Giáo trình trang bị điện - Phần I Khí cụ điện và trang bị điện - Chương 1 docx

1
Phần I
Khí cụ điện v trang bị điện

Chơng I Mối ghép tiếp xúc điện
1.1
.Khái niệm v phân loại mối ghép Tiếp xúc điện
1.1.1. khái niệm
- Theo cách hiểu thông thờng chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của 2 hay
nhiều vật dẫn để dòng điện đi từ vật dẫn này sang vạt dẫn khác. Bề mặt tiếp xúc
giữa các vật dẫn gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
- Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện trong thời gian hoạt
động đóng mở , chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng mài mòn do va đập, ma sát, đặc biệt
sự hoạt động có tính chất huỷ hoại của hồ quang. Do đó tiếp xúc điện phải thoả
mãn các yêu cầu sau:
+ Thực hiện tiếp xúc chắc chắn đảm bảo.
+ Sức bền cơ khí cao.
+ Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điên định mức.
+ ổn định nhiệt điện động và lực điện động khi có dòng điện ngắn mạch cực
đại đi qua.
+ Chịu đợc tác dụng của môi trờng xung quanh ở nhiệt độ cao ít bị oxy hoá
- Bề mặt tiếp xúc: Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không đợc thực hiện trên toàn bề
mặt mà chỉ có một số điểm tiếp xúc. Đó chính là các đỉnh có bề mặt nhỏ để dẫn
dòng điện đi qua vì bề mặt tiếp xúc có dạng không phẳng tuyệt đối mà mắt
thờng không nhìn thấy đợc. Khi có lực F tác dụng thì các đỉnh sẽ biến dạng trở
thành những bề mặt tiếp xúc đồng thời.Do vậy muốn tiếp xúc tốt ta phải làm
sạch bề mặt tiếp xúc, điện trở tiếp xúc phải nhỏ, lực đủ lớn để tác dụng lên bề
mặt tiếp điểm.
- Nếu gọi S là tổng diện tích tiếp xúc thực tế, là ứng suất biến dạng của vật
liệu (còn gọi là hệ số chống dập nát), dới tác dụng của lực F thì ta có:

Trị số đợc tra theo bảng.
Ví dụ:
Xác định S của hai thanh góp phân phối bằng nhôm đợc ép bằng lực F=7000N,
biết điện tích tiếp xúc biểu kiến S
bk
= 40x40 =1600mm
2
,

nhôm
= 883N/mm
2

Giải
áp dụng công thức: S =

F
=
883
7000
7,9 mm
2

S =

F

2
Tính theo phần trăm là: S% =
Sbk
S
.100 =
100
1600
9,7
= 0,5%
1.1.2.Phân loại: Dựa vào mối liên kết tiếp xúc ngời ta chia tiếp xúc điện ra làm
2 phơng thức, mỗi phơng thức có 3 dạng
* Theo phơng thức đóng mở có 3 dạng sau
+ Tiếp xúc cố định là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2 vật dẫn mà nó đợc
ghép với nhau bằng ốc vít, bu lông, đinh tán, hàn, ép, kẹp .Ví dụ ghép giữa hai
thanh cái với nhau hoặc giữa thanh cái với dây dẫn, giữa dây dẫn với đầu
cốtvvv
+ Tiếp xúc đóng cắt: Là tiếp xúc giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động của thiết
bị đóng cắt.ở chế độ đóng 2 tiếp xúc đóng chặt với nhau còn ở chế độ cắt mạch
thì chúng tách rời nhau ra. Ví dụ ở cầu dao, áp tô mát.vvv
+ Tiếp xúc trợt: là tiếp xúc giữa vật dẫn chuyển động và vật dẫn tĩnh. Ví dụ nh
ở cổ góp, vành trợt của máy điện, biến trở, công tắc xoayvvv
*Theo bề mặt tiếp xúc có 3 dạng sau
+ Tiếp xúc điểm: Là tiếp xúc giữa mặt cầu - phẳng, cầu- cầu thờng gặp ở các
thiết bị đóng cắt có dòng điện bé dới 10A
+Tiếp xúc mặt:Là tiếp xúc giữa 2 phần của mặt phẳng thờng gặp ở các thiết bị
có dòng điện lớn đến hàng ngàn ăm pe
+ Tiếp xúc đờng: Là tiếp xúc giữa mặt trụ - phẳng giữa 2 mặt trụ thờng gặp ở
các thiết bị có dòng điện trung bình cỡ vài chục đến vài trăm ăm pe
1.2.
Các hình thức nối tiếp xúc

