Đề tài Thiết kế Công tắc tơ xoay chiều 3 pha

quang ). B.Yªu cÇu ®èi víi m¹ch vßng dÉn ®iÖn. Cã ®iÖn trë suÊt nhá, dÉn ®iÖn tèt, tæn hao ®ång nhá. BÒn víi m«i tr­êng. Cã ®é cøng, v÷ng tèt. Lµm viÖc ë chÕ ®é sù cè trong thêi gian cho phÐp. Cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ thiÕt kÕ, chÕ t¹o, l¾p r¸p, thay thÕ. C.m¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh. I.Thanh dÉn. 1.Yªu cÇu ®èi víi thanh dÉn: Cã ®iÖn trë suÊt nhá, dÉn ®iÖn tèt. DÉn nhiÖt tèt, chÞu ®­îc nhiÖt ®é cao. Cã ®é bÒn c¬ khÝ cao, chÞu mµi mßn tèt. ChÞu ®­îc ¨n mßn ho¸ häc tèt, Ýt bÞ «xi ho¸. KÕt cÊu ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh rÎ. 2.Chän vËt liÖu: Tõ nh÷ng yªu cÇu trªn ®èi víi thanh dÉn, tra b¶ng 2-22 ( trang 81- Nh÷ng h»ng sè vËt lÝ cña vËt dÉn th«ng dông trong khÝ cô ®iÖn ) vµ so s¸nh c¸c ­u nh­îc ®iÓm, ta chän vËt liÖu lµm thanh dÉn lµ ®ång kÐo nguéi. C¸c th«ng sè kü thuËt cña ®ång kÐo nguéi: Ký hiÖu ML-TB Tû träng (g) 8,9 g/cm3 NhiÖt ®é nãng ch¶y (qnc) 10830C §iÖn trë suÊt ë 200C (r20) 1,58.10-8 Wm §é dÉn nhiÖt (l) 3,9 W/cm 0C §é cøng Briven (HB) 80 ¸ 120 kG/cm2 HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë (a) 0,0043 1/ 0C NhiÖt ®é cho phÐp cÊp A ([qcp]) 950 C §é dÉn nhiÖt 3,9 W/cmoC 3.Chän d¹ng thanh dÉn: Chän d¹ng thanh dÉn cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt, chiÒu réng a, chiÒu dµy b: b b a l a Ii.TÝnh to¸n thanh dÉn ë chÕ ®é dµi h¹n. 1.Thanh dÉn tÜnh. a.KÝch thøoc thanh dÉn KÝch th­íc thùc : a=10(m.m). b=2(m.m) . b.TÝnh t«®: Tõ c«ng thøc niut¬n: R=K TST (q«® - qo)= KTSTt«® trong ®ã: KT :HÖ sè t¶n nhiÖt. ST :TiÕt diÖn t¶n nhiÖt cña thanh dÉn.ST=2(a+b)l. R :C«ng suÊt t¶n nhiÖt cña thanh dÉn. q«® :NhiÖt ®é lµm viÖc æn ®Þnh cña thanh dÉn. qo :NhiÖt ®é cña m«i tr­êng. ta cã: I®mRq Kf = K TST (q«® - qo). trong ®ã: Rq :§iÖn trë cña thanh dÉn ë nhÖt ®é æn dÞnh.[W]. rq :®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ë nhiÖt ®é æn ®Þnh[W.m]. S :tiÕt diÖn cña thanh dÉn.S=ab[m2]. l :chiÒu dµi cña thanh dÉn[m]. Ta cã: chän: Kf=1,03;KT=8[W/oCm2];a=10[m.m];b=2[m.m] ;I®m=65[A]. Thay sè ta cã: Û Thay : rq= r(20oC)[1+a(q«®-20)]. t«® = q«® - qmt . Ta cã: Chän qmt=40oCÞ: q«® = 63,43oC »64oC. VËy gi¸ trÞ: t«® = q«®-qmt=64 - 40=24oC. c.KiÓm nghiÖm mËt ®é dßng ®iÖn dµi h¹n: MËt ®é dßng ®iÖn ch¹y qua thanh dÉn