Thương hiệu Việt Nam trên thị trường thế giới

Mục lục
Trang
Lời nói đầu ..2
Phần một :
Sơ lợc về công tắc tơ xoay chiều ..3
Phần hai :
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha
Ch ơng I : Yêu cầu thiết kế và chọn phơng án kết cấu ...4
Ch ơng II : Tính mạch vòng dẫn điện . . . .. .8
Ch ơng III : Đặc tính cơ . ..17
Ch ơng IV : Nam châm điện . . .20
Ch ơng V : Chọn buồng dập hồ quang .. 36
Ch ơng VI : Tính toán nhiệt và trọng lợng nam châm điện . .38
1
Lời nói đầu
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp -
nông nghiệp, nên việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ 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 góp một phần không nhỏ vào việc tăng năng
suất lao động, phục vụ đời sống, sinh hoạt hàng ngày của con ngời không những
thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trờng không có lợi cho con ngời
và làm việc với tính chính xác cao .
Với nhiều u điểm nh vậy nên việc sử dụng khí cụ điện trong nghành tăng
lên không ngừng. Mặt khác, các khí cụ điện ngày càng đợc cải tiến và hoàn
thiện, đồng thời việc nghiên cứu, chế tạo để tạo ra những khí cụ điện có nhiều u
điểm hơn nữa là cần thiết cho mỗi sinh viên.
2
Phần một :
Sơ lợc về công tắc tơ xoay chiều
1.Khái quát và công dụng:
Công tắc tơ xoay chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện

lực có phụ tải hoặc dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều. Nam châm của nó
là nam châm điện xoay chiều, nhng cũng có trờng hợp nam châm điện của nó là
một chiều.
Theo nguyên tắc truyền động ta có công tắc tơ kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực nhng
các khí cụ điện hiện nay (hay công tắc tơ hiện nay) thờng đợc chế tạo theo kiểu
điện từ.
2.Các bộ phận chính của công tắc tơ:
+ 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
3.Yêu cầu chung đối với công tắc tơ xoay chiều:
a.Yêu cầu về kĩ thuật:
Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ở
chế độ định mức và chế độ sự cố.
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 của môi
trờng xung quanh (nh ma, ẩm, bụi ) cũng nh khi có điện áp nội bộ hoặc quá
điện áp do khí quyển gây ra.
Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần
thao tác đã thiêt kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố.
Đảm bảo khả năng đóng, ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện
thông qua các chi tiết bộ phận.
Các yêu cầu kĩ thuật riêng đối với từng loại khí cụ điện.
Kết cấu đơn giản, khối lợng và kích thớc bé.
b.Yêu cầu về vận hành:
Lu ý đến ảnh hởng của môi trờng xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ, độ cao
Độ tin cậy cao.

Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài.
Đơn giản, dễ thao tác, sửa chữa, thay thế.
Tổn phí vận hành ít, tiêu tốn ít năng lợng.
c.Các yêu cầu về kinh tế, xã hội:
Giá thành hạ.
3
Tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho nhân viên vận hành (về tâm sinh lý, về cơ
thể )
Tính an toàn trong lắp ráp vận hành.
Tính thẩm mỹ của kết cấu.
Vốn đầu t khi chế tạo, lắp ráp và vận hành ít.
4.Nguyên lý hoạt động và kết cấu chung của công tắc tơ xoay chiều:
Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận: cuộn dây và mạch từ, chúng đợc phân bố thành
nhiều loại nh công tắc tơ kiểu điện từ hút chập, công tắc tơ kiểu điện từ kiểu hút
ống dây và công tắc tơ kiểu hút thẳng.
Tất cả các loại công tắc tơ trên đều làm việc theo nguyên lý điện từ gồm mạch
từ dùng để dẫn từ, nó là những lá thép kĩ thuật điện đợc dập hình chữ E hoặc U
và đợc ghép lại với nhau. Mạch từ đợc chia làm hai phần: một phần đợc kẹp chặt
cố định, phần còn lại là nắp đợc nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.
Khi ta đặt điện áp vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sẽ có dòng điện
chạy trong cuộn dây, cuộn dây sẽ sinh ra từ thông khép mạch từ qua lõi sắt 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.
Phần hai:
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha
Chơng I : Yêu cầu thiết kế và chọn phơng án kết cấu
I. Yêu cầu thiết kế:
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ có các thông số sau:
-Tiếp điểm chính : Iđm = 150 A ; Uđm = 400 V.

