Đồ án Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

dòng điện định mức của mạch phụ. S = Std = a. b = 5. 0,5 = 2,5 (mm2): tiết diện thanh dẫn. Vậy mật độ dòng điện dài hạn: So sánh mật độ dòng điện cho phép là: [Jcp] < 4 (A/ mm2)là phù hợp. b. Tính nhiệt độ phát nóng thanh dẫn ở chế độ dài hạn: Theo công thức: (2 - 4)- quyển 1 ta có: S.P = qtd = (o C). Trong đó: qtd - Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn. Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. kf = 1,04: hệ số tổn hao phụ. S = 2,5 (mm2): Tiết diện thanh dẫn. P = 2. (a + b) = 2. ( 2,5+ 0,5 )= 11 (mm): Chu vi thanh dẫn. qmt = 40 (oC): Nhiệt độ môi trường. r0 - Điện trở suất vật liệu ở 00C. Ta có : r20 = r0. (1 + a20) Mà r0 = = = 0,016.10-3 (Wmm). Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn : qtd = = 43, 27 (o C). qtd = 43,27 (oC) Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : qtđ < [qcp] = 95oC là thích hợp. 3.2. Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm việc ngắn hạn: Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các khoảng thời gian khác nhau. Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có: Jnm2. tnm = Anm – Ađ Jnm = (A/mm2). Trong đó: Jnm = Jbn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt. tnm = tbn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt. Abn, Ađ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ đầu. Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 (oC). Tra đồ thị (6 – 6)– quyển 1 ta được: qbn = 300 (o C) đ Anm = 4.104 (A2S/mm4). qđ = 95 (oC) = 1,7.10-4 (A2S/mm4). Ta có: Anm – Ađ = 4.104 – 1,7.104 = 2,3.104 (AS/mm4). Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có: tnm = 3 (s) đ Jnm = 87,56 (A/mm2) tnm = 4 (s) đ Jnm = 75,83 (A/mm2) tnm = 10 (s) đ Jnm = 47,96 (A/mm2) So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở bảng (6 – 7)– quyển 1 ta có bảng sau: Tnm (S) 3 4 10 [Jnm] (A/mm2) 94 82 51 Jnmtt(A/mm2) 87,56 75,83 47,96 So sánh Jnm < [Jnm] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm việc tốt và tin cậy. Kết luận: Vậy kích thước thanh dẫn động đã tính và chọn a =5(mm) b = 0,5(mm) thì mật độ dòng điện trong chế độ dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật. I.2 tính toán thanh dẫn tĩnh: Vì thanh dẫn tĩnh còn cần phải có độ bền cơ để gia công lỗ vít sắt đầu nối và còn chịu va đập khi đóng ngắt mạch điện. Nên ta chọn kích thước thanh dẫn lớn hơn một chút so với thanh dẫn động. Vì vậy ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau: +. Tính toán mật độ dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn: Trong đó: I = Iđmp = 5 (A): dòng điện định mức của mạch phụ. S = a. b = 5. 1 = 5 (mm2): tiết diện thanh dẫn. So sánh với mật độ dòng cho phép: [Jcp] < 4 (A/mm2) là phù hợp. II. tính toán đầu nối: 1. Chọn dạng mối nối: Theo yêu cầu của đầu nối và hình (2-2)- quyển 1 ta chọn kiểu mối nối tháo rời ren vít, sử dụng vít. Theo bảng (2-9)- quyển 1 ta chọn vít loại M3x10. 