Tài liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế rơle trung gian xoay chiều ppt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế rơle trung gian xoay chiều

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 1
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi
trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Nhu cầu sử dụng điện năng
không ngừng gia tăng. Ngày nay cần có nhiều thiết bị điện hiện đại hơn, tinh
vi hơn và dễ sử dụng hơn.
Khí cụ điện là những thiết bị đ
iện chuyên dùng để đóng ngắt, điều
khiển, điều chỉnh, bảo vệ các lưới điện và các thiết bị sử dụng điện năng khác.
Do đó khí cụ điện là loại thiết bị không thể thiếu được, khi sử dụng điện năng
trong công nghiệp cũng như trong đời sống.
Khi công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu cuộc sống ngày càng
đòi h
ỏi cao hơn, càng cần thiết phải có các khí cụ điện nhiều về số lượng, tốt
về chất lượng và hoàn hảo hơn. Đặc biệt theo xu thế chung, các khí cụ điện
hiện đại còn đòi hỏi phải có khả năng tự động hoá.
Chính vì vai trò cần thiết của khí cụ điện nên việc nghiên cứu các
phương pháp thiết kế, tính toán của khí cụ điện là mộ
t nhiệm vụ quan trọng
không ngừng được hoàn thiện.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết
bị Điện - Khoa Điện, sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Bùi Tín Hữu
khoảng thời gian 4 tháng em đã tiến hành thiết kế một loại khí cụ điện mà
trong các mạch điều khiển không thể thiếu được. Đó là rơle trung gian xoay
chiề
u.
Do thời gian có hạn và còn thiếu kinh nghiệm trong thiết kế, hiểu biết
thực tế còn ít nên trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em còn một số sai
sót.

Em kính mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo và giúp đỡ của các
thầy cô giáo và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn công Luận
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 3
PHẦN I : CHỌN PHƯƠNG ÁN DẠNG KẾT CẤU.
I. Giới thiệu chung về rơle
* Rơle trung gian xoay chiều có nhiều loại được sử dụng ở nước ta, do
nhiều hãng của nhiều nước sản xuất như: Nga; Đức (SIEMENS); Pháp;
Nhật (OMRON, FUJI, NATIONAL); Hàn Quốc (SUNGHO, LG)… Tuy
có hình dáng, kích thước cụ thể có khác nhau, nhưng về nguyên lý cấu
tạo và các thông số cơ bản đều như nhau.
Dựa vào những ưu điểm và dạng kết cấu của các hãng sản xuất, ta chọn
dạng kết cấu của rơle như sau:
II. Hệ thống tiếp điểm.

Tiếp điểm gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm có
dạng hình trụ cầu, tiếp xúc theo hình thức tiếp xúc điểm được gắn lên thanh
dẫn theo kiểu bắc cầu. Các tiếp điểm chuyển động theo lực hút điện từ thông
qua cần chuyển động điều chỉnh khoảng cách giữa khe hở tiếp đ
iểm chính
khoảng cách giữa khe tiếp điểm dễ dàng qua việc điều chỉnh khe hở không
khí làm việc của nam chân điện
.
III. Chọn nam châm điện
+ Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu chuyển động trong rơle, nó

quyết định tính năng làm việc và kích thước của Rơle
Yêu cầu thiết kế rơ le trung gian với: U = 220V, I
đm
= 5A, f = 50 Hz
Ta chọn nam chân điện xoay chiều, mạch từ hình chữ U khiểu hút
chập và có một khe hở kỹ thuật điện, có một cuộn dây điều khiển và một lò
xo nhả chung cho cả nấp hút nam châm điện , không có dây dẫn mềm. Thanh
dẫn động cũng chính là lò xo ép tiếp điểm.
+ Dạng chữ U kiểu hút chập, xét trên thực tế đối với rơle xoay chiều
có dòng định mức nhỏ, l
ực hút điện từ không lớn lắm thường chọn mạch từ
kiểu này, đặc tính lực hút gần với đặc tính phản lực, đó mở của tiếp điểm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 4
khác với khe hở làm việc đồng thời đơn giản trong tính toán cũng như trong
chế tạo…
Kết cấu sơ bộ:

Hình 1
1. Nắp mạch từ
2. Lõi
3. Cuộn dây nam châm điện
4. Tiếp điểm động và thanh dẫn động
5. Tiếp điểm tĩnh và thanh dẫn tĩnh
6. Cơ cấu truyền động
7. Cần truyền động
8. Lò xo nhả

9. Vòng ngắn mạch
10. ổ trượt của cần truyền động.
Nguyên lý làm việc.
* Tiếp điểm thường mở khi chưa có tín hiệu điều khiển tiếp điểm ở
trạng thái mở (ngắn mạch).




