Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Giới thiệu về công tắc tơ ppt

Giáo trình

Công tắc tơ













1

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.
Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để thườ
ng 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 công tắc tơ dùng để đóng cắt
mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại là nam châm điện một chiều.

II. PHÂN LOẠ
I
.
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 CỦ
A CÔNG TẮC TƠ.

2
1.Điện áp định mức U
đ 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 I
đm
: 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 không quá 8h.
Dòng điện định mức của CTT hạ áp thông dụng có các cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75;
100; 150; 250; 300; 600; 800A. Nếu CTT đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải
lấy thấp hơn 10% do đ
iều 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 dòng điện định mức của CTT lấy thấp hơn khoảng 20% do ở chế độ này lượng
ôxit 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.Điệ
n áp cuộn dây định mức U
cdđm
: là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi
tính toán, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng 85%U
cdđm
thì phải đủ sức
hút và lúc điện áp bằng 110%U
cdđm

thì cuộn dây không được nóng quá trị số cho phép.

4.Số cực: là số cặp tiếp điểm chính của CTT. Công 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 dòng điện định mức 5A hoặc 10A.

6.Khả năng đóng và khả năng cắt
: là giá trị dòng 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, rôto lồng sóc cần phải có
khả năng đóng từ 4 ÷ 7 lần I
đm
.
CTT điện xoay chiều đạt 10I
đm
với phụ tải điện cảm.

3

7.Tuổi thọ của CTT: là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy CTT sẽ hỏng
không 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 không tải cho đến khi CTT hỏng. CTT hiện
đại tuổi thọ cơ khí đạt 2.10
7
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 dòng điện.
Tần s
ố 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
dòng 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 10I
đm
.

10.Tính ổn định nhiệt: nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong thời
gian cho phép, các tiếp điểm không 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 nhấ
t để không 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.

4
- 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.
- Kết cấu đơn giả
n, 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 thẩ
m 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 công nghệ chế tạo:
- Tính công nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp
lẫn
- Lưu ý đế
n 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:

5
Công 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 dòng 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 đi
ện 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
lò xo tiế
p 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, lò xo nhả bị nén lại.
Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ 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 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.






6






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 : I
đm
= 65A; U
đm
= 400V
- Số lượng : 3 tiếp điểm thường mở.
- Tiếp điểm phụ : I
đm
=5A ; U
đm

= 400V
- Số lượng
.
: 2 thường đóng, 2 thường mở.
- Nam châm điện : U
đm
= 220V; f = 50Hz
- Tuổi thọ : Điện: 10
6
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
không khí chính lớn.
Mạch từ hình chữ E kiểu quay cho đặc tính hút tốt hơn kiểu hút thẳng
nhưng kiể
u 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

7
rung tốt, hành trình chuyển động tương đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn. Từ
thông rò 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 lòng ống dây có nhược điểm là bội số dòng điện lớn ( 10 ÷ 15 ) so với

các mạch từ khác do kẽ hở không khí lớn h
ơn.
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 yêu cầu thiết kế tiếp điểm chính có: I
đm
= 180 A, U
đm
= 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 b
ắc 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.

8
f
®t
g

f
lxt®

f
lxnh

m
δ

1
2
3
4
5
6
7
5 – Nắp nam châm điện.
6 – Lò xo nhả.
7 – Thân ( lõi ) nam châm điện.

m - độ mở tiếp điểm.

9
l - độ lún tiếp điểm.
F
lxtđ
- lực ép lò xo tiếp điểm.
F
lxnh

- lực ép lò xo nhả.
F
đ t
- lực hút điện từ.
G - trọng lực phần động.



CHƯƠNG III
MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN
A.KHÁI NIỆM CHUNG.

Mạch vòng dẫn điện 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 thước hợp
thành. Mạch vòng 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 dòng 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 môi 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.

10
I.THANH DẪN.
1.Yêu 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 mòn tốt.
• Chịu được ăn mòn hoá học tốt, ít bị ôxi hoá.
• Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ.
2.Chọn vật liệu:
Từ những yêu c
ầu trên đối với thanh dẫn, tra bảng 2-22 ( trang 81- Những hằng số
vật lí của vật dẫn thông 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/cm
3

Nhiệt độ nóng chảy (θ
nc
) 1083
0
C
Điện trở suất ở 20
0
C (ρ
20
) 1,58.10
-8
Ωm

Độ dẫn nhiệt (λ) 3,9 W/cm
0
C
Độ cứng Briven (H
B
) 80 ÷ 120 kG/cm
2

Hệ số nhiệt điện trở (α) 0,0043 1/
0
C
Nhiệt độ cho phép cấp A ([θ
cp
]) 95
0
C
Độ dẫn nhiệt 3,9 W/cm
o
C

