Do an tot nghiep gioi thieu ve cong tac to

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ
I. GIỚI THIỆU CHUNG.
Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất,
biến đổi, truyền tải, phân phối năng lượng điện và các dạng năng lượng khác. Theo lĩnh
vực sử dụng, các khí cụ điện được chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm có nhiều chủng
loại khác nhau.
Cơng tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để thường xuyên đóng cắt từ xa các mạch điện
động lực bằng tay hay tự động.
Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều; nam châm điện
của nó là nam châm điện xoay chiều. Nhưng cũng có loại cơng tắc tơ dùng để đóng cắt
mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại là nam châm điện một chiều.
II. PHÂN LOẠI.
1.Theo nguyên tắc truyền động: ta có ba kiểu CTT, việc đóng cắt được thực hiện
bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén.
2.Theo chế độ làm việc:
- Chế độ làm việc nhẹ: khi số lần thao tác tới 400 lần/h.
- Chế độ làm việc trung bình: khi số lần thao tác tới 600 lần/h.
- Chế độ làm việc nặng: khi số lần thao tác lớn hơn 1500 lần/h.
III.CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA CÔNG TẮC TƠ.

1


1.Điện áp định mức Uđ m: là điện áp định mức của mạch điện tương ứng mà
mạch điện của CTT phải đóng cắt. Điện áp định mức có các cấp: 110V, 220V, 440V
một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
2.Dòng điện định mức Iđm: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của
CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian
tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng khơng q 8h.
Dịng điện định mức của CTT hạ áp thơng dụng có các cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75;

100; 150; 250; 300; 600; 800A. Nếu CTT đặt trong tủ điện thì dịng điện định mức phải
lấy thấp hơn 10% do điều kiện làm mát kém.
ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa là khi tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng lâu hơn
8h thì dịng điện định mức của CTT lấy thấp hơn khoảng 20% do ở chế độ này lượng
ơxit kim loại tiếp điểm tăng vì vậy làm tăng điện trở tiếp xúc và nhiệt độ tiếp điểm tăng
quá giá trị cho phép.
3.Điện áp cuộn dây định mức Ucdđm: là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi
tính tốn, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng 85%Ucdđm thì phải đủ sức
hút và lúc điện áp bằng 110%Ucdđm thì cuộn dây khơng được nóng quá trị số cho phép.
4.Số cực: là số cặp tiếp điểm chính của CTT. Cơng tắc tơ điện xoay chiều có 2;
3; 4 hoặc 5 cực.
5.Số cặp tiếp điểm phụ: thường trong CTT có các cặp tiếp điểm phụ thường
đóng và thường mở có dịng điện định mức 5A hoặc 10A.
6.Khả năng đóng và khả năng cắt: là giá trị dịng điện cho phép đi qua tiếp
điểm chính khi ngắt hoặc khi đóng.
CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rơto lồng sóc cần phải có
khả năng đóng từ 4 ÷ 7 lần Iđm.
CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm.
2


7.Tuổi thọ của CTT: là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy CTT sẽ hỏng
khơng dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể do mất độ bền cơ hay độ bền điện.
- Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt khơng tải cho đến khi CTT hỏng. CTT hiện
đại tuổi thọ cơ khí đạt 2.107 lần.
- Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt tải định mức.Thường tuổi thọ về điện bằng 1/5
hay 1/10 tuổi thọ cơ khí.
8.Tần số thao tác: là số lần đóng cắt CTT cho phép trong 1h. Tần số thao tác của
CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồ quang và sự phát nóng của cuộn
dây do dịng điện.

Tần số thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lầ/h.
9.Tính ổn định điện động: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phép một
dịng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện.
Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng 10Iđm.
10.Tính ổn định nhiệt: nghĩa là khi có dịng điện ngắn mạch chạy qua trong thời
gian cho phép, các tiếp điểm khơng bị nóng chảy và hàn dính.
IV. YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ.
1. Các yêu cầu về kỹ thuật:
- 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.
-

Dẫn điện tốt.

- Độ bền cách điện của các chi tiết cách điện và khoảng cách cách điện khi
làm việc với điện áp lớn nhất để khơng xảy ra phóng điện, kéo dài trong
điều kiện môi trường xung quanh ( như mưa, ẩm, bụi, tuyết...) cũng như
khi có quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra.
3


- Độ bền cơ và tính chịu mịn 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.
- Kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé.
2. Các yêu cầu về vận hành:
- Chịu được ảnh hưởng của môi trường xung quanh : độ ẩm, độ cao...
- Có độ tin cậy cao.
- Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài.

