THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU, GVHD Nguyễn Tiến Tôn.DOC

đồ án môn học
Lời nói đầu
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp
nông nghiệp nên việc sử dụng sản phẩm khoa học, kỹ thuật là rất quan
trọng .
Chính nhờ sự ứng dụng đó mà thúc đẩy nền kinh tế cho mỗi quốc gia
và trên toàn thế giới, đồng thời chúng cũng góp phần không nhỏ vào việc
tăng năng suất lao động, phục vụ đời sống sinh hoạt hành ngày của con ng-
ời, không nhng thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trờng
không có lợi cho con ngời và việc làm với tính chính xác cao.
Với việc u điểm nh vậy nên việc sử dụng khí cụ điện trong các
nghành tăng lên không ngừng. Mặt khác, các khí cụ điện ngày càng đợc cải
tiến và hoàn thiện, đồng thời việc nhiên cứu, chế tạo ra những khí cụ điện
là rất cần thiết cho mỗi sinh viên.
Trong thời gian vừa qua, đợc sự quan tâm hớng dẫn của thầy cô giáo
em đã phần nào hiểu đợc tầm quan trọng của môn học này .Với sự hớng
dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Tiến Tôn em đã hoàn thành đồ án môn
học này đúng thời gian quy định và làm đúng nội dung yêu cầu . em xin
chân thành cảm ơn .
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
1
đồ án môn học
Phần I : sơ lợc về công tắc tơ một
chiều
I . khái quát và công dụng :
Công tắc tơ một chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ
xa hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải.
Công tắc tơ điện một chiều dùng để đổi nối các mạch điện một
chiều, nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.
Công tắc tơ một chiều có các bộ phận chính nh sau :
- Mạch vòng dẫn điện ( gồm đầu nối, thanh dẫn, 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
II . yêu cầu chung đối với công tắc tơ điện một
chiều.
II. 1. yêu cầu về kỹ thuật.
Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận khi làm việc ở chế độ
sử dụng cố và định mức.
Đảm bảo độ bền cuả các chi tiết bộ phận cách và khoảng cách điện
khi làm việc với điện áp cực đại, kéo dài và trong điều kiện của môi trờng
xung quanh ( nh ma , bụi ) cũng nh khi có điện áp nội bộ hoặc quá điện
do khí quyển gây ra. Độ bền cơ tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện
trong thời gian giới hạn số lần thao tác thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ
định mức và chế độ sự cố.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
2
đồ án môn học
Đảm bảo khả năng đóng ngắt ở chế độ định mức và chế độ sử cố, độ
bền thông điện của các chi tiết, bộ phận.
Có kết cấu đơn giản, khối lợng và kích thớc bé.
II. 2 . Yêu cầu về vận hành.
Có độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài .Đơn giản
trong chế tác, dễ thao tác thay thế và sửa chữa phí tổn cho vận hành, tiêu
tốn năng lợng ít
II. 3 Yêu cầu về kinh tế, xã hội
Giá thành hạ tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho ngời vận hành,
đảm bảo an toàn trong lắp ráp và sửa chữa, có hình dáng và kết cấu phù
hợp, vốn đầu t cho chế tạo và lắp ráp ít.

III. Nguyên lý hoạt động và kết cấu chung của
công tắc tơ một chiều
Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận : cuộn dây và mạch từ, làm việc theo
nguyên lý điện từ gồm mạch từ dùng để dẫn từ nó là thép đúc hình chữ U
một phần đợc gắn chặt với đế phần còn lại đợc nối với hệ thống qua hệ
thống thanh dẫn .
Cuộn dây hút có điện trở và điện kháng rất bé. Dòng điện trong cuộn
dây không phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi.
Khi ta đặt điện áp vào hai đầu cuộn dây nam châm điện sẽ có dòng
điện chạy trong cuộn dây, cuộn dây sinh ra từ thông khép mạch qua lõi
thép có dòng đIện và khe hở không khí tạo lực hút điện từ kéo nắp ( phần
ứng ) về phía lõi. Khi cắt điện áp ( dòng điện ) trong cuộn dây thì lực hút
điện từ không còn nữa và nắp bị nhả ra.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
3
đồ án môn học
Phần II : yêu cầu thiết kế và lựa chọn
phơng án kết cấu.
I. yêu cầu thiết kế
Thiết kế công tắc tơ một chiều một pha kiểu điện từ có các thông số.
Tiếp điểm chính : I
đm
= 80A; U
đn
= 250v
Số lợng : 1 thờng mở . 0 thờng đóng
Tiếp điểm phụ : I
đm
= 5A ; U
đn

