Tu-do An Cttxc3f

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Môc lôc Môc lôc.............................................................1 Lêi nãi ®Çu.......................................................4 Ch¬ng I............................................................5 Chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé.........................5 I. Kh¸i niÖm chung....................................................5 i. T¸c dông vµ cÊu t¹o cña c«ng t¾c t¬...............................5 ii. Nguyªn lý ho¹t ®éng.................................................. ......6 II. Chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé.............................7 1. HÖ thèng m¹ch vßng dÉn ®iÖn.......................................7 ii. HÖ thèng dËp hå quang....................................... ............7 iii. Nam ch©m ®iÖn............................................. ...............7 iv. HÖ thèng c¸c lß xo nh¶, lß xo tiÕp ®iÓm vµ lß xo ho·n xung.......................................................... ...........................8 v. H×nh d¸ng cña c«ng t¾c t¬............................................8

Ch¬ng II...........................................................9 TÝnh to¸n m¹ch vßng dÉn ®iÖn..........................9 I. Kh¸i niÖm chung....................................................9 III. M¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh.................................10 1. Thanh dÉn................................ .....................................10 ii. §Çu nèi................................................................ ...........14 iii. TiÕp ®iÓm....................................................... .............16 II. M¹ch vßng dÉn ®iÖn phô......................................23 1. Thanh dÉn.................................. ....................................23 ii. TiÕp ®iÓm.............................................................. .......24

Ch¬ng III.................................................. .......25 TÝnh vµ dùng ®Æc tÝnh c¬.............................25 Ngäc V¨n Tó

-1-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

I. TÝnh to¸n lß xo....................................................25 1. VËt liÖu lµm lß xo............................ ..............................25 ii. Lß xo Ðp tiÕp ®iÓm chÝnh............................................25 iii. Lß xo tiÕp ®iÓm phô....................................................27 iv. Lß xo nh¶ ..................................... ................................28 IV. §Æc tÝnh c¬.......................................................30 1. LËp s¬ ®å ®éng................................. ..........................30 ii. TÝnh to¸n c¸c lùc ...................... ....................................31 iii. §Æc tÝnh c¬........................................................... .......32 33

Ch¬ng IV...............33 TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm nam ch©m ®iÖn ....34 I. Kh¸i niÖm............................................................34 II. TÝnh to¸n thiÕt kÕ nam ch©m ®iÖn....................34 1. X¸c ®Þnh Kkc ..................................... ..........................34 ii. Chän vËt liÖu dÉn tõ................................ ......................35 iii. Chän tõ c¶m, hÖ sè tõ rß , hÖ sè tõ c¶m......................35 iv. TÝnh tiÕt diÖn lâi m¹ch tõ..................... ........................35 v. X¸c ®Þnh kÝch thíc cuén d©y.......................................36 vi. KÝch thíc m¹ch tõ......................................... .................38 V. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm nam ch©m ®iÖn..............40 1. S¬ ®å thay thÕ m¹ch tõ...................................... ..........40 ii. TÝnh tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ................................... ....41 iii. TÝnh tõ th«ng..................... ..........................................45 iv. TÝnh sè vßng d©y........................................................ .45 v. TÝnh ®êng kÝnh d©y........................... .........................46 vi. TÝnh to¸n vßng ng¾n m¹ch..........................................46 vii. TÝnh to¸n vßng ng¾n m¹ch.........................................49 Ngäc V¨n Tó

-2-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

viii. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm cuén d©y.............................50 ix. TÝnh vµ dùng ®Æc tÝnh lùc ®iÖn tõ.............................52

Ch¬ng V.......................................................... 58 TÝnh vµ kiÓm nghiÖm buång dËp hå quang......58 I. VËt liÖu ..............................................................58 1. VËt liÖu lµm vá buång dËp hå quang........................... ..58 ii. VËt liÖu lµm c¸c tÊm dËp.................................. .............58 VI. TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm.................................59

Ch¬ng VI....................................................... ..62 Hoµn thiÖn kÕt cÊu.........................................62 I. M¹ch vßng dÉn ®iÖn ............................................62 1. Mach vßng dÉn ®iÖn chÝnh..........................................62 ii. M¹ch vßng dÉn ®iÖn phô..................................... ..........63 VII. Lß xo tiÕp ®iÓm, lß xo nh¶................................64 1. Lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh.................................................64 2. Lß xo tiÕp ®iÓm phô...................................... ...............64 3. Lß xo nh¶.............................................................. .........64 VIII. Nam ch©m ®iÖn ..............................................64 1. M¹ch tõ.......................................... ................................64 2. KÝch thíc cuén d©y........................ ...............................64 iii. Vßng ng¾n m¹ch..........................................................65 iv. Buång dËp hå quang.................................. ...................65 IX. Vá vµ c¸c chi tiÕt kh¸c........................................65

Ch¬ng VII..................................................... ...65 VÝ dô minh häa øng dông c«ng t¾c t¬ trªn.......65 I. S¬ ®å nguyªn lý...................................................66 X. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng........................................67 1. M¹ch chÝnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬.................................67 Ngäc V¨n Tó

-3-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

ii. M¹ch kiÓm tra ...................................... .........................67 2.KhÝ cô ®iÖn, NXB KHKT 2004........................................68 3.KhÝ cô ®iÖn h¹ ¸p.......................................................68 4.PhÇn tö tù ®éng................................................. .........68

Lêi nãi ®Çu §Êt níc ®ang cµng ngµy cµng ph¸t triÓn, qu¸ tr×nh c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®ang diÔn ra m¹nh mÏ. §Ó thùc hiÖn ®îc th× ph¶i cã nguån n¨ng l¬ng, mµ ®iÖn n¨ng chiÕm mét vai trß rÊt quan träng. §iÖn n¨ng cung cÊp cho mäi ngµnh, mäi lÜnh vùc, mäi ®èi tîng. Tuy nhiªn, trong qu¸ tr×nh sö dông ®iÖn th× kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng sù cè, rñi ro x¶y ra nh hiÖn tîng qu¸ ®iÖn ¸p, qu¸ dßng ®iÖn, hiÖn tîng ng¾n m¹ch... §Ó ®¶m b¶o vÊn ®Ò an toµn tÝnh m¹ng cho con ngêi, b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn vµ tr¸nh nh÷ng tæn thÊt kinh tÕ cã thÓ x¶y ra th× khÝ cô ®iÖn ngµy cµng ®îc ®ßi hái nhiÒu h¬n, chÊt lîng tèt h¬n vµ lu«n ®æi míi c«ng nghÖ.

Ngäc V¨n Tó

-4-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt th× c¸c lo¹i khÝ cô ®iÖn hiÖn ®¹i ®îc s¶n xuÊt ra lu«n ®¶m b¶o kh¶ n¨ng tù ®éng ho¸ cao, trong ®ã c«ng t¾c t¬ còng kh«ng n»m ngoµi môc ®Ých ®ã. ChÝnh v× vËy mµ nghiªn cøu, thiÕt kÕ c«ng t¾c t¬ lµ ®Æc biÖt quan träng nh»m tr¸nh nh÷ng sù cè ®¸ng tiÕc cã thÓ sÏ x¶y ra. §îc sù gióp ®ì vµ híng dÉn cña c¸c thÇy c« trong nhãm khÝ cô ®iÖn, thuéc bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - §iÖn tö, khoa ®iÖn. §Æc biÖt lµ sù híng dÉn gióp ®ì vµ ®ãng gãp cña thÇy §Æng ChÝ Dòng, em ®· hoµn thµnh ®îc ®å ¸n m«n häc víi ®Ò tµi thiÕt kÕ C«ng t¾c t¬ xoay chiÒu 3 pha. MÆc dï ®· cã nhiÒu cè g¾ng song do hiÓu biÕt kiÕn thøc cßn cã nhiÒu h¹n chÕ, thêi gian cã h¹n vµ kinh nghiÖm thùc tÕ cßn Ýt, nªn trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®å ¸n em cßn m¾c nh÷ng sai sãt nhÊt ®Þnh. V× vËy em rÊt mong cã ®îc sù chØ b¶o vµ ®ãng gãp ý kiÕn thÇy c« vµ c¸c b¹n sinh viªn. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - ®iÖn tö vµ thÇy §Æng ChÝ Dòng.

Ch¬ng I Chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé I. Kh¸i niÖm chung i. T¸c dông vµ cÊu t¹o cña c«ng t¾c t¬ Ngäc V¨n Tó

-5-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

C«ng t¾c t¬ lµ khÝ cô ®iÖn dïng ®Ó ®ãng, c¾t thêng xuyªn c¸c m¹ch ®iÖn ®éng lùc, tõ xa, b»ng tay hay tù ®éng. ViÖc ®ãng c¾t c«ng t¾c t¬ cã tiÕp ®iÓm cã thÓ thùc hiÖn b»ng nam ch©m ®iÖn, thuû lùc hay khÝ nÐn. Th«ng thêng ta gÆp lo¹i ®ãng c¾t b»ng nam ch©m ®iÖn. C«ng t¾c t¬ gåm c¸c bé phËn chÝnh sau -HÖ thèng m¹ch vßng dÉn ®iÖn. -HÖ thèng dËp hå quang. -HÖ thèng c¸c lß xo nh¶, lß xo tiÕp ®iÓm vµ lß xo ho·n xung. -Nam ch©m ®iÖn. -Vá vµ c¸c chi tiÕt c¸ch ®iÖn.

ii. Nguyªn lý ho¹t ®éng Khi cho ®iÖn vµo cuén d©y, luång tõ th«ng sÏ ®îc sinh ra trong nam ch©m ®iÖn. Luång tõ th«ng nµy sÏ sinh ra mét lùc ®iÖn tõ. Khi lùc ®iÖn tõ lín h¬n lùc c¬ th× n¾p m¹ch tõ ®îc hót vÒ phÝa m¹ch tõ tÜnh, trªn m¹ch tõ tÜnh cã g¾n vßng ng¾n m¹ch ®Ó chèng rung, lµm cho tiÕp ®iÓm ®éng tiÕp xóc víi tiÕp ®iÓm tÜnh. TiÕp ®iÓm tÜnh ®îc g¾n trªn thanh dÉn, ®Çu kia cña thanh dÉn vÝt b¾t d©y ®iÖn ra, vµo. C¸c lß xo tiÕp ®iÓm cã t¸c dông duy tr× mét lùc Ðp tiÕp ®iÓm cÇn thiÕt lªn tiÕp ®iÓm. §ång thêi tiÕp ®iÓm phô còng ®îc ®ãng vµo ®èi víi tiÕp ®iÓm phô thêng më vµ më ra ®èi víi tiÕp ®iÓm thêng ®ãng. Lß xo nh¶ bÞ nÐn l¹i. Khi ng¾t ®iÖn vµo cuén d©y, luång tõ th«ng sÏ gi¶m xuèng vÒ kh«ng, ®ång thêi lùc ®iÖn tõ do nã sinh ra còng gi¶m vÒ kh«ng. Khi ®ã lß xo nh¶ sÏ ®Èy toµn bé phÇn ®éng cña c«ng t¾c t¬ lªn vµ c¾t dßng ®iÖn t¶i ra. Khi tiÕp ®iÓm ®éng t¸ch khái tiÕp ®iÓm tÜnh cña m¹ch tõ chÝnh th× hå quang sÏ xuÊt

Ngäc V¨n Tó

-6-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

hiÖn gi÷a hai tiÕp ®iÓm. Nhê c¸c tÊm dËp trong buång dËp hå quang, hå quang sÏ ®îc dËp t¾t.

II. Chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé 1. HÖ thèng m¹ch vßng dÉn ®iÖn •Thanh dÉn: do thanh dÉn ph¶i dÉn dßng ®iÖn lµm viÖc vµ cã khi ph¶i chôi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch lín khi x¶y ra sù cè ®ßng thêi ph¶i ®¶m b¶o cho tiÕp ®iÓm tiÕp xóc tèt nªn ta chän thanh dÉn b»ng ®ång cã tiÕt diÖn ngang h×nh ch nhËt. •§Çu nèi : chän ®Çu nèi b»ng bu l«ng cã thÓ th¸o rêi ®îc. •TiÕp ®iÓm chÝnh: do dßng ®iÖn lµm viÖc ®Þnh møc cña c«ng t¾c t¬ lµ 25 A nªn ta chän tiÕp ®iÓm h×nh trô, kiÓu b¾c cÇu, 1 pha 2 chç ng¾t, tiÕp xóc lo¹i mÆt ph¼ng-mÆt ph¼ng. •TiÕp ®iÓm phô: còng dïng kiÓu tiÕp ®iÓm b¾c cÇu 1 pha 2 chç ng¾t.

ii. HÖ thèng dËp hå quang §èi víi khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p , c¸c trang bÞ dËp hå quang thêng lµ : ­ KÐo dµi hå quang ®iÖn b»ng c¬ khÝ. ­ Dïng cuén d©y thæi tõ. ­ Dïng buång dËp hå quang kiÓu khe hÑp. ­ Dïng buång dËp hå quang kiÓu dµn dËp. Qua ph©n tÝch vµ tham kh¶o thùc tÕ, ®èi víi C«ng t¾c t¬ xoay chiÒu chän buång dËp hå quang kiÓu dµn dËp .

iii. Nam ch©m ®iÖn C«ng t¾c t¬ cã thÓ ®ãng ng¾t b»ng nam ch©m ®iÖn hót quay hoÆc hót th¼ng. •Nam ch©m ®iÖn hót quay ­ ¦u ®iÓm: ®Æc tÝnh c¬ cña nam ch©m ®iÖn hót quay tèt h¬n nam ch©m ®iÖn hót th¼ng.