Số lợng : 3 tiếp điểm thờng mở.
-Tiếp điểm phụ : Iđm = 5 A.
Số lợng : 2 thờng mở ; 2 thờng đóng.
-Nam châm điện : Uđm = 380 V ; f = 50 Hz.
-Tần số thao tác : 300 lần đóng cắt / giờ.
-Tuổi thọ : cơ : 100.000 ; điện : 1.000.000 lần đóng cắt.
-Làm việc liên tục : cách điện cấp B.
Trong đó :
Uđm : điện áp định mức mà cuộn dây hút vẫn có thể làm việc.
Iđm : dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính và phụ trong chế
độ làm việc gián đoạn và lâu dài, nghĩa là ở chế độ này, thời gian công tắc tơ ở
trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ.
Công tắc tơ thiết kế đợc sử dụng ở vùng khí hậu nhiệt đới, lắp đặt trong phòng ở
nhiệt độ môi trờng mt = 40C và công tắc tơ phải chịu đợc tác động cơ học ở
4
mức trung bình, làm việc ở chế độ dài hạn, ngắn hạn và có thể đôi khi làm việc ở
chế độ sự cố.
II. Lựa chọn ph ơng án kết cấu:
Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp điều kiện công nghệ cho công tắc tơ thiết
kế phải tiến hành khảo sát công tắc tơ của một số nớc đang sử dụng trên thế giới.
Sau khi tham khảo hiện có ở thị trờng Việt Nam: Việt Nam, Liên Xô, Nhật Bản,
Hàn Quốc, Trung Quốc Em nhận thấy về cơ bản chúng đều có sự giống nhau:
- Kiểu hút thẳng, dạng hình chữ E; cuộn dây đặt ở cực từ giữa, vòng dây chống
rung đặt ở hai cực từ bên. Tiếp điểm dạng bắc cầu, một pha hai chỗ ngắt.
- Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ có buồng dập hồ quang riêng.
- Hệ thống phản lực: dùng lò xo nhả, đẩy phần động.
- Tháo nắp và sửa chữa đơn giản.
Vì vậy ta chọn kết cấu kiểu Liên Xô cũ: đơn giản, dễ thiết kế và chế tạo.
1.Lựa chọn hệ thống tiếp điểm chính và phụ:
Tiếp điểm là một phần quan trọng, nó ảnh hởng đến độ bền, sự h hỏng của công

tắc tơ. Tuỳ thuộc vào dòng điện định mức mà chức năng, kết cấu và tiếp xúc của
tiếp điểm trong CTT cũng khác nhau.
Yêu cầu đặt ra cho tiếp điểm là:
- Nhiệt độ phát nóng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn phải nhỏ
hơn chế độ cho phép. Với dòng điện lớn tiếp điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt
và điện động.
- Rtx nhỏ và ổn định, có độ rung không quá giá trị cho phép.
Nh vậy với tiếp điểm có Iđm =150A, ta phải chọn dạng tiếp xúc hình chữ nhật là
tiếp xúc mặt. Tiếp điểm động và tĩnh là dạng chữ nhật, tiếp điểm phụ có Iđmf=5A.
2.Lựa chọn hệ thống dập hồ quang:
Buồng dập hồ quang có tác dụng dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo
các yêu cầu sau:
- Bảo đảm khả năng đóng và khả năng cắt, nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng
điện ngắt ở dòng điện cho trớc.
- Thời gian cháy HQ, vùng ion hoá nhỏ, nếu không có thể chọc thủng cách điện
giữa các phần tử buồng dập HQ.
- Hạn chế ánh sáng và âm thanh.
Xét yêu cầu của đồ án ta chọn buồng dập HQ kiểu dàn dập, làm từ vật liệu sắt-
cacbon. Đơn giản trong tính toán bà đảm bảo khi làm việc.
3.Lựa chọn nam châm điện :
Theo nguyên lý truyền động điện từ thì có dạng NCĐ hút thẳng (nắp hút
thẳng); NCĐ hút quay (nắp hút quay). Sau khi qua thực tế và xem xét u nh-
ợc điểm của hai loại này ta chọn kiểu hút thẳng, dạng mạch từ hình chữ E
Ưu điểm:
- Lực hút điện từ lớn hơn.
- Tận dụng đợc tỷ trọng lớn của nắp.
5
- Khe hở không khí gữa nắp và lõi, giữa các tiếp điểm nhỏ.
- Dùng làm việc trong chế độ nhẹ, đặc biệt trong trờng hợp lò xo nhỏ, không đủ
khắc phục các loại lực cản,