= 250V
Số lợng : 0 thờng mở . 0 thờng đóng
Nam châm điện : U
đm
= 220V
Tần số thao tác : 500 lần đóng ngắt / giờ
Tuổi thọ : cơ : 10
5
, điện : 0,5.10
5
lần đóng ngắt
Làm việc liên tục : cách điện cấp B
II lựa chọn ph ơng án kết cấu.
Chọn loại công tắc tơ một chiều có tiếp điểm ngón để tiếp điểm đỡ
bị mòn, giảm điện trở tiếp xúc, tiếp điểm có tiếp xúc đờng bị đóng, ngắt
tiếp điểm động có thể làm trợt trên bề mặt của tiếp điểm tĩnh để cạo đi lớp
màng mỏng ô xít xem dẫn điện bám, trên đó dịch chuyển điểm cháy hồ
quang ra xa bề mặt công tác cuả tiếp điểm.
Buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp kết hợp cuộn dây thổi từ. Buồng
dập hồ quang đợc làm bằng amiăng gồm hai nửa có một chỗ lồi chỗ lõm
ghép lại tạo thành một hộp có đờng khe quanh co bề rộng , khe nhỏ hơn đ-
ờng kính hồ quang nên gọi là khe hẹp. Sự kết hợp buồng dập hồ quang khe
hẹp với cuộn dây thổi từ . Cuộn dây thổi từ có tác dụng tạo ra từ trờng H
tác dụng lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện động F kéo dài hồ quang,
đẩy hồ quang vào đờng khe quang co của buồng dập hồ quang, hồ quang
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
4
đồ án môn học
vừa tiếp giáp sát vào thành buồng dập hồ quang, vừa bị kéo dài trong đờng
khe quanh co, nên dễ bị dập tắt. Thờng cuộn dây thổi từ đợc mắc nối tiếp

với tiếp điểm cắt do đó dòng điện càng lớn thì lực điện động càng lớn . Nếu
dòng điện đổi chiều thì từ trờng cũng đổi chiều, lực điện động không bị đổi
chiều dòng điện nhỏ nhất có thể dập tắt hồ quang một cách chắc chắn bằng
1/4 dòng định mức của cuộn dây thổi từ.
Nam chân điện kiểu hút chập của cuộn dây có công suất 20 25 W
Có khả năng làm việc chuẩn xác trong phạm vi điện áp dao động từ
85% - 105% U
đm
Thời gian tác động cuả công tắc tơ khoảng 0,08 0,1s
Thời gian nhả 0,03-00,04s
điện áp nhả 0,05-0,1U
đm
sơ đồ động
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
5
đồ án môn học
Phần III: Tính toán mạch vòng dẫn điện
I. khái niệm về mạch vòng đẫn điện
Mạch vòng đẫn điện cuả khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về
hình dáng, kết cấu và kích thớc hợp hành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh
dẫn, dầu nối, hệ thống tiếp điểm ( giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động, tiếp
điểm tĩnh )
II. yêu cầu đối vơí mạch vòng dẫn điện .
Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt
Bền với môi trờng
Có độ cứng vứng tốt
Tổn hao đồng nhỏ
Có thể làm việc đợc trong một khoảng thời gian nhắn khi có sự cố
Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp
III 1 . Yêu cầu đối với thanh dẫn.

Có độ bền cơ khí cao
Có khả năng chịu đợc ăn mòn hoá học, ít bị ôxi hoá
Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đập
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
III. 2 . Chọn vật liệu
Để thoả mãn yêu cầu đối với thanh dẫn . Chọn vật liệu thanh dẫn
đồng CAĐINI kéo nguội có:
Tỉ trọng : 8,9 g/m
3
Nhiệt độ nóng chảy : 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C : 2,3. 10
-3
Độ dẫn nhiệt : 0,39 Ws/cm
0
C
Độ cứng Briven : 95 - 110kg/mm
Hệ số nhiệt điện trở : 0,0043 1/
0
C = 4. 10
-3
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
6
đồ án môn học
III. 3 Hình dạng thanh dẫn
Thanh dẫn hình chữ nhật
A: chiều rộng thanh dẫn

B: chiều dày thanh dẫn
S: tiết diện thanh dẫn
III. 4 Tính toán thanh dẫn ở chế độ dài hạn
Bề dày thanh dẫn đợc xác định:
( )
)(
1 2

3
2
mmfod
Knn
KI
b
t



+
=
Trong đó :
I : dòng điện làm việc ( A )
P
0
: điện trở suất cuả vật liêụ ở nhiệt độ ổn định (
m
)
K
f
: Hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiểu ứng bề mặt và

hiệu ứng gần. Đối với dòng đIện một chiều K
f
= 1.
N : tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dày thanh dẫn . Chọn n = 6
K
T
: Hệ số tản nhiệt ra khống chế . Chọn K
T
= 5 ( W/ m
2
0C)
[ bảng 6 - 5 TKKCDDHA )
độ tăng nhiệt ổn định = 65
0
C [ Bảng 6 1 TKKCĐHA ]
* Bề rộng thanh dẫn đợc xác định
a = n . b ( mm )
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
7
đồ án môn học
* Điện trở suất cuả vật liệu ở nhiệt độ ổn định ( 0 = 105
0
C )
Trong đó :
( )
m= 20