Ngäc V¨n Tó

-7-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

­

Nhîc ®iÓm: KÕt cÊu phøc t¹p, mét pha cã mét chç ng¾t lµm cho viÖc dËp hå quang khã kh¨n, ph¶i dïng d©y nèi mÒm. •Nam ch©m ®iÖn hót th¼ng ­ ¦u ®iÓm: KÕt cÊu ®¬n gi¶n, KÕt cÊu tiÕp ®iÓm b¾c cÇu mét pha cã hai chç ng¾t lµm cho viÖc dËp hå quang ®¬n gi¶n h¬n, Hµnh tr×nh chuyÓn ®éng g¾n liÒn víi chuyÒn ®éng cña n¾p nam ch©m ®iÖn,viÖc bè trÝ buång dËp hå quang dÔ dµng, Kh«ng dïng d©y nèi mÒm. ­ Nhîc ®iÓm: ®Æc tÝnh c¬ cña nam ch©m ®iÖn hót th¼ng kh«ng tèt b»ng nam ch©m hót quay. Do cã nhiÒu u ®iÓm cho nªn ta sÏ sö dông nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu h×nh ch÷ E kiÓu hót chËp.

iv. HÖ thèng c¸c lß xo nh¶, lß xo tiÕp ®iÓm vµ lß xo ho·n xung •Lß xo nh¶, lß xo tiÕp ®iÓm: ta chän kiÓu lß xo xo¾n h×nh trô do nã Ýt bÞ ¨n mßn vµ bÒn h¬n lß xo tÊm ph¼ng. •Lß xo ho¨n xung: dïng ®Ó gi¶m bít va ch¹m gi÷a n¾p vµ th©n cùc tõ do ®ã ta dïng lß xo l¸.

v. H×nh d¸ng cña c«ng t¾c t¬ Sau khi chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé ta ®îc h×nh d¸ng c«ng t¾c t¬ nh sau

Ngäc V¨n Tó

-8-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

1. TiÕp ®iÓm tÜnh. 6. Thanh dÉn tÜnh. 2. TiÕp ®iÓm ®éng. 7. Lß xo nh¶. 3. Lß xo Ðp tiÕp ®iÓm.8. M¹ch tõ nam ch©m ®iÖn. 4. Thanh dÉn ®éng. 9. Cuén d©y nam ch©m ®iÖn. 5. Dµn dËp hå quang. 10. Vßng ng¾n m¹ch. 11. N¾p m¹ch tõ nam ch©m ®iÖn.

Ch¬ng II TÝnh to¸n m¹ch vßng dÉn ®iÖn I. Kh¸i niÖm chung Trong C«ng t¾c t¬, m¹ch vßng dÉn ®iÖn lµ mét bé quan träng, nã cã chøc n¨ng dÉn dßng, chuyÓn ®æi vµ ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn. M¹ch vßng dÉn ®iÖn do c¸c bé phËn kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng kÕt cÊu vµ kÝch thíc hîp thµnh. §èi víi C«ng t¾c t¬, m¹ch vßng dÉn ®iÖn gåm cã c¸c bé phËn chÝnh nh sau: • Thanh dÉn: gåm thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh. Thanh dÉn cã chøc n¨ng truyÒn t¶i dßng ®iÖn. Ngäc V¨n Tó

-9-

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

• D©y dÉn mÒm. • §Çu nèi: gåm vÝt vµ mèi hµn. • HÖ thèng tiÕp ®iÓm: gåm tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh, cã chøc n¨ng ®ãng ng¾t dßng ®iÖn. • Cuén thæi tõ.

III. M¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh 1. Thanh dÉn 1. Thanh dÉn ®éng a. Chän vËt liÖu Thanh dÉn ®éng g¾n víi tiÕp ®iÓm ®éng, v× vËy nã cÇn ph¶i cã lùc Ðp ®ñ ®Ó tiÕp xóc tèt, ®é cøng cao, nhiÖt ®é nãng ch¶y t¬ng ®èi cao... do ®ã ta cã thÓ chän §ång kÐo nguéi lµm vËt liÖu cho thanh dÉn ®éng. C¸c th«ng sè cña ®ång kÐo nguéi: Ký hiÖu ML-TB Tû träng (γ) 8,9 g/cm3 NhiÖt ®é nãng ch¶y (θnc) 10830C §iÖn trë suÊt ë 200C (ρ20) 0,0158.10-3 Ωmm §é dÉn nhiÖt (λ) 3,9 W/cm 0C §é cøng Briven (HB) 80 ÷ 120 kG/cm2 HÖ sè dÉn nhiÖt ®iÖn trë (α) 0,0043 1/ 0C NhiÖt ®é cho phÐp cÊp A ([θcp]) 950 C

b. TÝnh to¸n thanh dÉn

Ngäc V¨n Tó

- 10 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Theo phÇn chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé, ta ®· chän thanh dÉn cã tiÕt diÖn ngang h×nh ch÷ nhËt víi bÒ réng

a, bÒ dÇy b Theo c«ng thøc 2-6 (TL1) : b= 3

I 2dm .ρ θ .K f 2.n.(n+ 1).KT .τ od

Trong ®ã : • I®m = 18 A : dßng ®iÖn ®Þnh møc. a • n: hÖ sè h×nh d¸ng, n = = 5 ÷ 10, chän n = 7. b • Kf : hÖ sè tæn hao phô ®Æc trng cho tæn hao bëi hiÖu øng bÒ mÆt vµ hiÖu øng gÇn. Kf = Kbm.Kg = 1,03 ÷ 1,06. Chän Kf = 1,06. • KT : hÖ sè t¶n nhiÖt, KT = (6 ÷ 12).10-6 (W/ 0 C.mm2) ⇒ Chän KT= 7,5.10-6. • : ®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ë nhiÖt ®é æn ®Þnh. 20[1+ (θ - 20)] θ = O 20 : ®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ë 20 C. : hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña vËt liÖu. θ: nhiÖt ®é æn ®Þnh cña ®ång , ë ®©y ta lÊy b»ng nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp = O [ ] = 95 C. ⇒ 95 = 0,0158.10 -8[1+4,3.10 -3(95 - 20)] ≈ 2,1.10 -8 (Ω. m) • τ«® : ®é t¨ng nhiÖt æn ®Þnh. τ«® = θ - θmt víi θmt= 40 OC lµ nhiÖt ®é m«i trêng ⇒ τ«® = 95 - 40 = 55 OC VËy ta cã b=3 Ngäc V¨n Tó

18 2.2,1.10 −8.1,06 ≈ 0,54(mm) 2.7.(7 + 1).7,5.10 −6.55 - 11 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

a = b.n =7. 0,54 = 3,78 (mm) VËy kÝch thíc tèi thiÓu cña thanh dÉn ®éng lµ a = 3,78 mm vµ b = 0,54 mm. Tuy nhiªn h×nh d¹ng cña thanh dÉn ®éng cßn phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña tiÕp ®iÓm. Chän tiÕp ®iÓm theo b¶ng 2-15(TL1.T51) víi I®m = 18 A ta chän ®êng kÝnh tiÕp ®iÓm dt® = 8 mm vµ chiÒu cao tiÕp ®iÓm lµ ht®= 1,5 mm. Chän l¹i kÝch thíc cña thanh dÉn ®éng: a= 10 mm vµ b= 1,2 mm c. KiÓm tra kÝch thíc lµm ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc dµi h¹n • DiÖn tÝch thanh dÉn: S = a.b =10.1,2 = 12 (mm 2 ) • Chu vi thanh dÉn: P = 2.(a+b) = 2.(10+1,2) = 22,4 (mm) • MËt ®é dßng ®iÖn : I dm 18 j= = = 1,5 (A/mm2) < [j] =2 ÷ 4 (A/mm2) 12 S ⇒ tho¶ m·n vÒ kÕt cÊu. • NhiÖt ®é thanh dÉn : Tõ c«ng thøc 2-4 (TKKC§HA) ta cã

I 2 .ρθ .K f I 2 .ρ0 .(1 + α.θod ).K f S.P = = K T .(θo − θmt ) K T .(θod − θmt )

I 2.ρ0.K f . + S.P.K T .θmt ⇒ θ«d = θtd = S.P.K T − I 2.ρ0.K f .α víi ρ0 : ®iÖn trë suÊt cña ®ång kÐo nguéi ë 00C ρ 20 0,0158.10 −3 ρ0 = = = 0,015.10 −3 (Ω.mm) 1 + α .θ 1 + 0,0043.20 θmt : nhiÖt ®é m«i trêng, θmt = 400C Thay vµo ta cã :

Ngäc V¨n Tó

- 12 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ θ td =

Đồ án khí cụ điện hạ áp

18 2.0,015.10 −3.1,06 + 12.22,4.7,5.10 −6.40 = 430C −6 2 −3 12.22,4.7,5.10 − 18 .0,015.10 .1,06.0,0043

VËy θtd < [θcp] = 950C ⇒ thanh dÉn tho¶ m·n vÒ nhiÖt ®é ë chÕ ®é ®Þnh møc. d. KiÓm tra thanh dÉn ë chÕ ®é ng¾n m¹ch §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh ng¾n m¹ch: • Dßng ®iÖn vµ mËt ®é dßng ®iÖn cã trÞ sè rÊt lín. • Thêi gian t¸c ®éng nhá. Tõ ®Æc ®iÓm trªn râ rµng khi x¶y ra ng¾n m¹ch nhiÖt ®é thanh dÉn t¨ng lªn rÊt lín cã thÓ lµm thanh dÉn bÞ biÕn d¹ng. Do ®ã cÇn ph¶i kiÓm tra khi cã ng¾n m¹ch th× mËt ®é dßng ®iÖn thanh dÉn cã nhá h¬n mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp kh«ng. Tõ c«ng thøc 6-21 (TL1) :

j nm =

A nm − A d tnm

Trong ®ã: Inm = Ibn : dßng ®iÖn ng¾n m¹ch hay dßng ®iÖn bÒn nhiÖt. tnm = tbn : thêi gian ng¾n m¹ch hay thêi gian bÒn nhiÖt. Anm = Abn : h»ng sè tÝch ph©n øng víi ng¾n m¹ch hay bÒn nhiÖt. A® : h»ng sè tÝch ph©n øng víi nhiÖt ®é ®Çu. Tra ®å thÞ h×nh 6-5 (TL1.T313) ta cã: Víi θbn = 3000C cã Abn = 3,65.104 (A2s/mm4) θ® = 950C cã A® = 1.6.104 (A2s/mm4) tnm (s) 3 4 Ngäc V¨n Tó

jnm

[jnm]cp

(A/mm2) 87 75

(A/mm2) 94 82

- 13 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ 10

Đồ án khí cụ điện hạ áp 47.4

51

VËy mËt ®é dßng ®iÖn cña thanh dÉn khi x¶y ra ng¾n m¹ch nhá h¬n mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp, nªn thanh dÉn cã thÓ chÞu ®îc ng¾n m¹ch.

2. Thanh dÉn tÜnh Thanh dÉn tÜnh ®îc nèi víi tiÕp ®iÓm tÜnh vµ g¾n víi ®Çu nèi. V× vËy thanh dÉn tÜnh ph¶i cã kÝch thíc lín h¬n thanh dÉn ®éng. Ta cã thÓ chän kÝch thíc thanh dÉn tÜnh nh sau : at = 10 mm bt = 1,5 mm Do thanh dÉn ®éng tho¶ m·n ë chÕ ®é dµi h¹n vµ ng¾n h¹n mµ thanh dÉn tÜnh cã tiÕt diÖn vµ chu vi lín h¬n thanh dÉn ®éng cho nªn thanh dÉn tÜnh còng tho¶ m·n chÕ ®é dµi h¹n vµ ng¾n h¹n.

ii. §Çu nèi §Çu nèi tiÕp xóc lµ phÇn tö quan träng cña khÝ cô ®iÖn, nÕu kh«ng chó ý dÔ bÞ háng nÆng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh nhÊt lµ nh÷ng khÝ cô ®iÖn cã dßng ®iÖn lín vµ ®iÖn ¸p cao. C¸c yªu cÇu ®èi víi mèi nèi • NhiÖt ®é c¸c mèi nèi khi lµm viÖc ë dµi h¹n víi dßng ®iÖn ®Þnh møc kh«ng ®îc t¨ng qu¸ trÞ sè cho phÐp. • Khi tiÕp xóc mèi nèi cÇn cã ®ñ ®é bÒn c¬ vµ ®é bÒn nhiÖt khi cã dßng ng¾n m¹ch ch¹y qua. • Lùc Ðp ®iÖn trë tiÕp xóc, n¨ng lîng tæn hao vµ nhiÖt ®é ph¶i æn ®Þnh khi khÝ cô ®iÖn vËn hµnh liªn tôc. KÕt cÊu cña mèi nèi gåm cã : mèi nèi cã thÓ th¸o rêi ®îc, kh«ng thÓ th¸o rêi ®îc, mèi nèi kiªm khíp b¶n lÒ cã d©y nèi mÒm hoÆc kh«ng cã d©y nèi mÒm. ë ®©y ta chon mèi nèi cã thÓ th¸o rêi ®îc vµ b»ng bu l«ng.

