Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp – nông nghiệp, việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ thuật là rất quan trọng.
lời nói đầu Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp – nông nghiệp, việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ thuật là rất quan trọng. Chính nhờ sự ứng dụng đó mà thúc đẩy nền kinh tế cho mỗi quốc gia và trên toàn thế giới, đồng thời chúng góp một phần không nhỏ vào việc tăng năng xuất lao động, phục vụ đời sống, sinh hoạt hàng ngày của con người, không những thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trường không có lợi cho con người và làm việc với tính chính xác cao. Để dảm bảo an toàn cho tính mạng con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh tổn thất kinh tế, cộng với sự phát triển như vũ bão của nền công nghiệp thì khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng luôn đi theo sự phát triển của công nghệ. Ngày nay các khí cụ điện hiện đại được sản suất ra phải đảm bảo tính năng an toàn và tự động hóa cao, trong đó công tắc tơ không nằm ngoài khả năng an toàn và tự động hóa, điều khiển các quy trình sản suất. Chính vì vậy vai trò cần thiết của sự nghiên cứu, thiết kế công tắc tơ là đặc biệt quan trọng nhằm nâng cao tính năng tự động hóa an toàn khi vận hành và tuổi thọ của chúng không ngừng được cải thiện hơn. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của các thầy trong nhóm khí cụ điện. Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Đức, em đã hoàn thành đượcbài tập dài, với đề tài thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha.Do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian hạn chế nên bản thiết kế không tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội 09/6/2007 Sinh viên: 1 Sơ lược về công tắc tơ xoay chiều 1. Khái quát và công dụng. Công tắc tơ xoay chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải. 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 trường hợp nam châm điện là nam châm điện một chiều. Theo nguyên tắc truyền động, ta có công tắc tơ kiểu hơi ép, kiểu thủy lực nhưng phần lớn các khí cụ điện hiện nay hay các công tắc tơ hiện nay thường được chế tạo theo kiểu điện từ. Công tắc tơ xoay chiều có các bộ phận chính sau: - Mạch vòng dẫn điện (gồm đầu nối, thanh dẫn và các tiếp điểm) - Hệ thống dập hồ quang - Các cơ cấu trung gian - Nam châm điện - Các chi tiết và các cụm cách điện - Các chi tiết kết cấu vỏ . 2. Yêu cầu chung đối với công tắc tơ xoay chiều a. Yêu cầu về kĩ thuật - Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận khi làm việc ở chế độ sự cố và định mức. - Đảm bảo độ bền cách điện của các chi tiết bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp cực đại, kéo dài và trong điều kiện của môi trường xung quanh ( như mưa, bụi .), cũng như khi có điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra. - Độ bền cơ và tính chịu mài mòn của các bộ phận KCĐ trong thời gian giới hạn số lần thao tác thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và sự cố. - Đảm bảo khả năng đóng ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện của các chi tiết, bộ phận. b. Yêu cầu về vận hành 2 - Có độ tin cậy cao - Có tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài - Đơn giản trong chế tạo, dễ thao tác, thay thế và sửa chữa. - Phí tổn cho vận hành, tiêu tốn năng lượng ít. c. Yêu cầu kinh tế xã hội - Giá thành hạ - Tạo điều kiện để dễ dàng thuận tiện cho người vận hành - Đảm bảo an toàn trong lắp giáp và sửa chữa. - Có hình dánh và kết cấu phù hợp , đẹp. - Vốn đầu tư cho chế tạo và lắp giáp ít. 3. Nguyên lý làm việc và kết cấu trung của công tắc tơ xoay chiều Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận: cuộn dây và mạch từ và được phân thành nhiều loại như công tắc tơ kiểu điện từ hút chập, công tắc tơ kiểu điện từ kiểu hút ống dây và công tắc tơ kiểu hút ống thẳng. Tất cả các công tắc tơ trên đều làm việc theo nguyên lý điện từ gồm mạch từ dùng để dẫn từ nó là những lá thép kĩ thuật điện được dập thành chữ E hoặc chữ U và được ghép lại với nhau. Mạch từ được chia làm hai phần: một phần được kẹp chặt cố định, phần còn lại là nắp được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.Cuộn dây hút có điện trở và điện kháng rất bé. Khi ta đặt điện áp váo hai đầu cuộn dây của nam châm điện sẽ có dòng điện chạy trong cuộn dây, cuộn dây sẽ sinh ra từ thông khép mạch qua lõi sắt và khe hở không khí δ tạo lực hút điện từ kéo nắp (phần ứng) về phía lõi. Khi cắt điện áp (dòng điện ) trong cuộn dây thì lực hút điện từ không còn nữa và nắp bị nhả ra. yêu cầu thiết kế Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha - Tiếp điểm chính : I đm = 100 A ; U đm = 400V - Số lượng : 3 tiếp điểm thường mở - Tiếp điểm phụ : I đm = 5 A ; U đm = 220V - Số lượng : 2 thường mở; 2 thường đóng - Nam châm điện : U đm = 380V ; f = 50Hz - Tần số thao tác : 350 lần đóng cắt/giờ 3 - Tuổi thọ : cơ :100.000 ; điện : 1.000.000 lần đóng cắt - Làm việc liên tục : cách điện cấp A ----------------------------- nội dung thiết kế PHẦN 1 CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 1.1. Lựa chọn nam châm điện. Dựa vào số lần thao tác trong một giờ ta phân biệt được chế độ làm việc của công tắc tơ điện xoay chiều ba pha nói trên, làm việc ở chế độ làm việc nhẹ Công tắc tơ xoay chiều dùng nam châm điện có mạc từ hình chữ E hoặc chữ U có nắp quay quanh trụ hoặc chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống dây, chuyển động kiểu hút thẳng, kiểu quay trên một cạnh và có phần ứng nằm ngoài cuộn dây, phấn ứng chuyển động trong lòng ống dây hoặc một phần ống dây. Qua phân tích ưu nhược điểm của các loại NCĐ đã có sẵn. Ta chọn NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây. Loại kết cấu này có nắp và phần động chuyển động tịnh tiến, phương chuyển động trùng với phương tác dụng của các lực. Đồng thời cho đặc tính lực hút tương đối lớn, hành trình chuyển động nhanh, thời gian chuyển động ngắn. Từ thông rò không sinh ra lực từ phụ. Tuy nhiên đi cùng với những ưu điểm thì NCĐ có kết cấu trên còn có mặt hạn chế là: Có bội số dòng điện lớn so với các mạch từ khác nên không thể dùng trong các chế độ làm việc nặng và trung bình. Lực lò xo nhỏ, công suất nhỏ. Việc dùng kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng, có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây hoàn toàn phù hợp với công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ có chế