Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha

o c«ng thøc: Trong ®ã: q0 : NhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh (q0 = 40 0C ). I®m : Dßng ®iÖn ®Þnh møc ( I®m = 65 A ). Rtx : §iÖn trë tiÕp xóc (Rtx = 0,4.10-3 ). r : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm. Tra b¶ng (2-13- TLTKKC) cã r = 3,5.10-9 W.m. S : TiÕt diÖn tiÕp ®iÓm : R : §iÖn trë tiÕp ®iÓm: Kt : HÖ sè to¶ nhiÖt bÒ mÆt cña thanh dÉn. Kt = 8 (W/ m2 ). l : HÖ sè dÉn nhiÖt. l = 3,25 (W/ m ). P : Chu vi tiÕp ®iÓm: P = P.d = 3,14.8.10-3 = 25,12.10-3 ( m ). Thay sè ta cã : X¸c ®Þnh dßng ®iÖn hµn dÝnh: Theo lý thuyÕt, ta cã thÓ x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hµn dÝnh theo 1 trong 2 c«ng thøc sau: §Ó ®¬n gi¶n ta sö dông c«ng thøc 2: Trong ®ã: fnc lµ hÖ sè nãng ch¶y, fnc = 2 ¸ 4 vµ cµng lín nÕu vËt liÖu cµng mÒm. Ta chän fnc = 4. A: H»ng sè øng víi t­ng lo¹i vËt liÖu (A/ N0,5): Trong ®ã: r0 : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu tiÕp ®iÓm ë 00C. a : HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë. a = 3,5.10-3[1/oC]. l : HÖ sè dÉn nhiÖt.l = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m). HB : §é cøng Brunmen ë 0 0C,HB = 50 kg/ mm2. qnc : NhiÖt ®é nãng ch¶y cña tiÕp ®iÓm.qnc = 3400 0C. Thay sè ta cã: VËy: Theo thùc nghiÖm : -Theo c«ng thøc Butloªvit, cã thÓ tÝnh ®­îc mét c¸ch s¬ bé dßng ®iÖn hµn dÝnh ban ®Çu cña tiÕp ®iÓm theo lùc Ðp tiÕp ®iÓm: tra b¶ng 2-19 TLTKKC ta ®­îc:Khd = 1000 (A/ kg). Thay sè ta cã: * So s¸nh dßng ®iÖn hµn dÝnh tiÕp ®iÓm theo lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ta thÊy dßng diÖn hµn dÝnh tiÕp ®iÓm theo lý thuyÕt lín h¬n thùc nghiÖm. VËy ta chän Ihdtd = 678 (A). * So s¸nh víi Inm: víi Inm = 10.Idm = 10.65 =650 ( A ), ta thÊy Inm < Ihdtd , vËy tiÕp ®iÓm kh«ng bÞ hµn dÝnh nagy c¶ khi bÞ ng¾n m¹ch. TÝnh biªn ®é vµ thêi gian rung: - Khi ®ãng tiÕp ®iÓm, thêi ®iÓm b¾t ®Çu tiÕp xóc cã xung lùc va ®Ëp c¬ khÝ gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh g©y nªn hiÖn t­îng rung tiÕp ®iÓm. TiÕp ®iÓm ®éng bÞ bËt trë l¹i víi mét biªn ®é nµo ®ã råi l¹i tiÕp tôc va ®Ëp. Qu¸ tr×nh tiÕp xóc råi l¹i t¸ch rêi gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh x¶y ra mét thêi gian mét thêi gian th× kÕt thóc, chuyÓn sang tr¹ng th¸i tiÕp xóc æn ®Þnh. - §å thÞ biÓu diÔn qu¸ tr×nh rung: Theo c«ng thøc trang 72_ TLTKKCHA,coong thuws tinys xm ,tm víi tiÕp ®iÓm cÇu lµ: Trong ®ã : -md: Khèi l­îng phµn ®éng. TÝnh md : Md=. Trong ®ã: -Gd=Idm.mc.Chän mc=9.4 ÞGd=9.4.65=611 [g.m/s2] Þmd=611/10=6.11 [g]. -vd:vËn tèc tiÕp ®iÓm khi va ch¹m,chän vd=0.1[m/s]. -Kv:HÖ sè va ch¹m(phô thuéc vµo vËt lieeuj tiÕp diÓm).Tra b¶n 72 víi vËt liÖu b¹c vµ hîp kim cã Kv=0.9. -Ft®®:Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu.Theo kinh nghiÖm Ft®®=0.5.Ft®c=0.5.4.6=2.3. Thay sè ta cã: Xm vµ tm ë trªn ®uîc tÝnh øng víi khèi l­îng phÇn ®éng cña mét tiÕp ®iÓm.V× c«ng t¾c t¬ cã ba tiÕp ®iÓmÞ: * Theo c«ng thøc (4-27_TLTKKCHA) tæng thêi gian rung lµ:tå=(1.5-1.8)2.tm.Chän tå=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].V× tå >0.3s lµ thêi gian rung dÓ cã thÓ bá qua ®é rung cña c«ng t¾c t¬,vËy dé rung la d¸ng kÓ,ta ph¶i dïng lß so ho·n xung dÓ gi¶m ®é rung nµy. ¨n mßn tiÕp ®iÓm. - Yªu c©u ®èi víi tiÕp ®iÓm sau sè lÇn ®ãng c¾t n nhÊt ®Þnh lµ: Vmßn/Vt® £70%. - Theo c«ng thøc cña Ku®¬nhÏp«p(TLTKKCHA-trang79) khèi l­îng bÞ ¨n mßn cña tiÕp ®iÓm bÞ ¨n mßn sau mét lÇn ®ãng c¾t lµ: Trong®ã : -Kk®:HÖ sè mßn kh«ng ®ång ®Òu.Theo TLTKKCHA-tr79 víi dßng xoay chiÒu Kk® =1.1-2.5,chän Kk® =1.3. -K®,Kng:HÖ sè mßn khi ®ãng c¾t.Tra b¶ng (2-21-TLTKKCHA) víi vËt liÖu b¹c dßng 65 (A) m«i tr­êng kh«ng khÝ ta cã: K®=Kng=0.001(g/A2). -I®:Dßng ®iÖn ®ãng,chä Id=10.I®m=650 (A). -Ing:Dßng ®iÖn ng¾t,chän Ing=I®m=65 (A). Thay sè ta cã: Tæng khèi l­îng kim lo¹i bÞ ¨n mßn sau 106 lkÇn ®ãng c¾t lµ: Gm=555.10-9.106=0.555(g). ThÓ tÝch ¨n mßn sau 106 lÇn ®ãng c¾t lµ: Thay sè ta cã : * VËy dé mßn tiÕp ®iÓm n»m trong vïng cho phÐp sau 106 lÇn ®ãng c¾t. 3.Thanh dÉn ®éng. H×nh d¹ng,kÕt cÊu ,vËt liÖu chÕ t¹o thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh hoµn toµn giãng nhau.ViÖc tÝnh to¸n,kiÓm nghiÖm thanh dÉn ®éng gièng víi viÖc tÝnh to¸n kiÓm nghiÖm thanh d·n tÜnh. Do kh«ng ph¶i chÞu va ®Ëp c¬ khÝ vµ kh«ng ph¶i nèi víi ®Çu nèi d©y nèi ra bªn ngoµi nh­ thanh dÉn tÜnh nªn thanh dÉn ®éng cã kÝch th­íc nhá h¬n thanh dÉn tÜnh. KÝch th­íc cña thanh dÉn ®éng : -ChiÌu réng vµ chiÒu cao thanh dÉn:a=7[mm],b=2[mm]. - ChiÒu cao vµ ®­êng kÝnh tiÕp ®iÓm :h=2[mm],d=7[mm]. III.TÝnh to¸n ®Çu nèi thanh dÉn tÜnh. 1.Chän kÕt cÊu ®Çu nèi. C¸c thanh dÉn tÜnh ®­îc nèi víi d©y nèi mÒm b»ng c¸c vÝt ®Çu nèi.§Ó ®¶m b¶o cho viÖc thay thÕ söa chòa ta chän ®µu nèi lµ mèi nèi cã thÓ th¸o rêi.Sè l­îng mèi nèi ë mçi pha lµ hai,h×nh d¹ng thanh dÉn nèi lµ h×nh ch÷ nhËt. CÊu t¹o ®Çu nèi : - VÝt ghÐp nèi: dïng ®Ó ghÐp nèi gi÷a thanh dÉn tÜnh vµ d©y nèi - §Öm lß xo vªnh, ph¼ng: cã t¸c dông t¹o lùc Ðp gi÷ ch¨t thanh dÉn tÜnh vµ d©y nèi 2.TÝnh to¸n ®Çu nèi. Tra b¶ng (2-9-TLTKKCHA) víi dßng I®m=65A ta chän ®­îc bu l«ng thÐp cã ®­êng kÝnh ren lµ 8mm,trô vµ lâi b»ng thÐp cã ®­êng kÝnh ren lµ 5mm.V× ë mçi pha cã hai chç ng¾t nªn ë ba pha ta ph¶i chän 6 bé bu l«ng nh­ trªn. a.DiÖn tÝch tiÕp xóc: Trong ®ã: - I®m : Dßng ®iÖn ®Þnh møc. - j : MËt ®é dßng ®iÖncho phÐp,chän j=0,31[A/mm2]. Thay sè ta cã: b.Lùc Ðp tiÕp xóc : Trong ®ã :-(Tra b¶ng 2-10 TLTKKCHA) Thay sè cã: c.§iÖn trë tiÕp xóc cña ®Çu nèi: Trong ®ã :-m=1 v× d© lµ tiÕp xóc mÆt. -Ktx:H»ng sè,tra b¶ng 59 víi vËt liÖu lµ ®ßng kÐo nguéi. Ktx=[0,09-0,14.10-3].Chän Ktx=0,14.10-3. Thay sè cã: d.§iÖn ¸p r¬i trªn chç tiÕp xóc: *Yªu cÇu cña ®iÖn ¸p r¬i trªn chç tiÕp xóc lµ:2-30 (mmV).VËy bul«ng ®· chän cã thÓ ®¸p øng ®­¬c yªu cÇu thiÕt kÕ. Ch­¬ng IV buång dËp hå quang I. Kh¸i niÖm vÒ hå quang ®iÖn. 1.Qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong chÊt khÝ: ë ®iÒu kiÖn b×nh th­êng, chÊt khÝ lµ m«i tr­êng c¸ch ®iÖn tèt. NÕu ®Æt lªn hai ®iÖn cùc trong m«i tr­êng kh«ng khÝ mét ®iÖn tr­êng cã c­êng ®é ®ñ lín th× ph¸ vì tÝnh c¸ch ®iÖn cña chÊt khÝ: nã trë nªn dÉn ®iÖn tèt, phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña chÊt khÝ, ¸p suÊt cña nã, nhiÖt ®é m«i tr­êng, vËt liÖu lµm ®iÖn cùc, ®é lín c­êng ®é ®iÖn tr­êng. Hå quang ®iÖn lµ hiÖn t­îng phãng ®iÖn trong chÊt khÝ víi mËt ®é dßng ®iÖn lín ( 102 ¸ 103 A/mm2 ), ®iÖn ¸p r¬i trªn cat«t bÐ ( 10 ¸ 12 V ), nhiÖt ®é hå quang cao ( 6000 ¸ 18000oK ) vµ kÌm theo hiÖu øng ¸nh s¸ng. Hå quang ®iÖn lµ qu¸ tr×nh ®iÖn vµ nhiÖt liªn quan mËt thiÕt víi nhau. Vïng cat«t kho¶ng c¸ch ng¾n ( cì 