: điện trở suất cuả vật liệu ở nhiệt độ 0 = 20
0

C và p
0=20
= 1,8 .
10
-8
[Bảng 2 - 13 TKKCĐHA ]
hệ số nhiệt điện trở cuả đồng = 0,0043

ôđ
(
0
C ) nhiệt độ ổn định

ôđ
= 105
0
C [ bảng 6 1 TKKCĐHA ]
( )
[ ]
33
105
10.46,520105.0043,0110.4

=
=+=


* kích thớc thanh dẫn làm việc với I
đm
= 80A

( )
108,0
65.5.166.2
10.46,5.80
3
32
=
+
=

b
( mm)
a = n .b = 6 . 1 = 6 mm
Để phù hợp chọn:
a = 8 mm
b = 1mm
vậy ta có tỉ lệ :
n =
8
1
8
==
b
a
III. 5 kiểm tra thanh dẫn
Quá trình kiểm tra nhằm xác định xem với tiết điện tính toán và lựa
chọn có đảm bảo đợc độ tăng nhiệt, nhiệt độ ổn định cho phép khi thanh
dẫn làm việc ở chế độ dài hạn hay không .Đồng thời kiểm tra khả năng quá
tải của thanh dẫn ở chế độ không ổn định nhiệt ( chế độ ngắn hạn hay chế
độ ngắn mạch ) mà tại đó thanh dẫn không bị biến dạng hay tính chất của

vật liệu làm thanh dẫn vẫn ở điều kiện cho phép
Kiểm tra khi làm việc ở chế độ dài hạn
Kiểm tra độ tăng nhiệt độ :
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
8
( )
[ ]
201.
2001050
+=
== od

đồ án môn học
Trong đó :
( )
( )
C
nK
bnJ
T
od
0
6
32
105
2
656,46
10.18.5.2
8.1.10.46,5.31,0
1 2

<=
+
=
+
=


=



J : mật độ dòng điện của thanh dẫn: lấy j = 0,31
S : điện tích thanh dẫn
S = a.b + 8 . 1 + 8 ( mm
2
)
* kiểm tra nhiệt độ ổn định
Trong đó :


mt
: nhiệt độ môi trờng ( lấy
C
mt
0
40=

)
* Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn hạn :

Chế độ ngắn hạn là chế độ mà thanh dẫn làm việc trong thời gian
ngắn. Khi độ chênh nhiệt độ cha đạt tới trị số ổn định thì đã nghỉ ( tức là
cha lợi dụng hết khả năng chịu nhiệt của vật liệu ) . Do đó ta có thể nâng
phụ tải lên để khí cụ điện ứng với thời gian làm việc mà tại đó khí cụ điện
vùa đạt tới độ tăng nhiệt cho phép.
Để thuận tiện cho việc tính toán kiểm nghiệm . Kiểm tra thanh dẫn
có chiều dài 1 cm , thời gian làm việc ngắn hạn t
nh
= 3 sec, nhiệt độ là
105
0
C
* Điện trở của 1cm thanh dẫn ở nhiệt độ 105
0
C là :
( )
[ ]
( )
[ ]
20.1 20.1.
2020105
+=+=
===
odod
ISRR


=
( )
[ ]

5
4
9
10.83,620105.0043,01.
10.8
1
.10.4



=+
R
0 = 20
: điện trở của đồng ở nhiệt độ 0 = 20
0
C
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
9
)/(10
8
80
2
mmA
S
I
J
===
C
odmtod
0

6,866,4640
=+=+=

đồ án môn học
* Tổn hao công suất cho phép ở chế độ làm việc dài hạn.
P
dh
= I
2
dh
. R
0 = 105
= 80
2
. 6,83. 10
-5
= 0,437( W/ cm )
* hằng số phát nóng đợc xác định :
T=
TT
SK
MC
.
.
C : nhiệt dung riêng của đồng C = 0,39 J/g
0
C
S
t
: diện tích bề mặt làm nguộn của thanh dẫn dài 1cm : S

t
= D. L
D : Chu vi thanh dẫn . D = 2 ( a + b )
L : Chiều dài thanh dẫn . L = 1cm
M : Khối lợng thanh dẫn dài 1cm : ( g )
S
t
= D. L + 2 ( a + b ) . l = 2 ( 0,8 + 0,1 ) . 1 = 1,8 ( cm
2
)
M =
)(12,71.8.0.9,8 KGlS
==

Tỉ trọng của đồng
* Hằng số thời gian phát sóng
303
8,1.10.5
7.39,0
.
.
4
===

TT
SK
MC
T
( S )
* Độ tăng nhiệt ở chế độ ngắn hạn :

( )
nh
t
T
eTT
odnh


=
1.
Trong đó :
T
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định khi công suất ở chế độ ngắn hạn tính toán
ở t
nh
= 3sec;