2. Tính toán vít đầu nối: +. Diện tích bề mặt tiếp xúc xác định theo công thức: Trong đó: Iđmp = 5 (A): dòng điện chạy qua đầu nối. Theo kinh nghiệm thiết kế và theo trang 31- quyển 1với điện xoay chiều f=50 (Hz) và Ipđm=5 (A) đối với thanh dẫn động mật độ dòng điện có thể lấy: J = 0,31 (A/mm2). Ta có diện tích bề mặt tiếp xúc: +.Lực ép tiếp xúc được xác định theo công thức trang33- quyển 1: Ftx = ftx . Stx Theo trang 33- quyển 1 ta có: ftx = 100á150 (kg/cm2): lực ép riêng. Chọn ftx= 100 (kg/cm2). Vậy: Ftx = 100. 16,13. 10-2 = 16,13 (kg) = 161,3 (N) =0,1613 (KN). Theo bảng (20-10)- quyển 1 ta có [Ftx] < 2,3 (KN). Vậy lực ép tiếp xúc Ftx< [Ftx] là phù hợp +. Điện trở tiếp xúc: Theo công thức (2-25) - qyển 1 ta có: Trong đó: ktx = 0,12 . 10-3 (Wkg): hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu. m: hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc. Vì 2 thanh dẫn ghép có vít cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt. Vậy theo trang 59 - quyển 1 ta có: m = 1. Nên ta có điện trở tiếp xúc: +.Tính điện áp tiếp xúc mối nối: Theo công thức (2 - 27) - quyển 1 ta có: Utx = Rtx. Iđm = 0,07. 10-3. 5 = 0,35. 10-3 (V) = 0,35 (mV). So sánh với [Utx] = 2á30 (mV) là thích hợp, cho nên mối nối làm việc đảm bảo. Iii. Tính toán tiếp điểm: III.1 Chọn kết cấu và vật liệu tiếp điểm: Với dòng Iđm = 5 (A) ta chọn tiếp điểm động hình trụ cầu, tiếp điểm tĩnh hình trụ cầu. Tiếp xúc là tiếp xúc điểm. Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là Bạc kéo nguội kí hiệu là: Ag- CP999. Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có các thông số kỹ thuật: g = 10,5 (g/cm3) Khối lượng riêng. qnc= 961 (0C) Nhiệt độ nóng chảy. r20 =1,59. 10-3 (Wm) Điện tử suất ở 200C. l = 4,16 (W/mm0C) Độ dẫn nhiệt. HB = 30 á 60 (kg/mm2) Độ cứng Briven. Chọn: HB = 45 (kg/mm2). a = 0,004 (1/0C) Hệ số nhiệt điện tử. III.2 Tính toán tiếp điểm: 1. Chọn kích thước cơ bản: Kích thước của tiếp điểm ta chọn phù hợp với giá trị của dòng điện, kết cấu và số lần đóng ngắt của tiếp điểm. Theo bảng (2-15)- quyển 1 ta có với Iđm = 5 (A) d = 2 á 4 (mm) : đường kính tiếp điểm. h = 0,6á1,2 (mm) : chiều cao tiếp điểm. Chọn kích thước tiếp điểm tĩnh giống như tiếp điểm động. Vậy ta chọn kích thước của tiếp điểm là: 2. Tính lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc: Lực ép của tiếp điểm được xác định theo công thức lý thuyết và theo công thức thực nghiệm. a. Tính theo công thức lý thuyết: Từ công thức (2 - 14)- quyển 1 ta có: Ftđ = Mặt khác với: Ftđ = n . Ftđ1. vì tiếp xúc giữa 2 tiếp điểm là tiếp xúc điểm nên n = 1(theo trang 53-quyển 1) Vậy lực ép tiếp điểm: Ftđ = Ftđ1. Trong đó: I = Iđm = 5 (A): dòng điện định mức mạch phụ. HB = 45 (kg/mm2): độ cứng Briven. l = 0,416 (W/mm0C): độ dẫn nhiệt. A = 2,3. 10-8 (V/0C): hằng số loren. Ttd: là nhiệt độ thanh dẫn xa nơi tiếp xúc. Ttd = qtd + 273 = 43,27+273 =316,27 (0K). Ttx = Ttd + DT : nhiệt độ nơi tiếp xúc. DT = 5á10 (0K):độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và nơi xa tiếp xúc. Chọn DT = 5 (0K). Ttx = 5+ 316,27 = 321,27 (0K). Nên ta có lực ép tại 1 điểm tiếp xúc: Ftđ1 = = 0,0003(kg). Ftd = 0,0003 (KG) = 0,003 (N) Vậy lực ép tiếp điểm theo công thức lý thuyết: Ftđ = Ftđ1 = 0,003 (N). b. Tính theo công thức kinh nghiệm: Theo công thức (2 - 7)- quyển 1 ta có: Ftđ = ftđ . Iđm. Trong đó: Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. ftđ: lực tiếp điểm đơn vị. Theo bảng (2-17)- quyển 1 ta có: ftđ = 5 á 10 (G/A) Chọn: ftđ = 8 (G/A) Vậy lực ép tiếp điểm: Ftđ = 8. 