Xét yêu cầu đề tài: Ta chọn NCĐ xoay chiều, mạch từ dạng chữ E hút
thẳng. Mạch từ làm bằng các lá thép kĩ thuật, Vì cần thiết kế 3 tiếp điểm
chính với Uđm=400V; Iđm=150A.
* Ưu điểm:
- Từ thông rò không đổi trong quá trình nắp chuyển động.
- Từ dẫn khe hở không khí không lớn.
- Lực hút điện từ lớn.
- Đặc tính lực hút gần giống đặc tính phản lực.
- Dễ dàng sử dụng tiếp điểm bắc cầu 1pha 2 chỗ ngắt.
Đơn giản trong tính toán và chế tạo.
4. Chọn khoảng cách cách điện:
Khoảng cách cách điện đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hởng đến kích thớc
của CTT và mức độ vận hành sao cho an toàn. Khoảng cách cách điện phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
- Điện áp định mức
- Môi trờng làm việc
- Quá trình dập tắt HQ
Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phơng pháp sau:
- Theo độ bền của các phản tử mang điện so với đất
- Theo độ bền làm việc các pha
- Theo độ bền làm việc ngay trong nội tại của CTT đối với các phần tử mang
điện
Nếu ta chọn khoảng cách cách điện quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu
khoảng cách quá lớn thì phải tăng kích thớc của CTT.
Đối với các pha lớn hơn điện áp giữa các phần tử mang điện đối với đất, hơn
nữa vỏ của CTT đợc làm bằng nhựa cứng do đó cách điện với đất tốt, làm
việc hoàn toàn an toàn. Do đó cách điện giữa các pha trong CTT là quan
trọng nhất, vì vậy ta phải xác định khoảng cách này.
Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phơng pháp độ bền điện giữa các
pha nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn điện đến hai phơng pháp kia

cũng đảm bảo độ an toàn khi làm việc.
Chú ý ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng 1-2 trang 14 với
Uđm=400V, Lcđ>5mm
Chọn Lcđ=12mm ; Lrò=20mm.
Khi thiết kế hình dạng cấu trúc cách điện cần tính đến tính chất vật liệu,
bụi, độ ẩm, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha. Để đảm bảo kích thớc
6
CTT và loại trừ khả năng bụi bẩn nên chọn kết cấu của cách điện theo dạng
có gờ, mái
5.Các chi tiết khác:
Ngoài ra, còn có các thanh dẫn động và tĩnh đợc làm bằng đồng, lò xo và
một số chi tiết khác. Những chi tiết này sẽ đợc tính toán cụ thể trong các phần
sau. 8
6.Sơ đồ đông:
1
2
3
m
4
5

6 7
Trong đó:
1.Giá phần động Ftđ = Flxtđ
2.Lò xo tiếp điểm Flxnh Flxnh
3.Tiếp điểm động
4.Tiếp điểm tĩnh
5.Nắp nam châm điện
6.Lò xo nhả G
7.Thân (lõi) mạch từ Fđt Fđt

8.Cữ chặn Ftđ
m : độ mở của tiếp điểm
l : độ lún của tiếp điểm
: Khe hở không khí
Flxtd : Lực lò xo tiếp điểm
Flxnh : Lực lò xo nhả
7
Ftd : Lực ép tiếp điểm
Fđt : Lực hút điện từ
G : Trọng lực phần động
Chơng II : Tính mạch vòng dẫn điện
Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình
dáng, kết cấu và kích thớc hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn
(thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh), đầu nối, tiếp điểm (giá đỡ tiếp điểm,
tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh).
Yêu cầu đối với mạch vòng dẫn điện:
- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt.
- Bền với môi trờng.
- Có độ cứng tốt.
- Tổn hao đồng nhỏ.
- Có thể làm việc đợc trong một khoảng thời gian ngắn khi có sự cố.
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp.
Ta cần phải xác định các kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn
điện. Tiết diện và các kích thớc của các chi tiết sẽ quyết định cơ cấu của
mạch vòng cũng nh của CTT xoay chiều 3 pha.
Sau đây ta sẽ tính toán cụ thể kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng
dẫn điện: thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm.
I. Tính toán và chọn thanh dẫn:
1.Yêu cầu đối với thanh dẫn:
- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt.

