đồ án kỹ thuật điện điện tử Các phần tính toán thiết kế rơ le trung gian điện từ kiểu kín

Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
Trang
Lời nói đầu 3
Chơng I: xác định và lựa chọn kết cấu của rơle 5
I. Giới thiệu chung về rơ le: 5
I.1. Cấu tạo của Rơle: 5
I.2. Phân loại rơle: 5
I.3. Các yêu cầu khi thiết kế: 5
II. Giới thiệu chung về rơle điện từ 6
II.1. Tác dụng: 6
II.2. Sơ đồ cấu tạo 7
II.3. Nguyên lý hoạt động: 7
III. Lựa chọn phơng án thiết kế: 7
III.1. Phân tích các mẫu: 7
III.2. Lựa chọn phơng án thiết kế : 8
CHƯƠNG II. Tính toán và kiểm nghiệm mạch vòng dẫn điện 10
I. Giới thiệu kết cấu mạch vòng dẫn điện 10
II. Thiết kế tính toán thanh dẫn 10
1. Các bớc tính toán thanh dẫn 10
2. Tính toán thanh dẫn động 10
3. Tính toán thanh dẫn tĩnh 17
III. Thiết kế tính toán tiếp điểm 17
1. Chức năng của tiếp điểm 17
2. Yêu cầu với các tiếp điểm 17
3. Chọn vật liệu làm tiếp điểm 18
4. Tính lực ép tiếp điểm 18
5. Xác định điện trở tiếp xúc 19
6. Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc 19
7. Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm 19
8. Xác định dòng điện hàn dính 20

9. Độ ăn mòn tiếp điểm 21
10. Độ mở 22
11. Độ lún 22
IV. Đầu nối 23
V. Dẫy dẫn mềm 23
chơng iii: tính và dựng đặc tính cơ 25
I. Khái niệm 25
ii. sơ đồ động 25
Iii. tính toán lò xo tiếp điểm 25
1. Tính chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm 25
2. Tính kích thớc lò xo tiếp điểm 26
3. Tính trọng lợng của phần động 27
4. Tính lò xo nhả 27
4.1. Chọn vật liệu làm lò xo nhả 27
4.2. Tính lò xo nhả 28
4.3. Tính toán lực quy đổi 30
iV. đặc tính cơ 31
SV: Trần Anh Tuấn
1
Đồ án tốt nghiệp
Chơng iV: Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện 32
I. Giới thiệu chung về nam châm điện 32
II. Chọn và tính toán nam châm điện 32
A. Chọn kết cấu 32
B. Chọn vật liệu từ 34
C. Chọn các thông số cờng độ tự cảm, hệ số từ tản và hệ số từ rò 34
1. Chọn cờng độ tự cảm 34
2. Chọn hệ số từ rò 34
3. Chọn hệ số từ tản 34
D. Xác định các kích thớc và thông số chủ yếu của nam châm điện 34

1. Xác định tiết diện lõi thép 34
2. Xác định kích thớc của cuộn dây nam châm điện và nam châm điện.
35
E. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 39
1. Vẽ sơ đồ đẳng trị với 0 39
2. Tính từ dẫn rò: (Gr) 40
3. Xác định từ dẫn của khe hở không khí: G 41
4. Xác định từ dẫn tổng 44
5. Xác định từ thông và từ cảm 46
6. Xác định thông số cuộn dây 47
Chơng V: Tính toán hệ số nam châm điện 59
I. Tính và dựng đờng đặc tính lựa hút nam châm điện 59
II. Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả 62
Chơng VI: Xây dựng và hoàn thiện kết cấu 64
I. Phần làm việc 64
1. Mạch vòng dẫn điện 64
1.1. Thanh dẫn động 64
1.2. Thanh dẫn tĩnh 64
1.3. Vít đầu nối 64
1.4. Dây nối mềm 64
1.5. Hệ thống tiếp điểm 64
2. Nam châm điện 65
2.1. Mạch từ 65
2.2. Cuộn dây 65
2.3. Vòng ngắn mạch 65
II. Phần chân đế 66
SV: Trần Anh Tuấn
2
Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu

Trong ngành công nghiệp điện năng, từ khâu sản xuất truyển tải, phơng
pháp và tiêu thụ điện năng luôn phải sử dụng các khí cụ nh: áp tô mát, công
tắc tơ, rơ le và cầu dao Để phân phối và điều khiển, bảo vệ nhằm đảm bảo
hiệu quả kinh tế và an toàn trong sử dụng. Khí cụ là những thiết bị, cơ cấu
điện tuỳ theo lĩnh vực sử dụng đợc chia thành 5 nhóm, mỗi nhóm lại đợc chia
thành nhiều chủng loại khác nhau. Các nhóm đó là:
1. Nhóm khí cụ điện phơng pháp năng lợng điện áp cao gồm: dao cách
ly, máy ngắt, biến dòng
2. Nhóm khí cụ điện phơng pháp năng lợng điện áp thấp gồm: cầu dao,
cầu chì
3. Nhóm khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ, các bộ
khống chế và điều khiển.
4. Nhóm khí cụ điện gồm các rơ le bảo vệ nh: rơ le dòng điện, rơ le điện
áp, rơ le thời gian, rơ le trung gian.
5. Nhóm khí cụ dùng trong sinh hoạt: ổ cắm, phích điện.
Khi thiết kế một loại khí cụ điện phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu
của một sản phẩm công nghiệp hiện đạt. Đó là các yêu cầu kỹ thuật, vận hành,
kinh tế, xã hội đợc biểu hiện qua các tiêu chuẩn chất lợng các định mức nhà n-
ớc, của ngành.
Các yêu cầu kỹ thuật nh độ bền nhiệt của các chi tiết, các bộ pận làm
việc ở chế độ định mức và khi có sự cố xảy ra, độ bền cơ và tính chịu mòn
(của các bộ phận), độ bền cách điện cũng nh khả năng đóng ngắt của thiết bị.
Một yêu cầu về kỹ thuật nữa là kết cấu phải đơn giản, khối lợng và kích thức
bé.
Các yêu cầu về vận hành nh: độ tin cậy cao, dễ thao tác, sửa chữa, chi
phí cho vận hành và tổn hao thấp, thời gian sử dụng lâu dài. Trong vận hành
phải lu ý đến các yếu tố nh: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ.
Các yêu cầu về kinh tế, xã hội và công nghệ chế tạo: giá thành phải hạ,
phải có tính thẩm mỹ trong kết cấu, tính cạnh tranh, khả năng lắp lẫn và khả
năng phát triển trong tơng lai.

