MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu……………………………………………………………… 2
Phần mét :
Sơ lược về công tắc tơ xoay chiều………………………… 3
Phần hai :
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha
Chương I : Yêu cầu thiết kế và chọn phương án kết cấu…………… 4
Chương II : Tính mạch vòng dẫn điện….….….………………… …….8
Chương III : Đặc tính cơ……………………………. ………………… 17
Chương IV : Nam châm điện……………………… …. ………….…….20
Chương V : Chọn buồng dập hồ quang……………… …………… …36
Chương VI : Tính toán nhiệt và trọng lượng nam châm điện …. …….38
1
Lời nói đầu
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của các nghành công nghiệp -
nông nghiệp, nên việc sử dụng các sản phẩm của khoa học kĩ thuật là rất quan
trọng .Chính nhờ sự ứng dụng đó mà thúc đẩy nền kinh tế cho mỗi quốc gia và
trên toàn thế giới, đồng thời chúng góp một phần không nhỏ vào việc tăng
năng suất lao động, phục vụ đời sống, sinh hoạt hàng ngày của con người
không những thế chúng còn thay thế và làm việc ở những môi trường không có
lợi cho con người và làm việc với tính chính xác cao .
Với nhiều ưu điểm nh vậy nên việc sử dụng khí cụ điện trong nghành
tăng lên không ngừng. Mặt khác, các khí cụ điện ngày càng được cải tiến và
hoàn thiện, đồng thời việc nghiên cứu, chế tạo để tạo ra những khí cụ điện có
nhiều ưu điểm hơn nữa là cần thiết cho mỗi sinh viên.
2
PHẦN MÉT :
SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TẮC TƠ XOAY CHIỀU
1.Khái quát và công dụng:
Công tắc tơ xoay chiều là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch

điện lực có phụ tải hoặc dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều. Nam châm
của nó là nam châm điện xoay chiều, nhưng cũng có trường hợp nam châm
điện của nó là một chiều.
Theo nguyên tắc truyền động ta có công tắc tơ kiểu hơi Ðp, kiểu thuỷ lực
nhưng các khí cụ điện hiện nay (hay công tắc tơ hiện nay) thường được chế
tạo theo kiểu điện từ.
2.Các bộ phận chính của công tắc tơ:
+ Mạch vòng dẫn điện (gồm đầu nối, thanh dẫn, 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, vá
3.Yêu cầu chung đối với công tắc tơ xoay chiều:
a.Yêu cầu về kĩ thuật:
Đảm bảo độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện khi làm việc ở
chế độ định mức và chế độ sự cố.
Đảm bảo 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 trong điều kiện của môi
trường xung quanh (như mưa, Èm, bôi …) 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 thiêt kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố.
Đảm bảo khả năng đóng, ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện
thông qua các chi tiết bộ phận.
Các yêu cầu kĩ thuật riêng đối với từng loại khí cụ điện.
Kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé.
b.Yêu cầu về vận hành:
Lưu ý đến ảnh hưởng của môi trường xung quanh: độ Èm, 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 Ýt, tiêu tốn Ýt năng lượng.
c.Các yêu cầu về kinh tế, xã hội:
3
Giá thành hạ.
Tạo điều kiện dễ dàng thuận tiện cho nhân viên vận hành (về tâm sinh lý, về
cơ thể …)
Tính an toàn trong lắp ráp vận hành.
Tính thẩm mỹ của kết cấu.
Vốn đầu tư khi chế tạo, lắp ráp và vận hành Ýt.
4.Nguyên lý hoạt động và kết cấu chung của công tắc tơ xoay chiều:
Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận: cuộn dây và mạch từ, chúng được phân bố
thành nhiều loại như công tắc tơ kiểu điện từ hót chập, công tắc tơ kiểu điện từ
kiểu hót ống dây và công tắc tơ kiểu hót thẳng.
Tất cả các loại công tắc tơ trên đều làm việc theo nguyên lý điện từ gồm mạch
từ dùng để dẫn từ, nó là những lá thép kĩ thuật điện được dập hình chữ E hoặc
U và được ghép lại với nhau. Mạch từ được chia làm hai phần: một phần được
kẹp chặt cố định, phần còn lại là nắp được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ
thống tay đòn.
Khi ta đặt điện áp vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sẽ có dòng điện
chạy trong cuộn dây, cuộn dây sẽ sinh ra từ thông khép mạch từ qua lõi sắt và
khe hở không khí δ tạo lực hót điện từ kéo nắp (phần ứng) về phía lõi. Khi cắt
điện áp (dòng điện) trong cuộn dây thì lực hót điện từ không còn nữa và nắp bị
nhả ra.
PHẦN HAI:
THIẾT KẾ CÔNG TẮC TƠ XOAY CHIỀU 3 PHA
Chương I : YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
I. Yêu cầu thiết kế:
Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ có các thông số sau:

