Đồ án Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín

KHOA ĐIỆN CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM B/m Thiết bị điện - điện tử Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------o0o-------- --------o0o-------- ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN Họ và tên sinh viên: ...........................................................Lớp:............................. Giáo viên hướng dẫn: ĐẶNG CHÍ DŨNG Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế Rơle trung gian kiểu kín. Các số liệu ban đầu: Uđm=220V, Iđm=10A, 4 tiếp điểm thường đóng, 4 tiếp điểm thường mở. Cuộn dây có: Uđk=220V, f=50 Hz, cấp cách điện cấp B. Tuổi thọ về điện Nđiện=106 lần, Tuổi thọ về cơ Ncơ=107 lần. Làm việc lâu dài. Nội dung phần thuyết minh tính toán: Phân tích phương án chọn kết cấu. Tính chọn mạch vòng dẫn điện. Tính và dựng đặc tính cơ. Tính toán nam châm điện và tính kiểm nghiệm nhiệt. Tính toán hệ số nhả Knhả. 01 bản vẽ A1 (bản vẽ tổng lắp ráp). Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 22/09/2003. Ngày hoàn thành : 10/11/2003 Gi¸o viªn h¦íng dÉn: ®Æng chÝ dòng LỜI NÓI ĐẦU Máy móc bắt đầu trở thành công cụ lao động của con người từ những ngày đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật trong công nghiệp vào nửa cuối thế kỷ XVIII. Bắt đầu là những máy móc đơn giản (Máy hơi nước) con người đã không ngừng cải tiến phát minh ra những máy móc thiết bị ngày càng hiện đại, phức tạp, chính xác và năng suất cao. Việc điều khiển máy móc và quản lý sản xuất làm con người mất rất nhiều sức lực, óc thông minh, và độ nhạy bén cao. Do vậy cần phải tạo ra những thiết bị, hệ thống đặc biệt để thay thế toàn bộ hay một phần sức lao động vất vả của con người trong việc theo dõi điều khiển, kiểm tra các quá trình sản xuất. Ngành kỹ thuật tạo ra các phương pháp, thiết bị, phương tiện để giải phóng sức lao động của con người trong việc quản lý và điều khiển quá trình sản xuất gọi là tự động hoá và điều khiển tự động. Hiện nay tự động hoá và điều khiển tự động ngày càng phát triển mạnh mẽ và phục vụ đắc lực cho con người trong quá trình sản xuất, nghiên cứu khoa học, chinh phục vũ trụ, quốc phòng.... Những thiết bị kỹ thuật dùng để giải quyết các vấn đề tự động hoá và điều khiển tự động là các thiết bị tự động. Thiết bị tự động là thiết bị có thể thực hiện một chức năng nào đó mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người. Chúng được xây dựng từ những phần tử tự động khác nhau như: phần tử điện cơ, phần tử từ, phần tử bán dẫn, điện từ, phần tử nhiệt, khí nén thuỷ lực... Rơle là một loại khí cụ điện tự động mà đặc tính vào ra có tính chất: tín hiệu đầu ra thay đổi, khi tín hiệu đầu vào đạt được giá trị xác định. Rơle được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ điều khiển tự động, truyền động điện, bảo vệ mạch điện, thông tin liên lạc và là phần tử cơ bản cấu tạo nên các phần tử logic. Chính vì vậy vai trò cần thiết của sự nghiên cứu, thiết kế rơle là đặc biệt quan trọng nhằm nâng cao tính năng tự động hoá và tuổi thọ làm việc của chúng không ngừng được cải thiện hơn. Được sự giúp đỡ của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện thuộc bộ môn Thiết Bị Điện-Điện Tử Công Suất, Khoa Điện và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Đặng Chí Dũng, trong khoảng thời gian một học kỳ, em đã hoàn thành được đồ án môn học khí cụ điện, với đề tài thiết kế Rơle trung gian kiểu kín, xoay chiều. Do trình độ hiểu biết có hạn và thời gian hạn chế, cộng với kinh nghiệm thực tế còn rất ít nên em không thể không tránh được các sai xót trong quá trình tính toán và thiết kế. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô và các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, Ngày 10/11/2003 Sinh viên thiết kế LÊ KHOA CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ Giới thiệu chung về các khí cụ điện. Khí cụ điện là những thiết bị cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất, biến đổi truyền tải phân phối năng lượng điện và các dạng năng lượng khác. Khái niệm điều khiển theo nghĩa rộng bao gồm: điều chỉnh bằng tay,tự động kiểm tra và bảo vệ. Theo lĩnh vực sử dụng các khí cụ điện được chia làm 5 nhóm trong đó mỗi nhóm gồm nhiều chủng loại và dạng khác nhau. Nhóm các khí cụ điện cao áp: như Dao cách ly, máy ngắt, dao ngắn mạch, máy ngắt không khí..... Nhóm các khí cụ điện hạ áp: như máy ngắt tự động, máy ngắt bằng tay, các đầu đổi nối.... Nhóm khí cụ điện điều khiển: như công tắc tơ, khởi động từ, khuếch đại từ, tự áp...... Nhóm các Rơle bảo vệ: như rơle dòng điện, rơle điện áp, Rơle trung gian, Rơle công suất.... Nhóm các khí cụ điện dùng trong sinh hoạt hàng ngày và dùng trong chiếu sáng: như bàn là, bếp điện, bóng đèn... Các yêu cầu chung khi thiết kế khí cụ điện. Các khí cụ điện được thiết kế phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đại: đó là các yêu cầu về kỹ thuật, yêu cầu về vận hành, về kinh tế, về công nghệ và xã hội, chúng được biểu hiện qua các qui chuẩn và định mức, tiêu chuẩn và chất lượng của nhà nước hoặc của nghành vầ chúng được nằm trong nghành thiết kế kỹ thuật. Các yêu cầu về kỹ thuật. Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện, khi làm việc ở chế độ định mức và chế độ và chế độ sự cố. Độ bền cách điện của các chi tiết, bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điện áp lớn nhất, kéo dài và và trong điều kiện xung quanh (như mưa, bụi bẩn,tuyết...) cũng như khi có điện áp nội bộ, hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra. Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố. Khả năng đóng ngắt ở chế độ sự cố và chế độ định mức, độ bền điện của các chi tiết, bộ phận. Các yêu cầu kỹ thuật riêng đối với từng loại khí cụ điện Kết cấu đơn giản, khối lựơng và kích thước bé. Các yêu cầu về vận hành. Lưu ý đến các ảnh hưởng của môi trường xung quanh như độ ẩm, nhiệt độ, độ cao.... Độ tin cậy cao. Tuổi thọ lớn thời gian sử dụng lâu dài. Đơn giản dễ thao tác, sửa chữa, thay thế. Tổn phí vận hành ít, tiêu tốn ít năng lượng. Các yêu cầu về kinh tế xã hội. Giá thành hạ. Tạo điều kiện thuận tiện cho nhân viên vận hành (về tâm lý về cơ thể....). Tính an toàn trong vận hành lắp ráp. Tính thẩm mỹ của kết cấu. Vốn đầu tư khi chế tạo, lắp ráp vận hành ít. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo. Tính công nghệ của kết cấu : dùng chi tiết qui chuẩn, tính lắp lẫn... Lưu ý đến khả năng chế tạo: mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng thiết bị. Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dây... CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ RƠLE ĐIỆN Cấu tạo nguyên lý hoạt động, sơ đồ khối của Rơle. Để thiết kế được tốt các mục tiêu nói trên ta phải nắm được nguyên lý hoạt động của rơle trung gian kiểu kín, sau đó mới vẽ qua sơ đồ hoạt động của nó. Cấu tạo. Rơle trung gian kiểu kín là loại thiết bị điện có kết cấu khá đơn giản, đối với loại rơle này vì dòng điện nhỏ nên ta có thể bỏ qua hồ quang sinh ra giữa các bộ phận mang điện. Như vậy Rơle trung gian kiểu kín chỉ mang các bộ phận chính sau: Hệ thống tiếp điểm trong đó bao gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ( bao gồm tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở nối liên thông với nhau). Hệ thống thanh dẫn, gồm có thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Một nam châm điện xoay chiều. Cuộn dây nam châm điện xoay chiều. Hệ thống phản lực là một lò xo nhả có hình xoắn trụ. Hệ thống nắp và thân đế. Các chi tiết đầu nối và chi tiết dẫn điện. Sơ đồ động. Tiếp điểm thường đóng. Tiếp điểm thường mở. Nắp. Thân. Lõi. Cuộn dây. Thanh dẫn. Lò xo nhả. Nguyên lý hoạt động. Rơle trung gian kiểu kín có nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ nam châm điện thuộc loại hút chập và có tiếp điểm dạng côngsôn. Khi đưa dòng điện I vào cuộn dây nam châm điện thì trong cuộn dây sẽ sinh sức từ động F=IW, sức từ động này sinh ra từ thông khe hở không khí của nam châm điện Φδ, khi đó Fđt>Fph làm cho nắp của nam châm điện đóng lại đồng thời tiếp điểm thường đóng mở ra và tiếp điểm thường mở đóng lại. Khi không có dòng điện đưa vào cuộn dây nam châm điện I=0 thì khi đó Fđt=0<Fph làm cho nắp của nam châm điện mở ra và hệ thống tiếp điểm trở về trạng thai ban đầu. Ưu điểm và nhược điểm của rơle trung gian kiểu kín. Đặc điểm. Đối với loại rơle trung gian kiểu kín thì số lượng tiếp điểm nhiều, để tăng lực ép tiếp điểm khi tiếp xúc người ta thường sử dụng thanh dẫn động bằng đồng. Ưu điểm. Đối với loại rơle trung gian kiểu kín thì khi làm việc nó sẽ tránh được sự ảnh hưởng khắc nghiệt của môi trường tới qsự vận hành của thiết bị, đặc biệt là mưa gió, độ ẩm, và bụi bặm sẽ làm ảnh hưởng tới tính chất dẫn điện của vật liệu. Nhược điểm. Ngoài các ưu điểm nói trên thì rơle trung gian kiểu kín còn có những hạn chế nhất định khi phần rơle nằm trong vỏ hộp thì nó sẽ bị giới hạn bởi phần không gian của vỏ hộp nên khả năng tản nhiệt của nó sẽ khó khăn hơn. CHƯƠNG III MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN Sơ luợc về mạch vòng dẫn điện. Trong rơle trung gian mạch vòng dẫn điện đóng một vai trò hết sức quan trọng, bởi nó là cơ cấu truyền điện tác động tới các cơ cấu của Rơle, đồng thời một phần của nó cũng là hệ thống phản lực, nhằm hỗ trợ cho kích thước của thiết bị nhỏ tối ưu. Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận mang điện khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thước tạo thành. Đối với mạch vòng dẫn điện của rơle trung gian kiểu kín thì nó bao gồm những bộ phận chính sau: Thanh dẫn: bao gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh. Dây nối mền: để nối từ vít đến thanh dẫn động. Đầu nối: gồm vít và mối hàn. Hệ thống tiếp điểm: gồm giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Cuộn dây dòng điện. Như vậy nhiệm vụ tính toán và thiết kế của mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện. Tiết diện kích thước của các chi tiết mạch vòng dẫn điện quyết định cơ cấu của mạch vòng dẫn điện và cũng quyết định kích thước của rơle trung gian kiểu kín. Do đó trình tự tính toán của mạch vòng dẫn điện của rơle trung gian kiểu kín sẽ gồm các bước sau: Thanh dẫn. Các tính toán của thanh dẫn động gồm: Xác định tiết diện và kích thước cơ bản của nó ở chế độ làm việc dài hạn và các chế độ khác. Tính toán kiểm nghiệm tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc ngắn hạn và chế độ khởi động đối với các khí cụ điện điều khiển và dùng trong tự động hoá. Chế độ sự cố khi có dòng điện ngắn mạch với các khí cụ điện phân phối năng lượng. Khi xác định các kích thước của thanh dẫn nên chọn dạng kết cấu, chọn sơ bộ chiều dài của thanh dẫn và dạng kết cấu của đầu nối. Tính toán thanh dẫn động. Thanh dẫn động có chức năng đóng mở tiếp điểm vì vậy nó cần phải có một lực ép đủ để có khả năng tiếp xúc tốt, do đó ta có thể chọn đồng phótpho để làm thanh dẫn. Đồng phốtpho có các tính chất và thông số được ghi ở trong bảng 2-22 (TKKCĐHA). Ký hiệu bp0f6,5 Tỷ trọng g = 8,9 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy tnc = 1083°C Điện trở suất r = 0,01754.10-6Wm Hệ số nhiệt điện trở a = 4,3.10-3 1/°C Độ dẫn điện l = 3,9 w/cm°C Nhiệt lượng nóng chảy 390J/g Nhiệt dung Cp =0,385 J/g°C Modul đàn hồi 4600.106 kg/cm2 Hệ số nhiệt độ của nhiệt dung 10-4 Nhiệt lượng bay hơi 2600J/g Độ cứng HB = 105 Briven kg/mm Giới hạn độ bền kéo sk = 550N/mm2 Nhiệt độ ổn định cho phép 95°C Độ tăng nhiệt cho phép 55°C Về dạng kết cấu của thanh dẫn động ta chọn kết cấu có tiết diện hình chữ nhật với bề rộng a, bề dày là b. b a l Từ công thức NiuTơn: P=KTST(θôđ- θ0)= KTST ôđ Có thể viết biểu thức cân bằng nhiệt ở nhiệt độ xác lập cho mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt ST chiều dài l và chu vi là P=ST/l P=I2.Rθ.Kf= KTST(θôđ- θmt) KTST(θôđ- θmt) Trong đó: Rθ: điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ ổn định. : Điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định = o(1+ α.θ)= 20[1+ α(θ-20)] =mt [1+ α(θ- θmt)] 0, 20, mt là điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ 0oC, 20oC, và nhiệt độ môi trường. Α là hê số nhiệt điện trở của đồng phốtpho α=4,3.10-3 1/oC. Kf là hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho hiệu ứng gần và hiệu ứng bề mặt. Kf=Kbm.Kg Kbm là hiệu ứng bề mặt. Kg là hiệu ứng gần. Đối với dòng điện xoay chiều Kf=1,03 - 1,06. Chọn Kf=1,05. S là tiết diện của thanh dẫn. ST là tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn. P là chu vi của thanh dẫn. Θôđ là nhiệt độ ổn định ôđ=95oC Θmt là nhiệt độ môi trường mt=40oC. KT là hệ số tản nhiệt ra khống chế: KT=6.10-6 W/mm2.oC. I là đòng điện định mức. Tra bảng 6-2 ta có: 20=0,01754.10-3 Ωmm. Do đó ta có: =0,01754.10-3.