Đồ án Môn học khí cụ điện

2dm . A.ð.H B 2  .  1 ⎡ ⎢arccos( ⎣  Ttd ⎤ )⎥ Ttx ⎦  2 trong đó : - A=2,3.10 -8 (V/ OC) : hằng số Loen. - - HB : độ cứng Britnel của tiếp điểm HB = 45 kG/mm2 ë = 3,9 W/cm.OC - hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn - Ttd : nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc, lấy bằng nhiệt độ phát nóng dài hạn Ttd = 57,5 + 273 = 330,5 OK - Ttx = ètd +8 + 273 = 336 OK 2 2,3.10 −8.ð .45 2  .  ⎡ 330,5 ⎤ 1  2  = 0,411 (kG) Do tiếp điểm tiếp xúc mặt nên n=3 Ftđ = Ftđ1.n = 0,411 = 1,422 KG. Bảng 2-17 (55)16.ë ⇒ Ftđ1 = 40 . 16.(0,39) ⎢⎣arccos( 336 )⎥⎦ Đồ án môn học Khí cụ điện So sánh kết quả giữa thực nghiệm và lý thuyết ta chọn Ftd=1 KG=10N.Do sức ép tiếp điểm xác định theo quan hệ lý thuyết với dòng điện lớn cho sai số tương đối lớn. 5. Điện trở tiếp điểm Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm được tính theo công thức thực nghiệm 2- 25 Rtx =  K tx (0,102.Ftd ) m trong đó : Ftđ = 10(N) Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm, Ktx = (0,2 ÷0,3).10 -3 , chọn Ktx = 0,25.10-3 Do tiếp xúc mặt nên chọn m=0,8 Thay vào ta có: Rtx = 0,25.10 −3 0,8  = 2,46.10 −4 (Ù) 6. Điện áp tiếp xúc 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 Rtx, vì vậy công thức điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng : Utx = Iđm.Rtx =40.2,46.10-4 = 9.88 mV Vậy điện áp nơi tiếp xúc Utx thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc cho phép [Utx] = 2 ÷ 30 mV 7. Nhiệt độ tiếp điểm và nhiệt độ nơi tiếp xúc Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, có tiếp điện không đổi, giả thử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt xa nơi tiếp xúc(0,102.10) Đồ án môn học Khí cụ điện Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm : è td = è mt + 2 S.P.KT  + 2 2. ë.S.PKT = 40 + 40 2.4,42.10 −5 −6  + 40 2.5.5310 −7 2. 0,325.10.72  = 56,7 0 C Nhiệt độ nơi tiếp xúc è tx = è td + 2 8.ë.ñè  = 56,7 + 40 2.1,78.10 −4 8.0,325.4,42.10  0 trong đó : - ñè = ñ20.( 1 + á.(è-20)) = 3,5.10-5. (1 + 0.325.(95 – 20)) = 4,42.10-5 Ùmm - èmt : nhiệt độ môi trường, èmt =400C - Rtđ, Rtx : điện trở tiếp điểm và điện trở tiếp xúc - P, S : chu vi, diện tích 8. Dòng điện hàn dính Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Iđm (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 Ihd , 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 . ⋅ Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2-33 (TL1) Ihdbđ = A f nc . Ftd (A) trong đó A =  O  1 3 2I dm.