Một khí cụ điện thờng gặp nói chung phải có các bộ phận chủ yếu là:
- Mạch vòng dẫn điện gồm: thanh dẫn, đầu nối, các tiếp điểm.
- Hệ thống dập hồ quang
- Các cơ cấu trung gian
- Nam châm điện
- Các chi tiết và các cụm cách điện
- Các chi tiết kết cấu, vỏ, thùng.
Rơ le là loại khí cụ tự động đóng ngắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều
khiển sự làm việc của mạch điện. Tuỳ theo nguyên lý làm việc, tuỳ theo đại l-
ợng điện và giá trị dòng áp đi vào mà có nhiều loại rơ le khác nhau nh: rơ le
SV: Trần Anh Tuấn
3
Đồ án tốt nghiệp
điện từ, rơ le nhiệt, rơ le cảm ứng, rơ le bán dẫn, rơ le dòng điện, rơ le điện áp
và rơ le trung gian.
ở Việt Nam cũng chế tạo đợc các loại khí cụ điện nói chung và rơ le
nói riêng. Tuy nhiên chất lợng của nó cha cao (tuổi thọ không lớn). Khi cần
các loại khí cụ có độ tin cậy cao và chất lợng tốt đa phần là nhập từ nớc ngoài.
Trong nội dung của đồ án sẽ trình bày các phần tính toán thiết kế rơ le
trung gian điện từ kiểu kín. Có các thông số ban đầu:
+ 4 tiếp điểm thờng đóng, 4 tiếp điểm thờng mở
+ U
đm
= 220V
+ I
đm
= 5A
+ f = 50 Hz
+ Điện áp điều khiển U
đmđk

= 220V, f = 50 Hz
Làm việc liên tục, cách điện cấp B. Tuổi thọ điện 10
6
lần đóng cắt, tuổi
thọ cơ 10
7
lần đóng cắt.
SV: Trần Anh Tuấn
4
Đồ án tốt nghiệp
Chơng I: xác định và lựa chọn kết cấu của
rơle
I. Giới thiệu chung về rơ le:
- Rơ le là những thiết bị điều khiển tự động. Khi tín hiệu đầu vào, đạt
những giá trị xác định, nhảy cấp làm biến đổi tín hiệu đại lợng đầu ra.
I.1. Cấu tạo của Rơle:
Rơ le gồm có 3 cơ cấu chính:
+ Cơ cấu thu: Tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành
những đại lợng cần thiết để rơle hoạt động .
+ Cơ cấu trung gian: So sánh những đại lợng đã đợc biến đổi với mẫu
rồi truyền tín hiệu đến cơ cấu chấp hành .
+ Cơ cấu chấp hành: Phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
I.2. Phân loại rơle:
Rơle đợc phân loại theo công dụng và nguyên lý làm việc.
+ Loại rơle có tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển bằng cách đóng
ngắt tiếp điểm.
+ Loại rơle không tiếp điểm tác động lên mạch điều khiển bằng cách
thay đổi đột ngột những tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều
khiển.
+ Theo đặc tính tham số đầu vào ta có thể chia ra rơle dòng điện; rơle

điện áp; rơle công suất; rơle tần số
Những loại rơle này có thể điều chỉnh theo giá trị cực đại hay cực tiểu
hiệu số các tín hiệu hoặc chiều tín hiệu.
+ Theo phơng pháp mắc cơ cấu thu vào mạch ta có thể chia ra loại rơle:
- Rơle mạch sơ cấp: Mắc trực tiếp vào mạch điều khiển.
- Rơ le mạch thứ cấp: Mắc gián tiếp qua biến áp hay biến dòng.
- Rơle trung gian: Làm việc dới tác động của những tín hiệu từ các rơle
khác, với nhiệm vụ khuyếch đại những tín hiệu này và chia ra tác động lên
nhiều mạch điều khiển khác nhau.
+ Theo mục đích sử dụng chia ra 3 nhóm cơ bản:
- Rơle bảo vệ mạng điện: Thờng là rơle mạch nhị thứ (thứ cấp). Các cơ
cấu thu và chấp hành của chúng thờng đợc thiết kế với dòng điện bé.
- Rơle điều khiển: Thờng là loại rơle mạch sơ cấp.
- Rơle tự động và liên lạc: Có thể là rơle mạch thứ cấp loại sơ cấp,
chúng làm nhiệm vụ đảm nhiệm các quá trình tự động và thông tin liên lạc.
I.3. Các yêu cầu khi thiết kế:
+ Các yêu cầu về kỹ thuật:
- Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của rơle làm việc ở chế
độ định mức và chế độ sự cố.
SV: Trần Anh Tuấn
5
Đồ án tốt nghiệp
- Đảm bảo độ bền cách điện của các chi tiết, bộ phận cách điện và
khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất, kéo dài và trong
điều kiện xung quanh (nh ma, bụi, bẩn) cũng nh khi có điện áp nội bộ.
- Đảm bảo độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận rơle trong giới
hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời gian làm việc ở chế độ định mức cũng nh
chế độ sự cố.
- Khả năng đóng ngắt ở chế độ sự cố và chế độ định mức.
- Khi U = 85% Uđm thì lực hút điện từ của nam châm điện phải đảm

bảo đủ để hút tiếp điểm tiếp xúc.
- Khi U = 110% Uđm thì cuộn dây không đợc quá trị số cho phép để lò
xo nhả tác động.
- Kết cấu phải đơn giản; khối lợng và kích thớc phải nhỏ gọn.
+ Các yêu cầu về vận hành:
- Độ tin cậy cao.
- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài.
- Đơn giản dễ thao tác, dễ thay thế, dễ sửa chữa.
- Phí tổn vận hành ít, tiêu tốn ít năng lợng.
+ Các yêu cầu về kinh tế xã hội:
- Giá thành hạ.
- Kết cấu phải có thẩm mỹ.
- Vốn đầu t khi chế tạo, lắp ráp vận hành ít.
II. Giới thiệu chung về rơle điện từ.
II.1. Tác dụng:
Để bảo vệ mạch điện khi có sự cố ngắn mạch hay quá tải điện áp.
+ Rơle điện từ cấu tạo đơn giản, lực hút điện từ (F
đt
) khá lớn do vậy rơle
điện từ đợc sử dụng rất rộng rãi.
+ Rơle điện từ có loại 1 chiều và xoay chiều công suất từ vài wát đến
hàng nghìn wát, trong khi đó công suất tiêu thụ khoảng vài chục wát.
+ Thời gian tác động của rơle điện từ trong khoảng 1 20ms.
+ Rơle điện từ có các loại: Dòng điện, điện áp cực đại và cực tiểu, rơle
công suất, rơle tổng trở, tần số, trung gian, tín hiệu
SV: Trần Anh Tuấn
6
Đồ án tốt nghiệp
II.2. Sơ đồ cấu tạo.
1. Thân mạch từ.