Ngäc V¨n Tó

- 14 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Víi dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m = 18A theo b¶ng 2-9 (TKKC§HA) chän bu l«ng 5 b»ng thÐp kh«ng dÉn ®iÖn vµ trô ®ång 5.

b a Stx

DiÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc : Stx =

Idm j

§èi víi thanh dÉn vµ chi tiÕt ®ång cã tÇn sè f = 50 Hz vµ dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m < 200A th× cã thÓ lÊy mËt ®é dßng ®iÖn j = 0,31 A/mm2 18 ⇒ Stx = = 58,1(mm2 ) 0,31 Lùc Ðp tiÕp xóc : Ftx = ftx.Stx Trong ®ã ftx lµ lùc Ðp riªng trªn c¸c mèi nèi, ftx = 100 ÷ 150 kG/cm2 chän ftx=100 kG/cm2 = 100.10-2 kG/mm2 ⇒ Ftx = 100.10 -2.58,1 = 58,1 (kG) Theo c«ng thøc 2-25(TL1.T59). §iÖn trë tiÕp xóc lµ:

R tx =

K tx (0,102.Ftx )m

Trong ®ã m =1 ®ång-®ång tiÕp xóc mÆt Ktx =(0.09 ÷ 0.14).10-3 ⇒ chän Ktx = 0,1.10-3 0,1.10 −3 ⇒ R tx = = 1,7.10 −5 (Ω) 0,102.58,1 Ngäc V¨n Tó

- 15 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

§iÖn ¸p tiÕp xóc Utx = I®m.Rtx =18.1,7.10 –5= 0,31 (mV) VËy ®iÖn ¸p tiÕp xóc nhá h¬n ®iÖn ¸p tiÕp xóc cho phÐp ([Utx]cp =30 mV), nªn bu l«ng ®· chän tho¶ m·n yªu cÇu.

iii. TiÕp ®iÓm a. NhiÖm vô cña tiÕp ®iÓm TiÕp ®iÓm thùc hiÖn chøc n¨ng ®ãng ng¾t cña c¸c khÝ cô ®iÖn ®ãng ng¾t.

b. Yªu cÇu ®èi víi tiÕp ®iÓm •Khi C«ng t¾c t¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®Þnh møc , nhiÖt ®é bÒ mÆt n¬i kh«ng tiÕp xóc ph¶i bÐ h¬n nhiÖt ®é cho phÐp. NhiÖt ®é cña vïng tiÕp xóc ph¶i bÐ h¬n nhiÖt ®é biÕn ®æi tinh thÓ cña vËt liÖu tiÕp ®iÓm. •Víi dßng ®iÖn lín cho phÐp (dßng khëi ®éng, dßng ng¾n m¹ch) tiÕp ®iÓm ph¶i chÞu ®îc ®é bÒn nhiÖt vµ ®é bÒn ®iÖn ®éng. •Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ®Þnh møc vµ khi ®ãng ng¾t dßng ®iÖn trong giíi h¹n cho phÐp , tiÕp ®iÓm ph¶i cã ®é mßn ®iÖn vµ c¬ bÐ nhÊt , ®é rung cña tiÕp ®iÓm kh«ng ®îc lín h¬n trÞ sè cho phÐp.

3. VËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm VËt liÖu lµm tiÕp cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: ®iÖn trë suÊt vµ ®iÖn trë tiÕp xóc bÐ, Ýt bÞ ¨n mßn, Ýt bÞ «xy ho¸, khã hµn dÝnh, ®é cøng cao, ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cao, gi¸ thµnh h¹ vµ phï hîp víi dßng ®iÖn I = 18 A. Tõ b¶ng 2-13 (TL1) ta chän vËt liªu lµ b¹c niken than ch×, víi c¸c th«ng sè kü thuËt sau: Ký hiÖu KMK.A32 Tû träng (γ) 8,7 g/cm3 NhiÖt ®é nãng ch¶y (θnc) 1300 0C §iÖn trë suÊt ë 200C (ρ20) 0,035.10-3 Ωmm §é dÉn nhiÖt (λ) 3,25 W/cm 0C

Ngäc V¨n Tó

- 16 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

§é cøng Briven (HB) 45 ÷ 65 kG/mm2 HÖ sè dÉn nhiÖt ®iÖn trë (α) 0,0035/ 0C NhiÖt ®é cho phÐp cÊp A ([θcp]) 950 C Nh ®· chän ë phÇn tÝnh thanh dÉn ®éng ta cã kÝch thíc cña tiÕp ®iÓm lµ d = 8 mm; h=1,5 mm.

4. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm Theo c«ng thøc kinh nghiÖm Ft® = ft® x I®m Tra b¶ng 2-17 ta chän ft® = 15 (g/A) Ft® = 15 x 18 = 270 (g) = 0,270 (kg) = 2,70 (N)

5. §iÖn trë tiÕp ®iÓm §iÖn trë tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm ®îc tÝnh theo c«ng thøc 225(TL1.T159) K tx Rtx = (0,102.Ftd ) m Trong ®ã : Ft® = 2,70 (N) Ktx : hÖ sè kÓ ®Õn sù ¶nh hëng cña vËt liÖu vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña tiÕp ®iÓm. Ktx = −3 (0,2 ÷ 0,3)10 ⇒ chän Ktx = 0,25.10-3 m: hÖ sè d¹ng bÒ mÆt tiÕp xóc. v× lµ tiÕp xóc mÆt ⇒ m = ( 0,7 ÷ 1) nªn chän m = 0,8 Thay vµo ta cã: 0,25.10 −3 R tx = = 7.10 −4 (Ω) 0 ,8 (0,102.2,7)

6.§iÖn ¸p tiÕp xóc Utx = I®m.Rtx =18.7.10-4 = 0,0126 (V) = 12,6 (mV) VËy ®iÖn ¸p n¬i tiÕp xóc Utx tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nhá h¬n ®iÖn ¸p tiÕp xóc cho phÐp [Utx] = 2 ÷ 30 mV.

7. NhiÖt ®é tiÕp ®iÓm vµ nhiÖt ®é n¬i tiÕp xóc Theo c«ng thøc 2-11(TL1.T52) nhiÖt ®é ph¸t nãng cña tiÕp ®iÓm Ngäc V¨n Tó

- 17 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

2 2 I dm .ρ θ I dm .Rtd θ td = θ mt + + S .P.K T 2. λ .S .PK T

Trong ®ã: θt® : nhiÖt ®é cña tiÕp diÓm. ρθ: ®iÖn trë suÊt cña vËt iÖu lµm tiÕp ®iÓm ë 95oC ρθ = ρ95 =ρ20.[1+ α(θ-20)] = 3,5.105 .(1+0,0035.(95-20)] = 4,42.10-6 ( Wcm) θmt : nhiÖt ®é m«i trêng, θmt =400C Rt® : ®iÖn trë tiÕp ®iÓm. h S

−5 Rt®= ρθ . = 4,42.10 .

1,5 = 1,07.10 −6 (W) 63,6

P, S : chu vi, tiÕt diÖn cña thanh dÉn. P = 2,24 cm ; S = 12.10-2 (cm2) 18 2 .4,42.10 −6 18 2.1,07.10 −6 + = 47,1 0C ⇒ θ td = 40 + 2,24.12.10 −2.7,5.10 − 4 2. 3,93.2,24.12.10 − 2.7,5.10 −4

NhiÖt ®é cña ®iÓm tiÕp xóc lµ: θ tx = θ td +

I 2 dm .R 2 tx 18 2 .(7.10 −4 )2 = 47,1 + = 48,24 0 C −6 8.λ .ρθ 8.3,93.4,42.10

8. Dßng ®iÖn hµn dÝnh Khi dßng ®iÖn qua tiÕp ®iÓm lín h¬n dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m (qu¸ t¶i , khëi ®éng , ng¾n m¹ch) , nhiÖt ®é sÏ t¨ng lªn vµ tiÕp ®iÓm bÞ ®Èy do lùc ®iÖn ®éng dÉn ®Õn kh¶ n¨ng hµn dÝnh . §é æn ®Þnh cña tiÕp ®iÓm chèng ®Èy vµ chèng hµn dÝnh gäi lµ ®é æn ®Þnh ®iÖn ®éng (®é bÒn ®iÖn ®éng) . §é æn ®Þnh nhiÖt vµ æn ®Þnh ®iÖn ®éng lµ c¸c th«ng sè quan träng ®îc biÓu thÞ qua trÞ sè dßng ®iÖn hµn dÝnh Ihd , t¹i trÞ sè ®ã sù hµn dÝnh cña tiÕp ®iÓm cã thÓ kh«ng x¶y ra nÕu c¬ cÊu ng¾t cã ®ñ kh¶ n¨ng ng¾t tiÕp ®iÓm . Ngäc V¨n Tó

- 18 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

TrÞ sè dßng ®iÖn hµn dÝnh x¸c ®Þnh theo quan hÖ lý thuyÕt 2-33 (TL1.T66) Ihdb® = A fnc . Ftd

(A)

Trong ®ã: A=

1 32λθ nc(1+ αθ nc) 3 2 πHB ρO (1+ αθ nc) 3 O

ρO : ®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ë 20OC . Ta cã ρ20 = ρO(1+α.20) ⇒ ρO =

ρO 1+ α.20

⇒ ρO =

-8 3,5.10 = 3,27.10−8(Ωm) 1+ 0,0035.20

λ : hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu. λ = 3,25 W/cm.OC = 325 W/m.OC θnc : nhiÖt ®é nãng ch¶y cña vËt liÖu, θnc = 1300 OC HBo : ®é cøng Britnel . HBo = 50 kG/mm2 = 50.106 (kg/m) ⇒A =

1 32.3,25.1300.(1 + .0,0035.1300) 3 = 1135,74 (A/Kg1/2 ) 2 π .50.10 6.3,27.10 −8.(1 + .0,0035.1300) 3

fnc : hÖ sè ®Æc trng cho sù t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc trong qóa tr×nh ph¸t nãng, chän fnc = 3. Ft® = 0,275 (kG) ⇒ Ihd = 1135 ,74. 3. 0,275= 1031,59(A ) TÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm 2-36 (TL1) Ihd = Khd. Ftd Trong ®ã: Khd : hÖ sè hµn dÝnh , chän Khd = 2000 A/kG1/2 Ft® = 0,275 (kG) Ngäc V¨n Tó

- 19 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

⇒ Ihd = 2000. 0,275= 1048 ,8(A ) Ta thÊy Ihdb® LT < Ihdbd TN .Chän Ihdbd = Ihdbd TN = 1048,8A Inm = 10.I®m = 10.18 = 180A V× Inm < Ihdbd cho nªn tiÕp ®iÓm kh«ng bÞ hµn dÝnh.

9.§é rung vµ thêi gian rung cña tiÕp ®iÓm Khi tiÕp ®iÓm ®ãng, thêi ®iÓm b¾t ®Çu tiÕp xóc sÏ cã xung lùc va ®Ëp c¬ khÝ gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh g©y ra hiÖn tîng rung tiÕp ®iÓm. TiÕp ®iÓm ®éng bÞ bËt trë l¹i víi mét biªn ®é nµo ®ã råi l¹i vµ tiÕp tôc va ®Ëp, qu¸ tr×nh nµy x¶y ra trong mét kho¶ng thêi gian råi chuyÓn sang tr¹ng th¸i tiÕp xóc æn ®Þnh, sù rung kÕt thóc. Qóa tr×nh rung ®îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é lín cña biªn ®é rung Xm vµ thêi gian rung tm Theo c«ng thøc 2-39(TL1.T72) biªn ®é rung cho 3 tiÕp ®iÓm thêng më lµ :

m đ .vdo2 .(1 − K V ) Xm = 2.Ftdd Trong ®ã m® : khèi lîng phÇn ®éng. m® =K.I®m víi K= 7 (g/A) ⇒ m® = 7.18 = 126 (g) =0,126 (kg) v®o : tèc ®é tiÕp ®iÓm t¹i thêi ®iÓm va ®Ëp . v®o = 0,1 m/s KV : hÖ sè va ®Ëp phô thuéc vµo tÝnh ®µn håi cña vËt liÖu. Kv = 0,85÷ 0,9 ⇒ chän KV = 0,9. Ft®® : lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu. Ft®®= 0,7.Ft® =0,7.0,275 = 0,1975 (kg) =1,975 (N) 0,175.0,12(1− 0,9) ⇒ Xm = = 4,4.10−5 (m) 2.1,975 Do c«ng t¾c t¬ cã ba tiÕp ®iÓm nªn ®é rung cña 1 tiÕp ®iÓm lµ Ngäc V¨n Tó

- 20 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

X

mtd

=

Đồ án khí cụ điện hạ áp X m 0,044 = = 0,015 (mm) 3 3

Theo c«ng thøc 2-40 (TL1.T72) thêi gian rung cña tiÕp ®iÓm lµ

tm = ⇒ tm =

2.md.vdo 1− K V Ftdd

2.0,175.0,1. 1− 0,9 = 5,6.10−3(s) = 5,6 (ms) 1,975

Do c«ng t¾c t¬ cã ba tiÕp ®iÓm chÝnh cho nªn thêi gian rung cña mét tiÕp ®iÓm lµ t 5,6 tmtd= 3m = 3 = 1,9 (ms)

10.§é mßn cña tiÕp ®iÓm Sù mßn cña tiÕp ®iÓm x¶y ra trong qu¸ tr×nh ®ãng vµ qu¸ tr×nh ng¾t m¹ch ®iÖn. Nguyªn nh©n g©y ra sù ¨n mßn cña tiÕp ®iÓm lµ ¨n mßn vÒ ho¸ häc, vÒ c¬ vµ vÒ ®iÖn trong ®ã chñ yÕu lµ do qu¸ tr×nh mßn ®iÖn . Khèi lîng mßn trung b×nh cña mét cÆp tiÕp ®iÓm cho mét lÇn ®ãng ng¾t lµ: 2 2 g® + gng = 10 -9(K®. I d + Kng. I ng )Kk® Trong ®ã : Kk® : hÖ sè kh«ng ®ång ®Òu, ®¸nh gi¸ ®é mßn kh«ng ®Òu cña c¸c tiÕp ®iÓm, Kk® =1,1 ÷ 2,5, chän Kk® =1,5 K®, Kng : hÖ sè mßn khi ®ãng vµ khi ng¾t, tra b¶ng 2-21 (TL1.T79) ta cã Kng=K® = 0,01 (g/A2) I® vµ Ing : dßng ®iÖn ®ãng vµ dßng ®iÖn ng¾t. I® = 5I®m =5.18 = 90 (A) Ing =3.I®m = 3.18 = 54 (A) g® vµ gng : khèi lîng mßn riªng cña mçi mét lÇn ®ãng vµ ng¾t.

