ĐỒ ÁN MÔN HỌC khí cụ điện hạ áp.doc

5/17/2018 ĐÔ ÁN MÔN HO C khí cu điê n ha áp.doc - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-mon-hoc-khi-cu-dien-ha-apdoc 1/36

Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48

_____________________________________________________________

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng đất nước đi lên chủ nghĩa xã hội, vấn đềcông nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước là nhiệm vụ được Đảng và nhà nướcta đặt lên hàng đầu. Trong đó nhiệm vụ phát triển ngành công nghiệp nănglượng, sản xuất và truyền tải điện năng được đặc biệt coi trọng.

Khí cụ điện là thiết bị điện dùng để điều khiển, kiểm tra, tự động điềuchỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúngtrong trường hợp sự cố.

Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lí làm việc và

kích cỡ khác nhau, được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống.Việc tính toán thiết kế công tắc tơ nói riêng và khí cụ điện nói chung lànhiệm vụ quan trọng để đảm bảo cho ngành công nghiệp điện năng của đấtnước ta có thể tự chủ trong vấn đề sản xuất các thiết bị điện phục vụ cho sảnxuất và truyền tải điện năng mà không phải phụ thuộc vào việc nhập khẩu từnước ngoài.

Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án môn học Thiết kế khí cụ điện hạ áp do thày giáo Nguyễn Văn Đức hướng dẫn.

Mặc dù trong thời gian qua em đã cố gắng hết sức tìm hiểu thực tế,nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án, nhưng không thể tránh khỏi sai sót,

em mong tiếp tục nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thày.Em mong bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ của thày giáo Nguyễn Văn

Đức, thày trực tiếp hướng dẫn và toàn bộ các thày trong bộ môn Thiết bịđiện - điện tử đã dạy dỗ em trong nhiều năm vừa qua.

Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2007

Sinh viên

Hà Đình Cường

_____________________________________________________________ 1




_____________________________________________________________

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TẮC TƠ

I. Giới thiệu về công tắc tơ :1. Định nghĩa:

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên các mạch điệnđộng lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếpđiểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén.Thông thường hay gặp công tắc tơ đóng cắt bằng nam châm điện.

Công tắc tơ điện từ gồm hai loại, công tắc tơ đóng cắt bằng nam châmđiện một chiều và công tắc tơ đóng cắt bằng nam châm điện xoay chiều.2. Cấu tạo chung:

Công tắc tơ điện từ được cấu tạo từ những phần chính: Hệ thống mạchvòng dẫn điện, hệ thống dập hồ quang, hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếpđiểm, nam châm điện, vỏ và các chi tiết cách điện.3. Nguyên lý làm việc:

Đưa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện tạo ra từ thông φ , từ thôngsinh ra lực điện từ ở khe hở δ , do lực điện từ Fdt > F phản lực lò xo nên nắp namchâm điện đậy xuống ( )minδ δ = , tiếp điểm đóng, công tắc tơ đóng, mạchthông.

Ngắt công tắc tơ: Ngắt dòng điện ở cuộn dây nam châm điện làm mất từthông ( )0=φ , lực điện từ Fdt = 0 nên lò xo kéo nắp nam châm điện mở, tiếpđiểm mở, hồ quang điện được dập tắt ở buồng dập hồ quang, mạch điệnngắt.

II. Chọn phương án thiết kế:1. Phân tích chọn phương án thiết kế:

Công tắc tơ điện từ xoay chiều dùng nam châm điện có hai dạng:+ Mạch từ hình chữ U nắp hút quay quanh trụ. Tiếp điểm kiểu ngón,

dạng tiếp xúc đường, dùng dây nối mềm để đưa điện vào tiếp điểm. Thíchhợp với dòng điện lớn, chế độ làm việc nặng nề của công tắc tơ.

+ Mạch từ hình chữ E nắp hút thẳng, một phần phần ứng ngập trong lòngống dây. Tiếp điểm kiểu cầu một pha hai chỗ ngắt, không cần dây nối mềm,dập hồ quang dễ hơn, dạng tiếp xúc của tiếp điểm là tiếp xúc điểm hoặc mặttuỳ theo dòng định mức. Thích hợp với chế độ làm việc nhẹ nhàng của côngtắc tơ.

Qua phân tích các phương án thiết kế công tắc tơ trên kết hợp với yêu cầuthiết được giao là thiết kế công tắc tơ điện từ xoay chiều có dòng định mức

_____________________________________________________________ 2




_____________________________________________________________

nhỏ (30A) tần số thao tác 400lần/giờ là chế độ làm việc nhẹ nhàng nên chọn phương án thiết kế tối ưu là mạch từ hình chữ E nắp hút thẳng.2. Phân tích chi tiết phương án đã chọn:

*Ưu điểm:+ Kết cấu đơn giản.+ Lực hút điện từ được phân bố đều.+ Không cần dây nối mềm để đưa điện vào tiếp điểm động.* Nhược điểm:+ Trọng lượng phần động lớn gây khó khăn cho việc hút.+ Nếu dòng lớn thì độ mở tiếp điểm lớn dẫn đến kích thước công tắc tơ

lớn.a) Dạng mạch từ:

Mạch từ hình chữ E, cuộn dây đặt ở giữa, vòng ngắn mạch đặt ở hai cựctừ bên, lực hút điện từ phân bố đều hơn, đặc tính lực hút điện từ sát đặc tínhcơ đảm bảo thiết kế tối ưu.

b) Hệ thống mạch vòng dẫn điện:Tiếp điểm kiểu cầu một pha hai chỗ ngắt, ưu điểm là dễ dập hồ quang,

không cần dây nối mềm đưa điện vào tiếp điểm động, do đó kết cấu đơngiản.c) Buồng dập hồ quang:

Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập, kích thước nhỏ, hạn chế vùng hồquang cháy, giảm âm thanh khi hồ quang cháy.

d) Hệ thống phản lực:Dùng lò xo hình trụ chịu nén, xoắn, phản lực nhả của tiếp điểm chính,

tiếp điểm phụ đều sửdụng phản lực lò xo.

Dạngkết cấu đơn giảnCHƯƠNG II. TÍNH MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN

_____________________________________________________________ 3

Vòng ngắn mạch

Lò xo nhả

cuộn dây namchâm điện

tiếp điểm

Lò xo tiếp

nắp phần ứng




_____________________________________________________________

1. Tính thanh dẫn động:- Chọn vật liệu: Tra bảng trang 44 và bảng 2-22 trang 82, chọn

vật liệu là đồng kéo nguội, kí hiệu: M1-TB+ Tỉ trọng (γ ): 8,9(g/cm 3 ).+ Nhiệt độ nóng chảy: 1083 0 C.

+ Điện trở suất ở 20 0C

20 ρ : 1,58.10 ).(8 mΩ− .

+ Độ dẫn nhiệt: 3,9 (W/cm. 0 C).+ Tỉ trọng nhiệt: 0,39 (Ws/cm. 0 C).+ Độ cứng Briven ( ) B H : 80÷120(kg/mm).+ Hệ số nhiệt điện trở ( )α : 0,0043(1/ 0 C).

- Thanh dẫn hình chữ nhật:Theo công thức 2.6 trang 19TLTK ta có:

b= 3

2

.).1.(.2

..

od T

phdm

K nn

K I

τ

ρ θ

+; ( )[ ]201.20 −+== od od θ α ρ ρ ρ θ θ

n=b

a=4÷12 ; K ph =(1,03÷1,06) là hệ số tổn hao phụ do hiệu ứng

gần và hiệu ứng mặt ngoài, chọn = 1,06.C od

0:τ độ tăng nhiệt độ ổn định, chọn = 55 0 C đối với đồng.

C 0

1:α

hệ số nhiệt điện trở.K T =(6÷12)

C 02 .m

Whệ số toả nhiệt ở điều kiện không khí chuyển động tự

nhiên, chọn = 7,5 ( tra bảng 6-5 trang 300TLTK ).( )[ ] ( )[ ] ( )mod C

Ω=−+=−+=⇒ −−=

882095

10.09,220950043,0110.58,12010 θ α ρ ρ θ Chọn

n = 7.Kích thước thanh dẫn làm việc với Idm = 30A:

b = ).(76,055.5,7).17.(7.2

06,1.10.09,2.303

82

mm=+

−

=> a = 7.b = 5,32(mm).Theo bảng 2-15 trang 51TLTK : a = dtd + (1÷2)mm.

