Đồ án Thiết kế rơle trung gian điện từ xoay chiều

 

 

Lời nói đầu 1

Phần I : Chọn phương án thiết kế và tính toán cách điện 3

I. Giới thiệu chung về rơle 3

II.Phân tích chọn phương án 6

III. Khoảng cáh cách điện 10

Phần II : Tính toán mạch vòng dẫn điện. 12

I.Thanh dẫn 12

1.Chọn kết cấu tiếp điểm 19

2.Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn động 14

3.Thanh dẫn tĩnh 16

II.Tính toán vít đầu nối 17

III.Tính toán tiếp điểm 19

1. Chọn kết cấu tiếp điểm. 19

2. Chọn vật liệu tiếp điểm và các kích thước của tiếp điểm 19

3. Tính độ mở và độ lún của tiếp điểm 20

4. Lực ép tiếp điểm. 20

5. Tính điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 22

6.Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 23

7. Nhiệt độ vùng tiếp xúc của tiếp điểm 23

8. Tính dòng điện hàn dính 24

9. Tính độ rung của tiếp điểm 25

10.Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm 27

Phần III: Tính toán và dựng đường đặc tính cơ 28

I.Lập sơ đồ động 29

II.Tính toán lò xo và trọng lượng phần động 31

1.Tính trọng lượng phần động 31

2.Lò xo tiếp điểm 31

3.Tính lò xo nhả 33

III.Dựng đặc tính cơ 37

Phần IV: Tính toán nam châm điện xoay chiều 39

I.Khái niệm chung 39

II.Tính toán sơ bộ nam châm điện 40

1.Chọn dạng kết cấu 41

2.Chọn vật liệu của nam châm điện 41

3.Chọn cường độ từ cảm và hệ số từ rò , hệ số từ tản tại khe hở th = 4mm 42

4.Xác định kích thước chủ yếu và các thông số của nam châm điện 42

 II.Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 47

1.Sơ đồ đẳng trị 0 47

2. Tính từ dẫn rò Gr. 48

3.Xác định từ dẫn của khe hở không khí G. 49

4. Xác định từ thông và từ cảm. 51

5.Xác định thông số cuộn dây NCĐ. 52

6.Xác định từ thông ở khe hở làm việc khi có vòng ngắn mạch. 53

7.Tính toán vòng nhắn mạch. 53

8.Tính toán tổn hao trong lõi thép. 63

9.Tính toán dòng điện trong cuộn dây. 64

10.Tính toán nhiệt dây quấn 66

11.Tính và dựng đặc tính lực hút của NCĐ 68

12.Tính hệ số nhả của nam châm điện 71

13.Tính toán gần đúng thời gian tác động và thời gian nhả 71

Phần IV: Thiết kế kết cấu 75

I.Mạch vòng dẫn điện 75

1.Thanh dẫn 75

2.Đầu nối 75

3.Tiếp điểm 75

II.Nam châm điện 75

1.Mạch từ 76

2.Cuộn dây nam châm điện 76

3.Vòng ngắn mạch 77

III.Cơ cấu lò xo 77

 1.Lò xo tiếp điểm 77

 2.Lò xo nhả 77

IV.Ngoài các bộ phận chính đã chọn , rơle còn có các bộ phận khác nhau như 77

1.Vỏ 77

2.Thân đế 78

3.Giá đỡ tiếp điểm động 78

4.Cơ cấu truyền động ( cánh tay đòn ) 78

5.Giá đỡ mạch từ 78

Kết luận 79

Tài liệu tham khảo 80

 

 

 

 