5 = 40 (G) = 0,04 (KG) = 0,4 (N) So sánh 2 kết quả tính theo lý thuyết và thực nghiệm. Khi dòng điện nhỏ cần có dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định điện động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy dể cho tiếp điểm làm việc tốt ta chọn Ftđ = 0,4 (N) 3. Tính điện trở tiếp xúc: Để tính điện trở tiếp xúc ta tính theo công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm. a. Tính theo công thức lý thuyết: Từ công thức (2 - 24)- quyển 1 ta có điện trở tiếp xúc: Rtx = . (W). Trong đó: rq: điện trở suất của tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định. rq = r20 [1 + a (95 - 20)] = 0,0159. 10-3. [1+0,004. (95 - 20)] = 0,02. 10-3 (Wmm). Rtx = = 0,2.10-3 (W). b. Tính theo công thức thực nghiệm: Theo công thức (2-25)- quyển 1 ta có điện trở tiếp xúc: Rtx = (W). Trong đó: Ftđ = 0,04 (KG) = 0,4 (N): lực ép tiếp điểm. ktx = 0,6 . 10-3: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu. m = 0,5: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc. Vậy điện trở tiếp xúc: Để thoả mãn tính điện áp rơi ta chọn Rtx = 2,97.10-3 (W). 4.Tính theo điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc: Theo công thức (2-27)- quyển 1: Utx = Iđm. Rtx (V) Trong đó: Iđm= 5 (A): dòng điện định mức. Rtx = 2,97.10-3 (W): điện trở tiếp xúc. Utx = 5. 2,97. 10-3 = 14,85. 10-3 (V) = 14,85 (mV). So sánh với điện áp rơi cho phép [Utx] =2á30 (mV) là thích hợp. 5. Tinh nhiệt độ tiếp điểm: Theo công thức (2 – 11)– quyển 1: qtđ = Trong đó: Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. qmt = 40 (oC): nhiệt độ môi trường. rq = 0,02. 10-3 (Wmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở nhiệt độ ổn định KT = 6. 10-6 (W/mm2oC): hệ số tỏa nhiệt. l = 0,416 (W/mm2oC): hệ số truyền nhiệt. S (mm2): tiết diện tiếp điểm Stđ= p P (mm): chu vi tiếp điểm Ptđ = p.d = 3,14. 4 = 12,56 (mm). Rtđ : điện trở tiếp điểm. Rtđ = 2r0. (W). Trong đó: rq = 0,02. 10-3 (Wmm) . htđ = 1,2 (mm). Stđ = 12,56 (mm2). Nên điện trở tiếp điểm : Rtđ = = 4.10-6 (W) Vậy nhiệt độ tiếp điểm : 6.Tính nhiệt độ tiếp xúc : Theo công thức (2 – 12)– quyển 1: qtx = Trong đó : qtđ = 40,93 (oC): nhiệt độ tiếp điểm. Iđm = 5 (A): dòng điện định mức. Rtx = 2,97. 10-3 (W): điện trở tiếp xúc. l = 0,416 (W/ mm0C): độ dẫn nhiệt. rq = 0,02. 10-3(Wmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm. Nên ta có nhiệt độ tiếp xúc: qtx = Vậy ta so sánh nhiệt độ tiếp xúc với nhiệt độ biến dạng tinh thể của vật liệu làm tiếp điểm qtx< [qcp] = 180 0C là phù hợp. 7. Dòng điện hàn dính tiếp điểm. Khi dòng điện lớn hơn dòng điện định mức, tiếp điểm bị đẩy ra do lực điện động lớn Rtx tăng lên. Tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng lên. Có hai tiêu chuẩn đánh giá sự hàn dính. +. Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính. +. Trị số của dòng điện bị hàn dính. Ith: Là dòng điện tới hạn hàn dính. Tại đó tiếp điểm không bị hàn dính nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm ra. Tính dòng hàn dính theo hai phương pháp: Theo lý thuyết. Theo thực nghiệm. a.Tính theo công thức lý thuyết: Theo công thức (2 – 33)– quyển 1: Ihd = A.. (A). Trong đó: fnc: hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc. Theo trang 66 quyển 1 ta có: fnc = (2 á 4) Chọn fnc = 2 Ftđ= 0,04 (kg) : lực ép tiếp điểm. A: hằng số vật liệu làm tiếp điểm. Theo công thức (2 – 34)– quyển 1 ta có: A = Trong đó: a = 4. 