1.2.1. Tiếp xúc điểm- đặc điểm và ứng dụng
-Đặc điểm: Giảm sự phát sinh hồ quang
- ứng dụng: ở công tắc tơ, rơ le trung gian
1.2.2 Tiếp xúc mặt- đặc điểm và ứng dụng
- đặc điểm:Giảm điện trở tiếp xúc, tăng khả năng ngắt dòng
- ứng dụng: ở cầu dao, áp tô mát, bộ khống chế
1.2.3.Tiếp xúc đờng - đặc điểm và ứng dụng
- đặc điểm: Giảm sự phát sinh hồ quang
- ứng dụng:
1.2.4.Tiếp xúc cắm kẹp:
+ Đặc điểm của tiếp xúc này chắc chắn
+ Ví dụ: Tiếp xúc của cầu dao, ổ cắm, phích cắmvvv
1.2.5.Tiếp xúc ngón:
+ Đặc điểm của tiếp xúc nàylà sự kết hợp của tiếp điểm đóng mở và tiếp
xúc điểm do đó tốc độ đóng ngắt nhanh, hạn chế tia hồ quang
+ Ví dụ: Nh tiếp điểm của áp tô mát, công tắc tơ

3
1.2.6.Tiếp xúc bắc cầu
+ đặc điểm: là sự kết hợp của tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc mặt đồng thời nhờ
tính chất bắc cầu nên hạn chế đợc tia hồ quang nhng có nhợc điểm công suất
tải không cao
+Ví dụ : Công tắc tơ, rơ levvv
1.2.7.Tiếp xúc thuỷ ngân : Đây là sự tiếp xúc của kim loại lỏng nh tiếp xúc
của đèn thuỷ ngân cao áp
1.2.8.Tiếp xúc trợt: thờng ứng dụng làm cổ góp trong máy điện một chiều.
Công tắc xoay, biến trở. đặc điểm của loại này có khả năng chuyển mạch liên tục
Ngòai ra còn có tiếp xúc lỡi( hay còn gọi kiểu nêm ) nh hình evà g
1.3.Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm và các yếu tố ảnh hởng
1.3.1. Khái niệm về điện trở tiếp xúc

- Có hai vật dẫn giống nhau tiếp xúc với nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở
suất , chiều dài
2
i
nh hình vẽ.Lúc này điện trở hai vật dẫn đợc tính bằng
công thức sau
R =
22
ll
+ hoặc R =
S
l






Khi có dòng điện đi qua hai vật dẫn đó thì điện trở tổng R sẽ lớn hơn R
1
. Vì khi
2 vật dẫn tiếp xúc với nhau thực tế chỉ có một số điểm tiếp xúc. Tại các điểm tiếp
xúc này mật độ dòng điện tăng lên, tổn hao năng lợng lớn nên sụt áp và nhiệt
độ cao. Do đó hai vật dẫn dù có đợc làm sạch thế nào cũng đều xuất hiện lớp
ôxít làm tăng điện trở. Do vậy đờng đi của dòng điện qua 2 vật dẫn bị cong và
dài ra làm điện trở tăng lên. Vậy điện trở tiếp xúc là điện trở do hiện tợng
đờng đI của dòng điện bị kéo dài ra ở chỗ tiếp xúc tạo nên.
Nếu gọi điện trở tiếp xúc là R
tx
thì R