- Đơn giản, dễ thao tác, dễ sửa chữa, thay thế.
- Chi phí vận hành ít, tiêu tốn năng lượng ít.
3. Các yêu cầu về kinh tế, xã hội:
- Giá thành hạ, có tính thẩm mỹ cao.
- Vốn đầu tư khi thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành ít.
- Tạo điều kiện dễ dàng, thuận tiện cho người vận hành về mặt tâm, sinh lý,
cơ thể...
- An toàn trong lắp ráp vận hành.
4. Các yêu cầu về cơng nghệ chế tạo:
- Tính cơng nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp
lẫn...
- Lưu ý đến khả năng chế tạo : mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản
xuất, khả năng của thiết bị.
- Khả năng phát triển chế tạo, lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dãy...
V. CẤU TẠO CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ:
1.Cấu tạo:
4


Cơng tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:
- Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: thanh dẫn ( thanh dẫn động và
thanh dẫn tĩnh ), dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( gồm có tiếp
điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm ), cuộn dây dịng điện

(

nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang ).
- Hệ thống dập hồ quang.
- Nam châm điện xoay chiều.
- Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung...

- Vỏ và các chi tiết cách điện.
2. Nguyên lý hoạt động:
Khi đặt điện áp vào cuộn dây của nam châm điện, luồng từ thông sẽ được
sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ, hút phần
ứng của nó. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ
tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn trên phần ứng đóng hoặc cắt với tiếp điểm tĩnh. Tiếp
điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các
lị xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng
thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối
với tiếp điểm phụ thường đóng, lị xo nhả bị nén lại.
Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ giảm xuống về khơng, đồng
thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về khơng. Khi đó lị xo nhả sẽ đẩy tồn bộ
phần động của cơng tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp
điểm tĩnh thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm.Khi đó hệ thống dập hồ quang sẽ
nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờ vậy tiếp điểm ít bị mòn hơn.

5


CHƯƠNG II
CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
I.YÊU CẦU THIẾT KẾ.
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ.
- Tiếp điểm chính :

Iđm = 65A; Uđm = 400V

- Số lượng

:

3 tiếp điểm thường mở.

- Tiếp điểm phụ

:

Iđm =5A

:

2 thường đóng, 2 thường mở.

- Số lượng

.

; Uđm = 400V

- Nam châm điện :

Uđm = 220V; f = 50Hz

- Tuổi thọ

Điện: 106 lần đóng cắt.

:

- Làm việc liên tục :

cách điện cấp C.

II.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU.
1.Lựa chọn kết cấu:
Công tắc tơ xoay chiều kiểu điện từ dùng nam châm điện có mạch từ hình
chữ E hay chữ Π có nắp quay quanh trục hay chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống.
Ta không dùng kiểu quay trên một cạnh vì nắp NCĐ xoay chiều to, nặng và kẽ hở
khơng khí chính lớn.
Mạch từ hình chữ E kiểu quay cho đặc tính hút tốt hơn kiểu hút thẳng
nhưng kiểu hút thẳng có thể tận dụng được trọng lượng của nắp khi ngắt. Mặt khác loại
này có đặc tính lực hút tương đối lớn và có dạng gần trùng với đặc tính cơ nên giảm

6


rung tốt, hành trình chuyển động tương đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn. Từ
thơng rị của nó sinh ra lực phụ làm tăng lực hút. Kết cấu mạch loại này đơn giản.
Tuy nhiên NCĐ xoay chiều kiểu chữ E, hút thẳng có phần ứng chuyển
động
một phần trong lịng ống dây có nhược điểm là bội số dịng điện lớn ( 10 ÷ 15 ) so với
các mạch từ khác do kẽ hở khơng khí lớn hơn.
Từ những ưu điểm vượt trội đó ta chọn kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút
thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây.
2.Lựa chọn sơ bộ hệ thống tiếp điểm:
Theo u cầu thiết kế tiếp điểm chính có: Iđm = 180 A, Uđm = 400 V, ta
chọn tiếp điểm kiểu cầu, hai chỗ ngắt. Nó phù hợp NCĐ hút thẳng. Loại tiếp điểm này
có ưu điểm là khả năng ngắt lớn, không cần dây nối mềm, dễ dàng cho việc dập hồ
quang.
3.Lựa chọn sơ bộ hệ thống dập hồ quang:

Ta chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập đặt tiếp điểm bắc cầu, hai chỗ ngắt. Kiểu
này có ưu điểm: khi hồ quang xuất hiện thì dưới tác động của lực điện động ( bao gồm
lực điện động do kết cấu mạch vòng dẫn điện lực do các tấm dập bằng vật liệu dẫn từ bị
nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang ), hồ quang di chuyển vào buồng ngăn và bị
chia thành nhiều đoạn ngắn, nhiệt độ hồ quang cũng giảm xuống do tiếp xúc với các
tấm dập. Kết quả hồ quang nhanh chóng được dập tắt.
III.THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG.
Sơ đồ động được minh hoạ như hình vẽ ( trang 8 ). Trong đó :
1 - Giá phần động.
2 - Lò xo tiếp điểm.
3 - Tiếp điểm động.
4 - Tiếp điểm tĩnh.
7


5 – Nắp nam châm điện.
6 – Lò xo nhả.
7 – Thân ( lõi ) nam châm điện.