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 5
Hình 2
* Tiếp điểm thường đóng khi không có tín hiệu điều khiển tiếp điểm ở
trạng thái đóng (đóng mạch).



Hình 3
Khi đặt điện áp nguồn U
nguồn

lên cuộn dây của nam châm điện trong
cuộn dây sinh ra từ thông φ khép mạch qua mạch từ của nam châm điệm
và qua khe hở không khí δ (khe hở lam việc). Từ thông φ
δ
sinh ra lực hút
điện từ F
đt
tác động lên nắp từ và hút nắp xuống.
Nắp chuyển động khi F
đt
> F
nhả
sẽ làm toàn bộ phần động chuyển động
và lúc đó các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại (các tiếp điểm thường
đóng sẽ mở ra).
Khi cắt nguồn F
đt
= 0 nắp bị nhả ro do F
nhả
; các tiếp điểm sẽ trở lại
trạng thái ban đầu.
IV. Khoảng cách cách điện.
Khoảng cách cách điện trong khí cụ điện đóng một vai trò khá quan
trọng. Nó ảnh hưởng tới kích thước của khí cụ điện và độ tin cậy khi vận
hành. Vì vậy việc xác định hợp lý đại lượng này có một ý nghĩa không nhỏ.
Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào khá nhiều yếu t
ố như: điện áp,
môi trường làm việc…
Việc xác định các khoảng cách cách điện trong khí cụ điện hạ áp
thường chọn theo kinh nghiệm.

a. Điện áp định mức theo cách điện.
Với khí cụ điện điều khiển và phần phối năng lượng hạ áp (U
đm
= 220V),
tồn tại các tiêu chuẩn, quy định về độ bền cách điện theo điện áp định mức. ở
trạng thái khô và sạch của khí cụ điện, nó phải chịu được điện áp thử tần số
là 50Hz, thời gian thử một phút. Theo bảng (1 - 1)/ 13 tài liệu 1, ta có.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 6
+ Điện áp thử nghiệm U = 220V
+ Điện áp định mức của cách điện: U
cđ
= 220V
b. Khoảng cách điện giữa các phần tử dẫn điện.
Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao thì cần khoảng cách cách điện lớn.
Song như vậy lại tăng kích thước và khối lượng của thiết bị. Vì vậy nên
chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo quy định của công nghiệp
điện lực cho các loại khí cụ điện hạ áp thông d
ụng.
ở đây ta xét ở điện áp U
đm
= 220 V theo bảng ( 1-2)/14 tài liệu 1 ta
chọn khí cụ điện trong mạch điều khiển và tín hiệu, ứng với nó có khoảng
cách điện giữa các phần tử dẫn điện, cụ thể là khoảng cách cách điện giữa
các thanh dẫn. l
cđ
= 10mm

Hình 4
l

c®
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 7
PHẦN II : TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.

Mạch vòng dẫn điện là bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và
kích thước hợp thành.
Mạch vòng dẫn điện của rơle bao gồm các bộ phận sau:
- Thanh dẫn: Thanh dẫn động và tĩnh.
- Đầu nối
- Hệ thống tiếp điểm: + Giá đỡ tiếp điểm
+ Tiếp điển động
+ Tiếp điểm tĩnh

I. Thanh dẫn.
1. Xác định kích thước thanh dẫn động.
a. Chọn vật liệu.

Thanh dẫn đồng cũng đồng thời là lò xo lá dùng để ép tiếp điểm, các
tiếp điểm được gắn trên các thanh dẫn. Vật liệu làm thanh dẫn bằng đồng
phốt pho bằng cứng, có đặc điểm là vừa dẫn điện tốt vừa có tính đàn hồi cao,
thanh dẫn có tiết diện hình chữ nhật, có các thông số kỹ thuật sau (tra bảng
của tài liệu 1).
Ký hiệu: :
.6.5
φ
Ρ
Ο

Nhiệt độ nóng chảy : 1083

0
C
Điện trở suất ở 20
0
C : ρ = 0,0177.10
-6
(xΩ cm)
Hệ số nhiệt điện trở : α = 0,0043 (1/
0
C)
Độ dẫn điện : λ = 393 W/mdeg
Nhiệt dung riêng : C
p
= 386J/kgdeg
Nhiệt lượng nóng chảy : 50,6 J/g
Nhiệt lượng bay hơi : 770,0 J/g
Modul đàn hồi : E = 100.10
3
N/mm
2
Modul trượt : E
t
= 42.10
3
N/mm
2

Độ cứng : H
B
= 91 kg/mm

2

ứng suất uốn cho phép : σ
u
= 186 N/mm
2-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 8
Giới hạn đàn hồi : σ
K
= 550 N/mm
2

Giới hạn đàn hồi : σ
th
= 320 N/mm
2

Hệ số nở dài : 17,7.10
-6
1/
0
C
Tỷ trọng : γ = 8,9kg/dm
3

Nhiệt độ ổn định : [θ] = 95
0
C

b. Kết cấu của thanh dẫn động.