ñè I dm.Rtd 10.22.8.10 I dm .Rtx2 −5 =62,9 C 32ëè nc (1 + áè nc ) ðH B ñ O (1 + áè nc ) 3 Đồ án môn học Khí cụ điện ñO : điện trở suất của vật liệu ở 20OC . Ta có ñ20 = ñO(1+á.20) ⇔ ñO = ñ O 1 + á.20 ⇔ ñO =  0,035.10 -3 1 + 0,0035 .20  = 1,6.10 −8 (Ùm) ë : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ë = 3,25 W/cm.OC = 0,325 W/m.OC ènc : nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, ènc = 1300 OC HBo : độ cứng Britnel . HBo = 45 kG/mm2 ⇒ A= 1 3 −5 2 3  = 1350,86 fnc : hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qúa trình phát nóng, chọn fnc = 3. Ftđ = 1 kG. Ihd = 1350,86. 3. 1 = 2339,6( A) ⋅ Tính theo công thức thực nghiệm 2-36 (TL1) Ihd = Khd. Ftd Khd : hệ số hàn dính , chọn Khd = 2000 A/kG0,5 Ftđ = 0,4 kG Ihd = 2000. 0.4 = 1264,9( A) Như vậy Ihd > 10.Iđm = 10.40 = 400 (A) , đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính. 9. Độ rung và thời gian rung của 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,32.,0,325.1300.(1 + .0,0035.1300) Đồ án môn học Khí cụ điện 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 Xm và thời gian rung tm ⋅ Theo công thức 2-39 , biên độ rung cho 3 tiếp điểm thường mở là : Xm = m d .v 2do .(1 − K V ) 2.3.Ftd Với : mđ : khối lượng phần động mđ = Gd g  = mC .I dm g  = 10.40 9,81  = 40.77 ( G.s2/m ) vđo : tốc độ tiếp điểm tại thời điểm va đập . vđo = 0,1 m/s KV : hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu chọn KV = 0,85. Ftđđ : lực ép tiếp điểm đầu, Ftđđ = 1000 ⇒ Xm = 40.77.0,12 (1 − 0,85) 2.3.1000 = 0,01 mm ⋅ Theo công thức 2-20, thời gian rung ứng với biên độ rung Xm là : t m = 2md v do 1 − K V 3Ftd = 2.40,77.0,1. 1 − 0,85 3.1000  = 1,6 (ms) Tổng thời gian rung : tmÓ = (1,5÷1,8).2.tm Chọn tmÓ= 4,89÷6ms 10. Độ mòn của tiếp điểm Sự 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 . Đồ án môn học Khí cụ điện Khối lượng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là : gđ + gng = 10 -9(Kđ. I 2d + Kng. I 2ng )Kkđ trong đó : Kkđ : hệ số không đồng đều,đánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm, Kkđ =1,1 ÷ 2,5, chọn Kkđ =1,3 Kđ và Kng : hệ số mòn khi đóng và khi ngắt, tra bảng 2-21 ta có Kng=Kđ = 0,01 (g/A2) Iđ và Ing : dòng điện đóng và dòng điện ngắt Iđ = 4.Iđm =4.40 = 160 A Ing = 2.Iđm =2.40 = 80 A gđ và gng : khối lượng mòn riêng của mỗi một lần đóng và ngắt ⇒ gđ + gng = 10 -9(0,01.1602 + 0,01.802).1,3 = 0,42.10-6 (g) Sau N = 106 lần đóng ngắt , khối lượng mòn là : Gm = N.(gđ + gng) = 106.0,4210 -6 = 0,42 g Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt , tính cho một chỗ tiếp xúc : Gm1 = Gm 2  = 0,42 2  = 0,21 (g) Thể tích mòn : Vm = Gm1 ã  = 0,21 8,7  3 Thể tích ban đầu của tiếp điểm Vtđ = h.ð . d 2 4  = 2,5.ð . 