Hợp kim nhôm

+3% đồng
Silimin(6÷13% Si
còn lại Al)
2,80

2,86

2,65
38,00




42

20-21

22-24
12

24-25

1,4
1,8-2

6-7

1,77

197


Bảng 9-2: Dung sai của áp suất riêng lên trục, kg/cm
2

Phương pháp gia công bề mặt bôi trơn
Vật liệu Khoan nhẫn Doa có khe hở không quá 0,13mm
không bôi trơn không bôi trơn Bôi trơn không liên tục
Thép -thép
Thép - đồng thau
Thép - đồng đen
Thép - gang
Đồng thau - đồng thau
50
80
100
30
25
100
140
200
60
50
140
200
300

80
70

2) Trong sơ đồ động học của truyền động cơ khí phải chỉ rõ vị trí tương hỗ của tất
cả các chi tiết ảnh hưởng đến đặc tính chuyển động như: các lò xo mở và chống rung, các
lò xo của hệ thống tiếp điểm, các thiết bị chống rung và các thiết bị để thổi dầu cưỡng bức
của buồng dầu hồ quang.
Trên quĩ tích củ
a điểm qui đổi (thường là điểm gắn chặt với hệ thống tiếp điểm
động về chi tiết dẫn của bộ phận cơ khí) phải đánh dấu điểm hành trình tương ứng với tiếp
tuyến của các tiếp điểm hồ quang, với lối ra của tiếp điểm động ở vùng thổi mãnh liệt trong
buồng dập hồ quang,
Cần phải xây dựng sơ đồ động học cho một số vị trí của bộ phận cơ khí, trong đó có
hai vị trí ngoài cùng đóng và ngắt.
3) Xác định đặc tuyến động học h=f(α) bằng phương pháp đồ thị, trên cơ sở dựng
sơ đồ động học của bộ phận cơ khí ở các giá trị góc quay α của trục chính khác nhau
(thường sử dụng các thông số của mục 2), khi sơ đồ của bộ phận cơ khí phức tạp (ví dụ
kiểu thẳng) vì các phương trình giải tích (thậm chí gần đúng) rất dài và không đơn giản.
4) Đặc tuyến về tốc độ chuyển động của hệ thống tiếp điểm động v=f(t) khi cho
trước thời gian chuyển động và trị số của hành trình h
0
trong trường hợp chúng được xây
dựng theo phương trình 1:

() () ()
∫∫∫
++=++=
13
2
2

1
t
0
t
t
3213
t
t
210
hhhdttvdttvdttvh (9-2)
Trong đó:
v
1
(t) : tốc độ biến đổi khi tiếp điểm chuyển động trong quá trình dập hồ quang.
v
2
(t) : tốc độ chuyển động tự do trước lúc bộ phận chống rung tác động.
v
3
(t) : tốc độ chuyển động bị chậm lại do bộ phận chống rung.
h
1
, h
2
, h
3
: trị số từng quãng của hành trình.

198

Xác định tốc độ v
1
(t)=f(t) từ
các điều kiện dập hồ quang trong
khi tính buồng dập hồ quang (xem
chương 4, 7). Trong nhiều trường
hợp thực tế chuyển động xem như
đều, nghĩa là:
v
1
(t)=a
1
.t
Có: a
1
là gia tốc không đổi.
Khi chọn tốc độ chuyển
động v
2
(t) trên đoạn h
2
xuất phát từ
điều kiện giới hạn của phụ tải động
trong các khoảng dưới xác định
bằng thực nghiệm và bằng tính
toán.
Đối với phần võng của đặc
tuyến người ta chọn giá trị tốc độ
v
3

(t) cũng xuất phát từ trị số của
phụ tải động cho phép tối đa cho
từng khâu của bộ phận cơ khí, phụ tải động sinh ra trong khi hãm bằng bộ phận chống
rung. Đối với phần này của hành trình, chuyển động chậm dần đều là có lợi hơn điều đó đạt
được bằng cách chọn các thông số của bộ phận chống rung cho phù hợp. Thường ban đầu
phần này xây dựng sơ bộ định hướng, sau chính xác hóa dần trong bước tính bộ phận chống
rung và trong tính kiểm tra độ bền cơ khí của các chi tiết (mục 3).
Trên cơ sở các biện luận trên ta dựng một cách sơ bộ định hướng đường cong về tốc
độ có dạng tương tự như hình 9-5.
Lấy tích phân quan hệ v=f(t) cho ta sự phụ thuộc của hành trình vào thời gian
h=f
1
(t), sau đó có thể xác định việc chọn đúng hay sai tốc độ của từng giai đoạn chuyển
động.
Trong nhiều trường hợp đòi hỏi phải tính sự phụ thuộc của tốc độ chuyển động hệ
thống tiếp điểm vào hành trình v=f(h). Sự phụ thuộc này nhận thấy rất dễ dàng từ các đặc
tuyến đã dựng v=f(t) và h=f
1
(t) trong hình 9-5. Khi dạng đường cong đã đơn giản hóa ta có
thể dựng đặc tuyến này trên cơ sở của các phương trình cho từng khoảng thời gian:
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
−−−−=<<

