Khí cụ điện

Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
mục lục
Lời nói đầu
Chơng I:Giới thiệu chung về công tắc tơ
I: Khái niệm chung
II :Tác dụng
III: Cấu tạo
IV: Nguyên lý hoạt động
Chơng II:Chọn phơng án kết cấu
1:Hệ thống mạch vòng dẫn điện
2:Hệ thống dập hồ quang
3:Nam châm điện
4:Hệ thống các lò xo nhả,lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung
5:Hình dáng công tắc tơ
Chơng III: Tính toán mạch vòng dẫn điện
A : Khái niệm chung
B : Tính toán
I : Tính toán mạch vòng dẫn điên chính
II : Tính toán đầu nối
III : Tính toán tiếp điểm
Chơng IV: Chọn buồng dập hồ quang
I : Khái niệm chung
II : Yêu cầu của việc thiết kế buồng dập hồ quang
III : Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang
IV : Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang
V : Kết cấu buồng dập hồ quang
VI : Nguyên lý buồng dập hồ quang
Chơng V: Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả
I : Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xô
II : Tính toán lò xo
Phm Vit Hng TB_T2_K49

Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Chơng VI: Dựng đặc tính cơ
Chơng VII: Tính toán và kiểm nghiệm nam châm điện
I : Khái niệm
II : Kết cấu và lựa chọn nam châm điện
III : Tính toán nam châm điện
IV : Tính toán và kiểm nghiệm nam cham điện
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Lời nói đầu

Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc,ngành điện cũng đồng thời phát
triển nhằm đáp ứng nhu cầu về điện
Các khí cụ điện có nhiệm vú dảm bảo an toàn trong quá trinh vận hành các thiết bị điện
Với những yêu cầu khác nhau mà ngời ta chế tạo các khí cụ điện khác nhau,mức độ tự
động hoá ngày càng đợc nâng cao
Công tắc tơ là một loại khí cụ điện co tác dụng bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố nh quá
tải,ngắn mạch,quá dòng
Nhiệm vụ của bài đồ án là thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha với các số liệu nh ở dới
Đợc s giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Đức cùng các thầy cô bộ môn TBĐ, em đã
hoàn thành bản thiết kế.Nhng em còn hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế nên
không tránh khỏi nhiều thiếu sót.Vậy em kính xin thầy cô chỉ bảo góp ý thêm cho em dể bản
thiết kế hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn

Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Chơng I
Giới thiệu chung về Công tắc tơ ,Cấu tạo, Nguyên lý họat
động

I. Khái niệm chung
Công tắc tơ là loại khí cụ điện hạ áp, dùng để đóng ngắt trực tiếp dòng điện tải thờng xuyên đ-
ợc điều khiển bằng tín hiệu điện.
II.Tác dụng
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thờng xuyên mạch điện động lực ,từ xa bằng
tay ,tự động
III. Cấu tạo
Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:
1-Hệ thống mach vòng dẫn điện
Bao gồm hệ thống thanh dẫn,dây nối mềm,đầu nối và hệ thống tiếp điểm
2-Nam châm điện xoay chiều.
3- Hệ thống dập hồ quang
4- Hệ thống phản lực : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung...
IV. 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 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 chi tiếp điểm động tiếp
xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh đợc gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây
điện ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy 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 toàn 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.
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Chơng II
Chọn phơng án kết cấu

