XÁC ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CỦA RƠLE

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp điện năng, từ khâu sản xuất truyển tải, phương pháp và tiêu thụ điện năng luôn phải sử dụng các khí cụ như: áp tô mát, công tắc tơ, rơ le và cầu dao… Để phân phối và điều khiển, bảo vệ nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế và an toàn trong sử dụng. Khí cụ là những thiết bị, cơ cấu điện tuỳ theo lĩnh vực sử dụng được chia thành 5 nhóm, mỗi nhóm lại được chia thành nhiều chủng loại khác nhau. Các nhóm đó là:

1. Nhóm khí cụ điện phương pháp năng lượng điện áp cao gồm: dao cách ly, máy ngắt, biến dòng…

2. Nhóm khí cụ điện phương pháp năng lượng điện áp thấp gồm: cầu dao, cầu chì…

3. Nhóm khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ, các bộkhống chế và điều khiển….

4. Nhóm khí cụ điện gồm các rơ le bảo vệ như: rơ le dòng điện, rơ le

điện áp, rơ le thời gian, rơ le trung gian….

5. Nhóm khí cụ dùng trong sinh hoạt: ổ cắm, phích điện….

Khi thiết kế một loại khí cụ điện phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu của một sản phẩm công nghiệp hiện đạt. Đó là các yêu cầu kỹ thuật, vận hành, kinh tế, xã hội được biểu hiện qua các tiêu chuẩn chất lượng các định mức nhà nước, của ngành.

Các yêu cầu kỹ thuật như độ bền nhiệt của các chi tiết, các bộ pận làm việc ở chế độ định mức và khi có sự cố xảy ra, độ bền cơ và tính chịu mòn (của các bộ phận), độ bền cách điện cũng như khả năng đóng ngắt của thiết bị. Một yêu cầu về kỹ thuật nữa là kết cấu phải đơn giản, khối lượng và kích thứcbé.

Các yêu cầu về vận hành như: độ tin cậy cao, dễ thao tác, sửa chữa, chi phí cho vận hành và tổn hao thấp, thời gian sử dụng lâu dài. Trong vận hànhphải lưu ý đến các yếu tố như: độ ẩm, độ cao, nhiệt độ….

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Các yêu cầu về kinh tế, xã hội và công nghệ chế tạo: giá thành phải hạ, phải có tính thẩm mỹ trong kết cấu, tính cạnh tranh, khả năng lắp lẫn và khả năng phát triển trong tương lai.

Một khí cụ điện thường gặp nói chung phải có các bộ phận chủ yếu là:

- Mạch vòng dẫn điện gồm: thanh dẫn, đầu nối, 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, thùng.

Rơ le là loại khí cụ tự động đóng ngắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện. Tuỳ theo nguyên lý làm việc, tuỳ theo đại lượng điện và giá trị dòng áp đi vào mà có nhiều loại rơ le khác nhau như: rơ le điện từ, rơ le nhiệt, rơ le cảm ứng, rơ le bán dẫn, rơ le dòng điện, rơ le điện áp và rơ le trung gian.

Ở Việt Nam cũng chế tạo được các loại khí cụ điện nói chung và rơ le nói riêng. Tuy nhiên chất lượng của nó chưa cao (tuổi thọ không lớn). Khi cần các loại khí cụ có độ tin cậy cao và chất lượng tốt đa phần là nhập từ nướcngoài.

Trong nội dung của đồ án sẽ trình bày các phần tính toán thiết kế rơ le trung gian điện từ kiểu kín. Có các thông số ban đầu:

+ 4 tiếp điểm thường đóng, 4 tiếp điểm thường mở

+ Uđm = 220V

+ Iđm = 5A

+ f = 50 Hz

+ Điện áp điều khiển Uđmđk = 220V, f = 50 Hz

Làm việc liên tục, cách điện cấp B. Tuổi thọ điện 106 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ 107 lần đóng cắt.

CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN KẾT CẤU

1. Mạch vòng dẫn điện

1.1. Thanh dẫn động

I. PHẦN LÀM VIỆC

Dùng đồng phốtpho (bp0φ6,5) làm thanh dẫn

+ Bề rộng của thanh dẫn động: b = 0,5 mm

+ Bề dày của thanh dẫn động: a = 0,5 mm

1.2. Thanh dẫn tĩnh

Dùng đồng phốtpho (bp0φ6,5) làm thanh dẫn

+ Bề rộng của thanh dẫn tĩnh: b = 5 mm

+ Bề dày của thanh dẫn tĩnh: a = 1 mm

1.3. Vít đầu nối

+ Bulông được làm bằng chất liệu thép : M3 x 10

+ Trụ lõi dẫn điện có ren của thép : M3

1.4. Dây nối mềm

Chọn loại dây dẫn mềm có vỏ cách điện bằng nhựa, đây là loại dây dẫn bằng sợi có đường kính dây dẫn là 2 mm.