doc83 trang | Chia sẻ: huong.duong | Lượt xem: 1645 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế rơle trung gian điện từ xoay chiều, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
(2 - 15)/51 tài liệu 1. Với Iđm = 5(A) ta chọn. - Đường kính tiếp điểm: d = 4(mm) - Chiều cao tiếp điểm: h = 1,2 (mm) h d Hình 6 Tiếp điểm động và tĩnh có dạng như nhau Vì tiếp điểm có dạng hình trụ cầu nên khi tiếp xúc có dạng tiếp xúc điểm . 3.Tính độ mở và độ lún của tiếp điểm a. Độ mở. Độ mở m của tiếp điểm là khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh ở vị trí ngắt của rơ le. Phải chọn độ mở cần thiết để đảm bảo dập tắt hồ quang nhưng kích thước và khối lượng của cơ cấu truyền động đạt được tiêu chuẩn tối ưu Theo kinh nghiệm: Với dòng điện : Iđm = 5 (A) Điện áp : Uđm = 220 (V) Ta chọn độ mở  : m = 4 (mm) b. Độ lún. Độ lún l của tiếp điểm là quãng được đi được thêm của tiếp điểm động nếu không có tiếp điểm tĩnh cản lại. Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép tiếp điểm mà trong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn, nhưng vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt. Độ lún l được tính theo công thức ( trang 42 tài liệu 1) : l = A + B . Iđm Ta chọn theo kinh nghiệm: A = 1,5 (mm) B = 0,02 (mm) đ l = 1,5 + 0,02 . 5 = 1,6 ( mm) 4. Lực ép tiếp điểm. a. Tính theo lý thuyết. Theo công thức (2 - 14) / 53 tài liệu 1 ta có : Ftđ1 = Trong đó : Iđm = 5(A) A = 2,32 . 10-8 (V2/0C2) : hằng số Loren HB =50 (kg/mm2): độ cứng vickét của bạc l = 4,16 (W/cm0C): hệ số dẫn nhiệt Ttd : nhiệt độ thanh dẫn nơi tiếp xúc Ttx = Ttd + DT: nhiệt độ nơi tiếp xúc Với DT = ( 5 á 10)0K Chọn DT = 70K Suy ra: Ttx = Ttd + 70K = (qtd + 273) + 70K = ( 42,4 + 273) + 7 = 322,40K Suy ra: Ftđ1 = = 0,0008 (kg) = 0,008 (N) Ta có : Ftđ = n.Ftđ1 Với : n = 1 là tiếp xúc điểm => Ftđ = Ftđ1 = 0,008 (N) b. Tính lực Ftd theo công thức thực nghiệm. Theo công thức (2 - 17)/56 Tài liệu 1. Ftđ = ftđ . Iđm Với rơle điện từ trung gian xoay chiều có dòng điện định mức: Iđm = 5(A) và vật liệu tiếp điểm là bạc kéo nguội nên theo bảng ( 2-17)/55 tài liệu 1 ta có: Ftđ = 35 (G )= 0,035 (KG )=0,35 (N) * So sánh hai kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm ta thấy lực ép tiếp điểm tính theo phương pháp thực nghiệm có giá trị lớn hơn .Để đảm bảo tiếp điểm có độ ổn định nhiệt khi có dòng điện lớn chạy qua và có dự trữ lực ta chọn : Ftđ = 0,35 (N) 5. Tính điện trở tiếp xúc Rtx a. Theo công thức lý thuyết: Rtx = Trong đó : HB = 50 (kg/ mm2) Ftđ1 = 0,035 (kg) rq = r20 [1+ a (qtx - 20)] Với : r20 =1,59.10-5 (Wmm) = 0,004 (1/0C) qtx = qtd + ( 2 á 5 ) = 42,4 + 3 = 45,4 0C => rq = 1,59 . 10-5. [1 + 4.10-3.(45,4 - 20)] = 1,75 .10-5 (Wmm) Suy ra: Rtx = = 0,6.10-3 (W) b. Theo công thức thực nghiệm: Theo công thức ( 2 – 25 )/ 59 tài liệu 1 Rtx = Trong đó: Ktx = 0,6 . 10-3, chọn theo bảng giữa bạc - bạc trang 59 tài liệu 1. m = 0,5: hệ số dạng bề mặt là tiếp xúc điểm. Ftđ = 0,35 (N) Suy ra: Rtx = = 3,2 . 10-3 (W) * So sánh giữa hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm ta lấy giá trị. Rtx = 3,2. 10-3 (W) 6. Tính điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm. Theo công thức (2 - 27)/62 tài liệu 1 Utx = I . Rtx= 5 . 3,2. 10-3 = 16.10-3 (V)= 16 (mV) * So sánh với tiêu chuẩn : [Utx] = 2 á 30 (mV) Ta thấy Utx tính được đã thoả mãn yêu cầu cho phép 7. Tính nhiệt độ vùng tiếp xúc của tiếp điểm. Dựa vào sự cân bằng nhiệt trong quá trình phát nóng thanh dẫn, ta tính nhiệt độ tiếp điểm theo công thức (2 - 11)/ 52 tài liệu 1 qtđ = qmt + Với: S = 2,5 (mm2): tiết diện của thanh dẫn p = 11 (mm ) : chu vi của thanh dẫn KT = 8. 