Ngäc V¨n Tó

- 21 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

⇒ g® + gng = 10 -9 .(0,01.902 +0,01.542 ).1,5 =1,65.10-7 ( g) Sau N = 106 lÇn ®ãng ng¾t, khèi lîng mßn lµ : Gm = N.(g® + gng) = 106 . 1,65.10-7 = 0,165( g) ThÓ tÝch mßn mét sau mét lÇn ®ãng c¾t lµ

V1lan =

Gm 0,165 = = 0,02(c m3 ) γ 8,7

ThÓ tÝch ban ®Çu cña tiÕp ®iÓm lµ Vt® =

2

Πd

4

.h =

Π.8

4

2

3 .1,5 = 75,4(mm )

Lîng mßn cña tiÕp ®iÓm sÏ lµ : V m% =

V 20 .100% = .100% = 26,5% Vtd 75,4

§é mßn cho phÐp cña tiÕp ®iÓm lµ Vm % =70%. Cho nªn ®é mßn cña tiÕp ®iÓm mµ ta thiÕt kÕ lµ tho¶ m·n.

11. §é lón, ®é më cña tiÕp ®iÓm a. §é më §é më cña tiÕp ®iÓm lµ kho¶ng c¸ch gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh ë tr¹ng th¸i ng¾t cña c«ng t¾c t¬. §é më cÇn ph¶i ®ñ lín ®Ó cã thÓ dËp t¾t hå quang nhanh chãng, nÕu ®é më lín th× viÖc dËp t¾t hå quang sÏ dÔ dµng.Tuy nhiªn kho¶ng c¸ch qu¸ lín sÏ ¶nh hëng tíi kÝch thíc cña c«ng t¾c t¬. Ta lÊy ®é më cña tiÕp ®iÓm lµ m=5mm. b. §é lón §é lón l cña tiÕp ®iÓm lµ qu·ng ®êng ®i thªm ®îc cña tiÕp ®iÓm ®éng nÕu kh«ng cã tiÕp ®iÓm tÜnh c¶n l¹i. ViÖc x¸c ®Þnh ®é lón cña tiÕp ®iÓm lµ cÇn thiÕt v× trong qu¸ tr×nh lµm viÖc tiÕp ®iÓm sÏ bÞ ¨n mßn. ®Ó ®¶m b¶o tiÕp ®iÓm vÉn tiÕp xóc tèt th× cÇn cã mét ®é lón hîp lý. Theo c«nh thøc lÝ thuyÕt l= A+ B.I®m = 1,5 + 0,02.18 = 1,86 ≈ 2 (mm). Ngäc V¨n Tó

- 22 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

II.M¹ch vßng dÉn ®iÖn phô ViÖc tÝnh m¹ch vßng dÉn ®iÖn phô t¬ng tù víi c¸ch tÝnh vßng dÉn ®iÖn chÝnh, víi I®m =10A.

1.Thanh dÉn a. Thanh dÉn ®éng •VËt liÖu vµ kÕt cÊu: gièng víi thanh dÉn ®éng trong m¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh. •tÝnh to¸n thanh dÉn 2 Iđm .ρθ .K f b=3 2.n.(n + 1).K T .τôd Trong ®ã I®m= 10 (A) n= 7 Kf=1,06 KT=7,5.10-6 (W/0C.mm2) τ«®=550C =0,015.10-3 (Wmm)

θ

⇒ b= 0,2 (mm) ⇒ a=7.0,2= 1,4 (mm) Chän tiÕp ®iÓm kiÓu cÇu víi I®m=10(A) ⇒ chon ®êng kÝnh cña tiÕp ®iÓm lµ d= 5(mm) vµ chiÒu cao cña tiÕp ®iÓm lµ h =1,2 (mm). VËy th× chän a = 6 (mm) ; b = 0,8 (mm) •MËt ®é dßng ®iÖn :

j=

I đm 10 = = 2,08( A / mm 2 ) S 6.0,8

VËy j < [j] =2 ÷ 4 A/mm2 ⇒ tho¶ m·n vÒ kÕt cÊu

12. Thanh dÉn tÜnh Ngäc V¨n Tó

- 23 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

T¬ng tù nh ë m¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh ta chän c¸c kÝch thíc cña thanh dÉn tÜnh lµ at = 6 (mm) vµ bt= 1 (mm).

ii. TiÕp ®iÓm •Chän lo¹i tiÕp ®iÓm cÇu víi d¹ng tiÕp xóc ®iÓm. •Chän vËt liÖu tiÕp ®iÓm I = 10 A , tra b¶ng 2-13 (TL1) cã thÓ chän B¹c kÐo nguéi ( CP 999 ) cã c¸c th«ng sè kü thuËt :

Tªn

Ký hiªu

Gi¸ tri

§¬n vÞ

NhiÖt ®é nãng ch¶y

θ nc

TØ träng

γ

10,5

g/cm3

ρ 20

0,0116.1

Wmm2/

§é cøng

HB

0-3 30 ÷ 60

m kG/cm2

§é dÉn nhiÖt

λ

480

W/m 0C

HÖ sè dÉn nhiÖt

α

0,004

1/( 0 C )

§iÖn trë suÊt ë 20 0

961

C

( 0C )

®iÖn trë dtd

•X¸c ®Þnh kÝch thíc tiÕp ®iÓm §êng kÝnh tiÕp ®iÓm dt® = 5 (mm) , chiÒu

htd

cao tiÕp ®iÓm ht® =1,2 (mm).

TÝnh lùc Ðp tiÕp ®iÓm theo c«ng thøc thùc nghiÖm 2-17 (TL1) , ta cã : Ft® = ft®.I®m Trong ®ã ft® =11 (g/A) ⇒ Ft® = 10.11= 110 (g) = 0,11 (kg) = 1,1 (N) TÝnh ®iÖn trë tiÕp xóc theo c«ng thøc: Rtx =

K tx (0,102.Ftd ) m

Víi Ktx= 0,25.10-3

Ngäc V¨n Tó

- 24 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

m = 0,5 ⇒ Rtx= 7,5.10-4 (Ω) TÝnh ®iÖn ¸p tiÕp xóc theo c«ng thøc Utx = I®m.Rtx= 10.0,75.10-3= 7,5.10-3 (V) = 7,5 (mV) §é lón cña tiÕp ®iÓm ®îc tÝnh theo c«ng thøc l’=A+B.I®m=1,5+0,02.10=1,7 (mm) §é më V× tæng ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm phô ph¶i b»ng tæng ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm chÝnh nªn : m’= m + l – l’ =5 + 2 - 1,7 = 5,3 (mm) trong ®ã m, l lµ ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm chÝnh.

Ch¬ng III TÝnh vµ dùng ®Æc tÝnh c¬ I. TÝnh to¸n lß xo 1. VËt liÖu lµm lß xo Theo ch¬ng I chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé ta ®· chän lß xo nh¶ vµ lß xo Ðp tiÕp diÓm lµ kiÓu lß xo xo¨n h×nh trô. B©y giê ta sÏ chän cô thÓ lo¹i lß xo lµ lß xo thÐp cacbon FOCT 9389 - 60 cã c¸c th«ng sè nh sau §é bÒn giíi h¹n khi kÐo, sk 2650 N/mm2 Giíi h¹n ®µn håi, s® 800 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi uèn, su 930 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n, sx 580 N/mm2 Module ®µn håi, E 200.103 N/mm2 Mudule chèng trît, G 80.103 N/mm2 §iÖn trë suÊt, ρ 0,19 ÷ 0,22 .10-6 Ωm

ii. Lß xo Ðp tiÕp ®iÓm chÝnh TÝnh to¸n cho 1 lß xo •§êng kÝnh d©y lß xo Ngäc V¨n Tó

- 25 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Theo c«ng thøc 4-31 (TL1) , ®êng kÝnh d©y lß xo lµ : 8F.C dlxc = π[σ x ] Trong ®ã F: lùc Ðp tiÕp ®iÓm tÝnh cho mét tiÕp ®iÓm(1 pha 2 chç ng¾t). F=2.Ft®c = 2.2,75 =5,5 (N) C: chØ sè lß xo, C = 4÷ 16⇒ chän C = 8 [ σ x ]: øng suÊt cho phÐp. 8.5,5.8 ⇒ dlxc = = 0,44(mm) π.580 VËy chän ®êng kÝnh d©y lß xo lµ dlxc =0,44 (mm) •§êng kÝnh lß xo Dlxc = C. dlxc = 8.0,44 =3,52 (mm) •Sè vßng lµm viÖc G.d4lxc.f Wlxc = 8D3lxc.∆Flxc Trong ®ã ∆ F: Lùc lß xo ph¶i sinh ra trong ®o¹n f. ∆ Flxc= Ft®c - Ft®d =2.(2,75 – 0,7.2,75) = 1,65 (N) f: §é lón cña lß xo flxc = l = 2 (mm) G: M« ®un chèng trît. 80.103.0,444.2 ⇒ Wlxc = = 10,41 (vßng) 8.3,523.1,65 ⇒ chän Wlxc= 11 (vßng) •Bíc lß xo tk = dlxc = 0,44 (mm) tn = d lxc +

f 2 = 0.44+ = 0,62( mm) Wlxc 11

•ChiÒu dµi kÕt cÊu lk = dlxc.Wlxc = 0,44.11= 4,84 (mm) Ngäc V¨n Tó

- 26 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

ln = Wlxc.tn + 1,5.dlxc = 11.0,62 + 1,5.0,44 = 7,48 (mm) •øng suÊt xo¾n thùc tÕ cña lß xo 8FC 8.5,5.8 = 578,74 (N/mm2) σx = 2 = 2 πd π.0,44 VËy σx < [σx] =580 N/mm2 do ®ã lß xo chän tho¶ m·n yªu cÇu kh«ng vît qu¸ øng suÊt xo¾n cho phÐp.

iii. Lß xo tiÕp ®iÓm phô TÝnh to¸n cho 1 lß xo t¬ng tù nh tÝnh víi lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh. •§êng kÝnh d©y lß xo Theo c«ng thøc 4-31 (TL1) , ®êng kÝnh d©y lß xo lµ : 8F.C dlxp = π[σ x ] Trong ®ã F=2.Ft®p = 2.1,1 =2,2 (N) C=8 ⇒ dlxp =

8.2,2.8 = 0,3(mm) π .580

VËy chän ®êng kÝnh d©y lß xo lµ dlxp =0,3(mm) •§êng kÝnh lß xo Dlxp = C. dlxp = 8.0,3 = 2,4 (mm) •Sè vßng lµm viÖc G.d4lxp.f Wlxp = 8D3lxp.∆Flxp Trong ®ã ∆ F: Lùc lß xo ph¶i sinh ra trong ®o¹n flxp. ∆ Flxp= Ft®c - Ft®® =2.(1,1 – 0,5.1,1 ) = 1,1 (N) flxp: §é lón cña lß xo b»ng ®é lón cña tiÕp ®iÓm phô flxp = l’ = 1,7 (mm) 80.10 3.0,34.1,7 ⇒ Wlxp = = 9,1 (vßng) 8.2,4 3.1,1

Ngäc V¨n Tó

- 27 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

⇒ chän Wlxp= 10 (vßng) •Bíc lß xo tk = dlxp = 0,3 (mm) f 1,7 = 0,3 + = 0,47( mm) tn = d lxp + Wlxp 10 •ChiÒu dµi kÕt cÊu lk = dlxp.Wlxp = 0,3.10= 3 (mm) ln = Wlxp.tn + 1,5.dlxp = 10.0,47 + 1,5.0,3 = 5,15 (mm) •øng suÊt xo¾n thùc tÕ cña lß xo 8FC 8.1,1.8 = 249 (N/mm2) σx = 2 = 2 πd π .0,3 VËy σx < [σx] =580 N/mm2 do ®ã lß xo chän tho¶ m·n yªu cÇu kh«ng vît qu¸ øng suÊt xo¾n cho phÐp.

iv. Lß xo nh¶ •Cã hai lß xo nh¶ Lùc lß xo nh¶ ®Çu ph¶i th¾ng ®îc khèi lîng phÇn ®éng vµ t¹o ra lùc Ðp tiÕp ®iÓm thêng ®ãng. Fnh® = Kdt(G® + Ft®ct® ) Trong ®ã: Kdt: HÖ sè dù tr÷ Kdt= 1,2 ÷ 1,5 ⇒ Chän Kdt=1,2 G®: Träng lîng phÇn ®éng. Trong ch¬ng II m¹ch vßng dÉn ®iÖn ta ®· chän G®=1,75 (N) Ft®ct®: Lc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi thêng ®ãng(2 tiÕp ®iÓm thêng ®ãng) Ft®ct® = 2.2.Ft®p = 2.2.1,1 = 4,4 (N) ⇒ Fnh® = 1,2.(1,75 +4,4) = 7,4 (N) Do cã hai lß xo nh¶ nªn lùc lâ xo nh¶ cho mçi lß xo : Fnh®1=

7,4 =3,7 (N) 2

Lùc lß xo nh¶ cuèi Fnhc1= (1,5 ÷ 2)Fnhd1 VËy ta chän Fnhc1=1,5.Fnh®1=1,5.3,7 = 5,55 (N) Ngäc V¨n Tó

- 28 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•§êng kÝnh d©y lß xo lµ : dlxnh =

8F.C π[σ x ]

Trong ®ã F: lùc kÐo nÐn cho 1 lß xo F = Fnhc1= 5,55 (N) C: chØ sè lß xo, chän C=10 ⇒ dlxnh =

8 Fnhc1 .C 8.5,55.10 = = 0,5(mm) π [σ x ] π .580

•§êng kÝnh lß xo Dlxnh = C. dlxnh = 10.0,5= 5 (mm) •Sè vßng lµm viÖc G.d4lxnh.f Wlxnh = 8D3lxnh.∆F1 Trong ®ã: ∆ F1: Lùc lß xo ph¶i sinh ra trong ®o¹n f ∆ F1=Fnhc1- Fnh®1=5,55 – 3,7 = 1,85 (N) f: §é lón cña lß xo. f=l+m= 2+5 = 7 (mm) 80.10 3.0,5 4 .7 ⇒ Wlxnh= = 18,9 (vßng) ≈ 19(vßng) 8.53.1,85 •Bíc lß xo tk = dlxnh= 0,5 (mm) f 7 = 0,5 + = 0,87 (mm) tn = dlxnh + Wlxnh 19 •ChiÒu dµi kÕt cÊu lk = dlxnh.Wlxnh = 0,5.19 =9,5 (mm) ln = Wlxnh.tn + 1,5.dlxnh = 19.0,87+ 1,5.0,5 = 17,28 (mm) •øng suÊt xo¾n thùc tÕ cña lß xo

Ngäc V¨n Tó

- 29 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ σx =

Đồ án khí cụ điện hạ áp 8.F .C 8.5,55.10 = = 565,3 N/mm2 2 Π.d lxnh Π.0,5 2

VËy σx < [σx] =580 N/mm2 do ®ã lß xo chän tho¶ m·n yªu cÇu kh«ng vît qu¸ øng suÊt xo¾n cho phÐp.