Với Idm = 30A chọn đường kính tiếp điểm d = 10mm (cao h = 1,8mm) nênta chọn a = 12mm.Chọn b = 1mm.Kích thước thanh dẫn phụ làm việc với Idm = 5A:

b = 0,22(mm).

_____________________________________________________________ 4




_____________________________________________________________

=> a = 7.b = 1,54(mm).Theo bảng 2-15TLTK : Idm = 5A => d = 3mm ( cao 1mm) => chọna = 5mm, chọn b = 0,3mm.

2. Tính kiểm nghiệm thanh dẫn:- Chế độ dài hạn:

+ Mật độ dòng điện:

J = )/(42)/(5,21.12

30

.22 mm Amm A

ba

I ÷⟨== => thoả mãn.

+ Kiểm tra sự phát nóng thanh dẫn :td θ theo công thức 2-4 trang 18TLTK:

C

K I K pS

K pS K I

phdmT

T phdmod

0

82

82

02

002

470043,0.06,1.10.45,1.305,7).001,0012,0.(2).001,0.012,0(

40.5,7).001,0012,0.(2).001,0.012,0(06,1.10.45,1.30

.....

.....

≈−+

++

=

=−

+=

−

−

α ρ

θ ρ θ

Trong đó: ( )mΩ=+

=+

= −−

88

200 10.45,1

20.0043,01

10.58,1

20.1 α

ρ ρ

- Kiểm tra chế độ ngắn mạch: theo công thức 6-21 trang 313TLTK

nmnm t

A A j nm 0θ θ −

= tính với tnm = 3; 5; 10s.

Với điều kiện nhiệt độ cho phép của đồng là 95 0 C. Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch là 300 0 C.Theo hình 6-6TLTK v à tra bảng 6-7 trang 305 TLTK ta có: ./.(10.75,3);S/mm.(10.4,1 )424424

0mmS A A A A

nm== θ θ

*Với tnm = 3s: ( ) [ ] ( )2244

/94/51,883

10.4,110.75,3mm A jmm A j nmnm =<=

−= =>

thoả mãn.*Với tnm = 5s:

( ) [ ] ( )22 /82/56,68 mm A jmm A j nmnm =<= => thoả mãn.*Với tnm = 10s:

( ) [ ] ( )22

/51/48,48 mm A jmm A j nmnm =<= => thoả mãn. Nhận xét: Dựa vào các kết quả kiểm tra ở chế độ ngắn hạn và dài hạn tathấy các thông số a, b đều đạt yêu cầu kĩ thuật.3. Đầu nối:

Theo bảng 2-9 trang 32TLTK :*Với Idm = 30A chọn vít M5 15× có đường kính ren d = 5mm

_____________________________________________________________ 5




_____________________________________________________________

+ Diện tích tiếp xúc của đầu nốitx

dmbndntx J

I baS == .

Jtx: mật độ dòng tại chỗ tiếp xúc.

Jtx = 0,31A/mm 2 => ( )277,9631,0

30 mmS tx ==

+ Tính lực Ftx tại chỗ tiếp xúc:txtxtx S f F .= với f tx = ( ) 2/150120 cm KG÷ : lực ép tiếp xúc đơn vị.

Chọn f tx = 120 KG/cm 2 . Ftx = 120.96,77.10 2 = 116,124(KG).

+ Điện trở tiếp xúc phần đầu nối R tx:

( ) mtx

tt tx F

K R

.102,0= với m: hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc, chọn tiếp xúc

mặt, m=1.K tt: hệ số tiếp xúc, theo bảng trang 59TLTK chọn K tt = 0,14.10 ( )mΩ−3

( )Ω==⇒ −−

63

3

10.2,110.139,1.102,0

10.14,0tx R

+ Điện áp rơi tại nơi tiếp xúc:( ) [ ] mV U mV I RU txdmtxtx 302036,030.10.2,1. 6 ÷=<=== −

Vậy việc chọn vít nối là thích hợp.*Với Idm = 5A, chọn vít có đường kính ren d = 3 mm+ Diện tích tiếp xúc đầu nối Stx = 5/0,31= 16,1 mm 2 .

+ Ftx = 120.16,1.10 2− = 19,35(KG).+ R tx = 7,3.10 ( )Ω−6 .+ Điện áp tiếp xúc: Utx = 7,3.10 6− .5 = 0,036mV < [Utx ]

Vậy việc chọn vít nối là thích hợp.4. Tiếp điểm:

a) Vật liệu làm tiếp điểm:Theo bảng 2-13 trang 45TLTK với Idm = 30A chọn vật liệu tiếp điểm là

kim loại gốm bạc niken than chì:Kí hiệu: KMK A32

Tỉ trọng ( )γ 8,7g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy ( )nc

θ 1300 C 0

Điện trở suất ( )20 ρ 0,035.10 ( )mmΩ−3

Độ dẫn nhiệt ( )λ 3,25W/cm. C 0

Độ cứng Briven 2/6545 mm KG÷

Hệ số dẫn nhiệt điện trở ( )α 0,0035C 0

1

_____________________________________________________________ 6




_____________________________________________________________

Với Idm = 30A < 100A, chọn tiếp điểm hình trụ cầu:Tiếp điểm chính: đường kính tiếp điểm d = 10mm, chiều cao h = 1,8mm.Tiếp điểm phụ: đường kính tiếp điểm d = 3mm, chiều cao h = 1mm.

b) Lực ép tiếp điểm:*Dựa vào việc khảo sát điện trường và nhiệt của thanh dẫn người ta đưa

công thức 2-14 trang 52TLTK Dạng tiếp xúc điểm:

222

1

arccos

1.

.16

...

Π=

tx

td

Bdmtx

T

T

H A I F

λ

với:Ttd : K 0 nhiệt độ thanh dẫn phát nóng dài hạn = 47+273 = 320 K 0

Ttx = Ttd + 8 K C 00 328=

=>( ) KG F td 035,0

328

320arccos

1.

25,3.16

10.45..10.3,2.30

22

282

1 =

Π=

−

Tiếp xúc điểm, n = 1: Ftd = n.Ftd1

Ftd = 0,035(KG).* Tính Ftd theo công thức thực nghiệm:

dmtd td I f F .=

với td

f [G/A] là lực ép tiếp điểm đơn vị, tra bảng 2-17 trang 55TLTK Chọn td f =10(G/A) => Ftd = 10.30 = 300(G) = 0,3(KG) = 0,3(N). Ftdc = Ftd = 0,3(KG).

Ftdd = (0,4÷0,7)Ftd

Chọn Ftdd = 0,6Ftd = 0,6.0,3 = 0,18(KG).* Tính lực ép lên tiếp điểm phụ:

Ftdc = 10.5 = 50(G) = 0,005(KG).Ftdd = 0,6.Ftdc = 0,003(KG).

c) Điện trở tiếp xúc R tx:* Theo công thức lý thuyết 2-24TLTK ta có:

( )Ω=Π

=Π

= −−

33

1

10.38,03,0

45..

2

10.035,0..

2 td

Btx F

H R

ρ

* Theo công thức thực nghiệm 2-25TLTK:

( ) mtd

txtx F

K R

.102,0= với tiếp xúc điểm: m = 0,5.

Tra bảng trang 59TLTK ta có K tx = 0,16.10 ( ) N Ω−3

_____________________________________________________________ 7




_____________________________________________________________

=>( )

( )Ω== −−

35,0

3

10.29,094,2.102,0

10.16,0tx R

=> Chọn R tx = 0,38.10 ( )Ω−3

=> Utx = R tx.Idm = 11,4(mV) < [Utx ] = 30mVd) Nhiệt độ tiếp xúc:

Theo công thức 2-12TLTK ta có:( )

ρ λ λ

ρ θ θ

..8

.

