Tài liệu Thiết kế rơle trung gian xoay chiều

§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu Lêi nãi ®Çu §iÖn n¨ng lµ mét nguån n¨ng lîng quan träng ®îc sö dông réng r·i trong tÊt c¶ c¸c lÜnh vùc cña nÒn kinh tÕ quèc d©n. Nhu cÇu sö dông ®iÖn n¨ng kh«ng ngõng gia t¨ng. Ngµy nay cÇn cã nhiÒu thiÕt bÞ ®iÖn hiÖn ®¹i h¬n, tinh vi h¬n vµ dÔ sö dông h¬n. KhÝ cô ®iÖn lµ nh÷ng thiÕt bÞ ®iÖn chuyªn dïng ®Ó ®ãng ng¾t, ®iÒu khiÓn, ®iÒu chØnh, b¶o vÖ c¸c líi ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ sö dông ®iÖn n¨ng kh¸c. Do ®ã khÝ cô ®iÖn lµ lo¹i thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu ®îc, khi sö dông ®iÖn n¨ng trong c«ng nghiÖp còng nh trong ®êi sèng. Khi c«ng nghiÖp ngµy cµng ph¸t triÓn, nhu cÇu cuéc sèng ngµy cµng ®ßi hái cao h¬n, cµng cÇn thiÕt ph¶i cã c¸c khÝ cô ®iÖn nhiÒu vÒ sè lîng, tèt vÒ chÊt lîng vµ hoµn h¶o h¬n. §Æc biÖt theo xu thÕ chung, c¸c khÝ cô ®iÖn hiÖn ®¹i cßn ®ßi hái ph¶i cã kh¶ n¨ng tù ®éng ho¸. ChÝnh v× vai trß cÇn thiÕt cña khÝ cô ®iÖn nªn viÖc nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ, tÝnh to¸n cña khÝ cô ®iÖn lµ mét nhiÖm vô quan träng kh«ng ngõng ®îc hoµn thiÖn. §îc sù gióp ®ì vµ híng dÉn cña c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n ThiÕt bÞ §iÖn - Khoa §iÖn, sù híng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o Bïi TÝn H÷u kho¶ng thêi gian 4 th¸ng em ®· tiÕn hµnh thiÕt kÕ mét lo¹i khÝ cô ®iÖn mµ trong c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn kh«ng thÓ thiÕu ®îc. §ã lµ r¬le trung gian xoay chiÒu. Do thêi gian cã h¹n vµ cßn thiÕu kinh nghiÖm trong thiÕt kÕ, hiÓu biÕt thùc tÕ cßn Ýt nªn trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®å ¸n tèt nghiÖp em cßn mét sè sai sãt. Em kÝnh mong nhËn ®îc sù th«ng c¶m, chØ b¶o vµ gióp ®ì cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Sinh viªn thùc hiÖn NguyÔn c«ng LuËn SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 1 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu PhÇn I : Chän ph¬ng ¸n d¹ng kÕt cÊu. I. Giíi thiÖu chung vÒ r¬le * R¬le trung gian xoay chiÒu cã nhiÒu lo¹i ®îc sö dông ë níc ta, do nhiÒu h·ng cña nhiÒu níc s¶n xuÊt nh: Nga; §øc (SIEMENS); Ph¸p; NhËt (OMRON, FUJI, NATIONAL); Hµn Quèc (SUNGHO, LG) … Tuy cã h×nh d¸ng, kÝch thíc cô thÓ cã kh¸c nhau, nhng vÒ nguyªn lý cÊu t¹o vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Òu nh nhau. Dùa vµo nh÷ng u ®iÓm vµ d¹ng kÕt cÊu cña c¸c h·ng s¶n xuÊt, ta chän d¹ng kÕt cÊu cña r¬le nh sau: II. HÖ thèng tiÕp ®iÓm. TiÕp ®iÓm gåm cã tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh. TiÕp ®iÓm cã d¹ng h×nh trô cÇu, tiÕp xóc theo h×nh thøc tiÕp xóc ®iÓm ®îc g¾n lªn thanh dÉn theo kiÓu b¾c cÇu. C¸c tiÕp ®iÓm chuyÓn ®éng theo lùc hót ®iÖn tõ th«ng qua cÇn chuyÓn ®éng ®iÒu chØnh kho¶ng c¸ch gi÷a khe hë tiÕp ®iÓm chÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a khe tiÕp ®iÓm dÔ dµng qua viÖc ®iÒu chØnh khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc cña nam ch©n ®iÖn. III. Chän nam ch©m ®iÖn + Nam ch©m ®iÖn ®ãng vai trß c¬ cÊu chuyÓn ®éng trong r¬le, nã quyÕt ®Þnh tÝnh n¨ng lµm viÖc vµ kÝch thíc cña R¬le Yªu cÇu thiÕt kÕ r¬ le trung gian víi: U = 220V, I®m = 5A, f = 50 Hz Ta chän nam ch©n ®iÖn xoay chiÒu, m¹ch tõ h×nh ch÷ U khiÓu hót chËp vµ cã mét khe hë kü thuËt ®iÖn, cã mét cuén d©y ®iÒu khiÓn vµ mét lß xo nh¶ chung cho c¶ nÊp hót nam ch©m ®iÖn , kh«ng cã d©y dÉn mÒm. Thanh dÉn ®éng còng chÝnh lµ lß xo Ðp tiÕp ®iÓm. + D¹ng ch÷ U kiÓu hót chËp, xÐt trªn thùc tÕ ®èi víi r¬le xoay chiÒu cã dßng ®Þnh møc nhá, lùc hót ®iÖn tõ kh«ng lín l¾m thêng chän m¹ch tõ kiÓu SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 2 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu nµy, ®Æc tÝnh lùc hót gÇn víi ®Æc tÝnh ph¶n lùc, ®ã më cña tiÕp ®iÓm kh¸c víi khe hë lµm viÖc ®ång thêi ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n còng nh trong chÕ t¹o… KÕt cÊu s¬ bé: H×nh 1 1. N¾p m¹ch tõ 2. Lâi 3. Cuén d©y nam ch©m ®iÖn 4. TiÕp ®iÓm ®éng vµ thanh dÉn ®éng 5. TiÕp ®iÓm tÜnh vµ thanh dÉn tÜnh 6. C¬ cÊu truyÒn ®éng 7. CÇn truyÒn ®éng 8. Lß xo nh¶ 9. Vßng ng¾n m¹ch 10. æ trît cña cÇn truyÒn ®éng. Nguyªn lý lµm viÖc. * TiÕp ®iÓm thêng më khi cha cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tiÕp ®iÓm ë tr¹ng th¸i më (ng¾n m¹ch). H×nh 2 SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 3 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu * TiÕp ®iÓm thêng ®ãng khi kh«ng cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tiÕp ®iÓm ë tr¹ng th¸i ®ãng (®ãng m¹ch). Khi ®Æt ®iÖn ¸p nguån Unguån H×nh 3 lªn cuén d©y cña nam ch©m ®iÖn trong cuén d©y sinh ra tõ th«ng φ khÐp m¹ch qua m¹ch tõ cña nam ch©m ®iÖm vµ qua khe hë kh«ng khÝ δ (khe hë lam viÖc). Tõ th«ng φδ sinh ra lùc hót ®iÖn tõ F®t t¸c ®éng lªn n¾p tõ vµ hót n¾p xuèng. N¾p chuyÓn ®éng khi F®t > Fnh¶ sÏ lµm toµn bé phÇn ®éng chuyÓn ®éng vµ lóc ®ã c¸c tiÕp ®iÓm thêng më sÏ ®ãng l¹i (c¸c tiÕp ®iÓm thêng ®ãng sÏ më ra). Khi c¾t nguån F®t = 0 n¾p bÞ nh¶ ro do F nh¶; c¸c tiÕp ®iÓm sÏ trë l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu. IV. Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn. Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn trong khÝ cô ®iÖn ®ãng mét vai trß kh¸ quan träng. Nã ¶nh hëng tíi kÝch thíc cña khÝ cô ®iÖn vµ ®é tin cËy khi vËn hµnh. V× vËy viÖc x¸c ®Þnh hîp lý ®¹i lîng nµy cã mét ý nghÜa kh«ng nhá. Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn phô thuéc vµo kh¸ nhiÒu yÕu tè nh: ®iÖn ¸p, m«i trêng lµm viÖc… ViÖc x¸c ®Þnh c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn trong khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p thêng chän theo kinh nghiÖm. a. §iÖn ¸p ®Þnh møc theo c¸ch ®iÖn. Víi khÝ cô ®iÖn ®iÒu khiÓn vµ phÇn phèi n¨ng lîng h¹ ¸p (U®m = 220V), tån t¹i c¸c tiªu chuÈn, quy ®Þnh vÒ ®é bÒn c¸ch ®iÖn theo ®iÖn ¸p ®Þnh møc. ë tr¹ng th¸i kh« vµ s¹ch cña khÝ cô ®iÖn, nã ph¶i chÞu ®îc ®iÖn ¸p thö tÇn sè lµ 50Hz, thêi gian thö mét phót. Theo b¶ng (1 - 1)/ 13 tµi liÖu 1, ta cã. + §iÖn ¸p thö nghiÖm U = 220V + §iÖn ¸p ®Þnh møc cña