Giáo trình Khí cụ điện hạ áp

ỗ ngắt
 là góc pha ban đầu giữa điện áp và dòng tại t=0
 M0 ≈ 0,8 × 10-5 + (H/cm Ms)
 M0 là tốc độ phục hồi điện áp cực đại ở quá trình không giao động khi dòng điện làm việc Idm =(100 ÷ 3600)A
 Kt : là hệ số xác định trên đồ thị 
 Kt = f(Ing) (V/ Ms)
 ßk tính đến ảnh hưởng của làm tiếp điểm(tra bảng)
 L là điện cảm của mạch ngắt
3.Kiểm tra điều kiện dao động theo công thức 
 f0 : là tần số của mạch ngắt (Hz)
 Nếu điều kiện trên không thoả mãn → Mạch ngắt ở trạng thái dao động
4. Tính số chỗ ngắt:
 ndđ ≥ 
5.Xác định thời gian cháy của hồ quang
 t≤1/2 chu kỳ
III) Dập hồ quang xoay chiều trong buồng dập kiểu dàn dập
 Khi mạch ngắt có dòng Iđm ≥ 100 A
 Uđm đến 1000V
Thì việc dập hồ quang ở 2 chỗ ngắt là khó có thể đảm bảo ngay cả với những trường hợp thiết bị có tần số thao tác nhỏ (Z ≤ 600 lần / h)
 Khi đó người ta phải dập hồ quang vào trong buồng dập làm bằng những tấm thép ít các bon
Buồng dập kiểu này có những khả năng rút ngắn đáng kể chiều dài của hồ quang và dập tắt nó trong thể tích nhỏ với ánh sáng là ít và âm thanh bị hạn chế 
Biện pháp này được sử dụng chủ yếu trong các công tắc tơ, áp tô mát và một số cầu dao có tần số thao tác thấp 
Yếu tố chính để dập tắt hq trong đó độ bền điện phục hồi ở trong mỗi khoảng trống giữa các tấm dàn dập và số lượng khoảng trống
Độ bền phục hồi được xác định theo công thức sau
 Uph=U0ph + Ktt (V)
Trong đó :
 U0ph : là điện áp phục hồi tại thời điểm t=0
 Kt : là tốc độ phục hồi điện áp
(U0ph , Kt ) xác định bằng công thức thực nghiệm hoặc tra trên đồ thị đường cong
Công thức thực nghiệm 
 (V)
 U0t = 72 + 0,72σ.t
 σt là khoảng cách giữa các tấm của dàn dập 
 là khoảng cách giữa hai tấm dàn dập liên tiếp 
 là bề dày tấm dàn dập
 (0K)
 Z là tần số đóng cắt ( lần /h)
Trình tự tính toán 
 + Các số liệu cho trước 
 Ngoài các tần số cho trước như ở phần dập hồ quang và cháy tự do ngoài ra còn cần các tần số sau
 vật liệu thép làm tấm dàn dập,bề dày các tấm () , khoảng cách giã các tấm ()
 B1: Xác định số tấm dập theo quy trình không dao động của điện áp phục hồi 
Trong đó 
 U0hq = (110 + 0,003 Ing)(0,7 + 0,045 σt)
 U0hq là điện áp hồ quang trên 1 khoảng trống
 B2: Kiểm tra điều kiện không dao động 
 Nếu điều kiện trên thoả mãn thì số lượng tấm dàn dập 
 ndd = ntk + (2÷ 5) tấm
 Nếu không thoả mãn thì điện áp phục hồi Uph ở trạng thái dao động thì lúc đó người ta phải tính toán số tấm dàn dập 
 B3 : Số lượng tấm dàn dập trong điều kiện Uph dao động
