Đồ án Thiết kế công tắc tơ điện từ xoay chiều ba pha

2-10 trang 33 TLTKKCĐHA ta chọn vớt cú: Đường kớnh ren (M12) d = 12 (mm). Tiết diện tớnh toỏn Stt = 74 (mm2). Lực tớnh toỏn Ftt = 10 ( KN.) Chọn số lượng bulụng, vớt là 1. Theo thực nghiệm để đạt trị số điện trở tiếp xỳc và điện ỏp rơi cho phộp, cần phải tạo ra lực ép riờng ftx trờn mối nối cỏc thanh đồng đủ lớn : Chọn ftx (lực ép riờng) =100 (KG/cm2) Diện tớch tiếp xỳc đầu nối: (2.8) Do Iđm = 200A nờn ta chọn [J tx ] = 0,31 A/mm2 Theo cụng thức (2.8) ta cú: Lực ép tiếp xỳc đầu nối là : Ftx = ftx.Stx = 100.645.10-2 = 6,45 (KN) < 10 (KN) Diện tớch phần đầu nối được xỏc định theo cụng thức: Sđn = Stx + Stt = 645 + 74 = 719 (mm2) Xỏc định điện trở tiếp xỳc của đầu nối : Rtxđn = (2.9) ktx là hệ số ảnh hưởng của vật liệu và trạng thỏi bề mặt của tiếp điểm. Với tiếp xỳc đồng - đồng ktx = 0,14.10-3 và m = 1 tiếp xỳc bề mặt. Rtxđn = Điện ỏp tiếp xỳc: Utx = Itx.Rtxđn = 200.0,21.10-6 = 4,2.10-6(V) = 0,42 (mV) Kết luận : Do Utx = 0,42 (mV) < [utx] = (2 á 30 mV) nờn phần đầu nối thiết kế thoả món yờu cầu kĩ thuật. Với dũng Iđm = 5A thỡ chọn vớt cú d = 3 (mm), kớ hiệu M1 và tiết diện tớnh toỏn 7,1(mm2). Số lượng vớt là 1. Lực ép tiếp xỳc đầu nối l: Ftx = ftx.Stx = 100.16,13.10-2 .9,81= 158 (N) Diện tớch phần đầu nối được xỏc định theo cụng thức: Sđn = Stx + Stt = 16,13 + 7,1 = 23,2 (mm2) Xỏc định điện trở tiếp xỳc của đầu nối : Rtxđn = Điện ỏp tiếp xỳc: Utx = Itx.Rtxđn = 5.8,22.10-6 = 0,0411 (mV) Kết luận : Do Utx = 0,411 (mV) < [utx] = (2 á 30 mV) nờn phần đầu nối thiết kế thoả món yờu cầu kĩ thuật. Tớnh toỏn tiếp điểm. 2.5.1.Yờu cầu đối với tiếp điểm. Dẫn điện tốt, kiểu dỏng và kết cấu hợp lý. Tiếp điểm là bộ phận dễ hư hỏng nhất vỡ vậy mà tuổi thọ của cụng tắc tơ là tuổi thọ tiếp điểm. Chế độ định mức thỡ qtx < [qtx] = q biến đổi tinh thể tiếp điểm. Ngoài ra độ bền cơ, bền điện, độ rung tiếp điểm cũng phải nhỏ hơn trị số cho phộp, hao mũn tiếp điểm phải ở mức quy định. Chế độ ngắn mạch thỡ phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động, với tiếp điểm hồ quang thỡ phải cú khả năng ngắt lớn. Kết cấu tiếp điểm: Tiếp điểm kiểu cụng sụn(Hỡnh 1). Thường dựng cho dũng điện bộ (đến 5A), tải nhẹ. Dạng tiếp xỳc điểm khụng cú lũ xo tiếp điểm riờng mà lợi dụng tớnh đàn hồi của thanh dẫn động để tạo lực ép tiếp điểm và khụng cú buồng dập hồ quang. Tiếp điểm kiểu cầu(Hỡnh 2). Với đặc điểm một pha cú hai chỗ ngắt nờn hồ quang bị phõn đoạn. Tiếp điểm động chuyển động thẳng, khụng dõy nối mềm, lũ xo ép tiếp điểm dạng xoắn hỡnh trụ, kết cấu đơn giản, thường dựng trong cỏc cụng tắc tơ, khởi động từ điều khiển động cơ điện cú dũng điện định mức khỏ lớn. Tiếp điểm kiểu ngún(Hỡnh 3).Một pha cú một chỗ ngắt, phần động chuyển động quay, vỡ vậy cú dõy dẫn mềm để nối với tiếp điểm động. Bằng kết cấu này, vựng tiếp xỳc làm việc khụng bị hồ quang. Loại kết cấu này thường sử dụng trong cỏc mỏy cắt hạ ỏp (ỏp tụ mỏt) và cỏc thiết bị đúng cắt cú chế độ làm việc nặng nề. Tiếp điểm kiểu dao(Hỡnh 4). Thường dựng cho cầu dao cú dũng điện bộ (đến vài trục