Giáo trình

Công tắc tơ

1

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TẮC TƠ

I. GIỚI THIỆU CHUNG.

Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối năng lượng điện và các dạng năng lượng khác. Theo lĩnh vực sử dụng, các khí cụ điện được chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm có nhiều chủng loại khác nhau.

Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để thường xuyên đóng cắt từ xa các mạch điện động lực bằng tay hay tự động.

Công tắc tơ xoay chiều dùng để đổi nối các mạch điện xoay chiều; nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều. Nhưng cũng có loại công tắc tơ dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều nhưng nam châm điện lại là nam châm điện một chiều.

II. PHÂN LOẠI. 1.Theo nguyên tắc truyền động: ta có ba kiểu CTT, việc đóng cắt được thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén. 2.Theo chế độ làm việc:

- Chế độ làm việc nhẹ: khi số lần thao tác tới 400 lần/h. - Chế độ làm việc trung bình: khi số lần thao tác tới 600 lần/h. - Chế độ làm việc nặng: khi số lần thao tác lớn hơn 1500 lần/h.

III.CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA CÔNG TẮC TƠ.

2

1.Điện áp định mức Uđ m: là điện áp định mức của mạch điện tương ứng mà mạch điện của CTT phải đóng cắt. Điện áp định mức có các cấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. 2.Dòng điện định mức Iđm: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của CTT trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng không quá 8h.

Dòng điện định mức của CTT hạ áp thông dụng có các cấp: 10; 20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800A. Nếu CTT đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do điều kiện làm mát kém.

ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa là khi tiếp điểm của CTT ở trạng thái đóng lâu hơn 8h thì dòng điện định mức của CTT lấy thấp hơn khoảng 20% do ở chế độ này lượng ôxit kim loại tiếp điểm tăng vì vậy làm tăng điện trở tiếp xúc và nhiệt độ tiếp điểm tăng quá giá trị cho phép.

3.Điện áp cuộn dây định mức Ucdđm: là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi tính toán, thiết kế CTT thường phải bảo đảm lúc điện áp bằng 85%Ucdđm thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110%Ucdđm thì cuộn dây không được nóng quá trị số cho phép. 4.Số cực: là số cặp tiếp điểm chính của CTT. Công tắc tơ điện xoay chiều có 2; 3; 4 hoặc 5 cực. 5.Số cặp tiếp điểm phụ: thường trong CTT có các cặp tiếp điểm phụ thường đóng và thường mở có dòng điện định mức 5A hoặc 10A. 6.Khả năng đóng và khả năng cắt: là giá trị dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi ngắt hoặc khi đóng.

CTT dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc cần phải có

khả năng đóng từ 4 ÷ 7 lần Iđm. CTT điện xoay chiều đạt 10Iđm với phụ tải điện cảm.

3

7.Tuổi thọ của CTT: là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy CTT sẽ hỏng không dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể do mất độ bền cơ hay độ bền điện.

- Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt không tải cho đến khi CTT hỏng. CTT hiện đại tuổi thọ cơ khí đạt 2.107 lần.

- Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt tải định mức.Thường tuổi thọ về điện bằng 1/5 hay 1/10 tuổi thọ cơ khí. 8.Tần số thao tác: là số lần đóng cắt CTT cho phép trong 1h. Tần số thao tác của CTT bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp chính do hồ quang và sự phát nóng của cuộn dây do dòng điện.

Tần số thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150; 300; 600; 1200; 1500 lầ/h.

9.Tính ổn định điện động: nghĩa là khi tiếp điểm chính của CTT cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá huỷ mạch vòng dẫn điện. Thường qui định dòng điện ổn định điện động bằng 10Iđm. 10.Tính ổn định nhiệt: nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính.

IV. YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ. 1. Các yêu cầu về kỹ thuật:

- 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.

- Dẫn điện tốt. - Độ bền cách điện của các chi tiết cách điện và khoảng cách cách điện khi

làm việc với điện áp lớn nhất để không xảy ra phóng điện, kéo dài trong điều kiện môi trường xung quanh ( như mưa, ẩm, bụi, tuyết...) cũng như khi có quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp do khí quyển gây ra.

4

- Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố.

- Khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố. - Kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé.

2. Các yêu cầu về vận hành:

- Chịu được ảnh hưởng của môi trường xung quanh : độ ẩm, độ cao... - Có độ tin cậy cao. - Tuổi thọ lớn, thời gian sử dụng lâu dài. - Đơn giản, dễ thao tác, dễ sửa chữa, thay thế. - Chi phí vận hành ít, tiêu tốn năng lượng ít.

3. Các yêu cầu về kinh tế, xã hội:

- Giá thành hạ, có tính thẩm mỹ cao. - Vốn đầu tư khi thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành ít. - Tạo điều kiện dễ dàng, thuận tiện cho người vận hành về mặt tâm, sinh lý,

cơ thể... - An toàn trong lắp ráp vận hành.

4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo:

- Tính công nghệ của kết cấu : dùng các chi tiết, cụm quy chuẩn, tính lắp lẫn...

- Lưu ý đến khả năng chế tạo : mặt bằng sản xuất, đặc điểm tổ chức sản xuất, khả năng của thiết bị.

- Khả năng phát triển chế tạo, lắp ghép vào các tổ hợp khác, chế tạo dãy...

V. CẤU TẠO CHUNG CỦA CÔNG TẮC TƠ: 1.Cấu tạo:

5

Công tắc tơ gồm các bộ phận chính sau: - Hệ thống mạch vòng dẫn điện, bao gồm: thanh dẫn ( thanh dẫn động và

thanh dẫn tĩnh ), dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm ( gồm có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm ), cuộn dây dòng điện ( nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang ).

- Hệ thống dập hồ quang. - Nam châm điện xoay chiều. - Hệ thống lò xo : lò xo nhả , lò xo tiếp điểm, lò xo giảm chấn rung... - Vỏ và các chi tiết cách điện.

2. Nguyên lý hoạt động:

Khi đặt điện áp vào cuộn dây của nam châm điện, luồng từ thông sẽ được sinh ra trong nam châm điện. Luồng từ thông này sẽ sinh ra một lực điện từ, hút phần ứng của nó. Khi lực điện từ lớn hơn lực cơ thì nắp mạch từ được hút về phía mạch từ tĩnh, làm cho tiếp điểm động gắn trên phần ứng đóng hoặc cắt với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh được gắn trên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn vít bắt dây điện ra, vào. Các lò xo tiếp điểm có tác dụng duy trì một lực ép tiếp điểm cần thiết lên tiếp điểm. Đồng thời tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối với tiếp điểm phụ thường đóng, lò xo nhả bị nén lại.

Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng từ thông sẽ giảm xuống về không, đồng thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về không. Khi đó lò xo nhả sẽ đẩy toàn bộ phần động của công tắc tơ lên và cắt dòng điện tải ra. Khi tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh thì hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm.Khi đó hệ thống dập hồ quang sẽ nhanh chóng dập tắt hồ quang, nhờ vậy tiếp điểm ít bị mòn hơn.

6

CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

I.YÊU CẦU THIẾT KẾ.

Thiết kế công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ. - Tiếp điểm chính : Iđm = 65A; Uđm = 400V - Số lượng : 3 tiếp điểm thường mở. - Tiếp điểm phụ : Iđm =5A ; Uđm = 400V - Số lượng . : 2 thường đóng, 2 thường mở. - Nam châm điện : Uđm = 220V; f = 50Hz - Tuổi thọ : Điện: 106 lần đóng cắt. - Làm việc liên tục : cách điện cấp C.

II.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU. 1.Lựa chọn kết cấu:

Công tắc tơ xoay chiều kiểu điện từ dùng nam châm điện có mạch từ hình

chữ E hay chữ Π có nắp quay quanh trục hay chuyển động tịnh tiến theo kiểu hút ống. Ta không dùng kiểu quay trên một cạnh vì nắp NCĐ xoay chiều to, nặng và kẽ hở không khí chính lớn.

Mạch từ hình chữ E kiểu quay cho đặc tính hút tốt hơn kiểu hút thẳng nhưng kiểu hút thẳng có thể tận dụng được trọng lượng của nắp khi ngắt. Mặt khác loại này có đặc tính lực hút tương đối lớn và có dạng gần trùng với đặc tính cơ nên giảm

7

rung tốt, hành trình chuyển động tương đối nhanh, thời gian chuyển động ngắn. Từ thông rò của nó sinh ra lực phụ làm tăng lực hút. Kết cấu mạch loại này đơn giản.

Tuy nhiên NCĐ xoay chiều kiểu chữ E, hút thẳng có phần ứng chuyển động

một phần trong lòng ống dây có nhược điểm là bội số dòng điện lớn ( 10 ÷ 15 ) so với các mạch từ khác do kẽ hở không khí lớn hơn.

Từ những ưu điểm vượt trội đó ta chọn kết cấu NCĐ hình chữ E, kiểu hút thẳng có phần ứng chuyển động một phần trong lòng ống dây. 2.Lựa chọn sơ bộ hệ thống tiếp điểm:

Theo yêu cầu thiết kế tiếp điểm chính có: Iđm = 180 A, Uđm = 400 V, ta chọn tiếp điểm kiểu cầu, hai chỗ ngắt. Nó phù hợp NCĐ hút thẳng. Loại tiếp điểm này có ưu điểm là khả năng ngắt lớn, không cần dây nối mềm, dễ dàng cho việc dập hồ quang.

3.Lựa chọn sơ bộ hệ thống dập hồ quang:

Ta chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập đặt tiếp điểm bắc cầu, hai chỗ ngắt. Kiểu này có ưu điểm: khi hồ quang xuất hiện thì dưới tác động của lực điện động ( bao gồm lực điện động do kết cấu mạch vòng dẫn điện lực do các tấm dập bằng vật liệu dẫn từ bị nhiễm từ tác dụng lên dòng điện hồ quang ), hồ quang di chuyển vào buồng ngăn và bị chia thành nhiều đoạn ngắn, nhiệt độ hồ quang cũng giảm xuống do tiếp xúc với các tấm dập. Kết quả hồ quang nhanh chóng được dập tắt.

III.THÀNH LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG.

Sơ đồ động được minh hoạ như hình vẽ ( trang 8 ). Trong đó : 1 - Giá phần động. 2 - Lò xo tiếp điểm. 3 - Tiếp điểm động. 4 - Tiếp điểm tĩnh.

8

f ®t

g

f lx t® f lx n h

m

δ

1 2

3 4

5

6

7

5 – Nắp nam châm điện. 6 – Lò xo nhả. 7 – Thân ( lõi ) nam châm điện.

m - độ mở tiếp điểm.

9

l - độ lún tiếp điểm. Flxtđ - lực ép lò xo tiếp điểm. Flxnh - lực ép lò xo nhả. Fđ t - lực hút điện từ. G - trọng lực phần động.

CHƯƠNG III MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

A.KHÁI NIỆM CHUNG. Mạch vòng dẫn điện có chức năng dẫn dòng, chuyển đổi và đóng cắt mạch điện.

Mạch vòng dẫn điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng, kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm có các bộ phận chính như sau:

• Thanh dẫn : gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh.

• Dây dẫn mềm..

• Đầu nối : gồm vít và mối hàn.

• Hệ thống tiếp điểm : gồm tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, giá đỡ tiếp điểm.

• Cuộn dây dòng điện ( nếu có, kể cả cuộn thổi từ dập hồ quang ).

B.YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. • Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, tổn hao đồng nhỏ.

• Bền với môi trường.

• Có độ cứng, vững tốt.

• Làm việc ở chế độ sự cố trong thời gian cho phép.

• Có kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, chế tạo, lắp ráp, thay thế.

C.MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH.

10

I.THANH DẪN. 1.Yêu cầu đối với thanh dẫn:

• Có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt.

• Dẫn nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao.

• Có độ bền cơ khí cao, chịu mài mòn tốt.

• Chịu được ăn mòn hoá học tốt, ít bị ôxi hoá.

• Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ. 2.Chọn vật liệu: Từ những yêu cầu trên đối với thanh dẫn, tra bảng 2-22 ( trang 81- Những hằng số vật lí của vật dẫn thông dụng trong khí cụ điện ) và so sánh các ưu nhược điểm, ta chọn vật liệu làm thanh dẫn là đồng kéo nguội. Các thông số kỹ thuật của đồng kéo nguội: Ký hiệu ML-TB

Tỷ trọng (γ) 8,9 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy (θnc) 10830C

Điện trở suất ở 200C (ρ20) 1,58.10-8 Ωm

Độ dẫn nhiệt (λ) 3,9 W/cm 0C

Độ cứng Briven (HB) 80 ÷ 120 kG/cm2

Hệ số nhiệt điện trở (α) 0,0043 1/ 0C

Nhiệt độ cho phép cấp A ([θcp]) 950 C Độ dẫn nhiệt 3,9 W/cmoC

3.Chọn dạng thanh dẫn: Chọn dạng thanh dẫn có tiết diện chữ nhật, chiều rộng a, chiều dày b:

II.TÍNH TOÁN THANH DẪN Ở CHẾ ĐỘ DÀI HẠN.

a

b

ba

l

11

1.Thanh dẫn tĩnh. a.Kích thứoc thanh dẫn

Kích thước thực : a=10(m.m). b=2(m.m) .

b.Tính τôđ: Từ công thức niutơn:

Ρ=K TST (θôđ - θo)= KTSTτôđ trong đó:

KT :Hệ số tản nhiệt. ST :Tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn.ST=2(a+b)l. Ρ :Công suất tản nhiệt của thanh dẫn. θôđ :Nhiệt độ làm việc ổn định của thanh dẫn. θo :Nhiệt độ của môi trường.

ta có: IđmRθ Kf = K TST (θôđ - θo).

).(SKS

lKImtd«TT

fdm2

θθρθ −=

trong đó: Rθ :Điện trở của thanh dẫn ở nhệt độ ổn dịnh.[Ω]. ρθ :điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định[Ω.m]. S :tiết diện của thanh dẫn.S=ab[m2]. l :chiều dài của thanh dẫn[m].

Ta có: ).(lS)ba(2Kab

lKImtd«TT

fdm2

θθρθ −+=

d«T

fdm2

TK

KI)ba(2ab θρ=+

chọn:

Kf=1,03;KT=8[W/oCm2];a=10[m.m];b=2[m.m] ;Iđm=65[A]. Thay số ta có:

.8

03,16510)210(210210

d«

236

τρθ⋅⋅⋅

=⋅+⋅⋅× −−

⇔ 9

d«

10882,0 −⋅=τρθ

12

Thay : ρθ= ρ(20oC)[1+α(θôđ-20)]. τôđ = θôđ - θmt .

Ta có:

.)]20(0043,01[(10.0174,0

88210.0mtd«

d«6

9

θθθ

−−+

=−

−

Chọn θmt=40oC⇒: θôđ = 63,43oC ≈64oC. Vậy giá trị: τôđ = θôđ-θmt=64 - 40=24oC.

c.Kiểm nghiệm mật độ dòng điện dài hạn: Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ dài hạn là:

2/25,32065 mmA

SIJ dm

d === < [j] =2 ÷ 4 A/mm2 → thoả mãn yêu cầu.

d. Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch: Độ bền nhiệt của khí cụ điện là tính chất chịu đựng được sự

tác dụng nhiệt của dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch. Nó được đặc trưng bằng dòng điện bền nhiệt, là dòng điện dòng điện mà ở giá trị đó thanh dẫn chưa bị biến dạng.

Mật độ dòng điện chạy qua thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch là:

jnm = nm

dnm

t

AA - ( trang 314- TKKCĐHA )

Trong đó : tnm = tbn : thời gian ngắn mạch hay thời gian bền nhiệt. Anm = Abn : hằng số tích phân ứng với ngắn mạch hay bền nhiệt. Ađ : hằng số tích phân ứng với nhiệt độ đầu.

Tra đồ thị hình 6-6, trang 315- TKKCĐH, ta có : ứng với nhiệt độ ban đầu θđ

= 640C có Ađ =1,15 .104 A2s/mm4, ứng với nhiệt độ bền nhiệt của đồng θbn = 2500C có Abn =3,5 .104 A2s/mm4

tnm jnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2)

13

3s 88.51 94

10s 48,48 51

Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch nhỏ hơn mật độ

dòng điện cho phép, nên thanh dẫn có thể chịu được ngắn mạch. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy thanh dẫn với tiết diện 10x2 mm2 thoả mãn

hoàn toàn các điều kiện về nhiệt và điện ở các chế độ làm việc khác nhau như trên. 2. Tính toán tiếp điểm thanh dẫn tĩnh. a.Nội dung tính toán. Tiếp điểm cần tính là tiếp điểm kiểu cầu, 1pha 2 chỗ ngắt.Nội dung tính toán bao gồm: - Xác định độ mở tiếp điểm [ m ]. - Xác định độ lún tiếp điểm [ l ].

- Chọn vật liệu tiếp điểm. - Tính lực ép tiếp điểm. - Tính điện trở tiếp xúc. - Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc. - Xác định dòng điện hàn dính. - Tính biên độ và thời gian rung. - Ăn mòn tiếp điểm.

b. Tính toán chi tiết. Chọn vật liệu làm tiếp điểm: - Yêu cầu của vật liệu làm tiếp điểm : + Điện trở suất và điện trở tiếp xúc bé. + Tính dẫn nhiệt và nhiệt độ nóng chảy cao. + ít bị ôxi hoá. + Khó hàn dính. + Độ cứng cao, ít bị ăn mòn cơ. + Đặc tính công nghệ tốt.

14

+ Giá thành hạ. - Với yêu cầu thiết kế, ta chọn vật liệu là kim loại gốm ( Bạc- Niken- Than chì) có các thông số: + Ký hiệu : KM K- A32. + Tỷ trọng : 8,7 ( g/ cm3). + Nhiệt độ nóng chảy: 3400 0C.

+ Điện trở suất ở 20 0C : 3,5x10-5 ( Ω.mm ). + Độ dẫn nhiệt : 3,25 (W/ cm.0C). + Tỷ trọng nhiệt : 0,234 (W.s/ cm.0C).

+ Độ cứng Briven : 45 ÷ 65 ( kg.mm2 ). + Hệ số nhiệt điện trở : 3,5x10 Độ mở tiếp điểm: - Độ mở tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở vị trí ngắt của công tắc tơ. - Độ mở tiếp điểm lớn thì hồ quang bị kéo dài và dễ bị dập tắt nhưng lại làm tăng hành trình của cơ cấu. Vì vậy cần phải chọn độ mở của tiếp điểm một cách hợp lý. - Số liệu thực tế đo được : m = 4 [ mm ]. Độ lún tiếp điểm: - Độ lún của tiếp điểm là quãng đường mà tiếp điẻm động đi thêm được nếu không bị tiếp điểm tĩnh cản lại. Độ lún cần phải có để có lực ép tiếp điểm và duy trì khảe năng làm việc của thiết bị khi tiếp điểm bị ăn mòn. - Độ lún thực tế đo được : l = 2,5 [ mm ] Kích thước tiếp điểm: Tiép điểm có dạng hình trụ tròn có thông số thực tế như sau: - Đường kính tiếp điểm : d = 8 [ mm ]. - Chiều cao tiếp điểm : h = 2 [ mm ]. Tính lực ép tiếp điểm:

15

Có hai phương pháp để xác định lực ép tiếp điểm là lý thuyết và thực nghiệm: - Theo thực nghiệm, ta có công thức Ftđ = ftđ .Iđm. - Tra bảng 2-17 TLLK ta chọn được: ftđ = 7 ( g/ A ).

Ftđ = 7.65 = 455[g] ≈4,6 ( N ). - Theo lý thuyết : + Dựa vào việc khảo sát nhiêt trường và điện trường của thanh dẫn đặc, dài vô hạn, có nguồn nhiệt ở đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác, ta có công thức sau:

.)]

TT

[arccos(

1.

16AH

.IF2

tx

td2B2

dmtd λΠ

=

Trong đó: A: Hằng số Even; A = 2,3.10-8. HB: Độ cứng Briven; chọn HB = 50 ( kg/ mm2 ).

λ: Hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn. Tra bảng (2-13- TLTKKCHA) với

vật liệu là đồng kéo nguội ta có λ = 3,8 (W/ cm.0C). Ttđ : Nhiệt độ tuyệt đối của thanh dẫn ở chỗ xa nơi tiếp xúc. Chọn Ttđ là nhiệt độ cho phép Ttđ = 273+ 64 = 337 ( 0K ).

Ttx : Nhiệt độ chỗ tiếp xúc, thường lấy Ttx = Ttđ + ( 5 ÷ 10 0) K. Vậy ta chọn Ttx = 347 ( 0K ). thay số ta có :

)(141,1]

347337[arccos

1.380.16

10.50.14,3.10.3,2.652

2

682 NFtd ==

−

.

*So sánh lý thuyết và thực nghiệm ta thấy Ftđ thực nghiệm lớn hơn rất nhiều, Vậy ta chọn Ftđ = 4,6 ( N ) .

16

Tính điện trở tiếp xúc: Ta có công thức:

.)F.102,0(

KR

mtd

txtx =

Trong đó : m = 0,5: Tiếp xúc giữa các tiếp điểm là tiếp xúc điểm. Ktx: Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và tạng thái bề mặt của tiếp điểm.Tra bảng trang 59 ( TL1) : Với vật liệu kim loại

gốm thì có: Ktx = (0,2÷ 0,3).10-3. Chọn Ktx = 0,25-3.

Thay số ta có: ).(10.4,0)6,4.102,0(

10.25,0 35,0

3

Ω== −−

txR

Hiệu điện thế tại nơi tiếp xúc: Utx = Rtx.Iđm = 0,4.10-3.65 = 26 ( mV).

*Yêu cầu đối với công tắc tơ ≤ 1000V là điện áp tiếp xúc rơi

trên tiếp điểm là (2÷ 30 ) (mV).Vậy giá trị Rtx = ở trên phù hợp với yêu cầu thực

tế. Tính nhiệt độ tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc: Tổn hao nhiệt trên tiếp điểm chia làm hai phần gồm: toả ra môi trường và làm nóng tiếp điểm. Nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc của tiếp điểm được tính theo công thức:

.ρ.λ..8

R.I

S.P.K.λ.2

I.RS.P.Kρ.Iθθ

22dm

t

2dmtx

t

2dm

0tx +++=

Trong đó:

θ0 : Nhiệt độ môi trường xung quanh (θ0 = 40 0C ). Iđm : Dòng điện định mức ( Iđm = 65 A ).

17

Rtx : Điện trở tiếp xúc (Rtx = 0,4.10-3 ).

ρ : Điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm. Tra

bảng (2-13- TLTKKC) có ρ = 3,5.10-9 Ω.m. S : Tiết diện tiếp điểm :

].[265,504

10.8.14,3 262

mmS ==−

R : Điện trở tiếp điểm:

].[10.4,110.265,50

10.2.10.5,3. 76

39

Ω=== −−

−−

SlR ρ

Kt : Hệ số toả nhiệt bề mặt của thanh dẫn. Kt = 8 (W/ m2 ).

λ : Hệ số dẫn nhiệt. λ = 3,25 (W/ m ). P : Chu vi tiếp điểm:

P = Π.d = 3,14.8.10-3 = 25,12.10-3 ( m ). Thay số ta có :

].[55.10.5,3.10.25,3..8)10.4,1.(65

10.265,50.8.10.12,25.10.25,3.2

65.10.4,010.265,50.10.12,25.8

10.5,3.6540 92

272

632

23

63

92

Cotx =+++= −

−

−−

−

−−

−

θ

Xác định dòng điện hàn dính: Theo lý thuyết, ta có thể xác định dòng điện hàn dính theo 1 trong 2 công thức sau:

).

e.TT

e.TTarccos(

θ.H.Π.λε.F.H..4

ITt

tdtx

T

t

tdtd

B

tdthhd 1

1

−

−

−

−=

.F.fAI tdncthhd =

Để đơn giản ta sử dụng công thức 2:

18

.F.fAI tdncthhd =

Trong đó:

fnc là hệ số nóng chảy, fnc = 2 ÷ 4 và càng lớn nếu vật liệu càng mềm. Ta chọn fnc = 4. A: Hằng số ứng với tưng loại vật liệu (A/ N0,5):

.)θ.α.

32

1(ρH.Π

)θ.α.31

1.(θ.λ.32A

nc0B

ncnc

+

+=

Trong đó:

ρ0 : Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm ở 00C.