10-3 mm ) víi Uc cì 10 ¸ 20 V, nªn c­êng ®é ®iÖn tr­êng ë vïng nµy kh¸ lín 20.103 V/mm. Vïng an«t cã ®iÖn ¸p r¬i thÊp, cì 5 ¸ 20 V vµ chiÒu dµi cì 10-2 mm, v× vËy EA thÊp h¬n nhiÒu so víi EC . Vïng th©n hå quang cã c­êng ®é ®iÖn tr­êng Ehq gÇn nh­ kh«ng ®æi, cì tõ 1 ¸ 20 V/mm, phô thuéc vµo tÝnh dÉn nhiÖt, tèc ®é chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö khÝ, vËn tèc di chuyÓn cña hå quang. §iÖn ¸p r¬i trªn th©n hå quang phô thuéc vµo chiÒu dµi cña hå quang: Uhq = Ehq.lhq. Nguyªn nh©n ph¸t sinh vµ dËp t¾t hå quang lµ qu¸ tr×nh ion ho¸ vµ qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ trong vïng hå quang. Qu¸ tr×nh ion ho¸ x¶y ra d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng, nhiÖt ®é, ®iÖn tr­êng, va ®Ëp ... vµ cã c¸c d¹ng ion ho¸ sau: - Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ nhiÖt ®iÖn tö . - Qu¸ tr×nh tù ph¸t x¹ ®iÖn tö . - Qu¸ tr×nh ion ho¸ do va ch¹m . - Qu¸ tr×nh ion ho¸ do nhiÖt . Qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ lµ qu¸ tr×nh suy gi¶m sè l­îng ion trong vïng hå quang. Nguyªn nh©n chÝnh cña qu¸ tr×nh ph¶n i«n lµ t¸i hîp vµ khuyÕch t¸n. 2.Hå quang ®iÖn xoay chiÒu: ë hå quang ®iÖn xoay chiÒu, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p nguån biÕn thiªn tuÇn hoµn theo tÇn sè cña l­íi ®iÖn. V× hå quang lµ ®iÖn trë phi tuyÕn nªn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trïng pha nhau. Trong 1/4 chu k× ®Çu, ®iÖn ¸p hå quang t¨ng nhanh ®Õn trÞ sè ch¸y. Khi hå quang ch¸y, ®iÖn ¸p gi¶m dÇn. Dßng ®iÖn t¨ng tõ 0 ®Õn ®iÓm ch¸y, dßng ®iÖn ®¹t trÞ sè cùc ®¹i vµ ®iÖn ¸p hå quang hÇu nh­ kh«ng ®æi. ë 1/4 chu k× sau dßng ®iÖn gi¶m dÇn, ®Õn thêi ®iÓm t¾t, ®iÖn ¸p hå quang t¨ng, sau ®ã suy gi¶m vÒ 0 cïng víi dßng ®iÖn. NÕu hå quang æn ®Þnh th× qu¸ tr×nh nµy sÏ ®­îc lÆp l¹i ë nöa chu k× sau. T¹i thêi ®iÓm dßng ®iÖn ®i qua 0, hå quang kh«ng ®­îc cÊp n¨ng l­îng nªn qu¸ tr×nh ion ho¸ x¶y ra trong vïng ®iÖn cùc rÊt m¹nh vµ nÕu ®iÖn ¸p ®Æt lªn hai ®iÖn cùc bÐ h¬n trÞ sè ®iÖn ¸p ch¸y th× hå quang sÏ bÞ t¾t. Khi dßng ®iÖn gÇn trÞ sè 0, nã kh«ng cßn theo quy luËt h×nh sin liªn tôc n÷a, v× lóc nµy qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ rÊt m¹nh nªn ®iÖn trë hå quang rÊt lín, cã thÓ coi dßng ®iÖn b»ng 0. Kho¶ng thêi gian nµy cì micr« gi©y, phô thuéc vµo ®Æc tÝnh t¶i, dßng ®iÖn hå quang ...vµ gäi lµ thêi gian kh«ng dßng ®iÖn cña hå quang. Khi dßng ®iÖn ®i qua ®iÓm 0 , ë khu vùc hå quang ®ång thêi x¶y ra hai qu¸ tr×nh: qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn vµ qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p. Qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn ®Æc tr­ng b»ng qu¸ tr×nh ph¶n ion m·nh liÖt khi dßng ®iÖn ®i qua 0 vµ nã lµm cho hå quang mÊt dÇn tÝnh dÉn ®iÖn, t¨ng tÝnh c¸ch ®iÖn. §¹i l­îng ®Æc tr­ng cho møc ®é c¸ch ®iÖn gi÷a hai ®iÖn cùc lµ ®iÖn ¸p chäc thñng. Víi I = 0, ta cã Ucto vµ nã cã trÞ sè tõ 150 ¸ 250V ë m«i tr­êng kh«ng khÝ, hå quang ch¸y tù nhiªn. Qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p lµ qu¸ tr×nh thµnh lËp ®iÖn ¸p trªn hai cùc kÓ tõ khi hå quang t¾t cho tíi khi ®iÖn ¸p ®¹t trÞ sè ®iÖn ¸p nguån. Sau thêi ®iÓm dßng ®iÖn b»ng 0, nÕu trÞ sè cña ®iÖn ¸p phôc håi thÊp h¬n trÞ sè cña ®iÖn ¸p chäc thñng th× hå quang t¾t h¼n. VËy ®iÒu kiÖn ®Ó dËp t¾t hå