1

2

3
4

m

5
δ

6

7
f lx t®
f lx n h

g

f ®t
m

- độ mở tiếp điểm.
8


l

- độ lún tiếp điểm.

Flxtđ - lực ép lò xo tiếp điểm.
Flxnh - lực ép lò xo nhả.
Fđ t - lực hút điện từ.
G - trọng lực phần động.

CHƯƠNG III
MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN
A.KHÁI NIỆM CHUNG.
Mạch vịng dẫn điện có chức năng dẫn dịng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện.
Mạch vòng dẫn điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu và kích thước hợp

thành. Mạch vịng dẫn điện gồm có các bộ phận chính như sau:
• Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh.
• Dây dẫn mềm..
• Đầu nối : gồm vít và mối hàn.
• Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp
điểm.
• Cuộn dây dịng điện ( nếu có, kể cả cuộn thổi từ dập hồ quang ).

B.YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.
• Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, tổn hao đồng nhỏ.
• Bền với mơi trường.
• Có độ cứng, vững tốt.
• Làm việc ở chế độ sự cố trong thời gian cho phép.
• Có kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, chế tạo, lắp ráp, thay thế.

C.MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH.
9


I.THANH DẪN.
1.u cầu đối với thanh dẫn:
• Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt.
• Dẫn nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao.
• Có độ bền cơ khí cao, chịu mài mịn tốt.
• Chịu được ăn mịn hố học tốt, ít bị ơxi hố.
• Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ.
2.Chọn vật liệu:
Từ những yêu cầu trên đối với thanh dẫn, tra bảng 2-22 ( trang 81- Những hằng số
vật lí của vật dẫn thơng dụng trong khí cụ điện ) và so sánh các ưu nhược điểm, ta chọn
vật liệu làm thanh dẫn là đồng kéo nguội. Các thông số kỹ thuật của đồng kéo nguội:

Ký hiệu

ML-TB

Tỷ trọng (γ)

8,9 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy (θnc)

10830C

Điện trở suất ở 200C (ρ20)

1,58.10-8 Ωm

Độ dẫn nhiệt (λ)

3,9 W/cm 0C

Độ cứng Briven (HB)

80 ÷ 120 kG/cm2

Hệ số nhiệt điện trở (α)

0,0043 1/ 0C

Nhiệt độ cho phép cấp A ([θcp])

950 C

Độ dẫn nhiệt

3,9 W/cmoC

3.Chọn dạng thanh dẫn:
Chọn dạng thanh dẫn có tiết diện chữ nhật, chiều rộng a, chiều dày b:
l

b
a

b

a

II.TÍNH TỐN THANH DẪN Ở CHẾ ĐỘ DÀI HẠN.

10


1.Thanh dẫn tĩnh.
a.Kích thứoc thanh dẫn
Kích thước thực : a=10(m.m).
b=2(m.m) .
b.Tính τơđ:
Từ cơng thức niutơn:
Ρ=K TST (θơđ - θo)= KTSTτơđ
trong đó:

KT :Hệ số tản nhiệt.
ST :Tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn.ST=2(a+b)l.
Ρ :Công suất tản nhiệt của thanh dẫn.
θôđ :Nhiệt độ làm việc ổn định của thanh dẫn.
θo :Nhiệt độ của mơi trường.
ta có:
IđmRθ Kf = K TST (θơđ - θo).

I 2 dm ρ θ lK f
= KT ST (θ « d − θ mt ).
S
trong đó:
Rθ :Điện trở của thanh dẫn ở nhệt độ ổn dịnh.[Ω].
ρθ :điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định[Ω.m].
S :tiết diện của thanh dẫn.S=ab[m2].
l :chiều dài của thanh dẫn[m].
2
I dm ρ θ lK f
= KT 2( a + b)lST (θ « d − θ mt ).
Ta có:
ab
I 2 dmρθ K f
ab 2( a + b) =

KT T« d

chọn:
Kf=1,03;KT=8[W/oCm2];a=10[m.m];b=2[m.m] ;Iđm=65[A].
Thay số ta có:

65 2 ⋅ ρ θ ⋅ 1,03
10 × 2 ⋅ 10 ⋅ 2(10 + 2) ⋅ 10 =
.
8 ⋅ τ«d
−6

⇔

−3

ρθ
= 0 ,882 ⋅ 10 − 9
τ«d

11


Thay :
Ta có:

ρθ= ρ(20oC)[1+α(θơđ-20)].
τơđ = θơđ - θmt .
−9

0.88210 =

0,0174.10 −6 [( 1 + 0,0043(θ « d − 20)]
θ « d − θ mt

.