 - Chỗ mở của các tấm thép dàn dập thường làm dưới dạng chữ V
 Khoảng cách 
IV) Dập hq xoay chiều trong buồng dập khe dọc từ trường ngang
Chương 6 : Cơ cấu của khí cụ điện
§ 6.1 Khái niệm chung
I) Đặc điểm
- Chuyển động trong 1 hành trình hạn chế 
- Quá trình đóng và ngắt
- Lực tạo chuyển động dùng NCĐ, thuỷ lực , động cơ điện ( tác dụng nạp nhiên liệu cho lò so),phân lực , lò so, 
II) Yêu cầu 
Đảm bảo các tần số cần thiết 
Đảm bảo đóng cắt ở mọi chế độ
Đảm bảo tốc độ nhất định của cơ cấu chấp hành ( Cỡ 0,1 m/s ÷ 100m/s tuỳ loại )
Đảm bảo thời gian tác động của khí cụ điện 
Phải có trong phần tử chống va đập 
Phải có đủ cứng và bềnư
Làm việc tin cậy chính xác , lắp ráp sửa chữa dễ dàng , giá thành hạ
III) Số liệu ban đầu 
Dạng chuyển động , độ dịch chuyển, mô men và lực cần thiết tạo nên
IV) Trình tự thiết kế 
 1. Chọn dạng kết cấu 
 2. Lập sơ đồ động 
 3. Tính và dự tính động học
 4. Xác định lực và momen tác dụng
 + Xác định và tổng hợp các đặc tính
 5. Tính toán các thông số và đặc tính chuyển động của cơ cấu dưới tác dụng của các lực
 6. Hiệu chính suất điện động và tính trên cơ sở phân tích các kết quả nhận được
§ 6.2 Lập sơ đồ động
 Lập sơ đồ động cho 2 vị trí đóng , mở
§6.3 Tính toán các loại tải dụng
1) Tính các lực:
- Phân lực (ngược với Fđt)
 Ftđc= fIđm ; f = ( 5÷ 50) g/A
 Ftđđ = (0,5 ÷ 0,7 ) Ftđc
 Flxn flxnđ = k (Gđ + ∑Ftđc )
 k = 1,2
 G = gGIđm gG = (5÷30) g/A
 Fms = kms Ftx ≈ 0
Hút :NCĐ ,thuỷ lực , lực lò so đóng
2) Quy đổi lực:
 M= const
 Fqđ = 
§ 6.4 Dựng đặc tính phản lực và lực hút
1) Dựng đặc tính phản lực
 (Điểm quy đổi thường trùng điểm đặt lực hút)
2) Xây dựng đặc tính lực hút
3) Phối hợp đặc tính lực hút và phản lực
 - Tương đối đồng dạng với nhau
 - Diện tích giữa hai đặc tính có giá trị xác định trong miền nào đó 
 - Hai đường không cắt nhau , Fhút > Fcơ
§ 6.5 Tính toán lò so
1) Chọn vật liệu 
2) Xác định số vòng , d , D
Chương 7 : Nam châm điện
§7.1 Khái niệm chung
 - Biến điện năng thành cơ năng
 + Nếu thẳng : Dịch chuyển nhỏ 
 + Nếu quay : góc nhỏ
- Hiện tượng vật lý phức tạp , khi thiết kế dùng các công thức thực nghiệm
- Tuỳ theo yêu cầu thực tế mà lựa chọn các dạng nam châm điện khác nhau
 - Xét trình tự thiết kế 
+ Không có vòng ngắn mạch 
+ Có vòng ngắn mạch 
 biến thiên xuất hiện lnm
 lnm
→ enm =→ chống lại biến thiên của 
 lệch pha góc 
 +
 => lý tưởng
 => Không có chống rung
Điều kiện chống rung lý tưởng
 Khi s2=2s1 thì Bm = B2m
Fbdm =2F01cosα = 0
