Đồ án Thiết kế Rơle trung gian điện từ kiểu kín

ngắn hạn: Inh=KI.I=3,3.5=16,5 A -Mật độ dòng điện ở chế độ ngắn hạn: -Thời gian làm việc liên tục cho phép ở chế độ ngắn hạn: c. Kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch: Để thuận tiện cho việc tính toán và kiểm nghiệm ta xét giới hạn cho phép và mật độ dòng bền nhiệt của thanh dẫn ở các thời gian ngắn mạch tnm=1s;tnm=3s;tnm=10s Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt được xác định theo công thức: Tra hình 6_6_ (TK KCĐHA) ta có : Ad=1,4.104 (A2s/mm2) Abn=3,75.104 (A2s/mm2) Mật độ dòng điện khi ở tnm=1s: mặt khác tra bảng 6_7 (TK KCĐHA) ta có J1cp=162 (A/mm2) Mật độ dòng điện ở tnm=3s Tra bảng 6_7 ta có : J3cp=94 (A/mm2) Mật độ dòng điện ở tnm=10s: Tra bảng 6_7 ta có : J10cp=51 (A/mm2) Ta được bảng sau: 1 sec 3 sec 10 sec Jcp (A/mm2) 162 94 51 Jnm (A/mm2) 153,3 88,5 48,5 Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn các yêu cầu về độ bền điện cũng như đô bên điện và ta sẽ sử dụng làm thanh dẫn của Rơle B) Tính toán thanh dẫn tĩnh Thanh dẫn tĩnh ngoài nhiệm vụ dẫn điện còn phải chịu lực cơ học do thanh dẫn động tác động do vậy ta chọn thanh dẫn tĩnh với các kích thước như sau: a=5 mm ; b=1,0 mm . Vì kích thước thanh dẫn như tính toán ở trên đã đảm bảo độ bền điện động cho thanh dẫn nên ta không cần tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn tĩnh nữa. II.Đầu nối Trị số dòng điện định mức là số liệu ban đầu đế xác định kích thước các đầu nối thường được lấy tương ứng với tiết diện và kích thước của thanh dẫn ,kích thước bề mặt tiếp xúc phải phù hợp với số lượng và kích thước của các chi tiết nối, ví dụ các đường kính ngoài vòng đệm thép đặt dưới vòng đệm vênh kích thước mối nối phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và độ lớn lực ép cần thiết ở chỗ tiếp xúc Chiều dài phần chống phủ lên nhau của mối nối thường được lấy bằng chiều rộng của thanh dẫn hoặc chiều rộng mặt phẳng nối của chi tiết nếu phần đó có thể lắp được đủ số bulông hay ốc vít cần thiết Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thức : S = a * b = Idm/J Đối với thanh dẫn và chi tiết đồng ,mật độ dòng điện có thể lấy bằng 0.31A/mm2 với dòng xơay chiều tần số f = 50 hz .Dòng điện định mức nhỏ hơn 200A vậy ta có: Stx=5/0.31=16 (mm2) Lực ép của mối nối được xác định theo công thức : Ftx=ftx.Stx=100.16.10-2=16 (KG) Trong đó ftx=100 KG/cm2 là lực ép riêng Với dòng điện định mức Idm=5A ta chọn mối nối tháo dời và sử dụng loại vít M3 với đường kính d=3mm Diện tích lỗ vít: Slv= Tổng diện tích tiếp xúc của vít: S=Slv+Stx=7,07+16=23,07 (mm2)=a.b Chọn a=6mm;b=3,8mm III.Dây dẫn mềm. Dây dẫn mềm được chọn phải đảm bảo mật độ dòng điện cho phép , vì dòng điện trong cuộn dây điều khiển nhỏ nên ta có thể chọn dây dẫn mềm có đường kính là 1 mm IV.Tiếp điểm Khi có sự tác động của tín hiệu điều khiển thì tiếp điểm luôn thực hiện chức năng đóng ngắt của các khí cụ điện. Mỗi lần như vậy sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cơ , độ bền nhiệt và độ bền về điện . *Yêu cầu chính đối với tiếp điểm: -Khi khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép, tức là phải nhỏ hơn 950C .Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu. -Với dòng điện cho phép (dòng khởi động hay dòng ngắn mạch) tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và độ bền điện động. -Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép , tiếp điểm phải có độ mòn bé nhất. 1.Chọn kết cấu tiếp điểm Dạng kết cấu của hệ tiếp điểm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố . Khi chọn dạng kết cấu của hệ tiếp điểm phải đảm bảo các tiếp điểm phải có điện trở bé. Do dòng điện bé nên chọn dạng tiếp xúc của tiếp điểm là tiếp xúc điểm. Kích thước tiếp điểm được xác định theo dòng điện định mức đi qua tiếp điểm: Idm=5A Theo bảng 2_15 (TK KCĐHA) ta chọn tiếp điểm có đường kính d=3mm;chiều cao h=1mm 2.Chọn vật liệu làm tiếp điểm Để đảm bảo yêu cầu điện trở xuất và điện trở tiếp xúc nhỏ , ít bị ăn mòn, ít bị oxi hoá , khó hàn dính, độ cứng cao. Đặc tính công nghệ tốt phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng, cộng với dòng điện Idm=5A , Theo bảng 2_13 (TK KCĐHA) ta chọn vật liệu làm tiếp điểm là bằng bạc kéo nguội có các thông số kỹ thuật như sau: Tỷ trọng: 10,5 (g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy: 9610C Điện trở suất ở 200C: 1,58.10-8 (Wm) Độ cứng Briven: (30-60) (KG/mm2) Độ dẫn nhiệt: 4,16 (W/cm0C) Hệ số nhiệt điện trở: 0,004 (1/0C) 3.Xác định lực ép tiếp điểm Lực ép tiếp điểm đảm bảo tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ dài hạn , trong chế độ ngắn hạn dòng điện lớn thì lực ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính , không bị rung. Tra bảng 2_17 (TK KCĐHA) với Rơle trung gian ta chọn lực ép tiếp điểm là : F1td=25 (g) 4.Xác định điện trở tiếp xúc Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm không bị phát nóng xác định theo công thức dựa vào kết quả thực nghiệm Trong đó Ftd , N : lực nén tiếp điểm m : hệ số dạng bề mặt tiếp xúc m=0,5 ; tiếp xúc điểm m= 0,5-0,7 tiếp xúc đường m= 0,7-1 tiếp xúc mặt Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm . Với hai tiếp điểm bằng bạc thì theo TK KCĐHA ta chọn Ktx=0,0006 Vậy ta có điện trở tiếp xúc của tiếp điểm khi chưa phát nóng ở 200C Rtđ = =0,0036 W = 3,6.10-3 (W) Khi Rơle làm việc thì có dòng điện chạy qua tiếp điểm làm tiếp điểm bị nóng và điện trở tiếp xúc của tiếp điểm tăng lên vì điện trở suất của bạc tăng . Vậy điện trở tiếp xúc cho phép của tiếp điểm khi làm việc ở nhiệt độ ổn định q=950C là : Rq=95 = Rtđ(1+a(q-q0)) = 3,6.10-3(1+0,0043.(95-20)) =4,374.10-3 (W) 5.Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Trong trạng thái đóng của tiếp điểm điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần đầu nối , điện trở của vật liệu tiếp điểm không đáng kể so với Rtx vì vậy điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng: Utx = I Rtx =5.4.374.10-3 =21,87 , mV Điện áp này liên quan trực tiếp tới nhiệt độ phát nóng của vùng tiếp xúc qtx . Tra trong TK KCĐHA với tiếp điểm bằng bạc và điện áp tiếp xúc Utx=21.87 mV ta có :qtx =8 0C Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm Nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm được xác định theo công thức: ++ Trong đó : qmt : nhiệt độ của môi trường xung quanh , lấy bằng 40C l : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu tiếp điểm P : Chu vi tiếp điểm, P = 2.1,5.3,14 = 9,42 (mm) S : Tiết diện bề mặt tiếp điểm , S = 3.14.1,52 = 7,1 (mm2) Vậy nhiệt độ của tiếp điểm: qtđ = 40 + += = 40 + 1,1 +7,3 = 48,4oC 6.Xác định giá trị dòng điện hàn dính Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Idm (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 của dòng điện tới hạn Ithhd, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra , nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm . Theo công thức Bút Kê Vit:có thể sơ bộ xác định trị số dòng điện hàn dính ban đầu (trị biên độ) của tiếp điểm theo lực ép tiếp Ftd(KG). Ihd = .Khd =.2000=200(A) Trong đó : Khd: Hệ số hàn dính ,được xác định theo bảng 2-19 (TK KCĐHA) chọn Khc =2000(A/KG) Ftđ :Lực ép tiếp điểm Ftđ=0,12(N)=12.10-2 (KG) Chọn Ingắt=10.Idm=10.5=50(A). Như vậy dòng điện ngắt không hàn dính được tiếp điểm 7.Độ ăn mòn của tiếp điểm Sự mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng và quá trình ngắt mạch điện.Sự mòn tiếp điểm thể hiện qua việc giảm độ lún ,giảm kích thước (chiều cao) của tiếp điểm cũng như giảm khối lượng hoặc thể tích của kim loại tiếp điểm. Nguyên nhân gây ra sự ăn mòn của tiếp điểm là sự ăn mòn về hóa học ,ăn mòn về điện và ăn mòn về cơ nhưng chủ yếu tiếp điểm bị ăn mòn là do quá trình mòn điện. Sự ăn mòn của tiếp điểm được xác định theo công thức 2-48 (TK KCĐ HA) () – Phần thể tích của đôi tiếp điểm bị ăn mòn ảnh hưởng tới độ lún của tiếp điểm .Trị số mòn cho phép của mỗi tiếp điểm đến 0,50,75 độ dầy (chiều cao) của tiếp điểm khi chưa bị ăn mòn (g/) – Khối lượng riêng của vật liệu tiếp điểm . , () – Thể tích mòn riêng cho một lần đóng ngắt . , (g) – Khối lượng mòn riêng cho một lần đóng ngắt . Đối với Rơle công suất nhỏ ta có thể tính khối lượng mòn riêng cho một lần đóng cắt theo công thức thực nghiệm sau: gd+gng = 10-9(Kd.Id2+Kng.Ing2)Kkd Trong đó : Kd , Kng là hệ số mòn khi đóng và ngắt , trị số của Kd , Kng được tra trong hình 2-16 (TK KCĐ HA). Ta được: Kd=Kng=0.85 Kkd : hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn không đều của các tiếp điểm , Với Rơle công suất nhỏ ta chọn Kkd=1,5 Id ,Ing : dòng điện đóng và ngắt của Rơle , chọn Id=Ing=Idm=5A Vậy gd+gng=10-9.(0,85.25+0,85.25).1,5=63,75.10-9 (g) hay Vd+Vng=(gd+gng)/ = 63,75.10-9 /10,5 =6.10-9 (cm3) Vậy thể tích mòn của tiếp điểm sau 106 lần đóng cắt điện là: Vm =N(Vd+Vng) =106.6.10-9 =6.10-3 (cm3) Chiều cao của tiếp điểm bị ăn mòn sau 106 lần đóng cắt là: hm=Vm/S =4.Vm/(d2) =4.6.10-3/(0.3)2 =85.10-3 (cm) =0,085 (cm)=0,85(mm) 8.Độ mở , độ lún, khoảng trượt của tiếp điểm a.Độ mở Độ mở của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở vị trí ngắt của Rơle . Với Rơle trung gian ta chọn độ mở là m=2 mm b.