quang ®iÖn xoay chiÒu lµ ®Æc tuyÕn cña qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn ph¶i n»m cao h¬n vµ kh«ng c¾t ®Æc tuyÕn cña qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p gi÷a hai tiÕp ®iÓm. II.Yªu cÇu ®èi víi buång dËp hå quang. - Thêi gian dËp t¾t hå quang rÊt ng¾n, gi¶m ¨n mßn tiÕp ®iÓm vµ thiÕt bÞ dËp hå quang. - §¶m b¶o ®­îc kh¶ n¨ng ®ãng, ng¾t, tøc lµ ®¶m b¶o gi¸ trÞ dßng ®iÖn ®ãng vµ ng¾t ë ®iÒu kiÖn cho tr­íc. - Qu¸ ®iÖn ¸p thÊp. - KÝch th­íc hÖ thèng dËp hå quang nhá, vïng khÝ ion ho¸ nhá. NÕu kh«ng nã cã thÓ t¹o ra chäc thñng c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c phÇn tö cña thiÕt bÞ . . vµ toµn bé khÝ cô. - H¹n chÕ ¸nh s¸ng vµ ©m thanh. III.Chän vËt liÖu lµm buång dËp hå quang. Yªu cÇu: - VËt liÖu lµm buång dËp hå quang ph¶i chÞu ®­îc nhiÖt ®é cao, c¸ch ®iÖn tèt vµ chèng Èm. §é nh¸m bÒ mÆt bªn trong thµnh buång dËp ph¶i gi¶m ®Õn møc thÊp nhÊt cã thÓ ®Ó hå quang chuyÓn ®éng víi vËn tèc lín vµo khe hÑp, kÐo dµi th©n hå quang, lµm cho hå quang tiÕp xóc ®ång ®Òu víi thµnh buång dËp ®Ó nhanh chãng lµm l¹nh hå quang. Nh÷ng d¹ng vËt liÖu c¬ b¶n ®Ó chÕ t¹o thµnh buång dËp hå quang: 1.VËt liÖu xi m¨ng-ami¨ng: ¦u ®iÓm: nhiÖt ®é nãng ch¶y cao: 1150oC, tÝnh c¸ch ®iÖn kh¸ cao: r = 1010 ¸ 1012 Wcm, ®é nh½n bÒ mÆt lín. Nh­îc ®iÓm: trong tr¹ng th¸i ©m, tÝnh c¸ch ®iÖn cña vËt liÖu bÞ gi¶m; d­íi t¸c dông nhiÖt cña hå quang nh÷ng khe hë nhá t¹o thµnh vÕt lµm t¨ng ®é nh¸m. 2.VËt liÖu Ðp chÞu hå quang: Chóng cã ­u ®iÓm : cã tÝnh chÞu nhiÖt, chÞu hå quang cao, c¸ch ®iÖn tèt, ®¹t ®­îc ®é nh½n bãng bÒ mÆt . 3.Gèm ( Silicat ): - ¦u ®iÓm: chÞu nhiÖt cao ( lín h¬n 1750oC ), ®iÖn trë suÊt cao, rÊt bÒn c¬ häc. - Nh­îc ®iÓm : bÒ mÆt kh«ng ®­îc nh½n, gia c«ng phøc t¹p . Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ®©y ta chän vËt liÖu lµm buång dËp hå quang lµ: vËt liÖu Ðp chÞu hå quang. IV.KÕt cÊu buång dËp hå quang. Chän kiÓu buång dËp hå quang lµ kiÓu dµn dËp. Dµn dËp lµm b»ng nh÷ng l¸ thÐp. KiÓu buång dËp hå quang nµy phï hîp víi dßng ®iÖn ng¾t I®m = 65A, ®iÖn ¸p U = 380V. Buång dËp hå quang kiÓu dµn dËp cã ­u ®iÓm cho ta kh¶ n¨ng rót ng¾n ®¸ng kÓ chiÒu dµi hå quang vµ dËp nã trong thÓ tÝch nhá, do ®ã ph¸t s¸ng Ýt vµ ©m thanh bÞ h¹n chÕ. Lç tho¸t khÝ TÊm s¾t tõ TiÕp ®iÓm ®éng TiÕp ®iÓm tÜnh Lß xo tiÕp ®iÓm Hép dËp hå quang Gi¸ tiÕp ®iÓm ®éng V.TÝnh to¸n vµ lùa chän. Chän lùa s¬ bé: Chän sè l­îng c¸c tÊm cho mét chç ng¾t: ntk = 3 BÒ dµy mét tÊm: Dt = 3 mm Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÊm: dt = 2 mm Gi¶ thiÕt lµ ta chän sè l­îng c¸c tÊm ë ®Æc tÝnh kh«ng dao ®éng cña ®iÖn ¸p phôc håi. §iÒu kiÖn x¶y ra qu¸ tr×nh kh«ng dao ®éng lµ: fo > . Trong ®ã: fo - tÇn sè riªng cña m¹ch ng¾t. L - ®iÖn c¶m m¹ch ng¾t. Ing - dßng ®iÖn ng¾t ®Þnh møc. Gi¶ sö hÖ thèng dïng ®Ó ®ãng ng¾t ®éng c¬ cã P®m = 20kW, ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña hÖ thèng lµ U®m = 380V vµ hÖ thèng kh«ng khÝ. Khi ®ã cã: fo = .( A + B. ). HÖ thèng kh«ng khÝ cã : A = 15000; B = 3000 fo = .