2. Nắp mạch từ
3. Lò xo nhả
4. Cuộn dây
5. Tiếp điểm tĩnh
6. Tiếp điểm động
II.3. Nguyên lý hoạt động:
- Khi đa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện thì cuộn dây sinh ra
một sức từ động F = IW. Sức từ động sinh ra từ thông khe hở không khí của
nam châm điện

.
Khi F
đt
> F
ph

(lực hút điện từ lớn hơn lực phản hồi) làm cho nắp của
nam châm điện đóng lại nhờ thanh dẫn động làm tiếp xúc các tiếp điểm tĩnh
và động lại với nhau.
- Khi không có dòng điện đa vào cuộn dây nam châm điện khi đó I = 0 ->
F
đt
= 0 -> F
ph

> F
đt
lò xo kéo nắp nam châm trở về vị trí ban đầu và tiếp điểm tĩnh
cũng đợc đa về vị trí ban đầu tách các tiếp điểm tĩnh và động khỏi nhau.
III. Lựa chọn phơng án thiết kế:

III.1. Phân tích các mẫu:
Để có kết cấu hợp lý và phù hợp với công nghệ chế tạo yêu cầu của đề
tài ta tiến hành khảo sát một số loại rơle điện từ trung gian của một số nớc.
a. Rơle do Liên Xô cũ sản xuất :
- Nam châm hút một chiều hoặc xoay chiều.
- Mạch từ hút chập cho lực hút điện từ lớn.
- Nam châm hĩnh chữ U.
- Tiếp điểm: Một pha hai chỗ ngắt, kiểu bắc cầu; không có dây nối mềm.
Ưu điểm:
- Kết cấu chắc chắn.
- Tuổi thọ cao.
- Độ tin cậy cao.
- Dễ tháo lắp, thay thế, sửa chữa các chi tiết.
Nhợc điểm:
- Kích thớc và trọng lợng lớn.
b. Rơle do Nhật Bản sản xuất:
SV: Trần Anh Tuấn
7
2
1
4
5
63
Đồ án tốt nghiệp
- Có nhiều loại nhng chủ yếu là kiểu hút chập.
- Kết cấu kiểu Công Sôn -> 1 pha một chỗ ngắt có dây dẫn nối mềm.
Ưu điểm:
- Kích thớc nhỏ, gọn.
- Mẫu mã hình dáng đẹp.
Nhợc điểm:

- Công nghệ chế tạo cao.
- Độ tin cậy không cao.
* Kết luận:
Từ hai loại rơle do Liên Xô cũ và Nhật Bản sản xuất trên và yêu cầu của
thiết kế của đồ án ta chọn loại rơle do Liên Xô cũ sản xuất làm nhiệm vụ thiết kế.
III.2. Lựa chọn phơng án thiết kế :
Qua quan sát và tìm hiểu kết cấu rơle của các nớc kể trên ta thấy chúng
thờng có cấu chung gần giống nhau.
- Kiểu hút chập.
- Dạng mạch từ hình chữ U.
- Tiếp điểm động đợc bố trí trên 1 thanh.
- Kết cấu đơn giản.

1 - Lò xo nhả
2 - Lẫy gạt
3 - Cần chuyển động
4 - Tiếp điểm tĩnh, thanh dẫn tĩnh
5 - Tiếp điểm động, thanh dẫn động
6 - Đế giữ mạch từ.
7 - Thân mạch từ
8 - Vỏ
9 - Cuộn dây
10 - Vòng ngắn mạch
11 - Nắp mạch từ
12 - Cơ cấu truyền đông
13 - Dây dẫn cuộn dây
14 - Lẫy giữ vỏ
15 - Đế
16 - Thanh giữ và định hớng chuyển
động cho thanh truyền động.

SV: Trần Anh Tuấn
8
Đồ án tốt nghiệp
a. Chọn tiếp điểm:
Tiếp điểm là một bộ phận quan trọng của rơle, nó ảnh hởng đến độ bền,
h hỏng của rơle. Tuy thuộc vào dòng điện, chức năng kết cấu và hình thức
tiếp xúc của tiếp điểm trong rơle mà lựa chọn tiếp điểm cho phù hợp và phải
thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau:
- Nhiệt độ: Phát sáng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn
phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép với dòng điện lớn tiếp điểm phải chịu đợc độ
bền nhiệt và độ bền điện động.
- Điện trở tiếp xúc và ổn định độ rung không vợt quá giá trị cho phép.
b. Chọn nam châm điện:
Theo nguyên lý truyền động điện từ thì nam châm có dạng nắp hút chập
hay hút quay. Qua phân tích ta chọn nam châm, nam châm kiểu hút chấp có
các tính năng nh sau:
+ Lực hút điện từ lớn.
+ Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu truyền động, nó quyết định tính
năng làm việc cũng nh kích thớc của rơle.
+ Từ thông số không đổi trong quá trình nắp chuyển động.
+ Từ dẫn khe hở không khí không lớn.
+ Đặc tính lực hút gắn với phản lực .
+ Vòng ngắn mạch.
c. Chọn khoảng cách cách điện:
Khoảng cách cách điện trong rơle nói riêng và trong các loại khí cụ
điện nói chung đóng một vai trò hết sức quan trọng. Nó ảnh hởng đến kích th-
ớc, độ tin cậy, tuổi thọ và khả năng làm việc của các thiết bị. Khoảng cách
cách điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Điện áp định mức.
+ Môi trờng làm việc.

+ Độ bền nhiệt của các vật liệu trong rơle.
- Điện áp cách điện giữa các pha và các pha với đất theo bảng 1-2 TL2
chọn khoảng cách cách điện giữa các pha l
cd
= 10 (mm).
SV: Trần Anh Tuấn
9
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II. Tính toán và kiểm nghiệm mạch
vòng dẫn điện
I. Giới thiệu kết cấu mạch vòng dẫn điện
Trong các loại khí cụ điện nói chung và rơ le trung gian nói riêng. Mạch
vòng dẫn điện đóng vai trò quan trọng, nó cùng với nam châm điện, khâu
truyền động trung gian, và các bộ phận kết cấu khác cấu thành một rơ le hoàn
chỉnh.
Trong rơ le trung gian, mạch vòng dẫn điện là kết cấu của nhiều bộ
phận khác nhau cấu tạo thành. Nó bao gồm, thanh dẫn động, thanh dẫn tĩnh,
tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm, dây nối mềm, đầu nối ra.
Thanh dẫn tĩnh
Tiếp điểm tĩnh
Tiếp điểm động
Thanh dẫn động
Đầu nối
Dây dẫn mềm
Hình 1.1. Kết cấu chung của mạch vòng dẫn điện.
Tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện của rơ le điện từ trung gian xoay
chiều kiểu kín, thực chất là tính toán thiết kế từng bộ phận cấu thành nó nh đã
nêu ở trên.
II. Thiết kế tính toán thanh dẫn
1. Các bớc tính toán thanh dẫn.