IV. §Æc tÝnh c¬ 1. LËp s¬ ®å ®éng Ta xÐt c«ng t¾c t¬ lµm viÖc trong t thÕ bÊt lîi nhÊt, ®ã lµ t thÕ bÞ l¾p ngîc

Ngäc V¨n Tó

- 30 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•Khi n¾p nh¶ δ = δcn + l + m = 7,05 (mm)

•Khi n¾p hót δ = δcn= 0,05 (mm)

ii. TÝnh to¸n c¸c lùc a. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm chÝnh Do c«ng t¾c t¬ cã ba pha, mçi pha cã hai chç ng¾t nªn •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi Ft®c = 2.3.Ft® = 6.2,75 = 16,5 (N) •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu Ft®® = 0,7.Ft®c = 0,7.16,5= 11,55 (N)

13. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô thêng ®ãng Do 1 tiÕp ®iÓm phô cã 2 chç ng¾t vµ c«ng t¾c t¬ cã 2 tiÕp ®iÓm phô nªn •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi Ft®ct® = 2.2.Ft®p = 4.1,1 = 4,4 (N) •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu Ft®®t® = 0,5.Ft®ct® = 0,5.4,4 = 2,2 (N) Ngäc V¨n Tó

- 31 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

14. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô thêng më •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu Ft®®tm = Ft®dt® = 2,2 (N) •Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi : Ft®ctm = Ft®ct® = 4,4 (N)

15. Lùc 2 lß xo nh¶ •Lùc lß xo nh¶ ®Çu Fnh® = Kdt(G® + Ft®ct® ) =1,2.(1,75 +4,4) = 7,4 (N) •Lùc lß xo nh¶ cuèi Fnh c = 1,5.Fnh ® = 11,1 (N)

iii. §Æc tÝnh c¬

Ngäc V¨n Tó

- 32 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Ch¬ng IV Ngäc V¨n Tó

- 33 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm nam ch©m ®iÖn I. Kh¸i niÖm Nam ch©m ®iÖn ®îc sö dông ngµy cµng rÊt réng r·i mµ kh«ng mét lÜnh vùc ngµnh kü thuËt nµo kh«ng sö dông nã. NhiÖm vô chñ yÕu cña nam ch©m ®iÖn lµ bé phËn sinh lùc ®Ó thùc hiÖn c¸c chuyÓn dÞch tÞnh tiÕn hay chuyÓn quay hoÆc sinh lùc h·m. Trong mçi lÜnh vùc kh¸c nhau th× cã nh÷ng lo¹i nam ch©m kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng, kÕt cÊu, øng dông. C¸c qóa tr×nh vËt lý x¶y ra trong nam ch©m ®iÖn rÊt phøc t¹p, thêng ®îc m« t¶ b»ng c¸c ph¬ng tr×nh vi ph©n tuyÕn tÝnh. V× vËy viÖc tÝnh to¸n nam ch©m ®iÖn thêng ®îc dùa theo c¸c c«ng thøc gÇn ®óng, ®¬n gi¶n sau ®ã míi kiÓm nghiÖm l¹i theo c«ng thøc lý thuyÕt, dÉn tíi bµi to¸n tèi u. §èi víi c«ng t¾c t¬, nam ch©m ®iÖn lµ c¬ cÊu sinh lùc ®Ó thùc hiÖn tÞnh tiÕn ®èi víi c¬ cÊu chÊp hµnh lµ hÖ thèng c¸c tiÕp ®iÓm.

II. TÝnh to¸n thiÕt kÕ nam ch©m ®iÖn 1. X¸c ®Þnh Kkc

Theo ®Æc tÝnh c¬ ta chän ®iÓm A lµ ®iÓm tíi h¹n ⇒ täa ®é A(2,05.10 –3 ;23) Lùc ®iÖn tõ tÝnh to¸n lµ F®ttt = K.Fth Trong ®ã K: lµ hÖ sè dù tr÷ K = 1,1÷ 1,3 chän K = 1,1 Fth : lùc c¬ t¹i ®iÓm A ⇒ F®ttt = 1,1. 23 = 25,3 (N) Theo c«ng thøc 5-2 (TL1.T188) hÖ sè kÕt cÊu lµ K kc =

Ngäc V¨n Tó

Fdttt

δ th

=

25,3 = 2453,6(N 1 / 2 / m) −3 2,05.10

- 34 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Theo b¶ng 5-2 (TL1.T188) Kkccp =630 ®Õn 6300 N1/2/m ⇒ Kkc n»m trong kho¶ng cho phÐp.

ii. Chän vËt liÖu dÉn tõ Do lµ nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu nªn ta chän vËt liÖu thÐp silic ®ã lµ thÐp l¸ kü thuËt hîp kim t¨ng cêng theo b¶ng 5-3 (TL1-T191) M· hiÖu ∃ 31 0,32÷ 0,4A/cm Lùc tõ ph¶n kh¸ng HC 0,8 ÷ 1,2 T Tõ c¶m d Bd Tõ c¶m b·o hoµ Bδ 2T §é tõ thÈm µ 250 H/m 6000÷ 7000H/m §é tõ thÈm cùc ®¹i µmax §iÖn trë suÊt ρ 50.10-8 Wcm Khèi lîng riªng γ 7,65 g/cm3 Thµnh phÇn cacbon 0,025% 0,15mJ / cm3 Tæn hao tõ trÔ khi b·o hoµ Tõ c¶m lâi thÐp 0,6 T ChiÒu dµy l¸ thÐp 0,5 mm

iii. Chän tõ c¶m, hÖ sè tõ rß , hÖ sè tõ c¶m

Ta cã Bδth n»m trong kho¶ng 0,4 ÷ 0,7(T ) ⇒ chän Bδth = 0,5 (T) HÖ sè tõ rß σr = 1,3 ÷ 2 ⇒ chän σr = 1,5 HÖ sè tõ t¶n σt = 1,2

iv. TÝnh tiÕt diÖn lâi m¹ch tõ •F®ttt ë trªn lµ cña ba khe hë kh«ng khÝ cho nªn Fdtttlâi =

Fdttt 25,3 = = 12,65 N 2 2

Theo c«ng thøc 5-8 (TL1.T204) th× TiÕt diÖn lâi cña nam ch©m ®iÖn lµ S lâi =

Fdtttlõi 12,65 = = 2,54.10 −4 (m 2 ) 4 2 4 2 19,9.10 .Bδ 19,9.10 .0,5

⇒ Slâi = 254 (mm2) Trong ®ã Slâi lµ diÖn tÝch cùc tõ gi÷a mµSlâi = a.b Ngäc V¨n Tó

- 35 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

chän b= 0,9.a ⇒ Slâi= 0,9.a2 ⇒a=

Slõi 254 = = 16,8(mm) 0,9 0,9

Ta chän a =17 (mm) ⇒ b = 0,9a = 0,9.17 = 15,3 (mm) LÊy b = 16 (mm) Theo c«ng thøc 5-11 (TL1) th× ChiÒu réng thùc sù cña lâi b' =

b 16 = = 16,84(mm) ≈ 17(mm) K c 0,95

Trong ®ã Kc hÖ sè Ðp chÆt cña lâi thÐp. Kc = 0,9 vµ 0,95, ta chän Kc = 0,95 •Sè l¸ thÐp kÜ thuËt ®iÖn b ' 17 N= = = 34 (tÊm) ∆ 0,5

•KÝch thíc cùc tõ bªn khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch a’ =

a 17 = = 8,5(mm) 2 2

•KÝch thíc cùc tõ bªn khi cã vßng ng¾n m¹ch a’’ =a’ +2 ∆ =8,5 + 2.1,5 =11,5 (mm) VËy ta cã cùc tõ bªn a’ =11,5 (mm) b =16 (mm)

v. X¸c ®Þnh kÝch thíc cuén d©y •Theo c«ng thøc 5-18(TL1.T209). Søc tõ ®éng cña cuén d©y (IW)t® = (IW)nh + (IW)h (A.vßng) Trong ®ã (IW)nh: søc tõ ®éng cña khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc khi phÇn øng hë (IW)h: søc tõ ®éng kh«ng ®æi khi khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc Theo c«ng thøc 5-19(TL1.T209)

Ngäc V¨n Tó

- 36 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp Bδ .Σδ nh (IW)nh = µ O

Trong ®ã Σδnh : tæng khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc Σδnh = 2.δnh = 2.2,05.10 -3 =4,1.10 -3 (m) ⇒ (IW)nh =

0,5.4,1.10−3 = 1632 (A.vßng) 4.Π.10−7

Theo c«ng thøc 5-20(TL1.T210) Bδth.σ r .Σδ h (IW)h = µO Trong ®ã σr : hÖ sè tõ rß , σr = 1,5 Σδh : khe hë kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i hót Σδh = 2δcn + δcd + δht =0,2 ÷ 0,5 mm Chän Σδh = 0,2

0,5.1,5.0,2.10−3 ⇒ (IW)h= = 120(Avßng) 4.Π.10−7 ⇒ (IW)t® = 1632 + 120 = 1752 (A.vßng) •Theo c«ng thøc 5-21(TL1.T219), ta cã hÖ sè béi sè dßng ®iÖn (IW)td 1752 = = 14,6 KI = (IW)h 120 ⇒ tho¶ m·n yªu cÇu KI = 4 ÷ 15 •Theo c«ng thøc 5-24 (TL1) , diÖn tÝch cuén d©y

Ngäc V¨n Tó

- 37 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp Scd =

K umax.(IW)td K umin.K qt.K lđ.K I .j

Trong ®ã KUmax : HÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån t¨ng mµ NC§ vÉn lµm viÖc . Chän Kumax = 1,1 KUmin : HÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån gi¶m mµ NC§ vÉn lµm viÖc . Chän Kumin = 0,85 . Kqt: HÖ sè qu¸ t¶i dßng ®iÖn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n Kqt = 1. J : MËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n , thêng j = 2 ÷ 4 A/mm2 . Chän j = 3 A/mm2 Kl® : HÖ sè lÊp ®Çy cuén d©y , Kld = 0,3 ÷ 0,6 . Chän Kl® = 0,55 1,1.1752 2 ⇒ Scd = = 94,1(mm ) 0,85.1.0,55.3.14,6 Tõ diÖn tÝch cuén d©y, chän hÖ sè h×nh d¸ng Khd = ⇒ bcd =

hcd =2 bcd

Scd 94,1 = = 6,85(mm) ≈ 7(mm) 2 2

⇒ hcd = 2.bcd = 2.7 = 14 (mm) VËy kÝch thíc cña cuén d©y lµ bcd =7 mm hcd =14 mm b

vi. KÝch thíc m¹ch tõ hn a/ 2

h l

∆5

h

∆3

c

∆4

d

∆1

a

∆2

h bcd

Ngäc V¨n Tó

- 38 c

®

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•BÒ réng cña sæ m¹ch tõ ccs = bcd + ∆1 + ∆ 2 + ∆ 3 + ∆ 4 + ∆ 5 Trong ®ã chän ∆1 = 0,5 mm khe l¾p r¸p giòa cuén d©y vµ lâi. ∆2 = 1,5 mm bÒ dµy khung. ∆3 = 0,5 mm bÒ dµy c¸ch ®iÖn cuén d©ytrong cuén d©y. ∆4 = 0,5 mm chiÒu dÇy lãt c¸ch ®iÖn ngoµi cuén d©y. ∆5 = 5,0 mm kho¶ng c¸ch bÒ ngoµi ®Õn cùc tõ bªn. bcd = 7 mm chiÒu réng cuén d©y. ⇒ ccs= 7+ 0,5 +1,5 +0,5 +0,5 +5 = 15 (mm) •ChiÒu cao cña sæ m¹ch tõ hcs = hcd + 2∆2 + ∆6 Trong ®ã hcd = 14 mm chiÒu cao cuén d©y ∆6 = 5 mm kho¶ng c¸ch mÆt trªn cuén d©y ®Õn n¾p m¹ch tõ ®éng ⇒ hcs = 14 +2.1,5 +5 = 22 (mm) •DiÖn tÝch n¾p m¹ch tõ Sn = 0,6.Slâi = 0,6.254 = 152,4 (mm2) ⇒ hn =

S n 152,4 = = 9,53(mm) ≈ 10(mm) b 16

•DiÖn tÝch ®¸y m¹ch tõ S® = 0,5.Slâi = 0,5.254 = 127 (mm2)