Hình 5
Tiết diện
và kích thước các cạnh a,b của các chi tiết thanh dẫn hình
chữ nhật được xác định theo công thức (2 - 5)/19 tài liệu 1.


()
ρ
τ
2
®m ® f
3
t«d
I K
b=
2n n +1 .K .

Trong đó: n =
a
b
= 5 ÷ 12: Hệ số hình dáng.
Chọn n = 12
I
đm

= 5A
K
f
= K
bm
. K
g
= 1,03 ÷ 1,06 : là hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn
hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần.
Chọn K
f
= 1,06
K
T
: hệ số toả nhiệt không khí theo bảng (6 -5)/300 tài liệu 1
Chọn K
T
= 9.10
-6
[W] mm
2 0
C
τ
ôđ
: Độ tăng nhiệt độ ổn định
τ
ôđ
= [θ] - θ
0
= 95

0
C - 40
0
C = 55
0
C
Điện trở suất của đồng phốt pho ở nhiệt độ ổn đinh: θ
ôđ
= 95
0
C.

a
b
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 9
ρ
θ
= ρ
20
[1+ α (θ
ôđ
- θ
20
)]
= 0,0177 . 10
-3
[ 1 + 0,0043 . 75] = 0,0234 . 10
-3
( Ωmm)

Vậy:
()
()
−
−
==
+
23
3
6
5 .0,0234.10 .1, 06
0,16
1 12 1 .12.9.10 .55
amm

Suy ra: a = n . b = 12 . 0,16 = 1,92 mm
- Mặt khác ta đã chọn với rơle loại này thì thanh dẫn động cũng chính
là lò xo ép tiếp điểm dạng tấm phẳng và kết hợp chọn theo đường kính tiếp
điểm và đảm bảo độ bền cơ ứng với dòng điện: I
đm
= 5A
Theo bảng (2 - 15) / 51 tài liệu 1
+ Đường kính tiếp điểm: d
tđ
= 3 (mm)
Ta chọn: b = 0,4 (mm)
a = 5 (mm)
a, b là chiều rộng và bề dày thanh đẫn động.
+ Tiết diện thanh dẫn động:
S

tđ
= a . b = 5 . 0,4 = 2 mm
2

+ Mật độ dòng điện qua thanh dẫn.
J
tđ
=
®m
td
I
5
=
S2
= 2,5 A/mm
2

Với [J
cp
] = 1,5 ÷ 4 A/mm
2

* Ta nhận thấy mật độ dòng qua thanh dẫn thoả mãn điều kiện.
- Tính toán nhiệt độ thanh dẫn.
Theo công thức: (2 - 4)/18 tài liệu 1, ta có:
θ
ôd
= θ
td
=

®m 0 T T mt
2
T®m0f
I K+Sp.K.
Sp.K - I . .K .a
ρ
θ
ρ

Với:
* S = 2m
2
: là tiết diện thanh dẫn
* p = 2 (a + b) = 2 (5 + 0,4) = 10,8mm là chu vi thanh dẫn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 10

()
3
20
0
20
0,0177.10
1 . 1 0,0043.20
−
==
+θ +
ρ
ρ
α

= 0,0163 . 10
-3
( Ωmm)
2. Tính toán thanh dẫn động ở chế độ ngắn mạch.
Theo công thức ( 6 - 11)/ 321 tài liệu 1 ta có:
2
nm nm
2
td
I.t
S
= A
nm
- A
đ
= A
bn
- A
đ

Suy ra: I
nm
= I
bn
= S
td
.
bn ®
nm

A-A
t

Với: I
nm
= I
bn
: là dòng ngắn mạch - dòng điện bền nhiệt.
A
bn
= A
nm
: là giá trị hằng số tích phân bền nhiệt và ứng với
nhiệt độ ban đầu.
Tra đồ thị hình ( 6 - 5)/ 313 tài liệu 1:
Với θ
bn
của đồng phốt pho cho phép bằng 300
0
thì:
A
bn
= 3,75 . 10
4
(/A
2
S/mm
4
)

θ
ôđ
= 95
0
thì
A
đ
= 1,6 . 10
4
(/A
2
S/mm
4
)
Suy ra: I
bn
= 2.
44
bn
3,75.10 - 1,6.10
t