ampe). Lực ép tiếp điểm ở đõy nhờ tớnh đàn hồi của lỏ đồng tiếp điểm tĩnh. Với dũng điện lớn, người ta dựng tấm thộp lũ xo dạng phẳng để tạo lực ép tốt hơn. Với kết cấu này, khi bị ngắn mạch lực điện động sẽ cựng chiều với lực ép tiếp điểm, đảm bảo tiếp xỳc tốt. Loại tiếp điểm kiểu dao chỉ dựng đúng cắt khụng điện hoặc dũng điện bộ (dũng khụng tải), thường gặp ở cầu dao, dao cỏch ly. Tiếp điểm kiểu đối. Tận dụng được khoảng khụng rỗng bờn trong lũng trụ tiếp điểm nờn cú thể tăng được khả năng dập hồ quang. Mặt khỏc nếu tớnh đủ diện tớch tiếp xỳc của tiếp điểm cũng như thanh dẫn động (tĩnh) thỡ nú cú thể dẫn dũng điện lớn cỡ hàng trăm ampe. Tiếp điểm kiểu hoa huệ. Loại tiếp điểm này thường dựng cho cỏc mỏy cắt dũng điện cỡ hàng ngàn ampe. Kết cấu này cũng thường được sử dụng trong cỏc trạm đúng cắt trọn bộ, lắp rỏp kiểu mụ - đun. 2.5.2.Chọn dạng kết cấu tiếp điểm. Do yờu cầu làm việc với dũng điện Iđm = 200A nờn ta chọn kết cấu tiếp điểm kiểu cầu hai chỗ ngắt, tiếp xỳc mặt, cú buồng dập hồ quang: Tiếp xỳc mặt nờn đảm bảo được dũng điện lớn hàng trăm ampe. Khả năng tẩy sạch bụi bẩn lồi lừm trờn bề mặt tiếp xỳc. Khả năng ngắt lớn, khụng cần dõy nối mềm. Dập hồ quang dễ dàng. Với tiếp điểm phụ do dũng làm việc 5A nờn ta chọn tiếp điểm kiểu cầu hai chỗ ngắt tiếp xỳc điểm, dập hồ quang tự nhiờn. 2.5.3.Độ mở, độ lỳn. Độ lỳn: Là khoảng cỏch mà tiếp điểm động cú thể đi thờm được nếu khụng bị cản lại bởi tiếp điểm tĩnh. Theo cụng thức lý thuyết: l = a + b.Iđm Với a = 1,5 (mm) b = 0,02 (mm/A) Thay số : lc = 1,5 + 0,02. 200 = 5,5 (mm) Với dũng I = 5A thỡ độ lỳn là: lf = 1,5 + 0,02. 5 = 1,6 (mm). Độ mở: Để đảm bảo cỏch điện do cú hồ quang sinh ra trong quỏ trỡnh đúng, cắt mạch điện nờn ta phải chọn độ mở hay khoảng cỏch giữa hai tiếp điểm phải thật an toàn. Với dũng điện làm việc Iđm = 200A thỡ ta chọn độ mở mc = 9 (mm). Với dũng điện I = 5A ta chọn độ mở mf = 10,9 (mm) để sao cho tổng độ mở và độ lỳn của tiếp điểm chớnh bằng với cho tổng độ mở và độ lỳn của tiếp điểm phụ. 2.5.4.Chọn vật liệu và kớch thước tiếp điểm. Kớch thước tiếp điểm: phụ thuộc vào Iđm, kết cấu và tần số đúng cắt. Dựa vào Iđm, và kớch thước thanh dẫn đó chọn ở trờn ta chọn kớch thước tiếp điểm theo bảng 2-15 trang 51 TKKCĐHA: Tiếp điểm chớnh cú chiều rộng atđ = 20 (mm), chiều dài btđ = 24,5 (mm) và chiều cao tiếp điểm h = 3 (mm). Tiếp điểm chớnh cú dạng tiếp xỳc mặt, đảm bảo cỏc yờu cầu về nhiệt độ, điện trở tiếp xỳc, lực ép tiếp điểm và điện ỏp tiếp xỳc khi lam việc với dũng khỏ lớn 200A. Tiếp điểm phụ cú dạng tiếp xỳc điểm do dũng làm việc nhỏ I =5A. Theo kớch thước thanh dẫn phụ cú chiều rộng a = 5 (mm) và cao b = 1 (mm). Ta chọn tiếp điểm phụ cú đường kớnh d = 4 (mm) và cao h = 1 (mm). Để đảm bảo về yờu cầu kỹ thuật của tiếp điểm ta dựng bạc kim loại gốm để thiết kế chế tạo tiếp điểm bảng 2-13 trang 44 TKKCĐHA: Tờn hằng số vật lý Giỏ trị Đơn vị Ký hiệu MC Tỷ trọng 10 g/ cm3 Nhệt độ núng chảy 961 0C Điện trở suất ở 200C 1,8.10 -3 W.mm Độ dẫn nhiệt 0,416 W/cm.0C Tỷ trọng nhiệt 0,234 Ws/ cm.0C Độ cứng 35 á 45 Briven.kg/ mm2 