Xác định và lựa chọn kết cấu của rơle

đó nhiệt độ của dây dẫn sẽ là : θôđ = θmt + τôđ = 40 + 3,9 = 43,90C Vậy θôđ = 43,90C < [θôđ] =1300C do đó đủ chỉ tiêu về lĩnh vực kỹ thuật. Nhiệt độ mà ở đó nhiệt độ phát nóng không được lớn hơn trị số cho phép, phải đảm bảo cách điện. Dây dẫn phải đủ độ mềm và chiều dài, để khi rơ le làm việc không ảnh hưởng tới quá trình đóng ngắt của tiếp điểm. Chọn chiều dài dây dẫn 3cm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 CHƯƠNG III: TÍNH VÀ DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ I. KHÁI NIỆM Đường đặc tính cơ phản lực Fph = f(δ) là tổng hợp đặc tuyến của các đường đặc tuyến của các lực gồm có: - Lực ma sát Fms - Lực lò xo như Fnh - Lực lò xo tiếp điểm thường đóng và thường mở Ftđ - Trong lực nắp mạch từ Gn = Gđ (coi trọng lượng của phần động chính là trọng lượng của nắp nam châm điện). II. SƠ ĐỒ ĐỘNG Được biểu thị ở hai trạng thái khác nhau δ = 0 và δ ≠ 0 (δ = m + l). δ ≠ 0 (δ = m + l) δ = 0 Trong đó: δ: khe hở không khí giữa thân và phần ứng Gđ: trọng lượng phần động Fđt: lực hút điện từ Fnh: lực lò xo nhả III. TÍNH TOÁN LÒ XO TIẾP ĐIỂM 1. Tính chọn vật liệu làm lò xo tiếp điểm Do thanh dẫn động cũng là lò xo tiếp điểm vì vậy lò xo tiếp điểm là đồng phốt pho. Lò xo có dạng tấm phẳng có lực không lớn và độ võng cũng Fnh lnh ltđđ Gn Fđt 0 Fnh lnh lđt Gn Fđt 0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 nhỏ; lò xo bằng đồng phốt pho có điện trở nhỏ, độ bền cơ điện cao, có khả năng chống ăn mòn tốt. Các thông số của lò xo tiếp điểm. Ký hiệu bp0 φ6,5 Giới hạn đàn hồi 350 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi uốn δu = 350 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn δx = 120 N/mm2 Modul đàn hồi E = 110.103 N/mm2 Modul trượt G = 42.103 N/mm2 Điện trở suất ρ = 0,176.10-6 Ωm Khi rơle tác động gây ra lực ép tiếp điểm ở 4 tiếp điểm thường mở. + Lực ép tiếp điểm cuối của lò xo Ftđc = 4Ftđ = 4.0,3 = 1,2 (N) + Lực ép tiếp điểm đầu của lò xo Ftđđ= 0 2. Tính kích thước lò xo tiếp điểm Thanh dẫn động đồng thời cũng chính là lò xo tiếp điểm nên kích thước của chúng là kích thước của thanh dẫn động. Tiếp điểm có giá đỡ là nắp của mạch từ được ép chặt với một miếng nhựa cứng có nhiệt độ nóng chảy cao. - Chiều rộng lò xo: a = 5 mm - Chiều dài lò xo: b = 0,5 mm Theo công thức 4 - 25 của tài liệu [2] ta có: δut = 2F.l 6.F.lw ab= Trong đó: w: mômen chống uốn δut: ứng suất thực tế khi uốn l: chiều dài thanh dẫn động F: lực ép tiếp điểm b l ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 Chiều dài lò xo tiếp điểm. Theo công thức 4-17 tài liệu [2] ta có: L = 3 F J.E.3.f Trong đó: F = Ftđ = 0,3 (N): lực đặt tại tiếp điểm E = 110.103 (N/mm2): môđul đàn hồi của vật liệu làm lò xo J(mm4): mômen quán tính của tiết diện ngang lò xo đối với trục trung tính của tiết diện. J = 12 5,0.5 12 ab 33 = = 0,052 mm4 f = 1,2 (mm): độ võng của lò xo Suy ra: L = 3 3 3,0 052,0.3.10.110.2,1 = 40,9 (mm) Chọn chiều dài thanh dẫn: L = 40 (mm) ⇒ δut = 22 5,0.5 40.3,0.6 ab l.F.6 = = 57,6 (N/mm2) Vậy δut = 57,6 N/mm2< [δư] = 190 N/mm2 là thoả mãn các phương án đã chọn. * Độ võng cần thiết của lò xo tại đầu nút. Ta có: f = J.E.3 l.F 3 E: modul đàn hồi J: momen quán tính: J = 0,052 (mm4) ⇒ f = 052,0.10.110.3 40.3,0 3 3 = 1,12 (mm) * Độ cứng của lò xo tĩnh chính là lực gây ra độ võng 1mm. j = F 0,3 f 1,12 = = 0,28 (N/m) 3. Tính trọng lượng của phần động Ta có công thức: Gđ = Gn= mc.Iđm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30 Trong đó: I = 5A: dòng điện định mức mc = (5 ÷ 10) G/A chọn mc = 10 G/A ⇒ Gđ = 5.10 = 50 (G) = 0,5 (N) 4. Tính lò xo nhả 4.1. Chọn vật liệu làm lò xo nhả Vật liệu làm lò xo nhả sử dụng loại thép cacbon có độ bền về cơ cao bản thân nó không dẫn điện. Kiểu của lò xo thuộc loại xoắn hình trụ, có khả năng chịu nén vào kéo tốt. Lò xo nhả khi làm việc luôn ở tình trạng kéo, tức là nó tạo được lực ép tiếp điểm thường đóng, khi đó thì Fđt = 0. Theo bảng 4-1 của TL[2] ta có các thông số kỹ thuật của thép cacbon. Ký hiệu II (π) Độ bền giới hạn khi kéo 2200 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi uốn δu = 770 N/mm2 Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn δx = 480 N/mm2 Modul đàn hồi 20.103 N/mm2 Modul trượt 80.103 N/mm2 Điện trở suất ρ = (0,19 ÷ 0,22).10-6 Ωm 4.2. Tính lò xo nhả Lò xo xoắn hình trụ được cuốn bằng dây hoặc có tiết diện tròn, có thể chịu nén hướng trụ hoặc chịu tải kéo. Để tính toán lò xo này, trước hết cần chọn chỉ số lò xo C, nó đặc trưng chỉnh độ cong của các vòng lò xo và xác định ứng suất tập trung trong vật liệu của lò xo, chỉ số C còn phụ thuộc vào đường kính d của dây quấn lò xo, khi d nhỏ thì nên lấy C lớn và ngược lại. Trước tiên ta cần tính lực lò xo nhả ban đầu phải tạo được Ftđc của 4 tiếp điểm thường đóng, trọng lượng phần động Gđ và lực ma sát. Fnhđ =Kdt (Ftđc + Gđ + Fms) Trong đó: Kđt = (1,1 ÷ 1,3): hệ số dự trữ, chọn Kdt = 1,2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 Ftđc: lực ép lò xo tiếp điểm cuối, Ftđc =1,2 (N) Gđ - là trọng lượng phần động. Gđ = 0,5 (N) Fms = 0 bỏ qua ma sát d - đường kính dây làm lò xo D - đường kính trung bình lò xo h(mm) - khoảng cách giữa hai vòng lò xo H(mm) - chiều cao của lò xo Suy ra: Fnhđ = 1,2(0,5 + 1,2) = 2,04 (N) ⇒ Fnhc = K.Fnhđ = 1,8.2,04 = 3,67 (N) * Đường kính d của dây quấn lò xo được xác định theo công thức 4-31 của tài liệu [2]: d = 1,6 [ ]x C.F δ Trong đó: F = 3,67 (N): lực lò xo nhả cuối [δx] = 480 (N/mm2) : giới hạn cho phép khi xoắn C: chỉ số lò xo theo (TL2) trang 172 chọn C = 10 ⇒ d =1,6 480 10.67,3 = 0,44 (mm) Chọn d = 0,45mm Do đó đường kính trung bình của lò xo Ta có: D = c.d = 10.0,45 = 4,5 (mm) * Số vòng dây của lò xo được xác định theo công thức 4-32 của tài liệu [2] H h d D ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 W = F.C.8 f.d.G 3 Trong đó: G = 80.103 (N/mm2): môđul trượt f: khoảng lún của lò xo f = δ = m + l = 3 + 1,2 = 4,2 (mm) Với: m = 3 (mm): độ mở nắp mạch từ l = 1,2 (mm): độ lún tiếp điểm Ứng với: F = ΔF = Fnhc- Fnhđ = 3,67 - 2,04 = 1,63 (N) d = 0,45 (mm): đường kính dây quấn của lò xo Thay số vào ta được: W = 3 3 80.10 .0,45.4,2 8.10 .1,63 ≈ 11,6 vòng Ta thấy đây là một loại lò xo chịu kéo nên số vòng làm