-Tiếp điểm chính : Iđm = 150 A ; Uđm = 400 V.
Sè lượng : 3 tiếp điểm thường mở. : 3 tiÕp
®iÓm thêng më.
-Tiếp điểm phô : Iđm = 5 A.
Sè lượng : 2 thường mở ; 2 thường đóng. : 2 th-
êng më ; 2 thêng ®ãng.
-Nam châm điện : Uđm = 380 V ; f = 50 Hz.
-Tần sè thao tác : 300 lần đóng cắt / giê.
-Tuổi thọ : cơ : 100.000 ; điện : 1.000.000 lần đóng cắt.
: c¬ : 100.000 ; ®iÖn : 1.000.000 lÇn ®ãng c¾t.
-Làm việc liên tục : cách điện cấp B.
Trong đó :
Uđm : điện áp định mức mà cuộn dây hót vẫn có thể làm việc.
4
Iđm : dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính và phụ trong
chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài, nghĩa là ở chế độ này, thời gian công tắc
tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giê.
Công tắc tơ thiết kế được sử dụng ở vùng khí hậu nhiệt đới, lắp đặt trong
phòng ở nhiệt độ môi trường θmt = 40°C và công tắc tơ phải chịu được tác
động cơ học ở mức trung bình, làm việc ở chế độ dài hạn, ngắn hạn và có thể
đôi khi làm việc ở chế độ sự cố.
II. Lùa chọn phương án kết cấu:
Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp điều kiện công nghệ cho công tắc tơ
thiết kế phải tiến hành khảo sát công tắc tơ của một số nước đang sử dụng trên
thế giới. Sau khi tham khảo hiện có ở thị trường Việt Nam: Việt Nam, Liên Xô,
Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc… Em nhận thấy về cơ bản chúng đều có sự
giống nhau:
- Kiểu hót thẳng, dạng hình chữ E; cuộn dây đặt ở cực từ giữa, vòng dây chống
rung đặt ở hai cực từ bên. Tiếp điểm dạng bắc cầu, một pha hai chỗ ngắt.
- Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập và tại mỗi chỗ có buồng dập hồ quang

riêng.
- Hệ thống phản lực: dùng lò xo nhả, đẩy phần động.
- Tháo nắp và sửa chữa đơn giản.
Vì vậy ta chọn kết cấu kiểu Liên Xô cũ: đơn giản, dễ thiết kế và chế tạo.
1.Lùa chọn hệ thống tiếp điểm chính và phụ:
Tiếp điểm là một phần quan trọng, nó ảnh hưởng đến độ bền, sự hư háng của
công tắc tơ. Tuỳ thuộc vào dòng điện định mức mà chức năng, kết cấu và tiếp
xúc của tiếp điểm trong CTT cũng khác nhau.
Yêu cầu đặt ra cho tiếp điểm là:
- Nhiệt độ phát nóng của bề mặt tiếp xúc ở chế độ làm việc dài hạn phải nhỏ
hơn chế độ cho phép. Với dòng điện lớn tiếp điểm phải chịu được độ bền
nhiệt và điện động.
- Rtx nhá và ổn định, có độ rung không quá giá trị cho phép.
Như vậy với tiếp điểm có Iđm =150A, ta phải chọn dạng tiếp xúc hình chữ
nhật là tiếp xúc mặt. Tiếp điểm động và tĩnh là dạng chữ nhật, tiếp điểm phụ có
Iđmf=5A.
2.Lùa chọn hệ thống dập hồ quang:
Buồng dập hồ quang có tác dụng dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm bảo
các yêu cầu sau:
- Bảo đảm khả năng đóng và khả năng cắt, nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng
điện ngắt ở dòng điện cho trước.
- Thời gian cháy HQ, vùng ion hoá nhỏ, nếu không có thể chọc thủng cách
điện giữa các phần tử buồng dập HQ.
- Hạn chế ánh sáng và âm thanh.
5
Xét yêu cầu của đồ án ta chọn buồng dập HQ kiểu dàn dập, làm từ vật liệu
sắt-cacbon. Đơn giản trong tính toán bà đảm bảo khi làm việc.
3.Lùa chọn nam châm điện :
• Theo nguyên lý truyền động điện từ thì có dạng NCĐ hót thẳng (nắp hót
thẳng); NCĐ hót quay (nắp hót quay). Sau khi qua thực tế và xem xét ưu

nhược điểm của hai loại này ta chọn kiểu hót thẳng, dạng mạch từ hình
chữ E
• Ưu điểm:
- Lực hót điện từ lớn hơn.
- Tận dụng được tỷ trọng lớn của nắp.
- Khe hở không khí gữa nắp và lõi, giữa các tiếp điểm nhỏ.
- Dùng làm việc trong chế độ nhẹ, đặc biệt trong trường hợp lò xo nhỏ, không
đủ khắc phục các loại lực cản,
• Xét yêu cầu đề tài: Ta chọn NCĐ xoay chiều, mạch từ dạng chữ E hót
thẳng. Mạch từ làm bằng các lá thép kĩ thuật, Vì cần thiết kế 3 tiếp điểm
chính với Uđm=400V; Iđm=150A.
* Ưu điểm:
- Từ thông rò không đổi trong quá trình nắp chuyển động.
- Từ dẫn khe hở không khí không lớn.
- Lực hót điện từ lớn.
- Đặc tính lực hót gần giống đặc tính phản lực.
- Dễ dàng sử dụng tiếp điểm bắc cầu 1pha 2 chỗ ngắt.
Đơn giản trong tính toán và chế tạo.
4. Chọn khoảng cách cách điện:
• Khoảng cách cách điện đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng đến kích
thước của CTT và mức độ vận hành sao cho an toàn. Khoảng cách cách
điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Điện áp định mức
- Môi trường làm việc
- Quá trình dập tắt HQ
• Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phương pháp sau:
- Theo độ bền của các phản tử mang điện so với đất
- Theo độ bền làm việc các pha
- Theo độ bền làm việc ngay trong nội tại của CTT đối với các phần tử mang
điện