Chọn θmt=40oC⇒:
θôđ = 63,43oC ≈64oC.
Vậy giá trị: τơđ = θơđ-θmt=64 - 40=24oC.
c.Kiểm nghiệm mật độ dịng điện dài hạn:
Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ dài hạn là:
Jd =

I dm 65
=
= 3,25 A / mm 2 < [j] =2 ÷ 4 A/mm2 → thoả mãn yêu cầu.
20
S

d. Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch:
Độ bền nhiệt của khí cụ điện là tính chất chịu đựng được sự
tác dụng nhiệt của dịng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch. Nó được đặc trưng
bằng dòng điện bền nhiệt, là dòng điện dòng điện mà ở giá trị đó thanh dẫn chưa bị biến
dạng.
Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch là:
jnm =

A nm - A d
t nm

( trang 314- TKKCĐHA )

Trong đó :
tnm = tbn

: thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt.

Anm = Abn : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt.
Ađ

: hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu.

Tra đồ thị hình 6-6, trang 315- TKKCĐH, ta có : ứng với nhiệt độ ban đầu θđ
= 640C có Ađ =1,15 .104 A2s/mm4, ứng với nhiệt độ bền nhiệt của đồng θbn = 2500C có
Abn =3,5 .104 A2s/mm4
tnm

jnm (A/mm2)

[jnm]cp (A/mm2)

12


3s

88.51

94

10s

48,48

51

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 được ngắn mạch.
Kết quả kiểm nghiệm cho thấy thanh dẫn với tiết diện 10x2 mm2 thoả mãn
hoàn toàn các điều kiện về nhiệt và điện ở các chế độ làm việc khác nhau như trên.
2. Tính tốn tiếp điểm thanh dẫn tĩnh.
a.Nội dung tính tốn.
Tiếp điểm cần tính là tiếp điểm kiểu cầu, 1pha 2 chỗ ngắt.Nội dung
tính tốn bao gồm:
- Xác định độ mở tiếp điểm [ m ].
- Xác định độ lún tiếp điểm [ l ].
- Chọn vật liệu tiếp điểm.
- Tính lực ép tiếp điểm.
- Tính điện trở tiếp xúc.
- Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc.
- Xác định dịng điện hàn dính.
- Tính biên độ và thời gian rung.
- Ăn mịn tiếp điểm.
b. Tính tốn chi tiết.
Chọn vật liệu làm tiếp điểm:
- Yêu cầu của vật liệu làm tiếp điểm :
+ Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé.
+ Tính dẫn nhiệt và nhiệt độ nóng chảy cao.
+ ít bị ơxi hố.
+ Khó hàn dính.
+ Độ cứng cao, ít bị ăn mịn cơ.
+ Đặc tính cơng nghệ tốt.
13

+ Giá thành hạ.
- Với yêu cầu thiết kế, ta chọn vật liệu là kim loại gốm ( BạcNiken- Than chì) có các thơng số:
+ Ký hiệu : KM K- A32.
+ Tỷ trọng : 8,7 ( g/ cm3).
+ Nhiệt độ nóng chảy: 3400 0C.
+ Điện trở suất ở 20 0C : 3,5x10-5 ( Ω.mm ).
+ Độ dẫn nhiệt : 3,25 (W/ cm.0C).
+ Tỷ trọng nhiệt : 0,234 (W.s/ cm.0C).
+ Độ cứng Briven : 45 ÷ 65 ( kg.mm2 ).
+ Hệ số nhiệt điện trở : 3,5x10
Độ mở tiếp điểm:
- Độ mở tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động
và tiếp điểm tĩnh ở vị trí ngắt của cơng tắc tơ.
- Độ mở tiếp điểm lớn thì hồ quang bị kéo dài và dễ bị
dập tắt nhưng lại làm tăng hành trình của cơ cấu. Vì vậy cần phải chọn độ mở của tiếp
điểm một cách hợp lý.
- Số liệu thực tế đo được : m = 4 [ mm ].
Độ lún tiếp điểm:
- Độ lún của tiếp điểm là quãng đường mà tiếp điẻm
động đi thêm được nếu không bị tiếp điểm tĩnh cản lại. Độ lún cần phải có để có lực ép
tiếp điểm và duy trì khảe năng làm việc của thiết bị khi tiếp điểm bị ăn mòn.
- Độ lún thực tế đo được : l = 2,5 [ mm ]
Kích thước tiếp điểm:
Tiép điểm có dạng hình trụ trịn có thơng số thực tế như sau:
- Đường kính tiếp điểm : d = 8 [ mm ].
- Chiều cao tiếp điểm

: h = 2 [ mm ].