* Với các giá trị thời gian khác nhau ta có các giá trị dòng điện và mật
độ dòng điện tính toán tương ứng.
+ t
bn
= 3s
→ I
bn
= 200

2,15
3
= 169,3 (A)
→ I
bn
=
bn
td
I
169,3
=
S2
= 84,7 (A)
+ t
bn
= 4s
→ I
bn
= 200
2,15
3
= 146,3 (A)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 11
→ I
bn
=
146,3
2
= 73,15 (A/mm

2
)
+ t
bn
= 10s
→ I
bn
= 200
2,15
3
= 92,74(A)
→ I
bn
=
92,74
2
= 46,4 (A/mm
2
)
Theo bảng (6-7)/305 tài liệu 1 ta có các giá trị mật độ dòng điện cho
phép đối với đồng ứng với các thời gian trên:
3sec
→ [J
bn
] = 94 (A/mm
2
)
4 sec
→ [J
bn

] = 82 (A/mm
2
)
10sec
→ [J
bn
] = 51 (A/mm
2
)
Vậy ta có bảng so sánh mật độ dòng điện như sau:
T
bn
(s) 3 4 10
[J
bn
] (A/mm
2
) 94 82 51
J
bhtính
(A/mm
2
) 84,7 73,15 46,4

Ta nhận thấy J
bn
< [J
bn
]
cp

. Như vậy có thể bảo đảm được giá trị dòng
điện ngắn mạch cho phép.
3. Thanh dẫn tĩnh.
Để đảm bảo độ dày bắt vít nối và mật độ dòng điện nằm trong khoảng
cho phép ta chọn kích thích thanh dẫn tĩnh lớn hơn kích thước thanh dẫn
động.
Ta chọn: b = 1mm
A = 6mm
Suy ra: S
tdt
= a . b = 6.1 = 6mm
2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 12
II. Tính toán vít đầu nối.
Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện. Đầu nối có thể
chia làm hai phần.
+ Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài.
+ Và các mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện.
Ta chọn kết cấu vít đầu nối có đạng mối nối tháo rời được vằng vít.
Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thứ
c.
S
tx
= a. b =
®m
I
J

Đối với thanh dẫn và chi tiết bằng đồng, mật độ dòng điện J có thể lấy
bằng 0,31 A/mm
2
ứng với dòng điện xoay chiều tần số f = 50Hz dòng định
mức nhỏ hơn 200A ( theo tài liệu 1 trang 31)
Suy ra:
S
tx
=
5
0,31
= 16,13 (mm
2
)
Kích thước và số lượng của chi tiết dùng để nối được tính theo số liệu
thực nghiệm trong bảng ( 2 = 9)/32 tài liệu1.
Với dòng điện I
đm
= 5A thì kích thước của vít lò:
- Đường kính ren hẹ mét.
+ Bulông thép: M3 x 18
+ Trụ lõi dẫn điện có ren bằng đồng thau: M3 x 18, mối nối tháo rời được.
- Lực ép của mối nối tính theo công thức
F
tx
= f
tt
. S
tx

Trong đó: f
tt
= 100 ÷ 150 (kg/cm
2
) : lực ép riêng.
Chọn f
tx
= 100 kg/cm
2

Suy ra: F
tx
= 100. 16,13 . 10
-2
= 16,13kg
= 161,3 N
- Điện trở tiếp xúc của mối nối không bị phát nóng xác định theo công
thức dựa vào kết quả thực nghiệm (2 - 25)/59 tài liệu 1.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 13
R
tx
=
()
tx
m
tx
K
0,102.F

- m = 0,7 (tiếp xúc mặt)
- K
tx
= 3,04 .10
-3
: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái
bề mặt của tiếp điểm giữa (đồng thau - thép)
Suy ra:
R
tx
=
()
3
0,7
3,04.10
0,102.161,3
−
= 0,43.10
-3
Ω
- Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc.
U
tx
= I
đm
. R
tx
= 5. 0,43 . 10
-3

Vậy U
tx
đã nằm trong khoảng cho phép là [U
tx
] = 2 ÷ 30 mV.
III. Xác định kích thước tiếp điểm.
1. Chọn vật liệu tiếp điểm.
Với dòng điện I
dm
= 5A, theo bảng (2 - 13)/44 tài liệu 1.
Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là bạc kéo nguội với các thông số kỹ
thuật sau:
Ký hiệu : CP 999
Tỷ trọng :
γ = 10,5 g/dm
3