12 2 4  = 169.65 (mm 3 ) Lượng mòn của tiếp điểm sẽ là : Vm% = Vm Vtd  .100% = 24 169,65  .100% = 14,14%= 0,024 (cm 3 ) = 24 (mm ) Đồ án môn học Khí cụ điện 11. Độ lún, độ mở của tiếp điểm a) 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 Iđm =40 A và điện áp Uđm = 380 V ta chọn độ mở m = 6 mm b) 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 Iđm = 40 A thì độ lún l = 2mm C. Mạch vòng dẫn điện phụ Cách tính mạch vòng dẫn điện phụ tương tự với cách tính vòng dẫn điện chính, chỉ khác ở là trong mạch vòng phụ dòng điện là 5A I. Thanh dẫn 1. Thanh dẫn động - Vật liệu làm thanh dẫn trong mạch vòng phụ cũng là Đồng kéo nguội, các thông số vẫn là: Ký hiệu Tỷ trọng (ã) Nhiệt độ nóng chảy (ènc) ML-TB 8,9 g/cm3 10830C Đồ án môn học Khí cụ điện Điện trở suất ở 200C (ñ20) Độ dẫn nhiệt (ë) Độ cứng Briven (HB) Hệ số dẫn nhiệt điện trở (á) Nhiệt độ cho phép cấp A ([ècp]) - Kích thước thanh dẫn Theo công thức 2-6 (TL1) :  0,0174.103 Ùmm 3,9 W/cm 0C 80 ÷ 120 kG/cm2 0,0043 1/ 0C 950 C b = 3 I 2 .ñè.K f 2.n.(n + 1).K T .ô« d trong đó : - I = 5 A : dòng điện định mức. - n: hệ số hình dáng, n = a/b = 5 ÷ 10, chọn n = 7. - Kf : hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Kf = Kbm.Kg = 1,03 ÷ 1,06 . Chọn Kf = 1,05. - KT : hệ số toả nhiệt, KT = (6 ÷ 12).10-6 (W/ 0 C.mm2) chọn KT = 6.10-6 (W/ 0 C.mm2) - ñõ : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định ñè = ñ20[1+á(è - 20)] ñ20 : điện trở suất của vật liệu ở 20OC á : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu è: nhiệt độ ổn định của đồng , ở đây ta lấy bằng nhiệt độ phát nóng cho phép õ = [õ] = 95 OC. ⇒ ñ95 = 0,0174.10 -3[1+4,3.10 -3(95 - 20)] ≈ 0,023.10 -3 (Ù.mm) - ôôđ : độ tăng nhiệt ổn định ôôđ = è - èmt với èmt =40 OC là nhiệt độ môi trường ⇒ ôôđ = 95 - 40 = 55 OC Đồ án môn học Khí cụ điện Vậy ta có  b = 3  5 2.0,023.10 −3.1,05 2.7.(7 + 1).6.10 −6.55  ≈ 0,27 mm a = b.n =0,27.7 =1,7 mm Tuy nhiên để đảm bảo cho thanh dẫn động có thể chịu được phát nóng thì a > dtđ (dtđ : đường kính tiếp điểm). Tra bảng 2-15 với Iđm = 5A thì dtđ = 2 ÷ 5 mm, nên chọn dtđ = 4 Vì vậy chọn a = 5 mm và b = 0,8 mm - Mật độ dòng điện : j = I dm S  = 5 4  = 1,25 A / mm 2 < [j] =2 ÷ 4 A/mm2 thoả mãn về kết cấu - Nhiệt độ thanh dẫn : Từ công thức 2-4 (TKKCĐHA) ta có S.P = I 2 .ñ è .K f K T .(è « d − è mt )  = I 2 .ñ 0 .(1 + á.è ¤§ ).K f K T .(è « d − è mt ) è « d  = è td = I 2 .ñ 0 .K f . + S.P.K T .è mt S.P.K T − I 2 .ñ 0 .K f .á với ñ0 : điện trở suất của đồng kéo nguội ở 00C ñ 0 = ñ 20 1 + á.