độ làm việc nhẹ. 1.2. Lựa chọn hệ thống tiếp điểm chính và hệ thống tiếp điểm phụ. Với yêu cầu thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha có tần số đóng cắt bằng cơ = 100.000 lần, đóng cắt bằng điện = 1.000.000 lần. Nên các tiếp điểm phải có độ mài mòn về điện và cơ. Qua phân tích và khảo sát các loại tiếp điểm (như tiếp điểm kiểu ngón, tiếp điểm lưỡi, tiếp điểm kiểu tấm phẳng .) chọn tiếp điểm kiểu cầu phù hợp với NCĐ kiểu hút thẳng với dòng điện đi qua tiếp điểm chính I đm = 100A. 4 Tiếp điểm cầu có hai chỗ ngắt có ưu điểm là khả năng ngắt lớn không cần dây nối mềm, có khả năng làm xạch nơi tiếp xúc, chiếm ít không gian. Ngoài ra việc dập hồ quang được đảm bảo. 1.3. Lựa chọn sơ bộ hệ thống dập hồ quang. Chọn kiểu dập hồ quang là kiểu dàn dập, mỗi chi tiết tiếp điểm sẽ có một buồng dập hồ quang riêng. 1.4. Ngoài ra còn có các chi tiết khác như lò xo, thanh dẫn . và các chi tiết khác. Những chi tiết này sẽ được tính toán chi tiết, cụ thể ở các phần sau. 1.5. Thành lập sơ đồ nối dây. 1. Giá phần động 2. Lò xo tiếp điểm 3. Tiếp điểm động 4. Tiếp điểm tĩnh 5. Lắp NCĐ 6. Lò xo nhả 7. Thân (lõi) NCĐ 8. Cữ chặn m _ Độ mở của tiếp điểm l _ Độ lún của tiếp điểm δ _Khe hở không khí F lxtđ _ Lực lò xo tiếp điểm F tđ _ Lực ép tiếp điểm F lxnh _ Lực lò xo nhả F đt _Lực hut điện từ G _ Trọng lượng 5 Hình 1 F tđ = F lxtđ F lxnh F lxnh F đt G F đt F đt Hình 2 6 PHẦN 2 TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 2.1. Khái niệm về mạch vòng dẫn điện. Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh ). 1 3 2 Hình 3 1_Phần đầu nối; 2_Thanh dẫn; 3_Tiếp điểm 7 2.2. Yêu cầu đối với mạch cầu dẫn điện. - Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt. - Bền đối với môi trường. - Có độ cứng vững tốt. - Tổn hao đồng nhỏ. - Có thể làm việc được trong một khoảng thời gian ngắn khi sự cố. - Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp. 2.3. Tính toán và chọn thanh dẫn. 2.3.1. Yêu cấu đối với thanh dẫn. - Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt. - Có độ bền cơ khí cao. - Có khả năng chịu được ăn mòn hóa học, ít bị oxi hóa. - Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đậm. - Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. 2.3.2. Chọn vật liệu. Để thỏa mãn các yêu cầu đối với thanh dẫn. Chọn vật liệu làm thanh dẫn là thanh dẫn bằng đồng kéo nguội có(bảng 2-22 trang 82) : - Tỉ trọng 8,9 (g/cm 3 ) - Điện trở suất ở nhiệt độ 20 o C 15.10 -6 (Ω.m) - Độ dẫn nhiệt 3,8 (W/cm o C) - Tỉ trọng nhiệt 0,39 (Ws/cm o C) - Độ cứng Briven 100 (KG/mm 2 ) - Nhiệt độ nóng chảy 1083 ( o C) - Hệ số nhiệt điện trở 0,0043 (1/ o C) 2.3.3. Hình dạng và kết cấu. Thanh dẫn bằng đồng kéo nguội, dạng hình chữ nhật(Hình 4). a 8 a b S b l a _ Chiều rộng thanh dẫn (mm); b _ Chiều dày thanh dẫn (mm) l _ Chiều dài thanh dẫn (mm); S _ Tiết diện của thanh dẫn (mm) 2.3.4. Kích thước thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn. - Bề dày thanh dẫn được xác định: b = 3 2 .).1(2 odT f cKnn KI τ ρ θ + Trong đó: I - Dòng điện làm việc (A) ρ θ - Điện trở suất vật liệu ở nhiệt độ ổn định (Ω.m) K f - Hệ số tổn hao đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần: Chọn K f =1,06 n - Tỉ số tiết diện : Chọn n = 7 K T - Hệ số tản nhiệt ra khống chế : Chọn K T = 7,5 [ Tra bảng 6_5 trang 300 tài liệu Thiết kế khí cụ điện hạ áp (TKKCĐHA)] τ ôđ - Độ tăng nhiệt ổn định: τ ôđ = 55 o C đối với đồng( Bảng 6_1 trang 288 TKKCĐHA) - Bề rộng thanh dẫn được xác định: a = n.b(mm) - Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định: ( ) [ ] 201 2095 −+= == od CC oo θαρρ θθ Trong đó: ).