Hệ số nhiệt điện trở 4.10 -3 1/ 0C 2.5.5.Xỏc định nhiệt độ, điện trở tiếp xỳc, lực ép tiếp điểm và điện ỏp tiếp xỳc khi làm việc dài hạn. Tớnh toỏn lực ép tiếp điểm: Theo cụng thức lý thuyết 2-14 trang 53 TLKKCĐHA: Ftđ 1 = (2.10) Trong đú : Ttđ (0K ) : Nhiệt độ trụ dẫn chỗ xa nơi tiếp xỳc Ttd = 69,60C = 342,60K Ttx( 0K ) : Nhiệt độ nơi tiếp xỳc giữa hai tiếp điểm Ttx= Ttd +8 = 77,60C = 350,6 0K Iđm : Dũng điện định mức. l : Hệ số dẫn nhiệt (l =0,416 W/ cm0C). A : Hằng số A= 2,3.10-8 ( V/ 0C ) HB: Độ cứng Briven (HB = 40 Briven. Kg/ mm2). Thay số vào ( 2-10 ): Ftđ 1 = = 8,5 (N) Do dạng tiếp xỳc ta chọn là tiếp xỳc mặt nờn Ftđ = 3.Ftđtt = 25,5 (N) Xỏc định Ftđ theo thực nghiệm: Ftđtt = ftđ.Iđm Với ftđ: hệ số ép tiếp điểm ftđ = 7 á 15 (G/A) Ta chọn: ftđ = 10 (G/A) Ftđ = 10.200 = 2000 ( G) = 20 (N ) Vậy so sỏnh Ftđtt với Ftđ = 3.Ftđtt = 25,5 (N) vậy ta chọn Ftđ = 25,5 (N). Khi đú ta cú thể tăng dự trữ lực, đảm bảo độ ổn định điện động. Cần chỳ ý rằng Ftđ = Ftđc là tiếp điểm đúng ổn định. Lực ép tiếp điểm đầu Ftđđ là lực ép khi tiếp điểm tĩnh bắt đầu tiếp xỳc với tiếp điểm tĩnh khi đúng. Thụng thường Ftđđ = 0,4 á 0,7 Ftđc Như vậy ta cú: Ftđc = Ftđ = 25,5 (N) Ftđđ = 0,7.Ftđc = 17,85 (N) Với tiếp điểm phụ dũng 5A: Ftđcf = 10.5 = 50 (G) = 0,5 (N) Ftđđf = 0,7.Ftđcf = 0,35 (N) Xỏc định điện trở và điện ỏp tiếp xỳc: Biểu diễn quan hệ giữa lực ép tiếp điểm với điện trở tiếp xỳc. Điện trở tiếp xỳc của tiếp điểm khụng bị phỏt núng tại 200C xỏc định theo cụng thức 2 - 24 trang 58 (TLTKKCĐHA): Rt x 20 = Điện trở tiếp xỳc của tiếp điểm khụng bị phỏt núng tại 200C xỏc định theo cụng thức 2 - 25 (TLTKKCĐHA): Rt x 20 = (2-12) Trong đú: kt x : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thỏi bề mặt của tiếp điểm. kt x = ( 0,2 á 0,2 ).10-3 Chọn ktx =0,2.10-3. Ftđ = 25,5 N : lực ép tiếp điểm. m : hệ số dạng bề mặt tiếp xỳc ( tiếp xỳc mặt : m = 1). Rtx20 = = 0,07.10-3 (W). So sỏnh hai kết quả thực nghiệm và lý thuyết ở trờn ta lấy Rtx20 = 0,05.10-3W Xỏc định điện trở ở chế độ làm việc của tiếp điểm, ta xột lỳc [qcp] = 950C là khi cú dũng điện chạy qua, tiếp điểm bị phỏt núng: Rtx[q] = Rtx 20.[1+ 2/3.a.( [q]-20 )] = 0,05.10-3.[ 1+ 2/3.4.10-3.(95-20)] = 0,055.10-3 ( W ) Đối với tiếp điểm phụ: Rt x 20 = Rtx20 = = 0,88.10-3 (W). So sỏnh hai kết quả thực nghiệm và lý thuyết ở trờn ta lấy Rtx20 = 0,88.10-3W Xỏc định điện trở ở chế độ làm việc của tiếp điểm, ta xột lỳc [qcp] = 950C là khi cú dũng điện chạy qua, tiếp điểm bị phỏt núng: Rtx[q] = Rtx 20.[1+ 2/3.a ( [q]-20 )] = 0,055.10-3.[ 1+ 2/3.4.10-3.(95-20)] = 0,066.10-3 ( W ) Điện ỏp rơi trờn điện trở tiếp xỳc của tiếp điểm : Utx = I.Rtx = 200. 