1
SV: Nguyễn Thanh
Huy
Đồ án : Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3
pha
PHẦN I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG
ÁN,
CHỌN KẾT CẤU THIẾT
KẾ.
Để có một kết cấu hợp lí và phù họp với điều kiện công nghệ cho
công
tắc tơ thiết kế. Ta tiến hành khảo sát một số công tắc tơ của một số nước
đang
được sử dụng ở Việt
nam.
Sau khi tham khảo công tắc tơ của một số nước hiện ở thị trường
Việt
nam gồm có: Việt nam, Liên xô (cũ), Trung quốc, Nhật, Em nhận thấy
về
cơ bản công tắc tơ của các nước đều có sự giống
nhau.
Kiểu hút thẳng, dạng mạch từ chữ ш, cuộn dây đặt ở cực từ giữa,
vòng
dây chống rung đặt ở hai cực từ bên. Tiếp điểm dạng bắt cầu, một pha hai
chỗ
ngắt.
Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ ngát có đặt buồng
hồ
quang
riêng.
Hệ thống phản lực: Dùng lò xo nhả đẩy phần

phep.
Như vậy với tiếp điểm chính có I
đm
= 100(A) ta chọn dạng tiếp xúc
(Chữ
nhật – chữ nhật) là tiếp xúc mặt. Tiếp điểm động dạng chữ nhật và tiếp
điểm
tĩnh dạng chữ nhật. Còn tiếp điểm phụ có I
đmp
= 5(A) ta chọn tiếp xúc
(mặt
cầu – mặt cầu) là tiếp xúc
điểm.
Vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là 2, khả năng ngắt
nhanh,
chịu được hồ quang và lực điện động. Giảm hành trình chuyển động dẫn
đến
giảm kích thước của công tắc
tơ.
II. CHỌN BUỒNG DẬP HỒ
QUANG.
Buồng dập hồ quang có tác dụng giứp ta dập tắt hồ quang nhanh
nên
phải đảm bào các yêu cầu
sau:
Bảo đảm khả năng đóng và khả năng và khả năng ngắt: Nghĩa là
phải
đảm bảo giá trị dòng điện ngắt ở điều kiện cho
trước,
Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hoá nhỏ, nếu không có thể

Dùng làm việc trong chế độ nhẹ, đặc hiệt trong trường hợp lò xo
nhỏ
không đủ khức phục các loại lực
cản.
Nam châm điện đóng vai trò cơ cấu truyền động công tắc tơ, nó
quyết
định tính năng làm việc và kích thước của công tắc
tơ.
Xét yêu cầu về để tài đã chọn: Nam châm điện xoay chiều mạch từ
dạng
chữ ш hút thẳng. Mạch từ ghép bằng các lá thép kỹ thuật. Vì cần thiết kế
3
tiếp điểm chính với U
đm
= 400(V), I
đm
= 100(A), cuộn dây nam châm có U
đk
=
380(V)
1 – lõ xo
nhả
2 – Nam châm
điện.
3 – Tiếp điểm
tĩnh.
4 – Buồng dập hồ
quang.
5 – Tiếp điểm
động.

mức.
Môi trường làm
việc.
Quá trình dập tắt hồ
quang.
Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phương pháp
sau:
1 – Theo độ bền làm việc
pha.
2 – Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với
đất.
3 – Theo chế độ bền điện ngay trong nội tại của công tắc tơ đối với
các
phần tử mang
điện.
Nếu ta chọn khoảng cách quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu
chọn
khoảng cách lớn sẽ tăng kích thước công tắc
tơ.
Đối với các pha với nhau điện áp lớn hơn điện áp giữa các pha phần
tử
mang điện đối với đất, hơn nữa vỏ của các công tắc tơ được làm bằng
nhựa
cứng, do đó cách điện với đất tốt, làm việc hoàn toàn an
toàn.
Do đó cách điện giữa các pha trong công tắc tơ là quan trọng nhất, vì
vậy
ta phải xác định khoảng cách
này.
Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phương pháp (độ bền điện

nên
chọn kết cấu của cách điện dạng gờ, mái bật như hình
vẽ.
l
rò
L
cđ
6
SV: Nguyễn Thanh
Huy
PHẦN II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH
VÒNG
DẪN
ĐIỆN.
Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ bao gồm: Thanh dẫn, hệ thống
tiếp
điểm.
Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện là đảm bảo độ bền cơ, độ
bền
điện động và độ bền nhiệt. Khi làm việc dài hạn với I
đm
nhiệt độ mạch
vòng
không vượt quá nhiệt độ cho phép. Khi làm việc ở chế độ ngắn mạch
trong
thởi gian cho phép, mạch vòng phải chịu lực điện động do vòng ngắn
mạch
gây ra mà không bị phá
hỏng.
Trong quá trình đóng ngắt mạch điện thường xuyên cũng như có sự