1.Hệ thống mạch vòng dẫn điện
Thanh dẫn: do thanh dẫn phải dẫn dòng điện làm việc và có
khi phải chụi dòng điện ngắn mạch lớn khi xảy ra sự cố
đòng thời phải đảm bảo cho tiếp điểm tiếp xúc tốt nên ta
chọn thanh dẫn bằng đồng có tiết diện ngang hình ch nhật.
Đầu nối : chọn đầu nối bằng bu lông có thể tháo rời đợc.
Tiếp điểm chính: do dòng điện làm việc định mức của công tắc tơ là145A nên ta chọn tiếp điểm
hình chữ nhật, kiểu bắc cầu, 1 pha 2 chỗ ngắt, tiếp xúc loại mặt phẳng-mặt phẳng.
Tiếp điểm phụ: cũng dùng kiểu tiếp điểm bắc cầu 1 pha 2 chỗ ngắt.
ii. Hệ thống dập hồ quang
Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là :
- Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí.
- Dùng cuộn dây thổi từ.
- Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp.
- Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập.
Qua phân tích và tham khảo thực tế , đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang
kiểu dàn dập .
iii. Nam châm điện
Công tắc tơ có thể đóng ngắt bằng nam châm điện hút quay hoặc hút thẳng.
Nam châm điện hút quay
- Ưu điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút quay tốt hơn nam châm điện hút thẳng.
- Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, một pha có một chỗ ngắt làm cho việc dập hồ quang khó
khăn, phải dùng dây nối mềm.
Nam châm điện hút thẳng
- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, Kết cấu tiếp điểm bắc cầu một pha có hai chỗ ngắt làm cho
việc dập hồ quang đơn giản hơn, Hành trình chuyển động gắn liền với chuyền động của
nắp nam châm điện,việc bố trí buồng dập hồ quang dễ dàng, Không dùng dây nối mềm.
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
- Nhợc điểm: đặc tính cơ của nam châm điện hút thẳng không tốt bằng nam châm hút

quay.
Do có nhiều u điểm cho nên ta sẽ sử dụng nam châm điện xoay chiều hình chữ E kiểu hút chập.
iv. Hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm và lò xo hoãn xung
Lò xo nhả, lò xo tiếp điểm: ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ do nó ít bị ăn mòn và bền hơn lò
xo tấm phẳng.
Lò xo hoăn xung: dùng để giảm bớt va chạm giữa nắp và thân cực từ do đó ta dùng lò xo lá.
v. Hình dáng của công tắc tơ
Sau khi chọn kết cấu và thiết kế sơ bộ ta đợc hình dáng công tắc tơ nh sau
1. Tiếp điểm tĩnh. 6. Thanh dẫn tĩnh.
2. Tiếp điểm động. 7. Lò xo nhả.
3. Lò xo ép tiếp điểm. 8. Mạch từ nam châm điện.
. 4. Thanh dẫn động 9. Cuộn dây nam châm điện.
5. Dàn dập hồ quang. 10. Vòng ngắn mạch.
11. Nắp mạch từ nam châm điện.
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Chơng III
Tính toán mạch vòng dẫn điện
A. Khái niệm chung
Trong Công tắc tơ, mạch vòng dẫn điện là một bộ 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 mạch vòng dẫn
điện chính và mạch vòng dẫn điện phụ với các bộ phận chính nh 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.
- 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.
I,Tính toán mạch vòng dẫn điện chính.
1,Thanh dẫn:
1.1,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 tơng đối cao do đó tra bảng (2-13 TKKCDHA) ta chọn đồng kéo
nguội làm vật liệu cho thanh dẫn động.
Các thông số của đồng kéo nguội :
Ký hiệu ML-TB
Tỷ trọng () 8,9 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,0175.10
-6
m
Độ dẫn nhiệt () 3,9W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 80 ữ 120 kG/cm

2
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0043 1/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([
cp
]) 95
0
C
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
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 TKKCDHA)


3
dôT
f
2
.K).1n.(n.2
K..I
b
+

=

trong đó :
-I =145 A : 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.
K
f
= K
bm
.K
g
= 1,03 ữ 1,06 . Chọn K
f
= 1,04.
-K
T
: hệ số tản nhiệt, K
T
= (6 ữ 12)

(W/
0
C.m
2
)
Chọn K
T
=8 (W/
0
C.m
2
)

-

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


=
20
[1+( - 20)]

20
: điện trở suất của vật liệu ở 20
O
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
O
C.

