Tìm hiểu về công tắc công tơ

(q0 = 40 0C ). Iđm : Dòng điện định mức ( Iđm = 65 A ). Rtx : Điện trở tiếp xúc (Rtx = 0,4.10-3 ). r : Điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm. Tra bảng (2-13- TLTKKC) có r = 3,5.10-9 W.m. S : Tiết diện tiếp điểm : R : Điện trở tiếp điểm: Kt : Hệ số toả nhiệt bề mặt của thanh dẫn. Kt = 8 (W/ m2 ). l : Hệ số dẫn nhiệt. l = 3,25 (W/ m ). P : Chu vi tiếp điểm: P = P.d = 3,14.8.10-3 = 25,12.10-3 ( m ). Thay số ta có : Xác định dòng điện hàn dính: Theo lý thuyết, ta có thể xác định dòng điện hàn dính theo 1 trong 2 công thức sau: Để đơn giản ta sử dụng công thức 2: Trong đó: fnc là hệ số nóng chảy, fnc = 2 á 4 và càng lớn nếu vật liệu càng mềm. Ta chọn fnc = 4. A: Hằng số ứng với tưng loại vật liệu (A/ N0,5): Trong đó: r0 : Điện trở suất của vật liệu tiếp điểm ở 00C. a : Hệ số nhiệt điện trở. a = 3,5.10-3[1/oC]. l : Hệ số dẫn nhiệt.l = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m). HB : Độ cứng Brunmen ở 0 0C,HB = 50 kg/ mm2. qnc : Nhiệt độ nóng chảy của tiếp điểm.qnc = 3400 0C. Thay số ta có: Vậy: Theo thực nghiệm : -Theo công thức Butloêvit, có thể tính được một cách sơ bộ dòng điện hàn dính ban đầu của tiếp điểm theo lực ép tiếp điểm: tra bảng 2-19 TLTKKC ta được:Khd = 1000 (A/ kg). Thay số ta có: * So sánh dòng điện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết và thực nghiệm ta thấy dòng diện hàn dính tiếp điểm theo lý thuyết lớn hơn thực nghiệm. Vậy ta chọn Ihdtd = 678 (A). * So sánh với Inm: với Inm = 10.Idm = 10.65 =650 ( A ), ta thấy Inm < Ihdtd , vậy tiếp điểm không bị hàn dính nagy cả khi bị ngắn mạch. Tính biên độ và thời gian rung: - Khi đóng tiếp điểm, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh gây nên hiện tượng rung tiếp điểm. Tiếp điểm động bị bật trở lại với một biên độ nào đó rồi lại tiếp tục va đập. Quá trình tiếp xúc rồi lại tách rời giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra một thời gian một thời gian thì kết thúc, chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định. - Đồ thị biểu diễn quá trình rung: Theo công thức trang 72_ TLTKKCHA,coong thuws tinys xm ,tm với tiếp điểm cầu là: Trong đó : -md: Khối lượng phàn động. Tính md : Md=. Trong đó: -Gd=Idm.mc.Chọn mc=9.4 ịGd=9.4.65=611 [g.m/s2] ịmd=611/10=6.11 [g]. -vd:vận tốc tiếp điểm khi va chạm,chọn vd=0.1[m/s]. -Kv:Hệ số va chạm(phụ thuộc vào vật lieeuj tiếp diểm).Tra bản 72 với vật liệu bạc và hợp kim có Kv=0.9. -Ftđđ:Lực ép tiếp điểm đầu.Theo kinh nghiệm Ftđđ=0.5.Ftđc=0.5.4.6=2.3. Thay số ta có: Xm và tm ở trên đuợc tính ứng với khối lượng phần động của một tiếp điểm.Vì công tắc tơ có ba tiếp điểmị: * Theo công thức (4-27_TLTKKCHA) tổng thời gian rung là:tồ=(1.5-1.8)2.tm.Chọn tồ=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].Vì tồ >0.3s là thời gian rung dể có thể bỏ qua độ rung của công tắc tơ,vậy dộ rung la dáng kể,ta phải dùng lò so hoãn xung dể giảm độ rung này. ăn mòn tiếp điểm. - Yêu câu đối với tiếp điểm sau số lần đóng cắt n nhất định là: Vmòn/Vtđ Ê70%. - Theo công thức của Kuđơnhẽpôp(TLTKKCHA-trang79) khối lượng bị ăn mòn của tiếp điểm bị ăn mòn