0,066.10-3 = 13,2.10-3 ( V ) = 13,2 ( mV ) Theo tiờu chuẩn thỡ Utx phải nằm trong khoảng ( 2 á 30 ) mV Vậy Utx < [Utx] = 30 mV hoàn toàn thoả món yờu cầu thiết kế. Đối với tiếp điểm phụ: Utx = I.Rtx = 5.0,88.10-3 =4,4.10-3 ( V ) = 4,4( mV ) Vậy Utx < [Utx] = 30 mV hoàn toàn thoả món yờu cầu thiết kế. Tớnh toỏn nhiệt độ tiếp điểm: Dựa vào sự cõn bằng nhiệt trong quỏ trỡnh phỏt núng của thanh dẫn dài vụ hạn cú tiết diện khụng đổi. Giả thiết cú một đầu tiếp xỳc với thanh dẫn khỏc và nguồn nhiệt đặt tại nơi tiếp xỳc. Theo cụng thức 2-11 TKKCĐHA, ta cú: qtđ= qmt + (2-13) Trong đú : qmt : Nhiệt độ mụi trường xung quanh tiếp điểm: 400C . qtx : Nhiệt độ nơi tiếp xỳc (0C). Rtx : Điện trở tiếp xỳc; Rtx = 10,98.10-5 (W). kT:Hệ số tản nhiệt ra mụi trường của thanh dẫn. Tra bảng 6-5 TLTKKCĐHA kT = 6.10-6 W/ mm2 0C. rq : Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm (Wmm). rq = r95 =r20 .[ 1 + a.([qcp] - 20 )] = 1,8.10-6[ 1+ 4.10-3(95-20 )] = 2,34.10-6 (Wmm). l : Độ dẫn nhiệt; l = 0,416 (W/cm 0C). S, P : Diện tớch và chu vi tiếp điểm: Stđ = atđ.btđ = 20.24,5 = 490 (mm2). Ptđ = 89 (mm). Thay số vào (2-13) ta được : qtđ = 40 + = 40 + 2,28 + 13,39 + 10,48 = 66,15 ( 0C ) qtx < [qtx] =1800C là nhiệt độ hoỏ mềm của vật liệu làm tiếp điểm. 2.5.6.Tớnh dũng hàn dớnh. Xỏc định trị số dũng điện hàn dớnh theo quan hệ lý thuyết: Theo cụng thức 2-33 TLTKKCĐHA ta cú: (2-14) Trong đú: fnc =2 á 4 là hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tớch tiếp xỳc. Ftd là lực ép tiếp điểm. Ftd =25,5 (N) A là hệ số phụ thuộc vật liệu được tớnh theo cụng thức: (2-15) = 625,56 Theo (2-14) ta cú: Xỏc định trị số dũng điện hàn dớnh theo thực nghiệm : Theo cụng thức 2 - 36 TLTKKCĐHA, xỏc định trị số dũng điện hàn dớnh theo lực ép tiếp điểm . Ihd = .khd = .1200 = 1697 (A) Trong đú : Ftđ : là lực ép tiếp điểm Ftđ = 2,55 KG khd : hệ số hàn dớnh phụ thuộc dũng điện làm việc, tra bảng 2-19 trang 67 (TLTKKCĐHA): khd = 1200 A/KG So sỏnh hai kết quả trờn ta lấy giỏ trị dũng hàn dớnh: Ihd = 1697 (A). Với dũng ngắn mạch In = 10.Iđm = 2000 A thỡ khụng thể làm cho tiếp điểm hàn dớnh được. 2.5.7.Sự rung của tiếp điểm. Theo cụng thức 2-39 TLTKKCĐHA, với tiếp điểm cầu: Biờn độ rung của tiếp điểm: Xm = (2-15) Trong đú : Ftđ đ : Lực ép tiếp điểm đầu. Ftđđ = 1,575 KG Vđo : Vận tốc tại thời điểm va đập. Vđo = 0,1 m/s KV : Hệ số va đập phụ thuộc tớnh đàn hồi vật liệu. Với vật liệu thanh dẫn là đồng nờn ta cú KV = 0,9. Mđồ : Khối lượng phần động (KG.s2/m) mc : Trọng lượng đơn vị, mc =8.10-3KG/A Trọng lượng phần động : Mđồ = mc.Iđm = 8.200 = 1,6 (KG.s2/m) Từ (2-15) ta cú : Xm = = 0,017 (mm) Xỏc định thời gian rung: Tương ứng với biờn độ rung cho đến lỳc tiếp điểm làm việc ổn định, ta cú thời gian rung. Theo cụng thức 2 - 40 TLTKKCĐHA: tm = = 2,14 (ms) Khoảng thời gian rung sơ bộ là : tồ = ( 1,5 á 2 ).2.tm tmồ = 2.2.2,14 = 8,56 ms < [tm] = 10 ms. Thấy rằng thời gian rung là 8,56 ms < [tm] = 10 ms là thời gian rung cho phộp, biờn độ rung nhỏ hơn độ lỳn khỏ nhiều vỡ vậy thiết kế trờn là chấp nhận được. 2.5.8.Sự mũn tiếp điểm và biện phỏp khắc phục. Trong quỏ trỡnh đúng, ngắt cỏc tiếp điểm cú hiện tượng hồ quang xuất hiện, mặt khỏc do va chạm cơ khớ dẫn tới cú một độ mũn tiếp điểm nhất định. Theo cụng thức 2 - 54 TLTKKCĐHA: Khối lượng ăn mũn trung bỡnh khi đúng, ngắt một lần tiếp điểm : gđ + gng = 10-9.