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




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

a
b

b
a
l

11
1.Thanh dẫn tĩnh.
a.Kích thứoc thanh dẫn
Kích thước thực : a=10(m.m).
b=2(m.m) .
b.Tính τ
ôđ:
Từ công thức niutơn:
Ρ=K
T
S
T
(θ
ôđ
-

θ
o
)=

K
T
S
T
τ

ôđ
trong đó:
K
T
:Hệ số tản nhiệt.
S
T
:Tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn.S
T
=2(a+b)l.

Ρ :Công suất tản nhiệt của thanh dẫn.
θ
ôđ
:Nhiệt độ làm việc ổn định của thanh dẫn.




θ
o
:Nhiệt độ của môi trường.
ta có:
I
đm
R
θ
K
f
= K

T
S
T
(θ
ôđ
-

θ
o
).

).(SK
S
lKI
mtd«TT
f
dm
2
θθ
ρ
θ
−=

trong đó:
R
θ
:Điện trở của thanh dẫn ở nhệt độ ổn dịnh.[Ω].
ρ
θ
:điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định[Ω.m].

S :tiết diện của thanh dẫn.S=ab[m
2
].
l :chiều dài của thanh dẫn[m].
Ta có:
).(lS)ba(2K
ab
lKI
mtd«TT
f
dm
2
θθ
ρ
θ
−+=


d«T
f
dm
2
TK
KI
)ba(2ab
θ
ρ
=+

chọn:

K
f
=1,03;K
T
=8[W/
o
Cm
2
];a=10[m.m];b=2[m.m] ;I
đm
=65[A].
Thay số ta có:


.
8
03,165
10)210(210210
d«
2
36
τ
ρ
θ
⋅
⋅⋅
=⋅+⋅⋅×
−−

⇔
9
d«
10882,0
−
⋅=
τ
ρ
θ


12
Thay :
ρ
θ
= ρ
(20oC)
[1+α(θ
ôđ
-20)].
τ
ôđ
= θ
ôđ
- θ
mt
.
Ta có:
.
)]20(0043,01[(10.0174,0

88210.0
mtd«
d«
6
9
θθ
θ
−
−+
=
−
−

Chọn θ
mt
=40
o
C⇒:
θ
ôđ
= 63,43
o
C ≈64
o
C.
Vậy giá trị: τ
ôđ
= θ
ôđ
-θ

mt
=64 - 40=24
o
C.
c.Kiểm nghiệm mật độ dòng điện dài hạn:
Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ dài hạn là:

2
/25,3
20
65
mmA
S
I
J
dm
d
===
< [j] =2 ÷ 4 A/mm
2
→ thoả mãn yêu cầu.
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 dòng 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 d
ẫn chưa bị biến
dạng.
Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch là:
j
nm

=
nm
dnm
t
AA -
( trang 314- TKKCĐHA )
Trong đó :
t
nm
= t
bn
: thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt.
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, trang 315- TKKCĐH, ta có : ứng với nhiệt độ ban đầu θ
đ

= 64
0
C có A
đ
=1,15 .10
4
A

2
s/mm
4
, ứng với nhiệt độ bền nhiệt của đồng θ
bn
= 250
0
C có
A
bn
=3,5 .10
4
A
2
s/mm
4


t
nm
j
nm
(A/mm
2
) [j
nm
]
cp
(A/mm
2

)

13
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 mm
2
thoả mãn
hoàn toàn các điều kiện về nhiệt và điện ở các chế độ làm việc khác nhau như trên.
2. Tính toán tiếp điểm thanh dẫn tĩnh.
a.Nội dung tính toán.
Tiếp điểm cần tính là tiếp điểm kiểu cầu, 1pha 2 chỗ ngắt.Nội dung
tính toán bao gồm:
- Xác định độ mở tiếp điểm [ m ].
- Xác định độ lún tiếp điểm [ l ].
- Chọn vật liệu ti
ếp điểm.
- Tính lực ép tiếp điểm.
- Tính điện trở tiếp xúc.
- Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc.
- Xác định dòng điện hàn dính.
- Tính biên độ và thời gian rung.
- Ăn mòn tiếp điểm.
b. Tính toán chi tiết.
Chọn vật liệu làm tiếp điểm:
- Yêu cầu của vật liệu làm tiếp điểm :
+ Điện trở suấ

t và điện trở tiếp xúc bé.
+ Tính dẫn nhiệt và nhiệt độ nóng chảy cao.
+ ít bị ôxi hoá.
+ Khó hàn dính.
+ Độ cứng cao, ít bị ăn mòn cơ.
+ Đặc tính công nghệ tốt.