sau một lần đóng cắt là: Trongđó : -Kkđ:Hệ số mòn không đồng đều.Theo TLTKKCHA-tr79 với dòng xoay chiều Kkđ =1.1-2.5,chọn Kkđ =1.3. -Kđ,Kng:Hệ số mòn khi đóng cắt.Tra bảng (2-21-TLTKKCHA) với vật liệu bạc dòng 65 (A) môi trường không khí ta có: Kđ=Kng=0.001(g/A2). -Iđ:Dòng điện đóng,chọ Id=10.Iđm=650 (A). -Ing:Dòng điện ngắt,chọn Ing=Iđm=65 (A). Thay số ta có: Tổng khối lượng kim loại bị ăn mòn sau 106 lkần đóng cắt là: Gm=555.10-9.106=0.555(g). Thể tích ăn mòn sau 106 lần đóng cắt là: Thay số ta có : * Vậy dộ mòn tiếp điểm nằm trong vùng cho phép sau 106 lần đóng cắt. 3.Thanh dẫn động. Hình dạng,kết cấu ,vật liệu chế tạo thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh hoàn toàn gióng nhau.Việc tính toán,kiểm nghiệm thanh dẫn động giống với việc tính toán kiểm nghiệm thanh dãn tĩnh. Do không phải chịu va đập cơ khí và không phải nối với đầu nối dây nối ra bên ngoài như thanh dẫn tĩnh nên thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn thanh dẫn tĩnh. Kích thước của thanh dẫn động : -Chièu rộng và chiều cao thanh dẫn:a=7[mm],b=2[mm]. - Chiều cao và đường kính tiếp điểm :h=2[mm],d=7[mm]. III.Tính toán đầu nối thanh dẫn tĩnh. 1.Chọn kết cấu đầu nối. Các thanh dẫn tĩnh được nối với dây nối mềm bằng các vít đầu nối.Để đảm bảo cho việc thay thế sửa chũa ta chọn đàu nối là mối nối có thể tháo rời.Số lượng mối nối ở mỗi pha là hai,hình dạng thanh dẫn nối là hình chữ nhật. Cấu tạo đầu nối : - Vít ghép nối: dùng để ghép nối giữa thanh dẫn tĩnh và dây nối - Đệm lò xo vênh, phẳng: có tác dụng tạo lực ép giữ chăt thanh dẫn tĩnh và dây nối 2.Tính toán đầu nối. Tra bảng (2-9-TLTKKCHA) với dòng Iđm=65A ta chọn được bu lông thép có đường kính ren là 8mm,trụ và lõi bằng thép có đường kính ren là 5mm.Vì ở mỗi pha có hai chỗ ngắt nên ở ba pha ta phải chọn 6 bộ bu lông như trên. a.Diện tích tiếp xúc: Trong đó: - Iđm : Dòng điện định mức. - j : Mật độ dòng điệncho phép,chọn j=0,31[A/mm2]. Thay số ta có: b.Lực ép tiếp xúc : Trong đó :-(Tra bảng 2-10 TLTKKCHA) Thay số có: c.Điện trở tiếp xúc của đầu nối: Trong đó :-m=1 vì dâ là tiếp xúc mặt. -Ktx:Hằng số,tra bảng 59 với vật liệu là đòng kéo nguội. Ktx=[0,09-0,14.10-3].Chọn Ktx=0,14.10-3. Thay số có: d.Điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc: *Yêu cầu của điện áp rơi trên chỗ tiếp xúc là:2-30 (mmV).Vậy bulông đã chọn có thể đáp ứng đươc yêu cầu thiết kế. Chương IV buồng dập hồ quang I. Khái niệm về hồ quang điện. 1.Quá trình phóng điện trong chất khí: ở điều kiện bình thường, chất khí là môi trường cách điện tốt. Nếu đặt lên hai điện cực trong môi trường không khí một điện trường có cường độ đủ lớn thì phá vỡ tính cách điện của chất khí: nó trở nên dẫn điện tốt, phụ thuộc vào tính chất của chất khí, áp suất của nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện trường. Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện lớn ( 102 á 103 A/mm2 ), điện áp rơi trên catôt bé ( 10 á 12 V ), nhiệt độ hồ quang cao ( 6000 á 18000oK ) và kèm theo hiệu ứng ánh sáng. Hồ quang điện là quá trình điện và nhiệt liên quan mật thiết với nhau. Vùng catôt khoảng cách ngắn ( cỡ 10-3 mm ) với Uc cỡ 10 á 20 V, nên cường độ điện trường ở vùng này khá lớn 20.103 V/mm. Vùng anôt có điện áp rơi thấp, cỡ 5 á 20 V và chiều dài cỡ 10-2 mm, vì vậy EA thấp hơn nhiều so với EC . Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường Ehq gần như không đổi, cỡ từ 1 á 20 V/mm, phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động của các phần tử khí, vận tốc di chuyển của hồ quang. Điện áp rơi trên thân hồ quang phụ thuộc vào chiều dài của hồ quang: Uhq = Ehq.lhq. Nguyên nhân phát sinh và dập tắt hồ quang là quá trình ion hoá và quá trình phản ion hoá trong vùng hồ quang. Quá trình ion hoá xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường, va đập ... và có các dạng ion hoá sau: - Quá trình phát xạ nhiệt điện tử . - Quá trình tự phát xạ điện tử . - Quá trình ion hoá do va chạm . - Quá trình ion hoá do nhiệt . Quá trình phản ion hoá là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang. Nguyên nhân chính của quá trình phản iôn là tái hợp và khuyếch tán. 2.Hồ quang điện xoay chiều: ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện và điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số của lưới điện. Vì hồ quang là điện trở phi tuyến nên dòng điện và điện áp trùng pha nhau. Trong 1/4 chu kì đầu, điện áp hồ quang tăng nhanh đến trị số cháy. Khi hồ quang cháy, điện áp giảm dần. Dòng điện tăng từ 0 đến điểm cháy, dòng điện đạt trị số cực đại và điện áp hồ quang hầu như không đổi. ở 1/4 chu kì sau dòng điện giảm dần, đến thời điểm tắt, điện áp hồ quang tăng, sau đó suy giảm về 0 cùng với dòng điện. Nếu hồ quang ổn định thì quá trình này sẽ được lặp lại ở nửa chu kì sau. Tại thời điểm dòng điện đi qua 0, hồ quang không được cấp năng lượng nên quá trình ion hoá xảy ra trong vùng điện cực rất mạnh và nếu điện áp đặt lên hai điện cực bé hơn trị số điện áp cháy thì hồ quang sẽ bị tắt. Khi dòng điện gần trị số 0, nó không còn theo quy luật hình sin liên tục nữa, vì lúc này quá trình phản ion hoá rất mạnh nên điện trở hồ quang rất lớn, có thể coi dòng điện bằng 0. Khoảng thời gian này cỡ micrô giây, phụ thuộc vào đặc tính tải, dòng điện hồ quang ...và gọi là thời gian không dòng điện của hồ quang. Khi dòng điện đi qua điểm 0 , ở khu vực hồ quang đồng thời xảy ra hai quá trình: quá trình phục hồi độ bền điện và quá trình phục hồi điện áp. Quá trình phục hồi độ bền điện đặc trưng bằng quá trình phản ion mãnh liệt khi dòng điện đi qua 0 và nó làm cho hồ quang mất dần tính dẫn điện, tăng tính cách điện. Đại lượng đặc trưng cho mức độ cách điện giữa hai điện cực là điện áp chọc thủng. Với I = 0, ta có Ucto và nó có trị số từ 150 á 250V ở môi trường không khí, hồ quang cháy tự nhiên. Quá trình phục hồi điện áp là quá trình thành lập điện áp trên hai cực kể từ khi hồ quang tắt cho tới khi điện áp đạt trị số điện áp nguồn. Sau thời điểm dòng điện bằng 0, nếu trị số của điện áp phục hồi thấp hơn trị số của điện áp chọc thủng thì hồ quang tắt hẳn. Vậy điều kiện để dập tắt hồ quang điện xoay chiều là đặc tuyến của quá trình phục hồi độ bền điện phải nằm cao hơn và không cắt đặc tuyến của quá trình phục hồi điện