THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ XOAY CHIỀU 3 PHA.doc

Đồ án môn học Khí cụ điện
Trờng ĐHBK Hà Nội
Bộ môn TBĐ - ĐT
=== *** ===
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Nhiệm vụ thiết kế môn học
Họ và tên: Nguyễn Việt Anh.............................................................................
Lớp: Chuyển hệ Thiết Bị Điện - Điện Tử - K9.................................................
I. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều
II. Các số liệu ban đầu:
- Tiếp điểm chính: 3 thờng mở:
I
đm
= 30A U
đm
= 400V
- Tiếp điểm phụ: 2 thờng đóng, 2 thờng mở:
I
đm
= 5A U
đm
= 250V
- Điện áp điều khiển:
U
đk
= 250V, 50Hz
- Tuổi thọ:
N
đ

= 1,5*10
6
III. Nội dung các phàn thuyết minh và tính tóan
1. Chọn kết cấu
2. Tính mạch vòng dẫn điện
3. Chọn buồng dập hồ quang
4. Tính và dựng đặc tính cơ
5. Tính nam châm điện
IV. Các bản vẽ và đồ thị:
Tổng lắp ráp A1
V. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế
:........................................
Ngày hoàn thành : ........................................
Cán bộ hớng dẫn
Phạm Văn Chới
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
1
Đồ án môn học Khí cụ điện
Lời nói đầu
Đất nớc đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đang diễn ra mạnh mẽ. Để thực hiện đợc thì phải có các nguồn năng lợng, mà
điện năng chiếm một vai trò rất quan trọng. Điện năng cung cấp cho mọi ngành,
mọi lĩnh vực, mọi đối tợng. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng điện thì không thể
tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra nh hiện tợng quá điện áp, quá dòng điện, hiện
tợng ngắn mạch Để đảm bảo vấn đề an toàn tính mạng cho con ng ời, bảo vệ các
thiết bị điện và tránh những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì Khí cụ điện ngày càng
đợc đòi hỏi nhiều hơn, chất lợng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các loại Khí cụ điện hiện đại
đợc sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao, trong đó Công tắc tơ cũng
không nằm ngoài mục đích đó. Chính vì vậy mà nghiên cứu, thiết kế Công tắc tơ là

đặc biệt quan trọng nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể sẽ xảy ra.
Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn của các thầy cô trong nhóm Khí cụ điện thuộc
bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa Điện. Đặc biệt là sự hớng dẫn, giúp đỡ và
đóng góp của thầy Phạm Văn Chới, trong thời gian làm đồ án môn học, em đã hoàn
thành đợc đồ án môn học với đề tài: Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do hiểu biết kiến thức còn có nhiều hạn
chế, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế đồ
án em còn mắc những sai sót nhất định. Vì vậy em rất mong có đợc sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn Thiết bị điện - Điện tử và thầy Phạm Văn
Chới đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
2
Đồ án môn học Khí cụ điện
Chơng I
Giới thiệu chung về công tắc tơ
1.1. Giới thiệu chung
Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất,
biến đổi, truyền tải, phân phối năng lợng điện và các dạng năng lợng khác. Theo
lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện đợc chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm có nhiều
chủng loại khác nhau.
Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện
tải thờng xuyên đợc điều khiển bằng tín hiệu điện. Công tắc tơ (CTT) thuộc nhóm
khí cụ điện điều khiển.
1.2. Nội dung thiết kế
1. Chọn kết cấu
2. Tính mạch vòng dẫn điện
3. Chọn buồng dập hồ quang
4. Tính và dựng đặc tính cơ
5. Tính nam châm điện