14
+ Giá thành hạ.
- Với yêu cầu thiết kế, ta chọn vật liệu là kim loại gốm ( Bạc-
Niken- Than chì) có các thông số:
+ Ký hiệu : KM K- A32.
+ Tỷ trọng : 8,7 ( g/ cm
3
).
+ Nhiệt độ nóng chảy: 3400
0
C.
+ Điện trở suất ở 20
0
C : 3,5x10
-5
( Ω.mm ).
+ Độ dẫn nhiệt : 3,25 (W/ cm.
0
C).
+ Tỷ trọng nhiệt : 0,234 (W.s/ cm.
0
C).
+ Độ cứng Briven : 45 ÷ 65 ( kg.mm

2
).
+ 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 công tắc tơ.
- Độ mở tiếp điểm lớn thì hồ quang bị kéo dài và dễ bị
dập tắt nhưng lại làm tă
ng 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 tròn có thông số thực tế như sau:
- Đường kính tiếp điểm : d = 8 [ mm ].
- Chiều cao tiếp điểm : h = 2 [ mm ].
Tính lực ép tiếp điểm:

15
Có hai phương pháp để xác định lực ép tiếp điểm là lý thuyết
và thực nghiệm:
- Theo thực nghiệm, ta có công thức
F
tđ
= f

tđ
.I
đm
.
- Tra bảng 2-17 TLLK ta chọn được:
f
tđ
= 7 ( g/ A ).
F
tđ
= 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 vô hạn, có nguồn nhiệt ở đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác,
ta có công thức sau:
.
)]
T
T
[arccos(
1
.
16
AH
.IF
2
tx
td
2
B

2
dmtd
λ
Π
=

Trong đó:
A: Hằng số Even; A = 2,3.10
-8
.
H
B
: Độ cứng Briven; chọn H
B
= 50 ( kg/ mm
2
).
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.
0
C).
T
tđ
: Nhiệt độ tuyệt đối của thanh dẫn ở chỗ xa nơi tiếp xúc. Chọn T
tđ
là
nhiệt độ cho phép T
tđ
= 273+ 64 = 337

(
0
K ).
T
tx
: Nhiệt độ chỗ tiếp xúc, thường lấy T
tx
= T
tđ
+ ( 5 ÷ 10
0
) K. Vậy ta
chọn T
tx
= 347 (
0
K ).
thay số ta có :
)(141,1
]
347
337
[arccos
1
.
380.16
10.50.14,3.10.3,2
.65
2
2

68
2
NF
td
==
−
.
*So sánh lý thuyết và thực nghiệm ta thấy F
tđ
thực nghiệm lớn hơn rất
nhiều, Vậy ta chọn F
tđ
= 4,6 ( N ) .

16
Tính điện trở tiếp xúc:
Ta có công thức:

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

Trong đó :
m = 0,5: Tiếp xúc giữa các tiếp điểm là

tiếp xúc điểm.
K
tx
: 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: K
tx
= (0,2÷ 0,3).10
-3
. Chọn K
tx
= 0,25
-3
.

Thay số ta có:
).(10.4,0
)6,4.102,0(
10.25,0
3
5,0
3
Ω==
−
−
tx
R

Hiệu điện thế tại nơi tiếp xúc:
U

tx
= R
tx
.I
đm
= 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 R
tx
= 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 công thức:
.
ρ
.
λ
8
R.I
S.P.K.
λ
.2
I.R

S.P.K
ρ
.I
θθ
22
dm
t
2
dmtx
t
2
dm
0tx
+++=

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

17

R
tx
: Điện trở tiếp xúc (R
tx
= 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 :

].[265,50
4
10.8.14,3
2
62
mmS ==
−

R : Điện trở tiếp điểm:

].[10.4,1
10.265,50
10.2.10.5,3.
7
6

39
Ω===
−
−
−−
S
l
R
ρ


K
t
: Hệ số toả nhiệt bề mặt của thanh dẫn. K
t
= 8
(W/ m
2
).
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 :
].[55.
10.5,3.10.25,3 8

)10.4,1.(65
10.265,50.8.10.12,25.10.25,3.2
65.10.4,0
10.265,50.10.12,25.8
10.5,3.65
40
92
272
632
23
63
92
C
o
tx
=+++=
−
−
−−
−
−−
−
θ