10-3(1/oC): hệ số nhiệt điện trở. HB = 45 (kg /mm2): độ cứng Briven. l = 0,416 (W/mmoC): hệ số truyền nhiệt. qnc= 3403 (oC): nhiệt độ nóng chảy vật liệu làm tiếp điểm. r0: điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 0 0C. mà ta có: r0 = Ta có hằng số vật liệu làm tiếp điểm: Vậy ta có dòng điện hàn dính: Ihd = 1986. = 562 (A). Như thiết kế ban đầu: Ing.m =Iđm = 10. 5 = 50 (A). Vậy Ingm << Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính. b. Tính theo thực nghiệm: Theo công thức (2 – 36)– quyển 1: Ihd = khd. Trong đó: khd : hệ số hàn dính của tiếp điểm, xác định theo bảng(2–19)-quyển 1. Chọn khd = 980 (A/kg). Ftđ = 0,04 (kg): lực ép tiếp điểm. Vậy ta có dòng hàn dính: Ihd = 980. = 196 (A). Như thiết kế ban đầu ta có: Ingm = 10. Iđm = 10. 5 = 50 (A) Vậy Ingm < Ihd nên tiếp điểm không thể bị hàn dính. III. Độ mở-độ lún tiếp điểm: 1. Độ mở của tiếp điểm: Độ mở tiếp điểm phụ ta chọn giống như độ mở tiếp điểm chính. Vì vậy độ mở của tiếp điểm phụ là: m = 6 (mm) 2. Độ lún của tiếp điểm: l Độ lún của tiếp điểm phụ ta cũng chọn giống như độ lún của tiếp điểm chính. Vậy độ lún của tiếp điểm phụ là: l = 3 (mm). IV. Độ rung tiếp điểm: Tương tự như đối với tiếp điểm chính ta cần xác định số biên độ rung và thời gian rung với lần va đập thứ nhất. 1. Xác định trị số biên độ rung: Theo công thức (2 – 39) ta có biên độ rung của một cặp tiếp điểm. Trong đó: Ftđđ = ( 0,5 á 0,7). Ftđc . Ta chọn Ftđđ = 0,6 . Ftđc Mà Ftđc = Ftđ = 0,04 ( kg) Ftđđ = 0,6 . Ftđc = 0,6 . 0,04 = 0,024 ( kg) mđ = ( kg.s2/m): khối lượng phần động. mà: Gđ = mc. Iđm ( kg) Theo bảng (2-17)/55 - quyển 1 ta có: mc = (5á10). 10-3 (kg/A) Chọn mc = 9. 10-3 (kg). Gđ = 9. 10-3. 5 = 45. 10-3 (kg.A). Lấy g = 9,8 (m/s2): gia tốc trọng trường. Nên khối lượng phần động: mđ = vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập. kv: hệ số va đập Theo trang 72 - quyển 1 ta chọn hệ số va đập kv= 0,9. Vậy Công thức trên xác định biên độ rung của một cặp tiếp điểm. Vì ở đây ta thiết kế công tắc tơ xoay chiều ba pha có 2 cặp tiếp điểm phụ thường mở nên ta có biên độ rung: 2. Xác định thời gian rung tiếp điểm: Theo công thức (2-40)- quyển 1 ta có thời gian rung của một cặp tiếp điểm: Trong đó: mđ = 0,0046 (kg.s2/m): khối lượng phần động. vđ = 0,1 (m/s): vận tốc tại thời điểm va đập. Ftđđ = 0,024 (kg). Vậy thời gian rung của một cặp tiếp điểm: ở đây công tắc tơ có ba cặp tiếp điểm thường mở nên ta có thời gian rung của tiếp điểm: So sánh tm < [tm] = 10 (ms) là phù hợp. VI. sự ăn mòn của tiếp điểm: Xác định độ mòn của tiếp điểm ta tính theo công thức (2-54) quyển- 1 ta có: gđ + gng = 10-9.( kđ. I2đ + kng. I2ng). kkđ Trong đó: (gđ + gng): khối lượng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt. Iđ = 4. Iđm= 4. 5 = 20 (A): dòng điện khi đóng. Ing= 4. Ing= 4. 