• Nếu ta chọn khoảng cách cách điện quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu
khoảng cách quá lớn thì phải tăng kích thước của CTT.
• Đối với các pha lớn hơn điện áp giữa các phần tử mang điện đối với đất,
hơn nữa vỏ của CTT được làm bằng nhựa cứng do đó cách điện với đất
6
tốt, làm việc hoàn toàn an toàn. Do đó cách điện giữa các pha trong CTT
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 giữa
các pha nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn điện đến hai phương pháp
kia cũng đảm bảo độ an toàn khi làm việc.
• Chó ý ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng 1-2 trang 14 với
Uđm=400V, Lcđ>5mm
Chọn Lcđ=12mm ; Lrò=20mm.
• Khi thiết kế hình dạng cấu trúc cách điện cần tính đến tính chất vật liệu,
bụi, độ Èm, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha. Để đảm bảo kích
thước CTT và loại trừ khả năng bụi bẩn nên chọn kết cấu của cách điện
theo dạng có gờ, mái
5.Các chi tiết khác:
Ngoài ra, còn có các thanh dẫn động và tĩnh được làm bằng đồng, lò xo
và một số chi tiết khác. Những chi tiết này sẽ được tính toán cụ thể trong các
phần sau. 8 8
6.Sơ đồ đông:
1
2
3
m m
4
5
δ
6 7 7

Trong đó:
1.Giá phần động Ftđ = Flxtđ
7
2.Lò xo tiếp điểm F Flxnh
Flxnh 3.Tiếp điểm động
4.Tiếp điểm tĩnh
5.Nắp nam châm điện
6.Lò xo nhả G
7.Thân (lõi) mạch từF Fđt Fđt
F®t
8.Cữ chặn Ftđ
m : độ mở của tiếp điểm
l : độ lún của tiếp điểm
δ : Khe hở không khí
Flxtd : Lực lò xo tiếp điểm
Flxnh : Lực lò xo nhả
Ftd : Lực Ðp tiếp điểm
Fđt : Lực hót điện từ
G : Trọng lực phần động
Chương II : TÍNH MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN
• Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình
dáng, kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh
dẫn (thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh), đầu nối, tiếp điểm (giá đỡ tiếp
điểm, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh).
• Yêu cầu đối với mạch vòng dẫn điện:
- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt.
- Bền với môi trường.
- Có độ cứng tốt.
- Tổn hao đồng nhỏ.
- Có thể làm việc được trong một khoảng thời gian ngắn khi có sự cố.

- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo lắp ráp.
• Ta cần phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn
điện. Tiết diện và các kích thước của các chi tiết sẽ quyết định cơ cấu của
mạch vòng còng nh của CTT xoay chiều 3 pha.
• Sau đây ta sẽ tính toán cụ thể kích thước của các chi tiết trong mạch vòng
dẫn điện: thanh dẫn, đầu nối, tiếp điểm.
I. Tính toán và chọn thanh dẫn:
1.Yêu cầu đối với thanh dẫn:
- Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt.
- Có độ bền cơ khí cao.
- Có khả năng chịu được ăn mòn hoá học, Ýt bị ôxi hoá.
8
- Có độ mài mòn nhỏ khi bị va đập.
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ.
2.Chọn vật liệu:
Chọn vật liệu thanh dẫn bằng Cu và có các tính chất sau:
Hệ số nhiệt điện trở : :α = 0,0043 (1/°C)
Hệ số dẫn nhiệt : :λ = 393 (W/m°C)
Điện trở suất ở 20°C: :ρ
20
= 1,74.10
-8
(Ωm)
Nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn : θcp = 95°C.
Nhiệt độ môi trường : θo = 40°C.
Điện trở suất của Cu ở θcp : ρ
θ
= ρ
20
(1 + α.(θcp - 20))

= 1,74.10
-8
(1 + 0,0043*75)
= 2,18.10
-8
(Ωm)
Chọn kết cấu của thanh dẫn có tiết diện ngang hình chữ nhật a,b
Theo công thức (2-6) trang 19 sách TKKCĐHA ta có:
b = b =
Trong đó :
I = Iđm = 150A
n= : hệ số hình dáng, chọn n=8.
K
f
: hệ số tổn hao phô; K
f
= 1,03 ÷ 1,06.
K
T
: hệ số toả nhiệt ; K
T
= 6 ÷ 12 (W/m
2
°C)
Chọn K
f
= 1,04; K
T
= 7 (W/m
2

°C). Ta có :
b = = 2,09.10
-3
(m) = 2,09 (mm) = 2,09
(mm)
⇒ a = b .8 = 16,72 (mm).
Tuy nhiên để đảm bảo thanh dẫn động có thể chịu được phát nóng thì ta
lấy a=dtb+(1÷2)mm. Với dtb là đường kính tiếp điểm.
Từ Iđm = 150 (A) ⇒ theo bảng (2-15) trang 51 sách TKKCĐHA ta có :
đường kính tiếp điểm : d
tđ
= 20÷ 25 (mm). Chọn d
tđ
=22 (mm)
⇒ a = d
tđ
+ 2 = 24(mm)
⇒ b = a/8 = 3(mm)
⇒ Tiết diện thanh dẫn : S = a . b = 24*3 (mm
2
) = 72.10
-6
(m
2
)
⇒ Chu vi thanh dẫn : P = 2 .(a + b) = 54 (mm) = 54.10
-3
(m)
3.Kiểm nghiệm ở chế độ dài hạn:
9