).mm.(10.27,310.5,3.201

10.5,31

53

5

20

200 Ω

αρρ −

−

−

=+

=+

=

α : Hệ số nhiệt điện trở. α = 3,5.10-3[1/oC].

λ : Hệ số dẫn nhiệt.λ = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m).

HB : Độ cứng Brunmen ở 0 0C,HB = 50 kg/ mm2.

θnc : Nhiệt độ nóng chảy của tiếp điểm.θnc = 3400 0C. Thay số ta có:

).N/A(64,195)3400.325

32

1.(10.27,3.10.50.14,3

325).3400.325.31

1.(3400.32A 2

1

56=

+

+=

−

Vậy: ).(7,7266,4.364,195 AIthhd ==

Theo thực nghiệm : -Theo công thức Butloêvit, có thể tính được một cách sơ bộ dòng điện hàn dính ban đầu của tiếp điểm theo lực ép tiếp điểm:

.FKI tdhdhdbd =

tra bảng 2-19 TLTKKC ta được:Khd = 1000 (A/ kg).

19

Thay số ta có:

).(67846,01000 AIhdbd ==

* So sánh dòng điện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết và thực nghiệm ta thấy dòng diện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết lớn hơn thực nghiệm. Vậy ta chọn Ihdtd = 678 (A). * So sánh với Inm: với Inm = 10.Idm = 10.65 =650 ( A ), ta thấy Inm < Ihdtd , vậy tiếp điểm không bị hàn dính nagy cả khi bị ngắn mạch. Tính biên độ và thời gian rung: - Khi đóng tiếp điểm, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây nên hiện tượng rung tiếp điểm. Tiếp điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại tiếp tục va đập. Quá trình tiếp xúc rồi lại tách rời giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra một thời gian một thời gian thì kết thúc, chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định. - Đồ thị biểu diễn quá trình rung: Theo công thức trang 72_ TLTKKCHA,coong thuws tinys xm ,tm với tiếp điểm cầu là:

..2

)1.(. 2

tdd

vdm F

kvdmx −=

.1..2

tdd

vddm F

kvmt

−=

Trong đó : -md: Khối lượng phàn động. Tính md :

Md=g

Gd .

Trong đó:

20

-Gd=Idm.mc.Chọn mc=9.4 ⇒Gd=9.4.65=611 [g.m/s2]

⇒md=611/10=6.11 [g]. -vd:vận tốc tiếp điểm khi va chạm,chọn vd=0.1[m/s]. -Kv:Hệ số va chạm(phụ thuộc vào vật lieeuj tiếp diểm).Tra bản 72 với vật liệu bạc và hợp kim có Kv=0.9.

-Ftđđ:Lực ép tiếp điểm đầu.Theo kinh nghiệm Ftđđ=0.5.Ftđc=0.5.4.6=2.3.

Thay số ta có:

).(10.33.110.33.13,2.2

)9.01.(01.0611.0 352

mmxm−− ==

−=

]..[7.1][10.7.1.3,2

1.1.0.0611,0.2 3 smsKvtm ==−

= −

Xm và tm ở trên đuợc tính ứng với khối lượng phần động của

một tiếp điểm.Vì công tắc tơ có ba tiếp điểm⇒:

]..[044,03133.0

3mmxx m

mctt ===

].[37,037.1

3mstt m

ctt ===

* Theo công thức (4-27_TLTKKCHA) tổng thời gian rung là:t∑=(1.5-

1.8)2.tm.Chọn t∑=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].Vì t∑ >0.3s là thời gian rung dể có thể

bỏ qua độ rung của công tắc tơ,vậy dộ rung la dáng kể,ta phải dùng lò so hoãn xung dể giảm độ rung này. Ăn mòn tiếp điểm. - Yêu câu đối với tiếp điểm sau số lần đóng cắt n nhất định là:

Vmòn/Vtđ ≤70%.

).(1.0)(5.1004

2.8.14.34

.. 3322

cmmmhdV td ===Π

=

21

- Theo công thức của Kuđơnhẽpôp(TLTKKCHA-trang79) khối lượng bị ăn mòn của tiếp điểm bị ăn mòn sau một lần đóng cắt là:

.)..(10 229kdngngddngd KIKIKggg +=+= −

Trongđó : -Kkđ: Hệ số mòn không đồng đều.Theo

TLTKKCHA-tr79 với dòng xoay chiều Kkđ =1.1-2.5,chọn Kkđ =1.3. -Kđ,Kng:Hệ số mòn khi đóng cắt.Tra bảng (2-21-TLTKKCHA) với vật liệu bạc dòng 65 (A) môi trường không khí ta có: Kđ=Kng=0.001(g/A2). -Iđ:Dòng điện đóng,chọ Id=10.Iđm=650 (A). -Ing:Dòng điện ngắt,chọn Ing=Iđm=65 (A). Thay số ta có:

).(10.5553.1).65.001.0650.001.0(10 9229 gg −− =+=

Tổng khối lượng kim loại bị ăn mòn sau 106 lkần đóng cắt là: Gm=555.10-9.106=0.555(g). Thể tích ăn mòn sau 106 lần đóng cắt là:

).(64.07.8

555.07.8

3cmGmVm ===

Thay số ta có :

%.6417.0064.0

==td

m

VV

* Vậy dộ mòn tiếp điểm nằm trong vùng cho phép sau 106 lần đóng cắt. 3.Thanh dẫn động. Hình dạng,kết cấu ,vật liệu chế tạo thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh hoàn toàn gióng nhau.Việc tính toán,kiểm nghiệm thanh dẫn động giống với việc tính toán kiểm nghiệm thanh dãn tĩnh.

22

Do không phải chịu va đập cơ khí và không phải nối với đầu nối dây nối ra bên ngoài như thanh dẫn tĩnh nên thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn thanh dẫn tĩnh. Kích thước của thanh dẫn động : -Chièu rộng và chiều cao thanh dẫn:a=7[mm],b=2[mm]. - Chiều cao và đường kính tiếp điểm :h=2[mm],d=7[mm]. III.TÍNH TOÁN ĐẦU NỐI THANH DẪN TĨNH. 1.Chọn kết cấu đầu nối. Các thanh dẫn tĩnh được nối với dây nối mềm bằng các vít đầu nối.Để đảm bảo cho việc thay thế sửa chũa ta chọn đàu nối là mối nối có thể tháo rời.Số lượng mối nối ở mỗi pha là hai,hình dạng thanh dẫn nối là hình chữ nhật. Cấu tạo đầu nối :

- Vít ghép nối: dùng để ghép nối giữa thanh dẫn tĩnh và dây nối - Đệm lò xo vênh, phẳng: có tác dụng tạo lực ép giữ chăt thanh dẫn tĩnh và dây nối 2.Tính toán đầu nối.

1:VÝt b¾t mèi nèi.2:§Öm lß xo vªnh.3:DÖm ph¼ng.

2

3 1

23

Tra bảng (2-9-TLTKKCHA) với dòng Iđm=65A ta chọn được bu lông thép có đường kính ren là 8mm,trụ và lõi bằng thép có đường kính ren là 5mm.Vì ở mỗi pha có hai chỗ ngắt nên ở ba pha ta phải chọn 6 bộ bu lông như trên. a.Diện tích tiếp xúc:

.j

IS dm

tx=

Trong đó: - Iđm : Dòng điện định mức. - j : Mật độ dòng điệncho phép,chọn j=0,31[A/mm2]. Thay số ta có:

].[210.31,0

65 2mmS tx ==

b.Lực ép tiếp xúc :

.. txtxtx SfF =

Trong đó :- ]./[2,4 2mmkNf tx= (Tra bảng 2-10 TLTKKCHA)

Thay số có:

].[64,28210.8,302,4. kNSfF txtxtx ===

c.Điện trở tiếp xúc của đầu nối:

.).102,0( m

txtx F

KR =

Trong đó :-m=1 vì dâ là tiếp xúc mặt. -Ktx:Hằng số,tra bảng 59 với vật liệu là đòng kéo nguội. Ktx=[0,09-0,14.10-3].Chọn Ktx=0,14.10-3.

Thay số có:

].[10.05,064,28.102,0

10.14,0.).102,0(

53

Ω=== −−

mtx

tx FK

R

d.Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc:

24

].[11,365.10.05,0. 3 mmVIRU dmtxtx === −

*Yêu cầu của điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc là:2-30 (mmV).Vậy bulông đã chọn có thể đáp ứng đươc yêu cầu thiết kế.

CHƯƠNG IV

BUỒNG DẬP HỒ QUANG

I. KHÁI NIỆM VỀ HỒ QUANG ĐIỆN. 1.Quá trình phóng điện trong chất khí:

Ở điều kiện bình thường, chất khí là môi trường cách điện tốt. Nếu đặt lên hai điện cực trong môi trường không khí một điện trường có cường độ đủ lớn thì phá vỡ tính cách điện của chất khí: nó trở nên dẫn điện tốt, phụ thuộc vào tính chất của chất khí, áp suất của nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện trường.

Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng

điện lớn ( 102 ÷ 103 A/mm2 ), điện áp rơi trên catôt bé ( 10 ÷ 12 V ), nhiệt độ hồ quang

cao ( 6000 ÷ 18000oK ) và kèm theo hiệu ứng ánh sáng. Hồ quang điện là quá trình điện và nhiệt liên quan mật thiết với nhau.

Vùng catôt khoảng cách ngắn ( cỡ 10-3 mm ) với Uc cỡ 10 ÷ 20 V, nên cường độ điện trường ở vùng này khá lớn 20.103 V/mm.

25

Vùng anôt có điện áp rơi thấp, cỡ 5 ÷ 20 V và chiều dài cỡ 10-2 mm, vì vậy EA thấp hơn nhiều so với EC . Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường Ehq gần như

không đổi, cỡ từ 1 ÷ 20 V/mm, phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động của các phần tử khí, vận tốc di chuyển của hồ quang. Điện áp rơi trên thân hồ quang phụ thuộc vào chiều dài của hồ quang:

Uhq = Ehq.lhq. Nguyên nhân phát sinh và dập tắt hồ quang là quá trình ion hoá và quá

trình phản ion hoá trong vùng hồ quang. Quá trình ion hoá xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường,

va đập ... và có các dạng ion hoá sau: - Quá trình phát xạ nhiệt điện tử .

- Quá trình tự phát xạ điện tử .

- Quá trình ion hoá do va chạm . - Quá trình ion hoá do nhiệt .

Quá trình phản ion hoá là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang. Nguyên nhân chính của quá trình phản iôn là tái hợp và khuyếch tán.

2.Hồ quang điện xoay chiều: Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số của lưới điện. Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện áp trùng pha nhau. Trong 1/4 chu kì đầu, điện áp hồ quang tăng nhanh đến trị số cháy. Khi hồ quang cháy, điện áp giảm dần. Dòng điện tăng từ 0 đến điểm cháy, dòng điện đạt trị số cực đại và điện áp hồ quang hầu như không đổi. ở 1/4 chu kì sau dòng điện giảm dần, đến thời điểm tắt, điện áp hồ quang tăng, sau đó suy giảm về 0 cùng với dòng điện. Nếu hồ quang ổn định thì quá trình này sẽ được lặp lại ở nửa chu kì sau.

Tại thời điểm dòng điện đi qua 0, hồ quang không được cấp năng lượng nên quá trình ion hoá xảy ra trong vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên hai điện cực bé hơn trị số điện áp cháy thì hồ quang sẽ bị tắt.

26

Khi dòng điện gần trị số 0, nó không còn theo quy luật hình sin liên tục nữa, vì lúc này quá trình phản ion hoá rất mạnh nên điện trở hồ quang rất lớn, có thể coi dòng điện bằng 0. Khoảng thời gian này cỡ micrô giây, phụ thuộc vào đặc tính tải, dòng điện hồ quang ...và gọi là thời gian không dòng điện của hồ quang.

Khi dòng điện đi qua điểm 0 , ở khu vực hồ quang đồng thời xảy ra hai quá trình: quá trình phục hồi độ bền điện và quá trình phục hồi điện áp.

Quá trình phục hồi độ bền điện đặc trưng bằng quá trình phản ion mãnh liệt khi dòng điện đi qua 0 và nó làm cho hồ quang mất dần tính dẫn điện, tăng tính cách điện. Đại lượng đặc trưng cho mức độ cách điện giữa hai điện cực là điện áp chọc

thủng. Với I = 0, ta có Ucto và nó có trị số từ 150 ÷ 250V ở môi trường không khí, hồ quang cháy tự nhiên.