( kđ.I2đ + kng.I2ng).kkđ kkđ : Hằng số mũn khụng đồng đều kkđ = 1,5. kđ , kng : Hệ số mũn khi ngắt và đúng tiếp điểm. Tra bảng 2-21 trang 79 TLTKKCĐHA ta chọn: kđ = kng = 0,05 Ing = 6.Iđm = 1200A : Dũng điện ngắt. Id = 4.Iđm = 800 A : Dũng điện quỏ độ lỳc đúng. gđ + gng = 10-9.0,05.[(Iđ)2 + (Ing)2].1,5 gđ + gng = 7,775.10-5 (g) Với yờu cầu thiết kế tuổi thọ của tiếp điểm là 105 lần đúng cắt, vậy tổng khối lượng mũn là : ồg =( gđ + gng ).105 = 7,775.10-5.105 = 7,775 (g) Khối lượng tiếp điểm: Gtđ = gtđ.Vtđ gtđ- Trọng lượng riờng của vật liệu làm tiếp điểm gtđ = 10 (g/cm3) Vtđ - Thể tớch của tiếp điểm. Vtđ = a.b.c = 20.24,5.3 = 1,47 (cm3) Khối lượng tiếp điểm: Gtđ = 10.1,47 = 14,7 (g). vậy Tiếp điểm chọn như trờn là đảm bảo quỏ trỡnh làm việc của cụng tắc tơ. Chương 3. Kết cấu trong khớ cụ điện Đặc điểm cơ cấu, cỏc yờu cầu cơ bản và cỏc số liệu ban đầu. Khỏc với mỏy điện quay, cỏc cơ cấu khớ cụ điện thường được chuyển động trong một giới hạn được xỏc định bởi cỏc cứ chặng. Chuyển động trong cơ cấu khớ cụ điện cú hai quỏ trỡnh khỏc biệt là quỏ trỡnh đúng và quỏ trỡnh ngắt. Trong quỏ trỡnh đúng thỡ Ftđ > Fc cản trở chuyển động (phản lực). Trong quỏ trỡnh ngắt thỡ Ftđ < Fc (F cản trở - phản lực của quỏ trỡnh đúng thành lực chuyển động). Cỏc yờu cần cơ bản đối với cơ cấu khớ cụ điện: Đảm bảo trị số cần thiết cỏc thụng số động học của cơ cấu chấp hành. Vớ dụ như hành trỡnh chuyển động, độ mở, độ lỳn, gúc quay… Lực chuyển động của cơ cấu cần đảm bảo ổn định việc bảo vệ đúng cắt của cơ cấu hành trỡnh trong khi làm việc bỡnh thươngf cũng như khi sự cố. Tốc độ chuyển động của tiếp điểm phải đủ lớn để giảm thời gian chỏy của hồ quang, nhưng cũng khụng được lớn quỏ trỏnh va đạp mạnh. Cỏc khõu của cơ cấu chấp hành phải làm việc tin cậy, dễ sửa chữa, thỏo lắp, vận hành đơn giản. Lập sơ đồ động của kết cấu. Tỏc dụng của sơ đồ động cho ta biết sơ bộ một cỏch rừ ràng và chớnh xỏc sự truyền và biến đổi chuyển động trong cỏc khõu trong cơ cấu. Sơ đồ động được dựng ở cỏc vị trớ đặc trưng nhất của cơ cấu đúng cắt: d = l + m và d = dod + dcn = 0, và trường hợp nắp của cụng tắc tơ đặt ngược. Sơ đồ động cần biểu diễn rừ cỏc khõu, khớp trong cơ cấu và sự liờn quan cỏc khõu trong cơ cấu: độ lớn hành trỡnh, gúc quay, chiều dài cỏnh tay, tỉ số truyền, đặt và định hướng cỏc vộctơ lực, cỏc số liệu khỏc như độ mở, độ lỳn, khe hở khụng khớ Lực cơ tỏc dụng bao gồm: Lực ép tiếp điểm chớnh thường mở. Lực ép tiếp điểm phụ thường mở. Lực ép tiếp điểm phụ thường đúng. Lực ép tiếp điểm cuối. Lực lũ xo nhả. Khối lượng phần động. Lực ma sỏt (bỏ qua). Lực tỏc dụng và phản lực tỏc dụng trong cơ cấu, quy đổi lực. Ta phõn lực và mụ men thành hai loại: lực tỏc động và phản lực tỏc động. Lực và mụ men chuyển động của cơ cấu truyền động điện từ là cỏc lực tỏc động. Cỏc lực này đặt vào khõu chủ động. Lực cản cú ích là lực ép của lũ xo tiếp điểm. Lực cú hại là lực ma sỏt. Trọng lực cú thể cú ích hoặc cú hại. Khi quy đổi lực ta cần chỳ ý: Khi điểm đặt lực chuyển động chớnh tức lực điện từ và cỏc lực, phản lực khụng cựng điểm đặt thỡ ta phải quy đổi về cựng một vị trớ để thuận tiện cho việc xõy dựng đặc tớnh lỳc tớnh toỏn và so sỏnh. Lực và mụ men sau khi quy đổi