...

1...

2

1

..

. 22

2

0txdm

T

txtx

tx

R I

s p K R I

s p R

I +++=

với: ρ : điện trở suất của vật liệu tiếp điểm, =0,035.10 4− [ ]cmΩ p,s: chu vi và diện tích tiếp điểm (cm, cm 2 )K T: hệ số toả nhiệt, = 7,5.10 ( )C 024 .W/cm−

λ : hệ số dẫn nhiệt, = 3,25(W/cm. C 0 )C 0

0 40=θ : nhiệt độ môi trường.

=> +++=−

−−

−

785,0.14,3.10.5,7.25,3

1.10.29,0.30.

2

1

785,0.14,3.10.29,0

10.035,0.3040

4

323

42

txθ

( )C 0

4

23

4710.035,0.25,3.8

10.29,0.30≈

−

−

< C 0180 => thoả mãn.

e) Dòng hàn dính tiếp điểm:* Theo công thức lý thuyết 2-33 trang 66TLTK :

( ) A F f A I td nchdbd ..= với A là hệ số phụ thuộc vật liệu.

+Π

+=

nc B

ncnc

H A

θ α ρ

θ α θ λ

..3

21...

)..3

11.(..32

00

HBo là độ cứng Briven ở 0 C 0

Ftd : lực ép tiếp điểm.0 ρ : điện trở suất của vật liệu ở 0 C 0

( )mΩ=+

=+

= −−

53

200 10.27,3

20.0035,01

10.035,0

20.1 α

ρ ρ

f nc = (2÷4): hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc, chọn =3

13511300.0035,0.

3

21.10.27,3.45.14,3

1300.0035,0.3

11.1300.10.25,3.32

5

1

=

+

+

=−

−

A

=> ( ) A I hdbd 12823,0.3.1351 ==

_____________________________________________________________ 8




_____________________________________________________________

* Theo công thức thực nghiệm 2-36 trang 67TLTK :

td hd hdbd F K I .=

K hd: hệ số hàn dính, tra bảng 2-19 trang 67TLTK hoặc hình 2-13chọn K hd = 1000 ( ) KG A /

Ftd = 0,3KG => Ihdbd = 1000. 3,0 =548(A).chọn Ihdbd = 548 > Inm = 10.Idm = 300(A) => thoả mãn.

f) Kiểm tra sự rung tiếp điểm:Theo công thức 2-39 và 2-40 trang 72TLTK ta có:* Biên độ rung tính cho 3 cặp tiếp điểm:

( )

tdd

vdod m F

K vm x

.2.3

1.. 2 −= Σ

* Thời gian rung tính cho 3 cặp tiếp điểm:

tdd

vdod m F

K vmt

.3

1...2 −= Σ

mdE: tổng khối lượng phần động.

g

m I m cdm

d

.=Σ ; mc chọn =8(G/A)

=> )(49,248,9

8.30Gmd ==Σ

vdo = 0,1(m/s) tốc độ tiếp điểm.

K v =0,9 hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu.Ftdd = 0,18(KG).

=>( )

)(10.27,218,0.2.3

9,01.1,0.02449,0 52

m xm−=

−=

( ) ( )ms st m 87,210.87,218,0.3

9,01.1,0.02449,0.2 3 ==−

= − < [tm ] = 10(ms)

thoả mãn sự rung tiếp điểm.g) Hao mòn tiếp điểm:

Theo công thức 2-54 trang 79TLTK ta có:

Khối lượng hao mòn trung bình của một cặp tiếp điểm cho một lần đóngngắt là :( ) kd ng ng d d ng d K I K I K g g ....10 229 +=+ −

Với:Id : dòng điện khi đóng tiếp điểm, Id = ( )74 ÷ Idm, chọn Id = 6Idm = 6.30 =180(A).Ing : dòng điện khi ngắt tiếp điểm, Ing = ( )86 ÷ Idm, chọn Ing = 8.Idm = 8.30 =240(A).

_____________________________________________________________ 9




_____________________________________________________________

K d , K ng: hệ số mòn khi đóng ngắt, chọn K d, K ng = 0,01 ( )2/ A g

K kd : hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn tiếp điểm = 1,1 ÷2,5Tra bảng 2-21 trang 40 TLTK ta có K kd = 1,8.

=> ( ) ( ) g g g ng d 6229 10.62,18,1.240.01,0180.01,0.10 −− =+=+Khối lượng mòn về cơ sau 10 5 lần đóng cắt là:

Gm = 10 5 .(gd + gng) = 0,162 (g).Khối lượng tiếp điểm: Gtd = γ

td . Vtd

Với: td γ =8,7(g/cm 3 )trọng lượng riêng của vật liệu tiếp điểm.

( ) ( ) ( )[ ] ( )3823233

22 10.37,710.5.310.8,1.6

10.8,1..3.

6

.mr h

hV td

−−−−

=+Π

=+Π

=

Gtd = 8,7.0,0737 = 0,6412(g).

%27,25%1006412,0

162,0

=×=td

m

G

G

% < (50÷70)% thoả mãn về hao mòn tiếp điểm.

h) Chọn độ mở và độ lún tiếp điểm:* Độ mở tiếp điểm (m):

Với Idm = 30A và Udm = 400V chọn độ mở tiếp điểm m = 6(mm)* Độ lún tiếp điểm (l):

l = A + B.Idm với A = 1,5mm và B = 0,02mm/A.=> l = 1,5 + 0,02.30 ≈ 3(mm)Với tiếp điểm phụ: l = 1,5 + 0,02.5≈2 (mm)

Tính toáng dựng đặc tính cơ (đặc tính phản lực contactor):

Fco = F phan luc = F ( )δ

d

loxotdphu

loxotdchinh

nha

G

F

F

F

)(

)(

với Gd là trọng lượng phần động, Gd = mc.Idm = 30.8 = 0,24(KG).+ Lực nhả đầu: Fnhd = K.(Ftd + Gd + Fms)= 1,2.(1+ Gd) =

= 1,2.(1 + 0,24) = 1,488(KG).

+ Lực nhả cuối: Fnhc = ( )25,1 ÷ Fnhd, chọn Fnhc = 1,5Fnhd = 1,5.1,488 == 2,232(KG).

+ Lực ép tiếp điểm chính:Ftdc = 2.3.Ftd = 1,8(KG)

(2 chỗ ngắt, 3 pha).Ftdd = ( )6,04,0 ÷ Ftdc , chọn Ftdd = 0,5.Ftdc = 0,5.1,8 = 0,9(KG)

+ Lực ép tiếp điểm phụ:

_____________________________________________________________ 10




_____________________________________________________________

Ftdpc = 5.5(G/A).4 = 0,1(KG)Ftdpd = ( )6,04,0 ÷ Ftdpc , chọn Ftdpd = 0,5.Ftdpc = 0,5.0,1 = 0,05(KG).

Gd = 0,24(KG) = 2,45(N) Fnhd = 1,488(KG) = 15,18(N) Fnhc = 2,232(KG) = 22,77(N) Ftdc = 1,8(KG) = 18,36(N) Ftdd = 0,9(KG) = 9,18(N) Ftdpc = 0,1(KG) = 1,02(N) Ftdpd = 0,05(KG) = 0,51(N)

δ = m + l = 6 + 3 = 9(mm).

5. Tính toán lò xo:

5.1.Lò xo tiếp điểm chính:a) Chọn lò xo kiểu xoắn hình trụ. Vật liệu làm lò xo là thép Carbon

609389 −ΓΟCT có độ bền vừa, nhãn hiệu II ( )Π ( Tra bảng 4-1 trang 166 TLTK ):

- Độ bền giới hạn khi kéo ( )k σ 2200 ( )2/ mm N - Giới hạn mỏi cho phép khi uốn ( )uσ 770 ( )2/ mm N

- Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn xσ 480 ( )2/ mm N

- Module đàn hồi 200.103 ( )2/ mm N

- Module trượt (G) 80.103 ( )2/ mm N

- Điện trở suất ( ) ρ ( ) ( )mΩ÷ −610.22,019,0

b) Tính toán lò xo:* FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 2.Ftđ1 = 2.0,3 = 0,6(KG) = 6,12(N)* Fminloxo = Fdauloxo = 2.Ftdd = 2.0,18 = 0,32(KG) = 3,26(N)* Độ lún của lò xo: xlv = l = 3(mm).