ë chÕ ®é dµi h¹n lµ: < [j] =2 ¸ 4 A/mm2 ® tho¶ m·n yªu cÇu. d. KiÓm nghiÖm thanh dÉn ë chÕ ®é ng¾n m¹ch: §é bÒn nhiÖt cña khÝ cô ®iÖn lµ tÝnh chÊt chÞu ®ùng ®­îc sù t¸c dông nhiÖt cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch trong thêi gian ng¾n m¹ch. Nã ®­îc ®Æc tr­ng b»ng dßng ®iÖn bÒn nhiÖt, lµ dßng ®iÖn dßng ®iÖn mµ ë gi¸ trÞ ®ã thanh dÉn ch­a bÞ biÕn d¹ng. MËt ®é dßng ®iÖn ch¹y qua thanh dÉn ë chÕ ®é ng¾n m¹ch lµ: jnm = ( trang 314- TKKC§HA ) Trong ®ã : tnm = tbn : thêi gian ng¾n m¹ch hay thêi gian bÒn nhiÖt. Anm = Abn : h»ng sè tÝch ph©n øng víi ng¾n m¹ch hay bÒn nhiÖt. A® : h»ng sè tÝch ph©n øng víi nhiÖt ®é ®Çu. Tra ®å thÞ h×nh 6-6, trang 315- TKKC§H, ta cã : øng víi nhiÖt ®é ban ®Çu q® = 640C cã A® =1,15 .104 A2s/mm4, øng víi nhiÖt ®é bÒn nhiÖt cña ®ång qbn = 2500C cã Abn =3,5 .104 A2s/mm4 tnm jnm (A/mm2) [jnm]cp (A/mm2) 3s 88.51 94 10s 48,48 51 VËy mËt ®é dßng ®iÖn cña thanh dÉn khi x¶y ra ng¾n m¹ch nhá h¬n mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp, nªn thanh dÉn cã thÓ chÞu ®­îc ng¾n m¹ch. KÕt qu¶ kiÓm nghiÖm cho thÊy thanh dÉn víi tiÕt diÖn 10x2 mm2 tho¶ m·n hoµn toµn c¸c ®iÒu kiÖn vÒ nhiÖt vµ ®iÖn ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau nh­ trªn. 2. TÝnh to¸n tiÕp ®iÓm thanh dÉn tÜnh. a.Néi dung tÝnh to¸n. TiÕp ®iÓm cÇn tÝnh lµ tiÕp ®iÓm kiÓu cÇu, 1pha 2 chç ng¾t.Néi dung tÝnh to¸n bao gåm: - X¸c ®Þnh ®é më tiÕp ®iÓm [ m ]. - X¸c ®Þnh ®é lón tiÕp ®iÓm [ l ]. - Chän vËt liÖu tiÕp ®iÓm. - TÝnh lùc Ðp tiÕp ®iÓm. - TÝnh ®iÖn trë tiÕp xóc. - TÝnh nhiÖt ®é tiÕp ®iÓm t¹i chç tiÕp xóc. - X¸c ®Þnh dßng ®iÖn hµn dÝnh. - TÝnh biªn ®é vµ thêi gian rung. - ¡n mßn tiÕp ®iÓm. b. TÝnh to¸n chi tiÕt. Chän vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm: - Yªu cÇu cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm : + §iÖn trë suÊt vµ ®iÖn trë tiÕp xóc bÐ. + TÝnh dÉn nhiÖt vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. + Ýt bÞ «xi ho¸. + Khã hµn dÝnh. + §é cøng cao, Ýt bÞ ¨n mßn c¬. + §Æc tÝnh c«ng nghÖ tèt. + Gi¸ thµnh h¹. - Víi yªu cÇu thiÕt kÕ, ta chän vËt liÖu lµ kim lo¹i gèm ( B¹c- Niken- Than ch×) cã c¸c th«ng sè: + Ký hiÖu : KM K- A32. + Tû träng : 8,7 ( g/ cm3). + NhiÖt ®é nãng ch¶y: 3400 0C. + §iÖn trë suÊt ë 20 0C : 3,5x10-5 ( W.mm ). + §é dÉn nhiÖt : 3,25 (W/ cm.0C). + Tû träng nhiÖt : 0,234 (W.s/ cm.0C). + §é cøng Briven : 45 ¸ 65 ( kg.mm2 ). + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë : 3,5x10 §é më tiÕp ®iÓm: - §é më tiÕp ®iÓm lµ kho¶ng c¸ch gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh ë vÞ trÝ ng¾t cña c«ng t¾c t¬. - §é më tiÕp ®iÓm lín th× hå quang bÞ kÐo dµi vµ dÔ bÞ dËp t¾t nh­ng l¹i lµm t¨ng hµnh tr×nh cña c¬ cÊu. V× vËy cÇn ph¶i chän ®é më cña tiÕp ®iÓm mét c¸ch hîp lý. - Sè liÖu thùc tÕ ®o ®­îc : m = 4 [ mm ]. §é lón tiÕp ®iÓm: - §é lón cña tiÕp ®iÓm lµ qu·ng ®­êng mµ tiÕp ®iÎm ®éng ®i thªm ®­îc nÕu kh«ng bÞ tiÕp ®iÓm tÜnh c¶n l¹i. §é lón cÇn ph¶i cã ®Ó cã lùc Ðp tiÕp ®iÓm vµ duy tr× kh¶e n¨ng lµm viÖc cña thiÕt bÞ khi tiÕp ®iÓm bÞ ¨n mßn. - §é lón thùc tÕ ®o ®­îc : l = 2,5 [ mm ] KÝch th­íc tiÕp ®iÓm: TiÐp ®iÓm cã d¹ng h×nh trô trßn cã th«ng sè thùc tÕ nh­ sau: - §­êng kÝnh tiÕp ®iÓm : d = 8 [ mm ]. - ChiÒu cao tiÕp ®iÓm : h = 2 [ mm ]. TÝnh lùc Ðp tiÕp ®iÓm: Cã hai ph­¬ng ph¸p ®Ó x¸c ®Þnh lùc Ðp tiÕp ®iÓm lµ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm: - Theo thùc nghiÖm, ta cã c«ng thøc Ft® = ft® .I®m. - Tra b¶ng 2-17 TLLK ta chän ®­îc: ft® = 7 ( g/ A ). Ft® = 7.65 = 455[g] »4,6 ( N ). - Theo lý thuyÕt : + Dùa vµo viÖc kh¶o s¸t nhiªt tr­êng vµ ®iÖn tr­êng cña thanh dÉn ®Æc, dµi v« h¹n, cã nguån nhiÖt ë ®Çu tiÕp xóc víi thanh dÉn kh¸c, ta cã c«ng thøc sau: Trong ®ã: A: H»ng sè Even; A = 2,3.10-8. HB: §é cøng Briven; chän HB = 50 ( kg/ mm2 ). l: HÖ sè dÉn nhiÖt cña thanh dÉn. Tra b¶ng (2-13- TLTKKCHA) víi vËt liÖu lµ ®ång kÐo nguéi ta cã l = 3,8 (W/ cm.0C). Tt® : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña thanh dÉn ë chç xa n¬i tiÕp xóc. Chän Tt® lµ nhiÖt ®é cho phÐp Tt® = 273+ 64 = 337 ( 0K ). Ttx : NhiÖt ®é chç tiÕp xóc, th­êng lÊy Ttx = Tt® + ( 5 ¸ 10 0) K. VËy ta chän Ttx = 347 ( 0K ). thay sè ta cã : . *So s¸nh lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ta thÊy Ft® thùc nghiÖm lín h¬n rÊt nhiÒu, VËy ta chän Ft® = 4,6 ( N ) . TÝnh ®iÖn trë tiÕp xóc: Ta cã c«ng thøc: Trong ®ã : m = 0,5: TiÕp xóc gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm lµ tiÕp xóc ®iÓm. Ktx: HÖ sè kÓ ®Õn sù ¶nh h­ëng cña vËt liÖu vµ t¹ng th¸i bÒ mÆt cña tiÕp ®iÓm.Tra b¶ng trang 59 ( TL1) : Víi vËt liÖu kim lo¹i gèm th× cã: Ktx = (0,2¸ 0,3).10-3. Chän Ktx = 0,25-3. Thay sè ta cã: HiÖu ®iÖn thÕ t¹i n¬i tiÕp xóc: Utx = Rtx.I®m = 0,4.10-3.65 = 26 ( mV). *Yªu cÇu ®èi víi c«ng t¾c t¬ £ 1000V lµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc r¬i trªn tiÕp ®iÓm lµ (2¸ 30 ) (mV).VËy gi¸ trÞ Rtx = ë trªn phï hîp víi yªu cÇu thùc tÕ. TÝnh nhiÖt ®é tiÕp ®iÓm t¹i chç tiÕp xóc: Tæn hao nhiÖt trªn tiÕp ®iÓm chia lµm hai phÇn gåm: to¶ ra m«i tr­êng vµ lµm nãng tiÕp ®iÓm. NhiÖt ®é t¹i chç tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: q0 : NhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh (q0 = 40 0C ). I®m : Dßng ®iÖn ®Þnh møc ( I®m = 65 A ). Rtx : §iÖn trë tiÕp xóc (Rtx = 0,4.10-3 ). r : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm. Tra b¶ng (2-13- TLTKKC) cã r = 3,5.10-9 W.m. S : TiÕt diÖn tiÕp ®iÓm : R : §iÖn trë tiÕp ®iÓm: Kt : HÖ sè to¶ nhiÖt bÒ mÆt cña thanh dÉn. Kt = 8 (W/ m2 ). l : HÖ sè dÉn nhiÖt. l = 3,25 (W/ m ). P : Chu vi tiÕp ®iÓm: P = P.d = 3,14.8.10-3 = 25,12.10-3 ( m ). Thay sè ta cã : X¸c ®Þnh dßng ®iÖn hµn dÝnh: Theo lý thuyÕt, ta cã thÓ x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hµn dÝnh theo 1 trong 2 c«ng thøc sau: §Ó ®¬n gi¶n ta sö dông c«ng thøc 2: Trong ®ã: fnc lµ hÖ sè nãng ch¶y, fnc = 2 ¸ 4 vµ cµng lín nÕu vËt liÖu cµng mÒm. Ta chän fnc = 4. A: H»ng sè øng víi t­ng lo¹i vËt liÖu (A/ N0,5): Trong ®ã: r0 : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu tiÕp ®iÓm ë 00C. a : HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë. a = 3,5.10-3[1/oC]. l : HÖ sè dÉn nhiÖt.l = 3,25 (W/cm) = 325 (W/m). HB : §é cøng Brunmen ë 0 0C,HB = 50 kg/ mm2. qnc : NhiÖt ®é nãng ch¶y cña tiÕp ®iÓm.qnc = 3400 0C. Thay sè ta cã: VËy: Theo thùc nghiÖm : -Theo c«ng thøc Butloªvit, cã thÓ tÝnh ®­îc mét c¸ch s¬ bé dßng ®iÖn hµn dÝnh ban ®Çu cña tiÕp ®iÓm theo lùc Ðp tiÕp ®iÓm: tra b¶ng 2-19 TLTKKC ta ®­îc:Khd = 1000 (A/ kg). Thay sè ta cã: * So s¸nh dßng ®iÖn hµn dÝnh tiÕp ®iÓm theo lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ta thÊy dßng diÖn hµn dÝnh tiÕp ®iÓm theo lý thuyÕt lín h¬n thùc nghiÖm. VËy ta chän Ihdtd = 678 (A). * So s¸nh víi Inm: víi Inm = 10.Idm = 10.65 =650 ( A ), ta thÊy Inm < Ihdtd , vËy tiÕp ®iÓm kh«ng bÞ hµn dÝnh nagy c¶ khi bÞ ng¾n m¹ch. TÝnh biªn ®é vµ thêi gian rung: - Khi ®ãng tiÕp ®iÓm, thêi ®iÓm b¾t ®Çu tiÕp xóc cã xung lùc va ®Ëp c¬ khÝ gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh g©y nªn hiÖn t­îng rung tiÕp ®iÓm. TiÕp ®iÓm ®éng bÞ bËt trë l¹i víi mét biªn ®é nµo ®ã råi l¹i tiÕp tôc va ®Ëp. Qu¸ tr×nh tiÕp xóc råi l¹i t¸ch rêi gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh x¶y ra mét thêi gian mét thêi gian th× kÕt thóc, chuyÓn sang tr¹ng th¸i tiÕp xóc æn ®Þnh. - §å thÞ biÓu diÔn qu¸ tr×nh rung: Theo c«ng thøc trang 72_ TLTKKCHA,coong thuws tinys xm ,tm víi tiÕp ®iÓm cÇu lµ: Trong ®ã : -md: Khèi l­îng phµn ®éng. TÝnh md : Md=. Trong ®ã: -Gd=Idm.mc.Chän mc=9.4 ÞGd=9.4.65=611 [g.m/s2] Þmd=611/10=6.11 [g]. -vd:vËn tèc tiÕp ®iÓm khi va ch¹m,chän vd=0.1[m/s]. -Kv:HÖ sè va ch¹m(phô thuéc vµo vËt lieeuj tiÕp diÓm).Tra b¶n 72 víi vËt liÖu b¹c vµ hîp kim cã Kv=0.9. -Ft®®:Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu.Theo kinh nghiÖm Ft®®=0.5.Ft®c=0.5.4.6=2.3. Thay sè ta cã: Xm vµ tm ë trªn ®uîc tÝnh øng víi khèi l­îng phÇn ®éng cña mét tiÕp ®iÓm.V× c«ng t¾c t¬ cã ba tiÕp ®iÓmÞ: * Theo c«ng thøc (4-27_TLTKKCHA) tæng thêi gian rung lµ:tå=(1.5-1.8)2.tm.Chän tå=1.8.2.tm=1.8.2.0.57=2.1 [s].V× tå >0.3s lµ thêi gian rung dÓ cã thÓ bá qua ®é rung cña c«ng t¾c t¬,vËy dé rung la d¸ng kÓ,ta ph¶i dïng lß so ho·n xung dÓ gi¶m ®é rung nµy. ¨n mßn tiÕp ®iÓm. - Yªu c©u ®èi víi tiÕp ®iÓm sau sè lÇn ®ãng c¾t n nhÊt ®Þnh lµ: Vmßn/Vt® £70%. - Theo c«ng thøc cña Ku®¬nhÏp«p(TLTKKCHA-trang79) khèi l­îng bÞ ¨n mßn cña tiÕp ®iÓm bÞ ¨n mßn sau mét lÇn ®ãng c¾t lµ: Trong®ã : -Kk®:HÖ sè mßn kh«ng ®ång ®Òu.Theo TLTKKCHA-tr79 víi dßng xoay chiÒu Kk® =1.1-2.5,chän Kk® =1.3. -K®,Kng:HÖ sè mßn khi ®ãng c¾t.Tra b¶ng (2-21-TLTKKCHA) víi vËt liÖu b¹c dßng 65 (A) m«i tr­êng kh«ng khÝ ta cã: K®=Kng=0.001(g/A2). -I®:Dßng ®iÖn ®ãng,chä Id=10.I®m=650 (A). -Ing:Dßng ®iÖn ng¾t,chän Ing=I®m=65 (A). Thay sè ta cã: Tæng khèi l­îng kim lo¹i bÞ ¨n mßn sau 106 lkÇn ®ãng c¾t lµ: Gm=555.10-9.106=0.555(g). ThÓ tÝch ¨n mßn sau 106 lÇn ®ãng c¾t lµ: Thay sè ta cã : * VËy dé mßn tiÕp ®iÓm n»m trong vïng cho phÐp sau 106 lÇn ®ãng c¾t. 3.Thanh dÉn ®éng. H×nh d¹ng,kÕt cÊu ,vËt liÖu chÕ t¹o thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh hoµn toµn giãng nhau.ViÖc tÝnh to¸n,kiÓm nghiÖm thanh dÉn ®éng gièng víi viÖc tÝnh to¸n kiÓm nghiÖm thanh d·n tÜnh. Do kh«ng ph¶i chÞu va ®Ëp c¬ khÝ vµ kh«ng ph¶i nèi víi ®Çu nèi d©y nèi ra bªn ngoµi nh­ thanh dÉn tÜnh nªn thanh dÉn ®éng cã kÝch th­íc nhá h¬n thanh dÉn tÜnh. KÝch th­íc cña thanh dÉn ®éng : -ChiÌu réng vµ chiÒu cao thanh dÉn:a=7[mm],b=2[mm]. - ChiÒu cao vµ ®­êng kÝnh tiÕp ®iÓm :h=2[mm],d=7[mm]. III.TÝnh to¸n ®Çu nèi thanh dÉn tÜnh. 1.Chän kÕt cÊu ®Çu nèi. C¸c thanh dÉn tÜnh ®­îc nèi víi d©y nèi mÒm b»ng c¸c vÝt ®Çu nèi.