áp giữa hai tiếp điểm. II.Yêu cầu đối với buồng dập hồ quang. - Thời gian dập tắt hồ quang rất ngắn, giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang. - Đảm bảo được khả năng đóng, ngắt, tức là đảm bảo giá trị dòng điện đóng và ngắt ở điều kiện cho trước. - Quá điện áp thấp. - Kích thước hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí ion hoá nhỏ. Nếu không nó có thể tạo ra chọc thủng cách điện giữa các phần tử của thiết bị . . và toàn bộ khí cụ. - Hạn chế ánh sáng và âm thanh. III.Chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang. Yêu cầu: - Vật liệu làm buồng dập hồ quang phải chịu được nhiệt độ cao, cách điện tốt và chống ẩm. Độ nhám bề mặt bên trong thành buồng dập phải giảm đến mức thấp nhất có thể để hồ quang chuyển động với vận tốc lớn vào khe hẹp, kéo dài thân hồ quang, làm cho hồ quang tiếp xúc đồng đều với thành buồng dập để nhanh chóng làm lạnh hồ quang. Những dạng vật liệu cơ bản để chế tạo thành buồng dập hồ quang: 1.Vật liệu xi măng-amiăng: Ưu điểm: nhiệt độ nóng chảy cao: 1150oC, tính cách điện khá cao: r = 1010 á 1012 Wcm, độ nhẵn bề mặt lớn. Nhược điểm: trong trạng thái âm, tính cách điện của vật liệu bị giảm; dưới tác dụng nhiệt của hồ quang những khe hở nhỏ tạo thành vết làm tăng độ nhám. 2.Vật liệu ép chịu hồ quang: Chúng có ưu điểm : có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt, đạt được độ nhẵn bóng bề mặt . 3.Gốm ( Silicat ): - Ưu điểm: chịu nhiệt cao ( lớn hơn 1750oC ), điện trở suất cao, rất bền cơ học. - Nhược điểm : bề mặt không được nhẵn, gia công phức tạp . Từ những phân tích trên đây ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là: vật liệu ép chịu hồ quang. IV.Kết cấu buồng dập hồ quang. Chọn kiểu buồng dập hồ quang là kiểu dàn dập. Dàn dập làm bằng những lá thép. Kiểu buồng dập hồ quang này phù hợp với dòng điện ngắt Iđm = 65A, điện áp U = 380V. Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập có ưu điểm cho ta khả năng rút ngắn đáng kể chiều dài hồ quang và dập nó trong thể tích nhỏ, do đó phát sáng ít và âm thanh bị hạn chế. Lỗ thoát khí Tấm sắt từ Tiếp điểm động Tiếp điểm tĩnh Lò xo tiếp điểm Hộp dập hồ quang Giá tiếp điểm động V.Tính toán và lựa chọn. Chọn lựa sơ bộ: Chọn số lượng các tấm cho một chỗ ngắt: ntk = 3 Bề dày một tấm: Dt = 3 mm Khoảng cách giữa các tấm: dt = 2 mm Giả thiết là ta chọn số lượng các tấm ở đặc tính không dao động của điện áp phục hồi. Điều kiện xảy ra quá trình không dao động là: fo > . Trong đó: fo - tần số riêng của mạch ngắt. L - điện cảm mạch ngắt. Ing - dòng điện ngắt định mức. Giả sử hệ thống dùng để đóng ngắt động cơ có Pđm = 20kW, điện áp định mức của hệ thống là Uđm = 380V và hệ thống không khí. Khi đó có: fo = .( A + B. ). Hệ thống không khí có : A = 15000; B = 3000 fo = .