(
)
Ce
nh
0
25,01.65
5
,6303
==


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

61
5
303
===
nh
P
t
T
K
* Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ ngắn hạn :
K
I
=
761 ==
p
K
* Công suất cho phép ở chế độ ngắn hạn:
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
10
đồ án môn học
P
nh
= K
p
. P
dh
= 61.0,437 = 26,7 ( W/ cm )
* Dòng điện ở chế độ ngắn hạn :
I
nh

= K
t
. P
dh
= 80. 7 = 560 ( A )
* Mật độ dòng điện ở chế độ làm việc ngắn hạn :
J
nh =
( )
2
/70
8
560
mmA
S
I
nh
==
*Kiểm tra thời gian làm việc liên tục cho phép ở chế độ ngắn hạn
*Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch .
Độ bền nhiệt của khí cụ điện là tính chất chịu đợc sự tác đụng nhiệt
của dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch nó đợcđặc trng bằng
dòng bền nhiệt là dòng điện bền nhiệt ở đó thanh dẫn cha bị biến dạng.
Để thuận tiện cho việc đánh giá ta xét giới hạn cho phép của dòng
điện và mật độ dòng điện bền nhiệt của thanh dẫn ở các thời gian ngắn
mạch.
T
nm
= 1 sec: 3 sec: 5 sec .
Giới hạn cho phép của dòng điện và mật độ dòng điện đợc xác định

theo công thức.
I
bn
= I
nm
= S. J
nm
J
bnh1
=
bn
dbn
t
AA
T
nm
= t
bn
: thời gian ngắn mạch ( sec )
A
d
: A
bn
= A
nm
: giá trị ứng với giới hạn dới và trên là 0
d
: 0
nm
Theo ( H6 6 TKKCĐHA ) ta có : A

d
= 1,4 . 10
4

A
bn
= 3,75 . 10
4
A
2
s / mm
4
S : tiết điện vật dẫn ( mm
2
)
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
11
sec3
25,065
65
ln.303.
=







=

nhod
od
nh
LnTt


đồ án môn học
Theo điều kiện 0
od
= 65 + 40 = 105
0
C
Nhiệt độ cho phép đối với đồng 0
bn
= 300
0
C
Mật độ dòng điện khi t
nm
= 1 sec

J
bnh1
=
( )
( )
2
4
/8,484
1
10.4,175,3
mmA=

Mật độ dòng điện khi t
nm
= 3 sec
J
bnh1
=
( )
( )
2
4
/9,279
3
10.4,175,3
mmA=

Mật độ dòng điện khi t
nm
= 4 sec

J
bnh1
=
( )
( )
2
4
/4,242
4
10.4,175,3
mmA=

S
III. 6. Đánh giá và kết luận
ở chế độ dài hạn độ tăng nhiệt độ cho phép t
od
= 65
0
C , nhiệt độ ổn
định cho phép 0
od
= 105
0
C( bảng TKKCĐHA )
ở chế độ ngắn hạn , mật độ dòng điện cho phép ở thời gian ngắn hạn t
nh
= 5
sec là 54 ( A/mm
2
)

ở chế độ ngắn mạch, mật độ dòng bền nhiệt cho phép đối với thanh
bằng đồng ở thời gian ngắn mạch 1 sec, 3sec, 4sec, là 162 A/mm
2
, 94
A/mm
2
, 82A/mm
2
Kết luận :
Với thanh dẫn có kích thớc a = 12mm, b = 2mm làm việc với dòng
điện I
dm
= 80A. Có độ tăng nhiệt độ, nhiệt độ làm việc và mật độ dòng điện
dài hạn tính toán . Hoàn toàn có khả năng làm việc tốt ở các chế độ dòng
điện dài hạn và chế độ ngắn hạn . Riêng ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn ,
thanh dẫn có kích thớc nói trên chỉ cho phép làm việc tối đa ở thời gian
ngắn mạch là 4 sec bởi khi làm việc vơi thời gian ngắn mạch t
nm
> 4 sec
mật độ dòng điện bền nhiệt lớn hơn mật độ dòng bền nhiệt cho phép,
không đảm bảo an toàn.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
12
đồ án môn học
IV. Đầu nối
IV . 1. Khái niệm và nhiệt vụ:
Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu
không chú ý dẽ bị h hỏng nặng trong vận hành, đầu nối gồm các đầu cực
để nối với dây dẫn bên ngoài và nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn
điện.