Mật độ dòng điện : Jdh = = = 2,08 (A/mm
2
)
Mật độ dòng điện dài hạn cho phép ; Jdhcp = 1,5 4 (A/mm
2
)
⇒ mật độ dòng điện trong giới hạn cho phép.
Theo công thức (2-4) trang 18 ta có:
SP =
Nhiệt độ thanh dẫn θtd =
Với
⇒ θtd =
θtd =57,1 °C
θtd < θcp = 95°C
Vậy thanh dẫn thoả mãn điều kiện về nhiệt độ ở chế độ làm việc định mức.
4.Kiểm nghiệm ởchế độ ngắn mạch:
Đặc điểm ở chế độ ngắn mạch:
- Dòng điện và mật độ dòng điện có trị số rất lớn.
- Thời gian tác động nhỏ
Độ bền nhiệt của KCĐ là tính chất chịu được sự tác dụng nhiệt của dòng điện
ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch, nó được đặc trưng bằng dòng bền nhiệt
(dòng điện mà ở đó thanh dẫn chưa bị biến dạng).
Để thuận tiện cho việc đánh giá, ta xét giới hạn cho phép của dòng điện và mật
độ dòng điện bền nhiệt ở thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch :
tnm = 3(s); tnm= 4(s); tnm = 5(s);
Với điều kiện nhiệt độ ban đầu θđ

= θcp = 95 °C.
Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch θnm = 300 °C.
Tra đường cong phát nóng của đồng khi có dòng ngắn mạch (đồ thị hình 6-6

trang 313 sách TKKCĐHA) ta có :
Ađ = 1,52.10
4
(A
2
.s/mm
4
) ; Anm = 3,75.10
4
(A
2
.s/mm
4
)
Theo công thức (2-61) trang 93 sách TKKCĐHA ta có :
Jnm =
10
b
a
S
tx
Trong đó
Anm : Hằng số tích phân ứng với nhiệt độ ngắn mạch.
Ađ : Hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu.
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 3 (s) :
Jnm1 = = 86 (A/mm
2
).
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 4 (s) :
Jnm1 = = 74,6 (A/mm

2
).
Mật độ dòng điện khi ở tnm = 5 (s) :
Jnm1 = = 66,8 (A/mm
2
).
Nh vậy mật độ dòng điện ngắn mạch ở các thời gian trên đều nhỏ hơn mật độ
dòng ngắn mạch cho phép
II.Đầu nối:
Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của KCĐ, nếu không chú ý dễ háng
nặng trong quá trình vận hành nhất là những khí cụ điện có dòng điện lớn và
điện áp cao.
Có thể chia đầu nối làm hai loại :
- Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài
- Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện
Các yêu cầu đối với mối nối:
- Nhiệt độ các mối nối khi làm việc ở dài hạn với dòng điện định mức không
được tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thước và lực Ðp
tiếp xúc F
tx
đủ để điện trở tiếp xúc R
tx
không lớn, Ýt tổn hao công suất.
- Khi tiếp xúc mối nối cần có đủ độ bền cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn
mạch chạy qua.
- Lực Ðp điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định khi
khí cụ điện vận hành liên tục.
Kết cấu của mối nối gồm có : mối nối có thể tháo rời được, không thể tháo rời
được, mối nối kiêm khớp bản lề có dau nối mềm hoặc không có dây nối mềm.
Ở đây ta chọn mối nối có thể tháo rời được và bằng bu lông

Với dòng điện định mức I
đm
=150A theo bảng 2-10 trang 33 sách TKKCĐHA
ta chọn bu lông bằng thép CT3 có đường kính hệ ren mm M8 x 25
11
Diện tích bề mặt tiếp xóc : S
tx
=
Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng có tần số f = 50 Hz và dòng điện định mức
I
đm
< 200A thì có thể lấy mật độ dòng điện j
tx
= 0,31 A/ mm
2
⇒ S
tx
= 483,9(mm
2
)
Lực Ðp tiếp xóc : F
tx
= f
tx
.S
tx

Với f
tx
là lực Ðp riêng trên các mối nối, f

tx
= 100 ÷ 150 kG/cm
2
Chọn f
tx
=100 kG/cm
2
.
⇒ F
tx
= 100.10
-2
.483,9 = 483,9 (kG) = 4839(N).
Theo công thức (2-25) trang 59 sách TKKCĐHA ta có :
Điện trở tiếp xóc :

Với K
tx
=(0,09.10
-3
÷0,14.10
-3
); chọn Ktx = 0,12.10
-3
; m = 1(do tiếp xúc mặt).
= 2,43.10
-7
(Ω)
Điện áp tiếp xóc : U
tx

= I
đm
.R
tx
= 150.2,43.10
-7
= 36,5. 10
-6
(V)
Vậy điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép ([U
tx
]
cp
= 30 mV), nên
bu lông đã chọn thoả mãn yêu cầu.
III. Tiếp điểm:
1.Nhiệm vụ của tiếp điểm:
Tiếp điểm làm nhiệm vụ đóng cắt điện
2.Yêu cầu đối với tiếp điểm:
- Khi Công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức, nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp
xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép. Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn
nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu tiếp điểm.
- 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
12
hồ quang phải có khả năng đóng ngắt cho phép không bé hơn trị số định
mức.
- Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong giới
hạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất, độ rung của
tiếp điểm không được lớn hơn trị số cho phép.