è  = 0,0174.10 −3 1 + 0,0043.20  = 0,016.10 −3 Ù.mm èmt : nhiệt độ môi trường, èmt = 400C Thay vào ta có : è td = 5 2.0,016.10 −3.1,05 + 4.11,6.6.10 −6.40 4.11,6.6.10 −6 − 52.0,016.10 −3.1,05.0,0043 = 41,80C Vậy ètd < [ècp] =950C định mức thanh dẫn thoả mãn về nhiệt độ ở chế độ Đồ án môn học Khí cụ điện 3. Đầu nối Diện tích bề mặt tiếp xúc : Stx =  I dm j Chọn mật độ dòng điện j = 0,31 A/mm2 ⇒ Stx =  5 0,31  = 16,13 (mm2 ) Stx Stx = a.b = 16,13 mm2 ⇒ b =  b 16,13 8  a = 2 (mm) Lực ép tiếp xúc : Ftx = ftx.Stx với ftx là lực ép riêng trên các mối nối . Chọn ftx=100 kG/cm2 = 100.10 -4 kG/mm2 ⇒ Ftx = 100.10 -4.16,13 = 0,16 (kG) Tra bảng 2-9 (TL1) chọn bu lông có đường kính ren d = 5 mm (M5) , số lượng 1 chiếc . 4. Tiếp điểm Chọn loại tiếp điểm cầu với dạng tiếp xúc điểm. a. Chọn vật liệu tiếp điểm I = 5 A , tra bảng 2-13 (TL1) có thể chọn Bạc kéo nguội ( CP 999 ) có các thông số kỹ thuật : Ký hiệu Tỷ trọng (ã) Nhiệt độ nóng chảy (ènc) Điện trở suất ở 200C (ñ20) Độ dẫn nhiệt (ë) Độ cứng Briven (HB) Tỷ trọng nhiệt CP 999 10,5 g/cm3 961 0C 0,0159.10-3 Ùmm 1,05 W/cm 0C 30 ÷ 60 kG/cm2 0,234 Ws,cm.0C Đồ án môn học Khí cụ điện Hệ số dẫn nhiệt điện trở (á) Nhiệt độ cho phép cấp A ([ècp])  0,004/ 0C 950 C b. Xác định kích thước Chọn tiếp điểm hình cầu . Tra bảng 2-15 (TL1) , với dòng I = 5 A có thể chọn đường kính tiếp điểm dtđ = 4 mm , chiều cao tiếp điểm htđ =1,2mm. dtd htd c. Lực ép tiếp điểm Tính theo công thức lý thuyết 2-14 (TL1) , tại một điểm tiếp xúc , lực ép tiếp điểm sẽ là : Ftđ = I 2 . A.ð.H B 2  .  1 ⎡ ⎢arccos( ⎣  Ttd ⎤ )⎥ Ttx ⎦  2 trong đó : - A=2,3.10 -8 (V/ OC) : hằng số Loen. - HB : độ cứng Britnel của tiếp điểm HB = 60 kG/mm2 = 60.106 kG/m2 - ë : hệ số dẫn nhiệt của thanh dẫn ë = 3,8 W/cm.OC = 0,38 W/mm.OC - Ttd : nhiệt độ thanh dẫn chỗ xa nơi tiếp xúc , lấy bằng nhiệt độ phát nóng dài hạn Ttd = 41,8 + 273 = 314,8 OK - Ttx = ètx + 273 = 44,8 + 273 = 317,8 OK ⇒ Ftđ = 5 2. 2,3.10 −8.ð .60.10 6 2  .  ⎡ 314,8 ⎤ ⎣ ⎦ 1  2  = 2,5.10 −3 (kG)16.ë 16.(380) ⎢arccos(317,8 )⎥ Đồ án môn học Khí cụ điện Tính theo công thức thực nghiệm 2-17 (TL1) , ta có : Ftđ = ftđ.Iđm trong đó ftđ = 5 G/A (bảng 2-17) ⇒ Ftđ = 5.5 = 25 (G) = 0,025 (kG) So sánh hai kết quả ta chọn Ftđ = 0,025kG = 0,25 N d Điện trở tiếp xúc - Tính theo công thức lý thuyết 2-24 (TL1) R tx = ñ ð.H B 2 Ftd Điện trở suất của tiếp điểm ñ = ñ20.[1+á(ètx - 20)] = 1,59.10 -8[1+4.10 -3(44,8 - 20)] = 1,75.10 -8 (Ùm) ⇒  Rtx =  1,75.10 −8 2 ð .60.10 6 0,025  = 7,6.10 −4 (Ù) - Tính theo công thức thực nghiệm 2-25 (TL1) Rtx =  K tx (0,102.Ftd ) 0,5 trong đó : Ftđ tính bằng Newton (N) Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm . Chọn Ktx = 0,06.10 -3 (TL1 trang 59) ⇒ R tx = 0,06.10 −3 (0,102.0,25)  0,5  = 3,7.10 −4 (Ù) So sánh hai kết quả ta chọn Rtx = 7,6.10 -4 Ù e. Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc : Utx = I.Rtx= 5.7,6.10 -4 =3,8 mV < [Utx] = 2 ÷30 mV Đồ án môn học Khí cụ điện f. Xác định trị số dòng điện hàn dính - Trị số dòng điện hàn dính xác định theo quan hệ lý thuyết 2-33 (TL1) Ihdbđ = A f nc . Ftd trong đó : (A) A=  O  1 3 2 ñO : điện trở suất của vật liệu ở 20OC . Ta có ñ20 = ñO(1+á.20) ⇔ ñO = ñ O 1 + á.20 ⇔  ñO = 1,59.10 −8 −3  = 1,47.10 −8 (Ùm) ë : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ë = 6,16 W/cm.OC = 416 W/cm.OC ènc : nhiệt độ nóng chảy của vật liệu ènc = 961 OC HBo : độ cứng Britnel . HBo = 60.10 6 kG ⇒ A= 1 3  6 −8 2 −3 3  = 1720 fnc : hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong qua trình phát nóng, chọn fnc = 2. Ftđ = 0,025 kG. Ihd = 1720. 2. 0,025 = 386(A) - Tính theo công thức thực nghiệm 2-36 (TL1) Ihd = Khd. Ftd32ëè nc (1 + áè nc ) ðH B ñ O (1 + áè nc ) 3 1 + 4.10 .20 32.416.961.(1 + .4.10 −3.961) Đồ án môn học Khí cụ điện Khd : hệ số hàn dính . Tra bảng 2-19 (TL1) , chọn Khd = 1000 A/kG0,5 Ftđ = 0,025 kG Ihd = 1000. 0,025 = 158(A) Như vậy Ihd > 10.Iđm = 10.5 = 50 (A) , đảm bảo cho tiếp điểm không bị hàn dính. g. Độ lún , độ mở Với dòng điện I =5 A ta có thể chọn độ lún l’ =1,5mm. Vì tổng độ mở và độ lún của tiếp điểm phụ phải bằng tổng độ mở và độ lún của tiếp điểm chính nên : l' = m + l - l' = 8 + 4 - 1,5 =10,5 mm trong đó m, l là độ mở và độ lún của tiếp điểm chính h. Độ rung và thời gian rung của tiếp điểm - Theo công thức 2-39 (TL1) , biên độ rung sẽ là : xm = md .vdo2 .(1 − KV ) 4.Ftd  ( 2 tiếp điểm cầu ) mđ : khối lượng phần động mđ = Gd g  = mC .I g  = 10.5 9,81  2 vđo : tốc độ tiếp điểm tại thời điểm va đập . vđo = 0,1 m/s KV : hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu . Đối với bạc chọn KV = 0,85. ⇒ xm = 5,1.0,12 (1 − 0,850) 4.25 = 76,5.10 -6 (m) = 0,0765 mm - Theo công thức 2-20 (TL1) , thời gian rung ứng với biên độ rung xm là := 5,1 ( G.s /m ) Đồ án môn học Khí cụ điện t m =  2md vdo 1 − KV 2.Ftd = 2.5,1.0,1. 1 − 0,85 2.25  = 7,9.10 −3 (s) Tổng thời gian rung : tÓ = 1,5.2.tm (CT 2-47) = 1,5.2.7,9.10 -3 = 23,7 ms i. Độ hao mòn tiếp điểm Khối lượng mòn trung bình của một cấp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là : gđ + gng = 10 -9(Kđ. I 2d + Kng. I 2ng )Kkđ trong đó : Kkđ : hệ số không đồng đều Kđ và Kng : hệ số mòn khi đóng và khi ngắt. Tra bảng 2-21 và hình 2-16 (TL1) có Kđ = 0,04 (g/A2) Kng = 0,5 (g/A2) Kkđ = 1,1 Dòng khi đóng lấy bằng Iđ = 10I = 10.5 = 50 (A) Dòng khi ngắt Ing = I = 5 (A) ⇒ gđ + gng = 10 -9(0,04.502 + 0,5.52).1,1 =1,24.10 -7 (g) Sau N = 106 lần đóng ngắt , khối lượng mòn là : Gm = N.(gđ + gng) = 106.1,24.10 -7= 0,124 (g) Vì tiếp điểm cầu có hai điểm ngắt , tính cho một chỗ tiếp xúc : Gm1 =  G m 2  =  0,124 2  = 0,062 (g) Thể tích mòn : Đồ án môn học Khí cụ điện Vm =  G m1 ã  =  0,062 10,5.10  −3  = 5,89 (mm 3 ) Thể tích ban đầu của tiếp điểm Vtđ = h.