* Chỉ số lò xo: C =d

D=10

Với D: đường kính lò xod: đường kính dây lò xo.

Đường kính dây lò xo: d = ( )mmC F x

6,0480.14,3

10.12,6.8.

..8 ==Πσ

Đường kính lò xo: D = C.d = 10.0,6 = 6(mm).

* Số vòng lò xo: w = ( )vong F C

d G f 6

)26,312,6.(10.8

6,0.10.80.3

..8

..3

3

3=

−=

* Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,6 + 3/6 = 1,1(mm)* Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 6.1,1 + 1,5.0,6 =

_____________________________________________________________ 11




_____________________________________________________________

= 7,5(mm)* Ứng suất xoắn tính toán:

[ ] 4804336,0.14,3

10.12,6.8

.

..8

22

=<==Π

= x x

d

C F σ σ

Việc tính toán lò xo là hợp lí .

5.2.Lò xo tiếp điểm phụ:*Độ mở tiếp điểm phụ: Với Idm = 5A chọn độ mở m = 7(mm)*Độ lún tiếp điểm phụ: l = A + B.Idm = 1,5 + 0,02.5 = 2 (mm)* FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 2.Ftđc = 2.0,5 = 1(N)* Fminloxo = Fdauloxo = 2.Ftdd = 2.0,3 0,6(N)


D=10

Đường kính dây lò xo: d = ( )mmC F x

25,0480.14,3 10.1.8. ..8 ==Πσ



d G f 12

)6,01.(10.8

25,0.10.80.2

..8

..3

3

3=

−=

* Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,25 +2/12 = 0,42(mm)* Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 12.0,42 + 1,5.0,25 =

5,4(mm)* Ứng suất xoắn tính toán:

[ ] 48040725,0.14,3

10.1.8.

..8 22 =<==Π= x x d C F σ σ

Việc tính toán lò xo là hợp lí .5.3.Lò xo nhả:

* FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 0,5.Fnhc = 0,5.22,77 = 11,39(N)* Fminloxo = Fdauloxo = 0,5.Fnhd = 0,5.15,18 = 7,59(N)* Độ lún của lò xo: f =δ =9(mm).


D=10

Đường kính dây lò xo: d = ( )mmC F

x8,0480.14,3

10.39,11.8

.

..8==Πσ



d G f 20

)59,739,11.(10.8

8,0.10.80.9

..8

..3

3

3=

−=

* Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,8 + 9/28 = 1,25(mm)

_____________________________________________________________ 12




_____________________________________________________________

* Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 20.1,25 + 1,5.0,8 =26,2(mm)

* Ứng suất xoắn tính toán:

[ ] 4804538,0.14,310.39,11.8

...8

22=<==

Π= x x d

C F σ σ

Việc tính toán lò xo là hợp lí .

_____________________________________________________________ 13




_____________________________________________________________

F ( N )

d e l t a

( m m )

0

Đồ thị đặc tính cơ

_____________________________________________________________ 14




_____________________________________________________________

CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN

I. Thiết kế:

1. Chọn dạng kết cấu:Chọn dạng kết cấu tối ưu:

Công thức tính hệ số kết cấu: K kc = ( )m N F dt /.2 5,0

δ

Để xác dịnh Fdt ta phải dựa vào đặc tính cơ (ĐTC). Trên ĐTC ta xác địnhđược điểm tới hạn K(3mm; 31,88N) là điểm mà đặc tính lực hút điện từ dễcắt ĐTC.

Fth =31,88(N); ( )mmth 3=δ

Fdt = K.Fth với K= ( )5,11,1 ÷ hệ số dự trữ, chọn K=1,3

K kc = ( )m N F K

th

th/3034

10.3

88,31.3,1.2..2 5,0

3==

−δ

Tra bảng (5-2) trang 189TLTK : Ta thấy việc chọn dạng kết cấu như phầnchọn sơ bộ kết cấu nam châm điện là hợp lí.

2. Chọn vật liệu mạch từ : Nam châm điện xoay chiều: mạch từ làm bằng thép kĩ thuật điện ghép lại

nhằm giảm tổn hao, tôn Silich dày từ ( )mm5,01,0 ÷Tra bảng (5-4) trang 193TLTK : chọn vật liệu làm mạch từ có các thông

số sau:

Vật liệu: Thép kĩ thuật điện hợp kim tăng cường Mã hiệu : ∃ 41

Lực từ phản kháng HC : 0,35A/cm

Từ cản dư: 1,1 Tesla

Từ cảm bão hòa: 1,9 Tesla

Độ từ thẩm: 250

Độ từ thẩm cực đại: 6,5 Điện trở suất: 50.10-8 Ω .cm

Khối lượng riêng: 7,55 g/cm

Thành phần cácbon: 0,025 %

Tổn hao từ trễ khi bão hòa: 0,15

_____________________________________________________________ 15




_____________________________________________________________

Từ cảm lõi thép: 0,6 Tesla

Chiều dầy lõi thép: 0,5 mm

3. Chọn Bδ , σr , σt tại thδ = 3(mm):* Hệ số từ tản σt = ( )5,12,1 ÷ chọn =1,3* Hệ số từ rò σr = ( )6,13,1 ÷ chọn = 1,4* Chọn Bδ khi phần ứng chưa bị hút sao cho khi nắp hút thì giá trị cực đại

Bmax < B bão hoà. Chọn Bδ = ( )6,04,0 ÷ , chọn Bδth = 0,4T.4. Xác định tiết diện lõi thép và kích thước, thông số chủ yếu của namchâm điện:4.1. Xác định tiết diện lõi thép:1) Xác định Sl hoặc Sml nằm ở khe hở làm việc:

Để nam châm điện làm việc thì đặc tính lực hút phải nằm cao hơn vàkhông cắt đặc tính cơ. Do đó từ đặc tính cơ ta xác định được Fcơth ứng với thδ

. Fdttt = K. Fcơth

Nam châm điện có 3 khe hở làm việc thì Fdttt được chia làm 3 phần tỉ lệvới diện tích cực từ Scực từ:

Fdtttlõi = ( ) N F K F dt 72,2088,31.3,1.2

1..

2

1.

2

1coth ===

Theo công thức (5-7) trang 204TLTK :l lmdttt S B F ..10.9,19 24=

( )22424

6504,0.10.9,19

72,20

.10.9,19mm

B

F S

lm

dttt l ===⇒

2) Xác định kích thước lõi của nam châm điện:

Chọn ( )mmS bab

al 266501 ≈===⇒=

Cạnh thực sự của lõi thép: ( )mm K

bb

c

2795,0

26' ≈==

Với K c là hệ số ép chặt

*Kích thước cực từ bên: Với mạch từ chữ E, vòng ngắn mạch được đặt ở 2 cực từ bên:

va

a ∆+= 22

' với a: kích thước cực từ giữa

a’: kích thước cực từ bên.v∆ ( )mm21÷= : chiều rộng vòng ngắn mạch chọn = 1(mm).

_____________________________________________________________ 16




_____________________________________________________________

( )mma 172.22

26' =+=⇒

*Số lá thép: ( )lab

n 52

5,0

26==

∆=

với ∆ là chiều dày lá thép, chọn = 0,5(mm).4.2. Xác định kích thước cuộn dây:1) Xác định sức từ động cuộn dây nam châm điện:

Với nam châm điện xoay chiều, sức từ động phụ thuộc sức từ động tổnhao do từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép và tổn hao trong vòng ngắn mạch.Do đó sức từ động cuộn dây tăng nên để bù vào tổn hao.