10-6 (W/mm2 0C): hệ số toả nhiệt của tiếp điểm l = 0,416 (W/mm0C) : độ dẫn nhiệt Rtx = 3,2 . 10-3 (W) qmt = 400C rq = 1,75.10-5 (Wmm) ( đã tính ở mục 5 ) Suy ra: qtđ = 40 + = 50,40C * Nhiệt độ tại chổ tiếp xúc Theo công thức ( 2 -12)/ 52 tài liệu 1 qtx = qtđ + = 54,80C * Ta thấy nhiệt độ ở chổ tiếp xúc nhỏ hơn nhiệt độ hoá mềm của vật liệu làm tiếp điểm : qtx < qhm = 180 0C nên tiếp điểm thoả mãn yêu cầu về nhiệt độ phát nóng ở chế độ làm việc dài hạn. 8. Tính dòng điện hàn dính. Khi dòng điện lớn hơn dòng định mức , tiếp điểm bị đẩy ra do lực điện động lớn , điện trở tiếp xúc tăng , tiếp điểm bị hàn dính do nhiệt độ tiếp xúc tăng. Có hai tiêu chuẩn đánh giá hàn dính : Lực cần thiết để tách các tiếp điểm bị hàn dính Trị số tới hạn của dòng điện bị hàn dính Ihdbđ là dòng điện tới hạn hàn dính, tại đó tiếp điểm không bị hàn dính nếu có cơ cấu ngắt có khả năng ngắt tiếp điểm * Tính dòng điện hàn dính a.Theo công thức lý thuyết ( 2 - 23) / 66 tài liệu 1 ta có: Ihdbđ = A . Trong đó : fnc = 2 á 4: Hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc trong quá trình phát nóng Chọn : fnc = 2 A: là hằng số với từng loại vật liệu tiếp điểm, được tính theo công thức ( 2 - 43) trang 66 tài liệu 1. A = Với = 0,015 .10-3 ( Wmm) qnc = 9610C Suy ra: A = = 1865,07 Suy ra: Ihdbđ = 1865,07 . = 493,45 (A) So với yêu cầu kỹ thuật . Inm = 10. Iđm = 10. 5 =50 (A) * Như vậy không thể hàn dính được tiếp điểm khi ngắn mạch. b. Tính theo công thức thực nghiệm ( 2 - 36)/67 tài liệu 1: Ihdbđ = Khd . (A) Trong đó: Ftđ = 0, 35(N) Khd = 950 á1900 (A/N1/2) : hệ số hàn dính theo tài liệu 2 trang 142 Chọn : Khd = 1000 (A/N1/2) Suy ra: Ihdbđ = 1000 . = 591,6 (A) * Như vậy với dòng điện ngắn mạch Inm =50 (A) không thể hàn dính tiếp điểm. 9. Tính độ rung tiếp điểm. Khi tiếp điểm đóng , thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây xảy ra hiện tượng rung của tiếp điểm. X Xm tm t Quá trình rung được đánh giá qua trị số biên độ rung Xm của khoảng đẩy lớn nhất đầu tiên và thời gian rung tm tương ứng với Xm. * Ta tính biên độ rung theo công thức (2 - 39)/72 tài liệu 1. Với tiếp điểm là hình trụ cầu. Xm1 = Trong đó: Ftđđ = ( 0,4 á 0,7) Ftđc = 0,7 . 0,035 = 0,025 (kg) Là lực ép tiếp điểm ban đầu tại thời điểm va đập. mđ = (KG.S2/m): khối lượng nắp Gđ = Mđ . Iđm ( KG) : trọng lượng phần động Mđ = 7.10-3 (KG/A): khối lượng đơn vị Iđm = 5(A) đ Gđ = 7 . 10-3 . 5 = 35.10-3 (KG) Vậy: mđ = (KG.S2/m) Vđo : Vận tốc tại thời điểm va đập Chọn: Vđo = 0,1 (m/s) KV = 0,85 á 0,9 : hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu Chọn KV = 0,85 Vì số tiếp điểm thường mở của rơle là 5 nên ta có biên độ rung là : Xmồ = = 0,021.10-3 (m) =0,021(mm) Thời gian rung của tiếp điểm theo công thức (2-40)/72 tài liệu 1 tm = = = 2,17.10-3 (s) = 2,17 (ms) Thời gian cả 5 cặp tiếp điểm rung, sơ bộ được xác định theo công thức (2 - 47)/74 tài liệu 1. tmồ = ( 1,5 á 1,8) . 2 tm = 1,6 . 2 . 2,17 = 6,94 (ms) 10. Tính toán sự ăn mòn của tiếp điểm. Sự ăn mòn của tiếp điểm xảy ra trong quá trình đóng ngắt mạch điện và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. + Điều kiện làm việc + Kết cấu của khí cụ điện *Khối lượng mòn trung bình của một cặp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt được tính theo công thức ( 2-54)/79 tài liệu 1 gđ + gng = 10-9 .