95
= 0,0175.10
-6
[1+4,3.10
-3
(95 20)] 0,023.10
-6

(.m)
-
ôđ
: độ tăng nhiệt ổn định

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

ôđ
= 95 40 = 55
O
C
Vậy bề dầy :

mmmb 169.2002169.0
55.8).17.(7.2
04,1.10.023,0.145
3
62
==
+
=

a=nxb=7x2,169=15,18 mm

Vậy a=15.4 mm b=2,2 mm
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Đây là kích thớc tối thiểu của thanh dẫn .Để nhiệt độ của thanh dẫn không vợt quá nhiệt độ
cho phép ta phải chọn kích thớc thanh dẫn lớn hơn số liệu tính toán trên.
Đồng thời phải căn cứ vào kích thớc tiếp điểm để có thể đặt tiếp điểm trên thanh dẫn.
Theo bảng (2.15 TKKCDHA) Ta chon kích thớc tiếp điểm đối với dòng điện
I
đm
=145A(100A-160A) Có đờng kính tơng đơng :
d=20 mm
Do với dòng điện 145 A ta sử dụng tiếp điểm hình chữ nhật
b1
a1
a1: Chiều dài tiếp điểm
b1: Chiều rộng tiếp điểm.
Diện tích tơng ứng
a1.b1=

.d
2
/4=3.14.20
2
/4=314 mm
2
Chọn: a1=16mm
b1=19,5 mm
Căn cứ vào kích thớc tiếp điểm ta chọn chiều dài a của thanh dẫn lớn hơn a1 để đảm bảo có
thể gắn đợc tiếp điểm.
Chọn : a=18mm

b=3 mm .
Chu vi mặt cắt thanh dẫn là:
P=2x(a+b)=2x(18+3)=42 mm
Tiết diện mặt cắt:
S=axb=18x3=54mm
2
.
c,Kiểm nghiệm thanh dẫn:
1. Kiểm tra kích th ớc làm ở điều kiện làm việc dài hạn
Mật độ dòng điện : Yêu cầu kiểm nghiệm [j] <2 ữ 4 A/mm
2
.
Ta có:

j
2
/7,2
54
145
mmA
S
I
dm
===

thoả mãn yêu cầu về mật độ dòng điện dài hạn.
2. Nhiệt độ thanh dẫn :
Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có nhiệt độ phát nóng

+
=
.K..IK.P.S
.K.P.S.K..I
f0
2
T
mtTf0
2
td
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
với
0
: điện trở suất của đồng kéo nguội ở 0
0
C

6
3
20
0
10.016,0
20.0043,01
10.0175,0
.1


=
+

=
+
=



.m

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

0043,0.04,1.10.016,0.14510.8.42.54
8.40.10.42.5404,1.10.016,0.145
629
962



+
=
td

=
= 65
0

C
Vậy
td

< [
cp
] =95
0
C thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ định mức
3. 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) :

nm
dnm
nm
t
AA
j

=
Trong đó :
t
nm

: thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt
A
nm
: 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
nm
= 250
0
C có A
nm
= 3,5.10
4
A
2
s/mm
4

t
đ
= 65
0
C có A
đ
= 1.10
4

A
2
s/mm
4
t
nm
j
nm
(A/mm
2
) [j
nm
]
cp
(A/mm
2
)
3s 91,3 94
4s 79,1 82
10s 50 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 đợc ngắn mạch
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
4,kết quả:
Vậy kích thớc thanh dẫn : a=18 mm
b=3 mm
1.2,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 = 20 mm
b = 3,5 mm
II,Tính toán 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.
Đầu nối gồm 2 phần
-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 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 dau nối mềm hoặc không có dây nối mềm. ậ đây ta chon mối nối có thể tháo
rời đợc và bằng bu lông
Với dòng điện định mức I
đm
=145A theo bảng( 2-10 TKKCDHA) chọn bu lông bằng thép
CT-3 có đờng kính hệ ren M8 x15( mm ).
Diện tích bề mặt tiếp xúc : S
tx
=
j

I
dm
Trong đó:S
tx
:Diện tích tiếp xúc.
I
đm
:Dòng điện đích mức
J :Mật độ dòng điện tiếp xúc cho phép.
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
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
S
tx
=
)(mm 3,483
31,0
145
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/mm
2
F
tx
= 100.10
-2
. 483,3 = 483,3 Kg =4833 (N)
Điện trở tiếp xúc :

m
tx
tx
tx
)F.102,0(
K
R =

Trong đó K
tx
:Hệ số phụ thuộc vật liệu tiếp điểm
Tra bảng tang 59 TL1 K
tx
(đồng -đồng) =(0.09-0.14) x10
-3
/N