- 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.
2.Chọn vật liệu:
Chọn vật liệu thanh dẫn bằng Cu và có các tính chất sau:
Hệ số nhiệt điện trở : = 0,0043 (1/C)
Hệ số dẫn nhiệt : = 393 (W/mC)
Điện trở suất ở 20C :
20
= 1,74.10
-8
(m)
Nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn : cp = 95C.
Nhiệt độ môi trờng : o = 40C.
Điện trở suất của Cu ở cp :

=
20
(1 + .(cp - 20))
= 1,74.10
-8
(1 + 0,0043*75)
= 2,18.10
-8
(m)
Chọn kết cấu của thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật a,b
Theo công thức (2-6) trang 19 sách TKKCĐHA ta có:
8
b =

3
2
).().1.(.2
..
ocpT
f
Knn
KI



+
Trong đó :
I = Iđm = 150A
n=
b
a
: hệ số hình dáng, chọn n=8.
K
f
: hệ số tổn hao phụ; K
f
= 1,03 ữ 1,06.
K
T
: hệ số toả nhiệt ; K
T
= 6 ữ 12 (W/m
2
C)

Chọn K
f
= 1,04; K
T
= 7 (W/m
2
C). Ta có :
b =
3
82
)4095.(7.9.8.2
04,1.10.18,2.150


= 2,09.10
-3
(m) = 2,09 (mm)
a = b .8 = 16,72 (mm).
Tuy nhiên để đảm bảo thanh dẫn động có thể chịu đợc phát nóng thì ta
lấy a=dtb+(1ữ2)mm. Với dtb là đờng kính tiếp điểm.
Từ Iđm = 150 (A) theo bảng (2-15) trang 51 sách TKKCĐHA ta có :
đờng kính tiếp điểm : d
tđ
= 20ữ 25 (mm). Chọn d
tđ
=22 (mm)
a = d
tđ
+ 2 = 24(mm)
b = a/8 = 3(mm)

Tiết diện thanh dẫn : S = a . b = 24*3 (mm
2
) = 72.10
-6
(m
2
)
Chu vi thanh dẫn : P = 2 .(a + b) = 54 (mm) = 54.10
-3
(m)
3.Kiểm nghiệm ở chế độ dài hạn:
Mật độ dòng điện : Jdh =
S
I
dm
=
72
150
= 2,08 (A/mm
2
)
Mật độ dòng điện dài hạn cho phép ; Jdhcp = 1,5 4 (A/mm
2
)
mật độ dòng điện trong giới hạn cho phép.
Theo công thức (2-4) trang 18 ta có:
SP =
)(
).1(.
.

..
22
mttdf
ftdodm
odT
fdm
K
KI
K
KI






+
=
Nhiệt độ thanh dẫn td =


.....
.....
2
2
fodmT
mtTfodm
KIKPS
KPSKI

+
Với
m
o
=
+
=

=


8
8
20
10.6,1
20.0043,01
10.74,1
.1



td =
0043,0.04.1.10.6,1.1507.10.54.10.72
7.40.10.54.10.7204,1.10.6,1.150
8236
3682



+

td =57,1 C
td < cp = 95C
Vậy thanh dẫn thoả mãn điều kiện về nhiệt độ ở chế độ làm việc định mức.
9
4.Kiểm nghiệm ởchế độ ngắn mạch:
Đặc điểm ở chế độ ngắn mạch:
- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn.
- Thời gian tác động nhỏ
Độ bền nhiệt của KCĐ là tính chất chịu đợc sự tác dụng nhiệt của dòng điện
ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch, nó đợc đặc trng bằng dòng bền nhiệt
(dòng điện mà 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 ở thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch :
tnm = 3(s); tnm= 4(s); tnm = 5(s);
Với điều kiện nhiệt độ ban đầu đ

= cp = 95 C.
Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch nm = 300 C.
Tra đờng cong phát nóng của đồng khi có dòng ngắn mạch (đồ thị hình 6-6
trang 313 sách TKKCĐHA) ta có :
Ađ = 1,52.10
4
(A
2
.s/mm
4
) ; Anm = 3,75.10
4
(A
2