Quá trình phục hồi điện áp là quá trình thành lập điện áp trên hai cực kể từ khi hồ quang tắt cho tới khi điện áp đạt trị số điện áp nguồn.

Sau thời điểm dòng điện bằng 0, nếu trị số của điện áp phục hồi thấp hơn trị số của điện áp chọc thủng thì hồ quang tắt hẳn. Vậy điều kiện để dập tắt hồ quang điện xoay chiều là đặc tuyến của quá trình phục hồi độ bền điện phải nằm cao hơn và không cắt đặc tuyến của quá trình phục hồi điện áp giữa hai tiếp điểm.

II.YÊU CẦU ĐỐI VỚI BUỒNG DẬP HỒ QUANG.

- Thời gian dập tắt hồ quang rất ngắn, giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang. - Đảm bảo được khả năng đóng, ngắt, tức là đảm bảo giá trị dòng điện đóng và ngắt ở điều kiện cho trước.

- Quá điện áp thấp.

- Kích thước hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hoá nhỏ. Nếu không nó có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần tử của thiết bị . . và toàn bộ khí cụ.

- Hạn chế ánh sáng và âm thanh.

27

III.CHỌN VẬT LIỆU LÀM BUỒNG DẬP HỒ QUANG.

Yêu cầu:

- Vật liệu làm buồng dập hồ quang phải chịu được nhiệt độ cao, cách điện tốt và chống ẩm. - Độ nhám bề mặt bên trong thành buồng dập phải giảm đến mức thấp nhất có thể

để hồ quang chuyển động với vận tốc lớn vào khe hẹp, kéo dài thân hồ quang, làm cho hồ quang tiếp xúc đồng đều với thành buồng dập để nhanh chóng làm lạnh hồ quang.

Những dạng vật liệu cơ bản để chế tạo thành buồng dập hồ quang: 1.Vật liệu xi măng-amiăng: - Ưu điểm: nhiệt độ nóng chảy cao: 1150oC, tính cách điện khá cao: ρ = 1010 ÷ 1012

Ωcm, độ nhẵn bề mặt lớn. - Nhược điểm: trong trạng thái âm, tính cách điện của vật liệu bị giảm; dưới tác

dụng nhiệt của hồ quang những khe hở nhỏ tạo thành vết làm tăng độ nhám.

2.Vật liệu ép chịu hồ quang: Chúng có ưu điểm : có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt, đạt

được độ nhẵn bóng bề mặt . 3.Gốm ( Silicat ):

- Ưu điểm: chịu nhiệt cao ( lớn hơn 1750oC ), điện trở suất cao, rất bền cơ học. - Nhược điểm : bề mặt không được nhẵn, gia công phức tạp . Từ những phân tích trên đây ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là: vật liệu ép chịu hồ quang.

IV.KẾT CẤU BUỒNG DẬP HỒ QUANG. Chọn kiểu buồng dập hồ quang là kiểu dàn dập. Dàn dập làm bằng những lá thép. Kiểu buồng dập hồ quang này phù hợp với dòng điện ngắt Iđm = 65A, điện áp U = 380V. Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập có ưu điểm cho ta khả năng rút ngắn đáng kể chiều dài hồ quang và dập nó trong thể tích nhỏ, do đó phát sáng ít và âm thanh bị hạn chế. Lỗ thoát

Tấm sắt

Tiếp điểm

28

V.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN.

Chọn lựa sơ bộ:

- Chọn số lượng các tấm cho một chỗ ngắt: ntk = 3

- Bề dày một tấm: Δt = 3 mm

- Khoảng cách giữa các tấm: δt = 2 mm Giả thiết là ta chọn số lượng các tấm ở đặc tính không dao động của điện áp phục hồi. Điều kiện xảy ra quá trình không dao động là:

fo > 2ng

tk

I.L6,0n.415 −

.

Trong đó: fo - tần số riêng của mạch ngắt.

L - điện cảm mạch ngắt.

Ing - dòng điện ngắt định mức.

Giả sử hệ thống dùng để đóng ngắt động cơ có Pđm = 20kW, điện áp định mức của hệ thống là Uđm = 380V và hệ thống không khí. Khi đó có:

Lò xo tiếp điểm

Hộp dập hồ

Giá tiếp điểm

29

fo = m®U

380 .( A + B. 43

m®P ).

Hệ thống không khí có :

A = 15000; B = 3000

fo = 380

380 .( 15000 + 3000. 43

20 ).

= 43372Hz = 43,4 kHz

f1 = 2ng

tk

L.I

0,6 -n.415

= 2L.650,6 -3.415 =

L15,0 (Hz)

Điện cảm của mạch ngắt được xác định theo công thức:

L = o2

ω.ng

m® φcos -1I

U

Trong đó : Uđm - điện áp định mức của hệ thống: 380V.

Ing - dòng điện ngắt định mức: 65A.

ω - tần số góc của hệ thống.

ϕo - góc lệch pha ban đầu của dòng điện và điện áp.

Chọn cosϕo = 0,8 ( tải điện cảm thường gặp )

L = 20,8 -1.50.π.2.65

380 = 11.10-3 Hz

Vậy: f1 = L15,0 = 3-10.11

15,0 = 13,6 kHz

Có : fo = 43,4 kHz > f1 = 13,6 kHz

30

Kết luận: ta chọn số tấm ntk = 3 là chấp nhận được. Có thể lấy thêm một tấm để

dự trữ → ntk = 4.

Chiều dài nhỏ nhất của tấm:

lt ≥ 1,73. 2tδ .td. 3 ngI

td – thời gian dập hồ quang: có thể nhỏ bằng 2 ÷ 3 nửa chu kì hoặc lớn hơn ( nhưng không lớn hơn 0,1 s )

Chọn td = 0,03 s.

lt ≥ 1,73.22.0,03. 3 65 = 0.84 cm.

CHƯƠNG V TÍNH TOÁN LÒ XO VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ

I.KHÁI NIỆM CHUNG. Lò xo là một bộ phận của CTT có nhiệm vụ tạo lực ép lên tiếp điểm ( đối với lò

xo tiếp điểm ), tạo lực ngắt cơ cấu trong quá trình ngắt của cơ cấu ( đối vơí lò xo nhả ). II.YÊU CẦU ĐỐI VỚI LÒ XO.

- Có độ đàn hồi phù hợp. - Có đặc tính cơ ổn định theo thời gian. - Có độ bền cơ. - Chịu được ăn mòn của hoá chất và môi trường.

III.CHỌN KIỂU VÀ VẬT LIỆU LÒ XO.

31

Do yêu cầu cần độ lún lớn nên ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ. Nó có ưu điểm là tuỳ theo kích thước của chúng mà lực gây ra từ vài gam đến hàng tấn. Do yêu cầu thiết kế CTT dùng để đóng cắt mạch điện có số lần đóng ngắt 300 lần/giờ, có tuổi thọ về cơ là 105 lần, tuổi thọ về điện là 106 lần đóng ngắt và có lực ép tương đối lớn. Vì vậy tra bảng 4-1, trang 166 – TKKCĐHA: chọn vật liệu làm lò xo là

thép các bon ΓOTC9389-60 độ bền trung bình, nhãn hiệu II (Π). Các thông số của nó:

- Độ bền giới hạn khi kéo : [ σk ] = 1300 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: [ σu ] = 460 N/mm2

- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: [ σx ] = 280 N/mm2 - Module đàn hồi : E = 200.103 N/mm2

- Mudule chống trượt: G = 80.103 N/mm2

- Điện trở suất: ρ = 0,2 ÷ 0,3 .10-6 Ωm

IV.TÍNH TOÁN LÒ XO NHẢ.

1.Các thông số đo đuợc.

-Số vòng= 16(vòng).

-Đường kính trung bình :8.5(m.m).

-Độ cứng k = 0.67(N/mm).

2Tính toán.

a.Tính đuờng kính dây quấn lò xo.

Từ công thức (4-35-TLTKKCHA) ta có:

...8

.3

4

WDdGk =

L

d

D

t

32

Trong đó:

-G:Môđun trống trượt,G=80.103(kn/mm3).

-d:Đường kính dây quấn [mm].

-D:Đương kính xoắn trung bình của lò xo[mm].

⇒ 43

....8G

WDkd =

Thay số có :

).(9.010.80

5.8.16.67.0.84

3

3

mmd ==

Để thuận lợi cho việc sản xuất ta chọn d=1(mm).

b.Tình lực nhả cuối của mỗi lò xo.

Từ công thức (4-31-TLTKKCHA) ta có:

.`][

.6.1

x

cFdσ

=

Trong đó:

-F:Lực nhả cuối của lò xo [N.

-c:Hệ số của lò xo.c=D/d=8.5/1=8.5.

-σx:Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn[N/mm2].

Thay số có:

].[87.125,8.6,1

280.1.6,1

].[2

2

2

2

Nc

dF x ===

σ

c.Tính độ nén lò xo nhả.

Từ công thức(4-32-TLTKKCHA):

..8

..3Fc

fdgw =

33

Trong đó: -f:Độ nén của lò xó:

⇒ ].[65,12.1.10.80

87,12.5,8.8,16.

..8.3

33

mmdG

FcWf ===

d.Chiều dài của lò xo tính cả vong dệm chống nghiêng ở hai đầu là:

ln=W.tng+1,5.d.

Trong đó :- tn=d +12,65/16=1,79 [mm].

⇒ln=16.1,79 + 1,5 =30,15 [mm].

e.Kiểm tra lò xo.

Trị số ứng suất xoắn khi có lực tác dụng theo công thức (4-28-TLTKKCHA) là:

...

..8..2..16

23 dcF

dDF

x Π=

Π=σ

Thay các số liệu đã tính ở trên ta có:

)./(57,2781.14,3

5,8.7,12.8 22 mmNx ==σ

*Ta thấy σx=278,57< [σx]=280(N/mm2).Vởy lò xo nhả tính được phù hợp với

yêu càu thiết kế.

V.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM LÒ XO TẠO LỰC ÉP TIẾP ĐIỂM.

1.Các thông số đo được.

Số vòng W=16 (vòng).

Đường kính trung bình:8,5(mm).

Độ cứng k=0,67(N/mm).

2.Tính toán..

a.Tính đuờng kính dây quấn lò xo.

34

43

....8G

WDkd =

Thay số có :

).(62,010.80

8.5,6.67.0,84

3

3

mmd ==

b.Tình Lực nhả cuối của mỗi lò xo.

Từ công thức (4-31-TLTKKCHA) ta có:

].[45,6.6,1

280.62,0.6,1

].[2

2

2

2

Nc

dF x ===

σ

c.Kiểm tra lò xo.

Trị số ứng suất xoắn khi có lực tác dụng theo công thức (4-28-TLTKKCHA) là:

]./[23,27862,0.14,3

5,10.4.8..

..8..2..16 2

223 mmNdcF

dDF

x ==Π

=Π

=σ

*Ta thấy σx=278,23 < [σx] =280(N/mm2).Vởy lò xo nhả tính được phù hợp

với yêu càu thiết kế.

VI. LÒ XO TIẾP ĐIỂM PHỤ:

Lực ép cuối cần thiết mà lò xo tiếp điểm phụ cần tạo ra là:

Ftđp = 2.Ftđpc = 2.0,5 = 1 N

Với Ftđpc – lực ép cuối lên tiếp điểm phụ.

Giả sử khoảng lún ban đầu của lò xo là fpđ = 1mm.

Khoảng lún toàn phần của lò xo là :

f = fpđ + flv = 1 + 1,5 = 2,5mm.

Chọn chỉ số lò xo:

35

C = d

D = 8

Đường kính của dây làm lò xo:

d = 1,6.] [

.

xσ

CF pt® = 1,6. ].[29,,0280

10.1 mm=

Đường kính trung bình của lò xo:

D = C.d = 9.0,29 = 2,6 mm

Số vòng của lò xo:

w = ].[81.8.9

5,2.29,0.80.10 ..8..

3

3

3 vFC

fdG

pt==

®

Bước lò xo chịu nén:

tn = d + w

f = ].[6,085,229,0 mm=+

Chiều dài tự do của lò xo:

ln = w.tn + 1,5.d = 8.0,6 + 1,5.0,29 = 5,2 mm

Khoảng lún thực tế ứng với lực đã cho:

mmdG

wFCf n 3,229,0.10.80

9.1.9.8.