kết cấu của lò xo ta chọn là CK W = 12 vòng. Theo công thức 4-33 tài liệu [2]. + Bước lò xo chịu kéo: tK = d = 0,45mm + Chiều dài tự do của lò xo chịu kéo lk = w.tk = 12.0,45 = 5,4 + Độ cứng của lò xo j = 12.10.8 45,0.10.80 w.c8 d.G f F 3 3 3 == = 0,375 (N/mm) + Độ cứng đàn hồi của lò xo (f') là khoảng kéo của một vòng trên 1 đơn vị lực. Theo công thức 4-29 TL[2] f' = ( )( )43 3 4 3 45,0.10.80 12.5,4.63,1.8 d.G W.D.F.8 = = 4,4 (mm) Ta kiểm nghiệm lại Trị số ứng suất xoắn khi có lực δx = ( ) C 2 2 8.F.F 8.3,67.10 .d 0,45 =π π = 462 (N/mm 2) δx =462 (N/mm2) < [δx] = 480 (N/mm2) thỏa mãn điều kiện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 4.3. Tính toán lực quy đổi Khi chưa quy đổi: Ftđc = 1,2 (N) Ftđđ = 0 (N) Fnhđ = 2,04 (N) Fnhc = 3,67 (N) Gđ = 0,5 (N) Khi quy đổi về lực hút điện từ. Do điểm đặt của lực điện từ Fđt khác với điểm đặt của lực lò xo tiếp điểm (Ftđ) và lực lò xo và lực lò xo nhả (Fnh). Do vậy ta phải quy đổi 2 lực này về vị trí lực ép điện từ Fđt. Ta có: Fqđ = F. dt lx l l = F.kqđ Chọn llx = lđt ⇒ Kqđ = 1l l dt lx = Vậy các lực được quy đổi như sau: + Lực lò xo tiếp điểm F'tđđ = Ftđđ.Kqđ = 0 (N) F'tđc= Ftđc.Kqđ = 1,2.1 = 1,2 (N) + Lực lò xo nhả F'nhđ = Fnhđ.Kqđ = 2,04.1 = 2,04 (N) F'nhc = Fnhc.Kqđ = 3,67.1 = 3,67 (N) + Lực trọng trường G'đ = Gđ.Kqđ = 0,5.1 = 0,5 (N) + Độ mỡ và độ lún f' = δ' = m' + l' = m.kqđ + l.kqđ = 3 + 1,2 = 4,2 (mm) Như vậy để dựng được đường đặc tính lực ta cần phải tổng tất cả các lực để xây dựng nên sơ đồ đặc tính phản lực. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 IV. ĐẶC TÍNH CƠ 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - 0 5,37 F(N) 3,7 Fcơ Fnh 3,2 3 2,5 2,04 1,34 Ftđ⎦ ⎣ Gđ | | | | 1 1,2 2 3 4 4,2 Ftđ⎦ ⎣ 1,2 δ(mm) 3,67 1,2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM NAM CHÂM ĐIỆN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NAM CHÂM ĐIỆN. Trong cơ cấu Rơle, nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng. Nam châm điện được sử dụng để biến đổi điện năng thành cơ năng. Nam châm điện được sử dụng rộng rãi mà không một lĩnh vực khoa học kỹ thuật nào không sử dụng. Nam châm điện được sử dụng đặc biệt trong các lĩnh vực như sinh lực (truyền động điện) để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến các chuyển dịch quay hoặc sinh ra lực hãm, thông tin liên lạc, tự động điều chỉnh… - Với các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau đòi hỏi các nam châm điện phải có hình dáng và kết cấu khác nhau để phù hợp. Có những nam châm điện rất bé khoảng vài milimet mà có những nam châm điện có kích thước đến hàng mét, khối lượng của chúng từ vài gam đến hàng nghìn kilôgam lực điện từ của nam châm từ vài phần gam đến hàng chục tấn. Hành trình từ vài micromet đến hàng mét. Công suất từ vài mill-oat đến hàng chục kilo oat. - Các quá trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất phức tạp thường được mô tả bằng phương trình vi phân, phi tuyến. Vì vậy cho đến nay việc tính toán nam châm điện thường dựa theo những công thức kinh nghiệm gần đúng rồi kiểm tra lại theo công thức lý thuyết. Để đưa ra được kết quả tối ưu. - Trong cơ cấu điện từ, đặc biệt trong rơle điện từ trung gian thì nam châm điện có nhiệm vụ quan trọng là cơ quan sinh lực để thực hiện tịnh tiến cơ cấu chấp hành 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 > 0) hút nắp (phần ứng) về phía thân mạch từ. Khi ngắt dòng điện thì lực hút điện từ sẽ không còn Fđt = 0, đồng thời nắp mạch từ sẽ tách ra khỏi thân nó nhờ lực của lò xo nhả Fnh sinh ra. - Đặc điểm của nam châm điện. + Nam châm điện xoay chiều có thể làm việc ở chế độ dài hạn và ngắn hạn. + Nam châm điện kiểu kín, chịu rung và va đập. + Nguồn điện xoay chiều với công suất không đổi: Uđm = 220 (V), Iđm = 5 (A) f = 50 (Hz); S = const. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 + Môi trường làm việc của rơle có nhiệt độ: θmt = 400C. II. CHỌN VÀ TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN. A. Chọn kết cấu. Nam châm điện về hình thức rất đa dạng, có nhiều dạng kết cấu khác nhau về mạch từ và cuộn dây. Vì vậy dẫn đến sự khác nhau về đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chế tạo: như chương I ta đã chọn mạch từ có dạng hình chữ U, kiểu hút chập và cuộn dây quấn trên mạch từ. Do vậy nam châm điện xoay chiều ở phía trên cực từ của cuộn dây ta đặt thêm một vòng ngắn mạch. Ta căn cứ vào hệ số kết cấu để chọn dạng kết cấu tối ưu theo công thức 5-2 của Tài liệu [2] ta có: Kkc = δ ®t th F ( N / m) Trong đó: Kkc: hệ số kết cấu Fđt: lực hút điện từ. δth: Khe hở không khí tới hạn của nam châm điện. Xét trên đường đặc tính có phản lực ta xác định ở chương III thấy rằng để rơle làm việc thì có các điều kiện là: - Khi hút Fđt > Fcơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 - Khi nhả Fđt < Fcơ. Ta có lực hút điện từ ở điểm tới hạn. Fđtth = Kđt. Fcơth Trong đó: Fđtth: lực hút điện từ tới hạn. Kđt: hệ số dự trữ về lực. Chọn Kđt = 1,2 Fcơth = 3,7 (N) ⇒ Fđtth = 1,2 . 3,7 = 4,44 (N). Chọn δth = 1,2 (mm) = 1,2 . 10-3 (m). Vậy hệ số kết cấu tối ưu là: Kkc = 3 2.4,44 1,2.10− = 2483 N m ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ B. Chọn vật liệu từ. Mạch từ của nam châm điện được chế tạo từ thép silic kỹ thuật điện hợp kim cao. ở loại này lực từ phản kháng bé nên tổn hao từ trễ không đáng kể. Theo bảng 5-3 Tài liệu [2]. Ký hiệu ⊃ 31 Độ dày lá thép Δ = 0,5 mm Lực từ phản kháng HC = 0,32 ÷ 0,4 (A/cm) Từ cảm bão hoà Bδ = 2 (T) Độ từ thẩm Mα = 250 Độ tự thẩm cực đại Mmax = (6 ÷ 7). 1000 Điện trở suất ρ = (40 ÷ 60). 10-8 (Ωm) Khối lượng riêng γ = 7,65 (g/cm3) C. Chọn các thông số cường độ tự cảm, hệ số từ tản và hệ số từ rò. 1. Chọn cường độ tự cảm. - Để tránh trường hợp lãng phí vật liệu làm mạch từ hoặc già hoá lõi thép dẫn tới tổn hao, ta nên chọn từ cảm làm việc không quá lớn nhưng cũng không quá nhỏ. - Từ cảm của lõi thép: Bmax = 0,8 ÷ 1,2 (T) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 Chọn Bmax = 1 (T) - Từ cảm khe hở không khí tới hạn Bδth = 0,4 ÷ 0,8 (T) Chọn Bδth = 0,5T. 2. Chọn hệ số từ rò. Ở trạng thái phần ứng hở hệ số từ rò σr phụ thuộc rất lớn vào khe hở không khí với σr = 1,1 ÷ 4. ⇒ Chọn σrth = 1,3. 