Tính lực ép tiếp điểm:

14


Có hai phương pháp để xác định lực ép tiếp điểm là lý thuyết
và thực nghiệm:
- Theo thực nghiệm, ta có cơng thức
Ftđ = ftđ .Iđm.
- Tra bảng 2-17 TLLK ta chọn được:
ftđ = 7 ( g/ A ).
Ftđ = 7.65 = 455[g] ≈4,6 ( N ).
- Theo lý thuyết :
+ Dựa vào việc khảo sát nhiêt trường và điện
trường của thanh dẫn đặc, dài vơ hạn, có nguồn nhiệt ở đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác,
ta có cơng thức sau:
2
Ftd = Idm
.

1
ΠAHB
.
.
2
16 λ [arccos( Ttd )] 2
Ttx

Trong đó:
A: Hằng số Even; A = 2,3.10-8.
HB: Độ cứng Briven; chọn HB = 50 ( kg/ mm2 ).

λ: Hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn. Tra bảng (2-13- TLTKKCHA) với
vật liệu là đồng kéo nguội ta có λ = 3,8 (W/ cm.0C).
Ttđ : Nhiệt độ tuyệt đối của thanh dẫn ở chỗ xa nơi tiếp xúc. Chọn Ttđ là
nhiệt độ cho phép Ttđ = 273+ 64 = 337 ( 0K ).
Ttx : Nhiệt độ chỗ tiếp xúc, thường lấy Ttx = Ttđ + ( 5 ÷ 10 0) K. Vậy ta
chọn Ttx = 347 ( 0K ).
thay số ta có :
Ftd = 65 2.

2,3.10 −8.3,14.50.10 6
1
= 1,141( N ) .
.
2
337 2
16.380
]
[arccos
347

*So sánh lý thuyết và thực nghiệm ta thấy Ftđ thực nghiệm lớn hơn rất
nhiều, Vậy ta chọn Ftđ = 4,6 ( N ) .
15


Tính điện trở tiếp xúc:
Ta có cơng thức:

Rtx =

Ktx
.
( 0,102.Ftd ) m

Trong đó :
m = 0,5: Tiếp xúc giữa các tiếp điểm là
tiếp xúc điểm.
Ktx: Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật
liệu và tạng thái bề mặt của tiếp điểm.Tra bảng trang 59 ( TL1) : Với vật liệu kim loại
gốm thì có: Ktx = (0,2÷ 0,3).10-3. Chọn Ktx = 0,25-3.

0,25.10 −3
= 0,4.10 −3 (Ω).
Thay số ta có: Rtx =
0, 5
(0,102.4,6)
Hiệu điện thế tại nơi tiếp xúc:
Utx = Rtx.Iđm = 0,4.10-3.65 = 26 ( mV).
*Yêu cầu đối với công tắc tơ ≤ 1000V là điện áp tiếp xúc rơi
trên tiếp điểm là (2÷ 30 ) (mV).Vậy giá trị Rtx = ở trên phù hợp với yêu cầu thực
tế.
Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:

Tổn hao nhiệt trên tiếp điểm chia làm hai phần gồm:
toả ra môi trường và làm nóng tiếp điểm.
Nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc của tiếp điểm được tính
theo cơng thức:
2
2
2

I dm
. R2
I dm
.ρ
Rtx .I dm
θ tx = θ 0 +
+
+
.
Kt .P .S 2. λ .Kt .P .S 8..λ .ρ

Trong đó:
θ0 : Nhiệt độ môi trường xung quanh (θ0 = 40 0C ).
Iđm : Dòng điện định mức ( Iđm = 65 A ).