phải bằng lực và mụ men trước khi quy đổi. Cụng của lực và mụ men trước quy đổi bằng cụng của lực và mụ men sau quy đổi. Điểm quy đổi là điểm đặt của lực điện từ. Cần quy đổi cả độ mở và độ lỳn về khe hở khụng khớ. Lực ép tiếp điểm chớnh thường mở: Lực ép tiếp điểm cuối: Ftđc = 6.Ftđ = 6.25,5 = 153 N Lực ép tiếp điểm đầu: Ftđđ = 0,6.Ftđc = 0,6.153= 91,8 N Lực ép tiếp điểm phụ thường mở: Lực ép tiếp điểm cuối: Ftđctm = 4.Ftđf = 4.0,5 = 2 N Lực ép tiếp điểm đầu: Ftđđtm = 0,6.Ftđc = 0,6.2 = 1,2 N Lực ép tiếp điểm phụ thường đúng: Lực ép tiếp điểm đầu: Ftđđtđ = 2 N Lực ép tiếp điểm cuối: Ftđctđ = 1,2 N Lực lũ xo nhả: Lực nhả đầu Fnhđ = kdtr.(Gđ + Ftđđtđ) = 1,2.(1,6.9,81 + 2) = 21,23 (N) Lực nhả cuối: Fnhc =1,5.Fnhđ = 1,5.21,23 = 31,8 (N) Trong đú kdtr là hệ số dự trữ lực cho trong khoảng 1,1 đến 1,3. Ta chọn kdtr = 1,2 Dựng đặc tớnh của lực tỏc dụng và phản lực tỏc dụng. 21,23 Chương 4. Tớnh toỏn lũ xo Khỏi niệm chung. Lũ xo là bộ phận quan trọng của cụng tắc tơ tạo nờn tiếp điểm (lũ xo tiếp điểm), tạo lực ngắt cơ cấu trong quỏ trỡnh ngắt của cơ cấu (lũ xo nhả). Yờu cầu với lũ xo tiếp điểm và lũ xo nhả: Độ đàn hồi phự hợp. Đặc tớnh cơ ổn định. Bền cơ học cao. Khụng hoặc ít bị ăn mũn của hoỏ chất và mụi trường. Chọn kiểu lũ xo và vật liệu làm lũ xo. Kiểu lũ xo: Qua phõn tớch và đỏnh giỏ cỏc loại lũ xo, ta chọn kiểu lũ xo xuắn hỡnh trụ, khụng dẫn điện. Loại này ít bị ăn mũn hoỏ chất, ít chịu ảnh hưởng của mụi trường, độ bền cơ cao, làm việc tin cậy, an toàn, khụng bị phỏt núng và già hoỏ. Vật liệu làm lũ xo: Theo tớnh chất đúng cắt của cụng tắc tơ dựng để đúng cỏt mạch điện với tần số đúng cắt 450 lần/h. Tuổi thọ 105 lần đúng cắt. Ta chon vật liệu lũ xo là lỏ thộp cacbon G0TC 9389-60P cú độ bền trung bỡnh. (tra theo bảng 4-1 TLTKKCĐHA): Tờn đại lượng vật lý Giỏ trị Đơn vị Giới hạn mỏi cho phộp khi xoắn (dx) 480 N/ mm2 Modul chống trượt (G) 80.103 N/ mm2 Modul đàn hồi (E) 200.103 N/ mm2 Điện trở suất (r) 0,19 á 0,2.10-6 W.m Độ bền giới hạn khi kộo (sk) 2200 N/ mm2 Độ bền giới hạn mỏi khi uốn (su) 770 N/ mm2 Cỏc thụng số của lũ xo: x: Hành trỡnh của lũ xo tớnh từ vị trớ đú là lũ xo sinh ra lực lớn nhất. fđ: Độ vừng ban đầu của lũ xo. Fđ, lđ: Lực nộn ban đầu và chiều dài ban đầu của lũ xo. ltđ: chiều dài tự do của lũ xo. Tớnh toỏn lũ xo. Lũ xo tiếp điểm chớnh: Lực ép cần thiết do một lũ xo tạo ra: Flx = 1,3.Ftđc = 1,3.25,5 = 33,15 (N). Khoảng làm việc của lũ xo : flv = fđ = 5,5 (mm) Khoảng lỳn của lũ xo : Vậy khoảng lỳn của lũ xo là : Chọn khoảng lỳn của lũ xo là : Chọn chỉ số hỡnh dỏng của lũ xo: C = D/d = 8. Đường kớnh lũ xo tớnh theo cụng thức 4.31 trang 173 TLTKKCĐHA: Đường kớnh trung bỡnh của lũ xo: D = 1,2.8 = 9,6 (mm). Số vũng của lũ xo tớnh theo cụng thức 4.32 trang 173 TLTKKCĐHA: (vũng) Bước lũ xo chịu nộn: tn = d + f/W = 1,2 + 12/9 = 2,53 (mm). Chiều dài tự do của lũ xo: ln = W.tn + 1,5.d = 9.2,53 + 1,5.1,2 = 24,57 (mm). Kiểm tra lại tớnh toỏn lũ xo ta cú: Khoảng lỳn thực tế của lũ xo: ứng suất thực tế: < [sx] = 480 (N/mm2) Vậy lũ xo tớnh toỏn hoàn toàn thoả món yờu cầu làm