c¸ch ®iÖn: Uc® = 220V SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 4 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu b. Kho¶ng c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn. Muèn khÝ cô ®iÖn cã ®é tin cËy cao th× cÇn kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn lín. Song nh vËy l¹i t¨ng kÝch thíc vµ khèi lîng cña thiÕt bÞ. V× vËy nªn chän theo kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn tèi thiÓu theo quy ®Þnh cña c«ng nghiÖp ®iÖn lùc cho c¸c lo¹i khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p th«ng dông. ë ®©y ta xÐt ë ®iÖn ¸p U®m = 220 V theo b¶ng ( 1-2)/14 tµi liÖu 1 ta chän khÝ cô ®iÖn trong m¹ch ®iÒu khiÓn vµ tÝn hiÖu, øng víi nã cã kho¶ng c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn, cô thÓ lµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c thanh dÉn. lc® = 10mm lc® H×nh 4 SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 5 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu PhÇn II : TÝnh to¸n m¹ch vßng dÉn ®iÖn. M¹ch vßng dÉn ®iÖn lµ bé phËn kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng kÕt cÊu vµ kÝch thíc hîp thµnh. M¹ch vßng dÉn ®iÖn cña r¬le bao gåm c¸c bé phËn sau: - Thanh dÉn: Thanh dÉn ®éng vµ tÜnh. - §Çu nèi - HÖ thèng tiÕp ®iÓm: + Gi¸ ®ì tiÕp ®iÓm + TiÕp ®iÓn ®éng + TiÕp ®iÓm tÜnh I. Thanh dÉn. 1. X¸c ®Þnh kÝch thíc thanh dÉn ®éng. a. Chän vËt liÖu. Thanh dÉn ®ång còng ®ång thêi lµ lß xo l¸ dïng ®Ó Ðp tiÕp ®iÓm, c¸c tiÕp ®iÓm ®îc g¾n trªn c¸c thanh dÉn. VËt liÖu lµm thanh dÉn b»ng ®ång phèt pho b»ng cøng, cã ®Æc ®iÓm lµ võa dÉn ®iÖn tèt võa cã tÝnh ®µn håi cao, thanh dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau (tra b¶ng cña tµi liÖu 1). Ký hiÖu: NhiÖt ®é nãng ch¶y : Ρ.Οφ 6.5 : 10830C §iÖn trë suÊt ë 200C : ρ = 0,0177.10-6 (xΩ cm) HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë : α = 0,0043 (1/0C) §é dÉn ®iÖn : λ = 393 W/mdeg NhiÖt dung riªng NhiÖt lîng nãng ch¶y NhiÖt lîng bay h¬i Modul ®µn håi Modul trît §é cøng : Cp = 386J/kgdeg : 50,6 J/g : 770,0 J/g : E = 100.103N/mm2 : Et = 42.103N/mm2 : HB = 91 kg/mm2 øng suÊt uèn cho phÐp : σu = 186 N/mm2- Giíi h¹n ®µn håi : σK = 550 N/mm2 SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 6 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp Giíi h¹n ®µn håi : σth = 320 N/mm2 HÖ sè në dµi : 17,7.10-6 1/0C Tû träng : γ = 8,9kg/dm3 NhiÖt ®é æn ®Þnh : [θ] = 950C b. KÕt cÊu cña thanh dÉn ®éng. b a H×nh 5 TiÕt diÖn vµ kÝch thíc c¸c c¹nh a,b cña c¸c chi tiÕt thanh dÉn h×nh ch÷ nhËt ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2 - 5)/19 tµi liÖu 1. b= 3 I 2®m .ρ® .K f 2n ( n + 1) .K t .τ«d Trong ®ã: n= a = 5 ÷ 12: HÖ sè h×nh d¸ng. b Chän n = 12 I®m = 5A Kf = Kbm . Kg = 1,03 ÷ 1,06 : lµ hÖ sè tæn hao phô ®Æc trng cho tæn hao bëi hiÖu øng bÒ mÆt vµ hiÖu øng gÇn. Chän Kf = 1,06 KT: hÖ sè to¶ nhiÖt kh«ng khÝ theo b¶ng (6 -5)/300 tµi liÖu 1 Chän KT = 9.10-6 [W] mm2 0C τ«® : §é t¨ng nhiÖt ®é æn ®Þnh τ«® = [θ] - θ0 = 950C - 400C = 550C §iÖn trë suÊt cña ®ång phèt pho ë nhiÖt ®é æn ®inh: θ«® = 950C. ρθ = ρ20 [1+ α (θ«® - θ20)] SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 7 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp = 0,0177 . 