Tính toán thiết kế thanh dẫn bao gồm:
- Xác định tiết diện và chế độ làm việc cơ bản của nó ở chế độ dài hạn
và các chế độ khác.
- Tính toán kiểm nghiệm tiết diện và kích thớc của nó ở chế độ làm việc
ngắn hạn và chế độ khởi động đối với rơ le trung gian là khả năng điều khiển
và dùng trong tự động hóa, các chế độ sự cố nh ngắn mạch xảy ra với các thiết
bị phân phối năng lợng.
- Lựa chọn dạng và kết cấu thanh dẫn trên cơ sở các thông số đã tính
toán.
2. Tính toán thanh dẫn động
Thanh dẫn động, thực hiện chức năng đóng hay mở tiếp điểm, truyền
chuyển động, mang điện truyền tải, do đó nó phải đảm bảo tính dẫn điện, độ
bền cơ khí, khả năng tản nhiệt, mức độ phát nóng phải phù hợp. Với các loại
SV: Trần Anh Tuấn
10
Đồ án tốt nghiệp
rơ le trung gian điều khiển dùng trong tự động hóa hiện nay, ngời ta thờng
dùng vật liệu là đồng phôt pho, có tính chất và các thông số kỹ thuật nh sau
(Tra theo bảng 2.22 của tài liệu [2] và đồ thị 1.11 của tài liệu [2]).
Ký hiệu
Bp06,5
Tỷ trọng
=8,9g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy T
nc
=1083
o
C
Điện trở suất ở 20

o
C
=0,01754.10
-6
.m
Hệ số nhiệt điện trở
=4,3.10
-3
1/
0
C
Độ dẫn điện
=3,9W/g
0
C
Nhiệt lợng nóng chảy 390J/g
Nhiệt dung C
p
=0,385J/g
0
C
Modul đàn hồi 4600.10
6
kG/cm
2
Hệ số nhiệt độ của nhiệt dung 10
-4
Nhiệt lợng bay hơi 2600J/g
Độ cứng H
B

=105B.kG/mm
Giới hạn đồ bền kéo

k
=550N/mm
2
Nhiệt độ ổn định cho phép 130
0
C
Độ tăng nhiệt cho phép 90
0
C
Với kết cấu rơ le trung gian, thanh dẫn động có kết cấu hình chữ nhật
đã chọn, để đảm bảo các chế độ hoạt động, độ bền theo yêu cầu, thanh dẫn
chữ nhật có chiều dài l. tiết diện chữ nhật có chiều dài a, và chiều rộng b nh
sau:
Hình 1.2: Kêt cấu thanh dẫn
a. Xác định kích thớc cơ bản.
Từ công thức Niutơn:
P = K
T
.S.T. (
ôđ
-
0
) = K
T
.S
T
.

ôđ
Cũng có thể biểu diễn công thức cân bằng nhiệt độ ở chế độ xác lập cho
mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt S
T
, chiều dài l, và chu vi là S
T
/l:
P = I
2
.R

.K
f
= K
T
.S
T
. (
ôđ
-
mt
)
Hay:
SV: Trần Anh Tuấn
11
a
b
Đồ án tốt nghiệp
).(S.K
S

K.l..I
mtdôTT
f
2
=
Trong đó:

R

: Điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ ổn định ()



: Điện trở xuất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định (m)


= P
0
.(1+.) =
20
.[1+.(-20)] =
mt
. [1+.(-
mt
)]


0
,
20

,
mt
điện trở xuất của vật liệu ở 0
0
C, 20
0
C, và nhiệt độ môi trờng
(m)

là hệ số nhiệt điện trở, của đồng là 0,0043 1/
0
C.

K
f
là hệ số tổn hao phụ đặc trng cho hiệu ứng gần và hiệu ứng bề mặt.
K
f
= K
bm
.K
g

K
bm
là hệ số phụ đặc trng cho hiệu ứng bề mặt.

K
g
là hệ số phụ đặc trng cho hiệu ứng gần.

Với dòng điện xoay chiều, chọn K
f
= 1,03ữ1,06, ở đây chọn K
f
= 1,05.

S là tiết diện của thanh dẫn S = a.b (mm
2
)

S
T
là tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn (mm
2
)

P là công suất tản nhiệt (W)

C
td
là chu vi của thanh dẫn C
td
= 2(a+b) (mm)


ôđ
là nhiệt độ ổn định của thanh dẫn
ôđ
=130

0
C


mt
là nhiệt độ môi trờng hoạt động thông thờng lấy
mt
= 40
0
C.

K
T
là hệ số tỏa nhiệt, K
T
= 6.10
-6
W/mm
2
.
0
C (Bảng 6-5 của tài liệu [2]).

I là dòng điện định mức, I = 5A

Tra bảng 6-2 của tài liệu [2] ta đợc:
P
20
= 0,01754.10
-3

mm
Do đó ta có:
P

= 0,01754.10
-3
[1+0,0043.(130-20)]
= 0,0258.10
-3
mm
Tiết diện thanh dẫn đợc tính theo công thức 2-4 của tài liệu [2] ta có:
S.C
td
=
2
f
T ôd
I P K
K


Tiết diện S = a.b, chu vi C
td
= 2(a+b). Do đó các cạnh a, b của hình
chữ nhật thanh dẫn động xác định nh sau:
SV: Trần Anh Tuấn
12
Đồ án tốt nghiệp
a.b.2.(a+b) =

2
f
T ôd
I P K
K
Hay:
b =
dôT
f
2
K)1n(n2
KPI


+
Trong đó n = a/b, nằm trong khoảng 5ữ10. Chọn n=10, I
đm
= 5A,
K
f
= 1,05, P

= 0,0258.10
-3
mm

ôđ
= 130-40 = 90
0

C ta đợc
mm0755,0
90.10.6).110.(10.2
05,1.10.0258,0.5
b
6
32
=
+
=
a = 10.b = 0,755 mm
Để thanh dẫn đạt yêu cầu về kỹ thuật và tính toán ta chọn kích thớc
thanh dẫn dựa trên việc chọn đờng kính tiếp điểm của thanh dẫn. Mà việc
chọn đờng tiếp điểm thanh dẫn phụ thuộc vào dòng điện định mức theo
bảng 2-15 TL[2]
Ta có: I
đm
= (2ữ5) A d
tđ
=(2ữ4)mm
Chọn d
tđ
= 3mm
Chiều rộng của thanh dẫn phải lớn hơn đờng kính tiếp điểm. Các
kích thớc trên đó phải thỏa mãn về độ bền cơ và bền điện, nên ta chọn
a = 5mm; b =
mm5,0
10
5
l

a
==
Tiết diện thanh dẫn động:
S = a.b = 2,5 mm
2
Chu vi thanh dẫn động:
C = 2(a+b) = 2(0,5+5) = 11mm
Mật độ dòng điện là:
2
td
mm/A2
5,2
5
S
I
J ===
b/ Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn
* Kiểm nghiệm lại nhiệt độ thanh dẫn
Từ công thức 2-4 của tài liệu [2]