...83

33

===

Ứng suất xoắn thực tế của lò xo:

σxtt = ]/[273)29,0.(

9.1.8.

..8 222 mmN

dCF

==ππ

*Vậy khoảng lún thực tế và ứng suất xoắn thực tế sau khi kiểm nghiệm hoàn toàn phù hợp với những lựa chọn để thiết kế lò xo.

VII.DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ. Xét trường hợp: Công tắc tơ đặt ngược :

36

* δ = m + l

* δ = 0

Lực cơ tác dụng lên phần động bao gồm : - Lực ép của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở - Lực ép của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở - Lực ép của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng - Lực ép của 2 lò xo nhả - Trọng lực phần động - Lực ma sát ( bỏ qua)

Trọng lượng phần động : Gđ

= 6,1(N) Lực ép cuối của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng :

Flxpc =4.Ftđpc = 4.0,5 = 2 N Lực ép ban đầu của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng :

Flxpđ = 0,5.Flxpc = 0,5.2 = 1 N

21 Fđ 2

1 Fđ

Gđ + Fnhđ

Gđ + Fnhc

Fđt

21 Fđ

21 Fđ

37

Lực ép cuối của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở : Flxpc = Flxpc = 2 N Lực ép đầu của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở : Flxpđ = Flxpđ = 1 N Lực ép cuối của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở :

FlxccΣ = 6.Ftđcc = 6.4,6 = 28 (N) Lực ép cuối của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở :

FlxcđΣ = 0,9.Ftđcc = 0,9.28 =25 (N) Lực ép cuối của 2 lò xo nhả :

Flxnh cΣ = 2.Flxnhc = 2.12,87=26[N] Lực đầu của 2 lò xo nhả :

Flxnh đΣ = 2. Flxnh đ =2.12,87/2 = [13 N].

Đồ thị đặc tính cơ: Chọn hệ trục tọa độ δOF, gốc O; trục hoành chỉ độ lớn khe hở

không khí làm việc δ của nam châm điện ( δ = 0 khi nắp nam châm điện đóng ); trục

tung chỉ lực cơ tác dụng ( chiều dương trùng chiều của trọng lực ).

Kí hiệu:

l : độ lún của tiếp điểm chính : 2,5 mm.

m : độ mở của tiếp điểm chính : 4 mm.

38

Đồ thị đặc tính cơ

CHƯƠNG VI NAM CHÂM ĐIỆN

Fc=F(x)

26

x[mm]

28

6,12

096,52,5

0

57,3

F[N]

62,1

39

I. KHÁI NIỆM CHUNG. Nam châm điện được sử dụng ngày càng rộng rãi mà không một lĩnh vực kỹ thuật

nào không sử dụng nó. Nhiệm vụ chủ yếu của nam châm điện là sinh lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến hay chuyển động quay hoặc sinh lực hãm...

Trong mỗi lĩnh vực kĩ thuật khác nhau thì có những loại nam châm khác nhau về hình dáng, kết cấu và ứng dụng. Các qúa trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân, phi tuyến. Vì vậy việc tính toán nam châm điện thường được dựa 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 cơ cấu chấp hành – có gắn hệ thống tiếp điểm.

II. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC NAM CHÂM ĐIỆN. 1 Các số liệu ban đầu: Thiết kế nam châm điện xoay chiều có các thông số và yêu cầu sau: - Nam châm điện có khả năng làm việc trong môi trường ẩm, nhiệt độ trung bình của môi trường là 40oC.

- Hành trình của cơ cấu là δ = 6,5 mm và có đặc tính cơ như đã trình bày trước đây. - Nam châm điện làm việc ở chế độ dài hạn, điện áp định mức Uđm = 220V, tần số làm việc f = 50Hz. - Yêu cầu nam châm điện phải có kích thước nhỏ gọn. 2. Chọn dạng kết cấu: -Tính hệ số kết cấu mạch từ nam câm điện Theo công thức 5-2, trang 188 – TKKCĐHA, có:

Kkc = δ

t®F.2

Trong đó: Fđt - lực hút điện từ.

δ - khe hở không khí.

40

Công tắc tơ muốn làm việc được thì khi hút phải có Fđt > Fcơ và khi nhả phải có Fđt < Fcơ. Từ đặc tính cơ ta chọn lực tới hạn đã tính đến dung sai về lực Fcơ th ứng với khe hở

làm việc δth tương ứng là thời điểm tiếp điểm động bắt đầu tiếp xúc với tiếp điểm

tĩnh.Vậy σth=2,5 (mm)

Fcơ th = 69 N

δth = 2,5 mm

Vậy Kkc = ]./[469969.2 5,03- mN=

2,5.10

Từ bảng 5-2-TLTKKCDHA ,ứng với giá trị Kkc=4699 ta chọn kết cấu nam châm điện kiểu hút thẳng dạng chữ E. 3.Chọn vật liệu mạch từ:

Tra bảng 5-3, trang 192 – 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 HC 0,35 A/cm

Từ cảm dư 0,8 ÷ 1,2 T Từ cảm bão hoà 2 T Độ từ thẩm 250

Độ từ thẩm cực đại 6.103 ÷ 7.103

Điện trở suất 40.10-8 ÷ 60.10 -8 Ω.m Khối lượng riêng 7,65 g/cm3

Thành phần cacbon 0,02% ÷ 0,03%

Tổn hao từ trễ khi bão hoà 0,1 ÷ 0,15 m.J/cm3 Từ cảm lõi thép 0,6 T Chiều dày lá thép 0,5 mm

4. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản:

41

Chọn khe hở tính toán σtt=2,5 mm, Ftt = 69 N.

Chọn từ cảm khe hở không khí khi nắp mạch từ hở: Bδ = 0,5T. Chọn từ cảm trong lõi thép khi nắp mạch từ hở: Bl = 0,5T.

Chọn hệ số từ rò khi phần ứng hút σr = 1.

Hệ số từ rò khi phần ứng hở thường trong khoảng 1,1 ÷ 4. Chọn σr = 1,3

Hệ số từ tản thường trong khoảng 1 ÷ 1,8. Chọn σt = 1,2.

5.Tính tiết diện lõi mạch từ:

- Theo công thức 5-8, trang 202 - TKKCĐHA, tổng diện tích lõi thép là:

S lΣ = 2B.10.9,19

F4

tt®

l

Trong đó: Fđtt - lực hút điện từ tính toán, Fđtt = 69 N. Bl - từ cảm của lõi thép khi phần ứng hở.

⇒ S lΣ = ][13875,0.10.9,19

69 224 mm=

- Diện tích lõi cực từ giữa :

)(mm 6942

13872

22

Σ === lSSl

- Diện tích lõi của 2 cực từ nhánh :

)(mm 3472

6942

221

2 ==== lSSS ll

- Đối với cực từ giữa:

a/2

b

a

42

Chọn 9,0a

b= . Chiều dài a và chiều rộng b của lõi cực từ giữa là :

a = (mm) 28 9,0

6949,02 ==lS

b = 0,9.a = 0,9.28 =25 (mm) - Cạnh thực của lõi thép :

b' = CK

b

Với KC = 0,95 là hệ số ép chặt các lá thép .

(mm) 2695,0

25, ==b

- Số lá thép kỹ thuật điện :

525,0

26Δ

===bn (tấm) .

Trong đó Δ = 0,5 mm là chiều dày một lá thép .

- Kích thước của hai cực từ mạch nhánh : a1 = a3 = a/2 = 14 (mm). b1= b3 = b = 25 (mm) . 6.Tính toán cuộn dây: Kích thứơc của cuộn dây phụ thuộc vào sức từ động tác động (IW)tđ của nam châm

điện do cuộn dây sinh ra, nó tạo ra từ áp ở khe hở không khí làm việc ΣHδ.δ, r các khe

hở không khí không làm việc ( khe hở phụ ) ΣHph.δph và trong các phần thép của mạch

từ ΣHFe.lFe. Ngoài ra còn có thêm sức từ động do tổn hao dòng xoáy trong lõi thép và từ

trễ, tổn hao trong vòng ngắn mạch.

a. Sức từ động của cuộn dây: Sức từ động của cuộn dây cần thiết cho nam châm điện tác động (IW)tđ có thể chia thành hai thành phần: phần thay đổi ở khe hở không khí làm việc khi phần ứng hở

(IW)Σ nhδ và phần không thay đổi (IW)h.

Theo công thức 5-18, trang 209 – TKKCĐHA, có:

43

(IW)tđ = (IW)Σ nhδ + (IW)h (A.vòng)

Theo công thức 5-19, trang 209 – TKKCĐHA, có:

(IW)Σ nhδ = O

nh.B

μΣδl

μO = 4.π. 10 –7 = 1,25.10 -6 (H/m)

Bl - từ cảm trong lõi thép ứng với khe hở không khí tới hạn.

Σδnh - tổng khe hở không khí làm việc. Đối với mạch từ chữ E có 3 khe hở làm việc, từ thông qua cực từ giữa phân làm 2

mạch từ, mỗi mạch từ có 2 khe hở làm việc nối tiếp nhau, kích thước của 2 mạch từ bằng nhau và tổng của chúng bằng cực từ giữa: S1 + S3 = S2.

Σδnh = 2.δnh = 2.2,5.10 -3 = 5.10 -3 (m)

⇒ 198910..410.5.5,0)( 7

-3=

Π= −Σ nh

IW σ (A.vòng)

Theo công thức 5-20, trang 210 – TKKCĐHA, có:

O

hhrB

IWμΣδ..

)( l σ=

Với σr : hệ số từ rò khi phần ứng hở, σr = 1,3.

Σδh : khe hở không khí ở trạng thái hút.

Σδh = 2δcn + δcd + δht = 0,2 ÷ 0,7 mm ( theo thực nghiệm ).

Với δcn= 0,03 ÷ 0,1 mm : khe hở công nghệ, chọn δcn = 0,05mm

δcd = 0,1 ÷ 0,5 mm : khe hở chống dính , chọn δcd = 0,3mm

δht : khe hở giả định, chọn δht = 0,1 mm

⇒ Σδh = 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm .

25910..4

10.5,0.3,1.5,0)( 7

-3=

Π= −hIW (A.vòng)

⇒ (IW)tđ = 1989+259=2248 (A.vòng)

Kiểm tra lại, ta có hệ số bội số dòng điện :

92592248

)()(

===h

tdIWIW

K I

44

⇒ thoả mãn yêu cầu KI = 4 ÷ 15

b. Kích thước cuộn dây:

Tiết diện cuộn dây được xác định cho trạng thái phần ứng bị hút vì khi phần ứng hở , dòng điện chạy trong cuộn dây lớn hơn nhiều lần so với khi phần ứng bị hút và với 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 hút của phần ứng .

Theo công thức 5-24, trang 211 – TKKCĐHA, diện tích cuộn dây :

Scd = I®lqtminU

®tmaxU

K.K.j.K.K

)IW.(K

Trong đó :

- KUmax : hệ số tính đến điện áp nguồn tăng đến trị số cho phép ( Umax = 1,1.Uđm ) mà nhiệt độ phát nóng của cuộn dây không vượt quá trị số cho phép của cấp vật liệu đã chọn. KUmax = 1,1.

- KUmin : hệ số tính đến điện áp nguồn giảm đến trị số cho phép ( Umin = 0,85.Uđm ) mà đặc tính lực hút điện từ vẫn nằm cao hơn đặc tính cơ. KUmin = 0,85 .

- Kqt : hệ số quá tải dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn. Kqt = 1.

- j : mật độ dòng điện trong cuộn dây ở chế độ làm việc dài hạn, thường

j = 2 ÷ 4 A/mm2 . Chọn j = 2,5 A/mm2

- Klđ : hệ số lấp đầy cuộn dây, Klđ = 0,3 ÷ 0,6 . Chọn Klđ = 0,5 .

- KI : hệ số bội số dòng điện. KI = 9.

Δ2 Δ1 hcd

bcd

45

⇒ )(mm 2689.5,0.5,2.1.85,0

2248.1,1 2==cdS

Từ diện tích cuộn dây, chọn hệ số hình dáng Khd = 2,5b

h

cd

cd = . Ta có chiều dày và

chiều cao cuộn dây là:

)(mm 35,105,2

2685,2

=== cdcd

Sb

hcd = 2,5.bcd = 2,5.10,35 = 26 (mm) 7. Kích thước mạch từ: a = 28 mm ; b=25 mm Chọn:

Δ1 = 1,5 mm Chiều dày khung quấn dây.