Ngäc V¨n Tó

- 39 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp ⇒ h® =

Sd 127 = = 7,94(mm) b 16

LÊy h® ≈ 8 mm •ChiÒu cao m¹ch tõ H = hcs + h® + hn ⇒ H = 22 + 8 + 10= 40 (mm)

V.TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm nam ch©m ®iÖn 1. S¬ ®å thay thÕ m¹ch tõ Bá qua tõ trë s¾t tõ ( µFe >> µδ ) , ta cã m¹ch tõ ®¼ng trÞ

G1  G10  G1t G 2  G 20  G 2t G 3  G 30  G 3t

G13  G1  G 3 Ge  Gr1 Gr2

Ngäc V¨n Tó

- 40 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

G 

G13.G 2 G13 G 2

GΣ = GδΣ + Gr

ii. TÝnh tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ a. Dïng ph¬ng ph¸p ph©n chia tõ trêng ®Ó tÝnh tõ dÉn qua khe hë kh«ng khÝ. Ta chia ra lµm 17 h×nh. •Mét khèi h×nh hép ch÷ nhËt víi c¸c c¹nh a, b vµ chiÒu cao δ Gδ0 =

µ 0.a.b δ

•Hai nöa khèi trô ®Æc cã ®êng kÝnh δ, chiÒu dµi a, tõ dÉn cña mçi h×nh lµ G1 = 0,26.µ0.a •Hai nöa khèi trô ®Æc cã ®êng kÝnh δ, chiÒu dµi b, tõ dÉn cña mçi h×nh lµ G2 = 0,26.µ0.b •Hai nöa trô rçng víi ®êng kÝnh trong δ, ®êng kÝnh ngoµi (δ + 2m), chiÒu dµi a, tõ dÉn mçi h×nh lµ µ 0 .2.a G3 = chän víi m = 0,1.δ δ π.( + 1) m

Ngäc V¨n Tó

- 41 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

µ 0.2.a = 0,058µ 0a δ ⇒ G3 = π.( + 1) δ.0,1 •Hai nöa trô rçng víi ®êng kÝnh trong δ, ®êng kÝnh ngoµi (δ + 2m), chiÒu dµi b, tõ dÉn mçi h×nh lµ µ 0.2.b δ G4 = π.( + 1) m µ 0 .2.b.10−3 = 0,058.µ 0b ⇒ G4 = δ π.( + 1) δ.0,1 •Bèn h×nh 1/4 cÇu ®Æc víi ®êng kÝnh δ, tõ dÉn cña mçi h×nh lµ G5 = 0,077µ0.δ •Bèn h×nh 1/4 cÇu rçng víi ®êng kÝnh trong δ. ®êng kÝnh ngoµi (δ + 2m), tõ dÉn mçi h×nh lµ µ .m µ .0,1.δ G6 = 0 = 0 = 0,025.µ0. δ 4 4 V× tÊt c¶ c¸c tõ dÉn nµy song song víi nhau nªn tõ dÉn tæng Gδ2 ë khe hë kh«ng khÝ sÏ lµ tæng cña 17 tõ dÉn trªn Gδ = Gδ0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) +4.( G5 +G6) ⇒ Gδ = µ oab + 2µ o (0,26a + 0,26b + 0,058a + 0,058b) + 4µ o (0,077δ + 0,025δ) δ µ ab ⇒ Gδ = o + 0,636(a + b)µ o + 0,408µ oδ δ Tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ ë cùc tõ gi÷a G δ2 víi a =17 mm, b= 16 mm µ o 17.16.10 −6 G δ2 = + 0,636.(17 + 16).10 −3 µ o + 0,408µ o δ δ µ .2,72.10 −4 ⇒ G δ2 = o + 0,021µ o + 0,408µ o .δ δ

Tõ t¶n khe hë kh«ng khÝ ë lâi lµ Gδ2t = 2(G1 + G2 +G3 +G4 ) +4(G5 +G6 ) ⇒ Gδ2t = 0,019 µ0 +0,408µ0 δ

Ngäc V¨n Tó

- 42 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ ë cùc tõ bªn Gδ1 víi a = 8,5 mm, b = 16 mm 8,5.16.10 −6 + 0,636(8,5 + 16)µ o + 0,408µ o δ δ µ o .1,36.10 −4 ⇒ G δ1 = + 0,0156µ o + 0,408µ 0 δ δ G δ1 = µ o

mµ Gδ3 = Gδ1 ⇒ Gδ13 = Gδ1 + Gδ3 = 2.Gδ1 ⇒ Gδ13 =

µ o . 2,72.10 −4 + 0,0312µ o + 0,816µ o δ δ

Tõ dÉn tæng cña ba khe hë kh«ng khÝ lµ G δΣ =

G δ 2 .G δ13 7,4.10 −8 + 1,42.10 −5.δ + 8,78.10 −4.δ 2 + 2,98.10 −2 .δ 3 + 0,33.δ 4 = µ0 . G δ 2 + G δ13 5,44.10 −4 .δ + 0,0522.δ 2 + 1,224.δ 3

b. Tõ dÉn rß Chia lâi cùc tõ lµm hai phÇn b»ng nhau. Tõ dÉn ®îc tÝnh b»ng ph¬ng ph¸p ph©n chia tõ trêng. a/2

a/

b

c

SuÊt tõ ®Én cña khèi ch÷ nhËt c¹nh 1, b vµ chiÒu cao ccs g0 = µ o

1.b 16 = µ o . = 1,1µ o c cs 15

Hai nöa trô ®Æc chiÒu dµi 1, ®êng kÝnh ccs , mçi khèi cã suÊt tõ dÉn lµ g1 = 0,26µ 0 Hai nöa trô rçng chiÒu dµi1, ®êng kÝnh ccs , mâi khèi cã suÊt tõ dÉn lµ 2.1 µo a ccs g2 = mµ m = π( + 1) 2 m

Ngäc V¨n Tó

- 43 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp ⇒ g2 =

µo

2.1 = 0,23µ o 2.15 π.( + 1) 17

VËy suÊt tõ dÉn tæng gr = g0 +2(g1 +g2 ) ⇒ gr = µ0 [1+2.(0,26 + 0,23)] = 1,98.µ0 VËy tõ rß qui ®æi lµ Gr1 = ⇒ Gr1=

1 .gr.hcs 3

1 .1,98.µ0.22.10-3 =1,82.10-8 (H) 3

Ta l¹i cã Gr2 = Gr1 nªn tæng tõ rß lµ Gr = Gr1 + Gr2 = 2.Gr1 = 2.1,82.10 –8= 3,64.10-8 (H) c. Tõ dÉn G∑ G∑ = Gδ∑ + Gr §¹o hµm tõ dÉn tæng dGΣ d(GδΣ + Gr ) dGδΣ dGr = = + dδ dδ dδ dδ v× Gr = const nªn ⇒

dGΣ dGδΣ d  Gδ13.Gδ 2   = =  dδ dδ dδ  Gδ13 + Gδ 2 

dG Σ − 4,03.10 −11 − 7,78.10 −9.δ − 1,39.10 −6 .δ 2 − 8,5.10 −5.δ 3 − 8,5.10 −4 .δ 4 + 0,033.δ 5 + 0,409.δ 6 = .µ 0 dδ (5,44.10 −4 .δ + 0,0522.δ 2 + 1,224.δ 3 )2

d. HÖ sè tõ t¶n , tõ rß Φ δ 2 Gδ 2 = HÖ sè tõ t¶n : σ t = Φ δ 20 Gδ 20 Φ Σ Φ δ2 + Φ r Φ G = = 1+ r = 1+ r HÖ sè tõ rß : σ r = Φ δ2 Φδ2 Φ δ2 GδΣ KÕt qu¶ tÝnh to¸n δ(mm)

0,05

1,05

2,05

3,05

4,05

Gδ2.10-6

6,86

0,35

0,19

0,14

0,13

0,096 0,086 0,078

Gδ20.10-6

6,83

0,32

0,17

0,11

0,08

0,067 0,056 0,048

Ngäc V¨n Tó

- 44 -

5,05

6,05

7,05

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

1,00 σt

4

1,09

1,12

1,27

1,63

1,43

1,54

1,63

Gr.10-8

3,64

3,64

3,64

3,64

3,64

3,64

3,64

3,64

GδΣ.10-8

344

18

10

7,3

5,9

5,1

4,8

σr

1,01

1,2

1,36

1,5

1,62

1,71

1,76

1,87

dGΣ .10−6 dδ

6000

134

36

16

8,9

5,6

4

2,9

0

4,2

Nh vËy t¹i ®iÓm tíi h¹n δ = 2,05 mm , hÖ sè rß σr = 1,36 mµ ë trªn ta chän σr= 1,5 tháa m·n.

iii. TÝnh tõ th«ng Fhtb =

K .Φ δth dGΣ F 25,3 . = 12,65(N ) mµ Fhtb = dttt = 2 2.GδΣ dδ 2 2

Fhtb 2G δ2Σ 12,65. 2 .(10.10 −8 )2 = = 1,4.10 − 4 −6 ⇒ Φδth = (Wb) dG 0,25.36.10 K. δΣ dδ

VËy tõ c¶m tíi h¹n lµ φ δtb 1,4.10 −4 = = 0,515(T) Bδth = Slâi 17.16.10 −6

Bδth = 0,515 T trong khi ta chän Bδth = 0,5 T. Nh vËy sai sè lµ 0,015 T chÊp nhËn ®îc.

iv. TÝnh sè vßng d©y Sè vßng d©y nam ch©m ®iÖn ®îc tÝnh theo c«ng thøc trang (284 TL1) kumin.U dm.kir W= 4,44.f .φ0tb Trong ®ã

Ngäc V¨n Tó

- 45 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Kir : hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë cña cuén d©y , khi phÇn øng bÞ hót KIR =0,90 ÷ 0,96. Chän KIR= 0,95 U®m : ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y U®m = 220V KUmin : hÖ sè tÝnh ®Õn sôt ¸p , KUmin = 0,85 f = 50 Hz -4 φ 0 tb = φ th .σ rth = 1,4.10 .1,36= 1,9.10 −4 (Wb) W=

0,85.220.0,95 ≈ 4250 (vßng) 4,44.50.1,9.10 −4

v. TÝnh ®êng kÝnh d©y •TiÕt diÖn cña d©y dÉn lµ q=

K ld b cd .h cd 0,55.7.14 = = 0,013(mm 2 ) W 4250

•§êng kÝnh d©y dÉn d=

4q 4.0,013 = = 0,12 (mm) π π

Tra b¶ng 5-8(TL1) chän d©y cã ®êng kÝnh khi kh«ng cã c¸ch ®iÖn lµ d = 0,12 mm. Chän ®êng kÝnh d©y cã c¶ c¸ch ®iÖn lµ d = 0,14 mm •KiÓm nghiÖm l¹i hÖ sè lÊp ®Çy cña cuén d©y kl® K ld =

W.q 4250.π.0,12 2 = = 0,49 b cd .h cd 7.14.4

VËy hÖ sè lÊp ®Çy cña cuén d©y n»m trong kho¶ng cho phÐp.

vi. TÝnh to¸n vßng ng¾n m¹ch §Ó chèng rung cho phÇn ®éng cña NC§ do lùc ®Ëp m¹ch g©y nªn. ta ®Æt vßng ng¾n m¹ch ë hai bªn trô bªn.

Ngäc V¨n Tó

- 46 -

St

TB§-§T1 Sn

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•Sè vßng ng¾n m¹ch Wnm = 1 vßng. •Lùc hót ®iÖn tõ trung b×nh ë khe hë lµm viÖc khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch ë tr¹ng th¸i hót cña phÇn øng. 2 4 ( φδtb ) Ftbh = 19,9.10 Stn Trong ®ã Φδtb: Tõ th«ng trung b×nh ë khe hë lµm viÖc khi phÇn øng hót ®îc φ φδtb = tbh 2σ . rh σrh: HÖ sè tõ dß khi phÇn øng hót (δ = 0,05 mm) ta cã σrh = 1,004. ⇒

Φ δtb =

1,9.10 −4 = 9,46.10 −5 (Wb) 2.1,004

Stn: DiÖn tÝch tæng trong vµ ngoµi vßng ng¾n m¹ch. Stn =a’.b = 8,5.16 =136 (mm2) ⇒ Ftbh = 19,9.10 4.