[1+0,0043(95-20)] =0,0232.10-3 Ωmm. Tiết diện của thanh dẫn được xác định theo biểu thức. S.P= Tiết diện và kích thước các cạnh a,b của các chi tiết hình chữ nhật được xác định theo công thức. a.b.2(a+b)= . Suy ra : b= Với n=a/b, n nằm trong khoảng 5-10 Chọn n=10 thay số vào ta có . Suy ra a=10.b=3,2 mm. Đối với các kích thước trên nó thoả mãn độ bền về điện để thoả mãn x cả độ bền về cơ ta chọn: a=5 mm; b=0,5 mm. Tiết diện của thanh dẫn động là: S=a.b=2,5 mm2. Chu vi thanh dẫn động là: P=2(a+b)=11 mm. Mật độ dòng điện là: J===4 A/mm2. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn: Kiểm nghiệm lại nhiệt độ của thanh dẫn: Từ công thức: S.P== Suy ra : θôđ=θtd=. (*) Trong đó S là tiết diện thanh dẫn động: S=3,6 mm2 P là chu vi của thanh dẫn động: P=13,2 mm là điện trở suất của đồng ở 0oC ta có: ===0,0162.10-3 Ωmm. Thay các số liệu vào công thức (*) ta có: θtd== 52,64oC. Vậy ta có θtd<[θôđ]=95oC nên thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ dài hạn. Kiểm nghiệm lại ở chế độ làm việc ngắn mạch: Từ công thức 6-21 trong (TKKCĐHA) ta có: Suy ra : (**) Với : Inm=Ibn là dòng ngắn mạch cũng chính là dòng bền nhiệt. Tnm=tbn là thời gian ngắn mạch cũng chính là thời gian bền nhiệt. Abn, Ađ là hằng số tích phân với độ bền nhiệt và nhiệt độ dài. Tra đồ thị 6-6 ta có θbn=300oC thì ta có Abn=4.104 (A2s/mm4) θôđ=95oC thì ta có Abn=1,6.104 (A2s/mm4) Thay số vào (**) ta có: =387,3. Với t=4s ta có (4s)=387,3.=193,7A Suy ra j===77,46 A/mm2. Tra bảng 6-7 với vật liệu là đồng ở t=4s ta có [j]=82 A/mm2 Như vậy j<[j] Vậy mật độ dòng ngắn mạch nhỏ hơn mật độ dòng cho phép. Kiểm nghiệm thanh dẫn động làm việc ở chế độ ngắn hạn: Điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ 95oC là: R95=R20[1+α(θ-20)] =20..[1+ α(θ-20)] Thay số vào ta có: R95=0,01754.10-3. .[1+0,0043(95-20)] =0,0093.10-3 Ω/mm. Tổn hao công suất ở chế độ dài hạn là: Pdh=I2dh.R95=100.0,093.10-4=0,93.10-4 W/mm. Hằng số thời gian phát nóng theo 6-13 là: T= Với: M=.S.l=8,9.0,05.0,5=0,2225 Kt===15,2.10-5 W/cm2 oC Suy ra T==512,3 (sec) Độ tăng nhiệt ở chế độ ngắn hạn: nh=ôđ[1-] Chọn chế độ ngắn hạn có nh=20 sec Ta có: nh=ôđ[1-]=ôđ(1-0,962) 95.0,038=3,61 oC Độ tăng nhiệt độ ổn định khi công suất ở chế độ ngắn hạn là ôđ’===1447,4 oC Đối với công suất cho phép ở chế độ ngắn hạn là: Pnh===242,1.10-3 W/cm2 Dòng cho phép ở chế độ ngắn hạn là: ==51,3 (A) Hệ số công suất quá tải ở chế độ ngắn hạn là: Kp===263,15 Hệ số quá tải dòng KI===5,13 Tính toán kiểm nghiệm Tnh=T.ln=512,3.ln=19,953 sec Như vậy ta thấy kết quả gần đúng vỡi tnh đã chọn ở trên Vậy thanh làm việc tốt ở chế độ ngắn hạn. Tính toán thanh dẫn tĩnh. Thanh dẫn tĩnh có chức năng là bộ phận cắm trực tiếp với đế, và có chứa cả tiếp điểm để tiếp xúc với thanh dẫn động qua đầu nối. Như vậy khả năng làm việc của thanh dẫn tĩnh ngoài độ bền về điện nó còn phải có độ bền về cơ, do đó ta có thể chọn kích thước của thanh dẫn tĩnh như sau: a=5 mmm b=1 mm. Khi đó tiết diện cắt ngang của thanh dẫn tĩnh là: Stdt=a.b=5 mm2 Suy ra mật độ dòng điện: j==10/5=2 A/mm2. Để đảm bảo tiếp xúc với chân đế ta mạ bạc vào thanh dẫn tĩnh, mặt khác do thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền về nhiệt và độ bền về điện, độ bền về cơ nên thanh dẫn tĩnh có các kích thước lớn hơn cũng sẽ đảm bảo được các độ bền như của thanh dẫn động. Tiếp điểm. Chức năng chính của tiếp điểm. Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt của các khí cụ điện đóng ngắt. kết cấu và thông số của hệ tiếp điểm xác định các thông số chính, kết cấu, kích thước và khối lượng của khí cụ điện. Yêu cầu chính đối với tiếp điểm. Khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép tức là <95 oC. Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể cho phép của vật liệu tiếp điểm. Đối với dòng điện lớn cho phép (dòng khởi động, dòng ngắn mạch) tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động. Hệ thống tiếp điểm dập hồ quang (nếu có) phải có khả năng đóng ngắt cho phép không bé hơn trị số định mức. Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép tiếp điểm phải có độ mòn điện và độ mòn cơ bé nhất, độ rung của tiếp điểm phải không được lớn hơn trị số cho phép. Để cho ngắn gọn ta chọn các công thức tính toán đối với tiếp điểm là các công thức kinh nghiệm. Chọn vật liệu làm tiếp điểm. Để đảm bảo các yêu cầu của tiếp điểm về điện trở suất, điện trở tiếp xúc nhỏ và ít bị ăn mòn, ít bị oxi hóa, khó hàn dính, độ cứng cao và làm việc tốt với dòng điện định mức 10 A ta có thể chọn vật liệu làm tiếp điểm là bạc kéo nguội với các thông số kỹ thuật cho ở bảng 2-13 như sau. Ký hiệu CP 999 Tỷ trọng 10,5 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy qnc = 9610C Điện trở suất ở 200C r20 = 1,59.10-6 Wm Độ cứng HB = (30¸60)kG/mm2 Độ dẫn nhiệt l = 4,16 W/cm0C Hệ số nhiệt điện trở a = 4.10-3 1/0C. Kích thước của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức và kích thước của thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh. Đối với dòng điện 10 A tra bảng 2-15 ta chọn đường kính tiếp điểm là d=5 mm Chiều cao của tiếp điểm là h=1,5mm. Tiếp điểm dộng và tiếp điểm tĩnh có dạng hút chập tức là một pha chỉ có một chỗ ngắt. Tính lực ép tiếp điểm. Lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ dài hạn và chế độ ngắn hạn với dòng điện lớn. Theo công thức 2-17 trong sách (TKKCĐHA) ta có Ftđ=ftđ.Iđm Trong đó: Iđm là dòng điện định mức của rơle trung gian kiểu kín 10 A. Chọn ftđ=3 G/A Ta có Ftđ=3.10=30 g=0,3 N. Xác định điện trở tiếp xúc. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 1 chỗ ngắt Rtx là một phần của mạch vòng dẫn điện. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công thức kinh nghiệm 2-25 (TKKCĐHA). Rtx= Trong đó: Ftđ là lực ép tiếp điểm. Ftđ=0,3 N M là hệ số bề mặt tiếp xúc chọn dạng tiếp xúc là tiếp xúc điểm thì ta có m=0,5. Ktx là hệ số tiếp xúc chọn Ktx=0,4.10-3 Thay số vào ta có. Rtx= =2,4.10-3 Ω=2,3 mΩ Vậy điện trở tiếp xúc ở 95 oC là. Rtx95=Rtx20.[1+2/3.α.(95-20)] =2,4.(1+2/3.0,004.75)=2,76 mΩ. Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc. Trong trạng thái đóng của tiếp điểm điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần đầu nối, điện trở của vật liệu làm tiếp điểm là không đáng kể so với Rtx vì vậy theo công thức điện áp rơi trên diện trở tiếp xúc là: Utx=Iđm.Rtx=10.2,76=27,6 mV. Như vậy với giá trị Utđ=28,8 mV thì luôn thoả mãn yêu cầu về điện áp rơi cho phép trên tiếp điểm của các khí cụ điện điều khiển và phân phối năng lượng đến 1000 V tiếp điểm làm việc trong không khí là Utđ=2 30 mV. Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm. Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn dài vô hạn, có tiết diện không đổi. giả thử một đầu thanh dẫn tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt tại nơi tiếp xúc. Ta có theo công thức 2-11 (TKKCĐHA) Trong đó: là nhiệt độ môi trường xung quanh: =40 oC là dòng điện định mức =10 A. S là tiết diện thanh dẫn động S=2,5 mm2. P là chu vi của thanh dẫn P=11 mm. KT là hệ số toả nhiệt ra khống chế KT=6.10-6 W/mm2 oC. Rtx là điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Rtx=2,76 mΩ. là điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 95 oC ta có =20[1+ α(θ-20)]=0,0159.10-3.[1+0,004(95-20)] = 0,0207.10-3 Ωmm. là độ dẫn nhiệt =0,416 W/mm2 oC Vậy ta có: Vậy theo 2-12 ta có: Thay số vào ta có: =69,2+=69,2+11=80,2 oC Như vậy =80,2 oC < []=180 oC là nhiệt độ dạng tinh thể của vật liệu tiếp điểm là bạc. Xác định dòng điện hàn dính. Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Iđm=10 A ( quá tải khởi động, ngắn mạch) nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động dẫn đến khả năng bị hàn dính. Độ ổn định của tiếp điểm chống đáy và chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động ( độ bền điện động) độ ổn định nhiệt và ổn định điện động là các thông số quan trọng được biểu thị qua trị số dòng điện tới hạn hàn dính Ithhd tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm. Có hai tiêu chuẩn để đánh giá: lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính; trị số tới hạn của dòng điện hàn dính; nó phụ thuộc vào vật liệu tiếp điểm và kết cấu, chế độ làm việc của khí cụ điện. Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định dòng điện hàn dính bằng công thức 2-36. Ihd=Khd. Với : Ftđ=0,3 N=3.10-2 kg Khd là hệ số hàn dính chọn Khd=2000 Ta có: Ihd=2000. =346,4 A So với yêu cầu kỹ thuật ta có dòng điện ngắn mạch là: Ingắt=10*Iđm=10.10=100 A Như vậy với dòng điện ngắt là 100 A thì khi ngắn mạch không thể nào hàn dính tiếp điểm được. Độ ăn mòn tiếp điểm. Sự ăn mòn tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và ngắt mạch điện. Sự ăn mòn của tiếp điểm được thể hiện qua việc giảm độ lún của kích thước (chiều cao) của tiếp điểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích của tiếp điểm. Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là sự ăn mòn về hoá học, ăn mòn về điện, ăn mòn về cơ nhưng chủ yếu là sự ăn mòn về điện gây nên cho tiếp điểm. Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm rất phức tạp và thiếu chính xác, ở đây ta chỉ dùng các công thức tính toán gần đúng về độ mòn của tiếp điểm. Sự ăn mòn của tiếp điểm thể hiện qua thời gian sử dụng ứng với số lần đóng ngắt chúng được xác định theo công thức 2-48. N= Trong đó: Vm cm3 là phần thể tích của mỗi tiếp điểm là 0,5-0,75 độ đầy (chiều cao) của tiếp điểm khi chịu ăn mòn. Vđ là thể tích mòn riêng cho một lần đóng. Vng là thể tích mòn riêng cho một lần ngắt. Gđ là khối lượng mòn riêng