Bản vẽ lắp ráp tổng hợp A1
Với các số liệu ban đầu
- Tiếp điểm chính: 3 thờng mở:
Iđm = 30A, Uđm = 400V
- Tiếp điểm phụ: 2 thờng đóng, 2 thờng mở:
Iđm = 5A, Uđm = 250V
- Điện áp điều khiển:
Uđk = 250V, 50Hz
- Tuổi thọ:
Nđ = 1,5*10
6
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
3
Đồ án môn học Khí cụ điện
1.3. Yêu cầu chung khi thiết kế
Các loại khí cụ điện nói chung và Công tắc xoay chiều 3 pha phải thỏa mãn
hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại. Đó là các yêu cầu về
kỹ thuật, về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và về xã hội chúng đợc biểu hiện
qua các quy chuẩn, định mức, tiêu chuẩn chất lợng của nhà nớc hoặc của ngành và
chúng nằm trong nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật.
1. Các yêu cầu về kỹ thuật:
Yêu cầu kỹ thuật là một yêu cầu quan trọng và quyết định nhất đối với quá
trình thiết kế của Khí cụ điện. Nó bao gồm các yêu cầu về:
- 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. Do khi làm việc các chi tiết, các bộ phận dẫn dòng có
tổn hao sẽ sinh ra nhiệt, đặc biệt là khi ngắn mạch hay quá tải nhiệt độ tăng rất
nhanh. Vì vậy cần đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận phải nhỏ hơn
nhiệt độ cho phép để không làm giảm cơ tính, giảm tuổi thọ
- 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 để không xảy ra phóng điện, trong điều kiện

môi trờng xung quanh (nh ma, ẩm, bụi, tuyết ) cũng nh khí có quá 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 thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố.
- Khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện thông
qua các chi tiết, bộ phận.
- Tính năng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, kết cấu đơn giản, khối lợng và kích
thớc bé.
2. Các yêu cầu về vận hành.
Khi vận hành, sử dụng cần chú ý các yêu cầu sau:
- ảnh hởng của môi trờng xung quanh: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ .. do đó cần
phải tránh các tác động có hại của môi trờng lên thiết bị điện.
- Có độ tin cậy đối với ngời sử dụng, vận hành, thao tác.
- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
4
Đồ án môn học Khí cụ điện
- Đơn giản, dễ thao tác, dễ sửa chữa, thay thế.
- Chi phí vận hành ít, tiêu tốn năng lợng ít.
3. Các yêu cầu về kinh tế xã hội
Đây là một trong các yêu cầu quyết định tới vị trí của sản phẩm, hiệu quả
kinh tế của sản phẩm. Vì vậy chúng tôi đòi hỏi một số yêu cầu sau:
Khi thiết kế một sản phẩm nói chung và một thiết bị điện nói riêng đầu tiên
nhà thiết kế phải chú ý đến thị trờng, làm thế nào để khi đa ra thị trờng mặt hàng
của mình có thể chiếm đợc u thế hơn hẳn so với các sản phẩm khác cùng chủng
loại, cùng có chất lợng kỹ thuật thì thiết bị điện đó phải có giá thành hạ, có tính
thẩm mỹ của kết cấu, vốn đầu t khi chế tạo và lắp ráp là nhỏ nhất.
4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo
- Tính công nghệ của kết cấu: dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp
dẫn

- Lu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất,
khả năng của thiết bị.
- Lu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế
tạo dãy
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
5
Đồ án môn học Khí cụ điện
Chơng II
Cấu tạo - nguyên lý hoạt động
1. Cấu tạo:
Công tắc tơ xoay chiều 3 pha là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện
xoay chiều, với dòng điện 30A. Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:
- Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm phụ
thờng đóng và tiếp điểm phụ thờng mở.
- Hệ thống thanh dẫn: thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh.
- Nam châm điện xoay chiều
- Cuộn dây nam châm điện xoay chiều
- Hệ thống lò xo: lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung
- Các vít đầu mối
- Buồng dập hồ quang
2. Nguyên lý hoạt động
Khi cho điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ đợc sinh ra trong nam châm
điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ. Khi Lực điện từ lớn hơn Lực cơ
thì nắp mạch từ đợc hút về phía mạch từ tĩnh, trên mạch từ tĩnh có gắn vòng ngắn
mạch để chống rung, làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm
tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn có vít bắt dây điện ra, vào. Các
lò xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm.
Đồng thời tiếp điểm phụ cũng đợc đóng vào đối với tiếp điểm phụ thờng mở và mở
ra đối với tiếp điểm thờng đóng. Lò xo nhả bị nén lại.
Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng thông sẽ giảm xuống về không, đồng thời

lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không. Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy tòan bộ phần
động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp
điểm tĩnh của mạch từ chính thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm. Nhờ các
vách ngăn trong buồng dập hồ quang, hồ quang sẽ đợc dập tắt.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
6
Đồ án môn học Khí cụ điện
Chơng III
Mạch vòng dẫn điện
3.1. Khái niệm chung
Trong công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ phận quan trọng, nó có
chức năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện. Mạch vòng dẫn điện do
các bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thớc hợp thành. Đối với công
tắc tơ, mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính nh sau:
- Thanh dẫn: Gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Thanh dẫn có chức
năng truyền tải dòng điện.
- Đầu nối: gồm vít và mối hàn
- Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, có chức năng
đóng ngắt dòng điện.
- Cuộn thổi từ
Do đó nhiệm vụ tính toán thiết kế mạch vòng dẫn điện là phải xác định các
kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và kích thớc của các
chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng nh quyết định kích thớc của Công tắc
tơ xoay chiều 3 pha.
Trình tự thiết kế mạch vòng dẫn điện.
3.2. Mạch vòng dẫn điện chính
3.2.1. Thanh dẫn
Các bớc tính toán thanh dẫn:
- Xác định tiết diện và các kích thớc của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn
và các chế độ làm việc khác.

- Sau khi tính toán kiểm nghiệm lại tiết diện và các kích thớc của nó ở chế độ
làm việc dài hạn, chế độ ngắn mạch.
1. Thanh dẫn động
a/ Chọn vật liệu:
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
7
Đồ án môn học Khí cụ điện
Thanh dẫn động gắn với tiếp điểm động, vì vậy nó cần phải có lực ép đủ để
tiếp xúc tốt, độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy tơng đối cao, khối lợng nhẹ do đó
ta có thể chọn Đồng kéo nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động.
Các thông số của đồng kéo nguội:
Ký hiệu ML - TB
Tỷ trọng () 8,9g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,0174.10
-3
mm
Độ dẫn nhiệt () 3,9 W/cm
0
C
Độ cứng Brinen (H

B
) 80 ữ120 kG/cm
2
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 l/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([
cp
]) 95
0
C
b/ Tính toán thanh dẫn
- Chọn kết cấu thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật với bề rộng a, bề
dầy b.
Theo công thức 2 - 6 (TL1):
b =
3
2. .
2. .( 1). . ô
I Kf
n n KT d


+
Trong đó:
- I = 30A: dòng điện định mức
- n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5 ữ 10, chọn n = 8
- K
f
: hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng

gần.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
b
a
b
a
l
8
Đồ án môn học Khí cụ điện
K
f
= K
bm
. KG = 1,03 ữ 1,06. Chọn K
f
= 1,05.
- K
T
: hệ số tản nhiệt, K
T
= (6 ữ 12) . 10
6
(W/

0
C.mm
2
)
-

: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định.


=
20
[1 + ( - 20)]

20
: điện trở suất của vật liệu ở 20
0
C
: hệ số nhiệt điện trở của vật liệu
: nhiệt độ ổn định của đồng, ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho
phép = [] = 95
0
C.

95
= 0,0174. 10
-3
[1+4,3.10
-3
(95 - 20)] 0,023.10
-3
(.mm)
-
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định

ôđ

= -
mt
với
mt
= 40
0
C là nhiệt độ môi trờng

ôđ
= 95 - 40 = 55
0
C
Vậy ta có: b= 1,27 mm
a= b . n = 1,27 . 8 = 10,16 mm
Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu đợc phát nóng thì a>
d
tđ
(d
tđ
: đờng kính tiếp điểm).
Tra bảng 2 - 15 với I
đm
= 30A thì d
tđ
= 16 ữ 20 mm, tuy nhiên nhờ công nghệ
vật liệt hiện đại và có độ bền cao nên ta chọn đờng kính tiếp điểm là d
tđ
= 8mm. Do
đó ta chọn a= 10mm, b= 2mm.
c/ Kiểm tra kích th ớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn

- Diện tích thanh dẫn:
S= a . b = 2 . 10 = 20 mm
2
- Chu vi thanh dẫn:
P= 2.(a+b) = 2. (10+2) = 24 mm
- Mật độ dòng điện:
j = =
30
20
= 1,5 A/ mm
2
< [j] = 2 ữ 4 A/mm
2
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
9
Đồ án môn học Khí cụ điện
thỏa mãn về kết cấu
- Nhiệt độ thanh dẫn:
Từ công thức 2 -4 (TKKCĐHA) ta có:
S.P = =

od
=
td
=
với
0
: điện trở suất của đồng kéo nguội ở 0
0
C

0
= = = 0,016.10
-3
(.mm)

mt
: nhiệt độ môi trờng,
mt
= 40
0
C
Thay vào ta có:

td
= = 63,53
0
C
Vậy
td
< [
cp
] = 95
0
C thanh dẫn thỏa mãn về nhiệt độ ở chế độ định mức.
d/ Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch.
Đặc điểm của quá trình ngắn mạch
- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn
- Thời gian tác động nhỏ
Từ đặc điểm trên rõ ràng khi xảy ra ngắn mạch nhiệt độ thanh dẫn tăng lên

rất lớn có thể làm thanh dẫn bị biến dạng. Do đó cần phải kiểm tra khi có ngắn
mạch thì mật độ dòng điện thanh dẫn có nhỏ hơn mật độ dòng điện cho phép
không.
Từ công thức 6 - 21 (TKKCĐHA):
= = j
2
nm
. t
nm
= A
nm
- A
d
= A
bn
- A
d
j
nm
=
Trong đó:
I
nm
= I
bn
: dòng điện ngắn mạch hay dòng điện bền nhiệt
t
nm
= t
bn

: thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt
S : tiết diện thanh dẫn động
A
nm
= A
bn
: hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
10
Đồ án môn học Khí cụ điện
A
đ
: hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu
Tra đồ thị hình 6 - 6 ta có:
Với
bn
= 300
0
C có A
bn
= 3,75 . 10
-4
A
2
s/mm
4

đ
= 95
0

C có A
đ
= 1.6.10
4
A
2
s/mm
4
t
nm
j
nm
(A/mm
2
) [j
nm
]
cp
(A/mm
2
)
3s 84,6 94
4s 73,3 82
Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật độ
dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu đợc ngắn mạch.
Hình dáng của thanh dẫn động:
hình vẽ
2. Thanh dẫn tĩnh
Thanh dẫn tĩnh đợc nối với tiếp điểm tĩnh và gắn với đầu nối. Vì vậy thanh
dẫn tĩnh phải có kích thớc lớn hơn thanh dẫn động.

Ta có thể chọn kích thớc thanh dẫn tĩnh nh sau:
a = 10 mm
b = 2 mm
để thuận lợi cho việc dập hồ quang, tận dụng nguồn lực điện động khi đóng
cắt ta chọn đầu tiếp điểm tĩnh hình vòng nh dới đây.
hình vẽ
3.2.2. Đầu nối
Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ
bị 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
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
11
Đồ án môn học Khí cụ điện
- 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
đợc 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
đợc, mối nối kiêm khớp bản lề có đầu 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
= 65A theo bảng 2 - 10 (TKKCĐHA) chọn bu
lông bằng thép CT3 có đờng kính hệ ren mm M8 x 25.
hình vẽ
Diện tích bề mặt tiếp xúc: S
tx
=
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 = 0,31 A/mm
2
.
S
tx
= = 210 (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
= 100.10
-2
kG/cm
2
f
tx
= 100.10
-2
.210 = 210 (kG)
Điện trở tiếp xúc:
R
tx
=
với K
tx
= 0,12 . 10
-3
, m = 0,8 (tiếp xúc mặt)
R
tx
= = 1,64.10
-6

SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
12

Đồ án môn học Khí cụ điện
Điện áp tiếp xúc:
U
tx
= I
đm
. R
tx
= 65.1,64.10
-6
= 1,065.10
-4
V
=> U
tx
= 0,107mV
Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U
tx
]
cp
= 30mV), nên
bu lông đã chọn thỏa mãn yêu cầu.
3.2.3. 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 điểm cần đảm bảo các yêu cầu sau: điện trở suất và điện trở
tiếp xúc bé, ít bị ăn mòn, ít bị oxy hóa, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công
nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 65A.
Từ bảng 2-13 (TKKCĐHA) ta chọn vật liệu là bạc niken than chì, với các
thông số kỹ thuật sau: (Đồng Cadimi)
Ký hiệu KMK.A32
Tỷ trọng () 8,7g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 1300
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,035.10
-3
mm
Độ dẫn nhiệt () 3,25 W/cm
0
C
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:

13
Đồ án môn học Khí cụ điện
Độ cứng Brinen (H
B
) 45 ữ65 kG/cm
2
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0035 1/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([
cp
]) 95
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.
Đối với dòng điện định mức I
đm
= 65A từ bảng 2 - 15 (TKKCĐHA) ta có:
Đờng kính tiếp điểm d
tđ
= 16mm
Chiều cao tiếp điểm h
tđ
= 2mm
Tuy nhiên do công nghệ làm vật liệu phát triển và chất lợng vật liệu đợc
nâng cao nên ta chọn:
Đờng kính tiếp điểm d
tđ
= 8mm

Chiều cao tiếp điểm h
tđ
= 2mm
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 do lực điện động và không bị hàn dính khi tiếp điểm bị
đẩy và bị rung.
- Theo công thức kinh nghiệm:
F
tđ
= f
tđ
x I
đm
Tra bảng 2 - 17 ta chọn f
tđ
= 10 G/A
F
tđ
= 10 x 65 = 650g = 0,65 (kG)
- Tính theo công thức lý thuyết 2-14 (TL1), tại một điểm tiếp xúc, lực ép tiếp
điểm sẽ là:
F
tđ1
= I
2
đm
. .
trong đó:

- A = 2,3 . 10
-8
(V/
0
C): hằng số Loen
- H
B
: độ cứng Brinel của tiếp điểm
H
B
= 45 kG/mm
2
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
14
Đồ án môn học Khí cụ điện
- = 3,9 W/cm .
0
C - hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn
- T
tđ
: nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát
nóng dài hạn.
T
tđ
= 63,53 + 273 = 336,53
0
K
- T
tx
=

tđ
+ + 273 = 63,53 + + 273
= 356,53
0
K
F
tđ1
= 65
2
. . = 0,121 (kG)
Do tiếp điểm tiếp xúc mặt nên n=3
F
tđ
= F
tđ1
. n = 0,121 . 3 = 0,363 kG
5. Điện trở tiếp điểm
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm đợc tính theo công thức thực nghiệm 2 - 25
R
tđ
=
trong đó:
F
tđ
= 3,63 (N)
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt bề mặt
của tiếp điểm, K
tx

= (0,2 ữ 0,3).10
-3
, chọn K
tx
= 0,2.10
-3
Do tiếp xúc nên chọn m = 0,8
Thay vào ta có:
R
tx
= = 4,43.10
-4
6. Điện áp tiếp xúc của 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
tx
, vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp
điểm sẽ bằng:
U
tx
= I
đm
.R
tx
= 65.4,43.10
-4
= 0,029V
U
tx

= 29 mV
Vậy điện áp nơi tiếp xúc U
tx
thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc
cho phép [U
tx
] = 2 ữ 30 mV.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
15
Đồ án môn học Khí cụ điện
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 thử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt
xa nơi tiếp xúc.
Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:

td
=
mt
+ +
= 40 + + = 79
0
C
Nhiệt độ nơi tiếp xúc:

tx
=
td
+ = 79 + = 86,21
0

C
trong đó:
-

=
20
. (1 + .( - 20))
= 3,5.10
-5
.(1+0,325.(95-20)) = 4,42.10
-5
mm
-
mt
: nhiệt độ môi trờng,
mt
= 40
0
C
- R
tđ
, R
tx
: điện trở tiếp điểm và điện trở tiếp xúc.
- D, S: chu vi, diện tích
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.
Trị sóo dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2 - 33 (TL1)
I
hdbđ
= A . (A)
trong đó: A =

0
: điện trở suất của vật liệu ở 20
0
C. Ta có
20
=
0
(1 +.20)

0
=
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
16
Đồ án môn học Khí cụ điện