10-3 [ 1 + 0,0043 . 75] = 0,0234 . 10-3 ( Ωmm) 52 .0,0234.10−3.1,06 = 0,16 ( mm ) VËy: a = 3 1 ( 12 + 1) .12.9.10−6 .55 Suy ra: a = n . b = 12 . 0,16 = 1,92 mm - MÆt kh¸c ta ®· chän víi r¬le lo¹i nµy th× thanh dÉn ®éng còng chÝnh lµ lß xo Ðp tiÕp ®iÓm d¹ng tÊm ph¼ng vµ kÕt hîp chän theo ®êng kÝnh tiÕp ®iÓm vµ ®¶m b¶o ®é bÒn c¬ øng víi dßng ®iÖn: I®m = 5A Theo b¶ng (2 - 15) / 51 tµi liÖu 1 + §êng kÝnh tiÕp ®iÓm: dt® = 3 (mm) Ta chän: b = 0,4 (mm) a = 5 (mm) a, b lµ chiÒu réng vµ bÒ dµy thanh ®Én ®éng. + TiÕt diÖn thanh dÉn ®éng: St® = a . b = 5 . 0,4 = 2 mm2 + MËt ®é dßng ®iÖn qua thanh dÉn. Jt® = I ®m 5 = = 2,5 A/mm2 S td 2 Víi [Jcp ] = 1,5 ÷ 4 A/mm2 * Ta nhËn thÊy mËt ®é dßng qua thanh dÉn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn. - TÝnh to¸n nhiÖt ®é thanh dÉn. Theo c«ng thøc: (2 - 4)/18 tµi liÖu 1, ta cã: θ«d = θtd = I ®m .ρ0 .K T + Sp.K T .θmt Sp.K T - I 2®m .ρ0 .K f .a Víi: * S = 2m2: lµ tiÕt diÖn thanh dÉn * p = 2 (a + b) = 2 (5 + 0,4) = 10,8mm lµ chu vi thanh dÉn. ρ20 0,0177.10 −3 ρ0 = = 1 + α .θ20 ( 1 + 0,0043.20 ) = 0,0163 . 10-3 ( Ωmm) SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 8 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp 2. TÝnh to¸n thanh dÉn ®éng ë chÕ ®é ng¾n m¹ch. Theo c«ng thøc ( 6 - 11)/ 321 tµi liÖu 1 ta cã: I 2nm .t nm = Anm - A® = Abn - A® S 2td Suy ra: Inm = Ibn = Std . A bn - A ® t nm Víi: Inm = Ibn: lµ dßng ng¾n m¹ch - dßng ®iÖn bÒn nhiÖt. Abn = Anm: lµ gi¸ trÞ h»ng sè tÝch ph©n bÒn nhiÖt vµ øng víi nhiÖt ®é ban ®Çu. Tra ®å thÞ h×nh ( 6 - 5)/ 313 tµi liÖu 1: Víi θbn cña ®ång phèt pho cho phÐp b»ng 3000 th×: Abn = 3,75 . 104 (/A2S/mm4) θ«® = 950 th× A® = 1,6 . 104 (/A2S/mm4) Suy ra: Ibn = 2. 3,75.10 4 - 1,6.10 4 t bn * Víi c¸c gi¸ trÞ thêi gian kh¸c nhau ta cã c¸c gi¸ trÞ dßng ®iÖn vµ mËt ®é dßng ®iÖn tÝnh to¸n t¬ng øng. + tbn = 3s → Ibn = 200 → Ibn = 2,15 = 169,3 (A) 3 I bn 169,3 = = 84,7 (A) S td 2 + tbn = 4s → Ibn = 200 → Ibn = 2,15 = 146,3 (A) 3 146,3 = 73,15 (A/mm2) 2 + tbn = 10s SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 9 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp 2,15 = 92,74(A) 3 → Ibn = 200 → Ibn = 92,74 = 46,4 (A/mm2) 2 Theo b¶ng (6-7)/305 tµi liÖu 1 ta cã c¸c gi¸ trÞ mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp ®èi víi ®ång øng víi c¸c thêi gian trªn: 3sec → [Jbn] = 94 (A/mm2) 4 sec → [Jbn] = 82 (A/mm2) 10sec → [Jbn] = 51 (A/mm2) VËy ta cã b¶ng so s¸nh mËt ®é dßng ®iÖn nh sau: Tbn (s) [Jbn] (A/mm2) JbhtÝnh (A/mm2) 3 94 84,7 4 82 73,15 10 51 46,4 Ta nhËn thÊy Jbn < [Jbn]cp. Nh vËy cã thÓ b¶o ®¶m ®îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cho phÐp. 3. Thanh dÉn tÜnh. §Ó ®¶m b¶o ®é dµy b¾t vÝt nèi vµ mËt ®é dßng ®iÖn n»m trong kho¶ng cho phÐp ta chän kÝch thÝch thanh dÉn tÜnh lín h¬n kÝch thíc thanh dÉn ®éng. Ta chän: b = 1mm A = 6mm Suy ra: Stdt = a . b = 6.1 = 