2 2
f ôđ f
td
T ôd T ôđ mt
I P K I P (1 ( 0))K
S.C
K K ( )
+
= =

Do đó:
0
2
f td T mt
td ôđ
2
td T f
I P K SC K
SC K I P K

+
= =

SV: Trần Anh Tuấn
13
Đồ án tốt nghiệp
Trong đó:

S là tiết diện thanh dẫn, S = 2,5mm
2

C
td
là chu vi thanh dẫn C
td
= 11mm

P
0

là điện trở suất của thanh dẫn ở 0
0
C (mm)


td
là nhiệt độ hoạt động ổn của thanh dẫn với các thông số
kích thớc đã chọn. Trong công thức 2-4 của tài liệu [2] nó đóng vai trò
ôđ
Ta có:
mm10.0162,0
20.10.3,41
10.01754,0
)020(1
P
P
3
3
3
20
0



=
+
=
+
=
Nh vậy ta có:

2 3 6
0
tđ
6 2 3 3
5 .0,0162.10 .1,05 2,5.11.6.10 .40
43 C
2,5.11.6.10 5 .0,0162.10 .1,05.4,3.10


+
= =

Vậy ta có:

ôđ
= 130
0
C (theo đề bài) >
tđ
= 43
0
C
Nên thanh dẫn thỏa mãn về nhiệt độ ở chế độ dài hạn
*. Kiểm nghiệm lại chế độ làm việc ngắn mạch
Từ công thức 6-21 trong tài liệu [2]:
(**)AA
S
tI
S
t.I

dbn
2
bn
2
bn
2
nm
2
nm
==
Trong đó:

I
bn
= I
nm
là dòng ngắn mạch và cũng chính là dòng bền nhiệt (A)

T
nm
= T
bn
= là thời gian ngắn mạch và cũng chính là thời gian bền
nhiệt (s)

A
bn
, A
d
là hằng số tích phân với độ bền nhiệt và nhiệt độ dài (A

2
s/mm
4
). Trong đó đối với đồng A
bn
lấy ở
bn
= 300
0
C

S là tiết diện thanh dẫn S =2,5mm
2
Tra đồ thị 6-6 tài liệu [2] ta có:

bn
=300
0
C thì ta có A
bn
=4.10
4
(A
2
s/mm
4
)

ôđ
=130

0
C thì ta có A
bn
=2,1.10
4
(A
2
s/mm
4
)
Từ công thức (**) ta có:
bn
dbn
nm
t
AA
SI

=
Với t = 3s ta có [J] = 94A/mm
2
SV: Trần Anh Tuấn
14
Đồ án tốt nghiệp
Mà
3
nm
I
=
)A(199

3
10.1,210.4
5,2
44
=

=>
3
3
nm
2
t
I
199
J 79,6(A / mm )
S 2,5
= = =
Với t = 4s ta có
4
nm
I
=
)A(3,172
4
10.1,210.4
5,2
44
=

4
4
nm
2
t
I
172,3
J 68,92(A / mm )
S 2,5
= = =
Với t = 10s ta có [J] = 51 (A/mm
2
)
10
4 4
nm
4.10 2,1.10
I 2,5 109(A)
10

= =

10
10
nm
2
t
I
109
J 43,6(A / mm )

S 2,5
= = =
Ta lập đợc bảng so sánh giữa mật độ dòng điện bền nhiệt đã tính và
mật độ dòng điện bền nhiệt tiêu chuẩn của thanh dẫn
t(s)
J(Amm
2
)
t=3s t=4s t=10s
J
tt
79,6 68,9 43,6
[J] 94 82 52
Vậy thanh dẫn thỏa mãn điều kiện làm việc ở chế độ ngắn hạn.
* Kiểm nghiệm thanh dẫn động làm việc ở chế độ ngắn hạn
Điện trở thanh dẫn trên một đơn vị chiều dài (1mm) ở nhiệt độ
130
0
C là:
R
130
= R
20
[1+(-20)]

20
S
1
[1+(-20)]
Thay số ta có:

R
130
= 0,01754.10
-3
.
5,2
20
[1+0,0043.[130-20]
= 0,2067.10
-3

Tổn hao công suất ở chế độ dài hạn là:
P
dh
= I
dh
2
.R
130
= 25.0,2067.10
-3
= 5,1673.10
-3
W/mm
Hằng số thời gian phát nóng theo 6-13 trong tài liệu [2] là:
SV: Trần Anh Tuấn
15
Đồ án tốt nghiệp
SK
MC

T
T

=
Trong đó:

C
p
là nhiệt dung riêng của đồng phốt pho. C
p
= 0,385J/Kg.
0
C

M là khối lợng của vật phát nóng:
M = .S.l = 8,9.0,025.2 = 0,445g

S là tiết diện thanh dẫn, S = 2,5mm
2

là trọng lợng riêng của đồng phốt pho, = 9,8g/cm

l là chiều dài thanh dẫn, l = 20mm

K
T
là hệ số tỏa nhiệt của thanh dẫn tính:
dh
3
6 2 0

T
lm
P
5,1673.10
K 26,1.10 W / cm . C
S . 2.(2.0,05 2.0,5).90


= = =
+

Suy ra:
s262567
025,0.10.1,26
445,0.385,0
T
6
==

Độ tăng nhiệt ngắn hạn:


nh
T
nh ôđ
.[1 e ]

=
Chọn chế độ ngắn hạn có
nh

= 20s
Ta có:

20
0
262567
nh ôđ
.[1 e ] 90.[1 0,999923] 0,007 C

= = =
Độ tăng nhiệt ổn định khi công suất ở chế độ ngắn hạn là:

nh
0
ôđ
ôđ
/ T
90
1181102,4 C
0,0000762
1 e


= = =

Đối với với công suất cho phép ở chế độ ngắn hạn là:
nh
3
đh
nh

/ T
P
5,1673.10
P
0,0000762
1 - e


= =
= 67812 . 10
-3
W/cm
2
.
Dòng cho phép ở chế độ ngắn hạn là:

I
nh
đh
nh
T
I
5
572,74A
0,0000762
[1 e ]
= = =

Hệ số công suất quá tải ở chế độ ngắn hạn là:
nh

p
3
đh
P
67,812
K 13,12
P
5,1673.10

= = =
Hệ số quá tải dòng ở chế độ ngắn hạn là:
SV: Trần Anh Tuấn
16
Đồ án tốt nghiệp
nh
I
đh
I
572,74
K 114,548
I 5
= = =
Tính toán kiểm nghiệm:

ôđ
nh
ôđ ôđ
1181102,4
T T.In 262567In 20,008s
1181102,4 90

= = =


Nh vậy kết quả chọn và kết quả tính toán kiểm nghiệm ở trên là gần
đúng. Do đó thanh dẫn động có thể hoạt động tốt ở chế độ ngắn hạn.
3. Tính toán thanh dẫn tĩnh
Thanh dẫn tĩnh là bộ phận cắm trực tiếp với đế, có chứa cả tiếp điểm
để tiếp xúc với thanh dẫn động qua đầu nối.
Nh vậy là khả năng làm việc của thanh dẫn tĩnh ngoài độ bền về
điện, nó còn phải có độ bền về cơ, do đó ta có thể chọn thanh dẫn tĩnh nh
sau:
a = 5mm
b = 1mm
Khi đó tiết diện cắt ngang của thanh dẫn tĩnh là:
S
tdt
= a.b = 5.1 = 5 (mm
2
)
- Mật độ dòng qua thanh dẫn tĩnh là:
2
đm
tdt
I
5
J 1A / mm
S 5
= = =

- Chu vi thanh dẫn tĩnh P
tdt
= 2 (a+b)=12(mm)
Để đảm bảo tiếp xúc tốt với đế, ta mạ bạc vào thanh dẫn tĩnh, mặt khác
do thanh dẫn động có kích thớc nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền về điện và cơ
nên thanh dẫn tĩnh có kích thớc lớn hơn vẫn có thể đảm bảo các yêu cầu hoạt
động nh thanh dẫn động. Do đó các lựa chọn nh trên có thể thoả mãn trong tr-
ờng hợp thanh dẫn tĩnh.
III. Thiết kế tính toán tiếp điểm.
1. Chức năng của tiếp điểm.
Tiếp điểm trong các khí cụ điện đóng ngắt nói chung, các rơle trung
gian nói riêng, đều có chức năng đóng ngắt, truyền tải tín hiệu, công suất, điều
khiển, các thông số hoạt động của tiếp điểm rất quan trọng, nó xác định kích
thớc, phơng thức lựa chọn một rơ le trung gian.
2. Yêu cầu với các tiếp điểm.
Tiếp điểm cần thiết kế là tiếp điểm tĩnh và động của một rơ le trung
gian hoạt động ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi không xảy ra tiếp xúc
phải đảm bảo nhỏ hơn nhiệt độ cho phép là 130
0
C.
Nhiệt độ cho phép ở vùng tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ biến đổi tinh
thể cho phép của vật liệu làm tiếp điểm.
Đối với dòng điện lớn cho phép, nh dòng khởi động, dòng ngắn mạch,
tiếp điểm phải chịu độ bền nhiệt, độ bền điện động (do lực điện động gây ra).
SV: Trần Anh Tuấn
17
Đồ án tốt nghiệp
Hệ thống tiếp điểm rập hồ quang (nếu có) 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 trong giới hạn

cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và độ mòn cơ bé nhất, độ rung của
tiếp điểm phải không lớn hơn trị số cho phép.
Để cho ngắn gọn, ta chọn các công thức tính toán đối với trờng hợp tính
toán tiếp điểm là các công thức kinh nghiệm.
3. Chọn vật liệu làm tiếp điểm.
Để đảm bảo các yêu cầu của tiếp điểm về điện trở suất, điện trở tiếp xúc
nhỏ, ít bị ăn mòn, ít bị ô xi hoá, khó hàn dính, độ cứng cao và làm việc tốt với
dòng điện định mức I
đm
= 5A. Ta có thể chọn tiếp điểm là bạc kéo nguội với
các thông số kỹ thuật cho ở bảng 2-13 của tài liệu [2] và đồ thị 1.11 của tài
liệu [2] nh sau:
Ký hiệu CP 999
Tỷ trọng 10,5g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy

nc
= 961
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C

20
= 0,0159 . 10
-6
.m
Độ cứng

H
B
= (30ữ60) kG/mm
2
Độ dẫn nhiệt
= 4,16W/cm
0
C
Hệ số nhiệt điện trở
= 4.10
-3
1/
0
C
Kích thớc của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức và kích thớc
của thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh.
Đối với dòng điện 5A tra bảng 2-15 của tài liệu [2] ta chọn đờng kính
tiếp điểm là d = 4mm, chiều cao tiếp điểm tĩnh có dạng hút chập tức là một
pha chỉ có một chỗ ngắt.
Mô tả kết cấu tiếp điểm nh sau:
Hình 1.3. Kích thớc tiếp điểm
4. Tính lực ép tiếp điểm.
Lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm hoạt động ở chế độ dài
hạn và chế độ ngắn hạn với dòng điện lớn.
Theo tính công thức 2-17 tài liệu [2] ta có:
SV: Trần Anh Tuấn
18
Đồ án tốt nghiệp
F
tđ

= f
tđ
. I
đm
.
Trong đó:
I
đm
là dòng điện định mức của rơ le trung gian kiểu kín I
đm
=5A.
Chọn f
tđ
= 0,06 N/A (tra theo trang 57 tài liệu [2])
F
tđ
= 0,06 . 5 = 0,3N
5. Xác định điện trở tiếp xúc.
Điện trở tiếp xúc một chỗ ngắt R
tx
là một phần của mạch vòng dẫn điện.
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công
thức kinh nghiệm 2-25 tài liệu [2].
m
t
tx
tx
F
K
R

).102,0(
=
đ
Trong đó:
- F
tđ
là lực ép tiếp điểm F
tđ
= 0,3N.
- m là hệ số bề mặt tiếp xúc. Chọn dạng tiếp xúc là dạng tiếp xúc điểm
thì m = 0,5 (trang 59 tài liệu [2]).
- K
tx
là hệ số tiếp xúc, chọn K
tx
=0,06 .10
-3
(trang 59 tài liệu [2] )
Thay số vào ta đợc :
343,010.343,0
)3,0.102,0(
10.16,0
3
5,0
3
mR
tx
===

Vậy điện trở tiếp xúc tại 130
0
C là:
R
tx130
= R
tx20
. [1+2/3.. (130 20)]
= 0,343. (1 + 2 / 3. 0,004 . 110) = 0,44m
6. Điện áp rơi trên điện trở 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 đầu nối, điện trở của vật liệu
làm tiếp điểm là không đáng kể so với R
tx
. Vì vậy theo công thức điện áp rơi
trên điện trở tiếp xúc là:
U
tx
= T
đm
. R
tx
= 5.0,44 =2,2mV.
Nh vậy với giá trị U
tđ
= 2,2mV thì luôn thoả mãn yêu cầu về điện
áp rơi cho phép trên tiếp điểm các khí cụ điện điều khiển và phân phối
năng lợng đến 1000V trong đó tiếp điểm làm việc trong không khí là:
U
tđ

= 2 ữ 30mV.
7. Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm.
Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn dài
vô hạn, có tiết diện không tơng đối. Giả sử một đầu thanh tiếp xúc với thanh
dẫn khác và nguồn nhiệt đặt tại nơi tiếp xúc.
Theo công thức 2-11 tài liệu [2] ta có:
Tt
tm
Tt
m
mtt
KCS
RI
kSC
I