+=<<
=<<
2
21
2
1m
2
11
12
1m
2
11
21
2
1
1
)tt(t
2
a
t2v
2
ta
h: t t t våïi Âäúi-
)t-(tv
2
ta
h: t t t våïi Âäúi-

2
ta

h: t t 0 våïi Âäúi-
(9-3)
















Hình 9-5. Đặc tuyến về tốc độ chuyển động của tiếp điểm động
khi ngắt máy ngắt, v=f(t)
t[s]
2,0
4,0
6,0
12,0
0

004

006


008


010

]s/m[
ν


002

8,0
10,0

012


014

m
ν

ν

h
h[m]
0,1

0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Vị trí đóng
Vị trí ngắt

199

Đường cong v=f(h) xây
dựng bằng phương pháp như thế ở
hình 9-6.
Trong khi xây dựng đặc
tuyến ban đầu về tốc độ mở (và
đóng) ta sử dụng các thông số
trong bảng 9-3 của các đặc tuyến cơ
một số kết cấu máy ngắt cao áp.
5) Các đặc tuyến cơ của hệ
thống tiếp điểm (lực đàn hồi của
các lò xo tiếp điểm hay lực ma sát
trong các tiếp điểm) được xác định
trong bước tính sự phát nóng và độ
bền của hệ thống tiếp điểm khi
dòng điện ngắn mạch tác động.
6) Áp lực của khí tác động
vào hệ thống tiếp điểm động được
xác định trên cơ sở của các thông số
nhận trong lúc tính buồng dập hồ quang.
7) Lực cản thủy động lực được xác định trên cơ sở của các thông số tính toán thủy

động lực của các bộ phận cơ khí thổi dầu cưỡng bức.
8) Khi xác định lực điện động tác động vào từng chi tiết của bộ phận cơ khí, ta sử
dụng các thông số tính toán chung về lực điện động trong hệ thống dẫn điện của máy ngắt,
điều này chúng ta đã nghiên cứu ở trên (xem chương 3).


Bảng 9-3a: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp


Kiểu máy ngắt
MKÐ-160 MKÐ-274 MÊÊ-223 MÊÊ-229 MÊÊ-529

Kiểu truyền động ÐC-30 MÐM-108 ÐC-30 ÐC-30 ÐC-30

Điện áp định mức, kV 110 220 10 10 20

Dòng điện định mức, A 600 600 1000
2000
2000
4000
4000
Hành trình trong các tiếp xúc
dập hồ quang, mm
16/35 16/35 90 90 100
Hành trình toàn bộ của thanh
ngang, mm
860 1097 405 415 485
Tốc độ tại thời điểm dập hồ
quang, m/s
1,8/2,50 1/1,20 1,60 1,50 1,65

Tốc độ tại thời điểm thanh 3,50 2,50 1,70 1,95 2,12
















Hình 9-6. Đặc tuyến tốc độ v=f(h).
h[m]
1,0
2,0
3,0
6,0
0

02


03

04


05

]s/m[
ν


01

4,0
5,0

06


07


200

ngang ra khỏi bình chứa, m/s
Tốc độ lớn nhất của thanh
ngang, m/s
3,60 3,50 1,80 2,00 2,40
Thời gian bắt đầu chuyển
động cho đến khi các tiếp
điểm tách nhau,s

0,03 0,03 0,10 0,10 0,07
Thời gian chuyển động trong
buồng dập hồ quang, s
0,09 0,12 0,15 0,13 0,14
Thời gian toàn bộ của chuyển
động, s
0,31 0,30 0,25 0,25 0,29
Tốc độ tại thời điểm các tiếp
điểm dập hồ quang tiếp xúc
nhau, m/s
2,00 1,70 1,60 2,20 2,00
Tốc độ lớn nhất của tiếp điểm
, m/s
2,20 2,20 1,60 2,20 2,00
Thời gian hành trình trong
các tiếp điểm dập hồ quang, s
0,05 0,05 0,05 0,05 0,06
Thời gian toàn bộ của chuyển
động thanh ngang, s
0,62 1,35 0,60 0,58 0,68
Mô men tĩnh lớn nhất trên
trục, kg.m
- 295 - 330 340

Bảng 9-3b: Các đặc tính cơ của máy ngắt điện cao áp



Kiểu máy ngắt
MÊ-35 BB-110

BB-
110/600
CP-1001
10/1000

Kiểu truyền động ÐC-20 - - -

Điện áp định mức, kV 38 110 110 10

Dòng điện định mức, A 600 600 600

1000
Hành trình trong các tiếp xúc dập hồ
quang, mm
- 0 0 55
Hành trình toàn bộ của thanh ngang,
mm
- 15 95 285
Tốc độ tại thời điểm dập hồ quang,
m/s
- 0 0 -
Tốc độ tại thời điểm thanh ngang ra
khỏi bình chứa, m/s
- - - -
Tốc độ lớn nhất của thanh ngang, m/s - - 60-70 40

