Tài liệu Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín ppt

Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 1 -
Lời nói đầu
Khí cụ điện là một phần rất quan trong hệ thống điện nói chung và
trong quá trình đào tạo kĩ sư thiết bị điện - điện tử nói riêng. Trong hai
học kỳ vừa qua chúng em đã được làm quen và tiếp cận sâu sắc đối với
các khí cụ điện hạ áp cũng như cao áp. Qua quá trình học tập và nghiên
cứu chúng em được hiểu rõ nguyên lý cấu tạo, hoạt động và ứng dụ
ng của
các khí cụ điện trong hệ thống điện.
Khí cụ điện có nhiều chủng loại , phong phú về cấu tạo và ứng dụng.
Các loại Rơ le trung gian là một phần nhỏ trong hệ thống các khí cụ điện
điều khiển và bảo vệ. Sau khi hoàn thành các môn học về khí cụ điện , em
được nhận đồ án thiết kế Rơ le trung gian kiểu kín. Em xin chân thành
cảm ơn các th
ầy giáo Phạm Văn Chới , Bùi Tín Hữu đã giảng dạy cho
chúng em về môn khí cụ điện và đặc biệt là thầy giáo Đặng Chí Dũng đã
giúp đỡ em trong quá trình tính toán và hoàn thiện đồ án này.
Trong quá trình thiết kế và tính toán em đã sử dụng một số tài liệu tham
khảo như sau:
Khí cụ điện -- Phạm Văn Chới , Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn
Thiết kế khí cụ điện hạ áp
Tài li
ệu của hãng OMRON

Sinh viên thiết kế:

NGUYỄN KIM PHƯƠNG

Nội dung thiết kế:

Chương I : Lựa chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ.
Chương II : Tính toán mạch vòng dẫn điện
Chương III : Tính và dựng đặc tính cơ
Chương IV : Nam châm điện
Chương V : Hoàn thiện kết cấu
Chương VI : Ví dụ minh hoạ sử dụng Rơle.






Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 2 -
CHƯƠNG I :LỰA CHỌN KẾT CẤU VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ

I. Giới thiệu chung về Rơ le
Khí cụ điện là những thiết bị , cơ cấu điện dùng để diều khiển các
quá trình sản xuất , biến đổi, truyền tải, phân phối năng lượng điện và
các dạng năng lượ
ng khác.
Trong các hệ thống điện thì Rơ le có một vị trí hết sức quan trọng ,
nó dùng để bảo vệ các thiết bị điện hay điều khiển các quá trình sản xuất.
Rơ le là loại khí cụ điện tự động mà đặc tính “vào-ra” có tính chất
sau: tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp (đột ngột) khi tín hiệu đầu vào đạt

những giá trị xác định
Cùng với sự phát triển và ti
ến bộ của khoa học kỹ thuật , công nghệ
vật liệu và công nghệ chế tạo , rơle được nghiên cứu và chế tạo ra gồm rất
nhiều chủng loại , hoạt động theo các nguyên lý khác nhau, có các thông
số đặc tính kỹ thuật và lĩnh vực sử dụng khác nhau
Rơ le trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ
thống điện và các sơ đồ điề
u khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn ,
từ 4 đến 6 tiếp điểm , vừa thường đóng và thường mở , nên rơle trung
gian dùng để truyền tín hiệu khi khả năng đóng , ngắt và số lượng tiếp
điểm của rơle chính không đủ hoặc để chia tín hiệu từ một rơle chính đến
nhiều bộ phận khác của sơ đồ mạ
ch điện điều khiển . Trong các bảng
mạch điều khiển dùng linh kiện điện tử rơle trung gian thường được dùng
làm phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồng
thời cách ly được điện áp khác nhau giữa phần điều khiển (thường là điện
áp một chiều , điện áp thấp : 9V, 12V, 24V…) với phần chấp hành
thườ
ng là điện xoay chiều, điện áp lớn : 220V,380V.
* Yêu cầu chung khi thiết kế .
Đối với Rơle trung gian kiểu kín khi thiết kế phải thoả mãn các yêu
cầu cơ bản của một sản phẩm công nghiệp hiện đại như yêu cầu về kỹ
thuật , về vận hành, về kinh tế, về công nghệ chế tạo và về lĩnh vực xã
hội , đặc trưng của nhữ
ng yêu cầu trên được biểu hiện qua các qui định
chuẩn mực , tiêu chuẩn nhà nước hoặc của ngành và chúng nằm trong
nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật.
+ Yêu cầu về kỹ thuật : Đây là yêu cầu quan trọng và quyết định
đối với quá trình thiết kế của khí cụ điện . Phải xác định được phương án