.s/mm
4
)
Theo công thức (2-61) trang 93 sách TKKCĐHA ta có :
Jnm =
t
AA
nm
dnm

Trong đó
Anm : Hằng số tích phân ứng với nhiệt độ ngắn mạch.
Ađ : Hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu.
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 3 (s) :
Jnm1 =
3
10).52,175,3(
4

= 86 (A/mm
2
).
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 4 (s) :
Jnm1 =
4
10).52,175,3(
4

= 74,6 (A/mm
2

).
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 5 (s) :
Jnm1 =
5
10).52,175,3(
4

= 66,8 (A/mm
2
).
Nh vậy mật độ dòng điện ngắn mạch ở các thời gian trên đều nhỏ hơn mật độ
dòng ngắn mạch cho phép
II.Đầu nối:
Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của KCĐ, nếu không chú ý dễ hỏng
nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điện lớn và điện
áp cao.
Có thể chia đầu nối làm hai loại :
- Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài
10
b
a
S
tx
- Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện
Các yêu cầu đối với mối nối:
- Nhiệt độ các mối nối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mức không đ-
ợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và lực ép tiếp xúc
F
tx
đủ để điện trở tiếp xúc R

tx
không lớn, ít tổn hao công suất.
- Khi tiếp xúc mối nối 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.
Kết cấu của mối nối gồm có : mối nối có thể tháo rời đợc, không thể tháo rời đ-
ợc, mối nối kiêm khớp bản lề có dau nối mềm hoặc không có dây nối mềm. ở
đây ta chọn mối nối có thể tháo rời đợc và bằng bu lông
Với dòng điện định mức I
đm
=150A theo bảng 2-10 trang 33 sách TKKCĐHA ta
chọn bu lông bằng thép CT3 có đờng kính hệ ren mm M8 x 25
Diện tích bề mặt tiếp xúc : S
tx
=
tx
dm
j
I
Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòng điện định mức
I
đm
< 200A thì có thể lấy mật độ dòng điện j
tx
= 0,31 A/ mm
2
S
tx
=

=
31,0
150
483,9(mm
2
)
Lực ép tiếp xúc : F
tx
= f
tx
.S
tx

Với f
tx
là lực ép riêng trên các mối nối, f
tx
= 100 ữ 150 kG/cm
2
Chọn f
tx
=100 kG/cm
2
.
F
tx
= 100.10
-2
.483,9 = 483,9 (kG) = 4839(N).
Theo công thức (2-25) trang 59 sách TKKCĐHA ta có :

Điện trở tiếp xúc :

m
tx
tx
F
K
).102,0(
R
tx
=
Với K
tx
=(0,09.10
-3
ữ0,14.10
-3
); chọn Ktx = 0,12.10
-3
; m = 1(do tiếp xúc mặt).
11

4839.102,0
10.12,0
R
3
tx

=
= 2,43.10

-7
()
Điện áp tiếp xúc : U
tx
= I
đm
.R
tx
= 150.2,43.10
-7
= 36,5. 10
-6
(V)
Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U
tx
]
cp
= 30 mV), nên
bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu.
III. Tiếp điểm:
1.Nhiệm vụ của tiếp điểm:
Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện
2.Yêu cầu đối với tiếp điểm:
- Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi không 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 và độ bền điện động. Hệ thống tiếp điểm dập hồ quang
phải có khả năng đóng ngắt cho phép không bé hơn trị số định mức.
- 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 bé nhất, độ rung của tiếp
điểm không đợc lớn hơn trị số cho phép.
3.Vật liệu làm tiếp điểm:
Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: Điện trở suất và điện trở tiếp
xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công
nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 150A.
Tra bảng (2-13) trang 45 sách TKKCĐHA ta chọn vật liệu bằng kim loại gốm
ký hiệu là KMK.A20M với các đặc tính :
Khối lợng riêng : = 9,5.10
3
kG/m
3
.
Điện trở suất ở 20
0
C :
20
= 0,028.10
-6
(m)
Độ dẫn nhiệt : = 3,25 (W/cm
0
C)
Độ cứng Briven : H
B
= 45 ữ 65 (kG/cm
2
)
Hệ số dẫn nhiệt điện trở : =3,5. 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 của thanh dẫn tĩnh.
Uđm = 400 (V) ; Iđm=150 (A) sử dụng loại tiếp điểm hình chữ nhật (cxd).
Tra bảng (2-16) sách TKKCĐHA ta chọn: c=25(mm); d=20(mm) và chiều cao
tiếp điểm h
tđ
=3(mm).
4. Lực ép tiếp điểm:
Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độ dài hạn,
mà trong chế độ ngắn hạn, dòng điện lớn, lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp
điểm không bị xảy ra h hỏng do lực điện động và không bị hàn dính khi tiếp
điểm bị đẩy và bị rung.
Theo công thức kinh nghiệm ta có :
12
F
tđ
= f
tđ
.I
đm
Tra bảng (2-17) trang 55 sách TKKCĐHA ta chọn f
tđ
= 10 G/A
F
tđ
=10.150 =1500 (G)=15(N).
5. Điện trở tiếp điểm:

R
td
=
m
td
tx
)F.102,0(
K
Trong đó:
F
tđ
= 15(N)
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm,
K
tx
= (0,2 ữ0,3).10
-3
, chọn K
tx
= 0,25.10
-3
Do tiếp xúc mặt nên chọn m = 1
Thay vào ta có:
R
tđ
=
15.102,0
10.25,0

3

= 1,63.10
-4
().
6. Điện áp tiếp điểm:
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 tử đầu nối, điện trở của các vật liệu làm
tiếp điểm là không đáng kể so với R
tđ
, vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp điểm
sẽ là:
U
tđ
= I
đm
.R
tđ
=150.1,63.10
-4
= 254.10
-4
(V)=25,4(mV).
Vậy điện áp tiếp điểm U
tđ
thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép
[U
tx
] = 2 ữ 30 (mV).
7. Nhiệt độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc:

Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, có tiếp điện
không đổi, giả sử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt xa
nơi tiếp xúc.
Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm :

tđ
=
mt
+
T
tddm
T
dm
PKS
RI
KPS
I
...2
.
..
.
22



+

Trong đó :
S là tiết diện của tiếp điểm : S = c.d = 500 (mm
2

) = 500.10
-6
(m
2
).
P là chu vi của tiếp điểm : P = 2(c+d) = 90 (mm) = 90.10
-3
(m).
-8-3-6
20
3,5410 .75)3,5.10(110.028,0))20(1(
=+=+=


Thay vào công
thức trên ta có :
13

tđ
=
7.10.90.10.500..325.2
10.63,1.150
7.10.90.10.500
10.54,3.150
40
36
42
36
82

++
= 48,26 C.
Nhiệt độ nơi tiếp xúc
8
24222
10.54,3.325.8
)10.63,1.(150
26,48
..8
.


+=+=



txdm
tdtx
RI
54,78
0
C.
8. Dòng điện hàn dính:
Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
đm
(quá tải, khởi
động, ngắn mạch ), nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động

dẫn đến khả năng 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 ổn
định điện động là các thông số quan trọng đợc biểu thị qua trị số dòng điện hàn
dính I
hd
, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra nếu cơ cấu
ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm.
Theo công thức (2-36) trang 67 sách TKKCĐHA ta có :
Ihdbd = Khd.
td
F
.
Hệ số hàn dính Khd đợc xác định qua bảng (2-19) trang 67 sách TKKCĐHA
Khd=2000(A/kG).
Ihd = 2000.
5,1
= 2449 (A).
Dòng điện ngắn mạch : Inm = 10 . Iđm = 1500 (A).
Ihd > Inm đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính.
9. Tính độ rung tiếp điểm và thời gian rung tiếp điểm:
Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơ khí
giữa tiếp diểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tợng rung tiếp điểm. Tiếp điểm
động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại và tiếp tục va đập, quá trình này
xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định, sự
rung kết thúc. Qúa trình rung đợc đánh giá bằng độ lớn của biên độ rung X
m
và
thời gian rung t
m
.

Tính độ rung tiếp điểm:
Theo công thức (2- 39) trang 72 sách TKKCĐHA ta có :
x
m
=
tdd
vod
F
Kvm
.2.3
)1.(.
2

Trong đó :
K
v
: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu. Chọn K
v
=0,9.
v
o
: vận tốc tiếp điểm ở thời điểm ban đầu ; v
o
=0,1 (m/s).
m
d
: khối lợng của phần tiếp điểm động.
m
d
=

g
mI
g
G
cdmd
.
=
.
Với m
c
là trọng lợng đơn vị: m
c
= 7ữ12(G/A). Chọn m
c
=10 (G/A).
Gia tốc trọng trờng g = 9,81 (m/s
2
).
14
m
d
=
81,9
10.150
= 152,9(Gs
2
/m).
F
tđđ
: lực ép tiếp điểm ban đầu tại thời điểm va đập :