( Kđ.Iđ2 + Kng.Ing2).Kkđ Trong đó: Kđ, Kng: Hệ số mòn khi đóng và khi ngắt cho trong hình (2 - 16)/79 tài liệu 1. Kđ = 0,35 (g/A2) Kng= 0,15 (g/A2) Kkđ = 1,1á 2,5 : hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn. Chọn : Kkđ = 1,5 Iđ = Iđm = 5 (A) Ing =5Iđm =25 (A) gđ, gng: khối lượng tiếp điểm bị ăn mòn trong khi đóng và ngắt. Suy ra: gđ + gng = 10-9 ( 0,35 . 52 + 0,15. 252). 1,5 = 1,54. 10-7 (g) Như vậy khối lượng mòn của một lần đóng ngắt là: 1,54 . 10-7 (g) Vậy sau 106 lần đóng ngắt thì tiếp điểm mòn: mhm =1,54. 10-7 .106 = 0,154 (g) - Thể tích của tiếp điểm: Vtđ = 2.Stđ . h = 2. = 2. = 30,14 (mm3) - Thể tích bị mòn của tiếp điểm: Vmòn = = 14,67 (mm3) Với : g = 10,5 g/cm3= 0,0105 (g/mm3):trọng lượng riêng của bạc kéo nguội mhm = 0,154 (g): khối lượng hao mòn của tiếp điểm. - Độ hao mòn của tiếp điểm được tính theo % = 48,67% PHầN III : TíNH TOáN Và DựNG Đường đặc tính cơ Khi nghiên cứu chuyển động của các cơ cấu khí cụ điện, cần phải khảo sát hai quá trình khác biệt nhau là quá trình đóng và quá trình cắt của chúng. Trong quá trình đóng khí cụ điện, lực chuyển động phải thắng được lực cản trở chuyển động, trong đó có cả lực cản có ích (lực ép tiếp điểm ). Yêu cầu cơ bản của cơ cấu khí cụ điện là : + Cơ cấu phải đảm bảo trị số cần thiết của các thông số động lực học của cơ cấu chấp hành ( hành trình, góc quay, độ lún, độ mở) + Lực chuyển động của các cơ cấu đảm bảo việc đóng cắt của cơ cấu chấp hành + Tốc độ của cơ cấu chấp hành cần đảm bảo, nghĩa là khi đóng mạch thì tốc độ chuyển động của tiếp điểm phải đủ lớn để giảm nhỏ thời gian cháy của hồ quang . Nhưng tốc độ này cũng không được quá lớn tránh va đập và rung động. + Cơ cấu cần đảm bảo thời gian tác động của khí cụ điện ở các mức cần thiết. I. Lập sơ đồ động. Công dụng của sơ đồ động là cho ta biết sơ bộ một cách rõ ràng và chính xác về sự truyền và biến đổi chuyển động của các khâu trong cơ cấu. Sơ đồ động được xây dựng cho các vị trí đặc trưng nhất của chu trình chuyển động. Đó là hai vị trí đóng và vị trí ngắt. Các số liệu đặc trưng của sơ đồ động : + Độ lớn hành trình hoặc góc quay của các khâu chủ động và bị động. + Chiều dài các tay đòn, tỉ số truyền. + Đặt và định hướng các véctơ lực hay mômen lực. Ta phân tích lực của sơ đồ động ở hai trạng thái : d = 0 và d ạ 0 hay d = m+1 *Khi khe hở không khí d ạ 0 (d = m+1) Hình 3.1 * Khi khe hở d = 0, trạng thái nam châm hút nắp Sơ đồ động cho ta biết sự truyền động và biến đổi khớp, các khâu cơ cấu. Ftdc + F lxnc F dt + Gd l dt llx Hình 3.2 Với : Flxnc : Lực ép lò xo nhả cuối. Flxnđ : Lực ép lò xo nhả đầu. (Khi thiết kế kết cấu chọn chiều dài ld=llx) Ftđc : Lực tiếp điểm cuối thường mở. Ftđ : Lực tiếp điểm đầu thường đóng. Fđt : Lực điện từ . Gđ : Trọng lượng nắp. ->Do đó các lực tính toán sau khi quy đổi về điểm tính toán tại khe hở không khí bằng với giá trị thực của nó. II. Tính toán lò xo và trọng lượng phần động. 1. Tính trọng lượng phần động. Theo phần II. III.8 ta có: Gđ = Mđ . Iđm = 7. 10-3. 5 = 35. 10-3 (KG) = 0,35 (N). 2. Lò xo tiếp điểm : a.Chọn kết cấu và vật liệu : Lò xo tiếp điểm cũng chính là thanh dẫn động của rơle nên ta chọn vật liệu làm lò xo là đồng phốt pho băng cứng, lò xo có dạng tấm phẳng. Loại lò xo này có điện trở suất nhỏ, dẫn điện và tản nhiệt tốt, độ bền cơ cao và dễ gia công. Các thông số kỹ thuật của đồng phốt pho: K‏‎ý hiệu: Độ bền giới hạn khi kéo: sk = 550N/mm2. Giới hạn đàn hồi: sd = 320 N/mm2. Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: su = 190 N/mm2. Modul đàn hồi: E = 110. 103N/mm2. Modul trượt: Et = 42 . 103 N/mm2. Điện trở suất: r20 = 0,0184 . 10-3 Wmm. b. Tính toán. * Với rơle này có 5 lò xo tiếp điểm thường đóng và 5 lò xo tiếp điểm thường mở ( tiếp điểm kiểu bắc cầu ) nên ta có : - Lực ép tiếp điểm cuối thường mở của lò xo (sau khi nắp bị hút). Ftđc = 5.2Ftđc =10. 0,35 = 3,5 (N) Với Ftđc = Ftđ1 = 0,35 (N) (đã tính ở II.III.4.b) Lực ép tiếp điểm đầu thường mở của lò xo (khi nắp ở trạng thái mở) Ftđđ = 0; do lò xo tiếp điểm ban đầu không bị uốn cong bởi một lực ép khác. - Lực ép tiếp điểm đầu thường đóng của lò xo Ftđđ = 5.2.Ftđc = 10.0,35 = 3,5 (N) Lực ép tiếp điểm cuối thường đóng của lò xo Ftđđ = 0; do lúc này lò xo tiếp điểm không bị uốn cong bởi một lực ép khác. *Xác định kích thước của lò xo. b ltd a Lò xo tiếp điểm cũng chính là thanh dẫn động, tiếp điểm kiểu bắc cầu. Hình 3.3 Chiều dài của lò xo từ chỗ lắp chặt được tính theo công thức (4-20) trang 168, tài liệu 1 : = 113,2 (mm) Ta chọn : ltd = 54 (mm) Vậy chiều dài mỗi bên của lò xo là: ltb = = 27 (mm). Độ võng của lò xo được xác định theo công thức (4-21)/169 tài liệu 1. = 1,68 (mm). Vậy f ³ l = 1,6 là độ lún tiếp điểm nên chiều dài lò xo l = 27 (mm) là thích hợp. Độ cứng của lò xo là lực do lò xo gây ra ở độ võng khoảng 1mm. j = = 0,21 (N/mm). * Tính toán kiểm tra lại: Theo công thức (4-25)/169 tài liệu 1. su = Với: M = = 0,133 (mm3) : là mô men chống uốn. So sánh giữa su tính toán và [su]cp cho phép ta thấy : su < [su]cp = 190 (N/mm2). Vậy lò xo tiếp điểm đã thiết kế làm việc bình thường. 3. Tính lò xo nhả : a. Chọn vật liệu : Ta chọn vật liệu làm lò xo nhả là thép Cácbon có độ bền cơ cao. Lò xo kiểu hình xoắn trụ, chịu nén tốt, có các thông số sau: Ký hiệu : I(B) Độ bền kéo giới hạn : sk = 2650(N/mm2) . Giới hạn mỏi cho phép khi uốn : su = 930 (N/mm2). Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn : sx = 580 (N/mm2). Modul đàn hồi : E = 200. 103 (N/mm2). Mudul trượt : Et = 80. 103 (N/mm2). Điện trở suất : r = (0,19 á 0,22) . 10-6 (Wm). b. Tính toán *Theo kết cấu của rơle ta tính lực lò xo nhả theo công thức: Fnhđ = Kdt (Ftđc + Gđ + Fms). Với Kđt = 1,2: hệ số dự trữ. Ftđc = 3,5 (N) . Gđ = 0,35 (N). Fms = 0. Suy ra: Fnhđ = 1,2.(3,5 + 0,35) = 4,62 (N). * Theo kinh nghiệm: Fnhc = (1,5 á 2) Fnhđ. = 1,7 . 4,62 = 7,85 (N). F(N) Flxc Flxd l lo lv Fmax Fmin *Sơ đồ trạng thái của lò xo làm việc chịu nén(H3.4) - Đường kính d của dây thép quấn lò xo theo công thức (4-31)/173 tài liệu 1. Trong đó : K = 1,14 : hệ số xét tới độ cong của lò xo. C : Chỉ số của lò xo. C = (4 á 10). Chọn ị Chọn : d = 0,7 (mm) Suy ra: D = C.d = 10 . 0,7 = 7 mm. - Số vòng dây của lò xo được xác định theo công thức (4-32) trang 173, tài liệu 1. Trong đó : Et = 80.103 (N/mm2) : Môđun trượt. f' = m + l = 4 + 1,6 = 5,6 mm : Khoảng lún của lò xo. d = 0,7 (mm) C = 10. F = Fmax – Fmin = 7,85 – 4,62 = 3,23 (N) Suy ra: = 12,14 (vòng). Lấy : W = 12 (vòng) - Số vòng toàn bộ của lò xo : W0 = W + 1 = 13 (vòng). - Bước chịu nén của lò xo. Theo (4-33) trang 173, tài liệu 1 : - Bước chịu kéo của lò xo. tk = d = 0,7 (mm) - Chiều dài tự do của lò xo. Theo (4-34) tài liệu 1. l0 = W0. tn + 1,5d = 13 . 1,13 + 1,5 . 