Đầu nối làm nhiệm vụ liên kết mạch ngoài với mạch vòng dẫn điện, đồng
thời làm nhiệm vụ liên kết các chi tiết của mạch vòng dẫn điện.
IV. 2. Yêu cầu :
Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức
không đợc tăng quá giá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và
lựuc ép tiếp xúc F
tx
đủ để điện trở tiếp xúc R
tx
không lớn, tổn hao công suất
bé.
- 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 vần hành liên tục.
IV. 3. Chọn dạng kết cấu
Qua phân tích các u nhợc điểm các dạng kết cấu mối nối. Chọn dạng
kết cấu mối nối tháo rời đợc bằng bu lông không dẫn điện, đợc chế tạo
bằng thép CT3 có mạ thiếc. Dạng kết cấu này phù hợp với hình dáng vật
liệu thanh dẫn và các yêu cầu kết cấu này phù hợp với hình dáng vật liệu
thanh dẫn và các yêu cầu kết cấu khác.
IV. 4 Đờng kính bu lông, số lợng bu lông :
Theo số liệu thực nghiệm ( Bảng 2-9, 2-10 TKKCĐHA )
đối với dòng điện I
đm
= 80 A/ Chọn bu lông có đờng kính ren d = 6mm
Các thông số :
- kí hiệu : M6
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
13

đồ án môn học
- Tiết diện tính toán : 16,7 mm
2
- Lực tính toán : 2,3 KN
- Lực ép cần lên chỗn tiếp xúc để đạt điện trở típ xúc và điện sap tiếp xúc
cho phép là :
F
tx
= f
tx
. S
tx
= 100. 2,58 = 258 ( kg ) = 2,58 ( kN )
Trong đó :
F
tx
( KG / cm
2
) : lực ép riêng trên mối nối. Chọn f
tx
= 100 KG/
2
S
tx
( cm
2
) điện tích bề mặt tiếp xúc
)(58,2
31
80

2
cm
j
J
S
dm
tx
===
J ( A/ mm
2
) : mật độ dòng điện chỗ tiếp xuc với I
đm
< 200A
chọn j = 0,31 ( A/ mm
2
) = 31 ( A/ cm
2
)
- số lợng bu lông : 1 bu lông
IV. 5 . Hình dạng kích thớc phần đầu nối .
Đờng kính trong của đầu nối : d = 8 ( mm )
Chọn dây dẫn mềm : đây dẫn mềm gồm nhiều sợi đồng nhỏ đờng
kính 0,31 mm ghép lại với nhau . Đối với dòng I
đm
= 80 A chọn tiết diện
dây dẫn mềm S = 25 mm ( bảng 2 3 TKKCĐHA )
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
14
đồ án môn học
Đầu nối điện ra ngoài chọn trụ đồng dẫn có ren có đờng kính ren d = 8 mm

V. Tiếp điểm
V. 1. Khái niệm và các yêu cầu chung về tiếp điểm
Tiếp điểm dùng để dẫn dòng, đồng thời thực hiện chức năng đóng
ngắt của các khí cụ điện đòng ngắt.
Yêu cầu :
Khi khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi 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 phải chịu đợc độ bền nhiệt độ và độ bền nhiệt động .
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 là nhỏ nhất
cuả tiếp điểm, độ rung cuả tiếp điểm không đợc lớn hơn trị số cho phép.
V. 2. Chọn dạng kết cấu hệ thống tiếp đIểm
Tiếp điểm hình ngón làm bằng CU Cd. Loại này có u điểm là tiếp
điểm xúc đầu không trùng với điểm tiếp xúc cuối có tác dụng cọ sát làm
sạch bề mặt , tăng độ tiếp xúc, mặt khác điểm dẫn điện khác với điểm chịu
hồ quang nên làm tăng độ bền cuả tiếp điểm.
Hình dạng tiếp điểm.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
15
đồ án môn học
V. 3. Chọn độ mở của tiếp điểm
Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp
điểm tĩnh ở vị trí cuả công tắc tơ . Công tắc tơ một chiều, dòng điện
I
đm
= 80 A chọn độ m = 10 mm
V. 4. Chọn độ lún

Độ lún l của tiếp điểm là quãng đờng đi thêm đợc của tiếp điểm động nếu
không có tiếp điểm tĩnh chặn lại. Độ lún đợc chọn theo dòng điện địng
mức đi qua tiếp điểm có công thức sau :
I = A + B . I
đm
A = 1,5 ( mm ) ; B = 0,02 ( mm/ A )
I = 1,5 + 0,02 . 80 = 3,1 ( mm )
Chọn = 4 ( mm) và m = 8 mm
* khoảng lăn : tạo sự lăn của tiếp điểm động trên tiếp điểm tĩnh, điểm làm
việc của tiếp đểm sẽ không trùng với tiếp điểm cháy của hồ quang. Chọn
khoảng lăn x = 6( mm )
* khoảng trợt : để tẩy sạch bụi bẩn gồ gề do hồ quang hoặc lớp ô xít tạo
nên chọ khoảng trợt y = 0,5 ( mm)
V. 5 Chọn vật liệu kích thớc tiếp điểm
Chọn vật liệu
* vật liệu dùng để làm tiếp điểm cần thoả mãn các yêu cầu sau :
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
16
đồ án môn học
- Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé
- Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt , nhiệt độ nóng chảy cao
- ít bị ô xi hoá
- khó hàn dính
- Độ cứng cao , ít bị ăn mòn cơ
- Đặc tính công nghệ tốt , giá thành hạ.
* Qua khảo ta chọn vật liệu là Cu-Cd kéo nguội có các thông số sau:
-Tỉ trọng : 8,9 ( g/m
3
)
- Điện trở suất ở nhiệt độ 20