Nhiệt độ nóng chảy :
θ
nc
= 961
0
C
Độ dẫn điện :
λ = 4,16 w/cm
0
C
Hệ số nhiệt điện trở : 4.10
-3
1/

0
C
Điện trở suất ở 20
0
C : ρ
20
= 1,59.10
-6
(Ωcm)
Độ cứng : H
B
= (30 - 60) kg/mm
2

- Kích thước tiếp điểm phụ thuộc vào giá trị của dòng điện định mức.
Kết cấu hệ thống tiếp điểm và tần số ngắt của dòng điện. Chọn kích
thước tiếp điểm là hình trụ cầu, theo bảng (2 - 15)/51 tài liệu 1. Với I
đm
= 5A
ta chọn.
Đường kính tiếp điểm: d = 3mm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 14
Chiều cao tiếp điểm: h = 1,2 mm





Hình 6

Tiếp điểm động và tĩnh có dạng như nhau
Vì tiếp điểm có dạng hình trụ cầu nên khi tiếp xúc có dạng tiếp xúc
điểm.
2. Lực ép tiếp điểm.
a. Tính theo lý thuyết.
Theo công thức (2 - 14) / 53 tài liệu 1
F
tđ
=
2
B
®m
22
t®
tx
A. .H
1
I. .
16.
T
arcos
T
π
λ
⎡
⎤
⎛⎞
⎢
⎥
⎜⎟

⎝⎠
⎣
⎦

- F
tđ
= n. F
tđ1

Vì tiếp xúc cả hai tiếp điểm là tiếp xúc điểm nên n = 1
Suy ra: F
tđ
= F
tđ1

I
đm
= 5A
H
B
= 91 (kg/mm
2
): độ cứng vickét của đồng
λ = 4,16 (W/cm
0
C): hệ số dẫn nhiệt
A = 2,42.10
-8
V
2

/
0
C
2
: hằng số loren
F
tđ1
: gọi là lực nén tại một điểm tiếp xúc
T
td
: nhiệt độ thanh dẫn nối tiếp xúc
F
tx
= T
tđ
+ ΔT: nhiệt độ tiếp xúc
Với
ΔT = ( 5 ÷ 10)
0
K
Chọn
ΔT = 8
0
K
Suy ra: T
tx
= T
td
+ 8
0

K = (θ
td
+ 273) + 8
0
K


h
d
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 15
= ( 43 + 273) + 8 = 324
0
K
Suy ra: F
tđ
=
()
28
22
5 .2,42.10 . .91 1
.
16 0,416
316
arccos
324
π
−
⎡
⎤

⎛⎞
⎜⎟
⎢
⎥
⎝⎠
⎣
⎦
= 0,002 (N)
b. Tính lực F
td
theo công thức thực nghiệm.
Theo công thức (2 - 17)/56 Tài liệu 1.
F
tđ
= f
tđ
. I
đm

Với rơle điện từ trung gian xoay chiều có dòng điện định mức:
I
đm
= 5A và vật liệu tiếp điểm là bạc kéo nguội nên ta có:
f
tđ
= 5 ÷ 10 (G/A)
Chọn f
tđ
= 7 (G/A)
Suy ra: F

tđ
= 7.5 = 35G = 0,35 (N)
* So sánh hai kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ta có.
F
tđ
= 0,35 (N)
3. Tính điện trở tiếp xúc R
tx

- Theo công thức lý thuyết:
R
tx
=
Bb¹c
§
t®1
.H
2F
π
ρ

Với
ρ
Đ
= ρ
20
[1+ α (θ - 20)]
= 1,59 . 10
-6
[1 + 4.10

-3
(95 - 20)] = 2,067 .10
-6
(Ωcm)
Suy ra: R
tx
=
62
2,067.10 3,14.60.10
2 0,035
−
= 0,76.10
-3
(Ω)
- Theo công thức thực nghiệm:
R
tx
=
()
tx
m
t®
K
0,102.F

Trong đó:
- K
tx
= 0,06 . 10
-3

, chọn theo bảng giữa bạc - bạc trang 59 tài liệu 1.
- m = 0,5: hệ số dạng bề mặt là tiếp xúc điểm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 16
- F
tđ
= 0,35 (N)
Suy ra: R
tx
=
()
3
0,5
0,06.10
0,102.0,35
−
= 0,32 . 10
-3
(Ω)
* So sánh giữa hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm ta lấy giá trị.
R
tx
= 0,76 . 10
-3
(Ω)
4. Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm.
Theo công thức (2 - 27)/62 tài liệu 1
U
tx
= I . R

tx
(V) = 5 . 0,76 . 10
-3
= 3,8 .10
-3
V
* So sánh với tiêu chuẩn:
[U
tx
] = 2 ÷ 30mV;
Ta thấy U
tx
tính được đã thoả mãn yêu cầu cho phép
5. Tính nhiệt độ tiếp điểm.
Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng thanh dẫn, ta tính
nhiệt độ tiếp điểm theo công thức (2 - 11)/ 52 tài liệu 1
θ
tđ
= θ
mt
+
22
®m ®m tx
T
T
I. I.R
+
Sp.K
2.
p