0
= = 1,6 .10

-8
(m)
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
= 3,25 W/cm.
0
C = 0,325 W/mm.
0
C

nc
: nhiệt độ nóng chảy của vật liệu,
nc
= 1300
0
C
H
Bo
: độ cứng Brinel
H
Bo
= 45 kG/mm
2
A = = 1931
f
nc
: hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong quá trình phát nóng,
chọn f
nc
= 3
F

tđ
= 0,363 kG
I
hd
= 1931. . = 2015,3 (A)
Tính theo công thức thực nghiệm 2 - 36 (TL1)
I
hđ
= K
hđ
.
K
tđ
: hệ số hàn dính, chọn K
hđ
= 2000 A/kG
0,5
F
tđ
= 0,363 kG
I
hđ
= 2000. = 1205 (A)
Nh vậy: I
hđ
> 10 .I
đm
= 10 . 65 = 650(A), đảm bảo cho tiếp điểm không bị
hàn dính.
9. Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơ khí
giữa tiếp điểm 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 va 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. Quá trình rung đợc đánh giá bằng độ lớn của biên độ rung X
m
và thời
gian rung t
m
.
Theo công thức 2 - 39, biên độ rung cho 3 tiếp điểm thờng mở là:
X
m
=
Với:
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
17
Đồ án môn học Khí cụ điện
m
đ
: khối lợng phần động
m
đ
= = = = 66,26 (G.s
2
/m)
v
đo
: tốc độ tiếp điểm tại thời điểm va đập
v

đo
= 0,1 m/s
K
v
: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi vủa vật liệu
Chọn K
v
= 0,85
F
tđđ
: lực ép tiếp điểm đầu, F
tđđ
= 36,3
X
m
=
= 4,56 .10
-5
m = 0,0456 mm
Theo công thức 2 - 20, thời gian rung ứng với biên độ rung X
m
là:
t
m
=
= = 4,71 . 10
-3
(s) = 4,71 ms
Tổng thời gian rung: t
m

= (1,5 ữ1,8).2. t
m
Chọn t
m

= 1,5 . 2 .t
m
= 1,5 . 2 . 4,71 = 14,13 ms
10. Độ mòn của 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 hóa 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
.I
2
d
+ K
ng
.I
2
ng). 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
= 1,1
K
đ
và K
ng
: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt, tra bảng 2 - 21 ta có:
K
ng
= K
đ

= 0,01 (g/A
2
)
I
đ
và I
ng
: dòng điện đóng và dòng điện ngắt
I
đ

= 2.I
đm
= 2.65=130A
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
18
Đồ án môn học Khí cụ điện
I
ng
= 3. I
đm
= 3.65= 195A
g
đ
và g
ng
: khối lợng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
(0,01.195
2
+ 0,01.130
2
).1,1
= 6,04.10
-7
(g)

Sau N = 10
6
lần đóng ngắt, khối lợng mòn là:
G
m
= N.(g
đ
+ g
ng
)
= 10
6
.6,04.10
-7
= 0,604 g
Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt, tính cho một chỗ tiếp xúc:
G
ml
= = = 0,302 (g)
Thể tích mòn:
V
m
= = = 0,035 (cm
3
) = 35 (mm
3
)
Thể tích ban đầu của tiếp điểm:
V
tđ

= h . . = 2 . . = 100,53 (mm
3
)
Lợng mòn của tiếp điểm sẽ là:
V
m
% = . 100% = .100% = 34,82%
11. Độ lún, độ mở của tiếp điểm
a/ Độ mở:
- Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm rộng 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 h-
ởng tới kích thớc của công tắc tơ.
- Theo kinh nghiệm với dòng I
đm
= 65A và điện áp U
đm
= 400V ta chọn độ
mở m = 3mm.
b/ 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.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
19
Đồ án môn học Khí cụ điện
- 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
= 65A thì độ lún
l = 3 ữ 4 mm. Chọn l = 3 mm.
3.3. Mạch vòng dẫn điện phụ
Cách tính mạch vòng dẫn điện phụ tơng tự với cách tính vòng dẫn điện
chính, chỉ khác ở là trong mạch vòng phụ dòng điện là 5A.
3.3.1. Thanh dẫn động
- Vật liệu làm thanh dẫn trong mạch vòng phụ cũng là Đồng kéo nguội, các
thông số vẫn là:
Ký hiệu ML - TB
Tỷ trọng () 8,9g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,0174.10
-3
mm
Độ dẫn nhiệt () 3,9 W/cm
0
C
Độ cứng Brinen (H
B
) 80 ữ120 kG/cm