Thời gian bắt đầu chuyển động cho
đến khi các tiếp điểm tách nhau,s
- 0,007 - -

Thời gian chuyển động trong buồng
dập hồ quang, s
- - - -

201

Thời gian toàn bộ của chuyển động, s - - 0,03 0,25

Tốc độ tại thời điểm các tiếp điểm
dập hồ quang tiếp xúc nhau, m/s
- - - -
Tốc độ lớn nhất của tiếp điểm , m/s - - - 2,80

Thời gian hành trình trong các tiếp
điểm dập hồ quang, s
- - - -
Thời gian toàn bộ của chuyển động
thanh ngang, s
- - - 0.18
Mô men tĩnh lớn nhất trên trục, kg.m - - - -



9.3. TÍNH TOÁN ĐộNG LựC HọC CủA HỆ TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ
XO

1. Khái niệm
Trong thiết kế máy ngắt, tính toán động lực của truyền động cơ khí hay xác định sự
chuyển động theo các lực tác động, xác định lực tác động theo sự chuyển động cho trước.

Như vậy, khi cho trước sơ đồ động của bài toán tính truyền động cơ khí sắp xếp làm
hai kiểu:


















Hình 9-7. Sơ đồ tính toán về bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt nhiều dầu.

Bộ truyền

động
h

a
b

a
0

h

0

h

5

a

(h=
0)

Vị trí
đ
ó
Vị trí
ng
ắ
t

Điểm quy đổi

Hành trình pít
tông chống rung

Vị trí

ắ
Vị trí
đ
óng


202

1) Tìm tốc độ chuyển động của hệ thống tiếp điểm ở từng thời điểm hay ở từng
điểm của hành trình khi biết hình dáng kích thước và trọng lượng của từng bộ phận động
như lực đàn hồi của lò xo mở và của các lò xo khác, cũng như các lực cản tác động trong
bộ phận cơ khí.
2) Tìm đặc tuyến của lò xo mở (hay củ
a bộ lò xo) bảo đảm cho hệ thống tiếp điểm
động chuyển động với tốc độ cho trước trong lúc mở. Nếu biết đặc tuyến về tốc độ chuyển
động của hệ thống tiếp điểm, các kích thước và trọng lượng của các bộ phận cơ khí động,
lực đàn hồi của các lò xo tiếp xúc và các lực cản tác động trong bộ phận cơ
khí.
Bản chất phương pháp giải các bài toán này là: chuyển động của hệ thống các chi
tiết cơ khí liên quan với nhau rất phức tạp được coi như chuyển động theo quĩ tích các
điểm cho trước. Trên quĩ tích đó khối lượng qui đổi của tất cả các bộ phận cơ khí động và
tất cả các lực qui đổi tác dộng trong bộ phận cơ khí được tập trung về điểm này.
Thường điểm có quĩ tích chuyển động giống như quĩ tích chuyển động của hệ thống
tiếp điểm nhận làm điểm qui đổi. Trong các kết cấu hiện có quĩ tích là đường thẳng hay
cung vành tròn.
Trong trường hợp chung bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt (ví dụ chế tạo
theo sơ đồ hình 9-7) các lực qui đổi gồm:
1) Lực đàn hồi của lò xo mở và của các lò xo tăng tốc p
mtt
.

2) Lực đàn hồi của lò xo tiếp điểm p
tđ
.
3) Trọng lực P
tr.l
.
4) Lực quán tính p
qt
.
5) Áp lực của khí trong buồng dập hồ quang p
a
.
6) Lực cản p: gồm lực ma sát ở các khớp nối p
msk
, ở tiếp điểm p
mst
, thủy lực cản p
tb

khi các bộ phận chuyển động trong dầu, trong bộ phận chống rung và trong các thiết bị
thủy lực khác.
7) Lực điện động p
đđ
.
Trong trường hợp đang xét, theo Đalambe ta có thể viết phương trình của các lực
qui đổi:
0
=
±
−

+
±
±
+
ââaqttrltâmtt
ppppppp (9-4)
Lực p
i
tác động ở điểm i nào đó của bộ phận cơ khí theo hướng chuyển động của
lực qui đổi về điểm a chuyển dịch theo hướng h
a
dựa trên cơ sở của phương trình chung:

a
i
ia
dh
dh
p=p
(9-5)
Từ đặc tuyến động h
i
=f(h
a
) ta tìm được đạo hàm
a
i
dh
dh
cho từng vị trí của bộ phận cơ

khí, đặc tuyến động nhận được bằng phương pháp giải tích, thay bằng phương pháp dựng
sơ đồ động của bộ phận cơ khí cho hàng loạt vị trí của nó.
Tính khối lượng qui đổi có hai cách:
1) Tất cả các khối lượng phân bố thay thế bằng khối lượng tập trung đẳng trị ở từng
điểm của khâu đó.