3.Vật liệu làm tiếp điểm:
Vật liệu làm tiếp cần đảm bảo các yêu cầu sau: Điện trở suất và điện trở tiếp
xúc bé, Ýt bị ăn mòn, Ýt bị ôxy hoá, khó hàn dính, độ cứng cao, đặc tính công
nghệ cao, giá thành hạ và phù hợp với dòng điện I = 150A.
Tra bảng (2-13) trang 45 sách TKKCĐHA ta chọn vật liệu bằng kim loại gốm
ký hiệu là KMK.A20M với các đặc tính :
Khối lượng riêng : γ = 9,5.10
3
kG/m
3
.
Điện trở suất ở 20
0
C : ρ
20
= 0,028.10
-6
(Ωm)
Độ dẫn nhiệt : λ = 3,25 (W/cm
0
C)
Độ cứng Briven : H
B
= 45 ÷ 65 (kG/cm
2
)
Hệ số dẫn nhiệt điện trở : α =3,5. 10
-3
(1/
0

C)
Kích thước của tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện định mức và kích thước
của thanh dẫn động hoặc của thanh dẫn tĩnh.
Uđm = 400 (V) ; Iđm=150 (A) ⇒ sử dụng loại tiếp điểm hình chữ nhật (cxd).
Tra bảng (2-16) sách TKKCĐHA ta chọn: c=25(mm); d=20(mm) và chiều
cao tiếp điểm h
tđ
=3(mm).
4. Lực Ðp tiếp điểm:
Lực Ðp tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ dài
hạn, mà trong chế độ ngắn hạn, dòng điện lớn, lực Ðp tiếp điểm phải đảm bảo
cho tiếp điểm không bị xảy ra hư háng do lực điện động và không bị hàn dính
khi tiếp điểm bị đẩy và bị rung.
Theo công thức kinh nghiệm ta có :
F
tđ
= f
tđ
.I
đm
Tra bảng (2-17) trang 55 sách TKKCĐHA ta chọn f
tđ
= 10 G/A
⇒F
tđ
=10.150 =1500 (G)=15(N).
5. Điện trở tiếp điểm:
R
td
=

Trong đó:
F
tđ
= 15(N)
K
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp
điểm, K
tx
= (0,2 ÷0,3).10
-3
, chọn K
tx
= 0,25.10
-3
Do tiếp xúc mặt nên chọn m = 1
13
Thay vào ta có:
R
tđ
= = 1,63.10
-4
(Ω).
6. Điện áp tiếp điểm:
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 tử đầu nối, điện trở của các vật liệu
làm tiếp điểm là không đáng kể so với R
tđ
, vì vậy công thức điện áp rơi trên
tiếp điểm sẽ là:

U
tđ
= I
đm
.R
tđ
=150.1,63.10
-4
= 254.10
-4
(V)=25,4(mV).
Vậy điện áp tiếp điểm U
tđ
thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho
phép [U
tx
] = 2 ÷ 30 (mV).
7. Nhiệt độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc:
Dùa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, có tiếp
điện không đổi, giả sử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt
đặt xa nơi tiếp xúc.
Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm :
θ
tđ
=θ
mt
+
Trong đó :
S là tiết diện của tiếp điểm : S = c.d = 500 (mm
2

) = 500.10
-6
(m
2
).
P là chu vi của tiếp điểm : P = 2(c+d) = 90 (mm) = 90.10
-3
(m).

Thay vào công thức trên ta có :
θ
tđ
= = 48,26 °C.
Nhiệt độ nơi tiếp xúc
≈ 54,78
0
C.
8. Dòng điện hàn dính:
14
Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức I
đm
(quá tải, khởi
động, ngắn mạch…), nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực điện động
dẫn đến khả năng hàn dính. Độ ổn định của tiếp điểm chống đẩy 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
hàn dính I
hd
, 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.

Theo công thức (2-36) trang 67 sách TKKCĐHA ta có :
Ihdbd = Khd. .
Hệ số hàn dính Khd được xác định qua bảng (2-19) trang 67 sách TKKCĐHA
⇒ Khd=2000(A/kG).
⇒ Ihd = 2000. = 2449 (A).
Dòng điện ngắn mạch : Inm = 10 . Iđm = 1500 (A).
Ihd > Inm ⇒ đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính.
9. Tính độ rung tiếp điểm và thời gian rung tiếp điểm:
Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc sẽ có xung lực va đập cơ khí
giữa tiếp diểm động và tiếp điểm tĩnh gây ra hiện tượng rung tiếp điểm. Tiếp
điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại và tiếp tục va đập, quá
trình này xảy ra trong một khoảng thời gian rồi chuyển sang trạng thái tiếp xúc
ổn định, sự rung kết thúc. Qúa trình rung được đánh giá bằng độ lớn của biên
độ rung X
m
và thời gian rung t
m
.
• Tính độ rung tiếp điểm:
Theo công thức (2- 39) trang 72 sách TKKCĐHA ta có :
x
m
=
Trong đó :
K
v
: hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu. Chọn K
v
=0,9.
v

o
: vận tốc tiếp điểm ở thời điểm ban đầu ; v
o
=0,1 (m/s).
m
d
: khối lượng của phần tiếp điểm động.
m
d
= .
Với m
c
là trọng lượng đơn vị: m
c
= 7÷12(G/A). Chọn m
c
=10 (G/A).
Gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s
2
).
⇒ m
d
= = 152,9(Gs
2
/m).
F
tđđ
: lực Ðp tiếp điểm ban đầu tại thời điểm va đập :
15
F

tđđ
= (0,5 ÷ 0,7) F
tđc
.
F
tđc
: lực Ðp tiếp điểm cuối thời điểm va đập :
F
tđc
= F
td
= 1500 (G).
⇒ F
tđđ
= 0,6.1500=900 (G).
⇒ x
m
= = 2,83.10
-5
(m).
• Thời gian rung tiếp điểm:
t
m
= = = 3,6.10
-3
(s).
10. Chọn độ mở, độ lún tiếp điểm:
• Chọn độ mở:
Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở
trạng thái ngắt của công tắc tơ