( 15000 + 3000. ). = 43372Hz = 43,4 kHz f1 = = = (Hz) Điện cảm của mạch ngắt được xác định theo công thức: L = Trong đó : Uđm - điện áp định mức của hệ thống: 380V. Ing - dòng điện ngắt định mức: 65A. - tần số góc của hệ thống. jo - góc lệch pha ban đầu của dòng điện và điện áp. Chọn cosjo = 0,8 ( tải điện cảm thường gặp ) L = = 11.10-3 Hz Vậy: f1 = = = 13,6 kHz Có : fo = 43,4 kHz > f1 = 13,6 kHz Kết luận: ta chọn số tấm ntk = 3 là chấp nhận được. Có thể lấy thêm một tấm để dự trữ đ ntk = 4. Chiều dài nhỏ nhất của tấm: lt ³ 1,73..td. td – thời gian dập hồ quang: có thể nhỏ bằng 2 á 3 nửa chu kì hoặc lớn hơn ( nhưng không lớn hơn 0,1 s ) Chọn td = 0,03 s. lt ³ 1,73.22.0,03. = 0.84 cm. Chương V tính toán lò xo và dựng Đặc tính cơ I.Khái niệm chung. Lò xo là một bộ phận của CTT có nhiệm vụ tạo lực ép lên tiếp điểm ( đối với lò xo tiếp điểm ), tạo lực ngắt cơ cấu trong quá trình ngắt của cơ cấu ( đối vơí lò xo nhả ). II.Yêu cầu đối với lò xo. Có độ đàn hồi phù hợp. Có đặc tính cơ ổn định theo thời gian. Có độ bền cơ. Chịu được ăn mòn của hoá chất và môi trường. III.Chọn kiểu và vật liệu lò xo. Do yêu cầu cần độ lún lớn nên ta chọn kiểu lò xo xoắn hình trụ. Nó có ưu điểm là tuỳ theo kích thước của chúng mà lực gây ra từ vài gam đến hàng tấn. Do yêu cầu thiết kế CTT dùng để đóng cắt mạch điện có số lần đóng ngắt 300 lần/giờ, có tuổi thọ về cơ là 105 lần, tuổi thọ về điện là 106 lần đóng ngắt và có lực ép tương đối lớn. Vì vậy tra bảng 4-1, trang 166 – TKKCĐHA: chọn vật liệu làm lò xo là thép các bon GOTC9389-60 độ bền trung bình, nhãn hiệu II (P). Các thông số của nó: Độ bền giới hạn khi kéo : [ sk ] = 1300 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: [ su ] = 460 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: [ sx ] = 280 N/mm2 Module đàn hồi : E = 200.103 N/mm2 Mudule chống trượt: G = 80.103 N/mm2 Điện trở suất: r = 0,2 á 0,3 .10-6 Wm L d D t IV.Tính toán lò xo nhả. 1.Các thông số đo đuợc. -Số vòng= 16(vòng). -Đường kính trung bình :8.5(m.m). -Độ cứng k = 0.67(N/mm). 2Tính toán. a.Tính đuờng kính dây quấn lò xo. Từ công thức (4-35-TLTKKCHA) ta có: Trong đó: -G:Môđun trống trượt,G=80.103(kn/mm3). -d:Đường kính dây quấn [mm]. -D:Đương kính xoắn trung bình của lò xo[mm]. ị Thay số có : Để thuận lợi cho việc sản xuất ta chọn d=1(mm). b.Tình lực nhả cuối của mỗi lò xo. Từ công thức (4-31-TLTKKCHA) ta có: Trong đó: -F:Lực nhả cuối của lò xo [N. -c:Hệ số của lò xo.c=D/d=8.5/1=8.5. -sx:Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn[N/mm2]. Thay số có: c.Tính độ nén lò xo nhả. Từ công thức(4-32-TLTKKCHA): Trong đó: -f:Độ nén của lò xó: ị d.Chiều dài của lò xo tính cả vong dệm chống nghiêng ở hai đầu là: ln=W.tng+1,5.d. Trong đó :- tn=d +12,65/16=1,79 [mm]. ịln=16.1,79 + 1,5 =30,15 [mm]. e.Kiểm tra lò xo. Trị số ứng suất xoắn khi có lực tác dụng theo công thức (4-28-TLTKKCHA) là: Thay các số liệu đã tính ở trên ta có: *Ta thấy sx=278,57< [sx]=280(N/mm2).Vởy lò xo nhả tính được phù hợp với yêu càu thiết kế. V.Tính toán kiểm nghiệm lò xo tạo lực ép tiếp điểm. 1.Các thông số đo được. Số vòng W=16 (vòng). Đường kính trung bình:8,5(mm). Độ cứng k=0,67(N/mm). 