(9,46.10 −5 )2 ≈ 13(N ) 136.10 −6

•TØ sè fl cña lùc ®iÖn tõ bÐ nhÊt vµ trÞ trung b×nh cña lùc ®iÖn tõ khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch. F fl = min Ftbh mµ Fmin = Fc¬q® =

1 1 K dt .Fco max = .1,1.33,75 = 9,28(N) 4 4 9,28 ⇒ f1 = = 0,71 13

•Tû sè gi÷a diÖn tÝch cùc tõ ngoµi vµ trong vßng ng¾n m¹ch S α = n = 0,5 St •§iÖn trë cña vßng ng¾n m¹ch

Ngäc V¨n Tó

- 47 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp rnm =

⇒ rnm

ωµ 0Stn 4f1 2 . 2 . 4 − f1 δ h ( 3f1 + 2)

2.50.π.4π.10 −7 .136.10 −6 4.0,71 = . −3 0,05.10 ( 3.0,71 + 2) 2

4 − 0,712

⇒ rnm = 3,34.10-4 (Ω) •Gãc lÖch pha ϕ gi÷a tõ th«ng ngoµi vµ tõ th«ng trong khi sè vßng ng¾n m¹ch Wnm = 1 lµ : S ωµ 0 . t ω.Gt δh tgϕ = = rnm rnm Trong ®ã St: DiÖn tÝch cùc tõ trong vßng ng¾n m¹ch 2 2 S tn = .136 = 90,7 (mm2) 3 3 −7 2.π.50.4.π.10 .90,7.10 −6 = 2,1 ⇒ ϕ = 64,50 tgϕ = −3 −4 0,05.10 .3,34.10

St =

Gãc lÖch pha ϕ cho phÐp tõ 500 ®Õn 800. Nh vËy ϕ = 64,50 lµ tho¶ m·n lÝ thuyÕt. •Tõ th«ng φt vµ φn ®îc tÝnh nh sau α 0,5 = = 1,16 Chän C = cosϕ cos64,5O Tõ th«ng trong vßng ng¾n m¹ch. φt =

φ δtb 1 + C + 2.C.cosϕ 2

=

9,46.10 −5 1 + 1,16 + 2.1,16.cos64,5 2

O

= 5,17.10 −5 (Wb)

Tõ th«ng ngoµi vßng ng¾n m¹ch. φn = C. φt = 1,16.5,17.10-5 = 6.10-5 (Wb) •Tõ c¶m ë khe hë vïng ngoµi vßng ng¾n m¹ch φ Bn = n Sn Trong ®ã Sn: diÖn tÝch cùc tõ ngoµi vßng ng¾n m¹ch Sn = 0,5. St = 0,5.90,7 = 45,35 (mm2) ⇒

Bn

=

6.10 −5 = 1,323(T) < 1,6(T) 45,35.10 −6

VËy Bn tho¶ m·n yªu cÇu Ngäc V¨n Tó

- 48 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•C¸c lùc Lùc ®iÖn tõ phÝa ngoµi vßng ng¾n m¹ch

−5 φ 2n 4 ( 6.10 ) = 19,9.10 . = 19,9.10 = 15,8(N ) Sn 45,35.10 −6 2

Ftbn

4

Lùc ®iÖn tõ phÝa trong vßng ng¾n m¹ch 2 −5 2 4 φt 4 ( 5,17.10 ) Ftbt = 19,9.10 . = 19,9.10 = 5,86(N) St 90,7.10 −6 Lùc ®iÖn tõ cùc ®¹i 2 2 Fmax = Ftbt + Ftbn + 2.Ftbt.Ftbn.cos2ϕ ⇒ Fmax = 5,86 2 + 15,8 2 + 2.5,86.15,8.cos(2.64,5 O ) = 12,94(N) Lùc ®iÖn tõ trung b×nh Ftb = Ftbt + Ftbn = 5,86 + 15,8 = 21,66 (N) Lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt Fmin = Ftb − Fmax = 21,66 − 12,94 = 8,72(N )

Lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt khi hót lµ F = 4.Fmin = 4.8,72 = 34,88 (N) Nh vËy lùc ®IÖn tõ nhá nhÊt F = 34,88 N > F c 0 max =33,75 N tho¶ m·n yªu cÇu. •Tû sè gi÷a lùc trung b×nh vµ lùc bÐ nhÊt P=

Ftb 21,66 = = 2,48 Fmin 8,72

vii. TÝnh to¸n vßng ng¾n m¹ch ∆=1,5 mm

StS

t

∆

b

ltb d

b=16 mm

Ngäc V¨n Tó

- 49 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

DiÖn tÝch trong vßng ng¾n m¹ch: St= 90,7 mm2 •C¹nh d

d=

S t 90,7 = = 5,7(mm) b 16

•ChiÒu dµi trung b×nh cña vßng ng¾n m¹ch ltb=2(b+d+∆v)=2(16+5,7+2x1.5) = 49,4 (mm) •Khi lµm viÖc nhiÖt ®é vßng ng¾n m¹ch cã thÓ ®¹t tíi 2002500 C. Nªn ®iÖn trë suÊt cña vßng ng¾n m¹ch t¹i 2250 C lµ Vßng ng¾n m¹ch ®îc lµm b»ng ®ång nªn cã ρ20= 0,00158.10-3 (Wmm) ⇒ ρ 225 = 0,0158.10 −3.(1 + 0,0043.(225 − 20)) = 2,97.10 −5 (Ωmm) VËy tiÕt diÖn vßng ng¾n m¹ch ρ 225 l tb 2,97.10 −5.49,4 S= = = 4,39(mm 2 ) −4 rnm 3,34.10

VËy chiÒu dµy vßng ng¾n m¹ch h=

S 4,39 = ≈ 2,93(mm) ∆ 1,5

•Tæn hao trong vßng ng¾n m¹ch 2

Pnm = I 2nm rnm =

( K u max.ω.φ t ) K 2u min.2.rnm

2

-5 1,1.2.Π.50.5,17.10   = 0,66(W ) = 2 −4 0,85 .2.3,34.10

•Dßng ®iÖn trong vßng ng¾n m¹ch Pnm =I2nm . rnm ⇒ Inm =

Pnm 0,66 = ≈ 44,45(A) rnm 3,34.10-4

viii. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm cuén d©y

Ngäc V¨n Tó

- 50 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•ChiÒu dµi trung b×nh cña cuén d©y ltb =

2.(a + b) + [2.(a + b) + 2.π.b cd ] 2

=

2.(17 + 16) + [2(17 + 16) + 2.π.7] = 88 (mm) 2

•§iÖn trë suÊt cña ®ång ë nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp θ = 95 0C(cÊp c¸ch ®iÖn A) ρ95 = ρ20[1 + α(θ - 20)] = 1,74.10-8[1 + 0,0043(95 - 20)] = 2,3.10-8 (Ωm) §iÖn trë cña cuén d©y l .W R cd = ρ120 tb q ⇒ Rcd

88.10 −3.4250 2,3.10 = 760,584 (Ω) = 0,12 2 −6 π .10 4 −8

•§iÖn kh¸ng cña cuén d©y Xcd= W2.GΣ.ω Trong ®ã GΣ: tõ dÉn tæng cña m¹ch tõ khi δ= δmin= 0,2 mm (cã kÓ c¶ khe hë chèng dÝnh)tøc khi cuén d©y ®ang lµm viÖc khi ®ã GδΣ= 87,11.10-8

Ngäc V¨n Tó

- 51 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

GΣ=GδΣ + Gr=87,11.10-8 + 3,64.10-8=9,75.10-7 ⇒ Xcd = 42502.9,75.10-7.2.Π.50 = 5532,64(W) •Tæng trë cña cuén d©y 2 2 )2 = 5584,67(W) Zcd= R cd + X cd = (760,584)2 + (5532,64 •Dßng ®iÖn trong cuén d©y U 220 Icd = = = 0,039(A) Zcd 5584,67 •C«ng suÊt tiªu thô cña cuén d©y P = I2cd.Rcd = (0,039) 2 .760,584 ≈ 1,16 (W) •Theo c«ng thøc Newton , ®é t¨ng nhiÖt trong cuén d©y b»ng : τ=

P K T .Stn

Trong ®ã KT: HÖ sè to¶ nhiÖt KT = 15 W/m2.0C (b¶ng 6-5 TL1) Stn: diÖn tich táa nhiÖt Stn = Sngoµi= hcd .[2(a + b) + 2.π.bcd ] ⇒ Stn= 14.[2.(17+ 16) + 2. π.7] =1545 (mm2) ⇒τ =

1,16 = 50,05 O C −6 15.1545.10

θ = θmt +τ = 40 +50,05 = 90,05 OC < [ θ]cp = 95 OC VËy cuén d©y tho¶ m·n vÒ nhiÖt.

ix. TÝnh vµ dùng ®Æc tÝnh lùc ®iÖn tõ Theo c«ng thøc 4-50 (TL1) , lùc hót ®iÖn tõ trung b×nh ®îc tÝnh : Φ 2δ dGδΣ dGr Fdt = Fhtb = 2K . . =0 v× 2 2GδΣ dδ dδ

Ngäc V¨n Tó

- 52 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Víi ba trêng hîp U =0,85.U®m (KU = 0,85) U = U®m

(KU = 1)

U = 1,1.U®m (KU = 1,1) Trong ®ã K = 0,25 víi F tÝnh b»ng Newton φ φδ = tb σr mµ Φ tb =

K U .U dkkØ 4,44.f .W

KU = 0,85 ⇒ Φ tb = ⇒ Φ tb =

KU = 1

KU = 1,1 ⇒ Φ tb =

0,85.220.0,95 = 1,88.10 −4 (Wb) 4,44.50.4250 1.220.0,95 = 4,44.50.4250

2,21.10 −4 (Wb)

1,1.220.0,95 = 2,43.10 −4 (Wb) 4,44.50.4250

KÕt qu¶ tÝnh ®îc ta cã d(mm)

0,05

1,05

2,05

3,05

4,05

5,05

6,05

7,05

σr

1,01

1,2

1,36

1,5

1,62

1,71

1,76

1,87

GδΣ.10-8

344

18

10

7,3

5,9

5,1

4,8

4,2

dGΣ .10−6 dδ

5834

134

36

16

8,9

5,6

4

2,9

8

δ1

.10-4

1,61

1,34

1,16

1,07

0,99

0,93

0,89

0,86

δ2

.10-4

1,89

1,57

1,36

1,25

1,16

1,09

1,04

1,01

δ3

.10-4

2,08

1,72

1,5

1,37

1,27

1,2

1,14

1,11

Fdt1

59,9

33,2

21,7

14,9

10,6

7,8

6,4

5,2

Ngäc V¨n Tó

- 53 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Fdt2

82,5

45,6

29,7

20,3

14,5

10,6

8,7

6,9

Fdt3

99,9

54,8

36,2

24,4

17,4

12,9

10,4

8,3

H×nh díi ®©y ta chØ vÏ ®êng cong biÓu diÔn lùc hót ®iÖn tõ øng víi Kumin= 0,85. Tõ h×nh vÏ ta thÊy ®êng cong lùc hót ®iÖn tõ kh«ng c¾t ®êng ®Æc tÝnh c¬ ⇒ nam ch©m ®iÖn ®¹t yªu cÇu. V× vËy øng víi Kumin= 1 vµ 1,1 th× nam ch©m ®iÖn còng sÏ ®¹t yªu cÇu.

Ngäc V¨n Tó

- 54 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Ngäc V¨n Tó

Đồ án khí cụ điện hạ áp

- 55 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Ngäc V¨n Tó

Đồ án khí cụ điện hạ áp

- 56 -

TB§-§T1

70

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

60

50

40

30

20

10

1,75 0 0

1

Ngäc V¨n Tó

2

3

4

- 57 -

5

6

7

TB§-§T1

8

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Ch¬ng V TÝnh vµ kiÓm nghiÖm buång dËp hå quang I. VËt liÖu Nh ë ch¬ng chän kÕt cÊu vµ thiÕt kÕ s¬ bé ta ®· chän buång dËp hå quang kiÓu dµn dËp. Nªn sau ®©y ta sÏ chän vËt liÖu lµm buång dËp vµ c¸c tÊm dËp

1. VËt liÖu lµm vá buång dËp hå quang §èi víi vËt liÖu lµm vá buæng dËp hå quang ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau •TÝnh chÞu nhiÖt cao. •§¶m b¶o tÝnh c¸ch ®iÖn vµ chèng Èm. •Nh¸m bÒ mÆt bªn trong thµnh buång dËp. §Ó ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu trªn ta chän vËt liÖu lµm vá buång dËp hå quang Xim¨ng Ami¨ng cã Ký hiÖu: OCT 8697-58

ii. VËt liÖu lµm c¸c tÊm dËp Thêng ®îc lµm b»ng thÐp Ýt cacbon, c¸c tÊm ®óc b»ng khu«n m¹ mét líp ®ång ®Ó b¶o vÖ chèng rØ

Ngäc V¨n Tó

- 58 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

VI. TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm •Chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÊm dËp lµ δt= 2,5 mm, bÒ dµy cña tÊm dËp lµ ∆t= 1 (mm). •Gi¸ trÞ biªn ®é cña ®iÖn ¸p phôc håi theo c«ng thøc ( 3-26 TL1) 1,1. 2.U dm Uphmax=Ung¾tmax= .K sd.sinϕ 3 Trong ®ã Udm: ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña líi Udm=440 V φ: gãc lÖch pha gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p sin ϕ = 0,6 Ksd: hÖ sè s¬ ®å, v× buång dËp hå quang nµy tÝnh cho mçi mét tiÕp ®iÓm chÝnh nªn Ksd= 0,865 ⇒ Uphmax=Ung¾tmax=

1,1. 2.440 .0,865.0,6 =205 (V) 3

•TÇn sè dao ®éng riªng cña m¹ch ng¾t theo c«ng thøc ( 3-30 TL1) 3 380 .(A + B.Pdm4 ) f0= U dm Trong ®ã Pdm: c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®éng c¬ Pdm= 3.U dmI dm.cosϕ ⇒ Pdm = 3.440.18.0,8 = 13717,8(W ) = 13,717(KW ) A=15000 B=3000 ⇒ f0 =

3 380 .(15000 + 3000.13,717 4 ) = 31421,55(Hz) 440

•Tèc ®é t¨ng trung b×nh cña ®iÖn ¸p phôc håi theo c«ng thøc ( 3-27 TL1) dUph = 2.K bd.f0.U nguån dt Trong ®ã Kbd: hÖ sè biªn ®é Ngäc V¨n Tó

- 59 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp Kbd=

⇒

dUph dt

U ph max U nguån

=

205 = 0,47 440

6 = 2.0,47.31421,55.440 = 13.10

•§é bÒn ®iÖn phôc håi

U ph = U 0ph + K t .t

Trong ®ã U 0ph: ®é bÒn ®iÖn phôc håi ban ®Çu ë thêi ®iÓm dßng ®iÖn xoay chiÒu qua trÞ sè kh«ng 0 U ph= U 0t n − 0,6 = (72 + 0,72.δt ). n − 0,6 víi n=2 lµ sè chç ng¾t 0 ⇒ U ph= (72+ 0,72.2,5). 2 − 0,6 = 87,32(V ) Kt: tèc ®é t¨ng ®é bÒn phôc håi Kt= K 0t . n − 0,6 Víi K = 0 t