 rnm=0 Không tồn tại trong thực tế
Chọn α =(58÷75) thoả mãn
 Fmin>Fp
§ 7.2 Các thông số cơ bản và nhiệm vụ thiết kế
A) Các thông số vận hành
- Tuỳ dạng kết cấu 
- Nguồn điện 
- Chế độ làm việc
- Công suất tiêu thụ 
- Nhiệt độ phát nóng cho phép
- Các thông số về hút và nhả
Utđ : điện áp đặt vào cuộn dây nhỏ nhất để hút
Unhả: là điện áp lớn nhất để nhả hoàn toàn
ttd = t1+ t2
tnh= t3 + t4
Ncơ , Nđ tần số đóng cắt 
Khối lượng NCĐ
Kích thước lắp ghép
Giá thành
B) Các thông số về công
- Công lý thuyết ihút , ψhút
- Công toàn phần là công từ σmở → σhút
- Công hữu ích : là công(σmở → σhút)
C)Nhiệm vụ thiết kế
1) Bài toán thuận :
 Fcs → kích thước , thông số NCĐ( thiết kế sơ bộ)
2) Bài toán ngược
 Từ NCĐ đã có → tính đặc tính lực hút
 Xây dựng Ucd = (0,85 ; 1 ; 1,1) Ucdđm (kiểm nghiệm NCĐ)
D) Trình tự thế NCĐ
 - Xác định thông số NCĐ
 - Tính toán sơ bộ 
 - Tính toán kiểm nghiệm : với NCĐ thay đổi phải tính vòng ngắn mạch
§ 7.3 Số liệu ban đầu
G→ Gs
 Gr
 σr , σt
 Gt
 Iw Fđt
 W,d – ktcx
 ttđ ,tnh , knh
1) Các số liệu về cơ cấu
- Độ chịu va đập chịu rung
- Lực và hành trình cơ cấu 
- Chế độ làm việc
- Điện áp nguồn
- Môi truờng xung quanh và nhiệt độ cho phép
- Các chỉ tiêu về thế tối ưu NCĐ
- Các yêu cầu phụ khác , thời gian đóng , nhả , công suất tiêu thụ cuộn dây
- Yêu cầu về công nghệ chế tạo
- Phạm vi sai số cho phép ( lực hút , khe hở 
- Vật liệu và các thông số về hệ số
§ 7.4 .Chọn dạng kết cấu
Đặc tính lực hút
Phối hợp với đặc tính cơ
Hệ số kết cấu 1 chiều
 → Dạng NCĐ
§ 7.5 Chọn vật liệu từ
1 chiều : thường dùng dạng khối , chọn sắt từ mềm→ B max 
Xoay chiều : chọn lá thép KTĐ
B : nếu muốn cho thời gian tác động nhỏ thì B nhỏ
 (0,4 ÷ 0,6) T
Khi Bm =( 1,6÷ 1,7)
§ 7.6 Xác định kích thước của NCĐ 
I) Kích thước mạch từ
- Từ đặc tính cơ , chọn điểm nguy hiểm → Fcơth
 Fđttt = Kđt . Fcơth Kđt là hệ số dự trữ
Tìm điện tích cực từ S
 Fđttt= 4,06.B2s.σ.104 → (m2)
 Chọn Bσ = 0,3÷ 1 tesla
 Bđóng = Bnhả .σr nhả
Đóng hoàn toàn σr đóng = 1 ÷ 1,05
Mở σr mở = 1 ÷ 4
1 chiều 
 dmũ lõi =
 S = a.b ( Chọn a ≈ b )
II) Kích thước cuộn dây
1) Xác định Stđ tác động 
 1 chiều:
 (Iw)tđ = (Iw)σ nhả + ( iw)σ p nhả + (Iw)Fe ; ( iw)σ p nhả + (Iw)Fe = (0,5÷1) (Iw)tđ 
(Iwσ)nhả = .=
~ chiều :
(Iw)tđ = (Iw) nhả + (Iw)hút
Kiểm tra :
J = 2A/mm chọn Klđ = 0,3÷0,6
III) Kết cấu nam châm điện và xác định kích thước
§ 7.7 Tính toán từ dẫn của mạch từ
Grđt 1 chiều ½ gl = ½ Grt
 gl = Grt 
 Xoay chiều 
Vẽ mạch từ đẳng trị , xác định σr , σt