Độ mở cần phải đủ lớn để có thể dập tắt hồ quang nhanh chóng, nếu độ mở
lớn thì việc dập tắt hồ quang sẽ dễ dàng.Tuy nhiên khoảng cách quá lớn sẽ ảnh
hưởng tới kích thước của công tắc tơ
Theo kinh nghiệm với dòng I
đm
=150 (A) và điện áp U
đm
= 400 (V) ta chọn độ
mở m = 8 (mm).
• Chọn độ lún:
Độ lún l của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động nếu
không có tiếp điểm tĩnh cản lại
Việc xác định độ lún của tiếp điểm là cần thiết vì trong quá trình làm việc tiếp
điểm sẽ bị ăn mòn. để đảm bảo tiếp điểm vẫn tiếp xúc tốt thì cần có một độ lún
hợp lý.
Chọn độ lún theo công thức kinh nghiệm với dòng điện I
đm
=150 (A) thì độ lún
l = 3 ÷ 4 (mm). Chọn l = 4(mm).
11. Hao mòn tiếp điểm:
Sù mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch
điện. Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là ăn mòn về hoá học, về cơ
và về điện trong đó chủ yếu là do quá trình mòn điện .
Khối lượng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là :
g
đ
+ g
ng
= 10
-9

(K
đ
. + K
ng
. )K
kđ
Trong đó :
K K
kđ
: hệ số không đồng đều, đánh giá độ mòn không đều của các
tiếp điểm, K
kđ
=1,1 ÷ 2,5, chọn K
kđ
=1,5
K
đ
và Kng : hệ số mòn khi đóng và khi ngắt, tra bảng (2-21) trang 79
sách TKKCDHA ta có :
16
K
ng
=K
đ
= 0,01 (G/A
2
)
I
đ
và Ing: dòng điện đóng và dòng điện ngắt

I
đ
=6.I
đm
= 6.150 = 800 (A)
I
ng
= I
đm
=150 (A)
g
đ
và g
ng
: khối lượng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt
g
đ
+ g
ng
= 10
-9
(0,01.800
2
+ 0,01.150
2
).1,5 = 9,94.10
-6
(G).
Sau 10
5

lần đóng ngắt về cơ, khối lượng mòn là :
G G
m1
= 10
5
.(g
đ
+ g
ng
) = 10
5
.9,94.10
-6
= 0,994 (G).
Sau 10
6
lần đóng ngắt về điện, khối lượng mòn là :
G
m2
= N.(g
đ
+ g
ng
) = 10
6
.9,94.10
-6
= 9,94 (G).
Tổng khối lượng mòn là :
G

m
= G
m1
+ G
m2
= 0,994 + 9,94 = 10,934 (G).
Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt, tính cho một chỗ tiếp xóc :
G
m1
=
Thể tích mòn :
V V
m
=
Thể tích ban đầu của tiếp điểm
V V
tđ
=
Lượng mòn của tiếp điểm sẽ là :
V V
m
% =
12.Hệ thống tiếp điểm phụ:
Theo kinh nghiệm công tắc tơ xoay chiều, dòng điện Iđm = 5 (A) ta chọn độ
mở m = 10 (mm).
Độ lún l = 1,5 + 0,02.5 = 1,6 ≈ 2 (mm).
Lực Ðp lên hệ thống tiếp điểm phô :
F Ftđpc = Iđm . ftđ. Trong đó chọn ftd = 10 (G/A).
⇒ Ftđpc = 5 . 10 = 50 (G) = 0,05 (kG) = 0,5 (N).
⇒ Ftđpđ = 0,6 . Ftđpc = 0,6 . 0,5 = 0,3 (N).

Chương III : ĐẶC TÍNH CƠ
I.Lập sơ đồ động:
Xét trường hợp xấu nhất là công tắc tơ đặt ngược :
17
δ = m + l δ = 0
Lực cơ tác dụng bao gồm :
- Lực Ðp tiếp điểm chính thường mở
- Lực Ðp tiếp điểm phụ thường mở
- Lực Ðp tiếp điểm phụ thường đóng
- Lực lò xo nhả
- Trọng lượng phần động
- Lực ma sát (bỏ qua)
II.Tính toán các lực :
1. Lực Ðp tiếp điểm chính thường mở :
Lực Ðp tiếp điểm cuối thường mở:
F Ftđc



= 6.Ftđc (3 tiếp điểm chính thường mở)
= 6.15 = 90 (N)
Lực Ðp tiếp điểm đầu:
Ftđđ = 0,6 . Ftđc



= 0,6 . 90 = 54 (N)
2. Lực Ðp tiếp điểm phụ thường mở :
Lực Ðp tiếp điểm phụ cuối thường mở:
F Ftđpc