Chọn K
tx
=0.12x10
-3
/N
m:Hệ số phụ thuộc vào dạng tiếp xúc,tiếp xúc mặt-mặt m=1

4833.102,0
10.12,0
R
3
tx

=
=2,43x10
-7

Điện áp tiếp xúc :
U
tx
= I

đm
.R
tx
= 145x 2,43.10
7
= 352.10
7
V =0,0352.10
3
mV
Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U
tx
]
cp
=2 mV), nên bu lông đã chọn
thoả mãn yêu cầu.
III.Tính toán tiếp điểm
- Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện
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.
-Dạng kết cấu tiếp điểm:Tiếp điểm 1 pha 2 hỗ ngắt
1.Vật liệu và kích th ớc tiếp điểm .
Phm Vit Hng TB_T2_K49

Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
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
đm
=145 A.
Theo bảng(2-14TL1) ta chọn vật liệu làm tiếp điểm :
Kim loai gốm: Bạc-than chì-niken.
Đặc điểm: +Chịu đợc hồ quang.
+Độ cứng cao chống hàn dính.
Ký hiệu KMK.A32
Tỷ trọng () 8,7 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy (
nc
) 3000
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (
20
) 0,035.10
-6
m
Độ dẫn nhiệt () 325 W/m
0
C
Độ cứng Briven (H
B

) 45 ữ 65 kG/cm
2
Hệ số dẫn nhiệt điện trở () 0,0035/
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.
-Dạng tiếp điểm:
Nh ở phần chon kích thớc thanh dẫn ta đã tính toán đợc kích thớc tiếp điểm :
a1=16 mm
b1=19,5 mm
Đồng thời theo bảng(2-15TKKCDHA).Đối với dòng định mức 145 A ta chon chiều cao
tiếp điểm h=2,2 mm (2,2-3 mm)
Vậy kích thớc tiếp điểm: a1=16 mm
b1=19,5 mm
h =2,2 mm
2. 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 ngẵn 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.Lực ép tiếp điểm có thể xac định
theo hai công thức
a- Theo công thức kinh nghiệm:
F
tđ
= f
tđ
x I
đm
Trong đó : f
tđ

là lực ép tiếp điểm đơn vị Với kim loại gốm f
tđ
=7-15 G/A
Chọn f
tđ
= 10 G/A
F
tđ
=10 x 145 = 1450G = 1,45 KG =14,5N
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
b- Tính theo công thức lý thuyết (5-12TL2) , tại một điểm tiếp xúc , lực ép tiếp điểm sẽ là :
F
tđ1
=
2
tx
td
2
B
2
dm
)
T
T
arccos(
1
.
.16
H..A

.I








trong đó :
-A=2,42.10
-8
(V/
O
C) : hằng số Loen.
-H
B
: độ cứng Britnel của tiếp điểm
H
B
= 45 kG/mm
2

- = 325 W/m.
O
C hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn
T
tđ
:Nhiệt độ thân tiếp điểm.

33827365273 =+=+=
tdtd
T


T
tx
:Nhiệt độ điểm tiếp xúc
T
tx
= T
td
+(5-10)
0
C
Chọn T
tx
=T
td
+10=348
0
C
F
tđ1
=
225,0
)
348
338
arccos(

1
.
)325(16
1045..1042.2
.145
22
68
2
=







x
xx

kG =2,25N
Vậy lực ép tiếp điểm :F
tđ
=F
tđ1
x n.
Trong đó n:Hệ số tiếp điểm,với tiếp điểm mặt n=3
F
tđ
=2,25.3=6,75 N
Kết hợp với tính toán thực nghiệm ta chọn:

F
tđ
=14,5 (N).
3,Điện trở tiếp xúc:
- Tính theo công thức thực nghiệm 2-25 (TL1)
R
tx
=
m
td
tx
)F.102.0(
K
Trong đó :
F
tđ
tính bằng Newton (N)
m:Hệ số phụ thuộc dạng kết cấu,tiếp xúc mặt mặt m=1
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm .
Tra bảng trang 59 TL1 đối với kim loại gốm chọn
K
tx
= (0.2-0.3).10
-3
Chon K
tx
=0.25.10
-3