( 20 m C o Ω = θ ρ - Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ C o 20 = θ α (1/ o C) - Hệ số nhiệt điện trở của đồng α Cu = 0,0043 θ ôđ ( o C) -Nhiệt độ ổn định θ ôđ = 95 o C (Bảng 6_1 trang 288 TKKCĐHA) Vậy: 9 [ ] ).(10.118,375.10.15110.15 536 95 mm C o Ω=+= −−− = θ ρ - Kích thước thanh dẫn làm việc với I đm = 40 A: b = )(2)(973,1 55.5,7).17(7.2 04,1.10.118,3.100 3 82 mmmm ≈= + − a = 7.1,973. 3 10 − = 13,816(mm) )(14 mm ≈ Để phù hợp từ bảng 2_15 trang 51 TKKCĐHA với I dm = 100A chọn đường kính tiếp điểm d =14 mm nên ta chọn : a = 16 mm b = 1,5 mm - Kích thước thanh dẫn làm việc với I dm = 5A: b = )(23,0 55.5,7).17(7.2 06,1.10.1,2.5 3 82 mm = + − a = 7.0,23 = 1,61(mm) Để phù hợp từ bảng 2_15 trang 51 TKKCĐHA với I dm = 5A chọn đường kính tiếp điểm td d = 20 mm; td h =3,0(mm) nên ta phải quy đổi : )(159,314. 4 . 2 2 mmba d == Π Chọn td a =17(mm) từ đó ta có: td a = td a +2=19(mm) td b =19(mm) 2.3.5. Tính toán và kiểm tra thanh dẫn. Quá trình kiểm tra nhằm xác định xem với tiết diện tính toán và lựa chọn có đảm bảo được độ tăng nhiệt và nhiệt độ ổn định cho phép khi thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn hay không, Đồng thời kiểm tra xem thanh dẫn ( với thiết diện không đổi ) có làm việc hay làm việc trong khoảng thời gian là bao lâu và khả năng quá tải là bao nhiêu ở chế độ không ổn định nhiệt (gồm chế độ ngắn hạn , chế độ ngắn mạch ) mà thanh dẫn không bị biến dạng hay tính chất của vật liệu làm thanh dẫn vẫn ở điều kiện cho phép. a. Kiểm tra khi làm việc ở chế độ dài hạn. - Kiểm tra độ tăng nhiệt độ: 38236 3682 2 0 2 10.15.10.154,1.1007.10.42.10.38 7.40.10.42.10.3804,1.10.154,1.100 . −−−− −−− − + = − + = fdmtT tmtt od KIKPSK KPSKI ρα θρ τ 10 [...]... A / mm 2 ) < J dncp = 4( A / mm 2 ) 6 S 38.10 b Kim nghim thanh dn ch ngn mch bn nhit ca KC l tớnh cht chu c s tỏc dng nhit ca dũng in ngn mch trong thi gian ngn mch nú c c trng bng dũng bn nhit l dũng in m ú thanh dn cha b bin dng thun tờn cho vic ỏnh giỏ ta xột gii hn cho phộp ca dũng in v mt dũng in bn nhit ca thanh dn cỏc thi gian ngn mch tnm = 1sec; tnm = 3sec; tnm = 10sec; Vi iu kin ụ... bn = J nm = Abn Ad t bn Vi : tbn= tnm Thi gian ngn mch(sec) Ad; Abn= Anm Giỏ tr gii hn di v gii hn trờn l nhit vt dn ban u v sau khi ngn mch l d v bn(A2S/mm4) Theo (Hỡnh 6_6 trang 313 TKKCHA) ta cú : A =3,875.104(A2S/mm4) nm A =1,625.104(A2S/mm4) - Mt dũng in khi tnm = 1 sec: J1 = (3,875 1,625).10 4 = 150( A / mm 2 ) 1 Cú J1cp = 162(A/mm2)(bng 6-7 trang 305 TKKCHA) - Mt dũng in khi tnm = 3 sec:... ớt khụng gian, vic dm h quang c m bo 14 2 1 5 h l m 3 D 4 6 Hình 6 1_ Lũ xo tip im 4_ Tip im tnh 2_ C chn 5_ Giỏ tip im ng 3_ Tip im ng 6_ Giỏ tip im tnh l, h, D_ lỳn , chiu cao, ng kớnh ca tip im m_ m tip im 2.5.3 Chn vt liu v kớch thc tip im a Chn vt liu Vt liu lm tip cn m bo cỏc yờu cu sau: in tr sut v in tr tip xỳc