Xác định dòng điện hàn dính:
Theo lý thuyết, ta có thể xác định dòng điện hàn dính theo 1 trong 2 công thức sau:

).
e.TT

e.TT
arccos(
θ
.H.
Π
.
λ
ε
.F.H 4
I
T
t
tdtx
T
t
tdtd
B
td
thhd
1
1
−
−
−
−
=


.F.fAI
tdncthhd

=

Để đơn giản ta sử dụng công thức 2:

18

.F.fAI
tdncthhd
=

Trong đó:
f
nc
là hệ số nóng chảy, f
nc
= 2 ÷ 4 và càng lớn nếu vật liệu càng
mềm. Ta chọn f
nc
= 4.
A: Hằng số ứng với tưng loại vật liệu (A/ N
0,5
):

.
)
θ
.
α
.
3

2
1(
ρ
H.
Π
)
θ
.
α
.
3
1
1.(
θ
.
λ
.32
A
nc0B
ncnc
+
+
=

Trong đó:

ρ
0
: Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm ở 0
0

C.

).mm.(10.27,3
10.5,3.201
10.5,3
1
5
3
5
20
20
0
Ω
α
ρ
ρ
−
−
−
=
+
=
+
=


α : Hệ số nhiệt điện trở. α = 3,5.10
-3
[1/
o

C].

λ : Hệ số dẫn nhiệt.λ = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m).
H
B
: Độ cứng Brunmen ở 0
0
C,H
B
= 50 kg/ mm
2
.

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

).N/A(64,195
)3400.325
3
2
1.(10.27,3.10.50.14,3
325).3400.325.
3
1

1.(3400.32
A
2
1
56
=
+
+
=
−


Vậy:
).(7,7266,4.364,195 AI
thhd
==

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

.FKI
tdhdhdbd
=

tra bảng 2-19 TLTKKC ta được:K
hd
= 1000 (A/ kg).

19

Thay số ta có:

).(67846,01000 AI
hdbd
==


* So sánh dòng điện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết và
thực nghiệm ta thấy dòng diện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết lớn hơn thực
nghiệm. Vậy ta chọn I
hdtd
= 678 (A).
* So sánh với I
nm
: với I
nm
= 10.I
dm
= 10.65 =650 ( A ), ta thấy
I
nm
< I
hdtd
, 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 giữ

a 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 công thức trang 72_ TLTKKCHA,coong
thuws tinys x
m
,t
m
với tiếp điểm cầu là:
.
.2
)1.(.
2
tdd
vd
m
F
kvdm
x
−
=


.
1 2
tdd
vdd
m
F
kvm

t
−
=

Trong đó : -m
d
: Khối lượng phàn động.
Tính m
d
:
M
d=
g
G
d
.
Trong đó:

20
-G
d
=I
dm
.m
c
.Chọn m
c
=9.4 ⇒G
d
=9.4.65=611 [g.m/s

2
]
⇒m
d
=611/10=6.11 [g].
-v
d
:vận tốc tiếp điểm khi va chạm,chọn v
d
=0.1[m/s].
-K
v
:Hệ số va chạm(phụ thuộc vào vật lieeuj tiếp
diểm).Tra bản 72 với vật liệu bạc và hợp kim có K
v
=0.9.
-F
tđđ
:Lực ép tiếp điểm đầu.Theo kinh nghiệm
F
tđđ
=0.5.F
tđc
=0.5.4.6=2.3.
Thay số ta có:

).(10.33.110.33.1
3,2.2
)9.01.(01.0611.0
35

2
mmx
m
−−
==
−
=


] [7.1][10.7.1.
3,2
1.1.0.0611,0.2
3
sms
Kv
t
m
==
−
=
−

X
m
và t
m
ở trên đuợc tính ứng với khối lượng phần động của
một tiếp điểm.Vì công tắc tơ có ba tiếp điểm
⇒:

] [044,0
3
133.0
3
mm
x
x
m
mctt
===


].[37,0
3
7.1
3
ms
t
t
m
ctt
===


* Theo công thức (4-27_TLTKKCHA) tổng thời gian rung là:t
∑
=(1.5-
1.8)2.t
m
.Chọn t

∑
=1.8.2.t
m
=1.8.2.0.57=2.1 [s].Vì t
∑
>0.3s là thời gian rung dể có thể
bỏ qua độ rung của công tắc tơ,vậy dộ rung la dáng kể,ta phải dùng lò so hoãn
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:
V
mòn
/V
tđ
≤70%.