tối ưu , chính xác hoá kết cấu khối của khí cụ điện, các yêu c
ầu đó được
thể hiện bằng độ bền nhiệt của các chi tiết , bộ phận của khí cụ điện khi
chúng làm việc ở chế độ định mức , chế độ sự cố ngắn mạch...
Yêu cầu về kỹ thuật còn phải đảm bảo độ bền cách điện của những
chi tiết hay bộ phận cách điện và khoảng cách cách đ
iện khi làm việc với
điều kiện khắc nghiệt nhất như trường hợp quá điện áp tức là điện áp lớn
nhất , kéo dài thời gian làm việc trong điều kiện môi trường xung quanh
không có lợi cho mọi thiết bị điện như mưa , ẩm , bụi...Khi thiết kế về
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 3 -
mặt kỹ thuật ta còn phải chú trọng đến độ bền cơ và tính chịu mài 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 dộ sự cố xảy ra.
Phải đảm bảo khả nă
ng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự
cố , độ bền cách điện của các chi tiết , bộ phận . Khi thiết kế phải tạo khả
năng sử dụng triệt để những chi tiết , hình mầu đã chuẩn hoá.
+ Yêu cầu về kinh tế - xã hội :
Cơ sở kinh tế kỹ thuật của các kết cấu mới phải
đem lại hiệu quả
kinh tế, kỹ thuật cho nền kinh tế quốc dân . Chúng được biều hiện qua các
chỉ tiêu định lượng.
+ Yêu cầu về vận hành
Khâu vận hành là khâu có thể coi là giai đoạn cuối của quá trình
sản xuất, trong khi vận hành sẽ có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá
trình vận hành như môi trường xung quanh, độ ẩm , nhiệt độ, thời
tiết...Khi vận hành phải có
độ tin cậy cao để đảm bảo an toàn cho người

vận hành , sản xuất.
Phải có tuổi thọ lớn và thời gian sử dụng lâu dài, đơn giản , dễ sửa
chữa , thao tác vận hành và thay thế dễ dàng.
+ Thiết kế công nghệ
Trong quá trình thiét kế công nghệ phải dựa vào những hướng dẫn ,
quy định của bản thiết kế kỹ thuật đã được thông qua kinh nghiệm sản
xuất ,những k
ết quả về nghiên cứu và thử nghiệm . Qua đó tiến hành
chính xác kết cấu , nghiên cứu và lập bản vẽ công nghệ cho các chi tiết và
bộ phận . Từ đó xác định chính thức hình dáng của vỏ và trang trí mỹ
thuật , cách mạ, lớp phủ và chính xác hoá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.




II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơ le trung gian xoay chiều

1. Cấu tạo
Rơ le trung gian kiều kín là loại thiế
t bị điện có kết cấu khá đơn
giản. Vì dòng điện làm việc định mức của Rơ le nhỏ nên ta có thể bỏ qua
hồ quang sinh ra giữa các bộ phận mang điện . Như vậy rơle chỉ bao gồm
các bộ phận sau
Nam châm điện xoay chiều
Hệ thống tiếp điểm ( 4 tiếp điểm thường đóng, 4 tiếp điểm thường mở

Hệ thống thanh dẫn
Các vít đầu nối và dây mềm
Các lò xo nhả
Các lò xo tiếp điểm

Hệ thống nắp , thân đế và đế.
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 4 -
Vỏ hộp rơle thường làm bằng nhựa trong suốt cho phép quan sát , kiểm
tra tình trạng các bộ phận của rơle thuận tiện . Vỏ hộp được cố định chặt
với đế bằng móc giữ. Khi lắp đặt , rơle gắn trên bảng mạch bằng đinh vít ,
nối dây điện vào cuộn dây và các tiếp điểm củ
a rơle bằng các vít ở dưới
đế nhựa của rơle.