tx
= R- R
1
=
mF
K


K: là hệ số phụ thuộc thuộc vào ,, đồng thời phụ thuộc vào trạng thái bề
mặt tiếp xúc, K đợc tra theo bảng.Ví dụ vật liệu làm tiếp điểm bằng đồng
K = 3,6.10
-4
còn bằng nhôm K = 5,5.10
-4
vvv
m: là hệ số phụ thuộc vào dạng tiếp điểm và số lợng điểm tiếp xúc, m
đợc tra theo bảng.Ví dụ tiếp xúc điểm m = 0,5 còn tiếp xúc mặt m =1
F là lực ép lên tiếp điểm
1.3.2.Một số yếu tố ảnh hởng đến điện trở tiếp xúc
Vật liệu làm tiếp điểm: Nếu vật liệu mềm thì R
tx
nhỏ do đó thờng dùng vật
liệu mềm để làm tiếp điểm hoặc dùng kim loại cứng mạ ngoài bằng kim loaị

Vật dẫn 1 Vật dẫn 2
l/2 l/2
I
S
Hình 1-2

4
mềm nh đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc. Từ đó cũng đã phát triển tiếp
điểm lỡng kim loại nh tiếp điểm kim loại cứng tiếp xúc với kim loại lỏng
nh thuỷ ngân.
Lực ép lên tiếp điểm F càng lớn thì điện trở tiếp xúc càng nhỏ
Hình dạng tiếp điểm có ảnh hởng đến điện trở tiếp xúc
Nhiệt độ tiếp điểm tăng thì điện trở tiếp xúc tăng
Diện tích tiếp xúc lớn thì R
tx
nhỏ. Mật độ dòng nhỏ đi

Chơng II
Hồ quang điện v nguyên tắc dập tắt hồ quang

2.1.Hồ quang điện
2.1.1.Khái niệm hồ quang điện
Giữa hai vật dẫn khi hở sẽ kích thích bởi đện trờng lớn làm cho các điện
tích bật ra khỏi bề mặt của vật dẫn chuyển động trong môi trờng không khí làm
ion hoá gây ra tia hồ quang điện
2.1.2. Nguyên nhân và quá trình phát sinh hồ quang






Khi các tiếp điểm 1 và 2 của khí cụ điện còn liền nhau (Hình 1) trong
mạch điện có dòng điện chạy qua. Vì điện trở tiếp xúc giữa hai tiếp điểm 1 và 2
rất nhỏ. Khi các tiếp điểm này cắt ra (H2) dòng điện trong mạch điện bị cắt sẽ có
hiện tợng quá điện áp và điện áp đặt giữa hai đầu tiếp xúc của tiếp điểm 1 và 2

rất lớn. Lúc mới bắt đầu cắt ra khoảng cách giữa hai tiếp điểm còn rất nhỏ do đó
dới tác dụng của điện áp lớn cờng độ điện trờng trong khoảng không gian
giữa hai đầu tiếp điểm rất lớn làm bật điện tử ra khỏi bề mặt tiếp xúc (hay từ
catốt) chuyển động trong không khí dới tác dụng của điện trờng làm iôn hoá
không khí gây hồ quang. điện áp càng lớn thì hồ quang sẽ càng lớn và càng khó
dập tắt. Nếu hồ quang không bị dập tắt nó sẽ làm h hỏng tiếp điểm.
2.1.3.Hồ quang có lợi và hồ quang có hại
+ Hồ quang có lợi: Hồ quang có khả năng làm nóng chảy kim loại do đó nó đợc
sử dụng trong công nghiệp hàn điện đây là hồ quang có lợi
+ Hồ quang có hại: Hồ quang trong khí cụ điện làm cháy các tiếp điểm và các bộ
phận khác đây là hồ quang có hại
2.2.Các phơng pháp dập tắt hồ quang và ứng dụng
1 2
Z
U
Hình 1
1
Z
U
Hình 2
2