nối.
5 – Thanh dẫn
tĩnh.
6 – Tiếp điểm
tĩnh.
A. THANH
DẪN.
Thanh dẫn công tắc tơ gồm: Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh,
trên
thanh dẫn động có gắn tiếp điểm động còn trên thanh dẫn tĩnh có gắn
tiếp
điểm
tĩnh.
Thanh dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động vì nó có
gia
công bắt vít nối với hệ thống bên ngoài và chịu lực va đập cơ khí của
phần
động.
I. TÍNH TOÁN THANH DẪN
ĐỘNG.
1. Chọn vật liệu để thanh dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ, ta chọn
vật
liệu có điện trở suất càng nhỏ càng
tốt.
Theo bảng (2 – 13)/44 quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là
đông
kéo nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI – TB có các thông số kỹ
thuật
sau:
θ = 1083 (

riêng.
H
B
= 80
÷
120 (kg/mm
2
) - Độ cứng
Briven.
[θ
cp
] = 95
o
C – Nhiệt độ phát nóng cho
phép.
8
SV: Nguyễn Thanh
Huy
2
Chọn thanh dẫn động có tiết diện dạng chữ nhật với kích thước là a,
b
như hình
vẽ.
2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài
hạn.
Xác định kích thước a,
b.
Theo công thức (2 – 6)/19 – Quyển 1 ta
có:
I

k
p
: Hệ sổ tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và
hiệu
ứng
gần.
Theo trang 18 quyển 1 ta
có
k
p
= 1.03
÷
1.06
Ta chọn k
p
=
1.05.
k
T
: Hệ số toả nhiệt ra không
khí.
Theo bảng (6 - 5)/300 – Quyển 1 ta
có:
k
T
= (6
÷
9)
(W/m
2o

55
o
C.
p
θ
; Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho
phép.
Ta có: p
θ
= p
20
[1 + α([θ] – 20)]
Ω
mm
Theo bảng (6 – 2)/292 – quyển 1 ta
có:
p
20
= 0.01741x10
-3
(
Ω
mm).
α = 0.0043 (1/
o
C) – Hệ số nhiệt điện
trở.
p
θ
= 0.01741x10


×
7
×

10
−
6

×
55
=
1.95mm
Ta
có:
a
b
= 6 → a = 6b = 6x1.95 = 11.7
mm.
Vậy kích thước thanh dẫn tối thiểu
là:
a = 11.7
mm
b = 1.95
mm
Mặt khac kích thước thanh dẫn còn được xác định theo đường kính
tiếp
điểm.
Theo bảng (2 - 15)/51 – Quyển 1. Với I
đm

diện tích tiếp điểm hình tròn sang diện tích hình chữ
nhật.
Chọn a
tđ
= 14
(mm)
2
Ta có: S
tđtròn
= S
tđcn
=
a
tđ
.b
tđ
π

d
2
4
= a
tđ
.b
tđ
= 254.34 (mm
)
254

.34

(A)
S = S
tđ
= a.b = 32
(mm
2
)
100
2
J
tđ
=
32
= 3.125 (A/mm
)
So sánh [Jtd] = 4 (A/mm
2
) thì J
tđ
phù
hợp.
Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn, theo công
thức
(2 - 4)/18 quyển 1 ta
có.
s.p
=
I
®m
.P

P
.
K θ
θ
tđ
=
®m 0 p T
0
S
.
P
.
K
−
I
2
.P
.k
p.
α
T
®
m

0
Trong đó: θ
tđ
- Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh
dẫn.
I

)
P

20
0.01741.10

-3
-3
Ω
mm).
Mà P
0
=
1 + α
20
=
1 + 0.0043.20
= 0.016.10
(100
2


< [θ
cp
] = 95
o
C là thích
hợp.
Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn
hạn:
Ta tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với
các
thời gian ngắn mạch khác
nhau.
Theo công thức (6 – 21)/313 – quyển 1 ta
có:
J
nm
2
.t
nm
= A
nm
–
A
đ
A
nm
-

o
C.
Tra đồ thị (6 – 6)/313 – quyển 1 ta
được:
A
nm
= 4.10
4
(A
2
S/mm
4
).
θ
đ
= 95
o
C = 1.65x10
-4
(A
2
S/mm
4
)
Ta có: A
nm
– A
đ
= 4.10
4