2. Nguyên lý hoạt động
Khi có điện áp tác động trên cuộn dây nam châm điện thì trong cuộn dây
sẽ sinh ra sức từ động F=IW , sức từ động này sinh ra từ thông khe hở
không khí của nam châm điện φ
δ
, khi đó F
dt
> F
cơ
sẽ hút nắp nam châm
điện . Nhờ cơ cấu truyền động mà lực hút được truyền đến giá phần động,
làm cho giá phần động tịnh tiến trượt theo giá của thanh dẫn hướng và
làm các tiếp điểm thường mở được đóng lại và các tiếp điểm thường đóng
mở ra , đồng thời lò xo nhả được nén lại tạo điều kiện sẵn sàng đẩy nắ
p
nam châm điện về vị trí mở khi cuộn dây nam châm điện không còn điện
áp tác động.
Khi ngắt điện trên cuộn dây hút , lực hút điện từ giảm về không . Lò xo
nhả đẩy giá phần động trượt lên phía trên làm nắp hút của nam châm điện
mở ra và hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu .

Sơ đồ nguyên lý



1:nắp nam châm điệ
n
2: cuộn dây nam châm
điện
3:thanh truyền động
4:tiếp điểm tĩnh
5:tiếp điểm động
6:thanh dẫn động
7:lò xo nhả
8:giá đỡ










1
2
3
4
5

6
7
8
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 5 -
III. Thiết kế sơ bộ Rơ le trung gian kiểu kín


1. Nam châm điện

chọn nam châm điện hình chữ U với mạch từ được ghép từ các lá thép kĩ
thuật điện nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy . Cuộn dây nam châm
điện được cấp bằng nguồn điện xoay chiều.

2.Hệ thống ti
ếp điểm

Căn cứ vào yêu cầu thiết kế về số lần đóng cắt của Rơle ta chọn tiếp điểm
dạng bắc cầu như sau:








tiếp điểm bắc cầu

3. Thanh dẫn.
Chọn thanh dẫn dạng hình chữ nhật như hình vẽ







l
a
b
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 6 -
4. Lựa chọn kết cấu cách điện .

Khoảng cách cách điện trong khí cụ điện , đặc biệt trong Rơle đóng một
vai trò khá quan trọng. Đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước
của Rơle và độ tin cậy khi vận hành. Do đó việc cần phải xác định hợp lý
khoảng cách cách đ
iện có một ý nghĩa không nhỏ trong khi thiết kế toàn
bộ các chi tiết cụ thể của khí cụ điện.

a) Điện áp định mức theo cách điện.
Với các khí cụ điện điều khiển hạ áp có điện áp tới 1000V thì chúng
tồn tại các tiêu chuẩn , qui định về độ bền cách điện theo điện áp định
mức ở trạng thái khô sạch c
ủa khí cụ điện chưa vận hành, ở trạng thái
nóng nguội của cách điện, nó phải chịu được điện áp thử ở tần số công

nghiệp f=50Hz.

b) Khoảng cách cách điện giữa các phần tử dẫn điện có điện áp khác
nhau.
Để cho Rơle có độ tin cậy cao thì phải có khoảng cách cách điện lớn .
Song như vậy thì kích thước và khối lượ
ng của Rơle lại tăng lên. Vì vậy
nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo qui định của công
nghiệp điện lực Việt nam cho các khí cụ điện hạ áp thông dụng.
Đối với khí cụ điện hạ áp thì 1mm có thể chịu được điện áp là 3000V
thì ta có thể chọn khoảng cách cách điện là 1mm . Ngoài ra , khoảng cách
cách điện còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệ
u, của bụi bẩn , độ ẩm,
trạng thái bề mặt của vật liều. Vì vậy khi thiết kế hình dạng, cấu trúc của
cách điện có gờ để đồng thời làm giảm kích thước của thiết bị .
Để chống việc bụi tích tụ trên bề mặt cách điện ta nên gia công nhẵn ,
phẳng và chỗ nối của hai bề mật nên gia công có độ cong đều .

Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 7 -
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.

Trong Rơle trung gian thì mạch vòng dẫn điện đóng một vai trò hết
sức quan trọng bởi vì nó là nhân tố truyền điện tác động tới các cơ cấu
của Rơle , đồng thời một phần của nó cũng làm hệ thống phản lực ,nhằm
hỗ trợ cho kích thướ
c của thiết bị nhỏ tối ưu.
Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về
hình dạng kết cấu và kích thước hợp thành , đối với Rơ le trung gian kiểu
kín thì nó bao gồm những bộ phận chính sau:
-Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh.
-Đầu nối : vít và mối hàn.
-Hệ thống tiếp điểm: gồm tiếp đi
ểm động và tiếp điểm tĩnh.
Như vậy nhiệm vụ tính toán thiết kế của mạch vòng dẫn điện là phải xác
định các kích thước cảu các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện ,
kích thước của các chi tiết quyết dịnh cơ cấu của mạch vòng dẫn điện và
cũng quyết dịnh kích thước của Rơ le.