việc của cụng tăc tơ. Lũ xo tiếp điểm phụ: Lực ép cần thiết do một lũ xo tạo ra: Flx = 2.Ftđf = 2.0,5 = 1 (N). Khoảng lỳn cần thiết: f = 2,5.fđ = 4 (mm) Chọn chỉ số hỡnh dỏng của lũ xo: C = D/d = 11. Đường kớnh lũ xo tớnh theo cụng thức 4.13 trang 173 TLTKKCĐHA: Đường kớnh trung bỡnh của lũ xo: D = 0,24.11 = 2,6 (mm). Số vũng của lũ xo: (vũng) Bước lũ xo chịu nộn: tn = d + flv/W = 0,24 + 4/7 = 0,8 (mm). Chiều dài tự do của lũ xo: ln = W.tn + 1,5.d = 7.0,8 +1,5.0,24 = 6 (mm). Khoảng lỳn thực tế của lũ xo: Ứng suất thực tế: < [sx] = 480 (N/mm2) Vậy lũ xo tớnh toỏn hoàn toàn thoả món yờu cầu làm việc của cụng tăc tơ. Lũ xo nhả: Lực ép do một lũ xo tạo ra khi khớ cụ điện ở trạng thỏi đúng : Khoảng làm việc của lũ xo: flv = m = 8 (mm) Khoảng lỳn của lũ xo : Ta cú : Vậy khoảng lỳn của lũ xo là : Chọn chỉ số hỡnh dỏng của lũ xo: C = =10 Đường kớnh lũ xo tớnh theo cụng thức 4.13 trang 173 TLTKKCĐHA: d = 1,6 Đường kớnh trung bỡnh của lũ xo: D = C.d = 10.0,87 = 8,7 (mm) Số vũng của lũ xo: (vũng) Bước lũ xo chịu nộn: Chiều dài tự do của lũ xo: ln = w.tn + 1,5.d = 15.2,42 +1,5.0,87 = 37,6 (mm) Khoảng lỳn thực tế của lũ xo: Ứng suất thực tế: <scp = 480 N/mm2 Vậy lũ xo tớnh toỏn hoàn toàn thoả món yờu cầu làm việc của cụng tăc tơ. Chương 5. Nam Chõm Điện Khỏi niệm chung. Nam chõm điện (NCĐ) là cơ cấu điện từ dựng để biến đổi điện năng thành cơ năng. Nam chõm điện được sử dụng rộng rói trong khớ cụ đúng ngắt. Đú là cơ cấu sinh ra lực để phần tử tỏc động. Cỏc quỏ trỡnh tớnh toỏn NCĐ rất phức tạp. Thụng thường ta tớnh toỏn theo cụng thức gần đỳng rồ kiểm nghiệm lại theo lý thuyết. Nhiệm vụ thiết kế. + Bài toỏn thiết kế. + Bài toỏn kiểm nghiệm. + Tớnh toỏn kiểm nghiệm. Chọn dạng kết cấu. NCĐ cú nhiều dạng kết cấu khỏc nhau về mạch từ và cuộn dõy, do đú cần chọn kết cấu phự hợp rồi mới chọn phương ỏn. Để chọn dạng kết cấu tối ưu, dựa trờn cơ sở tớnh toỏn và thực nghiệm cỏc dạng nam chõm điện khỏc nhau, ta tiến hành chọn theo chỉ tiờu hỡnh học và khối lượng. Đối với NCĐ xoay chiều thỡ theo cụng thức 5 - 1 trang 188 TLTKKCĐHA: kkc = ( N0,5/ m ) (5 - 1) Trong đú: Fđttt : Lực hỳt điện từ tớnh toỏn của nam chõm điện. dth : Khe hở làm việc của nam chõm điện. dth = 4,5 (mm). KKC: đặc trưng tỉ số đường kớnh và chiều cao cuộn dõy. Mỗi dạng kết cấu của NCĐ trong một phạm vi nhất định của KKC sẽ đạt tối ưu về trọng lượng. Do F º S º D2 và d º l (chiều cao mạch từ hay cuộn dõy) nờn ta cú: kkc º với D là đường kớnh lừi cuộn dõy (mạch từ) Fđttt =K.Fdth = 1,2.135,3 = 162,36 (N) Theo 5-1 ta cú: kkc = ( N0,5/ m ) Dựa vào bảng 5.2 trang 189 TLTKKCĐHA ta chọn nam chõm điện hỡnh chữ E, nắp hỳt thẳng như phần trờn đó lựa chọn. Mạch từ nam chõm điện. Mạch từ NCĐ được chế tạo từ thộp kĩ thuật điện (tụn silic). Ta chọn cỏc lớp tụn cú bề dày 0,5 mm để chế tạo mạch từ cho NCĐ. Chọn vật liệu làm mạch từ là '31 cú cỏc thụng số (bảng 5.3 trang 191 TLTKKCĐHA): Tờn đại lượng vật lý Giỏ trị Đơn vị Lực từ phản khỏng HC 0,35 A/ cm Từ cảm dư 0,8 á 1,2 T Từ cảm bóo hoà 2 T Độ tự thẩm 250 H/ m Độ tự thẩm cực đại 6 á 7 H/ m Điện trở suất 