(A/mm
2
)
So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn
đồng
ở bảng (6 – 7)/305 – quyển 1, ta có bảng
sau:
T
nm
(S) 3 4 10
[J
nm
]
(A/mm
2
)
94 82 51
J
nmtt
(A/mm
2
)
88.5 76.64 47.43
Như vậy: J
nm
< [J
nm
] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm
bảo
làm việc tin

là:

I 100
2
J
t
=
S
t
=
36
= 2.8 (A/mm
)
Vậy J
t
= 2.8 (A/mm
2
) < [J
cp
] = 4
(A/mm
2
).
J
t
= 2,8 (A/mm
2
) < [I
cp
] = 4

dòng
ngắn mạch chạy
qua.
Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phát nóng
phải
ổn định khi công tắc tơ vận hành liên
tục.
1. Chọn kích thước mối
nối.
Căn cứ vào ứng dụng của công tắc tơ chọn kiểu nối nối tháo rời ren
sử
dụng vít M
8x20
tra bảng (2 – 3)/32 – quyển
1.
1 – Vít M
8x20
2 – Long
đen.
3 – Thanh dẫn đầu
ra.
m
-3
4 – Thanh dẫn
tĩnh.
2. Tính toán đầu
nối.
Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công
thức:
I

tx
=
f
tx
.S
tx
Theo quyển 1 (trang 33) ta chọn f
tx
= 120
(kg/cm
2
).
Với S
tx
= 322.58x10
-2
(cm
2
)
Vậy F
tx
= 120x322.58x10
-2
= 387.09 (kg) = 3870,9
(N)
F
tx
= 3.87 (KN) < 4.2 (KN) theo quyển 1 (trang 33) là phù
hợp.
Điện trở tiếp

hưởng của vật
liệu.
m – là hệ số phụ thuộc hình thức tiếp
xúc.
Vì hai thanh dẫn ghép có vít, cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc
mặt.
Vậy theo (trang 59) – quyển 1 ta có m =
1.0.2x10
-3

R
tx
=
[0.102x387.09]
1
=
0.005x10
Điện áp tiếp xúc mối
nối.
(
Ω
).
Theo công thức (2 – 27)/62 – quyển
1:
15
SV: Nguyễn Thanh
Huy

rung
của tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho
phép.
C. TÍNH TOÁN TIẾP
ĐIỂM.
Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng, ngắt mạch điện, vì vậy kết cấu
và
thông số của tiếp điểm có ảnh hưởng đến kết cấu và kích thước toàn bộ
của
công tắc tơ, tuổi thọ công tắc
tơ.
I. YÊU CẦU TIẾP
ĐIỂM.
Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc phải nhỏ hơn [θ
cp
]
.
Với dòng điện lớn hơn cho phép, tiếp điểm phải chịu được độ bền
nhiệt
và độ bền điện động, hệ thống tiếp điểm dập hồ quang phải có khả năng
đóng
ngắt cho phép không bé hơn trị số cho
phép.
Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện giới hạn
cho
phép tiếp điểm phải có độ bền về cơ và độ bền điện nhất
định.
Độ rung tiếp điểm không vượt quá trị số cho
phép.
Đảm bảo độ

3
) – Khối lượng
riêng.
θ
nc
= 3403 (
o
C) – Nhiệt độ nóng
chảy
P
20
= 4.0x10
-5
(Ωmm) - Điện trở suất ở
20
o
C
λ = 3.25 (W/cm
o
C) - Độ dẫn
nhiệt.
H
B
= (65
÷
85) (kg/mm
2
) - Độ cứng
Brinen
Chọn H

SV: Nguyễn Thanh
Huy
3. Tính lực ép tiếp điểm tại một chỗ tiếp
xúc.
Lực ép tiếp điểm Ftđ được xác định theo công thức lý thuyết và
công
thức thực
nghiêm.
Theo công thức lý
thuyết.
Từ công thức (2 – 14) trang 53 quyển
1
2
A
π
xH
B1

F
tđ
= I
tđ
16
λ
2
T
t®

mức.
H
B
= 75 (kg/mm
2
) Độ cứng Briven vật liệu làm tiếp
điểm.
λ = 3.25 (W/cm
o
C) - Độ dẫn
nhiệt
A = 2.310
-8
(V/
o
C) – Hằng số
Loren.
Theo trang 53 quyển 1 ta
có:
T
tđ
= θ
tđ
+ 273(
o
K) = 75.5 + 273 = 348.5
(
o
K)
T

0
2
x2.3x10

-8

x3.14x75
1

F
tđ1
=
16
(
0.325
)
2
⎛
348

.5
⎞
= 0.0009
(kg)
[arccos
⎜ ⎟
]

= (7
÷
15)
(G/A)
Chọn F
tđ
= 10
(G/A)
⎝
350.5
⎠
Vậy F
tđ1
= 10x100 (G) = 1.0 (KG) = 10
(N).
So sánh hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm khi dòng điện nhỏ cần
có
dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định
điện
động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy ta chọn F
tđ
= 10
(N).
4. Tính điện trở tiếp
xúc.
Để tính điện trở tiếp xúc ta có phương pháp tính theo lý thuyết và
thực
ngiệm.
Tính theo lý
thuyết.