( 15000 + 3000. ). = 43372Hz = 43,4 kHz f1 = = = (Hz) §iÖn c¶m cña m¹ch ng¾t ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: L = Trong ®ã : U®m - ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña hÖ thèng: 380V. Ing - dßng ®iÖn ng¾t ®Þnh møc: 65A. - tÇn sè gãc cña hÖ thèng. jo - gãc lÖch pha ban ®Çu cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. Chän cosjo = 0,8 ( t¶i ®iÖn c¶m th­êng gÆp ) L = = 11.10-3 Hz VËy: f1 = = = 13,6 kHz Cã : fo = 43,4 kHz > f1 = 13,6 kHz KÕt luËn: ta chän sè tÊm ntk = 3 lµ chÊp nhËn ®­îc. Cã thÓ lÊy thªm mét tÊm ®Ó dù tr÷ ® ntk = 4. ChiÒu dµi nhá nhÊt cña tÊm: lt ³ 1,73..td. td – thêi gian dËp hå quang: cã thÓ nhá b»ng 2 ¸ 3 nöa chu k× hoÆc lín h¬n ( nh­ng kh«ng lín h¬n 0,1 s ) Chän td = 0,03 s. lt ³ 1,73.22.0,03. = 0.84 cm. Ch­¬ng V tÝnh to¸n lß xo vµ dùng §Æc tÝnh c¬ I.Kh¸i niÖm chung. Lß xo lµ mét bé phËn cña CTT cã nhiÖm vô t¹o lùc Ðp lªn tiÕp ®iÓm ( ®èi víi lß xo tiÕp ®iÓm ), t¹o lùc ng¾t c¬ cÊu trong qu¸ tr×nh ng¾t cña c¬ cÊu ( ®èi v¬Ý lß xo nh¶ ). II.Yªu cÇu ®èi víi lß xo. Cã ®é ®µn håi phï hîp. Cã ®Æc tÝnh c¬ æn ®Þnh theo thêi gian. Cã ®é bÒn c¬. ChÞu ®­îc ¨n mßn cña ho¸ chÊt vµ m«i tr­êng. III.Chän kiÓu vµ vËt liÖu lß xo. Do yªu cÇu cÇn ®é lón lín nªn ta chän kiÓu lß xo xo¾n h×nh trô. Nã cã ­u ®iÓm lµ tuú theo kÝch th­íc cña chóng mµ lùc g©y ra tõ vµi gam ®Õn hµng tÊn. Do yªu cÇu thiÕt kÕ CTT dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn cã sè lÇn ®ãng ng¾t 300 lÇn/giê, cã tuæi thä vÒ c¬ lµ 105 lÇn, tuæi thä vÒ ®iÖn lµ 106 lÇn ®ãng ng¾t vµ cã lùc Ðp t­¬ng ®èi lín. V× vËy tra b¶ng 4-1, trang 166 – TKKC§HA: chän vËt liÖu lµm lß xo lµ thÐp c¸c bon GOTC9389-60 ®é bÒn trung b×nh, nh·n hiÖu II (P). C¸c th«ng sè cña nã: §é bÒn giíi h¹n khi kÐo : [ sk ] = 1300 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi uèn: [ su ] = 460 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n: [ sx ] = 280 N/mm2 Module ®µn håi : E = 200.103 N/mm2 Mudule chèng tr­ît: G = 80.103 N/mm2 §iÖn trë suÊt: r = 0,2 ¸ 0,3 .10-6 Wm L d D t IV.TÝnh to¸n lß xo nh¶. 1.C¸c th«ng sè ®o ®uîc. -Sè vßng= 16(vßng). -§­êng kÝnh trung b×nh :8.5(m.m). -§é cøng k = 0.67(N/mm). 2TÝnh to¸n. a.TÝnh ®uêng kÝnh d©y quÊn lß xo. Tõ c«ng thøc (4-35-TLTKKCHA) ta cã: Trong ®ã: -G:M«®un trèng tr­ît,G=80.103(kn/mm3). -d:§­êng kÝnh d©y quÊn [mm]. -D:§­¬ng kÝnh xo¾n trung b×nh cña lß xo[mm]. Þ Thay sè cã : §Ó thuËn lîi cho viÖc s¶n xuÊt ta chän d=1(mm). b.T×nh lùc nh¶ cuèi cña mçi lß xo. Tõ c«ng thøc (4-31-TLTKKCHA) ta cã: Trong ®ã: -F:Lùc nh¶ cuèi cña lß xo [N. -c:HÖ sè cña lß xo.c=D/d=8.5/1=8.5. -sx:Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n[N/mm2]. Thay sè cã: c.TÝnh ®é nÐn lß xo nh¶. Tõ c«ng thøc(4-32-TLTKKCHA): Trong ®ã: -f:§é nÐn cña lß xã: Þ d.ChiÒu dµi cña lß xo tÝnh c¶ vong dÖm chèng nghiªng ë hai ®Çu lµ: ln=W.tng+1,5.d. Trong ®ã :- tn=d +12,65/16=1,79 [mm]. Þln=16.1,79 + 1,5 =30,15 [mm]. e.KiÓm tra lß xo. TrÞ sè øng suÊt xo¾n khi cã lùc t¸c dông theo c«ng thøc (4-28-TLTKKCHA) lµ: Thay c¸c sè liÖu ®· tÝnh ë trªn ta cã: *Ta thÊy sx=278,57< [sx]=280(N/mm2).Vëy lß xo nh¶ tÝnh ®­îc phï hîp víi yªu cµu thiÕt kÕ. V.TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm lß xo t¹o lùc Ðp tiÕp ®iÓm. 1.C¸c th«ng sè ®o ®­îc. Sè vßng W=16 (vßng). §­êng kÝnh trung b×nh:8,5(mm). §é cøng k=0,67(N/mm). 