0,7 = 15,74(mm). Kiểm nghiệm : Ta có : Ta thấy tỉ số :=2,25 < 3 nên không cần phải lồng lõi hay đặt lò xo trong ống để tránh bị oằn. - Chuyển vị lớn nhất của lò xo kể từ khi chưa chịu tải tới khi chịu tải lớn nhất : Theo (19-3) tài liệu 3 ta có : - Bước lò xo khi chưa chịu tải theo công thức : - Độ cứng của lò xo j là lực do lò xo sinh ra khi bị kéo hoặc nén 1 khoảng 1 (mm) : = 0,54 (N/mm). * Tính toán kiểm tra lại : - Tính trị số ứng suất xoắn của lò xo khi có lực theo công thức ( 4-28) tài liệu 1. Ta xét thấy sx < [sx]cp = 580 N/mm2. Vậy lò xo có thể làm việc tốt. - Kiểm nghiệm chuyển vị đàn hồi Vậy lò xo đảm bảo độ lún của tiếp điểm. III. Dựng đặc tính cơ : Do rơle này với nam châm điện kiểu hút chập vì thế điểm đặt của lực điện từ khác điểm đặt của các phản lực cho nên ta phải qui đổi các phản lực về điểm đặt của Fđt. Theo công thức (4-1)/148 tài liệu 1. Fqđ = F . Kqđ. Trong đó: Kqđ = Theo kết cấu ta chọn thì : llx = lđt. ị Kqđ = 1 ị Fqđ = F. Vậy ta có các bước qui đổi: *Lực ép tiếp điểm: Ftđđ = - 3,5 (N) Ftđc = 0 (N) Ftđc = 3,5 (N) Ftđđ = 0 (N) * Lực lò xo nhả. Fnhđ = 4,62 (N) Fnhc = 7,85(N). *Trọng lượng phần động. Gđ = 0,35 (N) * Khe hở không khí làm việc của nam châm điện dmax = l + m = 1,6 + 4 = 5,6 (mm). Đặc Tính Cơ 11,7 7,85 3,5 4,62 1,47 1,6 5.6 4 0,35 F(N) d (mm) - 3,5 m l l m 5,89 0 Phần IV: Tính toán nam châm điện xoay chiều I. Khái niệm chung. Nam châm điện sử dụng đặc biệt chủ yếu trong cơ cấu điện từ, là bộ phận sinh ra lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến, chuyển động quay hữu hạn của cơ cấu chấp hành, hoặc sinh ra các lực hãmCác quá trình xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp. Vì vậy cho tới nay việc tính toán nam châm điện thường được dựa theo các công thức đơn giản , gần đúng rồi kiểm nghiệm lại theo các công thức lý thuyết dẫn tới bài toán tối ưu. Hiện nay với việc phát triển công nghệ máy tính, người ta đã lập được các phương trình tính nam châm điện bằng phương pháp phân tử hữu hạn nhanh. Trong rơle, nam châm điện là bộ phận chủ yếu là cơ quan sinh lực để thực hiện chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm. * Nguyên lý hoạt động của nam châm điện: khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra lực điện từ Fđt hút nắp (phần ứng) về phía thân mạch từ, khi ngắt dòng điện thì lực điện từ sẽ không còn, đồng thời nắp sẽ tách ra khỏi thân nhờ lực lò xo nhả Fnhả sinh ra. Đặc điểm của nam châm điện. - Nam châm điện kiểu kín, chịu rung và va đập - Làm việc ở chế độ dài hạn và ngắn hạn - Đặc tính phản lực cơ đã biết ở phần III - Nguồn điện áp xoay chiều: Uđm = 220 (V) - Có công suất: S = const - Nhiệt độ đối với rơle: qmt = 400C II. Tính chọn sơ bộ nam châm điện. hc hn a1 a2 C B H 1. Chọn dạng kết cấu. Hình 4.1 Nam châm điện có rất 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 lực hút điện từ Fđt và công nghệ chế tạo. Cuộn dây đặt trên mạch từ. Vòng ngắn mạch đặt phía cực từ có cuộn dây. Nếu căn cứ vào hệ số kết cấu để chọn dạng kết cấu tối ưu, theo công thức (5 - 2)/188 tài liệu 1. Kkc = (N0,5/m) Trong đó: Fđt: lực hút điện từ d: Khe hở không khí tại điểm tới hạn. * Xét trên đường đặc tính phản lực ta xác định ở phần III thấy rằng. Rơle làm việc khi: - Khi hút: Fđt > Fcơ - Khi nhả: Fđt < Fcơ Ta có lực điện từ tại điểm tới hạn. Fđtth = Kdt . Fcơ th Với: Fđt = 1,2: hệ số dự trữ Fcơ th = 5,89 (N) Suy ra: Fđtth = 1,2 . 5,89 = 7,068 (N) = 0,7068 (KG) dth = 4.10-3m = 0,4 (cm) Suy ra: Kkc = = 2,97 (KG0,5/cm) * Với giá trị tìm được của Kkc, ta tham khảo bảng (5 - 2) tài liệu 1 ta thấy: Kkc ẻ (1,9 á 190) (KG0,5/cm) Vậy dạng kết cấu của nam chân điện chọn là thích hợp. 2. Chọn vật liệu của nam châm điện. Mạch từ của nam chân điện xoay chiều được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện silic cho trong bảng (5 - 3)/ 192 tài liệu 1, có các thông số kỹ thuật sau: Kí hiệu : ' 31 Độ dày lá thép : D = 0,5 (mm) Lực từ phản kháng : HC = 0,32 á 0,4(A/cm) Từ cảm bão hoà : Bd = 2T Độ từ thẩm : m = 250 Độ từ cảm cực đại : mmax = (6 á 7) . 