2
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 l/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([
cp
]) 95
0
C
- Kích thớc thanh dẫn
Theo công thức 2 -6 (TL1):
b =
trong đó:
- I= 5A: dòng điện định mức
- n: hệ số hình dáng, n=a/b = 5 ữ 10, chọn n=7
- K
f
: hệ số tổn hao phụ đặc trng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng gần.
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
20
Đồ án môn học Khí cụ điện
K
f
= K
bm
. KG = 1,03 ữ 1,06. Chọn K
f
= 1,05
- K

T
: hệ số tỏa nhiệt, K
T
= (6 ữ12).10
-6
(W/
0
C.mm
2
)
Chọn K
T
= 6.10
-6
(W/
0
C.mm
2
)
-

: điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định


=
20
[1 +( - 20)]

20
: điện trở suất của vật liệu ở 20

0
C
: hệ số nhiệt điện trở của vật liệu
: nhiệt độ ổn định của đồng, ở đây ta lấy bằng nhiệt độ
phát nóng cho phép = [] = 95
0
C

95
= 0,0174.10
-3
[1+4,3.10
-3
(95 - 20)] 0,023 .10
-3
(.mm)
-
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định

ôđ
= -
mt
với
mt
= 40
0
C là nhiệt độ môi trờng

ôđ

= 95 - 40 = 55
0
C
Vậy ta có: b = 0,27 mm
a = b .n = 0,27 .7 = 1,7 mm
Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu đợc phát nóng thì a>
d
tđ
(d
tđ
: đờng kính tiếp điểm).
Tra bảng 2 - 158 với I
đm
= 5A thì d
tđ
= 2 ữ 5 mm, nên chọn d
tđ
= 3
Vì vậy chọn a = 4 mm và b = 0,7 mm
- Mật độ dòng điện:
j = = = 1,79 A/mm
2
< [j] = 2 ữ 4 A/mm
2
=> thỏa mãn về kết cấu
- Nhiệt độ thanh dẫn:
Từ công thức 2 - 4 (TKKCĐHA) ta có:
S.P = =

ôd

=
td
=
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
21
Đồ án môn học Khí cụ điện
với
0
: điện trở suất của đồng kéo nguội ở 0
0
C

0
= = = 0,016.10
-3
.mm

mt
: nhiệt độ môi trờng,
mt
= 40
0
C
Thay vào ta có:

td
= = 43,15
0
C
Vậy

td
< [
cp
] = 95
0
C -> thanh dẫn thỏa mãn về nhiệt độ ở chế độ định mức.
3.3.2. Đầu nối
Diện tích bề mặt tiếp xúc: S
tx
=
Chọn mật độ dòng điện j= 0,31 A/mm
2
=> S
tx
= = 16,13 (mm
2
)
(hình vẽ)
S
tx
= a.b = 16,13 mm
2
=> b = = 2 (mm)
Lực ép tiếp xúc: F
tx
= f
tx
. S
tx
với f

tx
là lực ép riêng trên các mối nối. Chọn f
tx
= 100 kG/cm
2
= 100.10
-4
kG/mm
2
.
=> F
tx
= 100.10
-4
.16,13 = 0,16 (kG)
Tra bảng 2 - 9 (TL1) chọn bu lông có đờng kính ren d= 4 mm (M4), số lợng
1 chiếc.
3.3.3. Tiếp điểm
Chọn loại tiếp điểm cầu với dạng tiếp xúc điểm
a/ Chọn vật liệu tiếp điểm
I= 5A, tra bảng 2-13 (TL1) có thể chọn Bạc kéo nguội (CP999) có các thông
số kỹ thuật:
Ký hiệu CP 999
Tỷ trọng () 10,5 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 961
0
C

Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,0159.10
-3
mm
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
22
Đồ án môn học Khí cụ điện
Độ dẫn nhiệt () 4,16 W/cm
0
C
Độ cứng Brinen (H
B
) 30 ữ60 kG/cm
2
Tỷ trọng nhiệt 0,234 Ws/cm.
0
C
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,004 l/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([
cp
]) 95
0
C
b/ Xác định kích th ớc
Chọn tiếp điểm hình cầu. Tra bảng 2 - 15 (TL1), với dòng I= 5A có thể chọn