Độ lún Độ lún của tiếp điểm là quãng đường đi thêm được của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại . Độ lún của tiếp điểm tạo ra lực ép tiếp điểm và trong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn thì độ lún sẽ đảm bảo tiếp xúc tốt. Như vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ cao bị ăn mòn h của tiếp điểm . Theo kinh nghiệm thường chọn l=(1,5-2,5)h Vậy độ lún của tiếp điểm là l=1,5.0,85=1,275 (mm) Ta chọn độ lún của tiếp điẻm là l=1,25 (mm) c.Khoảng trượt Để tẩy sạch bụi bẩn , gồ ghề do hồ quang hoặc lớp oxit tạo nên ta sử dụng khoảng trượt . Xác định khoảng trượt từ vài phân đến vài milimét . Kinh nghiệm chọn khoảng trượt y=0,2-1,5 mm. Nếu tăng khoảng trượt sẽ tăng độ ăn mòn của tiếp điểm. Thường sử dụng kết hợp khoảng lăn và khoảng trượt. Với Rơle trung gian Idm=5A ta chọn khoảng trượt y= 0,2 mm CHƯƠNG III TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ I. Sơ đồ động F'lxmh Ftd Flxnh Gd" Gd G'd II. Tính toán trọng lượng phần động. Trọng lượng phần động của Rơle trung gian chủ yếu là trọng lượng của nắp nam châm điện . Theo kinh nghiệm ta có thể tính trọng lượng phần động theo công thức gần đúng sau: Gd = mc.Idm trong đó mc là hệ số chọn mc=0,15 (N/A) Vậy trọng lượng phần động của Rơle là : Gd =0,15.5 = 0,75 (N) Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta sẽ qui đổi trọng lượng phần động về hai điểm : một điểm về khe hở làm việc của nam châm điện, ký hiều là =Gd.=0,75.0,5=0,375 (N) một điểm về thanh dẫn động để tính toán lò xo nhả, ký hiệu: =Gd. =0,75.0,5 =0,375 (N) III. Tính toán lò xo 1. Lò xo tiếp điểm 1.1 Chọn vật liệu lò xo tiếp điểm Thanh dẫn động của tiếp điểm bắc cầu được làm bằng đồng phốtpho có khả năng đàn hồi cao nên được chọn làm lò xo tiếp điểm. Lò xo có dạng tấm phẳng , tuy lực không lớn nhưng độ võng cũng nhỏ và độ bền cơ , diện cao. Có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Thông số của đồng phốtpho : Giới hạn bền kéo cho phép k = 550 N/mm2 Giới hạn đàn hồi cho phép d =320-380 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi uốn u=190 N/mm2 Giới hạn mỏi chop phép khi xoắn x =120 N/mm2 Module đàn hồi E = (90-113) 103 N/mm2 Module trượt G =42.103 N/mm2 Điện trở suất = 0,176.10-6 m 1.2. Tính toán lò xo tiếp điểm - Kích thước c ủa lò xo tiếp điểm chính là kích thước của thanh dẫn động : chiều rộng: a = 5 (mm) bề dày: b = 0,5 (mm) chiều dài của lò xo tiếp điểm chọn l = 3,5 (cm) - Lực ép tiếp điểm ban đầu của lò xo tiếp điểm là Ftdd = 0 (N) -Lực ép tiếp điểm cuối của lò xo tiếp điểm là : Ftđc = Ftđ = 0,25 (N) - Momen chống uốn: W= =0,208 (mm3) -Momen quán tính: J==0,052 (mm4) -Độ võng cấn thiết của lò xo: f = =0,7 (mm) - Độ cứng của lò xo: j ==0,357 (N/mm) -Kiểm tra lại lò xo tiếp điểm: =42 (N/mm2) < [] = 190 (N/mm2) Vậy thanh dẫn động đã chọn có thể được sử dụng làm lò xo tiếp điểm cho Rơle trung gian 2. Lò xo nhả. 2.1 Vật liệu làm lò xo nhả. Căn cứ vào yêu cầu làm việc của lò xo nhả trong Rơle trung gian ta chọn vật liệu làm lò xo là thép cácbon có độ bền vừa . Lò xo thuộc loại xoắn hình trụ, có khả năng chịu nén tốt. Các thông số của thép các bon : -Giới hạn đàn hồi cho phép : k = 2200 (N/mm2) -Ứng suất xoắn cho phép: x = 480 (N/mm2) -Module đàn hồi: E = 200.103 (N/mm2) -Module trượt G = 80.103 (N/mm2) -Điện trở suất: = (0,19-0,22).10-6 (m) 2.2 Tính toán lò xo nhả -Xác định lực lò xo nhả ban đầu: Vì Rơle có 4 tiếp điểm thường đóng nên lực lò xo nhả phải thắng được trọng lượng phần động và lực ép lên 4 tiếp điểm thường đóng(mỗi tiếp điểm có 2 chỗ nối).Mặt khác ta tính toán cho trường hợp xấu nhất là khi nắp nam châm điện ở phía dưới cuộn dây thẳng đứng. Do vậy lực lò xo nhả đầu có thể được xác định như sau: Flxnhđ = Kdt.(Gd + 8.Ftdd) = 1,2.(0,375+8.0,25)=2,85 (N) Lực lò xo nhả cuối: Flxnhc =1,5.Flxnhđ =1,5.2,85 = 4,275 (N) -Đưòng kính của dây lò xo: d==0,48 (mm) Vậy chọn đường kính dây lò xo là d=0,5 mm -Đường kính trung bình của lò xo: D=C.d=10.0,5 = 5 mm -Số vòng dây lò xo: =5,26 (vòng) Số vòng dây lò xo là W=5,26+1,5 = 6,75 (vòng) Chọn số vòng dây lò xo là W=7(vòng). trong đó f là khoảng lún của lò xo cũng chính là hành trình của tiếp điểm, f= 4,5 (mm) - Bước lò xo : t==0,94 (mm) Chọn bước lò xo là t=1 (mm). -Chiều dài tự do của lò xo chịu nén: l = W.t +1,5.d = 7.1+1,5.0,5 = 7,75 (mm) -Kiểm nghiệm lại lò xo: ứng suất soắn của lò xo: =435 (N/mm2) < [x] ]=480 (N/mm2). Vậy lò xo nhả đã chọn thoả mãn các yêu cầu . IV.Dựng đặc tính cơ 1.Tính toán các lực. -Trọng lượng phần động quy đổi về khe hở làm việc của nam châm điện =0,375 (N) -Lực lò xo nhả: Flxnhđ = 2,85 (N) Flxnhc = 4,275 (N) -Lực lò xo tiếp điểm: Ftdd = 0(N) Ftđc = 8.F1tđ = 8.0,25 =2(N) 2.Vẽ đặc tính cơ. CHƯƠNG IV NAM CHÂM ĐIỆN Nam châm điện ( NCĐ ) ngày càng được sử dụng rộng rãi. Không một lĩnh vực kỹ thuật nào không sử dụng nam châm điện : trong truyền động điện, tự động điều chỉnh, thông tin liên lạc và cả trong y học, khoa học nguyên tử, vũ trụ ... Với các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau đòi hỏi có những nam châm điện khác nhau về hình dạng, kết cấu và ứng dụng. Có những nam châm điện rất bé kích thước khoảng vài milimet và có những nam châm điện rất lớn kích thước đến vài mét. Khối lượng nam châm điện từ vài gam (ở rơle, ...) đến hàng nghìn kilogam (ở cần cẩu, các bộ phận ly hợp ). Lực điện từ của nam châm điện thì từ vài phần gam đến hàng chục tấn. Hành trình của phần ứng từ vài mm đến vài chục met. Công suất tiêu thụ từ cỡ vài mW đến hàng chục kW. Nam châm điện đựơc sử dụng đặc biệt chủ yếu trong cơ cấu điện từ là cơ quan sinh lực ( truyền động ) để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến của các cấu quan chấp hành, để thực hiện việc chuyển động quay trong các góc quay giới hạn hoặc sinh lực hãm trong các công- tắc-tơ, khởi động từ, rơle, aptômát, khớp ly hợp, phanh hãm ... Các quá trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thường được mô tả bằng phương trình vi phân, phi tuyến. Vì vậy cho đến nay việc tính toán nam châm điện thường được theo những công thức đơn giản gần đúng rồi kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, đi đến chọn bài toán tối ưu. 1) Chọn dạng kết cấu - Xác định điểm nguy hiểm của đặc tính cơ Dựa vào đặc tính cơ đã dựng ở trên , theo kinh nghiệm với nam châm điện xoay chiều ta thường chọn điểm nguy hiểm là vị trí khi các