6mm2 II. TÝnh to¸n vÝt ®Çu nèi. §Çu nèi tiÕp xóc lµ phÇn tö quan träng cña khÝ cô ®iÖn. §Çu nèi cã thÓ chia lµm hai phÇn. + C¸c ®Çu cùc ®Ó nèi víi d©y dÉn bªn ngoµi. + Vµ c¸c mèi nèi c¸c bé phËn bªn trong m¹ch vßng dÉn ®iÖn. Ta chän kÕt cÊu vÝt ®Çu nèi cã ®¹ng mèi nèi th¸o rêi ®îc v»ng vÝt. DiÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 10 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp Stx = a. b = I ®m J §èi víi thanh dÉn vµ chi tiÕt b»ng ®ång, mËt ®é dßng ®iÖn J cã thÓ lÊy b»ng 0,31 A/mm2 øng víi dßng ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè f = 50Hz dßng ®Þnh møc nhá h¬n 200A ( theo tµi liÖu 1 trang 31) Suy ra: Stx = 5 = 16,13 (mm2) 0,31 KÝch thíc vµ sè lîng cña chi tiÕt dïng ®Ó nèi ®îc tÝnh theo sè liÖu thùc nghiÖm trong b¶ng ( 2 = 9)/32 tµi liÖu1. Víi dßng ®iÖn I®m = 5A th× kÝch thíc cña vÝt lß: - §êng kÝnh ren hÑ mÐt. + Bul«ng thÐp: M3 x 18 + Trô lâi dÉn ®iÖn cã ren b»ng ®ång thau: M3 x 18, mèi nèi th¸o rêi ®îc. - Lùc Ðp cña mèi nèi tÝnh theo c«ng thøc Ftx = ftt . Stx Trong ®ã: ftt = 100 ÷ 150 (kg/cm2) : lùc Ðp riªng. Chän ftx = 100 kg/cm2 Suy ra: Ftx = 100. 16,13 . 10-2 = 16,13kg = 161,3 N - §iÖn trë tiÕp xóc cña mèi nèi kh«ng bÞ ph¸t nãng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc dùa vµo kÕt qu¶ thùc nghiÖm (2 - 25)/59 tµi liÖu 1. Rtx = K tx ( 0,102.Ftx ) m - m = 0,7 (tiÕp xóc mÆt) - Ktx = 3,04 .10-3: hÖ sè kÓ ®Õn sù ¶nh hëng cña vËt liÖu vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña tiÕp ®iÓm gi÷a (®ång thau - thÐp) Suy ra: Rtx = 3,04.10 −3 ( 0,102.161,3 ) 0,7 = 0,43.10-3 Ω SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 11 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu - §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë tiÕp xóc. Utx = I®m . Rtx = 5. 0,43 . 10-3 VËy Utx ®· n»m trong kho¶ng cho phÐp lµ [Utx] = 2 ÷ 30 mV. III. X¸c ®Þnh kÝch thíc tiÕp ®iÓm. 1. Chän vËt liÖu tiÕp ®iÓm. Víi dßng ®iÖn Idm = 5A, theo b¶ng (2 - 13)/44 tµi liÖu 1. Ta chän vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm lµ b¹c kÐo nguéi víi c¸c th«ng sè kü thuËt sau: Ký hiÖu : CP 999 Tû träng : γ = 10,5 g/dm3 NhiÖt ®é nãng ch¶y : θnc = 9610C §é dÉn ®iÖn : λ = 4,16 w/cm0C HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë : 4.10-3 1/0C §iÖn trë suÊt ë 200C : ρ20 = 1,59.10-6 (Ωcm) §é cøng : HB = (30 - 60) kg/mm2 - KÝch thíc tiÕp ®iÓm phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn ®Þnh møc. KÕt cÊu hÖ thèng tiÕp ®iÓm vµ tÇn sè ng¾t cña dßng ®iÖn. Chän kÝch thíc tiÕp ®iÓm lµ h×nh trô cÇu, theo b¶ng (2 - 15)/51 tµi liÖu 1. Víi I ®m = 5A ta chän. §êng kÝnh tiÕp ®iÓm: d = 3mm ChiÒu cao tiÕp ®iÓm: h = 1,2 mm h d H×nh 6 TiÕp ®iÓm ®éng vµ tÜnh cã d¹ng nh nhau SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 12 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp V× tiÕp ®iÓm cã d¹ng h×nh trô cÇu nªn khi tiÕp xóc cã d¹ng tiÕp xóc ®iÓm. 2. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm. a. TÝnh theo lý thuyÕt. Theo c«ng thøc (2 - 14) / 53 tµi liÖu 1 Ft® = I 2®m . A.