40 á 60.10-8 Wcm Khối lượng riờng 7,65 G/ cm3 Thành phần Cỏcbon 0,02 á0,03 % Tổn hao từ trễ khi bóo hoà 0,1 á 0,15 mJ/ cm3 Từ cảm lừi sắt 0,6 T Chiều dày lỏ thộp 0,5 mm Chọn từ cảm Bs, sr, st chọn tại sth Khi nam chõm điện làm việc, đặc tớnh điện từ Fđt(d) nguy hiểm nhất là khi Fđt(d) < Fcơ(d). Thường xảy ra tại điểm tới hạn d = 5,5 (mm) và Fđt(d) = Ftt = k.Fcơ(dth) = 1,2.135,3 = 162,36 (N). Chọn Bs = 0,45 (T) ; hệ số từ rũ sr = 1,45 và hệ số từ tản st = 1,5. Xỏc định tiết diện lừi thộp, kớch thước, thụng số chủ yếu. Xỏc định tiết diện lừi thộp mạch từ: Theo cụng thức 5.8 trang 204 TLTKKCĐHA ta cú tổng diện tớch lừi thộp mạch từ để đạt được lực từ cần thiết tại điểm tới hạn: (m2) = 32,2 (cm2). Diện tớch lừi cực từ giữa: S11 = SS/2 = 32,2/2 @ 16,1 (cm2). Diện tớch lừi hai cự từ nhỏnh: S12 = S13 = S11/2 = 8(cm2). Với cự từ giữa ta chọn b/a = 0,92 a = Chọn a = 4,4 (cm) b = 0,92.4,4 = 4,05 (cm). Số lỏ thộp: n = b/0,5 = 40,5/0,5 = 81 (lỏ). Cạnh thực của lừi thộp: b’ = b/Kc = 4,05/0,92 = 4,4 (cm) chọn 44 (mm). Kc chọn bằng 0,92 là hệ số ép chặt của lừi thộp. Đối với hai cực từ hai nhỏnh chọn b’ = 44 (mm). Do mạch từ đó chọn là mạch từ chữ E nờn a’ = a/2 + 2.Dv = 26 (mm), Dv = 2(mm) là chiều rộng vũng ngắn mạch. Xỏc định kớch thước cuộn dõy:/ Tớnh sức từ động cuộn dõy: Cuộn dõy nam chõm điện phải tạo ra sức từ động (Ftd = IW) sinh ra lực điện từ đủ lớn để nam chõm điện làm việc bỡnh thường. Sức từ động trong cuộn nam chõm điện xoay chiều phụ thuộc vào đặc tớnh làm việc của nam chõm điện, tổn hao do từ trễ, dũng xoỏy. Do đú ta cú phương trỡnh cõn bằng ỏp khi nắp nam chõm điện ở vị trớ tới hạn d = dth theo cụng thức 5.18 trang 209 TLTKKCĐHA: (IW) dtd = (IW)dh + (IW) dnh (IW)dh: sức từ động do tổn hao trễ, dũng xoỏy và vũng ngắn mạch khụng tải trong quỏ trỡnh làm việc. (IW) dnh: sức từ động ứng với nắp nhả, phụ thuộc vào d. Sdh = 2. dcn + dgđ + dcd: dcn = 0,03 á 0,1(mm) khe hở cụng nghệ. dcd = 0,1 á 0,5(mm) khe hở cụng nghệ. dgđ khe hở cụng nghệ. Sdh = 0,2 á 0,7(mm) chọn bằng 0,5 (mm) Kiểm tra bội số tăng dũng điện: Ta thấy Ki = 13,4 thoả món yờu cầu Ki = 4 á 15 nờn thiết kế trờn là đảm bảo. Xỏc định kớch thước cuộn dõy: Tiết diện cuộn dõy và diện tớch cửa ssổ mạch từ cần thiết để đặt cuộn dõy được xỏc định theo quan hệ giữa sức từ động, cỏc kớch thước cuộn dõy và [j]. Khi tớnh toỏn cuộn dõy ta quan tõm đển trạng thỏi làm việc dài hạn của nam chõm điện, đú là trạng thỏi hỳt của nam chõm điện và ở chế độ nặng nề nhất khi U = Kmax.Uđm. Theo cụng thức 5.24 trang 211 TLTKKCĐHA ta cú: Kumax = 1,1: hệ số tớnh đến điện ỏp nguồn tăng mà nam chõm điện vẫn làm việc mà khụng bị chỏy. Kumax = 0,85: hệ số tớnh đến sự giảm điện ỏp nguồn mà nam chõm điện vẫn sinh ra được lực điện từ đủ lớn để hỳt được. Kqt =1: hệ số quỏ tải cho phộp khi nam chõm điện làm việc ở cỏc chế độ. Kld: hệ số lấp đầy Kld = 0,2 á 0,7. Chọn Kld = 0,5. j = 2,5 (A/mm2): mật độ dũng điện cho trong khoảng 2 á 5(A/mm2) Lấy hệ số hỡnh dỏng Khd = với nam chõm điện xoay chiều. Ta cú chiều dài cuộn dõy: hcd = chọn hcd = 10 (mm). Khi đú ta