3. Chọn hệ số từ tản. Dựa trên hệ số kết cấu của nam châm điện và theo Tài liệu [2] trang 197 hệ số từ tản trong khoảng σt = 1 ÷ 1,8 ⇒ Chọn σt = 1,4 D. Xác định các kích thước và thông số chủ yếu của nam châm điện. 1. Xác định tiết diện lõi thép. Như trên ta đã chọn kết cấu của nam châm điện có hình chữ U. Do đó diện tích các cực từ ở 2 phía bằng nhau S1 = S2. Lực từ chỉ tác động nên phía cực từ có dây quấn do đó: Fđtth = Fđt = 4,44 (N) Theo công thức 5-8 tài liệu [2] diện tích cực từ là: S = 2®tth 4 4 2 th F 4,44 90(mm ) 19,9 . 10 B 19,9.10 (0,5)δ = = Gọi kích thước các cạnh của lõi thép là a và b với mạch từ các lá thép kỹ thuật điện ta có quan hệ tối ưu các cạnh của tiết diện chữ nhật. a = b → S = a. b = a2 Vậy a = S 90= = 9,5 mm ≈ 10 (mm) Vì trong quá trình lắp ráp các lá thép có độ dày Δ = 0,5mm. Do đó ta phải kể đến hệ số ép chặt lõi thép KC. Chọn Kc = 0,93. Theo công thức 5 - 12 tài liệu [2] bề dày lõi thép là: b' = C C S a 10 10,75(mm) K .a K 0,93 = = = ≈ 11 (mm) Do ở đầu cực từ có đặt vòng ngắn mạch nên. a’ = a + Δ’ vòng, với Δ’ vòng = 2mm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 ⇒ a’ = 2 + 10 = 12 mm. Vậy tiết diện thật của trụ lõi thép có đặt cuộn dây. S’ = a’b’ = 11 . 12 = 132 (mm2). 2. Xác định kích thước của cuộn dây nam châm điện và nam châm điện. a. Sức từ động của cuộn dây nam châm điện xoay chiều. Kích thước cuộn dây hoàn toàn 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 khi làm việc. Sức từ động tổn hao từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép, tổn hao trong vòng ngắn mạch. Các tổn hao này làm tăng dòng điện trong cuộn dây nên sức từ động của cuộn dây cũng tăng. Người ta sử dụng tổng khe hở làm việc tương đương ở trạng thái hút của phần ứng gồm các khe hở giả định δht, khe hở công nghệ δcn và khe hở chống dính δcd để đặc trưng cho từ áp rơi trên lõi thép, tổn hao từ trễ, dòng điện xoáy và trong vòng ngắn mạch. Theo tài liệu [2] trang 208 ta có: Σδh = 2δh + δcd + δht. Sức từ động cần thiết cho nam châm điện tác động (IW)tđ gồm các sức từ động khi nắp hút và khi nắp nhả. (IW)tđ = (IW)h + (IW)nh + Tính sức từ động (IW)nh của cuộn dây khi nhả theo công thức 5-19 trang 209 Tài liệu [2]. (IW)nh = th nh 0 B .δ δΣ μ Với Σδnh = δth + δph = 1,2 + 0,1 = 1,3 (mm) Bδth = 0,5 (T) μ0 = 1,256 . 10-6 H/m: Hệ số từ thẩm khe hở không khí. ⇒ (IW)nh = 3 6 0,5.1,3.10 517,5 1,256.10 − − = (A/vòng) + Tính sức từ động (IW)h của cuộn dây khi phần ứng hút theo công thức 5-20 trang 210 tài liệu [2] ta có. (IW)h = th r th th r cn cd ht 0 0 B . . B . (2 )δ δ δσ σ δ δ δΣ + +=μ μ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 Trong đó: δcn = 0,05 mm: Khe hở do công nghệ δcd = 0,15mm: Khe hở chống dính δht = 0,05mm: Khe hở giả định. σr = 1,3: hệ số từ rò. βδth = 0,5 (T): Từ cảm khe hở không khí. μ0 = 1,256 . 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm khe hở không khí. ⇒ (IW)h = 3 6 0,5.1,3.0,3.10 155,3 1,256.10 − − = A/vòng Vậy sức từ động cần thiết của nam châm điện. (IW)tđ = (IW)h + (IW)nh = 517,5 + 155,3 = 673 (A/vòng). + Kiểm tra lại bội số dòng điện theo công thức 5-21 TL [2] Ki = t® h (IW) 673 (IW) 155,3 = = 4,5 Vậy Ki nằm trong khoảng cho phép Ki = 4 ÷ 15. b. Xác định kích thước cuộn dây nam châm điện. - Tiết diện cuộn dây Scd và diện tích số mạch từ cần thiết để đặt cuộn dây có thể xác định theo quan hệ giữa sức từ động, các kích thước cuộn dây và một độ dòng ở chế độ làm việc đã cho. Chế độ làm việc năng về nhất của cuộn dây là khi điện áp nguồn đạt giá trị lớn nhất. Umax = Kmax. Uđm và dòng điện đạt giá trị lớn nhất Imax. - Đối với cuộn dây xoay chiều diện tích cuộn dây được xác định cho trạng thái phần ứng bị hút, vì khi phần ứng hở dòng điện trong cuộn dây lớn hơn nhiều lần so với khi phần ứng bị hút với thời gian ngắn nhất. Vì vậy sức từ động (IW)tđ được tính ở trạng thái hở của phần ứng cần được dựa trên trạng thái hút của phần ứng. Theo công thức (5-24) Tài liệu [2] ta có tiết diện cuộn dây xoay chiều. Scd = n max t® n min qt l® i K .(IW) K .K .J.K .K (mm2) Trong đó: Knmax = 1,1: hệ số tăng áp Knmin = 0,85: Hệ số sụt áp. Klđ = 0,3 ÷ 0,7: Hệ số lấp đầy cuộn dây chọn Klđ = 0,6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 Ki: Hệ số bộ số dòng điện t heo 5-21 Tài liệu [2]. Ki = 4 ÷ 15 chọn Ki = 7 J = 2 ÷ 4 (A/mm2): Mật độ dòng điện chọn J = 4 A/mm2 ⇒ Scd = 1,1.673 0,85.1.0,6.4.7 = 51,84 (mm2). + Từ tiết diện cuộn dây Scd ta có thể xác định được chiều vao và bề dày cuộn dây. Theo trang 212 tài liệu [2] ta có: cd cd h l = (2 ÷ 4) chọn cd cd h l = 3 ⇒ hcd = 3lcd Trong đó: lcd: bề dày cuộn dây. hcd: chiều cao cuộn dây Mặt khác theo công thức (5-22) TL [2]. hcd lcd Ta có: Scd = lcd. hcd = 3l2cd. ⇒ lcd = cdS 51,84 3 3 = = 4,2 (mm) ≈ 4,5 (mm) Vậy chiều cao cuộn dây hcd = 3. 4,5 = 13,5 (mm) c. Xác định kích thước của nam châm điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 hcd lcd hc 5Δ 3Δ2Δ 4Δ 6Δ 1Δ + Bề rộng cửa sổ mạch từ. C = lcd + Δ2 + Δ3 + Δ4 + Δ5 + Δ1 Trong đó: lcd = 4,5 (mm) : Bề dày cuộn dây. Δ2 = (0,5 ÷ 1) mm : Bề dày lớp cách điện phía ngoài cuộn dây. Chọn Δ2 = 0,5 (mm) Δ1 = (1,5 ÷ 2) mm : Chiều dày khung quấn dây. Chọn Δ1 = 1,5 (mm) Δ3 = (0,5 ÷ 1) mm : Lớp cách điện phía trong cuộn dây. Chọn Δ3 = 0,5 (mm) Δ4 = (5 ÷ 10) mm : Khoảng cách từ lớp cách điện phía ngoài đến thân mạch từ đối diện. Chọn Δ4 = 5 (mm) Δ5 = 0,5 (mm): Khe hở lắp ráp ⇒ C = 1,5 + 4,5 + 0,5 + 0,5 +5 + 0,5 = 12,5 (mm) + Chiều cao cửa sổ mạch từ. hc = hcd = Δ1 + Δ6 Trong đó: Δ1 = (1 ÷ 2) mm: Bề dày tấm cách điện khung dây quấn. Chọn Δ1 = 1,5 (mm) Δ6 = (5 ÷ 10)mm: khoảng cách đầu phần ứng tới cách điện đầu trên của cuộn dây. Chọn Δ6 = 5 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43 ⇒ hc = 13,5 + 2 . 1,5 + 5 = 21,5 (mm) + Chiều rộng của nam châm điện. C = 2a1 + C = 2 . 12 + 12,5 = 36,5 (mm) + Tiết diện nắp nam châm điện. - Bề dày của nắp lấy bằng bề dày cực từ. bn = b’ = 11 (mm) - Chiều cao của nắp lấy nhỏ hơn bề dày cực từ. hn = 10 (mm) suy ra: Sn = bn. hn = 11. 10 = 110 (mm2). + Tiết diện đáy của nam châm điện. Sđáy = S1 = 11 . 10 = 110 (mm2). + Chiều cao của nam châm điện. HNC = b + hc + hn = 10 + 21,5 + 10 = 41,5 (mm) E. Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện. 1. Vẽ sơ đồ đẳng trị với δ ≠ 0. Khi nắp mở (δ ≠ 0) có thể bỏ qua từ trở và từ kháng của mạch từ, nhưng phải xét đến từ thông dò do đó mạch từ có sơ đồ đẳng trị sau: δφ tφ rφ 0φ Gδ δφ rφ 0φ Gε δφ φ Khi dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện thì sẽ có 3 loại từ dẫn và 3 loại từ thông chạy trong mạch từ gồm: - Gc: Từ dẫn chính của khe hở không khí. - Gt: Từ dẫn tản đặc trưng cho từ thông tản; Gδ = Gc + Gt - Gr: Từ dẫn rò đặc trưng cho từ thông rò. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 44 - φδ: Từ thông chính đi qua khe hở không khí δ tạo ra lực điện từ tác động lên nắp. - φt: Từ thông tản là từ thông đi bao bên ngoài từ thông chính. - φr: Từ thông rò là từ thông đi qua khe hở không khí chính mà nó khép kín trong không gian giữa thân và lõi mạch từ. 2. Tính từ dẫn rò: (Gr). Nam châm điện có hình chữ U nên từ dẫn rò được tính theo công thức 5 bảng 5-6 Tài liệu [2]. Gr = G1 + 2 (G7 + G9). 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 Với: G1 = 6 6 8c 0 3 b.h 11.21,5.10 . 1,256.10 . 2,3.10 C 12,5.10 − − − −μ = = (H) G7 = μ0 . 0,26lr = 1,256 . 10-6 . 0,26 . 21,5 . 10-3 = 7.10-8 (H). G9 = 3 6r 0 3 3 0,65.l 0,65.21,5.10 . 1,256.10 . c 12,5.101 1 a 12.10 − − − − μ = + + = 0,86 . 10-8 (H) Với lr = hc = 32,77 Chiều cao cửa sổ mạch từ. ⇒ Gr = G1 + 2 (G7 + G9). = 2,3 . 10-8 + 2 . 10-8 (0,7 + 0,86) = 5,34 . 10-8(H) + Suất từ dẫn rò trên một đơn vị chiều dài theo bảng 5 - 6 Tài liệu [2]. g = 8 6r 3 r G 5.10 2,326.10 l 21,5.10 − − −= = (H/m) - Từ dẫn rò quy đổi trong mạch từ xoay chiều. Grqđ = g 3 6 8rl 21,5.102,326.10 . 1,67.10 3 3 − − −= = (H). 3. Xác định từ dẫn của khe hở không khí: Gδ. ′Δ δ Ta sử dụng công thức 5 bảng (5-5) trang 226 tài liệu [2] để tính từ dẫn bằng công thức thực nghiệm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 Gδ = μ0 2a.b .X 0,58(a b)⎡ ⎤+ +⎢ ⎥δ⎣ ⎦ Trong đó: 2 2 2 2 1 X ln 2 1 ρ ρ += ρ − 0 2 2R ' a 1 ρ = Δ⎛ ⎞+⎜ ⎟δ⎝ ⎠ R0 = C + a + a 12 12,5 12 2 2 = + + = 30,5 (mm) Δ’ = 0,3 (mm): Là khe hở khi nắp mạch từ ở trạng thái hút. + Với δ3 = 0,3 (mm) ⇒ 21 2.30,50,3 12 1 0,3 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 2,54 ⇒ 21 2,54 3,54X .ln2 1,54= = 1,057 ⇒ 6 6 3 1 3 132.10 G 1,256.10 .1,057 0,58.10 (12 11) 0,3.10 − − − δ − ⎡ ⎤= + +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ1 = 60,1 . 10-8 (H) + Với δ2 = 1 (mm) ⇒ 22 2.30,50,3 12 1 1 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4 ⇒ 22 4 5X .ln2 3= = 1,022 ⇒ 6 6 3 2 3 132.10 G 1,256.10 .1,022 0,58.10 (23) 1.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ2 = 18,6 . 10-8 (H) + Với δ1 = 1,2 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 ⇒ 23 2.30,50,3 12 1 1,2 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4,1 ⇒ 23 4,1 5,1X .ln2 3,1= = 1 ⇒ 6 6 3 3 3 132.10 G 1,256.10 .1 13,34.10 1,2.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ3 = 15,5 . 10-8 (H) + Với δ4 = 2,5 (mm) ⇒ 24 2.30,50,3 12 1 2,5 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4,54 ⇒ 24 4,54 5,54X .ln2 3,54= = 1,02 ⇒ 6 6 3 4 3 132.10 G 1,256.10 .1,02 13,34.10 2,5.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ4 = 8,44 . 10-8 (H) + Với δ5 = 3 (mm) ⇒ 25 2.30,50,3 12 1 3 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4,62 ⇒ 25 4,62 5,62X .ln2 3,62= = 1,016 ⇒ 6 6 3 5 3 132.10 G 1,256.10 .1,016 13,34.10 3.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ5 = 7,3 . 10-8 (H) + Với δ6 = 4 (mm) ⇒ 26 2.30,50,3 12 1 4 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4,72 ⇒ 26 4,72 5,72X .ln2 3,72= = 1,0154 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 48 ⇒ 6 6 3 6 3 132.10 G 1,256.10 .1,015 13,34.10 4.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ6 = 5,9 . 10-8 (H) + Với δ7 = 4,2 (mm) ⇒ 27 2.30,50,3 12 1 4,2 ρ = ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠ = 4,74 ⇒ 27 4,74 5,74X .ln2 3,74= = 1,0152 ⇒ 6 6 3 7 3 132.10 G 1,256.10 .1,0152 13,34.10 4,2.10 − − − δ − ⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ Gδ7 = 5,68 . 10-8 (H) 4. Xác định từ dẫn tổng. Do khe hở không khí nhỏ nên ta có thể bỏ qua từ dẫn tản. Gε = Gδ + Gr. Đạo hàm của từ dẫn khe hở không khí có giá trị bằng tổng đại số các đạo hàm của từ dẫn khe hở không khí và từ dẫn rò khe hở không khí được tính như trên trên có giá trị. rdG dG dG d d d ε δ δ δ δ = + Vì Gr = 5,34 . 10-8 (H) = const nên r dG dδ = 0. Giá trị từ dẫn tổng thay đổi theo từ dẫn khe hở không khí. ⇒ 0 22dG dG a.b. .Xd d ε δ δ δ = = μ δ + Với δ1 = 0,3 (mm). - Hệ số từ rò: σr1 = 8 1 r 8 1 1 G G G (60,1 5,34).10 G G 60,1.10 − ε δ − δ δ + += = = 1,089 - Từ dẫn tổng Gε1 = Gδ1 + Gr = (60,1 + 5,34).10-8 = 65,44 . 10-8 (H) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 ⇒ ( ) 6 61 1 23 1 1 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,053 d d 0,3.10 − −ε δ −δ δ = = = 1940 (H/mm) + Với δ2 = 1 (mm) - Từ dẫn tổng Gε2 = Gδ2 + Gr = (18,6 + 5,34).10-8 = 23,94 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: σr2 = 8 2 r 8 2 2 G G G 23,94.10 G G 18,6.10 − ε δ − δ δ += = = 1,29 ⇒ ( ) 6 62 23 2 2 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,021 d d 1.10 − −ε2 δ −δ δ = = = 169,27 . 10-6 (H/mm) + Với δ4 = 1,2 (mm) - Từ dẫn tổng Gε3 = Gδ3 + Gr = (15,5 + 5,34).10-8 = 20,84 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: σr3 = 8 3 r 8 3 3 G G G 20,84.10 G G 15,5.10 − ε3 δ − δ δ += = = 1,34 ⇒ ( ) 6 63 23 3 3 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,01 d d 1,2.10 − −ε3 δ −δ δ = = = 116,28 . 10-6 (H/mm) + Với δ4 = 2,5 (mm) - Từ dẫn tổng Gε4 = Gδ4 + Gr = (8,44 + 5,34).10-8 = 13,78 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: σr4 = 8 4 r 8 4 4 G G G 13,78.10 G G 8,44.10 − ε δ − δ δ += = = 1,632 ⇒ ( ) 6 64 23 4 4 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,02 d d 2,5.10 − −ε4 δ −δ δ = = = 27,06 . 10-6 (H/mm) + Với δ5 = 3 (mm) - Từ dẫn tổng Gε5 = Gδ5 + Gr = (7,3 + 5,34).10-8 = 12,64 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 σr5 = 8 8 5 G 12,64.10 G 7,3.10 − ε5 − δ = = 1,73 ⇒ ( ) 6 65 23 5 5 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,016 d d 3.10 − −ε5 δ −δ δ = = = 18,72 . 