2.TÝnh to¸n.. a.TÝnh ®uêng kÝnh d©y quÊn lß xo. Thay sè cã : b.T×nh Lùc nh¶ cuèi cña mçi lß xo. Tõ c«ng thøc (4-31-TLTKKCHA) ta cã: c.KiÓm tra lß xo. TrÞ sè øng suÊt xo¾n khi cã lùc t¸c dông theo c«ng thøc (4-28-TLTKKCHA) lµ: *Ta thÊy sx=278,23 < [sx] =280(N/mm2).Vëy lß xo nh¶ tÝnh ®­îc phï hîp víi yªu cµu thiÕt kÕ. VI. Lß xo tiÕp ®iÓm phô: Lùc Ðp cuèi cÇn thiÕt mµ lß xo tiÕp ®iÓm phô cÇn t¹o ra lµ: Ft®p = 2.Ft®pc = 2.0,5 = 1 N Víi Ft®pc – lùc Ðp cuèi lªn tiÕp ®iÓm phô. Gi¶ sö kho¶ng lón ban ®Çu cña lß xo lµ fp® = 1mm. Kho¶ng lón toµn phÇn cña lß xo lµ : f = fp® + flv = 1 + 1,5 = 2,5mm. Chän chØ sè lß xo: C = = 8 §­êng kÝnh cña d©y lµm lß xo: d = 1,6. = 1,6. §­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo: D = C.d = 9.0,29 = 2,6 mm Sè vßng cña lß xo: w = B­íc lß xo chÞu nÐn: tn = d + = ChiÒu dµi tù do cña lß xo: ln = w.tn + 1,5.d = 8.0,6 + 1,5.0,29 = 5,2 mm Kho¶ng lón thùc tÕ øng víi lùc ®· cho: øng suÊt xo¾n thùc tÕ cña lß xo: sxtt = *VËy kho¶ng lón thùc tÕ vµ øng suÊt xo¾n thùc tÕ sau khi kiÓm nghiÖm hoµn toµn phï hîp víi nh÷ng lùa chän ®Ó thiÕt kÕ lß xo. VII.Dùng ®Æc tÝnh c¬. XÐt tr­êng hîp: C«ng t¾c t¬ ®Æt ng­îc : F® F® G® + Fnh® * d = m + l G® + Fnhc F®t F® F® * d = 0 Lùc c¬ t¸c dông lªn phÇn ®éng bao gåm : Lùc Ðp cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më Lùc Ðp cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më Lùc Ðp cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng Lùc Ðp cña 2 lß xo nh¶ Träng lùc phÇn ®éng Lùc ma s¸t ( bá qua) Träng l­îng phÇn ®éng : G® = 6,1(N) Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng : Flxpc =4.Ft®pc = 4.0,5 = 2 N Lùc Ðp ban ®Çu cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng : Flxp® = 0,5.Flxpc = 0,5.2 = 1 N Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më : Flxpc = Flxpc = 2 N Lùc Ðp ®Çu cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më : Flxp® = Flxp® = 1 N Lùc Ðp cuèi cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më : FlxccS = 6.Ft®cc = 6.4,6 = 28 (N) Lùc Ðp cuèi cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më : Flxc®S = 0,9.Ft®cc = 0,9.28 =25 (N) Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo nh¶ : Flxnh cS = 2.Flxnhc = 2.12,87=26[N] Lùc ®Çu cña 2 lß xo nh¶ : Flxnh ®S = 2. Flxnh ® =2.12,87/2 = [13 N]. §å thÞ ®Æc tÝnh c¬: Chän hÖ trôc täa ®é dOF, gèc O; trôc hoµnh chØ ®é lín khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc d cña nam ch©m ®iÖn ( d = 0 khi n¾p nam ch©m ®iÖn ®ãng ); trôc tung chØ lùc c¬ t¸c dông ( chiÒu d­¬ng trïng chiÒu cña träng lùc ). KÝ hiÖu: l : ®é lón cña tiÕp ®iÓm chÝnh : 2,5 mm. m : ®é më cña tiÕp ®iÓm chÝnh : 4 mm. §å thÞ ®Æc tÝnh c¬ Ch­¬ng VI nam ch©m ®iÖn I. Kh¸i niÖm chung. Nam ch©m ®iÖn ®­îc sö dông ngµy cµng réng r·i mµ kh«ng mét lÜnh vùc kü thuËt nµo kh«ng sö dông nã. NhiÖm vô chñ yÕu cña nam ch©m ®iÖn lµ sinh lùc ®Ó thùc hiÖn c¸c chuyÓn dÞch tÞnh tiÕn hay chuyÓn ®éng quay hoÆc sinh lùc h·m... Trong mçi lÜnh vùc kÜ thuËt kh¸c nhau th× cã nh÷ng lo¹i nam ch©m kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng, kÕt cÊu vµ øng dông. C¸c qóa tr×nh vËt lý x¶y ra trong nam ch©m ®iÖn rÊt phøc t¹p, th­êng ®­îc m« t¶ b»ng c¸c ph­¬ng tr×nh vi ph©n, phi tuyÕn. V× vËy viÖc tÝnh to¸n nam ch©m ®iÖn th­êng ®­îc dùa theo c¸c c«ng thøc gÇn ®óng, ®¬n gi¶n sau ®ã míi kiÓm nghiÖm l¹i theo c«ng thøc lý thuyÕt, dÉn tíi bµi to¸n tèi ­u. §èi víi c«ng t¾c t¬, nam ch©m ®iÖn lµ c¬ cÊu sinh lùc ®Ó thùc hiÖn tÞnh tiÕn c¬ cÊu chÊp hµnh – cã g¾n hÖ thèng tiÕp ®iÓm. II. TÝnh to¸n kÝch th­íc nam ch©m ®iÖn. 1 C¸c sè liÖu ban ®Çu: ThiÕt kÕ nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu cã c¸c th«ng sè vµ yªu cÇu sau: Nam ch©m ®iÖn cã kh¶ n¨ng lµm viÖc trong m«i tr­êng Èm, nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr­êng lµ 40oC. Hµnh tr×nh cña c¬ cÊu lµ d = 6,5 mm vµ cã ®Æc tÝnh c¬ nh­ ®· tr×nh bµy tr­íc ®©y. Nam ch©m ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n, ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m = 220V, tÇn sè lµm viÖc f = 50Hz. Yªu cÇu nam ch©m ®iÖn ph¶i cã kÝch th­íc nhá gän. 2. Chän d¹ng kÕt cÊu: -TÝnh hÖ sè kÕt cÊu m¹ch tõ nam c©m ®iÖn Theo c«ng thøc 5-2, trang 188 – TKKC§HA, cã: Kkc = Trong ®ã: F®t - lùc hót ®iÖn tõ. d - khe hë kh«ng khÝ. C«ng t¾c t¬ muèn lµm viÖc ®­îc th× khi hót ph¶i cã F®t > Fc¬ vµ khi nh¶ ph¶i cã F®t < Fc¬. Tõ ®Æc tÝnh c¬ ta chän lùc tíi h¹n ®· tÝnh ®Õn dung sai vÒ lùc Fc¬ th øng víi khe hë lµm viÖc dth t­¬ng øng lµ thêi ®iÓm tiÕp ®iÓm ®éng b¾t ®Çu tiÕp xóc víi tiÕp ®iÓm tÜnh.VËy sth=2,5 (mm) Fc¬ th = 69 N dth = 2,5 mm VËy Kkc = Tõ b¶ng 5-2-TLTKKCDHA ,øng víi gi¸ trÞ Kkc=4699 ta chän kÕt cÊu nam ch©m ®iÖn kiÓu hót th¼ng d¹ng ch÷ E. 3.Chän vËt liÖu m¹ch tõ: Tra b¶ng 5-3, trang 192 – TKKC§HA, chän thÐp l¸ kü thuËt ®iÖn hîp kim t¨ng c­êng '31 (thÐp silic) . Lo¹i thÐp nµy cã lùc tõ ph¶n kh¸ng bÐ nªn tæn hao do tõ trÔ kh«ng ®¸ng kÓ . C¸c th«ng kü thuËt cña thÐp '31 : Lùc tõ ph¶n kh¸ng HC 0,35 A/cm Tõ c¶m d­ 0,8 ¸ 1,2 T Tõ c¶m b·o hoµ 2 T §é tõ thÈm 250 §é tõ thÈm cùc ®¹i 6.103 ¸ 7.103 §iÖn trë suÊt 40.10-8 ¸ 60.10 -8 W.m Khèi l­îng riªng 7,65 g/cm3 Thµnh phÇn cacbon 0,02% ¸ 0,03% Tæn hao tõ trÔ khi b·o hoµ 0,1 ¸ 0,15 m.J/cm3 Tõ c¶m lâi thÐp 0,6 T ChiÒu dµy l¸ thÐp 0,5 mm 4. Chän tõ c¶m, hÖ sè tõ rß, hÖ sè tõ t¶n: Chän khe hë tÝnh to¸n stt=2,5 mm, Ftt = 69 N. Chän tõ c¶m khe hë kh«ng khÝ khi n¾p m¹ch tõ hë: Bd = 0,5T. Chän tõ c¶m trong lâi thÐp khi n¾p m¹ch tõ hë: Bl = 0,5T. Chän hÖ sè tõ rß khi phÇn øng hót sr = 1. HÖ sè tõ rß khi phÇn øng hë th­êng trong kho¶ng 1,1 ¸ 4. Chän sr = 1,3 HÖ sè tõ t¶n th­êng trong kho¶ng 1 ¸ 1,8. Chän st = 1,2. a/2 b a 5.TÝnh tiÕt diÖn lâi m¹ch tõ: - Theo c«ng thøc 5-8, trang 202 - TKKC§HA, tæng diÖn tÝch lâi thÐp lµ: S lS = Trong ®ã: F®tt - lùc hót ®iÖn tõ tÝnh to¸n, F®tt = 69 N. Bl - tõ c¶m cña lâi thÐp khi phÇn øng hë. Þ S lS = - DiÖn tÝch lâi cùc tõ gi÷a : - DiÖn tÝch lâi cña 2 cùc tõ nh¸nh : - §èi víi cùc tõ gi÷a: Chän . ChiÒu dµi a vµ chiÒu réng b cña lâi cùc tõ gi÷a lµ : a = b = 0,9.a = 0,9.28 =25 (mm) - C¹nh thùc cña lâi thÐp : b' = Víi KC = 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt c¸c l¸ thÐp . - Sè l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn : (tÊm) . Trong ®ã D = 0,5 mm lµ chiÒu dµy mét l¸ thÐp . - KÝch th­íc cña hai cùc tõ m¹ch nh¸nh : a1 = a3 = a/2 = 14 (mm). b1= b3 = b = 25 (mm) . 