N/

)(10.69,1
5,14102.0
10.25.0
4
3
==


x
R
tx
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
4,Điện áp tếp xúc của tiếp điểm:
U
tx
= I
đm
.R
tx
= 145x1,69.10
-4

=0.0245 V
=24,5 mV < [U
tx
] = 2 ữ30 mV
Thoả mãn điều kiện tiếp xúc

5,Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:
Theo công thức (5-8 TKKCDHA) ta có nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm:






..8
).(
...2
.
..
.
222
txdm
T
tddm
T
dm
mttd
RI
PKS
RI
KPS
I
+++=
Trong đó :

=
20
.( 1 + .(-20)) = 0.035.10
-6
. (1 + 3,5.10
-3
.(95 20)) = 0.042.10
-6
mm
-
mt
: nhiệt độ môi trờng,
mt
=40 (
0
C)
-
t
K
:hê số toả nhiệt bề mặt,
t
K
=8.
2o
m.C
WƯ
- S :thiết diện thanh dẫn ,S=312 mm
2
- P:chu vi thanh dẫn,P=71 mm
- R

tx
=1,69.10
-4

-
===
63
10.25,0
5,19.16
2,2
.10.035,0.
td
td
tdtd
S
h
R

Điều kiện tiếp xúc
tđ
<180
0
C
C
td
0
6
24
63
-62

36
62
52
10.035,0.325.8
)10.69,1.145(
8.10.312.10.71.325.2
.1025,0.145
10.71.10.312.8
10.042,0.145
40
=+++=








tđ
<180
0
C.
Thoả mãn điêu kiện tiếp xúc.
6,Tính dòng hàn dính tiếp điểm:
Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
đm
(quá tải , 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 .
Điều kiện để tiếp điểm không bị hàn dính:
I
nm
<I
hd.
Trong đó :I
nm
: Dòng điện ngắn mạch.
I
hd
:Dòng điện hàn dính.
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Trị số dòng điện hàn dính xác định theo hai công thức:
a,Theo lý thuyết:
I
hdbđ
= A
tdnc
F.f (A)
trong đó A =
)
3
2
1(H

)
3
1
1(32
ncOB
ncnc
O
+
+

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

O
=
20.1


+
O

O
=
)(10.033.0

20.0035.01
0.035.10
6
-3
m=
+

: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
= 325 W/m.
O
C

nc
: nhiệt độ nóng chảy của vật liệu,
nc
=3000
O
C
H
Bo
: độ cứng Britnel .
H
Bo
= 50.10
6
kG/m
2
A =
1840
)3000x0035.0x

3
2
1.(10.033.0x10.50.
)3000x0035.0x
3
1
1.(3000x325x32
66
=
+
+

f
nc
: hệ số đặc trng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa trình phát
nóng.f
nc
=(2-4) chọn f
nc
= 4.
F
tđ
= 1 kG.
I
hd
=
)(36801.41840 Ax
=
b,Tính theo công thức thực nghiệm : ( 2-36 TKKCDHA)
I

hd
= K
hd
.
td
F
K
hd
: hệ số hàn dính
Theo bảng(2-19TKKCDHA) chọn K
hd
= 1500 A/kG
0,5
F
tđ
= 1 kG
I
hd
= 1500.
)A(15001 =
Nh vậy I
hd
> 10.I
đm
= 10.145 = 1450 (A) ,
Đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính.
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
7, Độ lún, độ mở của tiếp điểm:
a) 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
=(40-600) A và điện áp U
đm
= 380-500 V ta chọn độ mở m = 6-12
mm
-Đối với dong I
đmm
=145 A. Ta chon độ mở m=9 mm
b) Độ lún
1,Với tiếp điểm chính:
- 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
Theo công thức tính độ lún
L=A+BxI
đm

Trong đó A=1.5 mm
B=0.02 mm/A
L=1.5+0.02x145 =4,4 (mm).
2,Với tiếp điểm phụ:
Theo công thức tính độ lún
L=A+BxI
đm

Trong đó: A=1.5 mm
B=0.02 mm/A
L=1.5+0.02x5
=1.6 (mm).
9, Tính biên 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 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
a,Biên độ rung:
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Theo công thức 2-39 , biên độ rung cho 3 tiếp điểm thờng mở là :
X
m
=
tdd
Vdd
F
Kvm
.2
)1.(.
2

m
đ
: khối lợng phần động
m
đ
=
g
G
d
( G.s
2
/m )
G
đ
=Trọng lợng phần động.
G
đ
=T
đm
xm
c.