Δ2 = 0,5 mm Giấy cách điện phía trong dây quấn.

Δ3 = 0,5 mm Băng dính cách điện phía ngoài dây quấn.

Δ4 = 4,5 mm Khoảng cách cách điện ngoài cuộn dây đến cực từ bên.

Δ5 = 1,0 mm Khoảng cách từ khung cuộn dây đến cực từ giữa. lf = 5,0 mm Khoảng cách từ phần ứng tới cách điện đầu cuộn dây.

a/2 a

b

E

hđ

hn

lf

Δ4

Δ3 Δ1

Δ5

bcd

Δ2 hcd hl D A

B

46

Diện tích nắp mạch từ : Sn = 0,8.Sl2 = 0,8.694= 555 mm2

⇒ mmbS

h nn 22

25555

===

Diện tích đáy mạch từ : Sđ = 0,7Sl2 = 0,7.694 = 486 mm2

⇒ hđ = mmb

Sh d

d 1925

486===

Chiều rộng cửa sổ mạch từ :

E = Δ1 + Δ2 + Δ3 + Δ4 + Δ5 + bcd = 1,5 + 0,5 +0,5 + 4,5 + 1 + 10 = 18,4 mm Chiều cao cửa sổ mạch từ :

D = hcd + 2. Δ1 + lf = 26 + 2.1,5 + 5 = 34 mm. Chiều cao lõi mạch từ:

hl = hcd + 2. Δ1 = 26 + 2.1,5 = 29 mm Chiều cao của nam châm điện:

A = hn + lf + 2. Δ1 + hcd + hđ = 22 + 5 + 2.1,5 + 26 + 19 = 76 mm. Chiều rộng của nam châm điện:

B = 2.( a + Δ1 + Δ2 + Δ3 + Δ4 + Δ5 + bcd ) = 2.( 28 + 1,5 + 0,5 +0,5 + 4,5 + 1 + 10 ) = 93 mm. Chiều dày của nam châm điện:

C = b + 2.( Δ1 + Δ2 + Δ3 + Δ5 + bcd ) = 25 + 2.( 1,5 + 0,5 +0,5 + 1 + 10 ) = 53 mm III. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM ĐIỆN. 1.Lập sơ đồ thay thế:

Dựa vào sự tương tự giữa các đại lượng điện và các đại lượng từ ta lập sơ đồ thay thế cho mạch từ. Mạch từ hình chữ E, cuộn dây được bố trí ở cực từ giữa

và hai vòng ngắn mạch đặt ở hai cực từ bên. Bỏ qua từ trở sắt từ ( μFe >> μδ ) , ta có mạch từ đẳng trị.

47

Gδo1, Gδo2, Gδo3 : từ dẫn khe hở không khí.

Gδt1, Gδt2, Gδt3 : từ dẫn tản khe hở không khí.

Gδ1, Gδ2, Gδ3 : từ dẫn tổng khe hở không khí. Gr1, Gr2 : từ dẫn rò khe hở không khí. IW : sức từ động xoay chiều. 2.Tính từ dẫn khe hở không khí: a.Từ dẫn khe hở không khí:

GδoGtGδGtGδoGt

Gr2 Gr

(IW)

GrGr

Gδ3 GδG

(IW)

GrΣ

GGσ1

(IW)

48

Dùng phương pháp phân chia từ trường để tính từ dẫn khe hở không khí. Ta chia ra làm 17 hình. Theo bảng 5-4, trang 221 – TKKCĐHA , có:

• Một hình chữ nhật với các cạnh a, b và chiều cao δ :

Gδ0 = δμ b.a.0

• Hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài a. Từ dẫn của mỗi hình là :

G1 = 0,26.μ0.a

• Hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài b. Từ dẫn của mỗi hình là :

G2 = 0,26.μ0.b

• Hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính ngoài (δ + 2m), chiều dài a. Từ dẫn mỗi hình là :

G3 = )1

m.(

a.2.0

+δπ

μ = a..058,0)1

1,0..(

a.2.0

0 μ

δδπ

μ=

+ Với m = 0,1.δ

• Hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính ngoài (δ + 2m), chiều dài b. Từ dẫn mỗi hình là :

G4 = )1

m.(

b.2.0

+δπ

μ = b..058,0)1

1,0..(

b.2.0

0 μ

δδπ

μ=

+ Với m = 0,1.δ

• Bốn hình 1/4 cầu đặc với đường kính δ. Từ dẫn của mỗi hình là :

G5 = 0,077μ0.δ

• Bốn hình 1/4 cầu rỗng với đường kính trong δ. đường kính ngoài (δ + 2m). Từ dẫn mỗi hình là :

G6 = 4

.1,0.

4

m. 00 δμμ= = 0,025.μ0.δ

Vì tất cả các từ dẫn này song song với nhau nên từ dẫn tổng Gδ ở khe hở không khí sẽ là tổng của 17 từ dẫn trên :

Gδ = G0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) + 4.( G5 +G6)

49

= δμο .[0,408.δ2 + 0,636.( a + b ).δ + a.b].

- Với khe hở cực từ giữa: a = 28 mm. b = 25 mm.

Gδ2 = δμο .[0,408.δ2 + 0,636.( 28+25 ). 10 -3.δ + 28.2510 -6 ] [ H]

= δμο .[0,408.δ2 + 33,71.10 -3.δ + 70.10 -5 ] . [ H ]

- Với khe hở cực từ bên: a1 = a3 = 14 mm b1 = b3 = 25 mm

Gδ1 = Gδ3 = δμο .[0,408.δ2 + 0,636.( 14+25 ). 10 -3.δ + 14.2510 -6 ] [H ]

= δμο .[0,408.δ2 + 24,8.10 -3.δ + 35.10 -5 ] [ H ]

b. Từ dẫn rò:

Đối với mạch từ xoay chiều, từ dẫn rò qui đổi được tính theo công thức :

Grqđ = lr hg3

1

Trong đó gr : suất từ dẫn rò.

hl : chiều cao lõi mạch từ.

Tính suất từ dẫn rò gr bằng cách chia khe hở

không khí thành 5 hình đơn giản ( xét hl = 1 ), gồm:

- 1 hình trụ chữ nhật b×1×c

- 2 hình 1/2 trụ tròn đặc đường kính c , chiều cao 1.

- 2 hình 1/2 trụ tròn rỗng đường kính trong c , đường kính ngoài (c+a), chiều cao 1 .

a/2 a/2 b

c

50

gr = μO.c

h.b l + 2.μO.0,26.hl + 2.μO.

)2

1.(

.2

ac

hl

+Π

=

73

33

30510,0)

2/28181.(

10.1.2.10.25,1.210.1.26,0.10.25,1.225

1.10.25.10.25,1 6-6-6- −−

−−

=+Π

++ [H/m]

Từ dẫn rò qui đổi:

Gr qđ1 = Gr qđ 2= 3

1 grhl = 76 10.295,010.29.10.051,3.31 3- −− = [H]

Từ dẫn rò tổng qui đổi:

GrqđΣ = Gr1 + Gr 2 = 0,59.10-7. [H]

c. Tính từ dẫn tổng khe hở không khí, mạch từ và đạo hàm của nó:

Từ dẫn tổng khe hở không khí:

Gδ = 2δ13δ

2δ13δ

G+G

G.G = 2δ1δ

2δ1δ

G+G.2

G.G.2

δd

dG δ = ( )( ) ( )( )2

21

212112

G+G.2

G+2.GG.2.G-G+G.2.G.G.2+G.G.2 ''''

δδ

δδδδδδ δ2δ1δ2δ1

Gδ2 = δμο .[0,408.δ2 + 33,71.10 -3.δ + 70.10 -5 ] [ H ]

Gδ1 = δμο .[0,408.δ2 + 24,8.10 -3.δ + 35.10 -5 ] [ H ]

'Gδ1 = δδ1

d

dG = 20

δ

μ .[0,408.δ2 – 70.10-5] [H/m]

'Gδ2 = δδ2

d

dG = 20

δ

μ .[0,408.δ2 – 35.10-5] [H/m]

Từ dẫn tổng mạch từ:

GΣ = Gδ + GrqđΣ

51

Nói chung GrqđΣ là đại lượng không đổi → δ

∑

d

dGrqd = 0

Vậy δ∑

d

dG =

δd

dG δ + δ

∑

d

dGrqd = δd

dG δ

d.Xác định hệ số từ rò khi δ thay đổi:

σr = δδδ

δ

δ

Σ

ΦΦ

ΦΦΦ

ΦΦ

G

G11

rqdrr ∑+=+=+

=

Kết quả tính toán:

δ (mm)

Gδ1×10-7 [H]

Gδ2×10-7 [H]

Gδ×10-7 [H]

σr

0,1 44,29 88,39 44,24 1,0134

0,5 9,11 18,02 9,06 1,0652

1 4,72 9,23 9,06 1,1267

2,5 2,08 3,95 2,03 1,2911

3 1,79 3,37 1,74 1,3400

4 1,43 2,64 1,37 1,4300

5 1,22 2,21 1,16 1,51

6,5 1,02 1,81 0,96 1,6155

3.Xác định từ thông và từ cảm:

Theo công thức 5-50, trang 263 – TKKCĐHA,có:

δδ

Φ δ

δ

δthd

dG

3

1

d

dG(

G2.KF r

2

2

htb += )

Trong đó:

52

Fhtb : lực hút điện từ tác động lên phần ứng tại δth = 2,5mm.

Φδth : từ thông khe hở không khí tại điểm tới hạn δth.

K = 0,25 : hệ số xét tới thứ nguyên của Fhtb ( N ).

1/3 là thừa số đánh giá sự ảnh hưởng của Gr qui đổi theo từ thông trung bình

Φtb.

Như trên đã có δ

∑

d

dGrqd = 0 → δd

dGr = 0

Từ đó suy ra :

Φδth = K.

d

dG

GF.2 .htb

δδ

2δ

Xét tại δth = 2,5 mm Dựa vào đặc tính cơ: Fhtb = 0,5.Fdt = 69 = 38,5N

Xác định δd

dG δ tại δth = 2,5 mm = 2,5.10-3 m

Gδ1 = 2,08.10-7 [H]

δd

dG δ1 = - 6,99.10-5 [H/m]

Gδ2 = 3,95.10-7 [H] δd

dG δ2 = - 14,02.10-5 [H/m]

Gδ = 2,03.10-7 [H] δd

dG δ = - 7.10-5 [H/m]

Thay số ta có :

][10.39,325,010.7

)10.03,2(5,38.2 4

.5-

27-. Wbth−==Φσ

Giá rrị từ cảm ở khe hở không khí tới hạn là:

].[5,048,010.69410.39,3

6

4

2

TS

Bl

thtb ≈==

Φ= −

−σ

Giá trị nay xấp xỉ giá trị đã chọn ban đầu. Trị số từ thông trung bình trong lõi thép của cực từ giữa:

53

Φtb = σrth. Φδth = 1,2911.3,39.10-4 = 4,4.10-4 Wb. Vậy từ cảm trung bình của lõi thép là:

].[634,010.69410.4,4

6

4

2

TS

Bl

tbtb ==

Φ= −

−

Giá trị này nằm trong vùng cho phép:[0,6-0,8T]. 4.Xác định số vòng cuộn dây: a.Xác định số vòng cuộn dây:

...44,4

..min

tb

IRdmU

fKUK

WΦ

= (Công thức trang 284 – TKKCĐHA)

Trong đó :

- KIR : hệ số đánh giá thành phần tác dụng của điện áp rơi trên điện trở

của cuộn dây. Khi phần ứng bị hút KIR ≈ 1.

- Uđm : điện áp định mức của cuộn dây, Uđm = 220V

- KUmin : hệ số tính đến sụt áp , KUmin = 0,85

- f = 50 Hz: tần số điện áp.

⇒ 191510.4,4.50.44,41.220.85,0

4- ==W (vòng)

b.Tiết diện dây quấn :

q = W

K.S ldcd

⇒ )(mm 07,01915

268.0,5q 2==

c.Đường kính dây :

Chọn dây quấn đồng tiết diện tròn. Đường kính dây quấn không kể cách điện ngoài là:

54

(mm) 3,0π07,0.4

πq.4

===d .