1.5. Hệ thống tiếp điểm

Với chất liệu là bạc kéo nguội, CP 999 tiếp điểm kiểu công sôn.

+ Đường kính tiếp điểm là: d = 4mm

+ Chiểu cao của tiếp điểm: h = 1 mm

+ Bề mặt tiếp xúc là tiếp xúc điểm

a. Lò xo tiếp điểm

Lò xo tiếp điểm đồng thời cũng là thanh dẫn động làm bằng đồng phốtpho (bp0φ6,5) như đã trình bày ở trên.

- Chiều dày lò xo tiếp điểm: b = 0,5 mm

- Chiều rộng lò xo tiếp điểm: a = 5mm

+ Độ võng của lò xo ở đầu mút: f = 1,2 mm

+ Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: δ u= 350 N / mm 2

+ Giới hạn mỏi cho phép xoắn: δ xb. Lò xo nhả= 120 N / mm 2

Vật liệu dùng làm lò xo nhả là thép cacbon, lò xo kiểu xoắn hình trụ, có thể chịu kéo tốt.

+ Đường kính của dây quấn lò xo: d = 0,51 mm

+ Đường kính lò xo: D = 5,1 mm

+ Số vòng dây quấn kết cấu của lò xo w = 12 vòng

+ Bước lò xo chịu kéo: tk = 0,45

+ Độ cứng của lò xo: j = 0,73 N/mm

+ Chiều dài của lò xo chịu kéo: lk = 5,4 mật mã

+ Độ bền giới hạn khi kéo: δK = 2200 N/mm2

+ Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: δ u= 770 N / mm 2

+ Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: 480 N/mm2

2. Nam châm điện

Nam châm điện là một loại kết cấu đặc biệt quan trọng vì đó chính là cơ quan sinh lực, gồm những bộ phận chính như: mạch từ, cuộn dây và vòng ngắn mạch.

2.1. Mạch từ

Vật liệu dùng để làm mạch từ là lá thép silic kỹ thuật điện

+ Bề rộng cực từ : a = 12 mm

+ Bề dày cực từ : b = 11 mm

+ Tiết diện cực từ: S = 132 mm2

+ Bề rộng của cửa sổ mạch từ: c= 12,5 mm

+ Chiều cao của cửa sổ mạch từ: hc = 21,5 mm

+ Chiều dày nắp nam châm điện: bd = bn = 11 mm

+ Chiều cao đáy nam châm : hđ = 10 mm

+ Chiều cao nắp nam châm : hn = 10 mm

+ Diện tích đáy nam châm điện: Sđ = 110 mm2

+ Diện tích nắp nam châm điện: Sn = 110 mm2

+ Chiều cao nam châm điện: H = 41,5 mm

+ Chiều rộng nam châm điện: B = 36,5 mm

+ Bề dày của cực đối diện với cực từ: bthân = 2 mm

+ Khoảng cách từ cuộn dây tới chỗ gá của nam châm X = 6 mm

2.2. Cuộn dây

Cuộn dây làn bằng đồng, dây quấn tròn, có bọc cách điện.

+ Số vòng dây: W = 4627 vòng

+ Tiết diện dây quấn khi chưa có cách điện: q = 0,11 mm2

+ Đường kính dây quấn khi chưa có cách điện: d = 0,16 mm

+ Tiết diện dây quấn khi có cách điện: q' = 0,023 mm2

+ Đường kính dây quấn khi có cách điện: d' = 0,18 mm

+ Bề dày cuộn dây: hcd = 4,5 mm

+ Chiều cao cuộn dây: lcd = 13,5 (mm).

2.3. Vòng ngắn mạch

+ Bề rộng của vòng ngắn mạch: Δ = 2 mm

+ Tiết diện vòng ngắn mạch: Svnm = 22 mm2

+ Diện tích trong và ngoài ngắn mạch: Stn = 110 mm2

+ Tiết diện cực từ trong vòng ngắn mạch: St = 43,31 mm2

+ Tiết diện cực từ ngoài vòng ngắn mạch: Sn = 66,69 mm2

II. PHẦN CHÂN ĐẾ

Phần chân đế được làm từ một loại nhựa cứng dùng để vít vào hộp kỹ thuật điện, chân đế ở đây ta thiết kế vừa dùng ngàm có ưu điểm sửa chữa, lắp đặt dễ dàng hơn, đồng thời vừa có cả vít.

Trong chân đế có chứa các lỗ để bắt vít với các đầu nối, bề mặt của chân đế là các lỗ cắm thanh tĩnh, các lỗ này phải thiết kế sao cho khi cắm thanh dẫn tĩnh.

Chúng có thể tiếp xúc với nhau, tránh gây chập chờn về điện.

Về phần kích thước của chân đế lớn hơn chiều rộng của phần làm việc rơle, chiều dài cũng đủ lớn sao cho có diện tích để chứa các lỗ vít loại M3.

Các kích thước khác được biểu thị trên hình vẽ.