Với m
c
là hệ số ,thờng chọn m
c
=8-15 G/A
Chọn m
c
=9 G/A.

Vậy G
đ
=145x9=1305 G.
v
đ
: tốc độ tiếp điểm tại thời điểm va đập .
v
đ
= 0,1 m/s
K
V
: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu . K
V
= 0.85-0.9.Chọn K
v
=0.9.
F
tđđ
:lực ép tiếp điểm ban đầu.
F
tđđ
=(0.5-0.7)F
tđ.

Chọn F
tđđ
=0.6F
tđ
=0.6x14,5=8,7 N.
Vậy: Biên độ rung x

m
=
7,8.2
1,0.1,0.305,1
2
=0.75.10
-4
m
Với 3 cặp tiếp điểm ta có biên độ rung của tiếp điểm
X
m
=x
m
/3=0.025 mm
b,Thời gian rung:
- Theo công thức (2-20TKKCDHA) , thời gian rung:
(ms) 9.5 (s) 0095.0
7,8
9,011,0.305,1.2

12
==

=

=

tdd
Vdd
m

F
Kvm
t
Vậy thời gian rung tổng <10 ms thoả mãn điều kiện.
Do có 3 cặp tiếp điểm nên thời gian rung của mỗi cặp tiếp điểm:
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
t
m
=t

m
/3=3,16 ms.
10,Độ mòn tiếp điểm:
Khối lợng mòn TB của 1 cấp tiếp điểm cho 1 lần đóng ngắt theo công thức (2-54TKKCDHA) :
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
K
kđ
=1.1-2.5.Chọn K
kđ
=2.5
K
đ
và K
ng
: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt.
Tra bảng(-21TKKCDHA) K
đ
= 0,01 (g/A
2
)
K
ng
= 0,01 (g/A
2
)
K
kđ

= 1,1
Dòng khi đóng lấy bằng I
đ
= 4xI
đm
=4x145=580 (A)
Dòng khi ngắt I
ng
= 8xI
đm
=8x145=1160 (A)
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
(0,01x580
2
+ 0,01x1160
2
)x2 =4,2.10
-5
(g).
Thể tích mòn sau 1 lần đóng ngắt:
v
m
=

+

ngd
gg
.
Trong đó
6
10x7.8=
( g/m
3
) là trọng lợng riêng của tiếp điểm
v
m
=
6
5
10.7,8
10.2,4

=4,8x10
-12
m
3
V
m
= v
m
x10
5
=4,8x10
-7
m

3
=0,48 cm
3
Thể tích ban đầu của tiếp điểm
V
tđ
= h.a
1
.b
1
=2,2.16.19,5=684,4 mm
3
Lợng mòn của tiếp điểm sẽ là :
%70%100.
684,0
48,0
%100. ==
td
m
V
V
Thoả mãn điều kiện về độ mòn tiếp điểm
Chơng IV
Chọn buồng dập hồ quang
I. Khái niệm chung
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Trong các khí cụ điện ( cầu dao , relay , contactor , máy ngắt v.v ) , khi đóng hoặc ngắt
mạch điện , hồ quang sẽ phát sinh trên tiếp điểm . Nếu để hồ quang cháy lâu , các khí cụ điện và
hệ thống điện sẽ bị h hỏng , vì vậy cần phải nhanh chóng dập tắt hồ quang .