= 4 . Ftđp



(2 tiếp điểm phụ thường mở)
= 4 . 0,5 = 2 (N)
Lực Ðp tiếp điểm phụ đầu thường mở:
Ftđpđ




= 0,6 . Ftđpc




= 0,6 . 2 = 1,2 (N) = 0,6 . 2 = 1,2 (N)
3. Lực Ðp tiếp điểm phụ thường đóng:
Lực Ðp tiếp điểm đầu thường đóng:
18
0
δ
m
F
®

F
®
G
®
+ F
nh
®
G
®
+ F
nhc
F
®t
F
®
F
®
Ftđpđ



= Ftđpc





= 2 (N)
Lực Ðp tiếp điểm cuối thường đóng:
Ftđpc





= Ftđpđ




= 1,2 (N)
4. Lực lò xo nhả:
Lực nhả đầu :
Flxnhđ = K
dt
(G
đ
+ Ftđpđ )
Flxnhđ = 1,1.(15 + 2) = 18,7 (N)
Trong đó:
Hệ số dự trữ K
dt
= 1,1 ÷ 1,3 . Chọn K
dt
= 1,1
Trọng lượng phần động : G
đ

= m
c
.I

đm
= 15(N)
Lực nhả cuối :
Flxnhc = 1,5 . Flxnhđ
= 1,5 . 18,7 = 28,1 (N).
III.Lập bảng số liệu:
0 2 4 10 12
Fnh 28,1 26,5 24,9 20,3 18,7
Gđ 15 15 15 15 15
Ftđc



90 75 60 0 0
Ftđp



2 1,2 0 0 0
Ftđp 0 0 0 -1,2 -2
Ftổng 135,1 117,7 99,9 34,1 31,7
IV.Dựng đặc tính cơ:
F(N)
135,1
90
K
19
28,1
15
2

lm m δ(mm)
l l



m




m l l
Chương IV: NAM CHÂM ĐIỆN
I.Khái niệm:
Nam châm điện được sử dụng ngày càng rất rộng rãi mà không một lĩnh vực
ngành kỹ thuật nào không sử dụng nó. Nhiệm vụ chủ yếu của nam châm điện
là bộ phận sinh lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến hay chuyển dịch
quay hoặc sinh lực hãm.
Trong mỗi lĩnh vực khác nhau thì có những loại nam châm khác nhau về hình
dáng, kết cấu, ứng dụng. Các quá trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất
phức tạp, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính. Vì vậy
việc tính toán nam châm điện thường được dùa theo các công thức gần đúng,
đơn giản sau đó mới kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, dẫn tới bài toán
tối ưu.
Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực để thực hiện tịnh tiến
đối với cơ cấu chấp hành là hệ thống các tiếp điểm.
II. Tính toán kích thước nam châm điện:
1.Các số liệu ban đầu:
a. Dạng kết cấu:
Với công tắc tơ xoay chiều ba pha thì thường chọn nam châm điện có kết cấu
chữ E hót thẳng.

20
b. Vật liệu:
Tra bảng (5-3) trang192 sách TKKCĐHA chọn Thép lá kỹ thuật điện hợp kim
tăng cường ∃31 (thép silic). Loại thép này có lực từ phản kháng bé nên tổn hao
do từ trễ không đáng kể.
Các thông kỹ thuật của thép ∃31:
Lực từ phản kháng HC0,35 (A/cm). 0,35 (A/cm).
Từ cảm dư1,1 (T). 1,1 (T).
Từ cảm bão hoà 2 (T). 2 (T).
Độ từ thẩm250. 250.
Độ từ thẩm cực đại650. 650.
Điện trở suất50.10 50.10
-8
(Ω.m).
Khối lượng riêng7,65 (G/cm 7,65 (G/cm
3
).
Thành phần cacbon0,025%. 0,025%.
Tổn hao từ trễ khi bão hoà0,15 (mJ/cm 0,15 (mJ/cm
3
cho 1 vòng).
Từ cảm lõi thép0,6 (T). 0,6 (T).
Chiều dày lá thép 0,5 (mm). 0,5 (mm).
c. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ cảm:
Chọn điểm tính toán là K (điểm nguy hiểm), tại δ = 4 (mm) và tại điểm K thì
F
tt
= 99,9 (N).
Chọn B
δ

= 0,5 (T)
Chọn hệ số từ rò σ
r
= 1,4; hệ số từ tản σ
t
= 1,2.
2 Tính tiết diện lõi mạch từ:
- Theo công thức (5 - 8) trang 204 sách TKKCĐHA , tổng diện tích lõi thép
mạch từ để đạt được lực điện từ ở điểm tới hạn :
S
l
Σ
=
Trong đó F
tt
lực hót điện từ ở điểm tới hạn : F
tt
= 99,9 (N).
⇒ S
l
Σ
= =2008 (mm
2
)
- Diện tích lõi cực từ giữa :
S
l2
=
- Diện tích lõi 2 cực từ nhánh :
S

l1
= S
l3
=

21
a/2
b
a
- Đối với cực từ giữa : chọn
⇒ a =
⇒ b = 0,9.a = 0,9.33 ≈ 30 (mm).
- Cạnh thực của lõi thép :
b' =
với K víi K
C
= 0,9 là hệ số Ðp chặt các lá thép .
b'= b'=
- Sè lá thép kỹ thuật điện :
n = (tấm)
Trong đó ∆ = 0,5 mm là chiều dày một lá thép.
- Hai cực từ mạch nhánh chọn kích thước: a/2 = 16,5 (mm)
b = 30 (mm)
3. Tính toán cuộn dây:
a. Sức từ động của cuộn dây:
(IW)
tđ
= (IW)Σδ
nh
+ (IW)

h
(A.vòng). Theo công thức (5-18) trang 209
sách TKKCĐHA).
Trong đó :
(IW)Σδ
nh
:sức từ động của khe hở không khí làm việc khi phần ứng hở
(IW)
h
: sức từ động không đổi khi khe hở không khí làm việc
(IW)Σδ
nh
=