5 = 20 (A): dòng điện khi ngắt. kđ, kng: hệ số mòn khi đóng và khi ngắt. Theo bảng (2-11)- quyển 1 ta chọn: kđ = kng = 0,5 ( g/A2). kkđ = (1,1á2,5): hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn (theo trang 79- quyển 1). Chọn kkđ = 2. Vậy khối lượng mòn một lần đóng ngắt: gđ + gng = 10-9 .( 0,5 . 202 + 0,5 . 202 ). 2,2 =0,08 . 10-5 (g). Khối lượng hao mòn của 1 cặp tiếp điểm sau 105 lần đóng ngắt: gm. Gm = 105 (gđ + gng) = 105. 10-5. 0,08 = 0,08 (g). Vậy sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm mòn: m = 0,08 (g) Khối lượng tiếp điểm: gtđ = vtđ. g Trong đó: g = 10,5 ( g/cm3): khối lượng riêng của vật liệu làm tiếp điểm. vtđ = vtđđ+ vtđt = 2. vtđđ (cm3): thể tích của tiếp điểm. vtđđ = Sđ. hđ = p.hđ = đ thể tích tiếp điểm: vtđ = 2. 15. 10-3 = 30 (cm3). Vậy khối lượng của tiếp điểm: gtđ = vtđ. g gtđ = 30. 10-3. 10,5 = 0,315 (g). Vậy độ mòn tiếp điểm 25,29% < 70%. Nên sau 105 lần đóng ngắt tiếp điểm vẫn làm việc tốt. Phần III: Tính và dựng đặc tính cơ ĐặC ĐIểM CủA CƠ CấU Khác với cơ cấu trong máy điện quay các cơ cấu trong khí cụ điện nói chung và trong công tắc tơ nói riêng chỉ chuyển động trong một giới hạn nhất định được hạn chế bởi các cữ chặn. Khi nghiên cứu cơ cấu công tắc tơ ta chủ yếu khảo sát 2 quá trình. +.Quá trình đóng tiếp điểm. +.Quá trình ngắt tiếp điểm. Quá trình đóng của công tắc tơ thì lực hút điện từ phải thắng được các lực phản của lò xo. Ngược lại quá trình ngắt của công tắc tơ thì các lực phản của quá trình đóng trở thành lực hút điện từ. Yêu cầu cơ bản đối với cơ cấu: Đảm bảo trị số cần thiết của các thông số động lực học của cơ cấu chấp hành như: hành trình, độ mở, độ lún Lực chuyển động của cơ cấu đảm bảo việc đóng và ngắt của cơ cấu chấp hành khi làm việc dài hạn hay ngắn mạch. Tốc độ của cơ cấu phải đảm bảo thực hiện đúng chức năng. Cơ cấu cần đảm bảo thời gian tác động ở mức cần thiết. Ngoài 4 yêu cầu cơ bản trên còn một số yêu cầu khác tùy thuộc vào các trường hợp sử dụng. A. Tính toán cơ cấu: I. Sơ đồ động. Theo trang 147 - quyển 1 ta có: Trạng thái: (d = 0) Trạng thái (d = m + 1). 1/2 Ftđf 1/2 Ftđf Flxnc + Ftđcc + Gđ Fđf 1/2 Ftđf 1/2 Ftđf Flxnc + Gđ Trong đó: d: khe hở không khí giữa thân và phần ứng. Ftđcc: lực ép tiếp điểm chính cuối lò xo tiếp điểm chính tạo nên. Flxnc: lực ép cuối của lò xo nhả. Fđt: lực hút điện từ Flxnđ: lực ép đầu của lò xo nhả. Ftđf : lực ép tiếp điểm phụ thường mở. Ftđf : lực ép tiếp điểm phụ thường đóng. II. Tính lò xo tiếp điểm chính : Lò xo tiếp điểm chính có tác dụng sinh ra lực ép tiếp điểm khi đóng nhằm làm giảm điện trở tiếp xúc (Rtx) đồng thời khắc phục sự hao mòn tiếp điểm. 1. Chọn kiểu và vật liệu lò xo : Kiểu lò xo phụ thuộc vào sơ đồ động và kết cấu của công tắc tơ và phụ thuộc vào việc chọn vật liệu lò xo. Dựa vào công dụng của khí cụ điện để chọn vật liệu lò xo có ứng xuất cho phép cao hay thấp. Đối với công tắc tơ làm việc với tần số đóng ngắt lớn có tính chống ăn mòn, tuổi thọ cao. Theo bảng (4-1)- quyển 1 ta chọn vật liệu là thép các bon lò xo kiểu xoắn hình trục chịu nén. Kí hiệu I B có các thông số kỹ thuật sau: [dk] = 2650 (N/mm2) Độ bền giới hạn khi kéo. [dđh] = 800 (N/mm2) Độ bền giới hạn đàn hồi. [du] = 930 (N/mm2) Giới hạn cho phép khi uốn. [dX] = 580 (N/mm2 ) Giới hạn cho phép khi xoắn. E= 200 . 