Tài liệu thiết kế CONTACTOR xoay chiều, chương 3 doc

Ch-ơng 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 th-ớc 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 th-ớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện và
kích th-ớc của các chi tiết quyết định cơ cấu mạch vòng và cũng nh- quyết
định kích th-ớc 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 b-ớc tính toán thanh dẫn:
- Xác định tiết diện và các kích th-ớc 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 th-ớc của nó
ở chế độ làm việc dài hạn, chế độ ngắn mạch.
1. Thanh dẫn động
a/ Chọn vật liệu:
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 t-ơng đối cao, khối
l-ợng 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
) 80 120 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:
b
a
b
a
l
- I = 30A: dòng điện định mức
- n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5
10, chọn n = 8
- K
f
: hệ số tổn hao phụ đặc tr-ng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và

hiệu ứng gần.
K
f
= K
bm
. KG = 1,03 1,06. Chọn K
f
= 1,05.
- K
T
: hệ số tản nhiệt, K
T
= (6 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 tr-ờng

ôđ
= 95 - 40 = 55
0
C
Vậy ta có: b=
Error! 1,27 mm
a= b . n = 1,27 . 8 = 10,16 mm
Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu đ-ợc phát nóng
thì a> d
tđ
(d
tđ
: đ-ờng kính tiếp điểm).
Tra bảng 2 - 15 với I
đm
= 30A thì d
tđ
= 16 20 mm, tuy nhiên nhờ
công nghệ vật liệt hiện đại và có độ bền cao nên ta chọn đ-ờng 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 =
Error!=
30
20
= 1,5 A/ mm
2
< [j] = 2 4 A/mm
2
thỏa mãn về kết cấu
- Nhiệt độ thanh dẫn:
Từ công thức 2 -4 (TKKCĐHA) ta có:
S.P =
Error! = Error!

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

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

mt
: nhiệt độ môi tr-ờng,
mt
= 40
0
C
Thay vào ta có:

td
= Error! = 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):

Error!= Error!= j
2
nm
. t
nm
= A
nm
- A
d
= A
bn
- A
d
j
nm
= Error!
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
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 đ-ợc ngắn mạch.
Hình dáng của thanh dẫn động:
hình vẽ
2. Thanh dẫn tĩnh
Thanh dẫn tĩnh đ-ợc nối với tiếp điểm tĩnh và gắn với đầu nối. Vì vậy
thanh dẫn tĩnh phải có kích th-ớc lớn hơn thanh dẫn động.
Ta có thể chọn kích th-ớc 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- d-ới 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
- 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 th-ớc 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 l-ợng 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 đ-ợc, không thể
tháo rời đ-ợc, 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 đ-ợc và bằng bu lông.