10-6 (H/mm) + Với δ6 = 4 (mm) - Từ dẫn tổng Gε6 = Gδ6 + Gr = (5,9 + 5,34).10-8 = 11,24 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: σr6 = 8 8 5 G 11,24.10 G 5,9.10 − ε5 − δ = = 1,91 ⇒ ( ) 6 66 23 6 6 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,0154 d d 4.10 − −ε6 δ −δ δ = = = 10,52 . 10-6 (H/mm) + Với δ7 = 4,2 (mm) - Từ dẫn tổng Gε7 = Gδ7 + Gr = (5,68 + 5,34).10-8 = 11,02 . 10-8 (H) - Hệ số từ rò: σr7 = 8 8 7 G 11,02.10 G 5,68.10 − ε7 − δ = = 1,94 ⇒ ( ) 6 67 23 7 7 dG dG 132.10 1,256.10 . .1,015 d d 4,2.10 − −ε7 δ −δ δ = = = 9,54 . 10-6 (H/mm) Ta có bảng tính Gδ theo δ: δ.10-3 m 0,3 1 1,2 2,5 3 4 4,2 Gδ.10-8 H 60,1 18,6 15,5 8,44 7,3 5,9 5,68 6dG .10 d −δ δ H/m 1940 169,27 116,28 27,06 18,72 10,52 9,54 σr 1,088 1,29 1,34 1,632 1,68 1,91 1,94 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51 5. Xác định từ thông và từ cảm. Cũng giống như ở phần tính toán sơ bộ số liệu ở đây là lực tác động (Fhtb = Fcqđ) bằng lực qui đổi (kể cả hệ số dự trữ Kdt). Chính bằng lực từ tác động của nam châm điện khi khe hở không khí làm việc ở vị trí tới hạn (thường ứng với thời điểm bắt đầu tiếp xúc của điểm thường mở. Độ lún của tiếp điểm). Để xác định trị số c ủa từ thông φδth ở khe hở làm việc tới hạn δth = 1,6 (mm) qua công thức. φδth = (IW)tđ . Gε3 = 673 . 15,5 . 10-8 = 104.10-6 (Wb). Trong đó: φδth: Từ thông khe hở không khí tới hạn δth = 1,6 (mm) Gε3: Từ dẫn tổng khe hở không khí tới hạn. (IW)tđ: Sức từ động tác động do cuộn dây nam châm điện xoay chiều gây ra. (IW)tđ = 673 (A/vòng). - Xác định từ thông trung bình φtb trong lõi thép cực từ. φtb = σrth. φδth = 1,3. 104. 10-6 = 135,2 . 10-6 (Wb). Lúc đó giá trị từ cảm ứng sẽ là: Bcư = 6 tb 6 135,2.10 S 11.12.10 − − φ = = 1,02 (T) Từ cảm khe hở tới hạn là: Bδth = 6 6 104.10 0,78(T) 11.12.10 − − = 6. Xác định thông số cuộn dây. a. Số vòng dây nam châm điện. Số vóng dây điện áp xoay chiều được xác định từ phương trình quan hệ điện áp nguồn, từ thông φtbh hay φtbtđ tần số nguồn và số vòng. Nếu bỏ qua phần điện áp rơi trên điện trở của cuộn dây nam châm điện khi phần ứng bị hút. Số vòng dây của cuộn dây nam châm điện được tính theo công thức u min ®m 1r u min ®m 1r tbt® tbt® 2K .U .K K .U .K W W. 4,44.f. = =φ φ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52 Trong đó: Kumin : Hệ số sụt áp: Kumin = 0,85 F = 50Hz : Tần số của lưới điện Uđm = 220 V: Điện áp của lưới điện. φtbtđ = 13,52.10-5 (Wb) Ku: Hệ só tính tới tổn hao điện áp trên dây quấn, K1r = 0,75. 5 0,85.220.0,75 W 4,44.50.13,52.10− = 4672 (vòng) b. Tiến diện dây quấn. Tiến diện dây quấn được xác định theo công thức: q = Kld . cd cd l .h W (mm2) Trong đó: Kld = 0,6: Hệ số lấp đầy quận dây trong khoảng. Kld = 0,3 ÷0,7. lcd = 4,5 (mm): bề dầy cuộn dây hcd = 13,5 (mm): Chiều cao cuộn dây. W = 4672 (vòng): Số vòng cuộn dây. ⇒ q = 0,6. 4,5.13,5 4672 = 7,8.10-3(mm2). c. Đường kính dây quấn. Đường kính dây quấn không kể đến cách điện. 34.q 4.7,8.10 d − = =π π = 0,099(mm) Chọn lấy d = 0,16(mm) tra bảng 5 – 8 trang 276 tài liệu [2] ta có được các thông số đối với dây quấn đồng loạt π Э B ứng với đường kính dây trần d = 0,16(mm), đường kính dây khi có cách điện là d’= 0,18(mm). - Lúc này tiết diện dây khi có cách điện là. ( )2.d' q ' 4 4 2π 0,16π= = = 0,02 (mm2). - Hệ số lấp đầy thực sự của cuộn dây là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53 Kld = 2 k 2 K .d 4.d' π Trong đó: Kk: Hệ só có xét đến sự không đồng đều của dây quấn; Kk = 0,95 d: Đường kính dây quấn khi không có cách điện d = 0,18 (mm) d’: Đường kính dây quấn có kể đến cách điện d’ = 0,2(mm). ⇒ ( )( ) 2 ld 2 0,95. . 0,16 K 4. 0,18 π= = 0,59 Ta thấy rằng hệ số lấp đầy thực sự không lớn hơn số lấp đầy đã chọn đáng kể nên kích thước của nam châm điện tính toàn là hợp lý. d. Tính toán ngắn mạch. Nam châm điện xoay chiều thường được cấp điện bằng nguồn điện xoay chiều 1 pha. Cứ 1 chu kỳ lực hút sẽ qua trị số không (0) 100 lần, khi lực hút bằng 0, gông từ bị nhả sau đó lực hút lại tăng dần và hút gông. Như vậy, trong 1s lực hút nhả 100 lần do đó sinh ra rung gây tiếng ồn. Vì rung nên gông và đập vào lỗi nên cơ cấu của nam châm điện dễ bị hư hỏng. Chính vì vậy để chống rung cho phần động của nam châm điện xoay chiều do lực đạp mạnh gây nên ta có thể sử dụng có cả biện pháp: + Đối với nam châm điện bé dùng phần ứng khối hoặc nam châm điện hai pha hay ba pha. + Dùng vòng ngắn mạch đối với nam châm điện 1 pha. Như vậy để phần động của nam châm điện khỏi bị dung thì trị số của lực từ bé nhất phải luôn luôn lớn hơn phản lực (tổng lực cơ) tác động lên phần ứng ở trạng thái hút, ngược chiều với lực hút điện từ. Điều này do vòng ngắn mạch tạo nên, nó chia diện tích lõi cực từ S1 ra thành 2 phần gồm phần trong St và phần ngoài Sn so với vòng ngắn mạch sao cho đạt được các đại lượng cần thiết Bt; Bn và tổn hao năng lượng trong vòng ngắn mạch Pnm là nhỏ nhất. Để tính toán vòng ngắn mạch, cần biết trước các số liệu sau: Lực cơ tổng quy đổi Fcqđ, lực điện từ phân bố ở các khe hở không khí làm việc, tỉ lệ với diện tích lõi cực từ S1 và phần diện tích của cực từ sẽ đạt trong vòng ngắn mạch. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 54 1. Trị số trung bình của lực diện từ ở khe hở làm việc khi không có vòng ngắn mạch, ở trạng thái hút của phần ứng được tính bằng công thức 5 – 52 của tài liệu [2]. tb htb 0 tn F 4. S δφ= μ (N) Trong đó: φ δtb; Từ thông trung bình qua khe hở không khí phần ứng. Ta có: φ tb = φ δtb + φr. Mặt khác: rq®tb rtb r r tb tb tb tb G 1 1 G δ δ δ δ δ φ + φφ φδ = = = + = +φ φ φ Với: Grqđ = 5,34.10-8 (H). Gδtb = Gδ3 = 15,5.10-8 (H). ⇒ δr = 1 + 8 8 5,34.10 15,6.10 − − = 1,32 ⇒ φδtb = 613,52.10 1,32 − = 10,24.10-5(Wb) Stn: Tổng diện tích trong và ngoài vòng ngắn mạch. Stn = S1 - Svnm = S1- b.Δ Trong đó: Δ = 2(mm): Bề rộng vòng ngắn mạch. b = 11 (mm): Bề dầy cực từ . S1 = 132 (mm2): diện tích lõi cực từ. ⇒ Stn = 132 – 11 = 110 (mm2) ⇒ ( ) 25 htb 6 6 10,24.10 F 4.1,256.10 .110.10 − − −= = 18,98 (N). 