π.H B 1 . 2 2 16.λ   Tt®    arcos  ÷  Ttx    - Ft® = n. Ft®1 V× tiÕp xóc c¶ hai tiÕp ®iÓm lµ tiÕp xóc ®iÓm nªn n = 1 Suy ra: Ft® = Ft®1 I®m = 5A HB = 91 (kg/mm2): ®é cøng vickÐt cña ®ång λ = 4,16 (W/cm0C): hÖ sè dÉn nhiÖt A = 2,42.10-8 V2/0C2 : h»ng sè loren Ft®1 : gäi lµ lùc nÐn t¹i mét ®iÓm tiÕp xóc Ttd : nhiÖt ®é thanh dÉn nèi tiÕp xóc Ftx = Tt® + ∆T: nhiÖt ®é tiÕp xóc Víi ∆T = ( 5 ÷ 10)0K Chän ∆T = 80K Suy ra: Ttx = Ttd + 80K = (θtd + 273) + 80K = ( 43 + 273) + 8 = 3240K 52.2,42.10 −8.π .91 Suy ra: Ft® = 16 ( 0,416 ) 2 . 1 2   316   = 0,002 (N) arccos  324      b. TÝnh lùc Ftd theo c«ng thøc thùc nghiÖm. Theo c«ng thøc (2 - 17)/56 Tµi liÖu 1. Ft® = ft® . I®m Víi r¬le ®iÖn tõ trung gian xoay chiÒu cã dßng ®iÖn ®Þnh møc: SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 13 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp I®m = 5A vµ vËt liÖu tiÕp ®iÓm lµ b¹c kÐo nguéi nªn ta cã: ft® = 5 ÷ 10 (G/A) Chän ft® = 7 (G/A) Suy ra: Ft® = 7.5 = 35G = 0,35 (N) * So s¸nh hai kÕt qu¶ gi÷a lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ta cã. Ft® = 0,35 (N) 3. TÝnh ®iÖn trë tiÕp xóc Rtx - Theo c«ng thøc lý thuyÕt: ρ§ 2 Rtx = π.H Bb¹c Ft®1 Víi ρ§ = ρ20 [1+ α (θ - 20)] = 1,59 . 10-6 [1 + 4.10-3 (95 - 20)] = 2,067 .10-6 (Ωcm) Suy ra: Rtx = 2,067.10 −6 2 3,14.60.10 2 = 0,76.10-3 (Ω) 0,035 - Theo c«ng thøc thùc nghiÖm: Rtx = K tx ( 0,102.Ft® ) m Trong ®ã: - Ktx = 0,06 . 10-3, chän theo b¶ng gi÷a b¹c - b¹c trang 59 tµi liÖu 1. - m = 0,5: hÖ sè d¹ng bÒ mÆt lµ tiÕp xóc ®iÓm. - Ft® = 0,35 (N) Suy ra: Rtx = 0,06.10 −3 ( 0,102.0,35 ) 0,5 = 0,32 . 10-3 (Ω) * So s¸nh gi÷a hai kÕt qu¶ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ta lÊy gi¸ trÞ. Rtx = 0,76 . 10-3 (Ω) 4. TÝnh ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm. Theo c«ng thøc (2 - 27)/62 tµi liÖu 1 Utx = I . Rtx (V) = 5 . 0,76 . 10-3 = 3,8 .10-3 V SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 14 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp * So s¸nh víi tiªu chuÈn: [Utx] = 2 ÷ 30mV; Ta thÊy Utx tÝnh ®îc ®· tho¶ m·n yªu cÇu cho phÐp 5. TÝnh nhiÖt ®é tiÕp ®iÓm. Dùa vµo sù c©n b»ng nhiÖt trong qu¸ tr×nh ph¸t nãng thanh dÉn, ta tÝnh nhiÖt ®é tiÕp ®iÓm theo c«ng thøc (2 - 11)/ 52 tµi liÖu 1 I 2®m .ρθ I 2®m .R tx + θt® = θmt + Sp.K T 2 λ.p.s.K T Víi: St® = π.d2t® 3,14.32 = 7,07 mm2 = 4 4 pt® = π. dt® = 3,14 . 3 = 9,42 mm KT = 9. 10-6 (W/mm2 0C): hÖ sè to¶ nhiÖt khèng chÕ λ = 0,416 (W/mm0C) Rtx = 0,76 . 10-3 (Ω) 52.2,067.10 7 52.0,76.10 7 + θt® = 40 + 7,07.9,42.9.10 −6 2 0,416.9,42.7,07.9.10 −6 Suy ra: = 410C Theo c«ng thøc ( 2 -12)/ 52 tµi liÖu 1 ( ) 2 2 2 52 −,76.10 −3 I .R ®m tx θtx = θt® + = 41 + 8.λ.ρθ 8.0,416.2,067.10 −7 = 620C * Nh vËy: θtx < [θ]cp = 950C lµ nhiÖt ®é cho phÐp ®èi víi thanh dÉn còng nh tiÕp ®iÓm. 6. TÝnh dßng ®iÖn hµn dÝnh. - Theo c«ng thøc lý thuyÕt ( 2 - 23) / 66 tµi liÖu 1 ta cã: Ihdb® = A . fnc . Ft® SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 15 §å ¸n tèt nghiÖp Trong ®ã: ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu fnc = 2 ÷ 4: HÖ sè ®Æc trng cho sù t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc trong qu¸ tr×nh ph¸t nãng: chän fnc = 2 A: lµ h»ng sè víi tõng lo¹i vËt liÖu tiÕp ®iÓm, ®îc tÝnh theo c«ng thøc ( 2 - 43) trang 66 tµi liÖu 1. A= Víi ρ 0 = 1   32.