- Khi nắp hút: ht cd cnhut δ δ δ δ ++=Σ

với ( ) :1,003.0 mmcn ÷=δ Khe hở công nghệ

( ) :5,01,0 mmcd ÷=δ Khe hở chống dính:ht δ Khe hở giả định( ) ( )mmchonmm hut hut 5,0,7,02,0 =Σ÷=Σ⇒ δ δ

- Sức từ động (IW)tđ:( ) ( ) ( ) hut hotd IW IW IW += δ với ( ) :ho IW δ Stđ khi nắp hở. ( ) :hut IW Stđ khi nắp hút.

+ ( )o

hohoho

B IW

µ

δ δ δ

Σ=

., trong đó hoδ Σ phụ thuộc kết cấu nam châm điện. Với

nam châm điện chữ E:

( ) ( ) Avong IW hothho 191010.4

10.3.2.4,0.27

3 =Π

=⇒=Σ −

−δ δ δ

+ ( ) ( ) Avong B

IW hut r hohut 224

10.4

10.5,0.4,1.4,0..7

3

0

=Π

=Σ

= −

−

µ

δ σ δ

( ) ( ) Avong IW td 21342241910 =+=⇒

Bội số tăng dòng điện:( )

( )( )1545,8

224

1910÷∈≈===

hut

napho

hut

td I I

I

IW

IW K => hợp lí .

4.3. Xác định kích thước cuộn dây:

Scd = lcd.hcd với l cd : chiều dày cuộn dâyhcd : chiều cao cuộn dây

Scd = lcd.hcd =( )

I qt ld U

td UMax

K K J K K

IW K

....

.

min

với ( ) 5,0,7,03,0 =÷= chon K ld hệ số lấp đầy ( ) 5,2,/42 2 =÷= chonmm A J mật độ dòng điện

K qt : hệ số quá tải, làm việc dài hạn chọn =1, làm việc ngắn hạn>1

_____________________________________________________________ 17




_____________________________________________________________

chọn K qt = 1K Umax =1,1 K Umin = 0,85

( )22215,2.10.1.5,0.85,0

2134.1,1mmS cd ==⇒

Hệ số hình dáng:

( )

( ) ( )mmhmml

chonl

h K

cd cd

cd

cd

279.393

221

3,42

==⇒≈=⇒

=÷==

5. Xác định kích thước mạch từ và cuộn dây nam châm điện:a) Tiết diện đáy mạch từ: Sd = 0,5.Sl =0,5.a.b’=351 ( )2mm

b) Tiết diện nắp mạch từ: Sn=0,6.Sl = 421 ( )2mm

c) Chiều cao đáy: hd = ( )mmb

S d

13' =

d) Chiều cao nắp: hn = ( )mmb

S n 16'=

e) Tổng chiều cao mạch từ:H = hcs + hd + hn

hcs = 2. 62 ∆++∆ cd h = 2.1,5+27+5 = 35(mm)=>H = 35+13+16 = 64(mm)ccs = =∆+∆++∆+∆+∆ 54321 cd l 0,5+1,5+0,5+9+0,5+5 = 17(mm)

( )mm5,01 =∆ khe hở lắp ráp

( )mm5,03 =∆ cách điện trong ( ) ( )mm212 ÷=∆ chiều dày khung dây, chọn = 1,5(mm)

( )mm5,04 =∆ cách điện ngoài( )mm1055 ÷=∆ : khoảng cách cuộn dây tới cực từ bên, chọn = 5(mm)( )mm1056 ÷=∆ : khoảng cách từ mặt trên cuộn dây tới nắp, chọn = 5(mm)

_____________________________________________________________ 18

a/2 a

b

c

hđ

hn

∆6

∆5

∆4 ∆2

∆1

lcd

h

c

dd

hlll




_____________________________________________________________

f) Tổng chiều dài mạch từ:C = 2.ccs + a + 2.a’ = 2.17+26+2.15 = 90(mm)

II. Tính toán kiểm nghiệm:1. Sơ đồ đẳng trị mạch từ khi nắp mở :

Bỏ qua từ trở sắt từ. Từ dẫn ở khe hở 1111 : ct GGG +=δ δ

Từ dẫn ở khe hở 2222 : ct GGG +=δ δ

Từ dẫn ở khe hở 3333 : ct GGG +=δ δ

Biến đổi tương đương ta có:3113 δ δ δ GGG +=

Từ dẫn tổng qua khe hở không khí:

132

132 .

δ δ

δ δ δ GG

GGG

+=

_____________________________________________________________ 19

Gc

Gt3

Gc22t

GGc1

Gt1

Gr2

Gr1

IW

Gr2

Gr1

3δ G

2δ G

1δ G

IWI

Gr Σ

Gδ

IW




_____________________________________________________________

2. Từ dẫn qua khe hở không khí :a) Khe hở 2δ : dùng phương pháp phân chia từ trường, chia ra làm 17 hình,có các kích thước: a, b’, δ

- Từ dẫn ở một hình chữ nhật với các cạnh a, b’ và chiều cao δ :

Gδ0 =δ

µ '..0

ba

- Từ dẫn ở hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài a, từ dẫn

của mỗi hình là :

G1 = 0,26.µ0.a

- Từ dẫn ở hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài b’, từ dẫn

của mỗi hình là :G2 = 0,26.µ0.b’

- Từ dẫn ở hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính

ngoài (δ + 2m), chiều dài a, từ dẫn mỗi hình là :

G3 =)1.(

.2.0

+m

a

δ π

µ

= ao ..058,0 µ

chọn với m = 0,1.δ- Từ dẫn ở hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính

ngoài (δ + 2m), chiều dài b’, từ dẫn mỗi hình là :

G4 = )1.(

'.2.0

+m

bδ

π

µ

= '..058,0 bo µ

_____________________________________________________________ 20

Gr ΣΣ

13δ G

IW




_____________________________________________________________

- Từ dẫn ở bốn hình 1/4 cầu đặc với đường kính δ, từ dẫn của mỗi hình

là: G5 = 0,077µ0.δ

- Từ dẫn ở bốn hình 1/4 cầu rỗng với đường kính trong δ. đường kínhngoài (δ + 2m), từ dẫn mỗi hình là :

G6 =4

.1,0.

4

. 00 δ=

m= 0,025.µ0.δ

Vì tất cả các từ dẫn này song song với nhau nên từ dẫn tổng G δ2 ở khe hở

không khí sẽ là tổng của 17 từ dẫn trên :

Gδ2 = Gδ0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) +4.( G5 +G6)

= µ0.

+++ δ δ

.408,0'.636,0.636,0'.

baba

b) Tương tự với từ dẫn Gδ1 và Gδ3 ta cũng tính như Gδ2 chia ra làm 17 hình,

có các kích thước: a’, b’, δ

⇒ Gδ1 = Gδ3 = Gδ0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) +4.( G5 +G6)

= µ0.

+++ δ δ

.408,0'.636,0'.636,0''.

baba

⇒ Gδ13 = Gδ1 + Gδ3 = µ0.

+++ δ

δ .816,0'.272,1'.272,1

''..2ba

ba

Vậy từ dẫn tổng qua khe hở không khí :

Gδ = 132

132 .

δ

δ

G G

G G

+ =

[ ] ( )( )[ ]

( ) ( )[ ]

( ) ( )δ δ δ

δ

δ δ δ

µ

'2''908,1'272,1636,0224,1

''.2''''''272,1

'''809992,0'816,0''816,0'2'518976,0.332928,0

.24

2

234

aabbaa

baabaabbaba

babaabbabaa

o

+++++

+++++

++++++++

3. Từ dẫn rò:

Từ dẫn rò quy đổi: 1.2 r rqd GG =

với Gr1 =Gra+Grb+Grc , trong đó:

-Gra là từ dẫn rò một hình chữ nhật có kích thước: ccs , b’, hcs

_____________________________________________________________ 21




_____________________________________________________________

-Grb là từ dẫn rò 2 hình ½ trụ tròn đặc có đường kính: ccs , chiều cao hcs

-Grc là từ dẫn rò 2 hình ½ trụ tròn rỗng có đường kính trong ccs , đường

kính ngoài (ccs+a), chiều cao hcs.

+++=⇒

2/1

64,0..226,0..2

'.2..