103 (N/mm2) Modul đàn hồi. G = 80 . 103 (N/mm2) Môđun trượt. r = (0,19 á 0,22). 10-6 (Wm) Điện trở suất. 2. Lực lò xo của tiếp điểm chính : Lực ép tiếp điểm chính cuối: Ftđcc = Ftđq= 6 (N). Theo trang 154 - quyển 1 ta có lực ép tiếp điểm chính đầu : Ftđcđ = k. Ftđcc. Trong đó: k = (0,5 á 0,7) chọn k = 0,6. Nên lực ép tiếp điểm chính đầu: Ftđcđ = 0,6. Ftđcc = 0,6. 6 = 3,6 (N). Do cấu tạo của hệ thống tiếp điểm là 1 pha có 2 chỗ ngắt cho nên 1 lò xo theo cấu tạo chịu lực tương ứng 2 tiếp điểm. Vậy Ftđcc = Fmax = 2. 6 = 12 (N). Ftđcđ = Fmin = 2. 3,6 = 7,2 (N). 3. Tính toán đường kính dây quấn lò xo : Theo công thức (19 - 6)- quyển 2. Trong đó: d: đường kính dây dẫn lò xo (mm). [dx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn. c = 10 : là chỉ số lò xo (nó đặc trưng cho độ cong của các vùng lò xo). D: đường kính trung bình lò xo. k : hệ số xét đến độ cong của dây lò xo. Theo trang 134 - quyển 2 ta chọn : c = 10 ị k = 1,14. F = Ftđcc = 12 (N) : lực ép tiếp điểm chính cuối. Vậy đường kính dây quấn lò xo: Chọn đường kính dây quấn lò xo d = 0,8 (mm). Nên đường kính trung bình của lò xo: D = c. d = 10 .0,8 = 8 (mm) L0 4. Tính số vòng lò xo tiếp điểm chính: Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có số vòng lò xo: Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 12 - 7,2 = 4,8 (N). G = 8 . 103 (N/mm2): môđun trượt. d = 0,8 (mm): đường kính dây quấn lò xo. f = l = 3 (mm): khoảng lún lò xo. Nên số vòng của lò xo tiếp điểm chính: chọn W = 5 (vòng). Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 5 + 1 = 6 (vòng). +. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịut ải tới khi chịu tải max. Theo công thức (19 - 3)- quyển 2: Trong đó: Fmax = 12 (N): lực ép tiếp điểm chính cuối. G = 80. 103 (N/mm2): môđun trượt. +. Bước của lò xo khi chưa chịu tải: Theo công thức (19 - 12 - quyển 2. 5. Tính chiều dài tự do của lò xo: Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có: l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d). l0 = (6 - 0,5). 0,8 + 5 (2,8-1) = 14,4 (mm). +. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn. Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 12- 7,2 = 4,8 (N). So sánh với độ lún đã chọn là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún. +. Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn : Theo công thức (4 - 28)- quyển 1. Vậy ứng suất khi xoắn tính toán dx < [dx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo độ bền cơ. iii. Tính lò xo tiếp điểm phụ: Ta chọn vật liệu thép cacbon như lò xo tiếp điểm chính. Các thông số kỹ thuật như đã nêu ở phần trên. 1. Tính toán lực lò xo tiếp điểm phụ: Lực ép tiếp điểm phụ cuối: Ftđfc = Ftđf = 0,4 (N). Theo trang 154 - quyển 1 ta có lực ép tiếp điểm chính đầu : Ftđfđ = k. Ftđfc. Trong đó: k = (0,5 á 0,7) chọn k = 0,6. Nên lực ép tiếp điểm phụ đầu: Ftđfđ = 0,6. Ftđfc = 0,6. 0,4 = 0,24 (N). Do cấu tạo của hệ thống tiếp điểm là 1 pha có 2 chỗ ngắt cho nên 1 lò xo theo cấu tạo chịu lực tương ứng 2 tiếp điểm. Vậy Ftđfc = Fmax = 2. 0,4 = 0,8 (N). Ftđfđ = Fmin = 2. 0,24 = 0,48 (N). 