2.Tính toán.. a.Tính đuờng kính dây quấn lò xo. Thay số có : b.Tình Lực nhả cuối của mỗi lò xo. Từ công thức (4-31-TLTKKCHA) ta có: c.Kiểm tra lò xo. Trị số ứng suất xoắn khi có lực tác dụng theo công thức (4-28-TLTKKCHA) là: *Ta thấy sx=278,23 < [sx] =280(N/mm2).Vởy lò xo nhả tính được phù hợp với yêu càu thiết kế. VI. Lò xo tiếp điểm phụ: Lực ép cuối cần thiết mà lò xo tiếp điểm phụ cần tạo ra là: Ftđp = 2.Ftđpc = 2.0,5 = 1 N Với Ftđpc – lực ép cuối lên tiếp điểm phụ. Giả sử khoảng lún ban đầu của lò xo là fpđ = 1mm. Khoảng lún toàn phần của lò xo là : f = fpđ + flv = 1 + 1,5 = 2,5mm. Chọn chỉ số lò xo: C = = 8 Đường kính của dây làm lò xo: d = 1,6. = 1,6. Đường kính trung bình của lò xo: D = C.d = 9.0,29 = 2,6 mm Số vòng của lò xo: w = Bước lò xo chịu nén: tn = d + = Chiều dài tự do của lò xo: ln = w.tn + 1,5.d = 8.0,6 + 1,5.0,29 = 5,2 mm Khoảng lún thực tế ứng với lực đã cho: ứng suất xoắn thực tế của lò xo: sxtt = *Vậy khoảng lún thực tế và ứng suất xoắn thực tế sau khi kiểm nghiệm hoàn toàn phù hợp với những lựa chọn để thiết kế lò xo. VII.Dựng đặc tính cơ. Xét trường hợp: Công tắc tơ đặt ngược : Fđ Fđ Gđ + Fnhđ * d = m + l Gđ + Fnhc Fđt Fđ Fđ * d = 0 Lực cơ tác dụng lên phần động bao gồm : Lực ép của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở Lực ép của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở Lực ép của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng Lực ép của 2 lò xo nhả Trọng lực phần động Lực ma sát ( bỏ qua) Trọng lượng phần động : Gđ = 6,1(N) Lực ép cuối của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng : Flxpc =4.Ftđpc = 4.0,5 = 2 N Lực ép ban đầu của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường đóng : Flxpđ = 0,5.Flxpc = 0,5.2 = 1 N Lực ép cuối của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở : Flxpc = Flxpc = 2 N Lực ép đầu của 2 lò xo tiếp điểm phụ thường mở : Flxpđ = Flxpđ = 1 N Lực ép cuối của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở : FlxccS = 6.Ftđcc = 6.4,6 = 28 (N) Lực ép cuối của 3 lò xo tiếp điểm chính thường mở : FlxcđS = 0,9.Ftđcc = 0,9.28 =25 (N) Lực ép cuối của 2 lò xo nhả : Flxnh cS = 2.Flxnhc = 2.12,87=26[N] Lực đầu của 2 lò xo nhả : Flxnh đS = 2. Flxnh đ =2.12,87/2 = [13 N]. Đồ thị đặc tính cơ: Chọn hệ trục tọa độ dOF, gốc O; trục hoành chỉ độ lớn khe hở không khí làm việc d của nam châm điện ( d = 0 khi nắp nam châm điện đóng ); trục tung chỉ lực cơ tác dụng ( chiều dương trùng chiều của trọng lực ). Kí hiệu: l : độ lún của tiếp điểm chính : 2,5 mm. m : độ mở của tiếp điểm chính : 4 mm. Đồ thị đặc tính cơ Chương VI nam châm điện I. Khái niệm chung. Nam châm điện được sử dụng ngày càng rộng rãi mà không một lĩnh vực kỹ thuật nào không sử dụng nó. Nhiệm vụ chủ yếu của nam châm điện là sinh lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến hay chuyển động quay hoặc sinh lực hãm... Trong mỗi lĩnh vực kĩ thuật khác nhau thì có những loại nam châm khác nhau về hình dáng, kết cấu và ứng dụng. Các qúa trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân, phi tuyến. Vì vậy việc tính toán nam châm điện thường được dựa theo các công thức gần đúng, đơn giản sau đó mới kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, dẫn tới bài toán tối ưu. Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực để thực hiện tịnh tiến cơ cấu chấp hành – có gắn hệ thống tiếp điểm. II. Tính toán kích thước nam châm điện. 1 Các số liệu ban đầu: Thiết kế nam châm điện xoay chiều có các thông số và yêu cầu sau: Nam châm điện có khả năng làm việc trong môi trường ẩm, nhiệt độ trung bình của môi trường là 40oC. Hành trình của cơ cấu là d = 6,5 mm và có đặc tính cơ như đã trình bày trước đây. Nam châm điện làm việc ở chế độ dài hạn, điện áp định mức Uđm = 220V, tần số làm việc f = 50Hz. Yêu cầu nam châm điện phải có kích thước nhỏ gọn. 2. Chọn dạng kết cấu: -Tính hệ số kết cấu mạch từ nam câm điện Theo công thức 5-2, trang 188 – TKKCĐHA, có: Kkc = Trong đó: Fđt - lực hút điện từ. d - khe hở không khí. Công tắc tơ muốn làm việc được thì khi hút phải có Fđt > Fcơ và khi nhả phải có Fđt < Fcơ. Từ đặc tính cơ ta chọn lực tới hạn đã tính đến dung sai về lực Fcơ th ứng với khe hở làm việc dth tương ứng là thời điểm tiếp điểm động bắt đầu tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh.Vậy sth=2,5 (mm) Fcơ th = 69 N dth = 2,5 mm Vậy Kkc = Từ bảng 5-2-TLTKKCDHA ,ứng với giá trị Kkc=4699 ta chọn kết cấu nam châm điện kiểu hút thẳng dạng chữ E. 3.Chọn vật liệu mạch từ: Tra bảng 5-3, trang 192 – TKKCĐHA, chọn thép lá kỹ thuật điện hợp kim tăng cường '31 (thép silic) . Loại thép này có lực từ phản kháng bé nên tổn hao do từ trễ không đáng kể . Các thông kỹ thuật của thép '31 : Lực từ phản kháng HC 0,35 A/cm Từ cảm dư 0,8 á 1,2 T Từ cảm bão hoà 2 T Độ từ thẩm 250 Độ từ thẩm cực đại 6.103 á 7.103 Điện trở suất 40.10-8 á 60.10 -8 W.m Khối lượng riêng 7,65 g/cm3 Thành phần cacbon 0,02% á 0,03% Tổn hao từ trễ khi bão hoà 0,1 á 0,15 m.J/cm3 Từ cảm lõi thép 0,6 T Chiều dày lá thép 0,5 mm 4. Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ tản: Chọn khe hở tính toán stt=2,5 mm, Ftt = 69 N. Chọn từ cảm khe hở không khí khi nắp mạch từ hở: Bd = 0,5T. Chọn từ cảm trong lõi thép khi nắp mạch từ hở: Bl = 0,5T. Chọn hệ số từ rò khi phần ứng hút sr = 1. Hệ số từ rò khi phần ứng hở thường trong khoảng 1,1 á 4. Chọn sr = 1,3 Hệ số từ tản thường trong khoảng 1 á 1,8. Chọn st = 1,2. a/2 b a 5.Tính tiết diện lõi mạch từ: - Theo công thức 5-8, trang 202 - TKKCĐHA, tổng diện tích lõi thép là: S lS = Trong đó: Fđtt - lực hút điện từ tính toán, Fđtt = 69 N. Bl - từ cảm của lõi thép khi phần ứng hở. ị S lS = - Diện tích lõi cực từ giữa : - Diện tích lõi của 2 cực từ nhánh : - Đối với cực từ giữa: Chọn . Chiều dài a và chiều rộng b của lõi cực từ giữa là : a = b = 0,9.a = 0,9.28 =25 (mm) - Cạnh thực của lõi thép : b' = Với KC = 0,95 là hệ số ép chặt các lá thép . - Số lá thép kỹ thuật điện : (tấm) . Trong đó D = 0,5 mm là chiều dày một lá thép . - Kích thước của hai cực từ mạch nhánh : a1 = a3 = a/2 = 14 (mm). b1= b3 = b = 25 (mm) . 6.Tính toán cuộn dây: Kích thứơc của cuộn dây phụ thuộc vào sức từ động tác động (IW)tđ của nam châm điện do cuộn dây sinh ra, nó tạo ra từ áp ở khe hở không khí làm việc SHd.d, r các khe hở không khí không làm việc ( khe hở phụ ) SHph.dph và trong các phần thép của mạch từ SHFe.lFe. Ngoài ra còn có thêm sức từ động do tổn hao dòng xoáy trong lõi thép và từ trễ, tổn hao trong vòng ngắn mạch. a. Sức từ động của cuộn dây: Sức từ động của cuộn dây cần thiết cho