6.TÝnh to¸n cuén d©y: KÝch thø¬c cña cuén d©y phô thuéc vµo søc tõ ®éng t¸c ®éng (IW)t® cña nam ch©m ®iÖn do cuén d©y sinh ra, nã t¹o ra tõ ¸p ë khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc SHd.d, r c¸c khe hë kh«ng khÝ kh«ng lµm viÖc ( khe hë phô ) SHph.dph vµ trong c¸c phÇn thÐp cña m¹ch tõ SHFe.lFe. Ngoµi ra cßn cã thªm søc tõ ®éng do tæn hao dßng xo¸y trong lâi thÐp vµ tõ trÔ, tæn hao trong vßng ng¾n m¹ch. a. Søc tõ ®éng cña cuén d©y: Søc tõ ®éng cña cuén d©y cÇn thiÕt cho nam ch©m ®iÖn t¸c ®éng (IW)t® cã thÓ chia thµnh hai thµnh phÇn: phÇn thay ®æi ë khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc khi phÇn øng hë (IW)Svµ phÇn kh«ng thay ®æi (IW)h. Theo c«ng thøc 5-18, trang 209 – TKKC§HA, cã: (IW)t® = (IW)S + (IW)h (A.vßng) Theo c«ng thøc 5-19, trang 209 – TKKC§HA, cã: (IW)S = mO = 4.p. 10 –7 = 1,25.10 -6 (H/m) Bl - tõ c¶m trong lâi thÐp øng víi khe hë kh«ng khÝ tíi h¹n. Sdnh - tæng khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc. §èi víi m¹ch tõ ch÷ E cã 3 khe hë lµm viÖc, tõ th«ng qua cùc tõ gi÷a ph©n lµm 2 m¹ch tõ, mçi m¹ch tõ cã 2 khe hë lµm viÖc nèi tiÕp nhau, kÝch th­íc cña 2 m¹ch tõ b»ng nhau vµ tæng cña chóng b»ng cùc tõ gi÷a: S1 + S3 = S2. Sdnh = 2.dnh = 2.2,5.10 -3 = 5.10 -3 (m) Þ (A.vßng) Theo c«ng thøc 5-20, trang 210 – TKKC§HA, cã: Víi sr : hÖ sè tõ rß khi phÇn øng hë, sr = 1,3. Sdh : khe hë kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i hót. Sdh = 2dcn + dcd + dht = 0,2 ¸ 0,7 mm ( theo thùc nghiÖm ). Víi dcn= 0,03 ¸ 0,1 mm : khe hë c«ng nghÖ, chän dcn = 0,05mm dcd = 0,1 ¸ 0,5 mm : khe hë chèng dÝnh , chän dcd = 0,3mm dht : khe hë gi¶ ®Þnh, chän dht = 0,1 mm Þ Sdh = 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm . (A.vßng) Þ (IW)t® = 1989+259=2248 (A.vßng) KiÓm tra l¹i, ta cã hÖ sè béi sè dßng ®iÖn : Þ tho¶ m·n yªu cÇu KI = 4 ¸ 15 D2 D1 hcd bcd b. KÝch th­íc cuén d©y: TiÕt diÖn cuén d©y ®­îc x¸c ®Þnh cho tr¹ng th¸i phÇn øng bÞ hót v× khi phÇn øng hë , dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y lín h¬n nhiÒu lÇn so víi khi phÇn øng bÞ hót vµ víi thêi gian rÊt ng¾n . V× vËy søc tõ ®éng (IW)t® ®­îc tÝnh ë tr¹ng th¸i hë cña phÇn øng cÇn ph¶i ®­a vÒ tr¹ng th¸i hót cña phÇn øng . Theo c«ng thøc 5-24, trang 211 – TKKC§HA, diÖn tÝch cuén d©y : Scd = Trong ®ã : - KUmax : hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån t¨ng ®Õn trÞ sè cho phÐp ( Umax = 1,1.U®m ) mµ nhiÖt ®é ph¸t nãng cña cuén d©y kh«ng v­ît qu¸ trÞ sè cho phÐp cña cÊp vËt liÖu ®· chän. KUmax = 1,1. - KUmin : hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån gi¶m ®Õn trÞ sè cho phÐp ( Umin = 0,85.U®m ) mµ ®Æc tÝnh lùc hót ®iÖn tõ vÉn n»m cao h¬n ®Æc tÝnh c¬. KUmin = 0,85 . - Kqt : hÖ sè qu¸ t¶i dßng ®iÖn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n. Kqt = 1. - j : mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n, th­êng j = 2 ¸ 4 A/mm2 . Chän j = 2,5 A/mm2 - Kl® : hÖ sè lÊp ®Çy cuén d©y, Kl® = 0,3 ¸ 0,6 . Chän Kl® = 0,5 . - KI : hÖ sè béi sè dßng ®iÖn. KI = 9. Þ Tõ diÖn tÝch cuén d©y, chän hÖ sè h×nh d¸ng Khd = . Ta cã chiÒu dµy vµ chiÒu cao cuén d©y lµ: hcd = 2,5.bcd = 2,5.10,35 = 26 (mm) 7. KÝch th­íc m¹ch tõ: b h® hn lf D4 D3 D1 D5 bcd a a/2 hl D A hcd D2 B E a = 28 mm ; b=25 mm Chän: D1 = 1,5 mm ChiÒu dµy khung quÊn d©y. D2 = 0,5 mm GiÊy c¸ch ®iÖn phÝa trong d©y quÊn. D3 = 0,5 mm B¨ng dÝnh c¸ch ®iÖn phÝa ngoµi d©y quÊn. D4 = 4,5 mm Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn ngoµi cuén d©y ®Õn cùc tõ bªn. D5 = 1,0 mm Kho¶ng c¸ch tõ khung cuén d©y ®Õn cùc tõ gi÷a. lf = 5,0 mm Kho¶ng c¸ch tõ phÇn øng tíi c¸ch ®iÖn ®Çu cuén d©y. DiÖn tÝch n¾p m¹ch tõ : Sn = 0,8.Sl2 = 0,8.694= 555 mm2 Þ DiÖn tÝch ®¸y m¹ch tõ : S® = 0,7Sl2 = 0,7.694 = 486 mm2 h® = ChiÒu réng cöa sæ m¹ch tõ : E = D1 + D2 + D3