2. Tỷ số f1 của lực điện từ bé nhất và trị số trung bình của lực điện từ khi không có vòng ngắn mạch. Theo công thức 5 – 53 tài liệu [2] ta có: min dt cth1 htb htb F K .F 1,2.4,44 f 0,28 F F 18,98 = = = = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 55 Trong đó: Kdt = 1,2: Hệ só dự trữ thành phần đập mạch. Fcth = 6,15(N); Lực cơ tới hạn. + Tỷ số giữa cực từ ngoài và trong vòng ngắn mạch. Tra bảng 268 tài liệu [2]. n 1 t 1 S 2 f 2 0,28 S 4f 4.0,28 − −α = = = = 1,54 ⇒ Sn = 1,54St → Mặt khác ta có: Stn = St + Sn = (1 + 1,54) St = 110 (mm2) ⇒ St ≈ 43,31 (mm2) Sn = 66,69(mm2) Vòng ngắn mạch được đặt sao cho một cạnh của nó nằm trong cực từ và chia cực từ thành 2 phần có tỷ lệ diện tích như trên đã tính. + Điện trở vòng ngắn mạch được tính theo công thức 5 – 54 tài liệu [2] ta có: ( ) 20 tn 1 nm 12 h 1 W. .S 4f R . . 4 f 3f 2 μ= −δ + Trong đó: W = 2πf = 314rad/s: Tần số lưới. μ0 = 1,256.10-6H/m: Hệ số từ thẩm không khí. Stn = 168,75 (mm2): Diện tích trong ngoài vòng ngắn mạch f1: = 0,25: Tỷ số giữa lực bé nhất với giá trị trung bình của lực điện từ khi không có vòng ngắn mạch. δh = 0,3 (mm) khe hở không khí khi hút. ⇒ ( ) ( ) 6 6 2 nm 3 2 314.1,256.10 .110.10 4.0,28 R . 4 0,28 0,28.10 3.0,28 2 − − −= −+ Rnm = 4,26.10-5(Ω). 3. Góc lệch pha giữa từ thông trong φt và từ thông ngoài φn khi số vòng ngắn mạch là W = 1 (vòng) tra bảng 268 tài liệu [2]. tgϕ = 1 nm .G R ω ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56 Trong đó: ω = 314 rad/s: Tần số lưới. Rnm = 4,26.10-5(Ω): Điện trở vòng ngắn mạch. G1 = 0 t h .Sμ δ : Từ dẫn của khe hở không khí tương ứng với tiết diện trong của vòng ngắn mạch: Với: μ0 = 1,256.10-6(H/m): Hệ số từ thẩm. St = 43,31 (mm2): Tiết diện trong vòng ngắn mạch δh = 0,3 (mm): Khe hở không khí khi hút. ⇒ G1 = 6 6 3 1,256.10 .43,31.10 0,3.10 − − − = 18,13.10 -8(H) Suy ra: tgϕ = 8 5 314.18,13.10 1,34 4,26.10 − − = Do đó góc lệch pha ϕ = 530 ⇒ cosϕ = 0,6 4. Từ thông trong φt và từ thông ngoài φn được xác định theo công thức 5 – 56 tài liệu [2]. Ta có. a. Từ thông trong vòng ngắn mạch φt: tra bảng 268 tài liệu [2] h t 21 C 2.C.cos δφφ = + + ϕ Trong đó: cosϕ = 0,6 C = 1,54 cos 0,6 α =ϕ = 2,6 tb tb h rq® rq® h h G G 1 1 a.bG δ δ φ φφ = = + + δ Với: φtb = 13,52.10-5(Wb): Từ thông trung bình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 57 Grqđ = 5,34.10-8 (H): Từ dẫn rò quy đổi mạch từ. μ0 = 1,256.10-6 (H/m): hệ số từ thẩm không khí. δh = 0,3.10-3 (m): Khe hở không khí khi hút. a = 12 (mm): Bề rộng mạch từ. b = 11 (mm): Bề dày mạch từ. Suy ra: 5 h 3 6 13,52.10 5,34 1 0,3.10 11.12.10 − δ − − φ = + = 13,51.10-5(Wb) Vậy từ thông trong vòng ngắn mạch là: 5 5 t 2 13,51.10 4,09.10 (Wb) 1 2,6 2.2,6.0,6 − −φ = = + + b. Từ thông ngoài vòng ngắn mạch φn: Tra bảng 268 tài liệu [2] Ta có. φn = C.φt = 2,6.4,09.10-5 = 1,063.10-4 (Wb) 5. Từ cảm khe hở ngoài vòng ngắn mạch Bn; Tra bảng 268 Tài liệu [2]. Bn = 4 n 6 n 1,063.10 S 66,69.10 − − φ = = 1,59(T). 6. Xác định lực điện từ. + Lực điện từ bên trong vòng ngắn mạch. Tra bảng 269 Tài liệu [2]. 2 tbt tbt 0 t F 4. .S φ= μ (N) Trong đó: φtbt = 4,09.10-5 (Wb): Từ thông vòng ngắn mạch St = 43,31 (mm2): Tiết diện cực từ trong vòng ngắn mạch. ⇒ Ftbt = ( ) 25 6 6 4,09.10 4.1,256.10 .43,31.10 − − − = 7,69(N) + Lực điện từ bên ngoài vòng ngắn mạch: Tra bảng 268 tài liệu [2] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 58 Ftbn = 2 tbn 0 n4. S φ μ (N) Trong đó: φtbn = 1,063.10-4 (Wb): Từ thông ngoài vòng ngắn mạch. Sn = 66,69 (mm): tiết diện ngoài vòng ngắn mạch. Suy ra: Ftbn = ( )24 6 6 1,063.10 4.1,256.10 .66,69.10 − − − 33,72 (N). + Giá trị lớn nhất của lực hút điện từ được xác định bằng biểu thức sau: Tra bảng 268 Tài liệu [2]. Fmax = 2 2tbt tbn tbt tbnF F 2F .F .Cos2+ + ϕ (N) Trong đó: ϕ = 530 = cos2 = cos (2.530) = -0,276. Ftbn = 33,72 (N): Lực điện từ bên ngoài vòng ngắn mạch. Ftbt = 7,69 (N): Lực điện từ bên trong vòng ngắn mạch Suy ra: ( ) ( ) ( )2 2maxF 7,69 33,72 2.7,69.33,72. 0,276= + + − = 32,45 (N) + Giá trị nhỏ nhất của lực điện từ tra theo trang 268 Tài liệu [2]. Ta có: Fmin = Ftb - Fmax (N) Mặt khác: Ftb: Lực điện từ trung bình. Ftb = Ftbt + Ftbn = 7,69 + 33,72 = 41,41 (N). ⇒ Fmin = 41,41 – 32,45 = 8,96 (N) Nhiệm vụ tính toán thì lực điện từ bé nhất phải lớn hơn lực cơ tới hạn ở trạng thái hút của phần ứng, tức là Fmin > Fcơth. Vậy Fmin = 8,96 (N) > Fcơth = 3,7 (N). Do đó có thể khẳng định lực điện từ đã tính ở trên là thảo mãn điều kiện cho phép là không rung. 7. Tỷ số giữa lực trung bình Ftb và lực bé nhất Fmin. Tra theo bảng trang 268 tài liệu [2]. P = tb min F 41,41 4,62 F 8,96 = = (W) 8. Tổn hao năng lượng trong vòng ngắn mạch. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 59 Theo công thức 5 – 57 tài liệu [2] ta có: Pnm = ( )2u max t2 nm nm 2 u min nm K . . I .R 2.K .R ωφ= Trong đó: Kumax = 1,1: Hệ số tăng áp. Kumin = 0,85: Hệ số sụt áp. φt = 4,09.10-5(Wb): Từ thông trong vòng ngắn mạch. Rnm = 4,26.10-5 (Ω): điện trở vòng ngắn mạch. ω = 2πf = 2π.50 = 314rad/s: Tần số lưới. ( ) ( ) 25 nm 2 5 1,1.314.4,09.10 P 2. 0,85 .4,26.10 − −= = 3,24(W). 9. Xác định kích thước vòng ngắn mạch. - Vật liệu làm vòng ngắn mạch chọn loại đồng có + Điện trở suất: ρ20 = 0,0174.10-3(Ωmm). + Hệ số nhiệt điện trở: α = 0,0043 1/0C. + Nhiệt độ giá định của vòng ngắn mạch là 2000C + Vậy điện trở suất ở nhiệt độ: θ = 2000c sẽ là ρ200 = ρ20 [1 + α (θ - 20)] = 0,0174.10-3.10-3 [1 + 0,0043 (200 – 20)] ρ200 = 3,1.10-5(Ωmm) - Chu vi trung bình vòng ngắn mạch Z Y XA StSnb Ta có: St = b.x ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 60 ⇒ X tS 43,31 4(mm) b 11 = = ⇒ Y = X + 2Δ = 4 + 2.1 = 6 (mm) ⇒ Z = b + 2Δ = 11 + 2.1 = 13 (mm) Vậy chi vi trung bình vòng ngắn mạch là. ( ) ( ) tb 2 Z Y 2 X b P 34(mm) 2 + + += = 10. Hệ số toả nhiệt trong vòng ngắn mạch. - Hệ số toả nhiệt trong không khí. Ktkk = 3.10-3 (1+ 0,0017.θ) = 3.10-3 (1+0,0017.20) Ktkk = 3,102.10-3 (W/cm.0C). - Hê số toả nhiệt trong lõi thép. Ktlt = 2,9.10-3 (1+ 0,0068.θ) = 2,9.10-3 (1+0,0068.20) Ktlt = 3,294.10-3 (W/cm.0C). 11. Xác định dòng điện trong vòng ngắn mạch. Từ công thức 5 – 57 tài liệu [2] ta có: Pnm = 2nm nmI .R ⇒ nmnm 5 nm P 3,24 I R 4,26.10− = = = 275 (A) Trong đó: Pnm = 3,35 (W): Tổn hao công suất vòng ngắn mạch . Rnm = 5,82.10-5(Ω): Điện trở của dòng ngắn mạch. 12. Tổn hao trong lõi thép. φmax = u max ®m i2K .U .K .Wω Trong đó: φmax: Từ thông cực đại Kumax = 1,1: hệ số tăng áp. Uđm = 220 (V): Điện áp định mức cuộn dây Ki = 7,5: Bội số dòng điện. ω = 314 (rad/s): Tần số lưới điện. W = 4672 (vòng): Số vòng của cuộn dây. ⇒ φmax = 2.1,1.220.7,5 314.4672 = 1,75.10-3(Wb) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 61 + Trọng lượng của lõi thép. Theo công thức; M = V.v.Kc Trong đó: Kc = 0,93: Hệ số ép chặt của lõi thép. v = 7,65 g/cm3: tỷ trọng của lõi thép V(cm3): Thể tích lõi thép. V = a.b.H = 12.11.41,5 = 5478mm3 = 5,478 (cm3) ⇒ M = 5,478.7,65. 