Căn cứ vào bảng 5-8, TKKCĐHA, chọn dây đồng loại kí hiệu Π∋H. Đường kính dây trần d = 0,3 mm Tiết diện dây trần q = 0,07 mm2

Đường kính dây có cách điện d’ = 0,35 mm Tiết diện dây có cách điện q’ = 0,096 mm2 Hệ số lấp đầy thực tế là:

.65,0268.4

95,0.35,0.14,3.1915.4d. 2.' 2

==π.

=cdS

kWKld

k = 0,95 hệ số xét tới sự không đồng đều khi quấn dây. 5.Tính toán vòng chống rung ( vòng ngắn mạch ): Nam châm điện xoay chiều, điện áp đặt vào có dạng hình sin với tần số f = 50Hz, nên từ thông sinh ra cũng biến thiên hình sin với tần số tương ứng. Do vậy lực điện từ sinh ra cũng biến thiên theo dạng hìmh sin. Công thức Macxell về lực điện từ có dạng:

Fđt = S..2 0

2m

μΦ .sin2ωt =

S..4 0

2m

μΦ -

S..4 0

2m

μΦ .cos2ωt = F0 – F0. cos2ωt

Trong đó : F0 = S..4 0

2m

μΦ

mΦ : biên độ từ thông trong lõi thép cực từ.

S : tiết diện cực từ.

ω = 2.π.f = 314 rad/s. Như vậy lực điện từ gồm 2 thành phần: - Thành phần không đổi: Fkđ = F0

- Thành phần thay đổi theo thời gian: Fbd = F0. cos2ωt.

55

Lực điện từ biến thiên theo thời gian và tần số gấp đôi tần số nguồn. Điều đó gây ra hiện tượng rung và ồn. Để khắc phục hiện tượng này người ta đặt vòng chống rung trên 2 cực từ bên.

Khi có vòng chống rung từ thông Φm đi qua đầu cực bị chia làm 2 phần: một phần đi

qua vòng chống rung Φt ,và một phần đi ngoài vòng chống rung Φn.

Do từ kháng của vòng dây chống rung nên Φt và Φn sẽ lệch pha nhau một góc ϕ và

hai lực tương ứng do chúng sinh ra sẽ lệch pha nhau một góc 2.ϕ. Tổng lực điện từ ở

cực có vòng chống rung là Fv.

Fv = [t

2t

S..4 0μΦ +

n

2n

S..4 0μΦ ] – [

t

2t

S..4 0μΦ .cos(2ωt - 2ϕ) +

n

2n

S..4 0μΦ . cos2ωt]

= Fkđ + Fbđ Với : Fkđ = Fto + Fno

Fbđ = Fno. cos(2ωt - 2ϕ) + Fto. cos2ωt Trị số biến thiên của thành phần biến đổi là:

Fbđ = φ2cos.F.F.2FFtono

2to

2no ++

Để trị số nhỏ nhất của lực điện từ lớn hơn lực cơ thì Fbđ càng nhỏ càng tốt. Trong trường hợp lí tưởng Fbđ = 0; muốn vậy phải thoả mãn đồng thời 2 điều kiện Fto = Fno và

ϕ = 900. Thực tế do vòng chống rung có độ tổn hao công suất và do hạn chế của công nghệ chế

tạo nên góc ϕ < 900. Kinh nghiệm cho thấy với ϕ = 500 ÷ 800 là đã khắc phục được

hiện tượng rung do lực biến thiên theo thời gian.

St

Sn

56

Có nhiều phương pháp tính toán vòng chống rung, ta dùng phương pháp tính toán vòng chống rung theo tỉ số giữa lực điện từ bé nhất và lực điện từ trung bình khi không có vòng ngắn mạch. a.Xác định trị số trung bình của lực điện từ ở khe hở làm việc khi không có vòng

chống rung, ở trạng thái hút của phần ứng :

Theo công thức 5-52 , TKCĐHA:

tn

tbtbh SS

Ftn

tb2

4

0

.10.9,19..4

2σΦ

=μΦ

= δ .

Trong đó: Stn : tổng diện tích trong và ngoài vòng chống rung.

Stn = Sl – Sv = Sl - Δ.b.2

Δ : bề rộng vòng chống rung, ta chọn Δ =2mm.

⇒ Stn = 347 – 2.25.2 = 247 mm2

Φδtb : từ thông trung bình qua khe hở khi phần ứng hút tính cho cực từ bên.

Φδtb = r

tb

.σ2Φ

σr : hệ số từ rò khi phần ứng hút δ = 0,1 mm là: σr = 1,0134

].[10.17,2.

4-4

Wbtb−=

24,4.10

=Φ1,0134σ

Thay số vào công thức ta có:

3810.247

)10.9,19 6-

2-44 =(2,17.10

=tbhF .

b.Tỉ số giữa lực điện từ bé nhất và giá trị trung bình của lực điện từ khi không có vòng chống rung. Theo công thức 5-53, TKKCĐHA, có:

fl = tbh

min

F

F = tbh

cqdhdt

F

F.k

57

kdt : hệ số dự trữ của thành phần lực đập mạch. kdt = 1. Fcqdh : phản lực cơ qui đổi khi phần ứng hút.

Fcqdh = Fcơδ = 0.kl.0,25

Fcơδ = 0 : tổng lực cơ tác dụng lên phần động khi phần ứng hút δ = 0 mm. Dựa vào

đặc tính cơ ta có Fcơδ = 0 = 62,1 N kl : hệ số dung sai về lực. kl = 1,2.

Fcơδ = 0 = 62,1.1,2.0,25= 19 N

⇒ 5,03819.1

==lf

c.Tỉ số diện tích giữa cực từ ngoài và trong vòng chống rung:

77,05,0.45,02

.42

1

1 =−

=−

==ff

Ss

t

nβ

St + Sn = 247 mm2

⇒ ][24777,01

2471

2

1

mmS

S tnt =

+=

+=

β.

⇒ Sn = 107 mm2

d.Điện trở vòng ngắn mạch. Theo công thức 5-54, TKKCĐHA:

( )

( )Ω1,3

μ.

4-.1020,5-4223.0,5

4.0,53-0,1.10

.247.10.10314.4

f-4223.f

4.f.

h

tn.Svr

6-7-

0 2l

l

l

=+

π=

+δ=

.ω

Trong đó: S tn : tổng diện tích trong và ngoài vòng chống rung.

δh : khe hở khi phần ứng hút chỉ có khe hở công nghệ. δh = 0,1.10-3 mm.

e.Xác định góc lệch pha ϕ giữa từ thông trong và từ thông ngoài vòng chống rung:

Theo công thức 5-55, TKKCĐHA, có:

tgϕ = ω.v

t

r

g

Trong đó :

58

gt: từ dẫn khe hở không khí tương ứng với diện tích cực từ trong vòng ngắn mạch St = 140 mm2.

gt = μ0.h

tS

δ Chọn μ0 = 0,1 mm = 0,1.10-3 m

⇒ 49,0cos6179,110.1,3.10.1,0

10.140.10.257,1.314..

43

66

=⇒=⇒===−=

−−

ααδωμ

α o

vh

to

rS

tg

* So sánh α với [α] cho phép từ 500 ÷ 800 thì góc lệch pha ϕ giữa từ thông trong

và từ thông ngoài vòng chống rung đã tính là thoả mãn. f. Từ thông trong và ngoài vòng ngắn mạch: Theo công thức 5-56, TKKCĐHA, có:

Φt = ϕ++

Φδ

c.cos.2c1 2h

Φn= c.Φt

c =ϕ

βcos

Với các số liệu đã tính toán ở trên:

Φδh = 2,17.10-4 Wb.

β = 0,77

cosϕ = 0,49

⇒ 58,149,077,0

==c

Thay số vào công thức ta có:

.10.7,949,0.58,1.21,581

5

2

-4−=

++

2,17.10=Φ t

Φn= 1,58. 9,7.10-5 = 1,53.10-4Wb.

g. Từ cảm ở khe hở vùng ngoài vòng ngắn mạch.

59

1,43T107.101,53.10

SB 6

4

n

nn ==

Φ= −

−

*Vậy so sánh với [Bn] ≤ 1,6 T thì Bn = 1,42 là thoả mãn. 6.Xác định các lực điện từ:

a. Lực điện từ phía trong vòng ngắn mạch do Φt sinh ra :

].[37,13140.10

)10.7,9(10.9,19.10.9,19 6-

2-544 N

SF

t

ttgt ==

Φ=

b. Lực điện từ phía ngoài vòng ngắn mạch do Φn sinh ra :

].[54,43107.10

)10.53,1(10.9,19.10.9,19 6-

2-444 N

SF

n

ntgn ==

Φ=

c. Giá trị lớn nhất của thành phần lực điện từ biến thiên do từ thông qua cực từ đặt vòng ngắn mạch gây ra.

][2,38)61.2cos(.54,43.57,13.2254,43237,13.tbn.Ftbt2.F2tbnF2

tbtFmaxF cos2 N=++=++= α

d. Giá trị của thành phần lực điện từ không đổi do từ thông qua cực từ đặt vòng ngắn mạch gây ra ( giá trị trunh bình ): Ftb = Ftbt + Ftbn = 13,37+43,54 = 57 (N). e. Lực điện từ nhỏ nhất do từ thông qua cực từ đặt vòng ngắn mạch gây ra. N.19 38,2 - 57maxFtbFminF ==−=

Do có 2 cực từ có đặt vòng ngắn mạch nên: 2.Fmin = 2. 19 = 38 [N]. Fcơ max = 0,5.62,1 = 31,1 [N]. Như vậy lực điện từ nhỏ nhất khi hút 2.Fmin = 38 N lớn lực cơ max của phần ứng Fcơ

max = 31,1 N, đảm bảo cho nam chhâm điện đủ khả năng hút và chống rung. f. Tỷ số giữa lực điện từ nhỏ nhất và lực điện từ trung bình:

1,53857

FF

min

tb ===P .

60

g. Tổn hao năng lượng trong vòng ngắn mạch.

( ) ( ) W.

4-.2.3,1.1020,85

257.101,1.314.9,52,2

v.2.r2UminK

2t.UmaxK

vr.2vI vP ==

ω.Φ==

−

7.Xác định các kích thước vòng chống rung. a.Xác định kích thước: Dựa vào điện trở vòng chống rung rv, chu vi vòng chống rung pv và giới hạn phát

nóng ( 200 ÷ 2500C ) đối với vòng chống rung ta xác định kích thước vòng chống rung.

Chu vi vòng chống rung:

].[2,69)25

1402.225.(2).2.(2vP mmbtS

b =++=+Δ+=

Vật liệu vòng chống rung là đồng theo bảng 2-22, trang 82– TKCĐHA

Thông số của nó: - điện trở suất ρ20 = 1,58.10-8Ω.m

- hệ số nhiệt điện trở α = 4,3.10-3 1/0C

ρ230 = ρ20.[ 1 + α .( 230 – 20 )] = 1,58.10-8.(1 + 4,3.10-3.210) = 3.10-8 Ω.m

Tiết diện vòng chống rung:

][7,6][10.7,610.1,3

10.2,69.10.3.226

4

38230mmm

rS

v

vv ===

ρ= −

−

−−p

][4,327,6. mmhhS vvv ==⇒Δ=

Vậy ta chọn Δ = 2 mm hv = 3,5 mm. b.Tính toán độ chênh nhiệt của vòng chống rung: - Hệ số toả nhiệt của vòng chống rung trong không khí:

( ) ( ) ]/[10.2,4230.0017,0110.3θ.0017,01.10.3 .2533 CmmWmtO

TKKK −−− =+=+=

- Hệ số toả nhiệt của vòng chống rung trong lõi thép:

61

( ) ( ) ]./[10.44,7230.0068,0110.9,2θ.0068,01.10.9,2 .2533 CmmWmtO

TFeK −−− =+=+= -

Diện tích toả nhiệt của vòng chống rung vào không khí:

STKK = pv. Δ + 2.(b

S t + 2.Δ).hv + 2.(b

S t + 2.Δ). Δ+4.hv.Δv.