ð . d 2 4  = 1,2.ð . 4 2 4  = 15,08 (mm 3 ) Lượng mòn của tiếp điểm sẽ là : Vm Vtd  .100% = 5,89 15,08  .100% ≈ 39% Đồ án môn học Khí cụ điện CHƯƠNG III ĐẶC TÍNH CƠ I . Tính toán đặc tính cơ. 1. Lập sơ đồ động Xét trường hợp Công tắc tơ đặt ngược : ä 0 m * ä =m+l 1 2  Fđ  1 2  Fđ Gđ + Fnhđ * ä =0 Fđt 1 2  Fđ  1 2  Fđ Gđ + Fnhc Đồ án môn học Khí cụ điện Lực cơ tác dụng bao gồm : - Lực ép tiếp điểm chính thường mở - Lực ép tiếp điểm phụ thường mở - Lực ép tiếp điểm phụ thường đóng - Lực lò xo nhả - Trọng lượng phần động - Lực ma sát ( bỏ qua ) 2.Tính toán các lực : a. Lực ép tiếp điểm chính thường mở : - Lực ép tiếp điểm cuối : Ftđ c = 6.Ftđ ( 3 tiếp điểm cầu) = 6.10 = 60(N) - Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.60 = 36 (N) b. Lực ép tiếp điểm phụ thường mở : - Lực ép tiếp điểm cuối : Ftđ c = 4.Ftđ phụ (2 tiếp điểm cầu) = 4.0,25 = 1 (N) - Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = 0,6.Ftđ c = 0,6.1 = 0,6 (N) c. Lực ép tiếp điểm phụ thường đóng : - Lực ép tiếp điểm đầu : Ftđ đ = Ftđ c = 1 (N) - Lực ép tiếp điểm cuối : Ftđ c = Ftđ đ = 0,6 (N) d. Lực lò xo nhả : - Lực nhả đầu : Fnh đ = Kdt(Gđ + Ftđ đ ) Đồ án môn học Khí cụ điện Fnh đ = 1,2.(4 + 1) = 6 (N) trong đó: Hệ số dự trữ Kdt = 1,1 ÷ 1,3 . Chọn Kdt = 1,2 Trọng lượng phần động : Gđ = mc.Iđm =10.40=4(N) - Lực nhả cuối : Fnh c = 1,5.Fnh đ = 1,5.6 = 9 (N) 3. Đồ thị đặc tính cơ Fcơ 73 60.6 48,5 N 60 36 N 9N 6N 4N 0.75  2  7.25  8  ä (mm) lc = 2 mc = 6 Đồ án môn học Khí cụ điện II. Tính toán lò xo Chọn lò xo xoắn hình trụ chịu nén Loại lò xo này có ưu điểm ít bị ăn mòn bền về cơ , làm việc linh động , không bị phát nóng . Tra bảng 4-1 (TL1) , chọn vật liệu làm lò xo là dây thép các bon ÃOTC9389-60 độ bền trung bình , nhãn hiệu II (Ð) : - Độ bền giới hạn khi kéo - Giới hạn mỏi cho phép khi uốn - Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn - Module đàn hồi - Mudule trượt - Điện trở suất Các thông số của lò xo : d D 2200 N/mm2 770 N/mm2 480 N/mm2 200.103 N/mm2 80.103 N/mm2 0,19 ÷ 0,22 .10-6 Ùm L t Đồ án môn học Khí cụ điện 1. Lò xo nhả - Tính cho một lò xo Fnh đầu = 6 2  = 3 (N) Fnh cuối = 9 2  = 4,5 (N) Như vậy trong khoảng ä = m + l = 8 (mm) lò xo phải sinh được lực là ÄF = 4,5- 3 = 1,5N . - Theo công thức 4-31 (TL1) , đường kính dây lò xo là : d = 1,6  F .C ó x chọn C = D d  = 10 F = Fnh cuối ⇒ d = 1,6 4,5.10 480  = 0,49 (mm) Vậy chọn đường kính dây lò xo là d =0.6 - Đường kính lò xo : D = C.d = 12.0,6=7,2(mm) - Số vòng làm việc : W= G.d 4 . f 8D 3 .ÄF  = 80.10 3.(0.6) 4 .8 8.