0
C : 2,3 . 10
-8
- Độ dẫn nhiệt : 3,9 ( W/cm
0
C )
- Độ cứng Brien : 95 110 ( kg / mm )
- Nhiệt độ nóng chảy : 1038 (
0
C )
- Hệ số nhiệt điện trở : 0,0043 ( 1/
0
C )
- Tỉ trọng nhiệt : 0,39 ( Ws/ cm
0
C)
kích thớc tiếp điểm
Để phù hợp với kích thớc thanh dẫn , I
đm
. Kết cấu tiếp điểm kiểu
ngón , tần số đóng ngắt 500lần/giờ
Kích thớc tiếp điểm đợc tính toán nh sau :
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
17
đồ án môn học
Trớc hết ta quy đổi từ tiếp điểm hình trụ sang tiếp điểm kiểu ngón
Dựa vào bảng 2 15 TKKCĐHA với I
đm
= 80A tơng ứng có tiếp điểm
hình trụ với đờng kính d = 20mm. Với tiếp điểm kiểu ngón chọn bề rộng

tiếp điểm bằng bề rọng thanh daaxn
Ta có :
)(3.39
8.4
20.
.4
.
.
4
.
222
mm
a
d
cca
d
===

a : Bề rộng của tiếp điểm ; Chọn a = 8 ( mm )
c : Cát tuyến của cung tròn ( mm )
* Chọn chiều cao tiếp điểm h = 4 ( mm )
* tổng chiều dài của tiếp điểm chọn l
*
= 41 ( mm )
V. 6. lực ép, nhiệt độ, điện trở tiếp xúc và điện áp rơi
trên tiếp điểm ở chế độ làm việc dài hạn
Lực ép tiếp điểm
Lực ép tiếp điểm phải đảm bảo soa cho tiếp điểm làm việc bình th-
ờng ở chế độ dài hạn , mà trong chế độ ngắn hạn , dòng điện lớn nh mở
máy, quá tải, ngăn mạch Lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm

bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính do hồ quang khi tiếp điểm
bị đẩy và rung
Lực ép tiếp điểm lên một chỗ ngắt ( tiếp điểm kiểu ngón ) đợc xác
định nh sau :
* lực ép tiếp điểm đầu
Theo bảng quan hệ giữa lực ép tiếp điểm F và dòng điện I
đm
ta có :
Tiếp điểm chính :
Với I
đm
= 80 A chọn
F
1
= f. I
đm
mà f = 15
F
1
= 15 . 80 = 1200
Lực ép tiếp điểm cuối:
F
tdcc
= n . F
1
= 1 . 1200 = 1200 trong đó n là số tiếp điểm mở
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
18
đồ án môn học
F

tdcd
= 0,6. F
tdcc
= 0,6. 1200 = 720
* Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm .
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi cha phát nóng (

= 20
0
C)
( )
m
tdc
tx
Ctx
F
K
R
.102,0
0
20
=
=

Hệ số phụ thuộc điện trở suất

và ứng suất

của vật liệu đồng thời
phụ thuộc vào trạng thái bề mặt tiếp xúc. Đối với tiếp xúc đờng ( Đồng -

Đồng ) chọn K
tx
= 0,2. 10
-3
(
N

)
m : hệ số dạng bề mặt tiếp xúc đối với tiếp xúc đờng m = 0,7
Vậy ta có :
( )
)(10.7,2
720.102,0
10.2,0
5
7,0
3
20
0
==


= Ctxx
R

Điện trở của tiếp điểm khi làm việc ở chế độ phát nóng cho phép
( )

+=
==
20105.
3
2
1.
00
20105


CtxCtx
RR
= 2,7 . 10
-3
.
5
10.39,385.0043,0.
3
2
1

=

+
Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm:
U
tx
= I
đm
. R
tx0=105 C
U
tx
= 80. 3,39. 10
-5
= 2,7 . 10
-3
= 27 ( mV )
Nhiệt độ của tiếp điểm .
txmtxthdtd

++=
thd

: Nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn
C
odtdtx
0
26,61
==

td

: Nhiệt độ tiếp điểm (
0
C)
mtx

: Nhiệt độ mặt tiếp xúc (
0
C)
tx

: Nhiệt độ vùng tiếp xúc (
0
C)
* nhiệt độ bề mặt tiếp xúc
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
19
đồ án môn học
t
txdm
mtx
KSP
RI
2
.
105
2