.s.K
θ
ρ
λ

Với: S
tđ
=
2
2
t®
.d
3,14.3
=
44
π
= 7,07 mm
2

p
tđ
= π. d
tđ
= 3,14 . 3 = 9,42 mm
K
T
= 9. 10
-6
(W/mm
2 0

C): hệ số toả nhiệt khống chế
λ = 0,416 (W/mm
0
C)
R
tx
= 0,76 . 10
-3
(Ω)
Suy ra:
θ
tđ
= 40 +
27 27
6
6
5 .2,067.10 5 .0,76.10
7,07.9,42.9.10
2 0,416.9,42.7,07.9.10
−
−
+

= 41
0
C
Theo công thức ( 2 -12)/ 52 tài liệu 1

θ
tx

= θ
tđ
+
(
)
2
23
22
®m tx
7
5 ,76.10
I.R
41
8. .
8.0,416.2,067.10
−
−
θ
−
=+
λρ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 17
= 62
0
C
* Như vậy:
θ
tx

< [θ]
cp
= 95
0
C là nhiệt độ cho phép đối với thanh dẫn
cũng như tiếp điểm.
6. Tính dòng điện hàn dính.
- Theo công thức lý thuyết ( 2 - 23) / 66 tài liệu 1 ta có:
I
hdbđ
= A .
nc t®
f.F

Trong đó: f
nc
= 2 ÷ 4: Hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc
trong quá trình phát nóng: chọn f
nc
= 2
A: là hằng số với từng loại vật liệu tiếp điểm, được tính theo công thức
( 2 - 43) trang 66 tài liệu 1.
A =
nc cn
B0 nc
1
32. . 1 + .
3
2
.H . 1 + .

3
⎛⎞
λθ αθ
⎜⎟
⎝⎠
⎛⎞
πρ αθ
⎜⎟
⎝⎠

Với
20
0
1,59.10 6
1 .20 1 0,004.20
ρ
ρ
α
−
==
++
= 0,0147 .10
-3
( Ωmm)
θ
nc
= 961
0
C
Suy ra:

A =
3
1
32.0,146.916 1 .0,004.916
3
2
3,14.60.0,0147.10 1 .0,004.961
3
−
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
= 1720
Suy ra: I
hđ
= 1720 .
2. 0,035
= 455,1 (A)
So với yêu cầu kỹ thuật .
I
nm
= 10. I
đm
= 10. 5 =50 (A)
* Như vậy không thể hàn dính được tiếp điểm khi ngắn mạch.

- Tính theo công thức thực nghiệm. ( 2 - 36)/67 tài liệu 1
I
hdbđ
= K
hđ
.
t®
F
(A)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 18
Trong đó: F
tđ
= 0,035 kg
K
hđ
= 300 (A/kg): hệ số hàn dính xác định theo bảng (2-19)/67
tài liệu 1.
Suy ra: I
hdbđ
= 900 .
0,035
= 168,4 (A)
* Như vậy với dòng điện ngắn mạch
I
nm
=50A không thể hàn dính tiếp điểm.
7. Tính độ mở và độ lún của tiếp điểm
a. Độ mở.
Độ mở m của tiếp điểm là 1 khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp

điểm tĩnh ở vị trí ngắt của rơ le.
Phải chọn độ mở cần thiết để đảm bảo dập tắt hồ quang nhưng kích
thước và khối lượng của cơ cấu truyền động đạt được tiêu chuẩn tối ưu
Theo kinh nghiệm:
Với dòng điện: I
đm
= 5 (A)
Điện áp: U
đm
= 220 (V)
Ta chọn độ mở m = 4 (mm)
b. Độ lún.
Độ lún l của tiếp điểm là quãng được đi được thêm của tiếp điểm
động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại.
Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép tiếp điểm mà trong
quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn, nhưng vẫn đảm bảo tiế
p xúc tốt.
Độ lún l được tính theo công thức:
l = A + B . I
đm

Ta chọn theo kinh nghiệm:
A = 1,5 (mm)
B = 0,02 (mm)
→ l = 1,5 + 0,02 . 5 = 1,6 ( mm)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 19
8. Tính độ rung tiếp điểm.
+ Ta tính biên độ rung theo công thức (2 - 39)/72 tài liệu 1. Với tiếp
điểm là hình trụ cầu.