tiếp điểm của tiếp điểm thường mở bắt đầu tiếp xúc với nhau , tức là tại vị trí tt = 1,25 (mm) và lực cơ sinh ra tại điểm này là : Fcth=4,25(N) - Để Rơle có thể tác động thì lực điện từ do nam châm điện của nó sinh ra phải thắng được lực cơ của cơ cấu truyền động , do vậy lực điện từ tính toán của nam châm điện ta phải nhân thêm một hệ số dự trữ Kdt=1,2 với lực cơ tới hạn -Vậy lực điện từ của nam châm điện tại khe hở tt = 1,25 là: Fdttt=Kdt.Fcth=1,2.4,25 = 5,1 (N) - Để có kết cấu tối ưu ta phải tính hệ số kết cấu của nam châm điện: Kkc==1726 Vậy ta chọn nam châm điện hình chữ U loại hút chập , cuộn dây quấn trên mạch từ. 2. Chọn vật liệu từ Với nam châm điện xoay chiều ta chọn vật liệu từ là loại thép lá kỹ thuật điện nhằm giảm tổn hao trong lõi thép. Căn cứ vào yêu cầu về lực điện từ và sự làm việc của nam châm điện ta chọn thép lá kỹ thuật điện loại hợp kim trung bình .Loại thép này có lực từ phản kháng bé nên tổn hao từ trễ không đáng kể. Các thông số của thép э21 như sau: - Lực từ phản kháng : HC=0,36-0,48 (A/cm) - Từ cảm bão hoà: Bbh=2,06 T - Từ cảm dư: Bdu=(0,9-1,2) (T) - Độ từ thẩm đầu: =170 - Đồ từ thẩm cực đại: max=(5-6).1000 - Điện trở suất = (25-52).10-8 () - Khối lượng riêng: 7,75 (g/cm3) 3. Chọn các thông số mật độ từ cảm, hệ số từ rò và hệ số từ tản a) Chọn mật độ từ cảm - mật độ từ cảm ở lõi thép Để xác định tiết diện lõi cần chọn từ cảm cực đại ở lõi khi nắp hút. Từ thông lớn nhất tương ứng với từ cảm nằm ở gần nơi gắn lõi thép với mạch từ. Để sử dụng tối ưu vật liệu từ, Bmax khi phần ứng hút nên chọn gần vùng uốn của đường cong từ hoá. Với thép lá kỹ thuật điện loại э21 nên lấy Bmax=1-1,2 (T) Ta chọn Bmax=0,8 (T) - mật độ từ cảm ở khe hở không khí tới hạn: Bth=0,6 (T) b) Chọn hệ số từ rò. -Khi phần ứng hút, vì từ thông rò bé nên ta có thể chọn hệ số từ rò khi hút: =1 - khi phần ứng hở thì rất phụ thuộc vào dạng kết cấu của nam châm điện , chủ yếu phụ thuộc vào từ dẫn của từ thông rò. Từ dẫn rò tăng khi chiều dài của lõi tăng và giảm khi chiều rộng của cửa sổ mạch từ tăng, tăng khi đưòng kính của lõi tăng.Theo kinh nghiệm có thể chọn hệ số từ rò khi phần ứng hở là = 1,1 ( vì khe hở làm việc nhỏ) c) Chọn hệ số từ tản. Với nam châm điện dạng chữ U, hút chập ta có thể chọn hệ số từ tản =1,3 4.Kích thước và thông số của nam châm điện. 4.1.Xác định tiết diện lõi thép. Dựa vào từ thông đi qua lõi có cuộn dây và dựa vào từ cảm đã chọn ở khe hở không khí làm việc tại điểm tới hạn , sử dụng công thức tính lực hút điện từ của maxoen ta tính tiết diện của lõi như sau: Trong đó: Fdttt : lực hút điện từ tính toán ở khe hở không khí,(N) Bm : mật độ từ cảm lớn nhất trong lõi thép (T) Sl : diện tích lõi thép (m2) H/m Thay số vào ta có tiết diện lõi thép là: =4.10-5 (m2) =40 (mm2) Thực tế thì giữa các lá thép có một hệ số ép chặt do bề dày của lớp cách điện , bụi bẩn, và khe hở do công nghệ lắp ráp có sự sai khác. Do vậy ta chọn hệ số ép chật của các lá thép là 0,9. Vậy ta có diện tích lõi thép thực tế phải là Sl=40/0,9=44,5 (mm2) Với các mạch từ ép từ các lá thép kỹ thuật điện , quan hệ tối ưu của các