I. Tính toán thanh dẫn
Thanh dẫ
n động có chức năng đóng mở trực tiếp vì vậy nó cần phải có
một lực ép đủ để có khả năng tiếp xúc tốt, do đó ta có thể chọn thanh dẫn
động với các thông số như sau:
Thanh dẫn được làm bằng vật liệu là đồng phốtpho có các thông số
như sau:

-Tỷ trọng: 8.9 (g/cm
3
)
-Điện trở suất ở 20
0
C: 1.754*10
-8
(Ωm)
-Độ dẫn nhiệt: 3.9 (W/cm
0
C)
-Tỷ trọng nhiệt: 0.39 (Ws/cm
0
C)
-Độ cứng Briven: 80-120 (kG/mm
2
)
-Nhiệt độ nóng chảy: 1083 (
0
C)
-Hệ số nhiệt điện trở: 0.0043 (1/
0
C)

A) Tính toán và kiểm tra thanh dẫn động


1.Tính toán kích thước thanh dẫn ở chế độ dài hạn

Thanh dẫn bằng đồng có nhiệt độ làm việc lớn nhất là θ=95

0
C . Trong
tính toán thiết kế khí cụ điện nói chung ta thường chọn nhiệt độ môi
trường là θ
0
=40
0
C
Điện trở suất của thanh dẫn ở θ=95
0
C là:
ρ
θ=95
= 1,754.10
-8
[1+0,0043.(95-20)]=2,32.10
-8
(Ωm)
Kích thước thanh dẫn làm việc được xác định theo công thức:
b =
3
0
95
2
).()1(.2
.
θθ
ρ
−+
T

dm
Knn
I

Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 8 -
trong đó : K
T
=8
n=
b
a
và ta chọn tỷ số n=10
vậy ta có: b=
3
82
55.8.11.10.2
10.32.2.5
−
=1,82.10
-4
(m) =0,18 (mm)
a=10.b=10.0,18 =1,8 (mm)
Theo bảng 2-15 (TK KC Đ HA) thì với Rơle trung gian điện từ có dòng
điện định mức là 5A ta chọn tiếp điểm dạng hình trụ có đường kính
d=3mm .Mặt khác mật độ dòng điện cho phép đối với thanh dẫn của Rơle
trung gian là j=(2-4) A/mm
2
. Do vậy để phù hợp ta chọn thanh dẫn có
kích thước như sau:

a=5 mm
b=0.5mm
Chu vi thanh dẫn P = 11 (mm)
Diện tích thanh dẫn S = 2,5 (mm
2
)


2. Tính toán và kiểm tra thanh dẫn


a)Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ dài hạn
Độ tăng nhiệt của thanh dẫn :
C
babaK
KI
o
T
F
C
od
O
3,2
10.5,5.2.10.5,0.10.5.8
06,1.10.9,1.5
)(2...
..
333
82
40

2
==
+
=
−−−
−
=
θ
ρ
τ

Nhiệt độ làm việc ổn định:
C
o
mtrodod
3,42403,2 =+=+=
θτθ

Mật độ làm việc ở chế độ dài hạn:
)/(2
5,0.5
5
2
mmA
S
I
J
dm
dn
===

Kiểm nghiệm dòng điện trong thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:
I=
=
−
θ
ρ
θ
f
odT
K
KDS
)40.(..
8
9
10.32,2.06,1
)4095(10.8.11.5,2
−
−
−
=7,8 A

b)Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn hạn:
Để thuận tiện cho việc tính toán kiểm nghiệm , ta chỉ xét thanh dẫn có
chiều dài 1 cm, thời gian làm việc ngắn hạn t
nh
=5 s, ở nhiệt độ 95
0
C
-Điện trở của 1 cm thanh dẫn ở nhiệt độ 95

0
C
R
95
=R
20
[1+α(θ
od
-20)] = ρ
20
.
S
l
[1+α(θ
od
-20)] =0,155.10
-4
(Ω)
-Tổn hao công suất cho phép ở chế độ làm việc dài hạn P
dh
=
2
dm
I
.R
95
=5
2
.0,155.10
-4