X
m1
=
(
)
2
®®o V
t®®
m.V 1-K
2.F

Trong đó:
- F
tđ đ
= ( 0,4 ÷ 0,7) F
tđc

= 0,6 . 0,035 = 0,021 kg
Là lực ép tiếp điểm ban đầu tại thời điểm va đập.
- m
đ
=
®
G
g
(KG.S
2
/m): khối lượng nắp
- G
đ

= m
c
. I
đm
( KG)
Theo bảng (2 - 17)/55 tài liệu 1 ta có:
M
c
= 7.10
-3
(KG/A): khối lượng đơn vị
→ G
đ
= 7 . 10
-3
. 5 = 35.10
-3
KG
Vậy:
m
đ
=
3
3
®
G
35.10
3,57.10
g9,81
−

==
(KG.S
2
/m)
- V
đo
: Vận tốc tại thời điểm va đập
Chọn V
đo
= 0,1 (m/s)
- K
V
= 0,85 ÷ 0,9
Chọn K
V
= 0,85: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu
Suy ra: X
m1
=
(
)
32
3,57.10 .0,1 1 0,85
2.0,021
−
−
= 0,1275 (mm)
Vì số tiếp điểm thường mở cửa rơle là 5 nên ta có độ rung tổng:
X
m∑

=
=
1
0,1275
55
m
X
= 0,0255 (mm)
+ Thời gian rung của tiếp điểm theo công thức (2-40)/72 tài liệu 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 20
t
m
=
®®o v
t®®
2.m .V . 1- K
5.F
=
−
−
3
2.3,57.10 .0,1 1 0,85
5.0,021
= 2,63 (ms)
Thời gian cả 5 cặp tiếp điểm rung, sơ bộ được xác định theo công thức
(2 - 47)/74 tài liệu 1.
t
m∑
= ( 1,5 ÷ 1,8) . 2 t

m
= 1,5 . 2 . 2,63 = 7,9 (ms)
9. Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm.
Sự ăn mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng ngắt mạch điện
và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.
+ Điều kiện làm việc
+ Kết cấu của khí cụ điện
Theo công thức (2 - 54)/79 tài liệu 1
Trong đó:
- K
đ
, K
ng
: Hệ số mòn khi đóng và khi ngắt cho trong hình (2 - 16)/79
tài liệu 1.
K
đ
= K
ng
= 0,5 (g/A
2
)
K
kđ
= 1,1: hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn.
I
đ
= . I
đm
= 5 (A)

I
ng
=5I
đm
=25 (A)
g, g
ng
: khối lượng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt.
Suy ra: g
đ
+ g
ng
= 10
-9
( 0,5 . 25
2
+ 0,5 . 5
2
). 1,1
= 357,5 . 10
-9
(g)
Như vậy khối lượng mòn của một lần đóng ngắt là: 357,5 . 10
-9
(g)
Vậy sau10
6
lần đóng ngắt thì tiếp điểm mòn:
357,5 . 10
-9

.10
6
= 357,5 . 10
-3
(g)
+ Thể tích của tiếp điểm:
V
tđ
= S
tđ
. h =
2
t®
.d
.h
4
π
=
2
3,14.3
.1,2
4
= 8,478 mm
3

+ Thể tích bị mòn của tiếp điểm:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 21
V
mòn

=
33
357,5.10 .10
10,5
−
−
=
hm
m
γ
= 3,405 (dm
3
)
= 3,405 (mm
3
)
Với:
γ = 10,5 kg/dm
3
: trọng lượng riêng của bạc kéo nguội
M
hm
= 357,5 . 10
-3
(g): khối lượng hao mòn của tiếp điểm.
- Độ hao mòn của tiếp điểm được tính theo %
=
mßn
t®
V3,405

.100% .100%
V8,478
= 40,2%


PHẦN III: TÍNH TOÁN VÀ DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC
TÍNH CƠ