1000 Từ cảm lõi thép : Bmax = (0,8 á 1,2) T Khối lượng riêng : g = 7,65 (g/cm3) Điện trở suất : r = (140 á 60).10-8 ( Wm) 3. Chọn cường độ từ cảm và hệ số từ rò, hệ số từ tản tại khe hở dth = 4 (mm) a. Chọn độ từ cảm. Bmax = (0,8 á 1,2) T; Chọn Bmax = 1,05T Bdth = (0,4 á 0,6)T ; Chọn Bdth = 0,5T b. Hệ số từ rò: Khi ở trạng thái phần ứng hở, hệ số từ rò drò phụ thuộc rất lớn vào khe hở không khí làm việc sr = 1,1 á 1,8 Chọn : sr = 1,5 c. Chọn hệ số từ tản. Dựa trên kết cấu của nam chân điện, hệ số từ tản trong khoảng: st = (1 á 1,8) Chọn : st = 1,3 4. Xác định kích thước chủ yếu và các thông số của nam châm điện. a. Xác định tiết diện lõi thép. Nam châm điện hình chữ U nên S1 = S1= S : là tiết diện lõi thép Lực từ chỉ tác động phía bên cực từ dây quấn do đó: Fđtth = Fđt = 7,068 (N) Theo công thức (5 - 8)/204 tài liệu 1 S = = 142.10-6 (m2) = 142 (mm2) Gọi kích thước các cạnh của lõi thép là a và b Với mạch từ ép từ các lá thép kỹ thuật điện ta có quan hệ tối ưu của các cạnh của tiết diện hình chữ nhật: = 1 Suy ra: S = a.b = a2 Vậy : a = = 11,92 (mm) Chọn : a = b =12 (mm) => S = a.b = 12.12 = 144 (mm2) *Vì trong quá trình lắp ráp các lá thép có độ dày D = 0,5 (mm) do đó ta phải kể đến hệ số ép chặt là: Kc = 0,93, nên bề dày của lõi theo công thức (5-12)/206 tài liệu 1 b' = = 13 (mm) * Nhưng do ở đầu cực từ có đặt vòng ngắn mạch cho nên: a' = a + D' vòng (với D' vòng = 2mm) = 12 + 2 = 14 (mm0 Vậy tiết diện thực của trụ lõi có đặt cuộn dây: S2 = a'. b' = 14 . 13 = 182 (mm2) b. Xác định kích thước của cuộn dây. Sức từ động tác động (IW)tđ gồm các sức từ động khi nắp hút và khi nắp nhả. (IW)tđ = (IW)h + (IW) nh - Tính (IW)h theo công thức (5 - 20)/210 tài liệu 1. (IW)h = Trong đó: m0 = 1,256 . 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm của không khí Bdth = 0,5T sr = 1,5 ồdh = 2dcn + dcd + dgđ Với: dcn = 0,03m: khe hở do công nghệ dcd = 0,1m: khe hở chống dính dgđ = 0,04m: Khe hở giả định Vậy: ồdh = 2 . 0,03 + 0,1 + 0,04 = 0,2 (mm) Suy ra: (IW)h = = 119 (Avòng) - Tính (IW)nh theo công thức (5 - 19)/209 tài liệu 1. (IW)nh = Với: ồdnh = dth + dph = 4 + 0,1 = 4,1 (mm) Suy ra: (IW)nh = (Avòng) Vậy : (IW)tđ = 119 + 1632 = 1751 (Avòng) * Kiểm tra lại bội số dòng điện. Ki = = 14,7 Vậy Ki đã nằm trong phạm vi cho phép là : Ki ẻ (4 á 15) * Xác định kích thước của cuộn dây nam châm điện. - Tiết diện dây của nam châm điện được xác định theo công thức (5 - 14) 21 tài liệu 1. Scd = Trong đó: Kumax = 1,1 : hệ số tăng áp Kumin = 0,85: hệ số tụt áp Kqđ = 1 : hệ số quá tải của dòng dài hạn. Klđ = (0,3 á 0,7); chọn Klđ = 0,4 j = (2 á 4) (A/mm2); chọn J = 2,5 (A/mm2) Suy ra: Scd = = 192,7 (mm2) Từ Scd ta xác định được chiều cao cuộn dây và bề dày trên cơ sở thực nghiệm của NCĐ xoay chiều chọn sơ bộ tỷ số. = 2 á 4 ; chọn = 3 đ hcd = 3 . lcd Scd = lcd . hcd = 3 . Suy ra: lcd = = 8 (mm) đ hcd = 3 . 8 = 24 (mm) * Xác định kích thước của nam châm điện. D3 hcs a2 C B H D5 D4 hcd D6 lcd a1 D2 D1 Hình 4.2 Trong đó: D1 = 0,5 (mm) : Khe hở lắp ráp . D2 = ( 0,5 á1) mm Chọn: D2 = 0,5 (mm) : Bề dày lớp cách điện phía trong. D3 = (0,5 á 1) mm Chọn: D3 = 0,5 (mm) : Bề dày lớp cách điện phía ngoài. D4 = (2 á 5) mm Chọn: D4 = 5 (mm) : Khoảng cách giữa cuộn dây đến thân của mạch từ. D5 = (1 á 2) mm Chọn: D5 = 2 (mm) : Bề dày khung dây. D6 = 5 (mm) : Khoảng cách từ phần ứng tới cách điện đầu cuộn dây khi nắp đóng. - Bề rộng của cửa sổ mạch từ: C = lcd + D1 + D2 + D3 + D4 = 8 + 0,5 + 0,5 +5 + 0,5 = 16,5 (mm) - Chiều cao của cửa sổ mạch từ: hcs = 2 D5+ hcd + D6 = 2.2 + 24 + 5 = 33 (mm) - Chiều rộng của nam châm điện. B = a1 + a2 + C = 12 + 14 + 16,5 = 42,5 (mm) - Tiết diện nắp nam châm điện. Sn = 0,8.Sl = 0,8.182 = 146 (mm2) - Bề dày của nắp lấy bằng bề dày cực từ: bn = bl = b’ = 13 (mm) - Chiều cao của nắp . hn = *Ta lấy : hn = 11 (mm) - Tiết diện đáy của nam châm điện Sđáy = S1 = a1.b’ = 12 . 