= 0,4.10
-3
(W/m)
Diện tích bề mặt tản nhiệt của thanh dẫn S
T
=P.1=11 (mm
2
)
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 9 -
khối lượng thanh đồng: M=γS.1=8,9.2,5.10
-4
=0,023(g)
K
T
=
55.10.11
10.4.0
.
4
3
−
−
=
τ
T
dh
S
P
=6,6.10

-3
(W/cm
2
)
V ậy
(sec)4,54
10.5,2.10.6,6
023,0.39,0
.
.
23
===
−−
TT
SK
MC
T

-Độ tăng nhiệt ở chế độ ngắn hạn:
C
t
T
e
o
nh
od
T
tnh
odnh
4,598

5
4,54.55
.
1 ===
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
−
τ
ττ

-Hệ số quá tải công suất ở chế độ ngắn hạn:
88,10
5
4,54
===
nh
p
t
T
K

-Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ ngắn hạn:
3,3==
PI
KK

Dòng điện cho phép ở chế độ ngắn hạn:
I
nh
=K
I
.I=3,3.5=16,5 A
-Mật độ dòng điện ở chế độ ngắn hạn:

)(6,6
5,0.5
5,16
2
mm
A
S
I
J
nh
nh
===

-Thời gian làm việc liên tục cho phép ở chế độ ngắn hạn:

(sec)24,5
554,598
4,598
ln4,54
.
ln. =

−
==
odnh
nh
nh
Tt
ττ
τ


c. Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch:
Để thuận tiện cho việc tính toán và kiểm nghiệm ta xét giới hạn cho
phép và mật độ dòng bền nhiệt của thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch
t
nm
=1s;t
nm
=3s;t
nm
=10s
Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt được xác định
theo công thức:
S
S
t
AA
JJ
bn
dbn
nmbn

.
−
==


Tra hình 6_6_ (TK KCĐHA) ta có : A
d
=1,4.10
4
(A
2
s/mm
2
)
A
bn
=3,75.10
4
(A
2
s/mm
2
)
Mật độ dòng điện khi ở t
nm
=1s:

)/(3,153
1
10).4,175,3(

2
4
1
mmAJ =
−
=

mặt khác tra bảng 6_7 (TK KCĐHA) ta có J
1cp
=162 (A/mm
2
)
Mật độ dòng điện ở t
nm
=3s
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 10 -
)/(5,88
3
10).4,175,3(
2
4
3
mmAJ =
−
=

Tra bảng 6_7 ta có : J
3cp
=94 (A/mm

2
)
Mật độ dòng điện ở t
nm
=10s:
)/(5,48
10
10).4,175,3(
2
4
10
mmAJ =
−
=

Tra bảng 6_7 ta có : J
10cp
=51 (A/mm
2
)
Ta được bảng sau:
1 sec 3 sec 10 sec
J
cp
(A/mm
2
) 162 94 51
J
nm
(A/mm

2
) 153,3 88,5 48,5

Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn các yêu cầu về độ bền điện cũng như đô
bên điện và ta sẽ sử dụng làm thanh dẫn của Rơle



B) Tính toán thanh dẫn tĩnh

Thanh dẫn tĩnh ngoài nhiệm vụ dẫn điện còn phải chịu lực cơ học do
thanh dẫn động tác động do vậy ta chọn thanh dẫn tĩnh với các kích thước
như sau: a=5 mm ; b=1,0 mm . Vì kích thước thanh dẫn như tính toán ở
trên đã đảm bảo độ bền điện động cho thanh dẫn nên ta không cần tính
toán kiểm nghiệm thanh dẫn tĩnh nữa.

II.Đầu nối
Trị số dòng đ
iện định mức là số liệu ban đầu đế xác định kích
thước các đầu nối thường được lấy tương ứng với tiết diện và kích thước
của thanh dẫn ,kích thước bề mặt tiếp xúc phải phù hợp với số lượng và
kích thước của các chi tiết nối, ví dụ các đường kính ngoài vòng đệm thép
đặt dưới vòng đệm vênh kích thước mối nối phụ thuộc vào diện tích tiếp
xúc và
độ lớn lực ép cần thiết ở chỗ tiếp xúc
Chiều dài phần chống phủ lên nhau của mối nối thường được lấy
bằng chiều rộng của thanh dẫn hoặc chiều rộng mặt phẳng nối của chi tiết
nếu phần đó có thể lắp được đủ số bulông hay ốc vít cần thiết
Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thứ
c :