nam châm điện tác động (IW)tđ có thể chia thành hai thành phần: phần thay đổi ở khe hở không khí làm việc khi phần ứng hở (IW)Svà phần không thay đổi (IW)h. Theo công thức 5-18, trang 209 – TKKCĐHA, có: (IW)tđ = (IW)S + (IW)h (A.vòng) Theo công thức 5-19, trang 209 – TKKCĐHA, có: (IW)S = mO = 4.p. 10 –7 = 1,25.10 -6 (H/m) Bl - từ cảm trong lõi thép ứng với khe hở không khí tới hạn. Sdnh - tổng khe hở không khí làm việc. Đối với mạch từ chữ E có 3 khe hở làm việc, từ thông qua cực từ giữa phân làm 2 mạch từ, mỗi mạch từ có 2 khe hở làm việc nối tiếp nhau, kích thước của 2 mạch từ bằng nhau và tổng của chúng bằng cực từ giữa: S1 + S3 = S2. Sdnh = 2.dnh = 2.2,5.10 -3 = 5.10 -3 (m) ị (A.vòng) Theo công thức 5-20, trang 210 – TKKCĐHA, có: Với sr : hệ số từ rò khi phần ứng hở, sr = 1,3. Sdh : khe hở không khí ở trạng thái hút. Sdh = 2dcn + dcd + dht = 0,2 á 0,7 mm ( theo thực nghiệm ). Với dcn= 0,03 á 0,1 mm : khe hở công nghệ, chọn dcn = 0,05mm dcd = 0,1 á 0,5 mm : khe hở chống dính , chọn dcd = 0,3mm dht : khe hở giả định, chọn dht = 0,1 mm ị Sdh = 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm . (A.vòng) ị (IW)tđ = 1989+259=2248 (A.vòng) Kiểm tra lại, ta có hệ số bội số dòng điện : ị thoả mãn yêu cầu KI = 4 á 15 D2 D1 hcd bcd b. Kích thước cuộn dây: Tiết diện cuộn dây được xác định cho trạng thái phần ứng bị hút vì khi phần ứng hở , dòng điện chạy trong cuộn dây lớn hơn nhiều lần so với khi phần ứng bị hút và với thời gian rất ngắn . Vì vậy sức từ động (IW)tđ được tính ở trạng thái hở của phần ứng cần phải đưa về trạng thái hút của phần ứng . Theo công thức 5-24, trang 211 – TKKCĐHA, diện tích cuộn dây : Scd = Trong đó : - KUmax : hệ số tính đến điện áp nguồn tăng đến trị số cho phép ( Umax = 1,1.Uđm ) mà nhiệt độ phát nóng của cuộn dây không vượt quá trị số cho phép của cấp vật liệu đã chọn. KUmax = 1,1. - KUmin : hệ số tính đến điện áp nguồn giảm đến trị số cho phép ( Umin = 0,85.Uđm ) mà đặc tính lực hút điện từ vẫn nằm cao hơn đặc tính cơ. KUmin = 0,85 . - Kqt : hệ số quá tải dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn. Kqt = 1. - j : mật độ dòng điện trong cuộn dây ở chế độ làm việc dài hạn, thường j = 2 á 4 A/mm2 . Chọn j = 2,5 A/mm2 - Klđ : hệ số lấp đầy cuộn dây, Klđ = 0,3 á 0,6 . Chọn Klđ = 0,5 . - KI : hệ số bội số dòng điện. KI = 9. ị Từ diện tích cuộn dây, chọn hệ số hình dáng Khd = . Ta có chiều dày và chiều cao cuộn dây là: hcd = 2,5.bcd = 2,5.10,35 = 26 (mm) 7. Kích thước mạch từ: b hđ hn lf D4 D3 D1 D5 bcd a a/2 hl D A hcd D2 B E a = 28 mm ; b=25 mm Chọn: D1 = 1,5 mm Chiều dày khung quấn dây. D2 = 0,5 mm Giấy cách điện phía trong dây quấn. D3 = 0,5 mm Băng dính cách điện phía ngoài dây quấn. D4 = 4,5 mm Khoảng cách cách điện ngoài cuộn dây đến cực từ bên. D5 = 1,0 mm Khoảng cách từ khung cuộn dây đến cực từ giữa. lf = 5,0 mm Khoảng cách từ phần ứng tới cách điện đầu cuộn dây. Diện tích nắp mạch từ : Sn = 0,8.Sl2 = 0,8.694= 555 mm2 ị Diện tích đáy mạch từ : Sđ = 0,7Sl2 = 0,7.694 = 486 mm2 hđ = Chiều rộng cửa sổ mạch từ : E = D1 + D2 + D3 + D4 + D5 + bcd = 1,5 + 0,5 +0,5 + 4,5 + 1 + 10 = 18,4 mm Chi