cho một lần đóng. gng là khối lượng mòn riêng cho một lần ngắt. γ là khối lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm. ta có theo công thức 2-54 trong sách TKKCĐHA: gđ+gng=10-9( +)Kkđ trong đó : Kđ,Kng g/A2 là hệ số mòn khi đóng và khi ngắt. tra trong đồ thị 2-16 ta có Với Ing= Iđ=Iđm=10 A ta được Kđ=0,3 g/A2 Kkđ là hệ số không đồng đèu đánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm với khí cụ điện xoay chiều Kkđ=1,1 – 2,5 ta chọn Kkđ=1,2 lần độ mòn trung bình của tiếp điểm. Như vậy ta có: gđ+gng=10-9( +)1,2=0,72.10-7 gam vậy Vđ+Vng=(gđ+gng)/==0,069.10-7 cm3. Thể tích của đôi cặp tiếp điểm là: V=.h=.1,5=29,45 mm3 Vậy N===1,63.106 lần Ta thấy N>Nđiện=106 vậy thoả mãn về độ ăn mòn Vậy thể tích bị ăn mòn trong quá trình làm việc là: Vm=Nđiện.( Vđ+Vng)=106.0,069.10-7=6,9.10-3 cm3 Ta có diện tích của cặp tiếp điểm là: Stđ===0,2 cm2. Vậy độ ăn mòn của tiếp điểm là: hm===0,034 cm=0,34 mm Độ rung của tiếp điểm. Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ khí giữa dtiếp điểm động và tiếp diểm tĩnh xảy ra hiện tượng rung của tiếp điểm. tiếp điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi tiếp tục va đập quá trình tiếp xúc rồi lại tách rời tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra sau một thời gian rồi kết thúc. Chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định., sự rung kết thúc. Đối với quá trình rung thì nó được biểu thị bằng sự đánh giá độ lớn của biên độ rung Xm của khoảng đẩy lớn nhất đầu tiên và thời gian rung tm tương ứng với Xm. Tuổi thọ của tiếp điểm phụ thuộc rất lớn vào thời gian rung và biên dộ rung, quá trình rung được biểu thị bằng đồ thị sau. X t Theo công thức 2-39 trong sách TKKCĐHA ta có: Xm= Trong đó : Ftđđ là lực ép tiếp điểm đầu , Ftđđ=30 g= 3.10-2 KG Vđo là vận tốc tại thời điểm va đập Vđo=0,1 m/s. Kv là hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu, chọn Kv=0,85. Mđ là khối lượng phần động mđ=mc.Iđm. Mc là khối lượng đơn vị, có thể chọn mc=15 .10-3 KG/A. Vậy ta có: Mđ=mc.Iđm=15.10-3.10=0,15 KG.s2/m Xm===1,875.10-3 m=3,75 mm. Biên độ rung của 4 lò xo tiếp điểm là: Theo công thức 2-40 trong sách TKKCĐHA ta có: Thời gian rung của tiếp điểm là: Tm===0,388 sec. Thời gian rung của 4 lò xo tiếp điểm được tính theo công thức: sec. Tổng thời gian rung sơ bộ được xác định theo công thức 2-47. t=(1,5-1,8).2.tm=1,5.2.0.388=0,1164 sec. Độ mở. Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở trạng thái ngắt của Rơle. Độ mở cần thiết phải đủ lớn để có khả năng dập hồ quang, song nó không được lớn quá sẽ ảnh hưởng tới kích thước của Rơle. Theo kinh nghiệm 1mm có thể chịu được 3000 V vì vậy ta chọn độ mở của Rơle cần thiết kế là 1mm. Độ lún. Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được 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 và trong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn nhưng vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt. Vì vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ ăn mòn của tiếp điểm mới có thể đảm bảo tiếp xúc tốt. l=(1,5-2) hm=1,6.0,34=0,544 mm. Như vậy tiếp điểm đi được trong một hành trình là =1,5+0,544=2,044 mm. Đầu nối. Đầu nối t