16


Rtx : Điện trở tiếp xúc (Rtx = 0,4.10-3 ).
ρ

: Điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm. Tra

bảng (2-13- TLTKKC) có ρ = 3,5.10-9 Ω.m.
S : Tiết diện tiếp điểm :

3,14.82.10 −6
S=
= 50,265[mm 2 ].
4

R : Điện trở tiếp điểm:

R=

ρ .l
S

=

3,5.10 −9.2.10 −3
= 1,4.10 −7 [Ω].
−6
50,265.10
Kt : Hệ số toả nhiệt bề mặt của thanh dẫn. Kt = 8

(W/ m2 ).
λ : Hệ số dẫn nhiệt. λ = 3,25 (W/ m ).
P : Chu vi tiếp điểm:
P = Π.d = 3,14.8.10-3 = 25,12.10-3 ( m ).
Thay số ta có :
θ tx = 40 +

652.3,5.10−9
8.25,12.10−3.50,265.10−6

+

0,4.10−3 .652
2. 3,25.102.25,12.10−3.8.50,265.10−6

+

652.(1,4.10−7 ) 2
. = 55[ o C ].
2
−9
8..3,25.10 .3,5.10

Xác định dòng điện hàn dính:

Theo lý thuyết, ta có thể xác định dịng điện hàn dính theo 1 trong 2 cơng thức sau:

I thhd =

4..H. Ftd .ε
λ .Π. H B .θ

arccos(

Ttd − Ttd .e
Ttx − Ttd .e

− t1

T
− t1

).

T

I thhd = A fnc .Ftd .
Để đơn giản ta sử dụng công thức 2:
17


I thhd = A fnc .Ftd .
Trong đó:
fnc là hệ số nóng chảy, fnc = 2 ÷ 4 và càng lớn nếu vật liệu càng
mềm. Ta chọn fnc = 4.
A: Hằng số ứng với tưng loại vật liệu (A/ N0,5):

1
32.λ .θ nc .(1 + .α .θ nc )
3
.
A=
2
Π. H Bρ 0 (1 + .α .θ nc )
3
Trong đó:

ρ0 : Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm ở 00C.

ρ0 =

ρ 20
3, 5.10 −5
=
= 3, 27.10 − 5 (Ω.mm).

−3
1 + α 20 1 + 20.3, 5.10

α : Hệ số nhiệt điện trở. α = 3,5.10-3[1/oC].
λ : Hệ số dẫn nhiệt.λ = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m).
HB : Độ cứng Brunmen ở 0 0C,HB = 50 kg/ mm2.

θnc : Nhiệt độ nóng chảy của tiếp điểm.θnc = 3400 0C.
Thay số ta có:

1
32.3400.( 1 + .325.3400 ).325
1
3
2
A=
= 195,64( A/ N ).
2
6
−5
3,14.50.10 .3,27.10 .( 1 + 325.3400 )
3

I thhd = 195,64 3.4,6 = 726,7( A).

Vậy:

Theo thực nghiệm :
-Theo cơng thức Butlvit, có thể tính được một cách sơ bộ
dịng điện hàn dính ban đầu của tiếp điểm theo lực ép tiếp điểm:

Ihdbd = Khd Ftd .
tra bảng 2-19 TLTKKC ta được:Khd = 1000 (A/ kg).

18


Thay số ta có:

I hdbd = 1000 0,46 = 678( A).
* So sánh dịng điện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết và
thực nghiệm ta thấy dịng diện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết lớn hơn thực
nghiệm. Vậy ta chọn Ihdtd = 678 (A).
* So sánh với Inm: với Inm = 10.Idm = 10.65 =650 ( A ), ta thấy
Inm < Ihdtd , vậy tiếp điểm không bị hàn dính nagy cả khi bị ngắn mạch.
Tính biên độ và thời gian rung:

- Khi đóng tiếp điểm, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có
xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây nên hiện tượng rung
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 giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra một thời
gian một thời gian thì kết thúc, chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định.
- Đồ thị biểu diễn quá trình rung:
Theo cơng thức trang 72_ TLTKKCHA,coong
thuws tinys xm ,tm với tiếp điểm cầu là:

md .vd 2 .(1 − kv )
.
xm =
2.Ftdd

tm =

2.md v d . 1 − k v
Ftdd

.

Trong đó : -md: Khối lượng phàn động.
Tính md :
Md= G d
g

.

Trong đó:

19


-Gd=Idm.mc.Chọn mc=9.4 ⇒Gd=9.4.65=611 [g.m/s2]