2

2
130
2
đ
đđ
đ
đ
đ
++=
SV: Trần Anh Tuấn
19
Đồ án tốt nghiệp

Trong đó: -
mt
là nhiệt độ môi trờng xung quanh:
mt
= 40
0
C.
- I
đm
là dòng điện định mức, I
đm
= 5A.
- S là tiết diện thanh dẫn động. S = 0,025 cm
2
.
- C
td
là chu vi của thanh dẫn. C
td
= 1,1 cm.
- K
T
là hệ số toả nhiệt ra, K
T
= 6.10
-4
W/cm
20
C
- R

tx
là điện trở tiếp xúc của tiếp điểm R
tx
= 0,44. 10
-3
.
-

130
là điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 130
0
C ta có:


130
=
20
.[1+.(-20)] = 0,0159.10
-4
[1+0,004.(130 20)]
= 0,02289 .10
-4
cm.
là độ dẫn nhiệt, = 0,416W/mm
20
C.
Ta có:
2 6 2 3
tđ
4

4
5 .2,289.10 5 .0,44.10
40
0,025.1,1.6.10
2 0,416.0,025.1,1.6.10



= + +
= 40 +3,45 + 2,1 = 45,6
0
C
Vậy theo 2-12 tài liệu [2] ta có:
=
tx


tđ
+


RI
txm
8
.
22
đ
Thay số vào ta đợc:
2 2 6
0

tx
4
(5 .0,44 .10 )
45,6 45,6 0,64 46,24 C
8.0,416.0,02289.10


= + = + =
Nh vậy
tx
= 46,24
0
C < [
tx
] = 180
0
C là nhiệt độ dạng tinh thể của vật
liệu làm tiếp điểm là bạc.
8. Xác định dòng điện hàn dính.
Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
đm
= 5A (xảy
ra khi quá tải, ngắn mạch, khởi động) nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy
do lực điện động dẫn đến khả năng bị 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 độ ổn định điện động là các thông số quan trọng đợc biểu
thị qua trị số dòng điện giới hạn hàn dính I
thhd
. Tại trị số đó sự hàn dính của
tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu có khả năng đủ để ngắt tiếp điểm.

Có hai tiêu chuẩn để đánh giá : Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị
hàn dính, trị số tới hạn của dòng điện hàn dính, các trị số này phụ thuộc vào
vật liệu làm tiếp điểm, và kết cấu chế độ làm việc của khí cụ điện.
Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định dòng điện hàn dính
bằng công thức 2-36 tài liệu [2].
I
hd
= K
hd
.
tđ
F
Với F
tđ
= 0,3N = 3.10
-2
kG.
K
hd
là hệ số hàn dính tra theo bảng 2-19 tài liệu [2].
SV: Trần Anh Tuấn
20
Đồ án tốt nghiệp
Chọn K
hd
=1000
Ta có:
I
hd
= 1000.

2
3.10

=173,2A
So với yêu cầu kỹ thuật ta có dòng điện ngắt mạch I
nm
là:
I
nm
=10.I
đm
= 10.5 = 50A
Nh vậy với dòng điện ngắn mạch là 50A, thì khi ngắn mạch, mạch
không thể nào hàn dính đợc do I
đm
= 50A < I
nmcp
= I
hđ
= 173,2A.
9. Độ ăn mòn tiếp điểm.
Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và ngắt mạch điện.
Sự ăn mòn của tiếp điểm đợc thể hiện qua việc giảm độ lún của kích th-
ớc (chiều cao) của tiếp điểm cũng nh giảm khối lợng hoặc thể tích của tiếp
điểm.
Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là sự ăn mòn về hoá học,
ăn mòn về cơ nhng chủ yếu là sự ăn mòn về điện gây nên cho tiếp điểm.
Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm rất phức tạp và thiếu chính xác, ở
đây ta chỉ dùng các công thức gần đúng để tính toán.
Sự ăn mòn của tiếp điểm thể hiện qua thời gian sử dụng ứng với số lần

đóng ngắt. Chúng đợc xác định theo công thức 2-48 tài liệu [2].
m m
đ ng đ ng
V V
N
V V g g

= =
+ +
Trong đó:
- V
m
cm
3
là phần thể tích của mỗi tiếp điểm cỡ 0,5ữ0,75 độ dày (chiều
cao) của tiếp điểm khi bị ăn mòn.
- V
đ
là thể tích mòn tính cho một lần đóng.
- V
ng
là thể tích tính cho một lần ngắt.
- g
đ
là khối lợng mòn riêng cho một lần đóng.
- g
ng
là khối lợng mòn riêng cho một lần ngắt.
- là khối lợng riêng của vật liệu làm tiếp điểm.
Ta có công thức 2-54 tài liệu [2]:

g
đ
+ g
ng
=10
-9
(K
đ
I
đ
2
+K
ng
I
ng
2
)K
kđ
.
Trong đó:
K
đ
, K
ng
(g/A
2
) là hệ số mòn khi đóng và khi ngắt. Tra trong đồ thị 2-16
tài liệu [2].
Với I
ng

= I
đ
=5A, ta đợc K
đ
= K
ng
= 0,45g/A
2
.
K
kđ
là hệ số không đồng đều, đánh giá độ mòn không đều của các tiếp
điểm. Với khí cụ điện xoay chiều K
kđ
= (1,1ữ 2,5).ở đây ta chọn K
kđ
=1,1 lần
độ mòn đều của tiếp điểm.
Nh vậy ta có:
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
. (0,45.10
2
+ 0,45.10
2
).1,1=0,99.10

-7
g.
SV: Trần Anh Tuấn
21
Đồ án tốt nghiệp
Vậy V
đ
+ V
ng
= (g
đ
+ g
ng
)/ =
5,10
10.99,0
7
=0,0943.10
-7
g
Thể tích cuả đôi cặp tiếp điểm là:
1.
4
4.
.
4
22

== h
d

V
= 12,56mm
3
Do đó:
3
6
m m
7
đ ng d ng
V V
12,56.10,5.10
N 1,33.10 lần
V V g g
0,99.10


.
= = = =
+ +
Ta thấy N = 1,33.10
6
> N
điện
= 10
6
. Nên kích thớc và tính toán lựa
chọn thỏa mãn độ bền điện.
Vậy thể tích bị ăn mòn trong qúa trình làm việc là:
V
m

= N
điện
. (V
đ
+ V
ng
) = 10
6
.0,094.10
-7
= 9,4.10
-3
cm
3
Ta có diện tích của cặp tiếp điểm là:
2 2
2
tđ
d (0,4)
S 0,1256cm
4 4