3

1

a

cc

bhG

csoo

csocsrqd µ µ µ

+++=⇒

2/1

64,0.226,0.2

'...

3

2

a

cc

bhG

cscscsorqd µ

4. Hệ số từ rò tại ( )mmth 3=δ :

4,13941,110.9436,1

10.6594,711

7

8

≈=+=+=−

−

δ

σ G

Grqd r (sai lệch 0,42%=> hợp lí)

5. Từ thông và từ cảm tại thδ :

δ

φ δ

φ

δ

δ δ

δ

δ

δ

d

dG K

G F

d

dG

G

K F htb

thth

htb

.

.2..

.2

. 2

2

2

=⇒= với K = 0,25

( ) 4,04032,010.720

10.8303,26

4

≈===⇒ −

−

T S

Bl

thth

δ δ

φ (sai lệch 0,8%=> hợp lí)

với S l =a.b’

( )Wb¦10.9457,310.8303,2.3941,1. 44 −− ===⇒ thr otb δ φ σ φ

( )T S

Bl

otbo 5621,0

10.702

10.9457,36

4

===⇒−

−φ < Bmax =1,9(T) đã chọn ở phần vật liệu

=> hợp lí.

6. Số vòng dây:( )vong

f

K U K W

otb

ir dmU 332310.9457,3.50.44,4

9,0.380.85,0

..44,4

..4

min ≈==−φ

với K Umin = 0,85K i r =0,9: hệ số kể đến sụt áp

7. Đường kính dây:

_____________________________________________________________ 22




_____________________________________________________________

Π=

qd

4; với ( )20332,0

W¦. mmS

K q cd ld ==

( )mmd 2056,014,3

0332,0.4

==⇒

Chọn theo bảng dây chuẩn trang 277TLTK : chọn d = 0,18(mm), kể cảcách điện chọn d’=0,2(mm)

Kiểm tra hệ số lấp đầy:

( )222

0341,04

2,0.

4

'.' mm

d q =

Π=

Π=

Hệ số lấp đầy: ( )7,03,05,027.9.4

2,0..3323

..4

.d'W. 22

÷∈=Π

=Π

=cd cd

ld hl K => thoả

mãn.

δ (mm) 0,2 2 3 7 96

1 10. −δ G 2,9178 0,3244 0,2289 0,1211 0,1038

62 10. −

δ G 4,4510 0,4842 0,3378 0,1719 0,1449610. −

δ G 2,5250 0,2773 0,1943 0,1005 0,0854610. −

r G 0,0765 0,0765 0,0765 0,0765 0,0765

r σ 1,0303 1,2762 1,3941 1,7618 1,89735'

1 10.−

δ G -1440 -14,361 -6,3544 -1,1253 -0,66055

2 10.' −δ G -2200 -21,992 -9,7456 -1,7484 -1,0373

510.' −δ G -1250 -12,467 -5,5270 -0,9947 -0,5917

8. Tính toán vòng ngắn mạch:Vì nam châm điện xoay chiều, lực điện từ F=f(t) gây ra hiện tượng rung

nắp nên phải dùng vòng ngắn mạch để chống rung.a) Trị số trung bình của lực điện từ ở khe hở khi không có vòng ngắn

mạch, phần ứng ở trạng thái hút:

Theo công thức 5-52TLTK ta có:

tnr

tb

tn

th

th S S F

cn..4

.10.9,1910.9,19

2

20

424

δ

δ

σ

φ φ −− ==

với cnr δ σ là hệ số từ rò ở khe hở công nghệ ( ( )mmcn 2,0=δ )

_____________________________________________________________ 23




_____________________________________________________________

Từ bảng trên ta có:cnr δ σ

= 1,0303Stn = Sc - Snm : diện tích trong ngoài.Với Sc: diện tích một cực từ, Sc = a’.b’=17.27=459 ( )2mm

Snm: diện tích phần ứng vòng ngắn mạch chiếm chỗ trên cực từ ( )210827.2.2'..2 mmbvS nm ==∆=

=>Stn= Sc – Snm = 459 – 108 = 351 ( )2mm

Với ( )Wb10.9457,3 4

0

−=tb

φ

( )( ) N F tbh 79,20

10.351.0303,1.4

10.9457,3.10.9,1962

244

==⇒ −

−

Chọn 5,0==t

n

S S α

Sn + St = Stn = 351 ( )2mm => St = 234 ( )2mm , Sn = 117 ( )2mm

b) Tính tỉ số f 1 của lực điện từ bé nhất và trị trung bình của lực điện từ

khi không có vòng ngắn mạch:tbh F

F f min

1 =

với Fmin = Fcơ quy đổi trên một cực từ, bằng coMax F 4

1

Từ đặc tính cơ ta có: FcơMax = 44,6(N) => Fmin = 11,15(N)

54,079,2015,111 ==⇒ f

c) Điện trở vòng ngắn mạch:Theo công thức (5-54)TLTK ta có:

( ) ( )

( )Ω=

=+

−Π=

+

−=

−

−

−−

4

23

267

21

2110

10.20,2

254,0.3.10.2,0

54,04.54,0.4.10.351.10.4.314

23

44.

..

f

f f S wr

h

tnnm

δ

µ

d) Góc lệch pha ϕ giữa :nt vaφ φ

Khi Wn =1(vòng): nm

t

t r

Gw

R

X

tg

.

== δ

µ

ϕ

với ( ) H S

Gh

t t

63

6

00 10.47,110.2,0

10.234.. −

−

−

=== µ δ

µ

43,0cos52,64098,210.20,2

10.47,1.314 04

6

=⇒=⇒==⇒ −

−

ϕ ϕ ϕ tg

e) Tính từ thông trong và ngoài vòng ngắn mạch:Theo công thức (5-56)TLTK ta có:

_____________________________________________________________ 24




_____________________________________________________________

t nh

t C C

φ φ ϕ

φ φ δ .;

cos.21 2=

++= với 16,1

43,0

5,0

cos===

ϕ

α C

với4

40

10.9148,10303,1

10.9457,3.2

1.2

1 −−

===cnr

tbh

δ

δ σ

φ φ (Wb)

4

2

4

10.069,143,0.216,11

10.9148,1 −−

=++

=⇒ t φ (Wb)

44 10.24,110.069,1.16,1 −− ==⇒ nφ (Wb) Từ cảm khe hở trong và ngoài vòng ngắn mạch:

( )T S

Bn

nn 06,1

10.117

10.24,16

4

===−

−φ < [Bn ] =1,6(T)

f) Tính Ftbt và Ftbn của vòng ngắn mạch:

( ) ( )

( )( ) N

S F

N S

F

n

ntbn

t

t tbt

15,2610.117

10.24,110.9,1910.9,19

72,910.234

10.069,110.9,1910.9,19

6

244

24

6

244

24

===

===

−

−

−

−

φ

φ

g) Tính FMax:

( ) N

F F F F F tbntbt tbntbt Max

41,21

2cos.15,26.72,9.215,2672,92cos...2 2222

=

=++=++= ϕ ϕ

h) Tính Fmin:

Fmin = Ftb - Fmax

Ftb = Ftbt + Ftbn = 9,72+26,15 = 35,87(N)=>Fmin = Ftb - Fmax = 35,87 – 21,41 = 14,46(N)=>FminΣ = 4.Fmin = 4.14,46 = 57,84(N) > Fcơ Max = 44,6(N) => hợp lí.i) Tổn hao vòng ngắn mạch:Theo công thức (5-57)TLTK ta có:

( ) ( )

)(578,8289,4.2.2

)(289,410.2,2.2.85,0

10.069,1.314.1,1

.2.

...