Khi nghiên cứu chuyển động của các cơ cấu khí cụ điện, cần phải
khảo sát hai quá trình khác biệt nhau là quá trình đóng và quá trình cắt của
chúng
.
Trong quá trình đóng khí cụ điện, lực chuyển động phải thắng được
lực cản trở chuyển động, trong đó có cả lực cản có ích
(lực ép tiếp điểm ). Yêu cầu cơ bản của cơ cấu khí cụ điện là :
+ Cơ cấu phải đảm bảo trị số cần thiết của các thông số động
lực học của cơ cấu chấp hành ( hành trình, góc quay, độ lún, độ mở
)
+ Lực chuyển động của các cơ cấu đảm bảo việc đóng cắt của
cơ cấu chấp hành
+ Tốc độ của cơ cấu chấp hành cần đảm bảo, khi đóng mạch,
tốc độ chuyển động của tiếp điểm phải đủ lớn để giảm nhỏ thời gian cháy
hồ quang và tốc độ không lớn tránh va đập, rung động.
+ Phả
i đảm bảo thời gian tác động.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 22
I. Lập sơ đồ động.
Công dụng của sơ đồ động là cho ta biết sơ bộ một cách rõ ràng và
chính xác về sự truyền và biến đổi chuyển động của các khâu trong cơ cấu,

của các vị trí đặc trưng nhất của chu trình chuyển động. Đó là hai vị trí đóng
và vị trí ngắt.
Các số liệu đặc trưng của sơ đồ động :
+ Độ lớn hành trình hoặc góc quay c
ủa các khâu chủ động và bị động.
+ Chiều dài các tay đòn, tỉ số truyền.
+ Đặt và định hướng các véctơ lực hay mômen lực.
Ta phân tích lực của sơ đồ động ở hai trạng thái :
δ = 0 và δ ≠ 0 hay
δ = m+1
Khi khe hở
δ = 0, trạng thái nam châm hút nắp
Sơ đồ động cho ta biết sự truyền động và biến đổi khớp, các khâu cơ cấu.



Hình 7
Với :
F
lxnhc
: Lực ép lò xo nhả cuối.
F
tđc
: Lực tiếp điểm cuối thường mở.
F
đt
: Lực điện từ .

F
t®c

+ F
lxnc
F
®t
+ G
®
l
®t
l
lx
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 23
G
đ
: Trọng lượng nắp.
- Khi khe hở không khí
δ ≠ 0 (δ = m+1)

Hình 8
II. Tính toán lò xo và trọng lượng phần động.
1. Tính trọng lượng phần động.
Theo phần II. III.8 ta có:
G
đ
= m
c
. I
đm

= 7. 10

-3
. 5 = 35. 10
-3
KG.
= 0,35 N.
2. Lò xo tiếp điểm :
a. Lò xo tiếp điểm cũng chính là thanh dẫn động của rơle nên ta chọn vật
liệu làm lò xo là đồng phốt pho, lò xo có dạng tấm phẳng. Loại lò xo này có
điện trở suất nhỏ, dẫn điện và tản nhiệt tốt, độ bền cơ cao và dễ gia công.
Các thông số kỹ thuật của đồng phốt pho:
K
ý hiệu:
.6.5
φ
Ρ
Ο

Độ bền giới hạn khi kéo:
σ
k
= 550N/mm
2
.
Giới hạn đàn hồi:
σ
d
= 320 N/mm
2
.
Giới hạn mỏi cho phép khi uốn:

σ
u
= 186 N/mm
2
.
Modul đàn hồi: E = 100. 10
3
N/mm
2
.
Modul trượt: Et = 42 . 10
3
N/mm
2
.
G
®
F
t
®

F
l
x
n
®
l
®
t
l
l
x
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế rơle trung gian xoay chiều
SV Nguyễn công Luận - ĐKT - K44 Trang 24
Điện trở suất: ρ
20
= 0,0177 . 10
-6
Ωm.
b. Tính toán.
- Với rơle này có 5 lò xo tiếp điểm thường đóng và 5 lò xo tiếp điểm
thường mở (Tiếp điểm kiểu bắc cầu).
+ Lực ép tiếp điểm cuối của lò xo (sau khi nắp bị hút).

F
tđc
= 5.2F

tđ1
=10. 0,35 = 3,5N
Với F
tđ1
= 0,35 N; đã tính.
+ Lực ép tiếp điểm ban đầu của lò xo :
F
tđđ
= 0; do lò xo tiếp điểm ban đầu không bị uốn cong bởi
một lực ép khác.
Xác định kích thước của lò xo.
Lò xo tiếp điểm cũng chính là thanh dẫn động, tiếp điểm kiểu bắc cầu.






Chiều dài của lò xo từ chỗ lắp chặt được tính theo công thức (4-20) trang
168, TL1 :
2
2
u
td
b.a.
0,4 .5.186
l
6.F 6.0,35
σ
==

= 71mm.
Vậy chiều dài mỗi bên của lò xo là:
l =
t®
l
71
22
=
= 35,5 mm.
Độ võng của lò xo được xác định theo công thức (4-21)/169 tài liệu 1.

3
3
td
333
4.F .l
4.0,35.35,5
f
6.b .E 6.0,4 .100.10
==
= 1,63 (mm).
b
l
t®
a
Hình 9