S
tx
= a * b = Idm/J
Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng ,mật độ dòng điện có thể lấy
bằng 0.31A/mm
2
với dòng xơay chiều tần số f = 50 hz .Dòng điện định
mức nhỏ

hơn

200A
vậy ta có: S
tx
=5/0.31=16 (mm
2
)
Lực ép của mối nối được xác định theo công thức :
F
tx
=f
tx
.S
tx
=100.16.10
-2
=16 (KG)
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 11 -
Trong đó f

tx
=100 KG/cm
2
là lực ép riêng

Với dòng điện định mức I
dm
=5A ta chọn mối nối tháo dời và sử dụng loại
vít M
3
với đường kính d=3mm
Diện tích lỗ vít:
S
lv
=
2
22
07,7
4
3.
4
mm
d
==
ππ

Tổng diện tích tiếp xúc của vít:
S=S
lv
+S

tx
=7,07+16=23,07 (mm
2
)=a.b
Chọn a=6mm;b=3,8mm

III.Dây dẫn mềm.
Dây dẫn mềm được chọn phải đảm bảo mật độ dòng điện cho phép , vì
dòng điện trong cuộn dây điều khiển nhỏ nên ta có thể chọn dây dẫn mềm
có đường kính là 1 mm

IV.Tiếp điểm
Khi có sự tác động của tín hiệu điều khiển thì tiếp điểm luôn thực
hiện chức năng đóng ngắt c
ủa các khí cụ điện. Mỗi lần như vậy sẽ ảnh
hưởng trực tiếp đến độ bền cơ , độ bền nhiệt và độ bền về điện .
*Yêu cầu chính đối với tiếp điểm:
-Khi khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi
không tiếp xúc phải bé hơn nhiệ
t độ cho phép, tức là phải nhỏ hơn
95
0
C .Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể
của vật liệu.
-Với dòng điện cho phép (dòng khởi động hay dòng ngắn mạch)
tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động.
-Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện
trong giới hạn cho phép , tiế
p điểm phải có độ mòn bé nhất.

1.Chọn kết cấu tiếp điểm

Dạng kết cấu của hệ tiếp điểm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố . Khi chọn
dạng kết cấu của hệ tiếp điểm phải đảm bảo các tiếp điểm phải có điện trở
bé. Do dòng điện bé nên chọn dạng tiếp xúc của tiếp điểm là tiếp xúc
điểm.
1 - PhÇn ®Çu nèi
2 - TÊm èp
3 - VÝt
1
2
3
H×nh 5: KÕt cÊu vÝt
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 12 -
Kích thước tiếp điểm được xác định theo dòng điện định mức đi qua tiếp
điểm: I
dm
=5A Theo bảng 2_15 (TK KCĐHA) ta chọn tiếp điểm có đường
kính d=3mm;chiều cao h=1mm

2.Chọn vật liệu làm tiếp điểm


Để đảm bảo yêu cầu điện trở xuất và điện trở tiếp xúc nhỏ , ít bị ăn mòn,
ít bị oxi hoá , khó hàn dính, độ cứng cao. Đặc tính công nghệ tốt phù hợp
với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng, cộng với dòng điện I
dm
=5A ,

Theo bảng 2_13 (TK KCĐHA) ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là bằng bạc
kéo nguội có các thông số kỹ thuật như sau:
Tỷ trọng: 10,5 (g/cm
3
)
Nhiệt độ nóng chảy: 961
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C: 1,58.10
-8
(Ωm)
Độ cứng Briven: (30-60) (KG/mm
2
)
Độ dẫn nhiệt: 4,16 (W/cm
0
C)
Hệ số nhiệt điện trở: 0,004 (1/
0
C)

3.Xác định lực ép tiếp điểm

Lực ép tiếp điểm đảm bảo tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ dài
hạn , trong chế độ ngắn hạn dòng điện lớn thì lực ép tiếp điểm phải đảm
bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính ,
không bị rung. Tra bảng 2_17 (TK KCĐHA) với Rơle trung gian ta chọn
lực ép tiếp đ

iểm là : F
1td
=25 (g)

4.Xác định điện trở tiếp xúc

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công
thức dựa vào kết quả thực nghiệm