λ.θnc  1 + α.θcn ÷ 3   2   π.H B .ρ0  1 + α.θnc ÷ 3   ρ 20 1,59.10 − 6 = = 0,0147 .10-3 ( Ωmm) 1 + α .20 1 + 0,004.20 θnc = 9610C Suy ra: A= Suy ra: 1   32.0,146.916  1 + .0,004.916 ÷ 3   = 1720 2  −3  3,14.60.0,0147.10  1 + .0,004.961 ÷ 3   Ih® = 1720 . 2. 0,035 = 455,1 (A) So víi yªu cÇu kü thuËt . Inm = 10. I®m = 10. 5 =50 (A) * Nh vËy kh«ng thÓ hµn dÝnh ®îc tiÕp ®iÓm khi ng¾n m¹ch. - TÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm. ( 2 - 36)/67 tµi liÖu 1 Ihdb® = Kh® . Trong ®ã: Ft® (A) Ft® = 0,035 kg Kh® = 300 (A/kg): hÖ sè hµn dÝnh x¸c ®Þnh theo b¶ng (2-19)/67 tµi liÖu 1. Suy ra: Ihdb® = 900 . 0,035 = 168,4 (A) * Nh vËy víi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch Inm =50A kh«ng thÓ hµn dÝnh tiÕp ®iÓm. SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 16 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp 7. TÝnh ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm a. §é më. §é më m cña tiÕp ®iÓm lµ 1 kho¶ng c¸ch gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh ë vÞ trÝ ng¾t cña r¬ le. Ph¶i chän ®é më cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o dËp t¾t hå quang nhng kÝch thíc vµ khèi lîng cña c¬ cÊu truyÒn ®éng ®¹t ®îc tiªu chuÈn tèi u Theo kinh nghiÖm: Víi dßng ®iÖn: I®m = 5 (A) §iÖn ¸p: U®m = 220 (V) Ta chän ®é më m = 4 (mm) b. §é lón. §é lón l cña tiÕp ®iÓm lµ qu·ng ®îc ®i ®îc thªm cña tiÕp ®iÓm ®éng nÕu kh«ng cã tiÕp ®iÓm tÜnh c¶n l¹i. CÇn thiÕt ph¶i cã ®é lón cña tiÕp ®iÓm ®Ó cã lùc Ðp tiÕp ®iÓm mµ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc tiÕp ®iÓm bÞ ¨n mßn, nhng vÉn ®¶m b¶o tiÕp xóc tèt. §é lón l ®îc tÝnh theo c«ng thøc: l = A + B . I®m Ta chän theo kinh nghiÖm: A = 1,5 (mm) B = 0,02 (mm) → l = 1,5 + 0,02 . 5 = 1,6 ( mm) 8. TÝnh ®é rung tiÕp ®iÓm. + Ta tÝnh biªn ®é rung theo c«ng thøc (2 - 39)/72 tµi liÖu 1. Víi tiÕp ®iÓm lµ h×nh trô cÇu. Xm1 = m ® .V®o2 ( 1 - K V ) 2.Ft®® Trong ®ã: - Ft® ® = ( 0,4 ÷ 0,7) Ft®c = 0,6 . 0,035 = 0,021 kg SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 17 ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu §å ¸n tèt nghiÖp Lµ lùc Ðp tiÕp ®iÓm ban ®Çu t¹i thêi ®iÓm va ®Ëp. - m® = G® (KG.S2/m): khèi lîng n¾p g - G® = mc . I®m ( KG) Theo b¶ng (2 - 17)/55 tµi liÖu 1 ta cã: Mc = 7.10-3 (KG/A): khèi lîng ®¬n vÞ → G® = 7 . 10-3 . 5 = 35.10-3 KG VËy: G ® 35.10 −3 = = 3,57.103 (KG.S2/m) m = g 9,81 ® - V®o : VËn tèc t¹i thêi ®iÓm va ®Ëp Chän V®o = 0,1 (m/s) - KV = 0,85 ÷ 0,9 Chän KV = 0,85: hÖ sè va ®Ëp phô thuéc vµo tÝnh ®µn håi cña vËt liÖu Suy ra: Xm1 = 3,57.10 −3.0,12 ( 1 − 0,85 ) 2.0,021 = 0,1275 (mm) V× sè tiÕp ®iÓm thêng më cöa r¬le lµ 5 nªn ta cã ®é rung tæng: Xm∑ = X m1 0,1275 = = 0,0255 (mm) 5 5 + Thêi gian rung cña tiÕp ®iÓm theo c«ng thøc (2-40)/72 tµi liÖu 1 2.m ® .V®o . 