mạch của tiết diện lõi chữ nhật là a/b=1. Để tăng độ bền cơ khí cũng như thuận tiện cho viêc đặt vòng ngắn mạch trên lõi thép ta chọn tỷ số a/b=1,5 Ta có: Sl=a.b=1,5.b2 Suy ra b= 5,45 (mm) Vậy ta sẽ chọn b=6(mm) để đảm bảo chắc chắn diện tích lõi thép có thể sinh ra từ thông cần thiết của nam châm. a=1,5.b=1,5.6=9(mm) Chọn a=9 (mm) Diện tích của lõi thép là Sl=a.b=9.6=54 (mm2) Với nam châm diện xoay chiều ta chọn thép lá kỹ thuật điện có độ dày là 35 mm , do vậy số lá thép cần dùng để tạo ra lõi thép của nam châm điện là : n=9/0,35 = 26 (tấm) 4.2.Kích thước nam châm điện. a) Xác định sức từ động của cuộn dây nam châm điện. Kích thước của cuộn dây nam châm điện hoàn toàn phụ thuộc vào sứctừ từ động (IW)tđ của nam châm điện do cuộn dây sinh ra . Phần lớn sức từ động này tạo ra các từ từ áp ở khe hở không khí làm việc. Ngoài ra , trong nam châm điện xoay chiều còn có thêm sức từ động tổn hao từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép, tổn hao trong vòng ngắn mạch. Các tổn hao này làm tăng dòng điện trong cuộn dây nên sức từ động của cuộn dây cũng tăng. Người ta sử dụng trị số tổng khe hở làm việc tương đương ở trạng thái hút của phần ứng gồn các khe hở giả định ht , khe hở công nghệ cn , và khe hở chống dính cd đặc trưng cho từ áp rơi trên lõi thép, tổn hao từ trễ và dòng xoáy , và trong vòng ngắn mạch. Trong đó: cn = 0,03-0,1 (mm) Chọn cn = 0,1 mm ht =0,1 mm Vậy ta có: =2.0,1+0,1 = 0,3 (mm) Sức từ động của cuộn dây cần thiết cho nam châm điện tác động (IW)tđ có thể chia thành hai phần: (IW)tđ = (IW)h + (IW)nh -Xác đinh sức từ động của cuộn dây khi hút: (IW)h = Trong đó : Hệ số từ rò : =1,2 Hệ số từ tản: =1 (IW)h = ==172 (A.vòng) -Xác định sức từ động của cuộn dây khi nhả: (IW)nh = = =717 (A.vòng) Vậy sức từ động tổng của cuộn dây nam châm điện là: (IW)tđ = (IW)h + (IW)nh =171+717=888 (A.vòng) b) Kích thước cuộn dây. -Xác định tiết diện cuộn dây: Ta có công thức tính kích thước cuộn dây: Trong đó: KUmax =1,1 (Hệ số tăng áp) KUmin =0,85 (Hệ số sụt áp) J = 3 A/mm2 (Mật độ dòng điện) Kld = 0,5 (Hệ số lấp đầy cuộn dây) KI = (Bội số dòng điện) Thay số vào ta có: ==147,3 (mm2) -Xác định chiều cao và bề dày cuộn dây. Chọn hệ số hình dáng của cuộn dây: Khd = =2 Ta có: Scd=lcd.hcd ==147,3 (mm2) hcd==8,58 (mm) Ta chọn bề dày cuộn dây là hcd=9(mm) lcd=2.hcd =2.9 =18 (mm) c)Xác định kích thước nam châm điện. Trong đó: : Bề dày tấm cách điện ở hai đáy cuộn dây, chọn =1 (mm) : Bề dày lớp cách điện phía trong cuộn dây, chọn =0,5 (mm) : Bề dày lớp cách điện phía ngoài cuộn dây, chọn = 0,5 (mm) : Khoảng cách từ thân cuộn dây đến thân mạch từ đối diện chọn =2 (mm) Như vậy cửa sổ mạch từ có chiều rộng: C=hcd+++ = 9+0,5+0,5+2 =12 (mm) -Do mạch từ hình chữ U nên ta có thể lấy diện tích đáy bằng diện tích lõi thép: Sd = Sl =54 (mm2) -Diện tích nắp nam châm điện: Chiều rộng của nắp nam châm điện được chọn bằng chiều rộng của thân mạch từ , tức là : bn=9 (mm) Chiều cao của nắp nam châm điện được chọn là : hn=2 (mm) -Kích thước nam châm điện: +) Chiều dài nắp nam châm điện được lấy lớn hơn chiều dài mạch từ 5 (mm) để tiện lợi cho việc lắp ráp thanh truyền động . +) Chiều cao nam châm điện : H=+2.