42

24

2min

2max2

W P P

W r K

w K r I P

nmnm

nmU

t U nmnmnm

===⇒

====

Σ

−

−φ

j) Kích thước vòng ngắn mạch:+ Tổng chiều dài vòng ngắn mạch:

_____________________________________________________________ 25




_____________________________________________________________

( ) ( )mmb

S vbavbl t

t nm 7927

2342.227.2

'.2'.2.2'.2 =

++=

+∆+=+∆+=

+Vật liệu làm vòng ngắn mạch:

Đồng không ủ cứng có:( )

=

Ω= −

C

mm

0

320

10043,0

10.01681,0

α

ρ

+Tiết diện vòng ngắn mạch:nm

nmnm r

l S .20 ρ =

với( )[ ] ( )[ ] ( )mmΩ=−+=−+= −− 53

20200 10.982,2202000043,0110.01681,0202001 α ρ ρ

( )24

5 71,1010.20,2

79.10.982,2 mmS nm ==⇒ −

−

+Chiều cao vòng ngắn mạch:

( )mmv

S h nmnm 5

2

71,10≈=

∆=

k) Dòng điện trong vòng ngắn mạch:

( ) Ar

P I

nm

nmnm 140

10.2,2

289,44===

−

Quy đổi về cuộn dây nam châm điện:

( ) AW

I I nm

nmqd 042,03323

140===

l) Nhiệt độ phát nóng vòng ngắn mạch:

TFeTFeTKK TKK

nmnm

S K S K

P

.. +=τ

với: K TKK : hệ số toả nhiệt trong không khí.( )0

3 .0017,01.10.3 θ += −TKK K với C 0

0 40=θ là nhiệt độ môi trường.( ) ( )C cmW K TKK

0233 ./10.204,340.0017,01.10.3 −− =+=⇒S TKK : diện tích toả nhiệt không khí.

( ) ( ) ( ) ( )22 92,11922.2.217.227.2.2.2'2'..2 cmmmvvabvS TKK ==++=∆∆++∆= K TFe: hệ số toả nhiệt của vòng ngắn mạch trong lõi thép.

( ) ( )C cmW K TFe

0233 ./10.69,340.0068,0110.9,2 −−=+=

_____________________________________________________________

b’

at

v∆

26




_____________________________________________________________

( )248,65.27.427.2.2'..4'..2 cmhbbvS nmTFe =+=+∆=

)(14348,6.10.69,392,1.10.204,3

289,4 033

C nm =+

=⇒ −−τ

[ ] C C nmnmnm00

0 25018340143 =<=+=+=⇒ θ θ τ θ

9. Tính tổn hao trong lõi thép:a) Thể tích lõi thép mạch từ: V=l.S

với l, S: chiều dài và tiết diện mạch từ V=H.C.b’-2.ccs.hcs.b’=64.90.27-2.17.35.27=123,39( )3cm

b) Khối lượng mạch từ:( ) ( )kg g V M 932,093239,123.55,7. ==== γ

với ( )3/55,7 cm g =γ là khối lượng riêng vật liệu sắt từ .c) Suất tổn hao vật liệu ứng với BMax trong lõi thép:

2max

0,1max 0,1

= B

P P

( ) [ ] )(2,177,010.702

10.44,510.44,5

3323.314

96,0.380.1,1.2

96,0;.

...2;

max6

4

max4

max

maxmax

maxmax

T B BWb

K W w

K U K

S B

l

ir ir dmU

l l

l

=<==⇒==

===

−

−−φ

φ φ

với

P 1,0: suất tổn hao vật liệu ở f=50Hz, B=1T Tra bảng =>P 1,0 =1,55

( ) KGW P /92,0177,0.55,1

2

max =

=⇒

d) Công suất tổn hao sắt:PFe = PMax.M.K

với K: hệ số thực nghiệm làm tăng tổn hao, chọn K = 2.=>PFe = 0,92.0,932.2=1,737(W)

e) Dòng điện đặc trưng cho tổn hao sắt:

)(0042,0380.1,1

737,1

.1,1Fe AU

P I

dm

Fe ===

10. Tính toán dòng điện trong cuộn dây:a) Dòng khi nắp hút:

h

dmhh

h

dmh X

U I X doR

X R

U I

.1,1;

.1,122

≈⇒<<+

=

với( )

hhhh

babaS W w Lw X

δ δ µ

''..2'..10.4.3323.314.... 72

02 +

Π=== −

_____________________________________________________________ _ 27




_____________________________________________________________

( )( )

( ) δ I A I

X

h

h

===⇒

Ω=+

Π=⇒ −

−−

012,035293

380.1,1

3529310.2,0

10.27.17.227.26.10.4.3323.314

3

672

Nếu tính đến tổn hao dòng trong vòng ngắn mạch và tổn hao sắt thì:

( ) ( ) 22

Fe thnmqd h I I I I I +++= δ

với I th: dòng từ hoá lõi thép

W

l H I ii

th

.Σ=

Ta có: HMax = 1,8(A/cm)Ltb= 2C + 3H = 2.90 + 3.64 = 372(mm) = 37,2(cm)

( )( ) ( ) A I A I

A I

nmqd

th

0042,0;042,00142,03323.2

2,37.8,1

Fe ====⇒

( ) ( ) ( ) A I h 053,00142,0012,00042,0042,022=+++=⇒

b) Mật độ dòng điện J:

( ) [ ] J mm Ad

I

q

I J hh <=

Π=

Π== 2

22/1,2

18,0.

053,0.4

.

.4=> hợp lí

c) Dòng khi nắp mở:

mo

dmmo

X

U I

.1,1= với

momo GW w X .. 2=

Với Gmở = Gδ mở +Gr

Trong đó:( )

( )( ) H G

H GG

H Gmo

mmmo

r 6

69

6

10.1619,010.0854,0

10.0765,0 −−

=

−

=⇒

==

=

δ δ

( ) A I mo 745,010.1619,0.3323.314

380.1,162==⇒

−

d) Bội số tăng dòng điện:

( )15414053,0

745,0÷∈===

hut

mo I I

I K => hợp lí

11. Tính toán nhiệt cuộn dây:a) Điện trở cuộn dây:

_____________________________________________________________ _ 28




_____________________________________________________________

( )[ ]

( )[ ] ( )

( )

( )Ω==⇒

=Π+=Π+=

Ω=−+=

−+==

−

−−

3040332,0

3323.26,132.10.023,0

26,1329.26.4..4

10.023,0201050043,0110.01681,0

201;.

.

3

33

20

R

mml al

mm

q

W l R

cd tb

tb

θ

θ θ

ρ

θ α ρ ρ ρ

b) Tổn hao trên cuộn dây:( )W I R P hdq 854,0053,0.304. 22 ===

c) Độ tăng nhiệt cuộn dây:

T T

dq

S K

P

.=τ với K T : hệ số toả nhiệt, chọn K T = 6 ( )C mW 02 ./

S T =K.S tr + S ng Với S tr , S ng : diện tích trong, ngoài cuộn dây.với K : hệ số đặc trưng cho hiệu quả toả nhiệt của mặt trong chọn K = 0.

=>ST = Sng

( )mm5,2321 =∆+∆+∆=∆( ) ( )[ ]

( ) ( )[ ] ( )

0

6

2

30

10.5346.6

854,0

534627.9.25,2.2279.25,2.2262

..22'222

≈=⇒

=+++++==⇒

+∆+++∆+=

−τ

mmS S

hl bl aS

ng T

cd cd cd ng

Nhiệt độ cuộn dây khi làm việc: [ ]cpcd C θ θ τ θ <=+=+= 00 704030

12. Tính và dựng đặc tính lực hút ( )δ f F htb = :

+=

δ δ

φ δ

δ

δ

d

dG

d

dG

G

K F r

htb .3

1.

.2

.2

2

với K=0,5

vớiW f

K U K ir dmu

r ..44,4

..;

2

== φ σ

φ φ δ với K ir = 0,96 K u= 0,85 1 1,1

_____________________________________________________________

cd l

b’

aa

=2,5mm

29




_____________________________________________________________

( )

( )

( )

( )Wb K

Wb K

Wb K

Wb K K

u

u

u

uu

4

4

4

42

10.222,51,1*

10.747,41*

10.035,485,0*

.10.747,43323.50.44,4

96,0.380.