Bản chất của hồ quang điện là hiện tợng phóng điện trong chất khi với mật độ dòng điện rất
lớn ( 10
4
ữ 10
5
A/cm
2
) , có nhiệt độ rất cao ( 5000 ữ 6000
0
C) và điện áp rơi trên cathode bé
( 10 ữ 20 V ).
Hồ quang phát sinh là do môi trờng giữa các cặp tiếp điểm bị ion hoá bao gồm các dạng :
Quá trình phát xạ nhiệt điện tử .
Quá trình tự phát xạ điện tử .
Quá trình ion hoá do va chạm .
Quá trình ion hoá do nhiệt .
Song song với quá trình ion hoá là quá trình phản ion hoá ( tái hợp và khuếch tán ) . Nừu
quá trình phản ion hoá xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa thì hồ quang sẽ bị dập tắt . Vì
vậy,nguyên tắc dập hồ quang là tăng cờng quá trình phản ion hoá bằng các biện pháp :
K o dài hồ quang
Hồ quang tự dinh ra năng lợng để dập tắt
Dùng năng lợng ở nguồn ngoài để dập tắt
Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập tắt
Mắc điện trở Sunt để dập tắt
II,Việc thiết kế buồng dập hồ quang cần đảm bảo các yêu cầu sau:
-Đảm bảo khả năng đóng và khả năng ngắt
-Có thời gian cháy hồ quang nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị
dập hồ quang.
-Quá điện áp thấp.
-Kích thớc hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hóa nhỏ, nếu không có thể tạo ra chọc thủng

cách điện giữa các phần của thiết bị và của toàn bộ khí cụ.
-Hạn chế ánh sáng và âm thanh.
III,Yêu cầu đối với vật liệu buồng dập hồ quang
-Đảm bảo tính chịu nhiệt của vật liệu làm buồng dập.
-Đảm bảo tính cách điện và chống ẩm của buồng dập .
-Đảm bảo độ nhám bên trong thành buồng dập.
IV, Lựa chọn kết cấu buồng dập hồ quang
Đối với khí cụ điện hạ áp , các trang bị dập hồ quang thờng là :
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
- K o dài hồ quang điện bằng cơ khí.
- Dùng cuộn dây thổi từ
- Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp
- Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập
Qua phân tích và tham khảo thực tế , đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ
quang kiểu dàn dập . Trong buồng dập hồ quang ở phía trên có đặt nhiều tấm sắt từ . Khi hồ
quang cháy , do lực điện động , hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều
đoạn ngắn . Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có
tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt.
V. Kết cấu buồng dập hồ quang
a, Kết cấu:
Kết cấu buồng dập hồ quang
1. Buồng dập hồ quang 6. Thanh dẫn tiếp điểm
2. Vỏ buồng dập hồ quang 7. Tiếp điểm động
3. Các tấm sắt non 8. Tiếp điểm tĩnh
4. Thanh dẫn động 9. Thân, vỏ công tắc tơ
5. Giá đỡ tiếp điểm
b, Vật liệu vỏ buồng dập hồ quang:
Đối với vật liệu làm vỏ buổng dập hồ quang phải đảm bảo các yêu cầu sau:
-Tính chịu nhiệt cao.

Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
-Đảm bảo tính cách điện và chống ẩm.
-Nhám bề mặt bên trong thành buồng dập.
Để đảm bảo các yêu cầu trên ta chọn vật liệu làm vỏ buồng dập hồ quang :
Ximăng Amiăng.
Ký hiệu: OCT 8697-58
-Công nghệ chế tạo: Trộn sơ amiăng đã nghiền với ximăng ,sau đó đem ép vào khuôn ở dạng
tấm hay mẫu khuôn đã định sẵn,cuối cùng là sấy khô các chi tiết đã ép.
c,Vị trí đặt buồng dập hồ quang:
Buồng dập hồ quang đợc đặt ở mỗi chỗ ngắt.
VI,Nguyên lý hoạt động của buồng dập hồ quang:
Khi hồ quang xuất hiện dứơi tác dụng của lực điện động ,bao gồm lực điện động do kết
cấu mạch vòng dẫn điện và do các tấm dập chế tọ bằng vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên
dòng điện hồ quang, hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn
ngắn . Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào , đồng thời các tấm sắt từ còn có tác
dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt.Kết quả là hồ uang bị dập tắt nhờ các yếu
tố sau:
+Điện áp hồ quang U
hq
bị giảm.
+Chiều dài hồ quang bị chia làm nhiều đoạn ngắn.
+Nhiệt độ hồ quang bị giảm.
Chơng V
Tính toán lò xo tiếp điểm,lò xo nhả
I Lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo lò xo:
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén
Sơ đồ động ở 2 trạng thái:

a,Nắp nhả = m + l
b,Nắp hút = 0
Loại lò xo này có u điểm ít bị ăn mòn bền về cơ , làm việc linh động , không bị phát
nóng .
Tra bảng 4-1 (TKKCDHA) , chọn vật liệu làm lò xo là dây thép các bon OTC9389-60:
Các thông số của vật liệu:
- Độ bền giới hạn khi kéo

k
=2650 N/mm
2
- Giới hạn đàn hồi

đ
=800 N/mm
2
- Giới hạn mỏi cho phép khi uốn

u=930 N/mm
2
- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn

x=580 N/mm
2
- Module đàn hồi 200.10
3
N/mm
2
- Mudule trợt 80.10
3

N/mm
2
- Điện trở suất 0,19 ữ 0,22 .10
-6
m
II,Tính toán lò xo:
1,Lò xo tiếp điểm chính:
- Tính cho một lò xo
Phm Vit Hng TB_T2_K49P
F
đđ
F
đ
G
đ
+ F
nh
đ
G
đ
+ F
nhc
F
đt
F
đ
F
đ
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
- Theo công thức 4-31 (TKKCDHA) , đờng kính dây lò xo là :

d =
][
.8
x
CF

Trong đó F:lực ép tiếp điểm tính cho một tiếp điểm(1 pha 2 chỗ ngắt).
F=F
lxc
=2.F
1td
=2.14,5=29 N.
F
lxd
=(0,4 -0,7) F
lxc
=0,6. F
lxc
=0,6.29=17,4 N
C: Tỉ số D/d. C=4-16 chọn C=10.
[
x

]: ứng suất cho phép .
[
x

]=580 N/mm
2
.

d =
)(13,1
580.
10.29.8
][
.8
mm
CF
x
==

Vậy chọn đờng kính dây lò xo là d =1,13 mm
- Đờng kính lò xo :
D = C.d = 10.1,13= 11,3(mm).
- Số vòng làm việc :
W =
FD
fdG
.8
..
3
4
.
Trong đó:

F:Lực lò xo phải sinh ra trong đoạn f.


F=F
c

-F
đ
=29-17,4=11,6 N
f:Độ lún của lò xo.
f=l=4.4 mm
G:Mô đun chống trợt G=80x10
3
N/mm
3
d=1,13 mm.
C=10.
W=
4
6,11.3,11.8
4,4.13,1.10.80
.8
..
3
43
3
4
==
FD
fdG
(vòng).
Phm Vit Hng TB_T2_K49
Đồ án môn học Khí cụ điện GVHD: Nguyễn Văn Đức
Do lò xo chịu nén có các vòng chống nghiêng ở hai đầu lò xo ,số vòng toàn phần của lò xo:
W = 4 + 1.5 = 5.5=6( vòng).
- Bớc lò xo :

t
k
= d =1,13 mm
t
n
= d +
mm) (7,1
6
4.4
13,1
=+=
W
f
- Chiều dài kết cấu :
l
k
= d.W = 1,13.6 =6,78 mm
l
n
= W.t
n
+ 1,5.d = 6.1,7+ 1,5.1,13 = 11,895(mm)
- ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

x
=
578
13,1.2
3,11.29.16
2

16
33
==

d
FD
N/mm
2
Vậy
x
< [
x
] =580 N/mm
2
do đó lò xo chọn thoả mãn yêu cầu không vợt quá ứng suất
xoắn cho phép.
2,Lò xo tiếp điểm phụ:
Lực ép tiếp điểm phụ nh đã tính ở trên:
F
tđpcuoi
= 4x0.5=2 N.
F
tđpđầu
=0.6x2=1.2 N.
Tính cho 1 lò xo : F
tđpcuoi
= 2/2=1 N.
F
tđpđầu
=1.2/2=0.6 N.

Nh vậy trong khoảng = f = l = 1,6 (mm) lò xo phải sinh đợc lực là F = 1-0.6=0.4
N .
- Theo công thức 4-31 (TL1) , đờng kính dây lò xo là :
d =
)mm(
][
C.F8
x

Trong đó F:lực ép tiếp điểm tính cho một tiếp điểm(1 pha 2 chỗ ngắt).
F=1 N.
C: Tỉ số D/d. C=10.
Phm Vit Hng TB_T2_K49