[820+ δ2t( I ng − 5,7)]. ∆ t .106 2. I ng.(40+ T − 273)

Ing: dßng ®iÖn ng¾t Ing=3.Idm= 3.18 = 54 (A) T: nhiÖt ®é cña tÊm dµn dËp 0 T= 293 + 0,018.I ng . z = 293 + 0,018.54. 200 = 306,75 C [820 + 2,5 2 .( 54 − 5,7)]. 1.10 6 = 1233259,25 (V/s) ⇒ K = 2. 54 .(40 + 306,75 − 273) 0 t

⇒ Kt=1233259,25. 2 − 0,6 ≈ 1459212 (V/s) VËy U ph = 87,32 + 1459212.t •X¸c ®Þnh sè tÊm dËp theo qu¸ tr×nh kh«ng dao ®éng cña ®iÖn ¸p phôc håi theo c«ng thøc (3-54 TL1)   K đm .U đm      K đm .U đm − K 2 .1 - ln K   2 n td ≥ 0,6 +  0 0   U ph + 0,35.U hp .K đm    

2

Trong ®ã Kdm: hÖ sè ®Þnh møc

Ngäc V¨n Tó

- 60 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

K dm = 0,9.K sd. 1− cosϕ = 0,9.0,865. 1− 0,8 = 0,35 2

L.I ng3 .K ot K2 = 1300 Víi L: ®iÖn c¶m m¹ch ng¾t L=

U dm .sinϕ 440.0,6 = = 15,56.10 −3 (H) I ng .ω 54.2.50.Π 2

-3 3 ⇒ K 2 = 15,56.10.54 .1233259 = 210,88 1300

U 0hq : ®iÖn ¸p hå quang cña mét kho¶ng trèng U 0hq = (110+ 0,003.I ng).(0,7 + 0,04.δ t ) ⇒ U 0hq = (110 + 0,003.54).(0,7 + 0,04.2,5) = 88,13(V)  0,35.440    0,35.440 − 210,88. 1- ln 210,88     ⇒ n td ≥ 0,6 +  87,32 + 0,35. 87,32.0,35       ⇒ n td ≥ 2,179

2

VËy chän ntd= 3 tÊm •KiÓm tra ®iÒu kiÖn x¶y ra qua tr×nh kh«ng dao ®éng theo c«ng thøc (3-53 TL1) 415. ntd − 0,6 f0 ≥ L .I ng 2

⇒ f0 ≥

415. 3 − 0,6 −3

15,56.10 .54

2

3

3

⇒ f 0 ≥ 2893

Mµ ta cã f0= 31421,55 do ®o tháa m·n ®iÒu kiÖn trªn vËy qu¸ tr×nh kh«ng dao ®éng. Sè lîng tÊm dµn dËp lµ ndd= ntd+3 = 3 + 3 = 6 tÊm •Thêi gian ch¸y cña hå quang thq= 0,01s •ChiÒu dµi nhá nhÊt cña c¸c tÊm theo c«ng thøc (3-55 TL1) l t ≥ 1,73.δ2t.thq.3 I ng ⇒ l t ≥ 1,73.2,5 2.0,01.3 54 ⇒ l t ≥ 0,41 (cm) ⇒ chän lt= 0, 5 cm •Chç më cña c¸c tÊm cã h×nh ch÷ V. •C¸c tÊm cuèi nèi víi tiÕp ®iÓm ®ãng ng¾t. Ngäc V¨n Tó

- 61 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Ch¬ng VI Hoµn thiÖn kÕt cÊu I. M¹ch vßng dÉn ®iÖn 1. Mach vßng dÉn ®iÖn chÝnh a. Thanh dÉn ®éng •Cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt. •§îc lµm b»ng vËt liÖu lµ ®ång kÐo nguéi cã ký hiÖu MLTB. •C¸c kÝch thíc lµ a®c= 10 mm, b®c= 1,2 mm.

b. Thanh dÉn tÜnh •Cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt. •Còng ®îc lµm b»ng vËt liÖu lµ ®ång kÐo nguéi cã ký hiÖu ML-TB.

Ngäc V¨n Tó

- 62 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

•Cã c¸c kÝch thíc lµ atc= 10 mm, btc= 1,5 mm. •Thanh dÉn tÜnh sÏ cã h×nh d¸ng nh sau ®Ó tËn dông lùc ®iÖn ®éng ®Ó t¨ng lùc Ðp tiÕp ®iÓm.

•Thªm vµo ®ã do ®iÖn ¸p gi÷a hai thanh dÉn tÜnh lµ 440 V nªn c¸c thanh dÉn tÜnh sÏ ®îc ®Æt c¸ch nhau 5 mm.

c. TiÕp ®iÓm •D¹ng b¾c cÇu, tiÕp ®iÓm h×nh trô. •§îc lµm b»ng vËt liÖu lµ kim lo¹i gèm (B¹c-Than ch×Niken) cã ký hiÖu lµ KMK.A32 • Cã c¸c kÝch thíc lµ ®êng kÝnh dt®= 8 mm, ChiÒu cao h t®= 1,5 mm

d. §Çu nèi Bu l«ng 5 b»ng thÐp kh«ng dÉn ®iÖn vµ cã trô ®ång 5

ii. M¹ch vßng dÉn ®iÖn phô a. Thanh dÉn ®éng •Cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt. •§îc lµm b»ng vËt liÖu lµ ®ång kÐo nguéi cã ký hiÖu MLTB. •C¸c kÝch thíc lµ a®p= 6 mm, b®p= 0,8 mm.

b. Thanh dÉn tÜnh •Cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt. •§îc lµm b»ng vËt liÖu lµ ®ång kÐo nguéi cã ký hiÖu MLTB. •Cã c¸c kÝch thíc lµ atp= 6 mm, btp= 1 mm.

c. TiÕp ®iÓm •D¹ng b¾c cÇu, tiÕp ®iÓm h×nh cÇu. •§îc lµm b»ng vËt liÖu b¹c. •Cã c¸c kÝch thíc lµ ®êng kÝnh dt®=5 mm, ChiÒu cao h t®= 1,2 mm.

Ngäc V¨n Tó

- 63 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

VII. Lß xo tiÕp ®iÓm, lß xo nh¶ Lß xo co d¹ng h×nh xo¾n trô,vËt liÖu chÕ t¹o lß xo lµ ThÐp c¸c bon Γ OTC9389-60

1. Lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh •§êng kÝnh d©y lß xo dlxc= 0,44 mm. •§êng kÝnh lß xo Dlxc= 3,52 mm. •Sè vßng Wlxc= 11 vßng.

2. Lß xo tiÕp ®iÓm phô •§êng kÝnh d©y lß xo dlxp= 0,3 mm. •§êng kÝnh lß xo Dlxp= 2,4 mm. •Sè vßng Wlxp= 10 vßng.

3. Lß xo nh¶ •§êng kÝnh d©y lß xo dlxnh= 0,5 mm. •§êng kÝnh lß xo Dlxnh = 5 mm. •Sè vßng Wlxnh = 19 vßng.

VIII.Nam ch©m ®iÖn 1. M¹ch tõ •VËt liÖu lµm m¹ch tõ lµ ThÐp ∃31. •KÝch thíc lâi a=b’ = 17 mm. •Sè l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn n= 34 tÊm. •ChiÒu dµy mét l¸ thÐp ∆ = 0,5 mm. •KÝch thíc hai m¹ch tõ bªn a’=a’’=11,5 mm. •ChiÒu réng cöa sæ m¹ch tõ Ccs = 15 mm. •ChiÒu cao cöa sæ m¹ch tõ hcs=22 mm. •ChiÒu cao n¾p m¹ch tõ hn= 10 mm. •ChiÒu cao ®¸y m¹ch tõ h®= 8 mm. •Tæng chiÒu cao m¹ch tõ H= 40 mm.

2. KÝch thíc cuén d©y •ChiÒu réng cuén d©y bcd= 7 mm. •ChiÒu cao cuén d©y hcd= 14 mm. •Sè vßng d©y W = 4250 vßng. •§êng kÝnh d©y d = 0,12 mm ( kh«ng kÓ c¸ch ®iÖn) Ngäc V¨n Tó

- 64 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp d = 0,14 mm (kÓ c¸ch ®iÖn)

iii. Vßng ng¾n m¹ch •Hai vßng ng¾n m¹ch ®Æt ë hai cùc tõ bªn. •Sè vßng Wnm=1 vßng •BÒ dµy cña tiÕt diÖn vßng ng¾n m¹ch ∆v=1,5 mm. •ChiÒu cao cña tiÕt diÖn vßng ng¾n m¹ch h =2,93 mm. •ChiÒu réng cña vång ng¾n m¹ch lµ d = 5,7 mm.

iv. Buång dËp hå quang •VËt liÖu lµm vá buång dËp hå quang lµ Xim¨ng Ami¨ng cã Ký hiÖu: OCT 8697-58 •VËt liÖu lµm c¸c tÊm dËp lµ b»ng thÐp Ýt cacbon, c¸c tÊm ®óc b»ng khu«n m¹ mét líp ®ång ®Ó b¶o vÖ chèng rØ •ChiÒu dµi nhá nhÊt cña tÊm dËp lt= 0,5 (cm) •Chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÊm dËp lµ δt= 2,5 mm, bÒ dµy cña tÊm dËp lµ ∆t= 1 (mm). •Chç më cña c¸c tÊm cã h×nh ch÷ .

IX. Vá vµ c¸c chi tiÕt kh¸c •Vá lµm b»ng vËt liÖu nhùa cøng c¸ch ®iÖn tèt. •§¸y nam ch©m ®iÖn cã ®Æt mét gi¸ ®ì ®Ó chèng rung c¬ khÝ trong qu¸ tr×nh ®ãng më n¾p nam ch©m ®iÖn. •Ngoµi ra CTT cßn nhiÒu chi tiÕt phô kh¸c.

Ch¬ng VII VÝ dô minh häa øng dông c«ng t¾c t¬ trªn

Ngäc V¨n Tó

- 65 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

I. S¬ ®å nguyªn lý §©y lµ s¬ ®å nguyªn lý ®ãng c¾t mét ®éng c¬ cã U ®m = 440 V~ vµ I®m= 18 A víi t¶i cña ®éng c¬ lµ mét b¨ng truyÒn s¶n xuÊt thêng xuyªn ph¶i ®ãng c¾t.

§Ó ®ãng c¾t ®éng c¬ nµy ta dïng c«ng t¾c t¬ ®· thiÕt kÕ ë trªn, ngoµi ra cßn dïng thªm mét r¬ le nhiÖt ®Ó b¶o vÖ qu¶ t¶i vµ cÇu ch× ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch.

Ngäc V¨n Tó

- 66 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

Ngoài ra ta còng dïng thªm m¹ch sau ®Ó kiÓm tra ho¹t ®éng cña ®éng c¬

X. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng 1. M¹ch chÝnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ Khi muèn khëi ®éng b¨ng t¶i th× Ên nót §, cuén d©y CD cña c«ng t¾c cã ®iÖn, c¸c tiÕp ®iÓm chÝnh K1, K2, K3 cña c«ng t¾c t¬ ®ãng l¹i, ®éng c¬ ®iÖn ®îc cÊp ®iÖn vµ sÏ quay. §ång thêi tiÕp ®iÓm phô K0 cña c«ng t¾c t¬ ®ãng l¹i ®Ó duy tr× ®iÖn cho cuén d©y khi th¶ nót Ên § ra, võa cã t¸c dông b¶o vÖ ®iÓm kh«ng tøc ng¨n ngõa t×nh tr¹ng ®éng c¬ tù khëi ®éng khi ®iÖn ¸p líi phôc håi sau khi mÊt ®iÑn hoÆc ®iÖn ¸p sôt qu¸ thÊp. Khi muèn dõng b¨ng t¶i Ên nót N, cuén d©y cña c«ng t¾c t¬ mÊt ®iÖn, c¸c tiÕp ®iÓm, c¸c tiÕp ®iÓm K1, K2, K3 më ra c¾t ®iÖn vµo cuén d©y, ®éng c¬ dõng l¹i, b¨ng t¶i còng dõng l¹i.

ii. M¹ch kiÓm tra Khi cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ th× tiÕp ®iÓm phô thêng më cña c«ng t¾c t¬ ®ãng l¹i lµm cho ®Ìn ®á bËt s¸ng b¸o cho c«ng nh©n vËn hµnh biÕt r»ng ®éng c¬ ®· ho¹t ®éng. Cßn khi ng¾t ®iÖn cÊp vµo ®éng c¬ th× tiÕp ®iÓm phô thêng ®ãng cña ®éng c¬ sÏ ®ãng vµo vµ ®Ìn xanh bËt s¸ng b¸o cho c«ng nh©n vËn hµnh biÕt r»ng ®éng c¬ ®· ngõng ho¹t ®éng

Ngäc V¨n Tó

- 67 -

TB§-§T1

Thiết kế công tắc tơ

Đồ án khí cụ điện hạ áp

TµI LIÖU THAM KH¶O 1.ThiÕt kÕ khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p Bé m«n m¸y ®iÖn – khÝ cô ®iÖn, §HBK – Hµ Néi 1987 2.KhÝ cô ®iÖn, NXB KHKT 2004 TS Ph¹m V¨n Chíi TS Bïi TÝn H÷u KS NguyÔn TiÕn T«n 3.KhÝ cô ®iÖn h¹ ¸p Bé m«n m¸y ®iÖn – khÝ cô ®iÖn, §HBK – Hµ Néi 1976 4.PhÇn tö tù ®éng NguyÔn TiÕn T«n, Ph¹m V¨n Chíi, §HBK – Hµ Néi 1984

Ngäc V¨n Tó

- 68 -

TB§-§T1