).(1.0)(5.100
4
2.8.14.3
4

33
22
cmmm
hd
V
td
===
Π

=


21
- Theo công thức của Kuđơnhẽpôp(TLTKKCHA-
trang79) khối lượng bị ăn mòn của tiếp điểm bị ăn mòn sau một lần đóng cắt là:
.) (10
22
9
kdngngddngd
KIKIKggg +=+=
−

Trongđó :
-K
kđ
:Hệ số mòn không đồng đều.Theo
TLTKKCHA-tr79 với dòng xoay chiều K
kđ
=1.1-2.5,chọn K
kđ
=1.3.
-K
đ
,K
ng
:Hệ số mòn khi đóng cắt.Tra bảng (2-21-
TLTKKCHA) với vật liệu bạc dòng 65 (A) môi trường không khí ta có:
K
đ

=K
ng
=0.001(g/A
2
).
-I
đ
:Dòng điện đóng,chọ I
d
=10.I
đm
=650 (A).
-I
ng
:Dòng điện ngắt,chọn I
ng
=I
đm
=65 (A).
Thay số ta có:
).(10.5553.1).65.001.0650.001.0(10
9229
gg
−−
=+=

Tổng khối lượng kim loại bị ăn mòn sau 10
6
lkần đóng cắt là:
G

m
=555.10
-9
.10
6
=0.555(g).
Thể tích ăn mòn sau 10
6
lần đóng cắt là:

).(64.0
7.8
555.0
7.8
3
cm
Gm
V
m
===

Thay số ta có :

%.64
17.0
064.0
==
td
m
V

V


* Vậy dộ mòn tiếp điểm nằm trong vùng cho phép sau 10
6
lần đóng cắt.
3.Thanh dẫn động.
Hình dạng,kết cấu ,vật liệu chế tạo thanh dẫn động và thanh dẫn
tĩnh hoàn toàn gióng nhau.Việc tính toán,kiểm nghiệm thanh dẫn động giống với việc
tính toán kiểm nghiệm thanh dãn tĩnh.

22
Do không phải chịu va đập cơ khí và không 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 TOÁN 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 nhật.
Cấu tạo đầu nối :


- Vít ghép nối: dùng để ghép nối giữa thanh dẫn tĩnh và dây nối
- Đệ
m lò xo vênh, phẳng: có tác dụng tạo lực ép giữ chăt thanh dẫn tĩnh và
dây nối

2.Tính toán đầu nối.
1:VÝt b¾t mèi nèi.
2:§Öm lß xo vªnh.
3:DÖm ph¼ng.
2
3
1

23
Tra bảng (2-9-TLTKKCHA) với dòng I
đm
=65A ta chọn được bu
lông 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 lông như trên.
a.Diện tích tiếp xúc:

.
j
I
S
dm
tx
=

Trong đó:
- I
đm
: Dòng điện định mức.
- j : Mật độ dòng điệncho phép,chọn j=0,31[A/mm
2

].
Thay số ta có:

].[210.
31,0
65
2
mmS
tx
==

b.Lực ép tiếp xúc :


txtxtx
SfF
=

Trong đó :-
]./[2,4
2
mmkNf
tx
=
(Tra bảng 2-10 TLTKKCHA)
Thay số có:

].[64,28210.
8,30
2,4

. kNSfF
txtxtx
===

c.Điện trở tiếp xúc của đầu nối:

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

Trong đó :-m=1 vì dâ là tiếp xúc mặt.
-K
tx
:Hằng số,tra bảng 59 với vật liệu là đòng kéo nguội.
K
tx=
[0,09-0,14.10
-3
].Chọn K
tx
=0,14.10
-3.
Thay số có:
].[10.05,0
64,28.102,0

10.14,0
.
).102,0(
5
3
Ω===
−
−
m
tx
tx
F
K
R

d.Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc:

24

].[11,365.10.05,0.
3
mmVIRU
dmtxtx
===
−


*Yêu cầu của điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc là:2-30 (mmV).Vậy bulông 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.Quá trình phóng điện trong chất khí:
Ở điều kiện bình thường, chất khí là môi trường cách điện tốt. Nếu đặt lên
hai điện cực trong môi trường không 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 môi trường, vật liệu làm điện cự
c, độ lớn cường độ điện
trường.
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng
điện lớn ( 10
2
÷ 10
3
A/mm
2

), điện áp rơi trên catôt bé ( 10 ÷ 12 V ), nhiệt độ hồ quang
cao ( 6000
÷ 18000
o
K ) 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 U
c
cỡ 10 ÷ 20 V, nên
cường độ điện trường ở vùng này khá lớn 20.10
3
V/mm.