(7.2) 3 .1.5  = 18 vòng với f = m + l = 8 mm - Số vòng kết cấu : W = 18+ 2 = 20 vòng - Bước lò xo : tk = d =0.6mm Đồ án môn học Khí cụ điện tn = d +  f W  = 1 +  8 20  = 1,4 mm - Chiều dài kết cấu : lk = d.W = 1.20=20 mm ln = W.tn + 1,5.d = 201,4 + 1,5.0.6=28,9 (mm) - ứng suất xoắn thực tế của lò xo: óx = 8. .F .c 2  = 8.4,5.10 2  = 318,3 N/mm  2 Vậy óx < [óx] =480 N/mm2 do đó lò chọn thoả mãn yêu cầu - khoảng lún thực tế của lò xo: x l = 8.D 3 .ÄF .W G.d 4  =  8.(7.2) 3 .1.5.20 80.10 3.(0.6) 4  =22mm 2. Lò xo tiếp chính - Tính cho một lò xo Fnh đầu = 60 3  = 20 (N) Fnh cuối = 36 3  = 12 (N) Như vậy trong khoảng ä = f = l = 2 (mm) lò xo phải sinh được lực là ÄF = 20- 12 =8 N . - Theo công thức 4-31 (TL1) , đường kính dây lò xo là : d = 1,6  F .C ó x chọn C = D d  = 10 F = Fnh cuối ⇒ d = 1,6 20.10 480  = 1,1 (mm) Vậy chọn đường kính dây lò xo là d =1,2mm Đồ án môn học Khí cụ điện - Đường kính lò xo : D = C.d = 101,2 = 12(mm) - Số vòng làm việc : W= G.d 4 . f 8D 3 .ÄF  = 80.10 3.1,2 4.2 8.(12) 3 .8  = 3 vòng với f = l = 2 mm - Số vòng kết cấu : W = 3 + 2 = 5 vòng - Bước lò xo : tk = 1,2 mm tn = d + f W  = 1,2 + 2 5  = 1.6 mm - Chiều dài kết cấu : lk = d.W = 1,2.5 = 6 mm ln = W.tn + 1,5.d = 5.1,6 +1,5.1,2= 9,8 mm - ứng suất xoắn thực tế của lò xo: óx = 8..F.C 2  = 8.20 .10 2  = 353.677 N/mm2 Vậy óx < [óx] =480 N/mm2 do đó lò chọn thoả mãn yêu cầu - Khoảng lún thực tế của lò xo: x l =  8.D 3 .ÄF .W G.d 4  =  8.12 3.8.5 80.10 3.1,2 4  = 3,33mm 3. Lò xo tiếp điểm phụ - Tính cho một lò xo Fnh đầu = 1 2  = 0,5 (N) Fnh cuối = 0, 6 2  = 0,3 (N) Như vậy trong khoảng ä = f = l = 1,5 (mm) lò xo phải sinh được lực là ÄF = 0,5 - 0,3 = 0,2 N . Đồ án môn học Khí cụ điện - Theo công thức 4-31 (TL1) , đường kính dây lò xo là : d = 1,6  F .C ó x chọn C = D d  = 9 F = Fnh cuối ⇒ d = 1,6 1.9 480  = 0,22 (mm) Vậy chọn đường kính dây lò xo là d =0,3mm - Đường kính lò xo : D = C.d = 9.0,3 = 2,7 (mm) - Số vòng làm việc : W= G.d 4 . f 8D 3 .ÄF  = 80.10 3.0,34.1,5 8.2,7 3.0,2  = 30 vòng với f = l =1,5 mm - Số vòng kết cấu : W = 30 + 2 = 32 vòng - Bước lò xo : tk = 0,3 mm tn = d + f W  = 0,3 + 1,5 30  = 0,35 mm - Chiều dài kết cấu : lk = d.W = 0,3.30 = 9 mm ln = W.tn + 1,5.d = 30.0,35 + 1,5.0,3 = 10,95 mm - ứng suất xoắn thực tế của lò xo: óx = 8..F.C 2  = 8. 1.9 2  = 254,6 N/mm2 Vậy óx < [óx] =480 N/mm2 do đó lò chọn thoả mãn yêu cầu - Khoảng lún thực tế của lò xo: Đồ án môn học Khí cụ điện xl =  8.D 3 .