=

=

: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu tiếp điểm ( W/ cm
0
C)
P : Chu vi mặt tiếp xúc giữa tiếp điểm và thanh dẫn ( cm )
S : Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tiếp điểm và thanh dẫn ( cm
2
)
K
t
: Hệ số tản nhiệt của bề mặt tiếp điểm . Chọn K
t
= 5 ( W/m
20
C )
Chu vi tiếp điểm :
- Chu vi mặt tiếp xúc giữa tiếp điểm và thanh dẫn
P = 2 ( a + m ) = 2 ( 8 + 22 ) = 60 ( cm )
- Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tiếp điểm và thanh dẫn
S = a . m = 0,8 . 2,2 = 1,76
C
mtx
0
4
5
029,0
10.5.76,1.6.9,3.2
10.39,3.80
==

- Nhiệt độ vùng tiếp xúc:
( )
C
U
C
tx
tx
0
6
2
3
105
2
9,2
10.14,3.8
10.27,0
8
0
===


=



Trong đó :
C

0
105=


: điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 105
0
C
( )
[ ]
20105.1.
00
20105
+=
==


CC
= 2,3 . 10
-8
. [ 1 + 0,0043 . ( 105 20 ) ] = 3,14 . 10
-8
C
0
105=


= 3,14 . 10
-8
(
m

) = 3, 14. 10
-6
(
m
)
* Nhiệt độ tiếp điểm .
19,649,20029,026,61
=++=++=
txmtxthdtd

(
0
C )
V . 7. Dòng điện hàn dính
Theo công thức thực nghiệm trị số dòng điện hàn dính đợc xác định
theo công thức sau:
I
dh
= K
dh.
)(147580720.5500 AF
tdc
==
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
20
đồ án môn học
K
hd
: Hệ số hàn dính của tiếp điểm trong khỏang thời gian của xung
dòng điện từ 0,055 sec với tiếp điểm kiểu ngón tự định vị K

hd
=
5500/kg
0,5
( bảng 2 19 TKKCĐHA )
V. 8. Sự rung của tiếp điểm
Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ
khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra hiện t-
ợng rung của tiếp điểm. Tiếp điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào
đó rồi lại tiếp tục va đập quá trình tiếp xúc rồi lại tách rời tiếp điểm động
và tiếp điểm tĩnh xảy ra sau một thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp
xúc ổn định, sự rung kết thúc.
Quá trình rung đợc đánh giá là trị số biên dộ rung X
m
của khoảng
đẩy lớn nhất đầu tiên và thời gin rung t
m
tơng ứng vói X
m
Đối với CTT tổng thời gian rung cho phép là t

= 1 5 ( ms )
V. 9. Sự ăn mòn tiếp điểm
Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt
mạch điện . Sự ăn mòn tiếp điểm thể hiện qua việc giảm độ lún , giảm kích
thớc của tiếp điểm cũng nh giảm khối lợng hoặc thể tích của kim loại tiếp
điểm.
Nguyên nhân gây ra ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hóa học, ăn
mòn về cơ , ăn mòn về điện . Nhng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn là do ăn
mòn về điện .

Khối lợng mòn trung bình của tiếp điểm cho một lần đóng ngắt:
G
đ
+ g
ng
= 10
-9
. ( K
đ
. I
2
d
+ K
ng
. I
ng
2
) . K
kđ
I
đ
: dòng điện khi đóng ngắt tiếp điểm . Chọn I
đ
= I
đm
= 80A
I
ng
: dòng điện khi ngắt tiếp điểm .Chọn I
ng

= 10.I
đm
= 10.80 = 800(A)
K
đ
, K
ng
:( g/A
2
) hệ số mòn khi đóng và ngắt chọn K
d
=K
ng
= 0,01(g/A
2
)
( bảng 2 21 TKKCĐHA )
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
21
đồ án môn học
K
kđ
: hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn không đều của các
tiếp điểm. Chọn K
kđ
= 2
Vậy g
d
+ g
ng

= 10
-9
. ( 0,01 . 80
2
+ 0,01 . 80
2
) . 2 = 1,29 . 10
-4
Khối lợng mòn về cơ sau 10
5
lần đóng ngắt:
( g
đ
+ g
ng
). 10
5
= 1,29 . 10
-4
. 10
5
= 129 ( g )
khối lợng mòn về cơ điện sau 0,5.10
5
lần đóng ngắt :
( g
đ
+ g
ng
).0,5. 10

5
=1,29. 10
-4
. 0,5. 10
5
= 645 ( g )
V . 10. kết luận và đánh giá lựa chọn
Với kích thớc, kết cấu của tiếp điểm kiểu ngón một chỗn ngắt
có các thông số sau:
Vật liệu làm tiếp điểm : Cu Cd kéo nguội
Chiều cao tiếp điểm 4 ( mn )
Bề rộng của tiếp điểm 8 ( mn )
Tổng chiều dài tiếp điểm 41 ( mn )
Lực : F
tddc
= 8 ( N )
F
tdd
= 9 ( N )
So sánh với các trị số cho phép :
Điện áp rơi trên tiếp điểm : U
tdd
= 2 - 30mV
nhiệt độ hóa mềm cho phép đối với đồng
cfhm