0,93 = 38,97 (g). + Suất tổn hao trong lõi thép. eF P = K.p.M Trong đó: K = 1,5: Hệ só có xét đến sự tăng tổn hao trong mạch từ P = 2,5 (W/kg): Suất tổn hao riêng trong lõi thép M = 38,97.10-3(kg): trọng lượng của lõi thép. ⇒ eF P = 1,5 . 2,5 . 38,97 . 10-3 = 0,15 (W) + Dòng điện sinh ra tổn thất năng lượng trong lõi thép e e F F ®m P 0,15 I U 220 = = = 0,69.10-3 (A) g. Xác định dòng điện trong cuộn dây. Dòng điện trong cuộn dây xoay chiều bao gồm các dòng điện thành phần như sau: Ih = Iδ + Ith + Inmqđ + PFe Trong đó: + Iδ: Dòng điện từ hoá khe hở không khí. Iδ = ®m2 U W .Gω. Với: Uđm = 220 (V): Điện áp cuộn dây. W = 4672 (vòng): Số vòng cuộn dây. ω = 314 (rad/s): Tần số lưới điện. GΣ: Từ dẫn tổng khe hở không khí khi hút. GΣ = Grqđ + Gδh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 62 Grqđ = 5,34.10-8(H): Từ dẫn rò khe hở khi hút quy đổi. Gδh = 60,1 . 10-8 (H): Từ dẫn khe hở không khí khi hút GΣ = 60,1.10-8 + 5,34.10-8 = 65,44.10-8 (H) ⇒ Iδ = ( )2 8 220 314. 4672 .65,44.10− = 0,0491 (A) + Ith: Dòng điện từ hoá lõi thép. Ith.ω = ΣHili: Tổng từ áp trên các phần đoạn mạch từ. Với: ΣHili = Htb . ltb Theo đường cong từ hoá, hình 5 – 6 ứng với B = 0,5 (T) và đường số 3 ta có: Hm = 0,6 ⇒ Htb = mH 0,6 2 2 = = 0,424 (A/cm) Mặt khác: ltb = 4 (a + 2Δ2) + πlcd = 4 (11 + 2.0,5) + π.4 = 60,56 (mm) ltb = 6,056 (cm) ⇒ Tth.W = Htb.ltb ⇒ Ith = tb tbH .l 0,424.6,056 W 4672 = Ith = 5,49.10-4 (A) + Dòng điện ngắn mạch quy đổi. nm nmq® I .Wnm I W = (A) Trong đó: Inm = 275 (A): Dòng điện ngắn mạch. Wnm = 1 (vòng): Số vòng dây ngắn mạch. W = 4672 (vòng): Số vòng dây nam châm điện. ⇒ Inmqđ = 275.1 4672 = 0,058 (A) + Vậy ta có giá trị dòng điện khi hút. Ih = ( ) ( ) e 2 2 nmq® F thI I I Iδ+ + + = ( ) ( )2 23 4 30,058 0,69.10 5,49.10 49,1.10− − −+ + + = 0,076 (A) + Mật độ dòng điện dây quấn khi hút. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 63 Jh = h I q (A/mm2) Trong đó: Ih = 0,076 (A): Dòng điện khi hút. q (mm2): Tiết diện dây quấn khi chưa có cách điện với đường kính dây d = 0,16 (mm) q = 2 2d .(0,16) 4 4 π. π= = 0,0201 (mm2) ⇒ Jh = 0,076 3,78(A / mm) 0,0201 = h. Tính toán nhiệt cuộn dây nam châm điện. + Điện trở dây quấn. Ta có công thức: Rdq = tb0 l .W q ρ Trong đó: ρ0 = 0,023.10-3(Ωmm): Điện trở suất cuộn dây ở nhiệt độ 950C W = 4672 ( vòng): Số vòng cuộn dây q = 0,0201 (mm2): Tiết diện cuộn dây. ltb: Chiều dài trung bình của một số vòng dây. ltb = π(d + lcd + Δ3) = π 4.90 4,5 0,5⎛ ⎞+ +⎜ ⎟⎜ ⎟π⎝ ⎠ = 50,24(mm) ⇒ Điện trở cuộn dây là Rdq = 0,023.10-3 . 55,45.4672 0,0201 = 296,5 (Ω) + Tổn hao năng lượng trong dây quấn. Pdq = 2hI .Rdq = (0,076) 2.296,5 = 1,71 (W) + Độ tăng điện trên bề mặt cuộn dây. Ta có công thức: τ = dq t tn P K .S Trong đó: Stn (m2): Diện tích toả nhiệt của cuộn dây. Stn = Sxp + Sđ Với: Sxq: Diện tích xung quanh của cuộn dây ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 64 Sxp = [4(a + 2.Δ2) + 2π (lcd + Δ2)] .hcd = [4(11 + 2.0,5) + 2π (4,5 + 0,5)] .13,5 = 1071,9 (mm2) Kt: hệ số toả nhiệt của cuộn dây Kt = 6 ÷14 tra theo bảng 6 – 5 tài liệu [2] chọn Kt = 13 W/m0c Sđ = [4(a + 2.Δ3) (lcd + 2Δ3) + π(lcd + Δ3].2 = [4(11 + 2.0,5)(4,5 + 2.0,5)+π(4,5 + 0,5)2] .2 = (264 + 78,5)2 = 685 (mm2) ⇒ Stn = 1071,9 + 685 = 1756,9 (mm2) Vậy độ tăng nhiệt độ làm việc trên bề mặt cuộn dây là τ = 6 1,71 14.1756,9.10− = 74,860c ≈ 750c θ = τ + θmt = 750c + 400c = 1150c Ta thấy θ = 1150c < [θ]cp = 1300c nhiệt độ phát nóng của cuộn dây vẫn đảm bảo trong giới hạn nhiệt độ cho phép. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 65 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN HỆ SỐ NAM CHÂM ĐIỆN I. TÍNH VÀ DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LỰA HÚT NAM CHÂM ĐIỆN. Khi tính toán nam châm điện xoay chiều ta cần phải sự ảnh hưởng của sự biến thiên của các thông số như: sự biến đổi điện áp; dòng điện; từ thông; từ cảm cũng giống như ở phần tính toán sơ bộ, các số liệu ban đầu ở đây là lực tác động (Fhtb = Fcqđ) bằng lực cơ qui đổi (có kể đến hệ số dự trữ Kdt). Chính là lực điện từ của nam châm điện khi khe hở không khí làm việc ở vị trí giới hạn. Ta tính lực hút điện từ theo công thức 5-50 tài liệu [2] Fhtđ = 2 r 2 k. dG dG1 d 3 d2.G δ δ δδ ⎛ ⎞φ +⎜ ⎟δ⎝ ⎠ Trong đó: k = 0,25 tb tb th thr r . δδ δ δ φφ = φ δ ⇒ φ = σ dm u ir tb U .k .k 4,44.f.wδ φ = Với kir = 0,85: Hệ số đánh giá thành phần tác dụng của điện áp trên điện tử cuộn dây. + ku: hệ số biến đổi điện áp ku = 0,25; 0,4; 0,6 W = 4762 (vòng) : số vòng cuộn dây nam châm điện Uđm = 220 (V) : điện áp cuộn dây f = 50 Hf : Tần số lưới công nghiệp )(10.03,18 4672.50.44,4 .220.85,0 5 wbku ku tb −==δφ ⇒ 5 u th r 18,03.10 .k− δφ = σ + Đạo hàm từ dẫn rò khe hở không khí 0= δd dGr Vậy lực hút điện từ tại các trạng thái ứng với khe hở không khí và độ biến đổi điện áp là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 66 Fhtb = 5 2 2 u 2 2 r dG0,25.(18,03.10 ) .k d2.( ) .(G ) − δ δδσ F = 5 2 2 2 2 r dG0,25(18,03.10 ) .U . d2( ) .(G ) − δ δδσ Với U = ku . Uđm F(N) Uđm (V) δ (mm) 0,3 1,2 3 4,2 85% Uđm 18,8 11,2 5,2 3,3 100% Uđm 26,1 15,5 7,2 4,6 110% Uđm 31,6 18,8 8,7 5,5 Tính lực nhả của nam châm điện qua công thức Fnhả = 9 2 u 2 2 r dG8,127.10 k . d2( ) (G ) − δ δδσ Ta lập được bảng: F(N) Ku δ (mm) 0,3 1,2 3 4,2 0,25 1,7 0,98 0,54 0,3 Hệ số nhả của nam châm điện Ta có Ki = nh¶ t® I I hoặc Ku = nh¶ t® U U Mặt khác ta có: Knhả = nh¶ t® F 0,98 0,53 F 3,7 = = ĐỒ ÁN TỐT N Đặc tín GHIỆP h lực hút 5,5 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 68 II. TÍNH TOÁN GẦN ĐÚNG THỜI GIAN TÁC ĐỘNG VÀ THỜI GIAN NHẢ. + Thời gian tác động (ttđ) là quãng thời gian kể từ điểm đưa tính hiệu tác động cho đến khi nắp chuyển động xong (δ = δmin) ttđ = t1 + t2 Trong đó: t1: thời gian khởi động khi tác động t2: thời gian chuyển động khi tác động + Thời gian nhả là khoảng thời gian từ khi cắt điện của cuộn dây đến khi nắp của nam châm điện kết thúc chuyển động. (δ = δmax) tnh = t3 + t4 Trong đó: t3 : thời gian khởi động khi nhả t4: thời gian chuyển động khi nhả + Đối với nam châm điện xoay chiều Xét thời gian tác động: ttđ = t1 + t2 Với: t1 : do dòng điện và từ thông biến thiên tuần hoàn với tần số f còn lực điện từ theo 2f. Mà trong thời gian t1 khe hở không khí lớn (δ = δmax) nên dòng điện trong cuộn dây quá lớn. Vì vậy nếu đóng điện vào thời điểm mà dòng điện đi qua điểm không chỉ sau 1/4 chu kì từ thông đạt trị số cực đại. Còn nếu đóng điện vào thời điểm i ≠ 0 thì khoảng thời gian để đạt từ thông cực đại cùng không quá 1/2 chu kỳ. Do đó lực điện từ đạt trị số cực đại với thời gian bé hơn 1/2 chu kỳ. Như vậy cho rằng t1 = 1/2 chu kỳ thời gian lâu nhất để khởi động ⇒ t1 = )(01,050.2 1 2 1 s f == t3 = )(01,050.2 1 2 1 s f == Với t2 ta có công thức t2 = ∑ −Δ n i en i iFF xm ).