: Điện trở suất của
bạc.
P
3
: Điện trở suất của Niken than
chì.
P
1
= P
Ag20
(1 + α(95 – 20))
(
Ω
mm)
= 1.8x10
-5
(1 + 3.5x10
-3
(95 – 20)) = 0.02x10
-3
(
Ω
mm).
P
2
= P
Niken than chì
(1 + α(95 – 20))
(
Ω

2
10
=
0.14x10 (
Ω
).
Tính theo kinh
nghiệm.
Theo công thức (2 – 25)/59 quyển
1
K
R
tx

=
tx

(0.102.F
)
m
(
Ω
).
Trong đó K
tx
= 0.2x10
-3

= 0.19x10
-3
(
Ω
).
T
Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta
chọn.
R
tx
= 0.19x10
-3
(
Ω
)
5. Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp
xúc.
Theo công thức (2 – 27)/62 – quyển
1.
U
tx
= IxR
tx
(V).
Với I = I
đm
= 100
(A).
R
tx

= θ
mt
+
SxPxK
T
+
2
λ
xPxSxK
Trong
đó:
I
đm
= 100
(A)
θ
mt
= 40
(
o
C).
P
θ
= P
95
= 0.023x10
-3
(
Ω
mm)

2P
0

s
P
θ
= 0.023x10
-3
(Ωmm)
.
h
tđ
= 2
(mm).
S = S
cn
= a
tđ
xb
tđ
= 14x18 = 252
(mm
2
).
®m
o
o o
2
R
tx

-6
= 68.5 (
C).
7. Tính nhiệt độ tiếp
xúc.
Theo công thức (2 – 12)/52 – quyển
1.
I
2
xR
2
tx
θ
tx
= θ
tđ
+
8x
λ
xP
θ
Với θ
tđ
= 76.7
(
o
C)
I
đm
= 100

2

θ
tx
= 68.5 +
8x0.325x0.023x10
-3
= 75.2 ( C) < [θ
cp
] = 180 (
C).
là thích
hợp
8. Dòng điện hàn dính tiếp
điểm.
Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do
lực
điện động lớn, R
tx
tăng lên, tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc
tăng
lên.
Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn
dính.
Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn
dính.
Trị số của dòng điện bị hàn
dính.
I
th

A – Hằng số vật liệu làm tiếp
điểm.
Theo công thức (2 – 34)/66 – quyển 1 ta
có.
32
×
λ
×

θ

nc
(1

+
1

αθ
)
A

=3

π
×
H
×

= 1 + 3.5x10
-3
=
0.035x10
α = 3.5x10
-3
(1/
o
C) – Hệ số nhiệt điện
trở.
H
B
= 75 (KG/mm
2
) - Độ cứng
Briven
λ = 0.325 (W/mm
o
C) – Hệ số truyền
nhiệt
(
Ω
mm).
θ
nc
= 3403 (
o
C) – Nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp
điểm.
Vậy:

×

10

−3
(1

+
2
3.5

×

10

−3
×
3403)
3
=
1545
Với F
tđ
= 1 (KG) – Lực ép tiếp
điểm.
Ta có: I
hd
= 1545 3 1 = 2676
(A).
Như đầu bài đã cho: I

tđ
= 1
(kg)
Vậy I
hd
= 1200x1 = 1200
(A).
Như đầu bài đã cho: I
ng
= 10. I
đm
= 10. 100 =
1000(A)
Vậy I
ng
<< I
hd
nên tiếp điểm không thể bị hàn
dính.
III. ĐỘ MỞ, LÚN TIẾP
ĐIỂM.
1. Độ mở:
m
Độ mở là khoảng cách của tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh khi ở vị
trí
ngắt của tiếp điểm. Cần xác định độ mở của thích hợp
vì:
Nếu chọn m lớn thì dễ nhưng sẽ tăng kích thước công tắc
tơ.
Nếu chọn nhỏ khó dập hồ quang, gây nguy hiểm khi vạn hành. với I

đó:
A = 1.5
(mm)
B = 0.02
(mm/A)
Vậy L = 1.5 + 0.02x100 = 3.5
(mm).