1- K v 2.3,57.10−3.0,1 1 − 0,85 tm = = = 2,63 (ms) 5.Ft®® 5.0,021 Thêi gian c¶ 5 cÆp tiÕp ®iÓm rung, s¬ bé ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2 - 47)/74 tµi liÖu 1. tm∑ = ( 1,5 ÷ 1,8) . 2 tm = 1,5 . 2 . 2,63 = 7,9 (ms) 9. TÝnh to¸n sù ¨n mßn cña tiÕp ®iÓm. Sù ¨n mßn cña tiÕp ®iÓm x¶y ra trong qu¸ tr×nh ®ãng ng¾t m¹ch ®iÖn vµ phô thuéc vµo rÊt nhiÒu yÕu tè. + §iÒu kiÖn lµm viÖc SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 18 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu + KÕt cÊu cña khÝ cô ®iÖn Theo c«ng thøc (2 - 54)/79 tµi liÖu 1 Trong ®ã: - K®, Kng: HÖ sè mßn khi ®ãng vµ khi ng¾t cho trong h×nh (2 - 16)/79 tµi liÖu 1. K® = Kng = 0,5 (g/A2) Kk® = 1,1: hÖ sè kh«ng ®ång ®Òu ®¸nh gi¸ ®é mßn. I® = . I®m = 5 (A) Ing =5I®m =25 (A) g, gng: khèi lîng tiÕp ®iÓm bÞ ¨n mßn trong khi ®ãng vµ ng¾t. Suy ra: g® + gng = 10-9 ( 0,5 . 252 + 0,5 . 52). 1,1 = 357,5 . 10-9 (g) Nh vËy khèi lîng mßn cña mét lÇn ®ãng ng¾t lµ: 357,5 . 10-9 (g) VËy sau106 lÇn ®ãng ng¾t th× tiÕp ®iÓm mßn: 357,5 . 10-9 .106 = 357,5 . 10-3 (g) + ThÓ tÝch cña tiÕp ®iÓm: π.d2t® 3,14.32 Vt® = St® . h = .h = .1,2 = 8,478 mm3 4 4 + ThÓ tÝch bÞ mßn cña tiÕp ®iÓm: mhm 357,5.10 −3.10 −3 = Vmßn = = 3,405 (dm3) γ 10,5 = 3,405 (mm3) Víi: γ = 10,5 kg/dm3: träng lîng riªng cña b¹c kÐo nguéi Mhm = 357,5 . 10-3 (g): khèi lîng hao mßn cña tiÕp ®iÓm. - §é hao mßn cña tiÕp ®iÓm ®îc tÝnh theo % Vmßn 3,405 .100% = .100% = 40,2% Vt® 8,478 SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 19 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ r¬le trung gian xoay chiÒu PhÇn III: TÝnh to¸n vµ dùng ®êng ®Æc tÝnh c¬ Khi nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña c¸c c¬ cÊu khÝ cô ®iÖn, cÇn ph¶i kh¶o s¸t hai qu¸ tr×nh kh¸c biÖt nhau lµ qu¸ tr×nh ®ãng vµ qu¸ tr×nh c¾t cña chóng. Trong qu¸ tr×nh ®ãng khÝ cô ®iÖn, lùc chuyÓn ®éng ph¶i th¾ng ®îc lùc c¶n trë chuyÓn ®éng, trong ®ã cã c¶ lùc c¶n cã Ých (lùc Ðp tiÕp ®iÓm ). Yªu cÇu c¬ b¶n cña c¬ cÊu khÝ cô ®iÖn lµ : + C¬ cÊu ph¶i ®¶m b¶o trÞ sè cÇn thiÕt cña c¸c th«ng sè ®éng lùc häc cña c¬ cÊu chÊp hµnh ( hµnh tr×nh, gãc quay, ®é lón, ®é më) + Lùc chuyÓn ®éng cña c¸c c¬ cÊu ®¶m b¶o viÖc ®ãng c¾t cña c¬ cÊu chÊp hµnh + Tèc ®é cña c¬ cÊu chÊp hµnh cÇn ®¶m b¶o, khi ®ãng m¹ch, tèc ®é chuyÓn ®éng cña tiÕp ®iÓm ph¶i ®ñ lín ®Ó gi¶m nhá thêi gian ch¸y hå quang vµ tèc ®é kh«ng lín tr¸nh va ®Ëp, rung ®éng. + Ph¶i ®¶m b¶o thêi gian t¸c ®éng. I. LËp s¬ ®å ®éng. C«ng dông cña s¬ ®å ®éng lµ cho ta biÕt s¬ bé mét c¸ch râ rµng vµ chÝnh x¸c vÒ sù truyÒn vµ biÕn ®æi chuyÓn ®éng cña c¸c kh©u trong c¬ cÊu, cña c¸c vÞ trÝ ®Æc trng nhÊt cña chu tr×nh chuyÓn ®éng. §ã lµ hai vÞ trÝ ®ãng vµ vÞ trÝ ng¾t. C¸c sè liÖu ®Æc trng cña s¬ ®å ®éng : + §é lín hµnh tr×nh hoÆc gãc quay cña c¸c kh©u chñ ®éng vµ bÞ ®éng. + ChiÒu dµi c¸c tay ®ßn, tØ sè truyÒn. + §Æt vµ ®Þnh híng c¸c vÐct¬ lùc hay m«men lùc. Ta ph©n tÝch lùc cña s¬ ®å ®éng ë hai tr¹ng th¸i : δ = 0 vµ δ ≠ 0 hay δ = m+1 Khi khe hë δ = 0, tr¹ng th¸i nam ch©m hót n¾p SV NguyÔn c«ng LuËn - §KT - K44 Trang 20