13 = 156 (mm2) - Chiều cao của NCĐ. H = a1 + hcs = 12 + 33 = 45 (mm) III. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện. 1. Sơ đồ đẳng trị với d ạ 0 Khi nắp mở, có thể bỏ qua từ trở và từ kháng của mạch từ nhưng phải xét đến từ thông rò cho nên mạch từ có sơ đồ đẳng trị sau:( hình 4.3 ) Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây của NCĐ thì sẽ có các loại từ thông chạy trong mạch từ như sau: - fd: là từ thông chính qua khe hở d làm việc tạo ra lực hút điện từ Fđt tác động lên nắp. + ft: là từ thông tản, đi bao quanh bề ngoài từ thông chính fd + fr: Là từ thông rò không đi qua khe hở d mà chỉ khép kín trong không gian giữa lõi và thân mạch từ. IW Gr Gt Gc fc ft fr f0 IW Gr Gd fd fr f0 IW Gồ f0 Hình 4.3 2. Tính từ dẫn rò: Gr NCĐ có dạng hình chữ U nên từ dẫn rò được biểu diễn theo điểm 5 bảng ( 5 - 6) tài liệu 1: a2 CC lr G9 a1 G7 G1 Hình 4.4 Trong đó: G1: từ dẫn rò của hình trụ chữ nhật G7: từ dẫn rò của 1/2 hình trụ đặc G9: từ dẫn rò của 1/2 hình trụ rỗng Suy ra: Gr = G1 + 2 G7 + 2G9 Với: G1 = m0 . = 32,66.10-9 (H) G7 = m0 . 0,26lr = 1,256 . 10-6 . 0,26 . 33. 10-3 = 10,8 . 10-9 (H) G9 = m0. = 12,18 . 10-9 (H) Trong đó : lr = hcs = 33 (mm) = 33.10-3 (m) m0 = 4p.10-7 = 1,256 .10-6 (H/m) : là độ từ thẩm của không khí Suy ra: Gr = 32,66.10-9 + 2.10,8.10-9 + 2. 12,18.10-9 = 78,62 . 10-9 (H) * Xác định suất từ dẫn rò : g - Suất từ dẫn rò trên 1 đơn vị chiều dài theo bảng ( 5 - 6)/228 tài liệu 1 ta có : g = = 2,38. 10-6 (H/m) - Từ dẫn rò qui đổi trong mạch từ xoay chiều. Gtqđ = g. = 26,2. 10-9 (H) 3. Xác định từ dẫn của khe hở không khí Gd R0 a D' b Hình 4.5 Theo bảng (5 - 5)/226 tài liệu 1, ta chọn phương pháp để tính từ dẫn bằng công thức thực nghiệm. Gd = m0 [. X2 + 0,58 (a2+ b’)] Với: X2 = r2 = R0 = B - = 44 - = 37 (mm) = 0,037 (m) D' = 0,2 (mm) = 0,2.10-3 (m) : là khe hở khi nắp từ ở trạng thái hút. * d1 = 0,2 (mm) đ r21 = = 2,54 đ X21 = = 1,057 đ Gd1 = 1,256 . 10-6. = 1228 . 10-9 (H) * Lấy đạo hàm từ dẫn Gd theo d. - Vậy ta có : = 6041.10-6 (H) * Hệ số từ rò . = 1,021 * Thay đổi giá trị khe hở d ta xác định được các thông số ( Gd , sr ) tương ứng trong bảng sau : d. 10-3 (m) 0,2 1,6 4 5,6 Gd . 10-9 (H) 1228 165 77,67 61,06 (H/m) 6041 90,8 14,5 7,4 sr 1,021 1,159 1,337 1,429 4. Xác định từ thông và từ cảm. Theo công thức ( 4 – 50 )/263 tài liệu 1. Fhtb = K . Trong đó: K = 0,25 : hệ số xét tới thứ nguyên của Fhtb fdth : từ thông tại khe hở tới hạn Fhtb = Fđtth = 7,068 (N) Gd = 77,62.10-9(H) 1/3 là thừa số đánh giá ảnh hưởng của Grqđ theo từ thông trung bình. = 0 ; vì Gr(d) = cost Suy ra: fdth = = = 1,3 . 10-4 (Wb) - Từ thông trung bình: ftb fdtb = srth . fdth = 1,337 . 1,3 . 10-4 = 1,74 . 10-4 (Wb) - Độ từ cảm tại điểm tới hạn: Bdth = = 0,7 (T) - Độ từ cảm trung bình: Bdtb = = 0,96 (T) 5. Xác định thông số cuộn dây nam châm điện. - Số vòng dây được xác định theo công thức. W = = 4357 (vòng) Với: Kỉr = 0,9 : hệ số tính đến sự tổn thất điện áp trên dây quấn. Kumin = 0,85 : hệ số sụt áp. f = 50 (Hz) Uđmcd = 220 (V) - Tiết diện dây quấn. q = Klđ . = 0,018 (mm2) - Đường kính dây quấn không kể cách điện: d = = 0,15 (mm) * Với đườn

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0295.DOC