= = =
Vậy độ ăn mòn của tiếp điểm là:
mm748,0cm0748,0
1256,0
10.4,9
S
V
h

3
td
m
m
====

Với chiều cao h = 1mm, ta có h
m
/h =
mm748,0
1
748,0
=
nằm trong
phạm vi 0,5ữ0,75 nên kết cấu lựa chọn thỏa mãn.
10. Độ mở
Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp
điểm tĩnh ở trạng thái ngắt của rơ le.
Độ mở cần thiết phải đủ lớn để có khả năng rập hồ quang, song nó
không đợc lớn quá ảnh hởng tới kích thớc của rơ le.
Theo kinh nghiệm, 1mm có thể chịu đợc 3000V vì vậy ta chọn độ
mở của rơ le cần thiết là 3mm.
11. Độ lún
Độ lún của tiếp điểm là quãng đờng đi thêm đợc của tiếp điểm động
nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại. Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm
để có lực ép và trong qúa trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn nhng vẫn đảm
bảo tiếp xúc.
Vì vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ ăn mòn của tiếp
điểm mới có thể đảm bảo tiếp xúc tốt.
l = (1,5 ữ2).h

m
= 1,6.0,748 = 1,2mm
Nh vậy tiếp điểm đi đợc trong một hành trình là:
= 3 + 1,2 = 4,2mm
SV: Trần Anh Tuấn
22
Đồ án tốt nghiệp
IV. Đầu nối
Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu
không chú ý dễ bị h hỏng nặng trong vận hành nhất là với khí cụ điện có
dòng điện lớn và điện áp cao. Có thể chia làm hai phần.

Các đầu cực để nối với dây dẫn ngoài.

Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện.
Yêu cầu đối với các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện
định mức không đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích th-
ớc và lực ép tiếp xúc để điện trở tiếp xúc R
tx
không lớn, ít tổn hao công suất.
Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn
mạch chạy qua.
Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lợng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định,
khi khí cụ điện vận hành liên tục.
Chọn kết cấu mối nối có thể tháo rời đợc , dây dẫn đợc nối với đầu nối
thông qua mối hàn có tráng thiếc thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh. Ngoài
ra phần đầu nối phải bố trí hợp lý để không gây ảnh hởng tới yếu tố xung
quanh.
Với dòng điện I = 5A ta chọn mối nối tháo rời, và sử dụng loại vít M
2

bằng thép CT3 vậy có thể lấy d = 3mm.
Tiết diện của lỗ vít:
2
2
lv
mm065,7
4
3.
4
d.
S
2
===
Với dòng điện định mức I
đm
= 5A, tra trang 31 tài liệu [2] mật độ dòng
điện phần tiếp xúc đầu nối lấy J = 0,31A/mm
2
, tiết diện của bề mặt tiếp xúc đ-
ợc xác định theo công thức:
2
mđ
tx
mm13,16=
31,0
5
=
J
I
=S

Tổng diện tích tiếp xúc của vít:
S = S
tx
+ S
lv
= 7,065 + 16,13 = 23,19mm
2
.
Chọn chiều rộng của phần bắt bu lông là 4mm.
Chiều dài của phần bắt bulông xấp xỉ 6mm.
Lực ép đợc tính theo công thức:
F
tx
=100.16,13.10
-2
=16,13kG = 161,3N.
V. Dẫy dẫn mềm.
Để xác định đờng kính dây dẫn mềm, do chênh nhiệt ta có công thức:
2 cu f
T ođ
I . .K
S.P
K .

=

Do đó:
SV: Trần Anh Tuấn
23
Đồ án tốt nghiệp

2 3
2 cu f
ođ
6 2
T
I . .K
5 .0,0176.10 .1,05
1
S.P.K
6.10 . .d . . .d
4


= =

Trong đó :
- d là đờng kính dây dẫn mềm. Chọn d =2(mm).
- I là dòng điện định mức I
đm
=5A.
- S là diện tích của dây dẫn:
)(14,3
4
2.14,3
4
2
22
mm

d
S ===
.
- J là mật độ dòng điện qua dây dẫn:
)/(6,1
14,3
5
mmA
S
I
J ===
j < [j] = [2ữ4]A/mm thoả mãn thiết kế.
- P là chu vi của dây dẫn mềm P =.d = . 2 = 6,28mm.
-
cu
là điện trở suất của đồng,
cu
= 0,0176.10
-3
(mm)
Thay số vào ta có:




2 3
0
2 cu f
ođ
6 2

T
I . .K
5 .0,0176.10 .1,05
3,9 C
1
S.P.K
6.10 . .2 . . .2
4


= = =
Nh vậy nhiệt độ chênh lệch của dây dẫn là 15,63
0
C lúc đó nhiệt độ của
dây dẫn sẽ là :

ôđ
=
mt
+
ôđ
= 40 + 3,9 = 43,9
0
C
Vậy
ôđ
= 43,9
0
C < [
ôđ

] =130
0
C do đó đủ chỉ tiêu về lĩnh vực kỹ thuật.
Nhiệt độ mà ở đó nhiệt độ phát nóng không đợc lớn hơn trị số cho phép, phải
đảm bảo cách điện. Dây dẫn phải đủ độ mềm và chiều dài, để khi rơ le làm
việc không ảnh hởng tới quá trình đóng ngắt của tiếp điểm. Chọn chiều dài
dây dẫn 3cm.
SV: Trần Anh Tuấn
24
Đồ án tốt nghiệp
chơng iii: tính và dựng đặc tính cơ
I. Khái niệm
Đờng đặc tính cơ phản lực F
ph
= f() là tổng hợp đặc tuyến của các đờng
đặc tuyến của các lực gồm có:
- Lực ma sát F
ms
- Lực lò xo nh F
nh
- Lực lò xo tiếp điểm thờng đóng và thờng mở F
tđ
- Trong lực nắp mạch từ G
n
= G
đ
(coi trọng lợng của phần động chính là
trọng lợng của nắp nam châm điện).
ii. sơ đồ động
Đợc biểu thị ở hai trạng thái khác nhau = 0 và 0 ( = m + l).

0 ( = m + l) = 0
Trong đó:
: khe hở không khí giữa thân và phần ứng
G
đ
: trọng lợng phần động
F
đt
: lực hút điện từ
F
nh
: lực lò xo nhả
Iii. tính toán lò xo tiếp điểm
1. Tính chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm
Do thanh dẫn động cũng là lò xo tiếp điểm vì vậy lò xo tiếp điểm là
đồng phốt pho. Lò xo có dạng tấm phẳng có lực không lớn và độ võng cũng
nhỏ; lò xo bằng đồng phốt pho có điện trở nhỏ, độ bền cơ điện cao, có khả
năng chống ăn mòn tốt.
Các thông số của lò xo tiếp điểm.
Ký hiệu
bp0 6,5
Giới hạn đàn hồi 350 N/mm
2
Giới hạn mỏi cho phép khi uốn

u
= 350 N/mm
2
Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn

x
= 120 N/mm
2
Modul đàn hồi E = 110.10
3
N/mm
2
Modul trợt G = 42.10
3
N/mm
2
Điện trở suất
= 0,176.10
-6
m
SV: Trần Anh Tuấn
25
F
nh
l
nh
l
t
đđ
G
n
F
đt
0
F

nh
l
nh
l
đt
G
n
F
đt
0