2. Tính toán đường kính dây quấn lò xo : Theo công thức (19 - 6)- quyển 2. Trong đó: d: đường kính dây dẫn lò xo (mm). [dx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn. c =12 : là chỉ số lò xo (nó đặc trưng cho độ cong của các vùng lò xo). D: đường kính trung bình lò xo. k : hệ số xét đến độ cong của dây lò xo. Theo trang 134 - quyển 2 ta chọn : c = 12 ị k = 1,11. F = Ftđfc = 0,8 (N) : lực ép tiếp điểm phụ cuối. Vậy đường kính dây quấn lò xo: Chọn đường kính dây quấn lò xo d = 0,22 (mm). Nên đường kính trung bình của lò xo: D = c. d = 12 .0,22 = 2,64 (mm) 3. Tính số vòng lò xo tiếp điểm phụ: Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có số vòng lò xo: Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 0,8 -0,48 = 0,32 (N). G = 8 . 103 (N/mm2): môđun trượt. d = 0,22 (mm): đường kính dây quấn lò xo. f = l = 3 (mm): khoảng lún lò xo. c = 12 Nên số vòng của lò xo tiếp điểm phụ: Chọn W = 12 (vòng). Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 12 + 1 = 13 (vòng). +. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịu tải tới khi chịu tải max: Theo công thức (19 - 3)/134- quyển 2: Trong đó: Fmax = 0,8 (N): lực ép tiếp điểm phụ cuối. G = 80. 103 (N/mm2): môđun trượt. +. Bước của lò xo khi chưa chịu tải: Theo công thức (19 - 12/ 136 - quyển 2. 4. Tính chiều dài tự do của lò xo: Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có: l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d). l0 = (13- 0,5). 0,22 + 12 (0,974- 0,22) = 11,8 (mm). +. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn. Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 0,8- 0,48 = 0,32 (N). So sánh với độ lún đã chọn f = 3 (mm) là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún. Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn : Theo công thức (4 - 28)- quyển 1ta có ứng suất khi xoắn: Vậy dx < [dx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo độ bền cơ. iv. Tính lò xo nhả: Ta chọn vật liệu làm lò xo nhả là thép các bon, có các thông số kỹ thuật như lò xo tiếp điểm chính và lò xo tiếp điểm phụ. 1. Tính lực lò xo nhả đầu và nhả cuối: ã Lực lò xo nhả đầu : Flxnhđ = kdt (Gđ + FStđfc + Fms). Trong đó: kdt = (1,1á 1,3) : hệ số dự trữ. Chọn k =1,2. Gđ = 6 (N) : trọng lượng phần động. Fms = kms. Gđ = 0,15. 6 = 0,9 (N) kms = (0,15 á 0,2) - hệ số ma sát. Chọn kms = 0,15. FStdfc =2. Ftđfc = 2. 0,8 =1,6(N): tổng lực lò xo tiếp điểm phụ cuối. Vậy lực lò xo nhả đầu: Flxnhđ = 1,2 (6 + 1,6 + 0,9) = 10,2 (N). ã Tính lực lò xo nhả cuối: Ta có: Flxnhc = (1,5 á 2). Flxnhđ Chọn Flxnhc = 1,6. Flxnhđ = 1,6. 10,2 = 16,32 (N) Do thiết kế công tắc tơ sử dụng 2 lò xo nhả. Nên lực tác dụng lên một lò xo nhả là: 2. Đường kính dây quấn lò xo nhả: Theo công thức (19 - 6)- quyển 2. Trong đó: Fmax = 8,16 (N): lực lò xo nhả lớn nhất. [dx] = 580 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn. c : chỉ số lò xo. k : hệ số xét đến độ cong của lò xo. Theo trang 134- quyển 1 ta chọn : c = 12 ; k = 1,11. Vậy đường kính dây quấn của lò xo : Chọn d = 0,7 (mm). Với d = 0,7 (mm) nên đường kính trung bình của lò xo D = 12.0,7 = 8,4 (mm). 3. Tính số vòng lò xo nhả: Theo công thức (19-7)- quyển 2 ta có: Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 8,16- 5,1 = 3,06 (N). G = 8 . 