)(,
)*102,0(
Ω=
m
Ftd
Ktx
R

Trong đó
Ftd , N : lực nén tiếp điểm
m : hệ số dạng bề mặt tiếp xúc
m=0,5 ; tiếp xúc điểm
m= 0,5-0,7 tiếp xúc đường
m= 0,7-1 tiếp xúc mặt
Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của
tiếp điểm . Với hai tiếp điểm bằng bạc thì theo TK KCĐHA ta chọn
K
tx
=0,0006
Vậy ta có điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi chưa phát nóng ở 20

0
C
R
tđ
=
5,0
)25,0.102,0(
0006,0
=0,0036 Ω = 3,6.10
-3
(Ω)
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 13 -
Khi Rơle làm việc thì có dòng điện chạy qua tiếp điểm làm tiếp điểm bị
nóng và điện trở tiếp xúc của tiếp điểm tăng lên vì điện trở suất của bạc
tăng . Vậy điện trở tiếp xúc cho phép của tiếp điểm khi làm việc ở nhiệt
độ
ổn định θ=95
0
C là :
R
θ=95
= R
tđ
(1+
3
2
α(θ-θ
0
)) = 3,6.10

-3
(1+
3
2
0,0043.(95-20)) =4,374.10
-3
(Ω)

5.Điện áp rơi trên điện trở 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 đầu nối , điện trở
của vật liệu tiếp điểm không đáng kể so với R
tx
vì vậy điện áp rơi trên
tiếp điểm sẽ bằng:
U
tx
= I R
tx
=5.4.374.10
-3
=21,87 , mV
Điện áp này liên quan trực tiếp tới nhiệt độ phát nóng của vùng tiếp xúc
θ
tx
. Tra trong TK KCĐHA với tiếp điểm bằng bạc và điện áp tiếp xúc
U
tx
=21.87 mV ta có :θ

tx
=8
0
C
Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm
Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm được xác định theo công thức:
mttd
θθ
=
+
T
C
dm
KPS
I
o
..
.
95
2
=
θ
ρ
+
T
tx
KSP
U
...2
λ

Trong đó : θ
mt
: nhiệt độ của môi trường xung quanh , lấy bằng 4
0
C
λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu tiếp điểm
P : Chu vi tiếp điểm, P = 2.1,5.3,14 = 9,42 (mm)
S : Tiết diện bề mặt tiếp điểm , S = 3.14.1,5
2
= 7,1 (mm
2
)
Vậy nhiệt độ của tiếp điểm:
θ
tđ
= 40 +
8.10.42,9.10.1,7
10.32,2.5
36
82
−−
−
+
8.10.1,7.10.42,9.16,42
02187,0
63 −−
=
= 40 + 1,1 +7,3 = 48,4
oC

6.Xác định giá trị dòng điện hàn dính

Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
dm

(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 ổ
n định điện động là các thông số quan trọng
được biểu thị qua trị số của dòng điện tới hạn I
thhd
, 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 Bút Kê Vit:có thể sơ bộ xác định trị số dòng điện hàn
dính ban đầu (trị biên độ) của tiếp điểm theo lực ép tiếp Ftd(KG).
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 14 -
I
hd
=
td
F
.K
hd
=

2
10
−
.2000=200(A)
Trong đó :
K
hd
: Hệ số hàn dính ,được xác định theo bảng 2-19 (TK KCĐHA)
chọn Khc =2000(A/KG)
F
tđ
:Lực ép tiếp điểm F
tđ
=0,12(N)=12.10
-2
(KG)
Chọn I
ngắt
=10.I
dm
=10.5=50(A). Như vậy dòng điện ngắt không hàn
dính được tiếp điểm

7.Độ ăn mòn của tiếp điểm

Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt
mạch điện.Sự mòn tiếp điểm thể hiện qua việc giảm độ lún ,giảm kích
thước (chiều cao) của tiếp điểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích
của kim loại tiếp điểm.
Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là sự ăn mòn về

hóa
học ,ăn mòn về điện và ăn mòn về cơ nhưng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn
là do quá trình mòn điện.
Sự ăn mòn của tiếp điểm được xác định theo công thức 2-48 (TK KCĐ
HA)

ngd
m
ngd
m
gg
V
VV
V
N
+
=
+
=

m
V
(
3
cm
) – Phần thể tích của đôi tiếp điểm bị ăn mòn ảnh hưởng
tới độ lún của tiếp điểm .Trị số mòn cho phép của mỗi tiếp điểm
đến 0,5
÷
0,75 độ dầy (chiều cao) của tiếp điểm khi chưa bị ăn mòn

ε
(g/
3
cm
) – Khối lượng riêng của vật liệu tiếp điểm .

d
V
,
ng
V
(
3
cm
) – Thể tích mòn riêng cho một lần đóng ngắt .

d
g
,
ng
g
(g) – Khối lượng mòn riêng cho một lần đóng ngắt .