= 190
0
C
( bảng 2 - 18 TKKCĐHA )

Nhiệt độ làm việc cho phép của tiếp điểm
tdcf

= 105
0
C
Với kích thớc kết cấu nh trên tiếp điểm hoàn toàn có khả năng làm
việc tốt.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
22
đồ án môn học
Phần IV: Chọn hộp dập hồ quang
I . Khái niệm về hồ quang điện
Đối với các KCĐ , cầu dao , CTT Khi đóng, cắt mạch điện,
hồ quang phát sinh trên tiếp điểm. Nếu hồ quang cháy lâu, khí cụ điện
và hệ thống điện sẽ bị h hỏng .
Hồ quang điện là hiện tợng phóng điện trong khí hơi. Hồ quang
có mật độ dòng điện lớn từ ( 10
4
- 10
5
) A/ cm
2
, nhiệt độ cao và điện áp
rơi trên catốt từ ( 10 20 ) V . Một trong những đặc trng cơ bản của
hồ quang là sự phân bố điện áp hồ quang và cờng độ điện trờng E trên
dọc hồ quang. Cờng độ điện trờng E
0
ở catốt rất lới từ 10
5

10
6
V/cm
trong khi ở thân hồ quang cờng độ điện trờng
E
th
= 10 15V/cm.
Ngoài ra nhiệt độ và mật độ hồ quang không đều theo tiết điện
ngang cột hồ quang. ở tâm hồ , nhiệt độ và mật độ dòng điện đạt cực
đại và càng ra xa càng giảm dần.
II. Đặc điểm hồ quang điện một chiều
đặc tính U
hq
cắt đặc tính tải tại hai điểm A, B điểm A hồ quang
cháy không ổn định . Còn ở điểm B hồ quang cháy ổn định .
III. Điều kiện để dập tắt hồ quang điện một
chiều
Hồ quang điện một chiều sẽ tắt , nếu loại bỏ đợc điểm hồ quang
cháy ổn định ( điểm B ) nghĩa là đặc tuyến V A tĩnh của thiết bị
dập hồ quang U
hq
= f ( I
hq
) khi I
hq
= const cần phải nằm cao hơn đặc
tính tải, muối thế phải tăng chiều dài hồ quang để dập tắt hồ quang.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
23
đồ án môn học

IV. yêu cầu đối với hệ thống dập hồ
- Đảm bảo đợc khả năng đóng và khả năng ngắt , nghĩa là đảm bảo giá
trị dòng điện đóng I
đ
= 6. I
đm
= 6.80 = 480A và dòng điện ngắt
I
ng
= I
đm
= 80A
- Thời gian hồ quang cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị
dập hồ quang.
- Quá điện áp thấp
- kích thớc hệ thống dập hồ quang nhỏ , vùng khí ion hóa nhỏ , nếu
không nó có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần của thiết bị
và còn toàn bộ KCĐ
- có khả năng hạn chế ánh sáng và âm thanh
V. Chọn vật liệu và kết cấu buồng dập.
Vật lệu làm buồng dập hồ phải có khả năng chịu đợc nhiệt độ cao,
có tính cách điện cao và có khả năng chống ẩm.
- Để dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng thì mặt trong của buồng
dập phải có độ nhám bề mặt nhỏ nhất nghĩa là bên trong buồng dập
phải nhẵn .
Kết cấu và kiểu buồng dập.
Qua phân tích các dạng kết cấu và kiểu buồng dập chọn kiểu
buồng dập hồ quang là kiểu khe hẹp kết kết hợp cuộn dây thổi từ .
Buồng dập hồ quang đợc làm bằng vật liệu chịu nhiệt, cách điện
nh amiăng.

Cuộn thổi từ là cuộn dây đồng có lõi thép mạch từ hở , cuộn dây
đợc mắc nối tiếp với tiếp điểm chính của khí cụ điện . Dòng điện chạy
trong cuộn dây tạo ra một từ trờng , tác dụng của từ trờng lên dòng
điện hồ quang sinh ra lực điện động. Dới tác động của lực điện động ,
lực từ trờng của cuộn dây thổi từ, lực do chênh lệch áp suất . Hồ
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
24
đồ án môn học
quang bị đẩy vào khe hẹp của buồng dập, tiếp xúc với vách buồng
dập, vách thu nhiệt của hồ quang làm việc hồ quang giảm nhanh dẫn
đến hồ quang bị dập tắt.
Với kết cấu và kiểu buồng dập nh trên phù hợp với CTT có chế
độ làm việc nhẹ với tần số đóng ngắt là 500 lần đống ngắt / giời . I
đm
=
80A, tiếp điểm kiểu ngón một chỗ ngắt.
Thiết kế công tắc tơ đIện một chiều
25