−

−

−

−

=⇒=

=⇒=

=⇒=

==⇒

φ

φ

φ

φ

Ta có bảng sau:

( )mmδ K u = 0,85Fhtb(N)K u = 1 K u = 1,1 ( ) H Gδ .10 6−

0,2 106,2240 147,0228 177,8976 2,52502 57,3001 79,3081 95,9629 0,27733 42,3356 59,9800 72,5758 0,1943

7 21,2474 25,2559 30,5597 0,10059 18,9843 20,9713 23,7453 0,0854

13. Tính và dựng đặc tính nhả ( )δ f F nh = :

( )V U K U

F

F

U

U K

hnhnh

h

nh

h

nhnh

236380.85,0.73,0.

73,03356,42

7,22

===⇒

====

Từ thông trung bình trong lõi thép:

( )Wb

f W

K U ir nhtbnh

422

10.948,2

50.3323.44,4

96,0.236

..44,4

. −===φ

Lực điện từ ứng với Unh là:( )

δ σ δ σ

φ δ

δ

δ

δ d

dG

Gd

dG

G

K F

r r

tbnhnh .

..2

10.948,2.5,0.

..2

.22

24

22

2 −

==

Ta có bảng giá trị sau:( )mmδ 0,2 2 3 7 9

Fnh 42,7953 24,5581 22,3545 9,4129 6,6979

14. Tính thời gian tác động và thời gian nhả:

ttđ = t1 + t2 với t 1: thời gian khởi động khi đóng.tnh = t3 + t4 t 2: thời gian chuyển động khi đóng.

t 3: thời gian khởi động khi nhả.t 4: thời gian chuyển động khi nhả.

Với nam châm điện xoay chiều: t 1 , t 3 = 0,01(s)a) Tính t2:

_____________________________________________________________ 30




_____________________________________________________________

( )∑∑== −

∆=∆=

n

i ic

in

i

i F

xmt t

1 h1

2F

..2

với m: khối lượng phần động.F h: lực hút ở đoạn i.F c: lực cản.

)( 1−−=∆ iii x δ δ : quãng đường ở đoạn thứ i.

( )kg g

Gm d 2497,0

81,9

45,2===

∑=

∆

∆=

4

1

i

i2

x

S..2

i

i xmt

( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )444

333

222

111

4059,2.2

61,169843,1881,182474,21

7815,10.2

32,192474,217,223356,42

8329,15.2

88,313356,4209,363001,57

1621,41.2

6,363001,57)6,442240,106(

x xS

x xS

x xS

x xS

∆=∆−+−

=

∆=∆−+−

=

∆=∆−+−

=

∆=∆−+−

=

( ) ( ) st t t s

t

td 0546,00446,001,0

0446,010.2.4059,2

2497,0.210.4.

7815,10

2497,0.210.

8329,15

2497,0.210.2.

1621,41

2497,0.2

21

33332

=+=+=⇒=

=+++= −−−−

b) Tính t4:

∑=

∆

∆=

4

1

i

i4

x

S..2

i

i xmt

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )444

333

222

111

6546,9.2

6979,661,164129,981,18

1263,5.2

4129,932,193545,227,22

5287,10.2

3545,2288,315581,2409,36

9233,6.2

5581,246,367953,426,44

x xS

x xS

x xS

x xS

∆=∆−+−

=

∆=∆−+−=

∆=∆−+−

=

∆=∆−+−

=

( ) ( ) st t t s

t

nh 0588,00448,001,0

0488,010.2.6546,9

2497,0.210.4.

1263,5

2497,0.210.

5287,10

2497,0.210.2.

9233,6

2497,0.2

43

33334

=+=+=⇒=

=+++= −−−−

_____________________________________________________________ 31




_____________________________________________________________

_____________________________________________________________ 32




_____________________________________________________________

d e l t a

( m m )

F ( N )

Đồ thị đặc tính hút và nhả của nam châm điện.

_____________________________________________________________ 33




_____________________________________________________________

CHƯƠNG IV. BUỒNG DẬP HỒ QUANG

1. Khái niệm chung về hồ quang điện:

a) Hồ quang điện:Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng

điện lớn và nhiệt độ cao đồng thời kèm theo hiệu ứng ánh sáng.Do ảnh hưởng của hồ quang điện làm cho mạch điện ngắt không dứt khoát,tiếp điểm cắt sẽ bị cháy hỏng đồng thời gây ra quá điện áp do đó việc dập hồquang điện trong khí cụ điện là một vấn đề rất quan trọng và phức tạp.

b) Nguyên nhân sinh ra hồ quang điện:Nguyên nhân sinh ra hồ quang điện là do quá trình ion hoá chất khí, gồm

các dạng ion hoá:

+ Tự phát xạ điện tử.+ Phát xạ nhiệt điện tử.+ Ion hoá do va chạm.+ Ion hoá do nhiệt độ cao.Song song với quá trình phát sinh hồ quang là quá trình dập tắt hồ quang

hay phản ion hoá gồm hai hiện tượng:+ Tái hợp.+ Khuếch tán.c) Biện pháp dập hồ quang điện:Biện pháp dập hồ quang điện là phải tăng cường quá trình phản ion hóa:

+ Làm giảm nhiệt độ hồ quang.+ Giảm đường kính hồ quang.Với các thiết bị khác nhau thì quá trình dập hồ quang là khác nhau nên ta

phải khảo sát riêng cho từng loại khí cụ điên.2. Yêu cầu đối với hệ thống dập hồ quang:- Thời gian dập tắt hồ quang nhỏ.- Đảm bảo khả năng đóng ngắt.- Quá điện áp thấp.- Kích thước nhỏ.

- Hạn chế âm thanh và ánh sáng.3. Vật liệu và kết cấu buồng dập hồ quang:Do tính chất của dòng điện xoay chiều là biến đổi theo thời gian, trong

một chu kì dòng điện qua giá trị 0 hai lần nên việc dập hồ quang điện xoaychiều dễ hơn dập hồ quang điện một chiều. Người ta lợi dụng hiện tượngnày để thiết kế thiết bị dập hồ quang sao cho hồ quang bị tắt ngay ở nửa chukì đầu tiên.

_____________________________________________________________ 34




_____________________________________________________________

Để dập hồ quang điện xoay chiều người ta sử dụng buồng dập hồ quangkiểu giàn dập. Cấu tạo buồng dập hồ quang kiểu giàn dập gồm nhiều tấm sắtnon đặt song song với nhau.

Vật liệu làm buồng dập hồ quang phải đảm bảo được yêu cầu: chịu nhiệtđộ cao, cách điện tốt, chống ẩm và nhẵn bóng.

Vật liệu làm buồng dập hồ quang là ximăng amiăng: là vật liệu chế tạo từ bột xơ amiăng trộn với xi măng và nước sau đó ép vào khuôn định hình vàsấy khô. Sợi amiăng có nhiệt độ nóng chảy cao, cách điện lớn.

Buồng dập kiểu giàn dập có dòng điện định mức 30A, tiếp điểm kiểu cầucó hai chỗ ngắt phù hợp với contactor có chế độ làm việc nhẹ. Buồng dậpkiểu giàn dập cho ta khả năng kéo dài hồ quang và dập tắt trong thể tích nhỏ.

Chọn số tấm sắt non song song: n = 4 (tấm).

4. Nguyên lý dập hồ quang điện xoay chiều: Nguyên lý dập hồ quang : Dòng hồ quang tác dụng với từ trường của tấmsắt non tạo ra lực điện động kéo hồ quang vào buồng dập làm chiều dài hồquang tăng, đường kính hồ quang giảm. Đồng thời do tác dụng của các tấmsắt non, nhiệt độ hồ quang giảm, hồ quang bị chia làm nhiều đoạn dẫn đếnU bền điện tăng, hồ quang bị dập tắt.

H oq u a n g

d i e n

T a m s a tn o n

_____________________________________________________________ 35




_____________________________________________________________

Tài liêu tham khảo:

- Khí cụ điện (Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn).

- Thiết kế khí cụ điện hạ áp.- Bài giảng khí cụ điện hạ áp (Nguyễn Văn Đức).

_____________________________________________________________ 36

Documents

ĐỒ ÁN MÔN HỌC khí cụ điện hạ áp.doc