Đối với Rơle công suất nhỏ ta có thể tính khối lượng mòn riêng cho một
lần đóng cắt theo công thức thực nghiệm sau:

g
d
+g

ng
= 10
-9
(K
d
.I
d
2
+K
ng
.I
ng
2
)K
kd

Trong đó : K
d
, K
ng
là hệ số mòn khi đóng và ngắt , trị số của K
d ,
K
ng

được tra trong hình 2-16 (TK KCĐ HA). Ta được: K
d
=K
ng
=0.85

K
kd
: hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn không đều của
các tiếp điểm , Với Rơle công suất nhỏ ta chọn K
kd
=1,5
I
d
,I
ng
: dòng điện đóng và ngắt của Rơle , chọn I
d
=I
ng
=I
dm
=5A
Vậy g
d
+g
ng
=10
-9
.(0,85.25+0,85.25).1,5=63,75.10
-9
(g)
hay V
d
+V
ng

=(g
d
+g
ng
)/
ε
= 63,75.10
-9
/10,5 =6.10
-9
(cm
3
)
Vậy thể tích mòn của tiếp điểm sau 10
6
lần đóng cắt điện là:
V
m
=N(V
d
+V
ng
) =10
6
.6.10
-9
=6.10
-3
(cm
3

)
Chiều cao của tiếp điểm bị ăn mòn sau 10
6
lần đóng cắt là:
Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 15 -
h
m
=V
m
/S =4.V
m
/(
π
d
2
) =4.6.10
-3
/
π
(0.3)
2
=85.10
-3
(cm)
=0,085 (cm)=0,85(mm)

8.Độ mở , độ lún, khoảng trượt của tiếp điểm

a.Độ mở

Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm
tĩnh ở vị trí ngắt của Rơle .
Với Rơle trung gian ta chọn độ mở là m=2 mm

b.Độ lún

Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm
động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại . Độ lún của tiếp điểm tạo ra lực
ép tiếp điểm và trong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn thì độ lún sẽ
đảm bảo tiếp xúc tốt. Như vậy phải chọn độ lún của tiếp
điểm lớn hơn độ
cao bị ăn mòn h của tiếp điểm . Theo kinh nghiệm thường chọn
l=(1,5-2,5)h
Vậy độ lún của tiếp điểm là l=1,5.0,85=1,275 (mm)
Ta chọn độ lún của tiếp điẻm là l=1,25 (mm)

c.Khoảng trượt

Để tẩy sạch bụi bẩn , gồ ghề do hồ quang hoặc lớp oxit tạo nên ta sử
dụng khoảng trượt . Xác định khoảng trượt từ vài phân đến vài milimét .
Kinh nghiệm chọn khoảng trượt y=0,2-1,5 mm. Nếu tăng khoảng trượt sẽ
tăng độ ăn mòn của tiếp điểm. Thường sử dụng kết hợp khoảng lăn và
khoảng trượt. Với Rơle trung gian I
dm
=5A ta chọn khoảng trượt
y= 0,2 mm

Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín
- 16 -
CHƯƠNG III TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ

I. Sơ đồ động




II. Tính toán trọng lượng phần động.
Trọng lượng phần động của Rơle trung gian chủ yếu là trọng lượng
của nắp nam châm điện . Theo kinh nghiệm ta có thể tính trọng lượng
phần động theo công thức gần đúng sau:
G
d
= m

c
.I
dm

trong đó m
c
là hệ số chọn m
c
=0,15 (N/A)
Vậy trọng lượng phần động của Rơle là :
G
d
=0,15.5 = 0,75 (N)
Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta sẽ qui đổi trọng lượng phần
động về hai điểm :
một điểm về khe hở làm việc của nam châm điện, ký hiều là
'
d
G


'
d
G
=G
d
.
l
l
2/

=0,75.0,5=0,375 (N)
một điểm về thanh dẫn động để tính toán lò xo nhả, ký hiệu:
''
d
G


''
d
G
=G
d
.
l
l
2/
=0,75.0,5 =0,375 (N)


G
d
G'
d

F'
lxmh
G
d
"
F

lxnh
F
td