+lcd+lf Trong đó: Sd : Tiết diện đáy nam châm điện , Sd=40 (mm2) bd : Bề rộng đáy cực từ , bd=10 (mm) : Bề dày cách điện của 2 đáy cuộn dây, =1 (mm) lcd : chiều cao cuộn dây, lcd=16 (mm) lf : Khoảng cách phần ứng tới cách điện đầu cuộn dây khi nắp đóng, lf=2 (mm) Thay số vào ta được: H=54/9+2.1+16+2 =26 (mm) +) Chiều rộng nam châm điện: B=2.a+C +=2.6+12+0,5 = 24,5 (mm) +)Chiều cao của cửa sổ mạch từ. l=2.+lcd +lf=2.1+18+2 =22 (mm) 5. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện. 5.1.Vẽ sơ đồ thay thế Do mật độ từ cảm làm việc nhỏ nên mạch từ không bão hoà . Ta có thể bỏ qua từ trở sắt từ. Mặt khác nam châm điện hình chữ U , khe hở không khí làm việc nhỏ nên ta cũng bỏ qua khe hở không khí phụ , coi nam châm điện chỉ có một khe hở không khí. Trong đó: G : Từ dẫn ở khe hở không khí táo ra lực điện từ tác dụng lên nắp Gr : Từ dẫn rò , là phần từ thông không đi qua khe hở không khí làm việc mà nó khép kín qua các thân cực từ. Gt : Từ dẫn tản, là phần từ thông khép qua nắp nam châm điện nhưng không đi trong khe hở không khí làm việc.Do khe hở không khí nhỏ nên ta có thể bỏ qua phần từ thông tản. G∑ : Từ dân tổng tương đương của mạch từ G∑ = G+Gr 5.2Tính từ dẫn ở khe hở không khí. Sử dụng công thức kinh nghiệm trong bảng 1-3 (Khí cụ điện ) ta có công thức tính từ dẫn ở khe hở không khí của nam châm như sau: G= G = G = (H) Đạo hàm của từ dẫn ở khe hở không khí 5.3.Xác định từ dẫn rò. Từ dẫn rò của nam châm điện chủ yếu giữa các cực từ và ta có thể chia làm 3 phần như sau : -một hình trụ chữ nhật có kích thước l , c , e G1= -Hai hình nửa trụ đặc có đường kính c , chiều dài l G2= -Hai hình nửa trụ rỗng có đường kình trong c, đường kính ngoài (a+b+c) , chiều dài l G3= Trong đó: c: chiều rộng cửa sổ mạch từ, l: chiều cao mạch từ e: chiều rộng lõi thép a,b: chiều dài lõi thép làm việc và lõi thép phụ Như vậy ta có từ dẫn rò của nam châm điện: Gr = G1+2.G2+2.G3=+2. +2. Thay =4. ( ) l=22 (mm) a=b=9 (mm) e=6(mm) ta có: Gr=) Gr=43,2.10-9 (H) 5.4.Xác định từ dẫn tổng. Do khe hở không khí nhỏ nên ta có thể bỏ qua từ dẫn tản : G= G +Gr = +43,2.10-9 =(H) Vì Gr=const nên ta có: Xác định từ dẫn ở khe hở không khí tới hạn G===97,2.10-9 (H) =-43,2.10-6 5.5.Xác định suất từ dẫn rò. =1,96.10-6 (H/m) Từ dẫn rò qui đổi trong mạch từ xoay chiều được tính như sau: =14,4.10-9 (H) 5.6.Xác định từ thông và từ cảm. Từ thông ở khe hở không khí làm việc tới hạn được xác định như sau: =888.97,2.10-9 =0,86.10-4 (Wb) -Trị số từ thông trung bình do trị số thấp của điện áp nguồn sinh ra: =1,2.0,935.10-4 =0,95.10-4 (Wb) Trị số từ cảm tương ứng là: =1,7 T 5.7.Xác định thông số cuộn dây a)Xác định số vòng dây: W===3325 (vòng) Trong đó: KUmin : hệ số tụt áp, KUmin =0,85 Klr : hệ số tính tới sụt áp trên dây quấn, Klr=0,75 Udk: Điện áp cung cấp cho cuộn dây, Udk=110V =0,95.10-4 (Wb) b) Tiết diện dây quấn. Kld = 0,6 (Hệ số lấp đầy) lcd=18 (mm) hcd=9 (mm) W=3325 (vòng) Thay số vào ta có: (mm2) c) Đường kính dây quấn: Đường kính dây không kể đến cách điện: =0,13 (