( )(2 2 Trong đó:: m = )(051,0 8,9 5,0 kg g G == Với g = 9,8 (m/s2) : gia tốc trọng trường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 69 G = 0,5 (kg) : trọng lượng phần động Δx1 = (4,2 - 3) . 10-3 = 1,2 . 10-3 (m) S1 = )/(10.496,22 10.2,1)34,13( 2 10.2,1).3,32,5( 333 mN− −− =+−+ Δx2 = (3 - 1,2) . 10-3 = 1,8 . 10-3 (m) S2 = )/(10.73,82 10.8,1).37,3( 2 8,1.10).2,112,5( 333 mN− −− =+−+ Δx3 = (1,2 - 0,3) . 10-3 = 0,9 . 10-3 (m) S3 = )/(10.42,92 10.9,0).7,337,5( 2 10.9,0).8,182,11( 333 mN− −− =+−+ t2 = 3 23 3 23 3 23 10.42,9 )10.9,0.(051,0.2 10.73,8 )10.8,1.(2.051,0 10.496,2 )10.2,1.(051,0.2 − − − − − − ++ t2 = 0,0076 + 0,0061 + 0,0029 = 0,0166 Mà t4 = ∑ −Δ n i nhc i iFF xm )( )(2 2 S4 = )/(10.1,22 10.2,1).54,03,0( 2 10.2,1).34,13( 333 mN− −− =+−+ S5 = )/(10.7,42 8,1.10).98,054,0( 2 10.8,1).37,3( 333 mN− −− =+−+ S6 = )/(10.87,22 10.9,0).7,198,0( 2 10.9,0).7,337,5( 333 mN− −− =+−+ t4 = 3 23 3 23 3 23 10.87,2 )10.9,0.(051,0.2 10.7,4 )10.8,1.(051,0.2 10.1,2 )10.2,1(051,0.2 − − − − − − ++ t4 = 0,0084 + 0,0083 + 0,0054 = 0,0221 (s) Vậy ta có thời gian khởi động của phần ứng khi nhả. tcđ = t1 + t2 = 0,01 + 0,0166 = 0,0266 (s) Thời gian nhả của nam châm điện: tnh = t3 + t4 = 0,01 + 0,0221 = 0,0321 (s) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 70 CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN KẾT CẤU I. PHẦN LÀM VIỆC 1. Mạch vòng dẫn điện 1.1. Thanh dẫn động Dùng đồng phốtpho (bp0φ6,5) làm thanh dẫn + Bề rộng của thanh dẫn động: b = 0,5 mm + Bề dày của thanh dẫn động: a = 0,5 mm 1.2. Thanh dẫn tĩnh Dùng đồng phốtpho (bp0φ6,5) làm thanh dẫn + Bề rộng của thanh dẫn tĩnh: b = 5 mm + Bề dày của thanh dẫn tĩnh: a = 1 mm 1.3. Vít đầu nối + Bulông được làm bằng chất liệu thép : M3 x 10 + Trụ lõi dẫn điện có ren của thép : M3 1.4. Dây nối mềm Chọn loại dây dẫn mềm có vỏ cách điện bằng nhựa, đây là loại dây dẫn bằng sợi có đường kính dây dẫn là 2 mm. 1.5. Hệ thống tiếp điểm Với chất liệu là bạc kéo nguội, CP 999 tiếp điểm kiểu công sôn. + Đường kính tiếp điểm là: d = 4mm + Chiểu cao của tiếp điểm: h = 1 mm + Bề mặt tiếp xúc là tiếp xúc điểm a. Lò xo tiếp điểm Lò xo tiếp điểm đồng thời cũng là thanh dẫn động làm bằng đồng phốtpho (bp0φ6,5) như đã trình bày ở trên. - Chiều dày lò xo tiếp điểm: b = 0,5 mm - Chiều rộng lò xo tiếp điểm: a = 5mm + Độ võng của lò xo ở đầu mút: f = 1,2 mm + Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: 2/350 mmNu =δ + Giới hạn mỏi cho phép xoắn: 2/120 mmNx =δ b. Lò xo nhả ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 71 Vật liệu dùng làm lò xo nhả là thép cacbon, lò xo kiểu xoắn hình trụ, có thể chịu kéo tốt. + Đường kính của dây quấn lò xo: d = 0,51 mm + Đường kính lò xo: D = 5,1 mm + Số vòng dây quấn kết cấu của lò xo w = 12 vòng + Bước lò xo chịu kéo: tk = 0,45 + Độ cứng của lò xo: j = 0,73 N/mm + Chiều dài của lò xo chịu kéo: lk = 5,4 mật mã + Độ bền giới hạn khi kéo: δK = 2200 N/mm2 + Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: 2/770 mmNu =δ + Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: 480 N/mm2 2. Nam châm điện Nam châm điện là một loại kết cấu đặc biệt quan trọng vì đó chính là cơ quan sinh lực, gồm những bộ phận chính như: mạch từ, cuộn dây và vòng ngắn mạch. 2.1. Mạch từ Vật liệu dùng để làm mạch từ là lá thép silic kỹ thuật điện + Bề rộng cực từ : a = 12 mm + Bề dày cực từ : b = 11 mm + Tiết diện cực từ: S = 132 mm2 + Bề rộng của cửa sổ mạch từ: c= 12,5 mm + Chiều cao của cửa sổ mạch từ: hc = 21,5 mm + Chiều dày nắp nam châm điện: bd = bn = 11 mm + Chiều cao đáy nam châm : hđ = 10 mm + Chiều cao nắp nam châm : hn = 10 mm + Diện tích đáy nam châm điện: Sđ = 110 mm2 + Diện tích nắp nam châm điện: Sn = 110 mm2 + Chiều cao nam châm điện: H = 41,5 mm + Chiều rộng nam châm điện: B = 36,5 mm + Bề dày của cực đối diện với cực từ: bthân = 2 mm + Khoảng cách từ cuộn dây tới chỗ gá của nam châm X = 6 mm 2.2. Cuộn dây Cuộn dây làn bằng đồng, dây quấn tròn, có bọc cách điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72 + Số vòng dây: W = 4627 vòng + Tiết diện dây quấn khi chưa có cách điện: q = 0,11 mm2 + Đường kính dây quấn khi chưa có cách điện: d = 0,16 mm + Tiết diện dây quấn khi có cách điện: q' = 0,023 mm2 + Đường kính dây quấn khi có cách điện: d' = 0,18 mm + Bề dày cuộn dây: hcd = 4,5 mm + Chiều cao cuộn dây: lcd = 13,5 (mm). 2.3. Vòng ngắn mạch + Bề rộng của vòng ngắn mạch: Δ = 2 mm + Tiết diện vòng ngắn mạch: Svnm = 22 mm2 + Diện tích trong và ngoài ngắn mạch: Stn = 110 mm2 + Tiết diện cực từ trong vòng ngắn mạch: St = 43,31 mm2 + Tiết diện cực từ ngoài vòng ngắn mạch: Sn = 66,69 mm2 II. PHẦN CHÂN ĐẾ Phần chân đế được làm từ một loại nhựa cứng dùng để vít vào hộp kỹ thuật điện, chân đế ở đây ta thiết kế vừa dùng ngàm có ưu điểm sửa chữa, lắp đặt dễ dàng hơn, đồng thời vừa có cả vít. Trong chân đế có chứa các lỗ để bắt vít với các đầu nối, bề mặt của chân đế là các lỗ cắm thanh tĩnh, các lỗ này phải thiết kế sao cho khi cắm thanh dẫn tĩnh. Chúng có thể tiếp xúc với nhau, tránh gây chập chờn về điện. Về phần kích thước của chân đế lớn hơn chiều rộng của phần làm việc rơle, chiều dài cũng đủ lớn sao cho có diện tích để chứa các lỗ vít loại M3. Các kích thước khác được biểu thị trên hình vẽ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 73 Tài liệu tham khảo : [1]. Cơ sở lí thuyết khí cụ điện. [2]. Thiết kế khí cụ điện hạ áp. [3]. Chi tiết máy.