bộ, ớt b n mũn, ớt b ụxy hoỏ, khú hn dớnh, cng cao, c tớnh cụng ngh cao, giỏ thnh... thanh dn bng ng thi gian ngn mch 1sec, 3sec, 10sec l 162(A/mm2) 94 (A/mm2) 51 (A/mm2) Kt lun: Vi thanh dn cú kớch thc a = 19 mm , b = 2 mm ( Khi lm vic vi dũng in I m = 100A) cú tng nhit , nhit lm vic v mt dũng in di hn tớnh toỏn Hon ton cú kh nng lm vic c v lm vic tt cỏc ch di hn v ch ngn hn Riờng ch ngn mch thanh dn cú kớch thc núi trờn ch cho phộp lm vic ti a thi gian ngn mch l 10 sec (Bi... trang 305 TKKCHA) - Mt dũng in khi tnm = 10 sec: J 10 = (3,875 1,625).10 4 = 47,4( A / mm 2 ) 51 ( A / mm 2 ) 10 Cú J10cp = 51(A/mm2)(bng 6-7 trang 305 TKKCHA) 2.3.6 ỏnh giỏ v kt lun ch di hn tng nhit cho phộp ụcp=55oC v nhit n nh cho phộp ụcp= 95oC (Bng 6_1 TKKCHA) ch ngn hn, mt dũng in cho phộp thi gian ngn hn t nh = 5sec l 13,27(A/mm2) ch ngn mch, mt dũng bn nhit cho phộp i vi thanh... -Hnh trỡnh ca c cu lũ xo, tớnh t v trớ ti ú lũ xo sinh lc ln nht - f - vừng ban u ca lũ xo - flv - vừng lm vic ca lũ xo - F , l - Lc nộn ban u v chiu di ban u ca lũ xo - lt - Chiu di t do ca lũ xo 3.3 Tớnh toỏn lũ xo 3.3.1 Lũ xo tip im chớnh - Lc ộp cn thit do 1 lũ xo to ra F = 6.Fttt = 2.10,11 = 60,66 (N) - Khong lỳn ban u: f =A+B.Im =1,5+0,02.100 = 3,5 (mm) - Khong lỳn cn thit l: 24 flv = 2.f=... Khd H s hn dớnh ca tip im trong khụng khớ T bng 2-19_trang 67 TKKCHA vi tip xỳc im thi gian ca xung dũng in 0,05 ữ 5 sec Chn Khd = 1500 KG/A I hdbd = 1500 1,011 = 1,51.10 3 ( A) 3 3 Ta cú I nm = 10.I dm = 10.100 = 10 < 1,51.10 ( A) vy iu kin chng hn dớnh tho món 2.5.8 S rung ca tip im - Biờn rung: 2 m d v do (1 K v ) xm = 3.2Ftdd -Thi gian rung: tm = 2m d v do 1 K v 3.Ftdd Vi: m d - Tng khi... =0,1m/sec Kv - H s va p ph thuc vo tớnh dn hi ca vt liu i vi ng Kv = 0,9 (Trang 72) Ftdd - lc ộp tip im ti thi im va p ban u Ftdd = (0,4 : 0,6) Ftdc chn Ftdd = 0,6.Ftdc Ftdd = 0,6.6.1,011 = 3,6396 ( KG ) Vy: xm = tm = 0,1 0,12 (1 0,9) 3.2.3,6396 = 0,458.10 6 ( m) 2.0,1.0,1 1 0,9 = 0,58.10 3 ( ms ) 3.3,6396 S rung ( khong cỏch rung v thi gian rung ) nm trong gii hn cho phộp 2.5.9 S mũn ca tip im - S mũn ca... 17.19.2 = 646(mm 3 ) a chiu di tip im b chiu rng tip im h Chiu cao ca tip im Gt = 646.8,7.10 3 = 5,6202 ( g ) xột t s Gm 2 = = 35,6% < 70% lng tip im b mũn tho món Gtd 5,6202 2.5.10 Kt kun v ỏnh giỏ: Vi kớch thc v kt cu ca tip im cu hai ch ngt cú: H thng tip im chớnh Vt liu lm tip im Bc Niken Than chỡ Chiu di b(mm) 19 Chiu rng a(mm) 17 Chiu cao h(mm) 2 Lc ộp tip im u Ftdd(N) Lc ộp tip im cui Ftdc(N)... Tng thi gian rung cho phộp i vi cụng tc t t = 0,3 ms Vi kớch thc v kt cu la chn trờn tip im hon ton cú kh nng lm vic tt PHN 3 TNH TON Lề XO 3.1 Khỏi nim chung Lũ xo l mt b phn quan trng ca cụng tc t cú nhim v to lc ộp lờn tip im (i vi lũ xo tip im ), to lc ngt c cu trong quỏ trỡnh ngt ca c cu ( Lũ xo nh ) Yờu cu i vi lũ xo tip im v lũ xo nh: - Cú n hi phự hp - Cú c tớnh c n nh theo thi gian - Cú kh . bi t quan tr ng nh m n ng cao t nh n ng t đ ng h a an to n khi v n h nh v tuổi thọ c a ch ng kh ng ng ng đư c cải thi n h n. Đư c sự giúp đỡ v h ng. k c ng t c t xoay chi u 3 pha.Do ki n th c, kinh nghi m th c t v thời gian h n chế n n b n thi t k kh ng tr nh khỏi nh ng sai s t nh t đ nh. V v y