103 (N/mm2): mô đun trượt. d = 0,7 (mm): đường kính dây quấn lò xo. f = 9 (mm): khe hở nam châm điện. c = 12 Nên số vòng của lò xo nhả: Chọn W = 12 (vòng). Số vòng toàn bộ lò xo: W0 = W + 1 = 12 + 1 = 13 (vòng). +. Chuyển vị trí lớn nhất của lò xo khi chưa chịu tải tới khi chịu tải max: Theo công thức (19 - 3)- quyển 2: Trong đó: Fmax = 8,16 (N): lực lò xo nhả lớn nhất. G = 80. 103 (N/mm2): mô đun trượt. +. Bước của lò xo khi chưa chịu tải: Theo công thức (19 – 12)- quyển 2. 4. Tính chiều dài tự do của lò xo: Theo công thức (19 - 11) và (19 - 12)- quyển 2 ta có: l0 = (W0 - 0,5) . d + W (t - d). l0 = (13- 0,5). 0,7 + 12 (3,12- 0,7) = 37,79 (mm). +. Kiểm nghiệm lại lò xo với độ lún đã chọn. Trong đó: DF = Fmax- Fmin = 8,16- 5,1 = 3,06 (N). So sánh với độ lún đã chọn [fchọn] = 9 là phù hợp.Vậy lò xo đảm bảo độ lún. +. Kiểm nghiệm ứng suất khi xoắn : Theo công thức (4 - 28)/ 172 - quyển 1. Vậy ứng suất khi xoắn tính toán dx < [dx] = 580 (N/mm2) nên lò xo đảm bảo độ bền cơ. b. Dựng đường đặc tính cơ: Để dựng đường đặc tính cơ ta tổng hợp lại và xây dựng đường đặc tính cơ theo khe hở làm việc của nam châm điện d. Fph = F (d). Với d: khe hở làm việc của nam chân điện. d = m + l = 6 + 3 = 9 (mm). Trong đó bao gồm: ã Tổng lực ép tiếp điểm chính: vì theo thiết kế công tắc tơ có 3 tiếp điểm chính thường mở nên ta có: FStđcc = 3. 12 = 36 (N). FStđcđ = 3. 7,2 = 21,6 (N). ã Tổng lực ép tiếp điểm phụ thường mở: theo thiết kế công tắc tơ có 2 hai tiếp điểm phụ thường mở nên ta có: FStđfc = 2. 0,8 = 1,6 (N). FStđfđ = 2. 0,48 = 0,96 (N). ã Tổng lực ép tiếp điểm phụ thường đóng: công tắc tơ theo thiết kế có 2 tiếp điểm phụ thường đóng nên ta có: FStđfc = 2. 0,8 = 1,6 (N). FStđfđ = 2. 0,48 = 0,96 (N) ã Lực lò xo nhả: FS lxnhc = 16,32 (N). F Slxnhđ = 10,2 (N). ã Tổng lượng phần động: Gđ = 6 (N). Vậy theo sơ đồ động ta vẽ được đặc tính cơ như sau: d (mm) 0 1.6 0.96 3 6 0.96 1.6 59.92 42.84 36 21.6 18.24 14.6 10.2 16.32 6 l m l m FtđfH Ftđ Gđ Flxnhả F∑tđc Fcơ Phần IV: Tính toán nam châm điện I. Tính toán sơ bộ nam chân điện: 1. Chọn dạng kết cấu. Nam châm điện là loại cơ cấu điện từ biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng. Nam châm điện có nhiều dạng kết cấu khác nhau về mạch từ và cuộn dây. Sự khác nhau về dạng kết cấu dẫn đến sự khác nhau về: đặc tính chuyển động trong không gian, đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chế tạo. Theo kinh nghiệm chế tạo và qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấu của nam châm điện là mạch từ chữ Ш hút thẳng. Cuộn dây được đặt ở cực từ giữa và vòng ngắn mạch được đặt ở hai cực từ bên. Để việc chọn dạng kết cấu của nam châm điện đã tối hay chưa ta có các bước kiểm tra sau: Xét trên đặc tính phản lực ta thấy rằng công tắc tơ muốn làm việc được thì khi hút lực hút điện từ phải lớn hơn đặc tính cơ Fđt > Fcơ và khi nhả Ftđ< Fcơ. Theo công thức (5-2)- quyển 1ta có hệ số kết cấu: kkc = (N0,5/ m). Trong đó: Fđtth: lực hút điện từ tại điểm tới hạn (N). dth : Khe hở tới hạn của nam châm điện (mm),. dth = 3 (mm) = 3. 10-3 (m). Xét lực hút điện từ tại điểm tới hạn (42,84 ; 3): Ta có: Fđtth = kdt. Fcơth. Chọn kdt = 1,2: hệ số dự trữ về lực. Fcơth = 42,84 (N) ị Fđtth = 1,2. 42,84 = 51,4 (N). Nên ta