ÄF .W G.d 4  =  8.2,7 3.0,2.30 80.10 3.0,3 4  = 1,458 mm Chương V 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 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 qúa 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 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 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 hút thẳng b. Vật liệu Đồ án môn học Khí cụ điện Tra bảng 5-3 (TL1) 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 Từ cảm dư Từ cảm bão hoà Độ từ thẩm Độ từ thẩm cực đại Điện trở suất Khối lượng riêng Thành phần cacbon Tổn hao từ trễ khi bão hoà Từ cảm lõi thép Chiều dày lá thép 0,35 A/cm 1,1 T 2T 250 6,5 50.10 -8 Ù.cm 7,65 g/cm3 0,025% 0,15 0,6 T 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 ä = 2 mm, Ftt = 66,6 N Chọn Bä = 0,5T Chọn hệ số từ rò ór = 1,4 ; hệ số từ tản ót = 1,2. 2 Tính tiết diện lõi mạch từ - Theo công thức 5-8 (TKKCĐAH) , tổng diện tích lõi thép mạch từ để đạt được lực điện từ ở điểm tới hạn : SlÓ =  k.Ftt 19,9.10 4.B 2ä trong đó Ftt lực hút điện từ ở điểm tới hạn : Ftt = 66,6N k : hệ số dự trữ , chọn k =1,15 ⇒  SlÓ = 1,1.66,6 4  2  2  219,9.10 .0,5 = 1472.5.10 −6 m =1472.5 mm Đồ án môn học Khí cụ điện - Diện tích lõi cực từ giữa : Sl2 = S lÓ 2  = 1472,5 2  = 736.3 (mm 2 ) - Diện tích lõi 2 cực từ nhánh : Sl1 = Sl3 = S l 2 2  = 736.5 2  = 368,25 (mm 2 ) b a/2 - Đối với cực từ giữa  a chọn  b a  = 0,9 ⇒a = S l 2 0,9  =  736,5 0,9  ≈ 28 (mm) b = 0,9.a = 0,9.28 ≈ 25 (mm) - Cạnh thực của lõi thép : b' =  b K C với KC = 0,9 là hệ số ép chặt các lá thép . b'= 25 0,9  ≈ 27.8 (mm) - Số lá thép kỹ thuật điện : n= b Ä  = 25 0.5  = 50 (tấm) Đồ án môn học Khí cụ điện trong đó Ä = 0,5 mm là chiều dày một lá thép . - Hai cực từ mạch nhánh chọn kích thước : a/2 = 14 mm b = 25 mm 3. Tính toán cuộn dây a. Sức từ động của cuộn dây - (IW)tđ = (IW)Óänh + (IW)h (A.vòng) trong đó : (CT 5-18) ⋅ ⋅ (IW)Óänh :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)Óänh = B ä .Ó ä nh ì O  (CT 5-19 TL1) Óänh - tổng khe hở không khí làm việc Óänh = 2.änh = 2.2.10 -3 = 4.10 -3 (m) ìO = 1,25.10 -6 (H/m) ⇒ (IW)Óänh = 0,5.4.10 −3 1,25.10 −6.1,2  = 1333 (Avòng) - (IW)h = Bä .ó r .Óä h ì O  (CT 5-20 TL1) ór : hệ số từ rò , ór = 1,4 Óäh : khe hở không khí ở trạng thái hút Óäh = 2äcn + äcd + äht =0,2 ÷ 0,7 mm · · · äcn= 0,03 ÷ 0,1 mm - khe hở công nghệ, chọn äcn = 0,05mm äcd = 0,1 ÷ 0,5 mm : khe hở chống dính , chọn äcd = 0,3mm äht : khe hở giả định , chọn äht = 0,1 mm ⇒ Óäh = 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm . Đồ án môn học Khí cụ điện (IW)h=  0,0.1,4.0,5.10 −3 1,25.10 −6  = 278 (Avòng) ⇒ (IW)tđ = 1333 + 278 = 1611 (A.vòng) - Kiểm tra lại , ta có hệ số bội số dòng điện : KI = (IW ) td (IW ) h  = 1611 278  ≈ 6 ⇒thoả mãn yêu cầu KI = 4 ÷ 15 b. Kích thước cuộn dây hcd  Ä1  Ä2 bcd - 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 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 (TL1) , diện tí