đờng kính tiếp điểm d
tđ
= 3mm, chiều cao tiếp điểm h
tđ
= 1 mm.
Hình vẽ
c/ Lực ép tiếp điểm
Tính theo công thức lý thuyết 2 -14 (TL1), tại một điểm tiếp xúc, lực ép tiếp
điểm sẽ là:
F
tđ
= I
2
. .
trong đó:
- A = 2,3. 10
-8
(V/
0
C): hằng số Loen
- H
B
: độ cứng Brinen của tiếp điểm
H
B
= 60 kG/mm
2
= 60.10
6
kG/m

2
- : hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn
= 3,8 W/cm.
0
C = 0,38 W/mm.
0
C
- T
tđ
: nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát
nóng dài hạn T
tđ
= 41,8 + 273 = 314,8
0
K
- T
tx
=
tx
+ 273 = 44,8 + 273 = 317,8
0
K
=> F
tđ
= 5
2
. . = 2,5 . 10
-3
(kG)
Tính theo công thức thực nghiệm 2 - 17 (TL1), ta có:

F
tđ
= f
tđ
. I
đm
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
23
Đồ án môn học Khí cụ điện
trong đó: f
tđ
= 5 G/A (bảng 2 - 17)
=> F
tđ
= 5.5 = 25 (G) = 0,025 (kG)
So sánh hai kết quả ta chọn F
tđ
= 0,025kG = 0,25N
d/ Điện trở tiếp xúc
- Tính theo công thức lý thuyết 2 - 24 (TL1)
R
tx
=
Điện trở suất của tiếp điểm =
20
.[1 + (
tx
- 20)]
= 1,59.10
-8

[1+4.10
-3
(44,8 - 20)]
= 1,75.10
-8
( m)
=> R
tx
= = 7,6 .10
-4
()
- Tính theo công thức thực nghiệm 2 - 25 (TL1)
R
tx
=
Trong đó:
F
tđ
tính bằng Newton (N)
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp
điểm. Chọn K
tx
= 0,06.10
-3
(TL1 trang 59)
=> R
tx
= = 3,7.10

-4
()
So sánh hai kết quả ta chọn R
tx
= 7,6 .10
-4

e/ Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc:
Utx = I.Rtx= 5.7.6.10-4
= 3,8 mV < [U
tx
] = 2 ữ30 mV
f/ Xác định trị số dòng điện hàn dính
- Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2 - 33 (TL1)
I
hdbđ
= A. . (A)
trong đó:
A =
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
24
Đồ án môn học Khí cụ điện

0
: điện trở suất của vật liệu ở 20
0
C
Ta có:
20
=

0
(1 + .20)
<=>
0
=
<=>
0
= = 1,47.10
-8
(m)
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
= 4,16 W/cm.
0
C = 416 W/cm.
0
C

nc
: nhiệt độ nóng chảy của vật liệu

nc
= 961
0
C
H
Bo
: độ cứng Brinen
H
Bo
= 60.10

6
kg/m
2
=> A =
f
nc
: hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong quá trình phát
nóng, chọn f
nc
= 2.
F
tđ
= 0,025 kg
I
hd
= 1720. . = 386 (A)
- Tính theo công thức thực nghiệm 2 - 36 (TL1)
I
hd
= K
hd
.
K
hd
: hệ số hàn dính. Tra bảng 2 - 19 (TL1), chọn K
hd
= 1000 A/kG
0,5
F
td

= 0,025 kG
I
hd
= 1000 . = 158 (A)
Nh vậy I
hd
> 10. I
đm
= 10.5= 50 (A), đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn
dính.
g/ Độ lún, độ mở
Với dòng điện I= 5A ta có thể chọn độ lún l' = 1 mm.
Vì tổng độ mở và độ lún của tiếp điểm phụ phải bằng tổng độ mở và độ lún
của tiếp điểm chính nên:
m' = m + l - l' = 3 + 3 - 1 = 5 mm
SV: Nguyễn Việt Anh Lớp:
25