⇒md=611/10=6.11 [g].
-vd:vận tốc tiếp điểm khi va chạm,chọn vd=0.1[m/s].
-Kv:Hệ số va chạm(phụ thuộc vào vật lieeuj tiếp
diểm).Tra bản 72 với vật liệu bạc và hợp kim có Kv=0.9.
-Ftđđ:Lực ép tiếp điểm đầu.Theo kinh nghiệm
Ftđđ=0.5.Ftđc=0.5.4.6=2.3.
Thay số ta có:
0.0611.012.(1 − 0.9)

xm =
= 1.33.10 −5 = 1.33.10 −3 (mm).
2.2,3

tm =

2.0,0611.0.1. 1 − Kv
. = 1.7.10 −3 [ s ] = 1.7[ m.s ].
2,3

Xm và tm ở trên đuợc tính ứng với khối lượng phần động của
một tiếp điểm.Vì cơng tắc tơ có ba tiếp điểm⇒:

xmctt =
t ctt =

xm 0.133
=
= 0,044[m.m].
3
3

t m 1.7
=
= 0,37[ms].
3
3

* Theo công thức (4-27_TLTKKCHA) tổng thời gian rung là:t∑=(1.51.8)2.tm.Chọn t∑=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].Vì t∑ >0.3s là thời gian rung dể có thể
bỏ qua độ rung của cơng tắc tơ,vậy dộ rung la dáng kể,ta phải dùng lị so hỗn

xung dể giảm độ rung này.
Ăn mòn tiếp điểm.

- Yêu câu đối với tiếp điểm sau số lần đóng cắt n
nhất định là:
Vmòn/Vtđ ≤70%.
Π.d 2 .h 3.14.8 2.2
V td =
=
= 100.5(mm 3 ) = 0.1(cm 3 ).
4
4

20


- Theo công thức của Kuđơnhẽpôp(TLTKKCHAtrang79) khối lượng bị ăn mòn của tiếp điểm bị ăn mòn sau một lần đóng cắt là:
2

2

g = g d + g ng = 10 −9.( K d I d + K ng .I ng ) K kd .
Trongđó :
-Kkđ: Hệ

số

mịn

khơng

đồng

đều.Theo

TLTKKCHA-tr79 với dịng xoay chiều Kkđ =1.1-2.5,chọn Kkđ =1.3.
-Kđ,Kng:Hệ số mịn khi đóng cắt.Tra bảng (2-21TLTKKCHA) với vật liệu bạc dịng 65 (A) mơi trường khơng khí ta có:
Kđ=Kng=0.001(g/A2).
-Iđ:Dịng điện đóng,chọ Id=10.Iđm=650 (A).
-Ing:Dịng điện ngắt,chọn Ing=Iđm=65

(A).

Thay số ta có:

g =10−9 (0.001.6502 + 0.001.652 ).1.3 = 555.10−9 (g).
Tổng khối lượng kim loại bị ăn mòn sau 106 lkần đóng cắt là:
Gm=555.10-9.106=0.555(g).
Thể tích ăn mịn sau 106 lần đóng cắt là:

Vm =

Gm 0.555
=
= 0.64(cm 3 ).
8. 7
8 .7

Thay số ta có :

Vm 0.064
=
= 64%.
0.17
Vtd
* Vậy dộ mòn tiếp điểm nằm trong vùng cho phép sau 106 lần đóng cắt.
3.Thanh dẫn động.

Hình dạng,kết cấu ,vật liệu chế tạo thanh dẫn động và thanh dẫn
tĩnh hồn tồn gióng nhau.Việc tính tốn,kiểm nghiệm thanh dẫn động giống với việc
tính toán kiểm nghiệm thanh dãn tĩnh.

21


Do khơng phải chịu va đập cơ khí và khơng phải nối với đầu
nối dây nối ra bên ngoài như thanh dẫn tĩnh nên thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn
thanh dẫn tĩnh.
Kích thước của thanh dẫn động :
-Chièu rộng và chiều cao thanh dẫn:a=7[mm],b=2[mm].
- Chiều cao và đường kính tiếp điểm :h=2[mm],d=7[mm].
III.TÍNH TỐN ĐẦU NỐI THANH DẪN TĨNH.
1.Chọn kết cấu đầu nối.

Các thanh dẫn tĩnh được nối với dây nối mềm bằng các vít đầu
nối.Để đảm bảo cho việc thay thế sửa chũa ta chọn đàu nối là mối nối có thể tháo rời.Số
lượng mối nối ở mỗi pha là hai,hình dạng thanh dẫn nối là hình chữ nht.
Cu to u ni :

2

3

1

1:Vít bắt mối nối.
2:Đệm lò xo vênh.
3:Dệm phẳng.

- Vớt ghộp ni: dựng ghộp ni gia thanh dẫn tĩnh và dây nối
- Đệm lò xo vênh, phẳng: có tác dụng tạo lực ép giữ chăt thanh dẫn tĩnh và
dây nối
2.Tính tốn đầu nối.