§ 7.8 Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 1 chiều
1) Tính và dựng đặc tính lực hút
2) Tính các thông số cuộn dây
3) Tính toán nhiệt cho cuộn dây
4) Hiệu chỉnh các kích thước của nam châm điện nếu thấy cần thiết 
5) Tính thờ gian hút nhả
 6) Tính hệ số nhả
 Unhả inhả Fnhả
 Knhả= = = 
 Utđ itđ Ftđ
§ 7.9 Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện xoay chiều
Fđt = Fkđ - 
Tính toán vòng ngắn mạch
 Fmin > Fp
(1) Fp1 : Cho 1 hình vẽ hở có vòng ngắn mạch 
 FP1 = Fp/4
(2) Fp1= Fp/2 
 Tính vòng ngắn mạch 
+ Tính :
 Fhút = 4 . B2. S
 = 2.B2m .S - 2.Bm .S.cos2ωt
 →Ftbhút = 2.B2m .S.104 =(KG)
 S= Sn + St (m2)
+ Tỷ số :
 Fmin = Fp1 . Kđt( thưòng lấy = 1,2)
+ α= Sn/St ≈ 0,5
+ 
 Hay
 => 
 Gt1 : từ dẫn đi qua khe hở trong
+ rnm → tg α
+ Tính v òng ngắn mạch
Kiểm tra 
 Không thoả mãn
 Kiểm tra điều kiện chống rung
Thế vòng ngắn mạch
 q=a .b ; a < 2mm
Ví dụ
 Kích thước vòng ngắn mạch 
 a = 1,5 mm
 b = 6 mm
 Đồng
giả sử B1 = 1,4 T , σh = 0,5
 B2 = 1T
 S = S1 + S2 = 17mm
 → Fp = ? để nam châm điện không rung
 f = 50 Hz
ρ220o = 0,025Ωmm2/m
→ α= 450
 Fmin=Ftb - Fbđm
 F1tb = 4 .B21.S1 = 4. 1,42.0,75 ≈ 7, 2 KG
 F2tb = 4 .B22.S2 = 4.12.1,5 = 6 KG
→ Ftb = 13,2
 = F1tb + F2tb
 (KG)
Fmin = 13,2 – 9,2 = 4 (KG)
→ Fp ≤ 8 KG để nam châm điện không rung
 tổn hao 
Câu hỏi ôn tập
1) Cầu chì : Công dụng , cấu tạo , tính toán cầu chì và cách lựa chọn
2) Áp tô mát : Công dụng , cấu tạo , tính toán và cách lựa chọn
3) Nêu nguyên lý làm việc và cấu tạo của AT vạn năng
4) Công tắc tơ : Công dụng , nguyên lý cấu tạo , các thông số cơ bản
5) Ứng dụng của công tắc tơ cho 1 số mạch điện thường gặp song song công tắc tơ có tiếp điểm và không có tiếp điểm
6) Phương pháp xác định khoảng cách điện trong khí cụ điện hạ áp
7) Cấu tạo , đặc điểm của mạch vòng dẫn điện
8) Xác định kích thước của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn , kiểm nghiệm ở chế độ làm việc ngắn hạn
9) Các loại tiếp điểm , phạm vi ứng dụng
10) Độ mở , độ lún , khoảng lăn , khoảng trượt của tiếp điểm
11) Điện trở t0 tiếp điểm
12) Sự rung , sự hàn dính của tiếp điểm , các biện pháp chống rung , hàn dính
13) Sự ăn mòn của tiếp điểm , các biện pháp chống mòn 
14) Tính toán , kiểm nghiệm hệ thóng dập hồ quang điện 1 chiều
15) Tính toán , kiểm nghiệm hệ thóng dập hồ quang điện xoay chiều
16) Tính toán và dựng đặc tính cơ 
17) Các bước tính toán sơ bộ nam châm điện
18) Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện
19) Thời gian tác động và hệ số nhả nam châm điện