].2[3162.5,3.42).2.225

240.(25,3).2.225

240(22.2,69 mmTKKS =+++++=

- Diện tích toả nhiệt của vòng chống rung vàolõi thép:

STFe = 2.b.hv + 2.b. Δ + pv. hv

= 2.25.3,5 + 2.25.2 + 69,2.3,5 = 517,2mm2. - Độ tăng nhiệt của vòng chống rung so với môi trường:

.492,517.10.44,731610.2,4

52,2.. 55 CSKSK

P omtv

TFeTFeTKKTKK

v =+

=+

=−= −−θθτ

Vậy nhiệt độ phát nóng của vòng chống rung với kích thước 2×2 mm2:

θv = τ + θmt = 40 + 40 =800C

⇒ thoả mãn phạm vi cho phép

c. Dòng điện trong vòng chống rung: Pv =I2

v .rv

⇒ )(2,9010.1,352,2

4 ArP

Iv

vv === −

Để tính toán dòng điện trong cuộn dây ta qui đổi dòng điện tổn hao trong vòng chống rung về cuộn dây.

Ivqd = w

I.2 v

Trong đó : 2 : là hệ số tính tới vòng ngắn mạch.

w: số vòng cuộn dây.

][094,01915

2,90.2 AIvqd == .

62

8.Tính toán tổn hao trong lõi thép:

a.Xác định trọng lượng lõi thép:

M = V.γ.kc

Trong đó : kc : hệ số ép chặt lõi thép. kc = 0,9.

γ : tỉ trọng của thép kĩ thuật điện ∋31, γ = 7,65 g/cm3

V : thể tích mạch từ.

V = A.B.b – 2.D.E.b

Với A = 7,6 cm Chiều cao mạch từ .

B = 9,3 cm Bề rộng mạch từ.

b = 2,5 cm Bề dày mạch từ.

D = 3,4 cm Chiều cao cửa sổ mạch từ.

E = 1,8 cm Chiều rộng cửa sổ mạch từ.

V = 7,6.9,3.2,5 – 2.3,4.1,8.2,5 = 146,1 cm3.

M = 146,1.7,65.0,9 = 1006[g] = 1 [kg]

b.Suất tổn hao lõi thép ứng với từ cảm cực đại:

].[10.69,51915.50..2

1.220.1,1.2..

...2 4max

max WbW

KUK IRdmUt

−=Π

=ω

=Φ

Vậy từ cảm cực đại :

][82,010.69410.69,5

6

4

max2

max TS

Bl

l ==Φ

= −

−

Với từ cảm B = 0,82 T < 1T thì theo bảng 5-4, TKKCĐHA có suất tổn hao pB/50 = 2 W/kg với f = 50 Hz và B < 1T.

c.Công suất tổn hao trong thép:

PFe = kg. pB/50.M

63

Trong đó : kg : hệ số xét tới số lượng mối nối của mạch từ. kg = 2 ÷ 3. Chọn kg = 3.

PFe = 3.2.1 = 6 W

Dòng điện đặc trưng cho tổn thất năng lượng trong lõi thép:

].[0273,02206 A

UP

Idm

FeFe ===

9.Tính toán dòng điện trong cuộn dây:

a.Dòng điện trong cuộn dây khi hút:

Khi nắp đóng δ rất nhỏ, dòng điện trong cuộn dây gồm thành phần từ hoá lõi thép

Ith, dòng điện từ hoá khe hở không khí Iδ, dòng điện khắc phục tổn hao trong lõi thép IFe và dòng ngắn mạch Iv :

Ih = Iδ + Ith + Iv + IFe

Dòng điện từ hoá khe hở không khí :

Iδ = 22

m®

R+X

U

Vì X = ω.L = ω.W2.GΣ >> R .

⇒ Iδ = X

U m® = ∑ω .G.W

U2

m®

GΣ : Từ dẫn tổng mạch từ khi nắp đóng δh = 0,5 mm.

GΣ = Gδ + GrqđΣ = 9,06.10-7+0,59.10-7 = 9,65. 10-7 H

][2,010.65,9.1915.314

2207-2 AI ==δ .

Dòng điện từ hóa lõi thép:

Ith = W

l.H ii∑

64

Trong đó :

ΣHi.li : tổng từ áp trên các phân đoạn mạch từ.

Hi, li : cường độ từ trường và độ dài của các phân đoạn

ΣHi.li = Htb.ltb

Htb, ltb: cường độ từ trường trung bình trong lõi thép và chiều dài trung bình của mạch từ.

Tính theo giá trị hiệu dụng : Bmax = 0,82 T, tra trên đường cong từ hoá thép ∋31 hình 5-6, TKKCĐHA có giá trị tương ứng của Hmax = 1,7 A/cm.

]./[2,127,1

2max cmA

HH tb ===

ltb = 2.B + 3.D = 2.9,3 + 3.3,4 = 29 cm.

⇒ ][02,01915

29.2,1.A

WlH

I iith === ∑ .

Giá trị biên độ của dòng điện khi hút:

].[25,0)2,002,0()0273,0094,0()()( 2222Fev AIIIII thh =+++=+++= δ

Mật độ dây quấn khi phần ứng hút:

]/[6,3007,025,0 2mmA

qI

j hh ===

Như vậy khi làm việc ở chế độ dài hạn mật độ dòng điện trong dây quấn jh = 3,6

A/mm2 đáp ứng được giới hạn cho phép [ j ] = 2 ÷ 4 A/mm2.

b.Dòng điện trong dây quấn khi phần ứng nhả

Khi đó δ = 6,5 mm, dòng điện trong cuộn dây chủ yếu là từ hoá khe hở không khí, còn dòng điện từ hóa lõi thép và tổn hao nhỏ hơn rất nhiều. Do vậy dòng điện trong mỗi cuộn dây tính gần đúng bằng:

65

Inh = ∑

ωnh

2maxUm®

G.W.

K.U

Với GΣnh :từ dẫn khe hở khi phần ứng nhả:

GΣnh = Gδnh + Gr qđΣ = 0,96.10-7+0,59.10-7 = 1,55. 10-7 [H].

⇒ ].[4,110.55,1.1915.314

1,1.2207-2

AI nh ==

Hệ số bội số dòng điện:

625,04,1

==h

nhII .

Vậy KI nằm trong phạm vi cho phép: KI = 4 ÷ 15.

10.Tính toán nhiệt cuộn dây :

a.Điện trở dây quấn:

R = ρθ.q

W.ltb

Với : ρθ : điện trở suất dây quấn ở nhiệt độ cho phép. Theo bảng 6-1, TKKCĐHA với cách điện cấp F có [ θ ] = 1550C.

ρ20 = 1,681.10-8Ωm : điện trở suất của đồng tinh khiết, theo bảng 6-2, TKKCĐHA.

ltb : chiều dài trung bình của một vòng dây.

ρθ =ρ20.[ 1 + α.( θ - 20)]

= 1,681.10-8.[ 1 + 4,3.10-3.( 155 – 20 )]

= 2,6.10-8 Ωm = 2,6.10-5 Ωmm.

ltb = 2.[ a + b + 4.( Δ1 + Δ2 + Δ5 ) + 2.(Δ3 + bcd )]

66

= 2.[ 28 + 25 + 4.( 1,5 + 0,5 + 1 ) + 2.( 0,5 + 10,35 )]

= 173,4[mm].

⇒ . ].[12307,01915.4,173.10.6,2 5 Ω== −R

b.Tổn hao năng lượng trong dây quấn:

Pd = 2hI .R = 0,252.123 = 7,7[ W].

c.Độ tăng nhiệt bề mặt cuộn dây:

Theo công thức Newton 6-12, trang 299 – TKKCĐHA, có:

τ = TT

d

S.K

P

Trong đó:

τ = θ - θmt : độ chênh nhiệt của cuộn dây.

KT : hệ số toả nhiệt của cuộn dây. Tra bảng 6-3, trang 301, .TKKCĐHA, có

KT = 9 ÷ 14 W/m2.0C. Ta chọn KT = 12 W/m2.0C.

ST : diện tích toả nhiệt của cuộn dây.

ST = 2.[ a + b + 4.( Δ1 + Δ2 + Δ3 + Δ5 + bcd )].hcd

= 2.[ 28 + 25 + 4.( 1,5 + 0,5 + 0,5 + 1 + 10,35 )].26

= 5637 mm2 = 5637.10-6 m2.

⇒ ][11410.5637.12

7,76- Co==τ .

Như vậy nhiệt độ của cuộn dây thoả mãn điều kiện cho phép của cấp cách điện B.

θ = τ + θmt = 114 + 40 = 154 0C < [ θ ] = 1550C.

67

IV.DỰNG ĐẶC TÍNH LỰC HÚT.

Theo công thức 5-50, trang 263 – TKKCĐHA,có:

δδ

Φ δ

δ

δd

dG

3

1

d

dG(

G2.K.2F r

2

2

h += )

Trong đó:

Fh : lực hút điện từ tác động lên phần ứng.

Φδ : từ thông khe hở không khí.

K = 0,25 : hệ số xét tới thứ nguyên của Fhtb ( N ).

1/3 là thừa số đánh giá sự ảnh hưởng của Gr qui đổi theo từ thông trung . bình

Φtb.

Vì Gr qđΣ ≈ const → δ

∑

d

dGrqd = 0 → δd

dGr = 0.

Φδ = r

tb

σΦ .

Trong đó: Φtb : từ thông trung bình của lõi thép.

σr : hệ số từ rò.

⇒ δ

Φ δ

δ

tbd

dG.

G.2.K.2F

22r

2

h σ=

Với Φtb xác định theo công thức trang 284 – TKKCĐHA :

Φtb = W.f.44,4

K.U.K IRm®U

Trong đó :

- KIR : hệ số đánh giá thành phần tác dụng của điện áp rơi trên .điện trở của cuộn dây. Chọn KIR = 1.

- Uđm : điện áp định mức của cuộn dây, Uđm = 220V

68

- KU : hệ số tính đến sự thay đổi điện áp nguồn, KU = 0,85 ÷ 1,1.

- f = 50 Hz: tần số điện áp.

.. - W = 1915 vòng.

Với những giá trị sau của KU ta có:

KU = 0,85 thì ].[10.3107,41915.50.44,4

98,0.220.85,0 4 Wbtb−==Φ

KU = 1 thì ].[10.0714,51915.50.44,498,0.220.1 4 Wbtb

−==Φ

KU = 1,1 thì ].[10.5785,51915.50.44,4

98,0.220.1,1 4 Wbtb−==Φ

Kết quả tính được ta có:

δ

( mm

)

Gδ×

10-7

( H )

δδ

d

dG

×10-4

σr Fh ( N ) Fnh

( N ) KU =

0,85

KU = 1

KU = 1,1

0,1 44,24

-439.8200 1,0134 143,74 198,95 240,73 61.5

0,5 9,06 -17,5900 1,0652 124,08 171,73 207,80 61

1 4,66 -4,3949 1,1267 104,59 144,77 175,17 60

2 2,47 -1,0963 1,2394 77,00 106,58 128,96 58,67

2,5 2,03 -0,7 1,2911 67,03 92,78 112,26 27,33

3 1,74 -0,4854 1,3400 58,81 81,40 98,50 26,5

4 1,37 -0,2716 1,4300 46,20 63,94 77,36 25,33

5 1,16 -0,1726 1,5100 37,09 51,33 62,11 24

69

6,5 0,96 -0.100 1,6155 27,53 38,11 46,11 20,66

V.HỆ SỐ NHẢ CỦA NAM CHÂM ĐIỆN. Hệ số nhả là tỉ số giữa dòng điện hoặc điện áp cuộn dây khi phần ứng của nam châm điện nhả và khi tác động.

02,5 6,5 9

0

62,1

F[N]

x[mm]

57,3

70

KI = ®t

nh

I

I ; KU = ®t

nh

U

U

Dựa vào hệ số nhả Knh ta có thể xác định được độ nhạy của nam châm điện. Với nam châm điện có độ nhạy cao thì đặc tính nhả Fnhả phải nằm hoàn toàn dưới đặc tính cơ.

Đối với công tắc tơ Knh = 0,4 ÷ 1 Căn cứ vào đặc tính cơ và lực hút điện từ ta có thể xác định:

Knh = h

c

F

F .

δ ( mm)

0,1 2,5 3 5 6,5

Fcơ (N) 61,5 27,33 26,5 24 20,66

Fđt (N) 143,74 67,03 58,81 37,09 27,53

Knh 0,69 0,64 0,67 0,65 0,87

71