(Theo công thức (5-19) trang 209 sách TKKCĐHA).
Σδ
nh
- tổng khe hở không khí làm việc.
Σδ
nh
= 2.δ
nh
= 2.4.10
-3
= 8.10
-3
(m).
µ
O
= 1,25.10

-6
(H/m)
22
⇒ (IW)Σδ
nh
= (A.vòng).


(IW)
h
= (Theo công thức 5-20 trang 210 sách TKKCĐHA)
σ
r
: hệ số từ rò , σ
r
= 1,4
Σδ
h
: khe hở không khí ở trạng thái hót
Σδ
h
= 2δ
cn
+ δ
cd
+ δ
ht
=0,2 ÷ 0,7 (mm).
δ
cn

= 0,03 ÷ 0,1 mm - khe hở công nghệ, chọn δ
cn
= 0,05 (mm).
δ
cd
= 0,1 ÷ 0,5 (mm) : khe hở chống dính , chọn δ
cd
= 0,3 (mm).
δ
ht
: khe hở giả định , chọn δ
ht
= 0,1 (mm).
⇒ Σδ
h
= 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 (mm) .
(IW)
h
=

(A.vòng).
⇒ (IW)
tđ
= 3200 + 280 = 3480 (A.vòng).
- Kiểm tra lại, ta có hệ số bội số dòng điện :
K
I
=
⇒ Thoả mãn yêu cầu K
I

= 4 ÷ 15
b.Kích thước cuộn dây:
Tiết diện cuộn dây được xác định cho trạng thái phần ứng bị hót vì khi phần
ứng hở , dòng điện chạy trong cuộn dây lớn hơn nhiều lần so với khi phần ứng
∆
2
∆
1
h
cd
b
cd
23
bị hót và thời gian rất ngắn. Vì vậy sức từ động (IW)
tđ
được tính ở trạng thái hở
của phần ứng cần phải đưa về trạng thái hót của phần ứng.
Theo công thức (5-24) trang 211 sách TKKCĐHA ta có diện tích cuộn dây :
S
cd
=
Trong đó:
K
Umax
: Hệ số tính đến điện áp nguồn tăng mà NCĐ vẫn làm việc. Chọn
K
umax
= 1,1
K
Umin

: Hệ số tính đến điện áp nguồn giảm mà NCĐ vẫn làm việc. Chọn
K
umin
= 0,85.
K
qt
: Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn K
qt
= 1.
j : Mật độ dòng điện trong cuộn dây ở chế độ làm việc dài hạn, thường
có j = 2 ÷ 4 (A/mm
2
)

. Chọn j = 2,5 (A/mm
2
).
K
lđ
: Hệ số lấp đầy cuộn dây , K
ld
= 0,3 ÷ 0,6 . Chọn K
lđ
= 0,5.
⇒S
cd
=
Từ diện tích cuộn dây, chọn hệ số hình dáng K
hd
=

⇒ b
cd
=
h
cd
= 3.b
cd
= 3.10 = 30 (mm).
Sè vòng dây:
W = (Theo công thức trang 284 sách TKKCĐHA).
Trong đó :
K
IR
: hệ số tính đến điện áp rơi trên điện trở của cuộn dây, khi phần
ứng bị hót K
IR
≈ 1.
U
đm
: điện áp định mức của cuộn dây, U
đm
= 380(V).
K
Umin
: hệ số tính đến sụt áp, K
Umin
= 0,85.
f = 50 Hz
Φ
tb

= σ
r
.B
δ
.S
2
= 1,4.0,5.33.30.10
-6
= 6,93.10
-4
(Wb)
⇒ W = = 2099 (vòng)
Tiết diện dây quấn :
q =
24

Đường kính dây :
d = d =
c.Kích thước mạch từ:
a = 33 (mm); b=30 (mm);
Chọn ∆
1
= 3 (mm), ∆
2
= 0,5 (mm) bề dày khung dây.
∆
3
= 0,5 (mm) bề dày cách điện cuộn dây.
∆
4

= 10 (mm), ∆
5
= 1 (mm).
Chiều rộng cuộn dây: b
cd
= 10 (mm).
Chiều cao cuộn dây : h
cd
= 30 (mm).
Diện tích nắp mạch từ : S
n
= 0,6.S
l2
= 0,6.1004 = 602,4 (mm
2
)
⇒ h
n
=
Diện tích đáy mạch từ : S
đ
= 0,7S
l
= 0,7.1004 = 702,8 (mm
2
)
⇒ h
đ
=
Chiều cao của mạch từ :

A = = 88 (mm).
Chiều dày mạch từ :
C =
25
a/2
a
b
c
h
®
h
n
∆
5
∆
4
∆
3
∆
2
∆
1
b
cd
h
c
d
h
l