F
tđđ
= (0,5 ữ 0,7) F
tđc
.
F
tđc
: lực ép tiếp điểm cuối thời điểm va đập :
F
tđc
= F
td
= 1500 (G).
F
tđđ
= 0,6.1500=900 (G).
x
m
=
900.2.3
)9.01.(1,0.9,152
2

= 2,83.10
-5
(m).
Thời gian rung tiếp điểm:
t
m
=

tdd
vod
F
Kvm
.3
1...2

=
900.3
9,01.1,0.9,152.2

= 3,6.10
-3
(s).
10. Chọn độ mở, độ lún tiếp điểm:
Chọn độ mở:
Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở
trạng thái ngắt của công tắc tơ
Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ mở lớn
thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng.Tuy nhiên khoảng cách quá lớn sẽ ảnh hởng
tới kích thớc của công tắc tơ
Theo kinh nghiệm với dòng I
đm
=150 (A) và điện áp U
đm
= 400 (V) ta chọn độ
mở m = 8 (mm).
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 cản lại

Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc tiếp
điểm sẽ bị ăn mòn. để đảm bảo tiếp điểm vẫn tiếp xúc tốt thì cần có một độ lún
hợp lý.
Chọn độ lún theo công thức kinh nghiệm với dòng điện I
đm
=150 (A) thì độ lún l
= 3 ữ 4 (mm). Chọn l = 4(mm).
11. Hao mòn tiếp điểm:
Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch điện.
Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hoá học, về cơ và về
điện trong đó chủ yếu là do quá trình mòn điện .
Khối lợng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là :
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
(K
đ
.
2
d
I
+ K
ng
.
2
ng
I

)K
kđ
Trong đó :
K
kđ
: hệ số không đồng đều, đánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm,
K
kđ
=1,1 ữ 2,5, chọn K
kđ
=1,5
15
K
đ
và Kng : hệ số mòn khi đóng và khi ngắt, tra bảng (2-21) trang 79 sách
TKKCDHA ta có :
K
ng
=K
đ
= 0,01 (G/A
2
)
I
đ
và Ing: dòng điện đóng và dòng điện ngắt
I
đ
=6.I
đm

= 6.150 = 800 (A)
I
ng
= I
đm
=150 (A)
g
đ
và g
ng
: khối lợng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
(0,01.800
2
+ 0,01.150
2
).1,5 = 9,94.10
-6
(G).
Sau 10
5
lần đóng ngắt về cơ, khối lợng mòn là :
G
m1
= 10

5
.(g
đ
+ g
ng
) = 10
5
.9,94.10
-6
= 0,994 (G).
Sau 10
6
lần đóng ngắt về điện, khối lợng mòn là :
G
m2
= N.(g
đ
+ g
ng
) = 10
6
.9,94.10
-6
= 9,94 (G).
Tổng khối lợng mòn là :
G
m
= G
m1
+ G

m2
= 0,994 + 9,94 = 10,934 (G).
Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt, tính cho một chỗ tiếp xúc :
G
m1
=
(G) 467,5
2
934,10
2
==
m
G
Thể tích mòn :
V
m
=
)(m 10.58,0
5,9
467,5
36
1

==

m
G

Thể tích ban đầu của tiếp điểm
V

tđ
=
)(m 10.5,110.3.25.20..
369

==
td
hdc
Lợng mòn của tiếp điểm sẽ là :
V
m
% =
%5,59%100.
10.5,1
10.58,0
%100.
6
6
==


td
m
V
V
12.Hệ thống tiếp điểm phụ:
Theo kinh nghiệm công tắc tơ xoay chiều, dòng điện Iđm = 5 (A) ta chọn độ mở
m = 10 (mm).
Độ lún l = 1,5 + 0,02.5 = 1,6 2 (mm).
Lực ép lên hệ thống tiếp điểm phụ :

Ftđpc = Iđm . ftđ. Trong đó chọn ftd = 10 (G/A).
Ftđpc = 5 . 10 = 50 (G) = 0,05 (kG) = 0,5 (N).
Ftđpđ = 0,6 . Ftđpc = 0,6 . 0,5 = 0,3 (N).
Chơng III : Đặc tính cơ
I.Lập sơ đồ động:
Xét trờng hợp xấu nhất là công tắc tơ đặt ngợc :
16