22


Tra bảng (2-9-TLTKKCHA) với dịng Iđm=65A ta chọn được bu
lơng thép có đường kính ren là 8mm,trụ và lõi bằng thép có đường kính ren là 5mm.Vì
ở mỗi pha có hai chỗ ngắt nên ở ba pha ta phải chọn 6 bộ bu lơng như trên.
a.Diện tích tiếp xúc:

S tx =

I dm
.
j

Trong đó:
- Iđm : Dịng điện định mức.
: Mật độ dịng điệncho phép,chọn j=0,31[A/mm2].

- j

Thay số ta có:

S tx =

65
. = 210[mm 2 ].
0,31

b.Lực ép tiếp xúc :

F

tx

= f tx . S tx .

Trong đó :- f tx= 4,2[kN / mm 2 ]. (Tra bảng 2-10 TLTKKCHA)
Thay số có:
F tx = f tx .S tx =

4,2
.210 = 28,64[kN ].
30,8

c.Điện trở tiếp xúc của đầu nối:

R tx =

K tx
.
(0,102.F ) m

Trong đó :-m=1 vì dâ là tiếp xúc mặt.
-Ktx:Hằng số,tra bảng 59 với vật liệu là đòng kéo nguội.
Ktx=[0,09-0,14.10-3].Chọn Ktx=0,14.10-3.
Thay số có:

K tx
0,14.10 −3
R tx =
.=
= 0,05.10 −5 [Ω].
m
0,102.28,64
(0,102.F )
d.Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc:
23


U tx= Rtx .I dm = 0,05.10 −3.65 = 3,11[ mmV ].
*Yêu cầu của điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc là:2-30 (mmV).Vậy bulơng đã
chọn có thể đáp ứng đươc yêu cầu thiết kế.

CHƯƠNG IV
BUỒNG DẬP HỒ QUANG
I. KHÁI NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN.
1.Q trình phóng điện trong chất khí:

Ở điều kiện bình thường, chất khí là mơi trường cách điện tốt. Nếu đặt lên
hai điện cực trong môi trường khơng khí một điện trường có cường độ đủ lớn thì phá vỡ
tính cách điện của chất khí: nó trở nên dẫn điện tốt, phụ thuộc vào tính chất của chất
khí, áp suất của nó, nhiệt độ mơi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện
trường.
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dịng
điện lớn ( 102 ÷ 103 A/mm2 ), điện áp rơi trên catơt bé ( 10 ÷ 12 V ), nhiệt độ hồ quang
cao ( 6000 ÷ 18000oK ) và kèm theo hiệu ứng ánh sáng. Hồ quang điện là quá trình điện
và nhiệt liên quan mật thiết với nhau.
Vùng catôt khoảng cách ngắn ( cỡ 10-3 mm ) với Uc cỡ 10 ÷ 20 V, nên
cường độ điện trường ở vùng này khá lớn 20.103 V/mm.

24


Vùng anơt có điện áp rơi thấp, cỡ 5 ÷ 20 V và chiều dài cỡ 10-2 mm, vì vậy
EA thấp hơn nhiều so với EC . Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường Ehq gần như
khơng đổi, cỡ từ 1 ÷ 20 V/mm, phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động của
các phần tử khí, vận tốc di chuyển của hồ quang. Điện áp rơi trên thân hồ quang phụ
thuộc vào chiều dài của hồ quang:
Uhq = Ehq.lhq.
Nguyên nhân phát sinh và dập tắt hồ quang là q trình ion hố và q
trình phản ion hố trong vùng hồ quang.
Q trình ion hố xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường,
va đập ... và có các dạng ion hố sau:
- Q trình phát xạ nhiệt điện tử .
- Quá trình tự phát xạ điện tử .
- Q trình ion hố do va chạm .
- Q trình ion hố do nhiệt .

Q trình phản ion hố là q trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ
quang. Nguyên nhân chính của quá trình phản iơn là tái hợp và khuyếch tán.
2.Hồ quang điện xoay chiều:

Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần
hoàn theo tần số của lưới điện. Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện
áp trùng pha nhau. Trong 1/4 chu kì đầu, điện áp hồ quang tăng nhanh đến trị số cháy.
Khi hồ quang cháy, điện áp giảm dần. Dòng điện tăng từ 0 đến điểm cháy, dòng điện
đạt trị số cực đại và điện áp hồ quang hầu như khơng đổi. ở 1/4 chu kì sau dịng điện
giảm dần, đến thời điểm tắt, điện áp hồ quang tăng, sau đó suy giảm về 0 cùng với dịng
điện. Nếu hồ quang ổn định thì quá trình này sẽ được lặp lại ở nửa chu kì sau.
Tại thời điểm dịng điện đi qua 0, hồ quang khơng được cấp năng lượng
nên q trình ion hố xảy ra trong vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên hai
điện cực bé hơn trị số điện áp cháy thì hồ quang sẽ bị tắt.

25