§Ó ®¶m b¶o cho viÖc thay thÕ söa chòa ta chän ®µu nèi lµ mèi nèi cã thÓ th¸o rêi.Sè l­îng mèi nèi ë mçi pha lµ hai,h×nh d¹ng thanh dÉn nèi lµ h×nh ch÷ nhËt. CÊu t¹o ®Çu nèi : - VÝt ghÐp nèi: dïng ®Ó ghÐp nèi gi÷a thanh dÉn tÜnh vµ d©y nèi - §Öm lß xo vªnh, ph¼ng: cã t¸c dông t¹o lùc Ðp gi÷ ch¨t thanh dÉn tÜnh vµ d©y nèi 2.TÝnh to¸n ®Çu nèi. Tra b¶ng (2-9-TLTKKCHA) víi dßng I®m=65A ta chän ®­îc bu l«ng thÐp cã ®­êng kÝnh ren lµ 8mm,trô vµ lâi b»ng thÐp cã ®­êng kÝnh ren lµ 5mm.V× ë mçi pha cã hai chç ng¾t nªn ë ba pha ta ph¶i chän 6 bé bu l«ng nh­ trªn. a.DiÖn tÝch tiÕp xóc: Trong ®ã: - I®m : Dßng ®iÖn ®Þnh møc. - j : MËt ®é dßng ®iÖncho phÐp,chän j=0,31[A/mm2]. Thay sè ta cã: b.Lùc Ðp tiÕp xóc : Trong ®ã :-(Tra b¶ng 2-10 TLTKKCHA) Thay sè cã: c.§iÖn trë tiÕp xóc cña ®Çu nèi: Trong ®ã :-m=1 v× d© lµ tiÕp xóc mÆt. -Ktx:H»ng sè,tra b¶ng 59 víi vËt liÖu lµ ®ßng kÐo nguéi. Ktx=[0,09-0,14.10-3].Chän Ktx=0,14.10-3. Thay sè cã: d.§iÖn ¸p r¬i trªn chç tiÕp xóc: *Yªu cÇu cña ®iÖn ¸p r¬i trªn chç tiÕp xóc lµ:2-30 (mmV).VËy bul«ng ®· chän cã thÓ ®¸p øng ®­¬c yªu cÇu thiÕt kÕ. Ch­¬ng IV buång dËp hå quang I. Kh¸i niÖm vÒ hå quang ®iÖn. 1.Qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong chÊt khÝ: ë ®iÒu kiÖn b×nh th­êng, chÊt khÝ lµ m«i tr­êng c¸ch ®iÖn tèt. NÕu ®Æt lªn hai ®iÖn cùc trong m«i tr­êng kh«ng khÝ mét ®iÖn tr­êng cã c­êng ®é ®ñ lín th× ph¸ vì tÝnh c¸ch ®iÖn cña chÊt khÝ: nã trë nªn dÉn ®iÖn tèt, phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña chÊt khÝ, ¸p suÊt cña nã, nhiÖt ®é m«i tr­êng, vËt liÖu lµm ®iÖn cùc, ®é lín c­êng ®é ®iÖn tr­êng. Hå quang ®iÖn lµ hiÖn t­îng phãng ®iÖn trong chÊt khÝ víi mËt ®é dßng ®iÖn lín ( 102 ¸ 103 A/mm2 ), ®iÖn ¸p r¬i trªn cat«t bÐ ( 10 ¸ 12 V ), nhiÖt ®é hå quang cao ( 6000 ¸ 18000oK ) vµ kÌm theo hiÖu øng ¸nh s¸ng. Hå quang ®iÖn lµ qu¸ tr×nh ®iÖn vµ nhiÖt liªn quan mËt thiÕt víi nhau. Vïng cat«t kho¶ng c¸ch ng¾n ( cì 10-3 mm ) víi Uc cì 10 ¸ 20 V, nªn c­êng ®é ®iÖn tr­êng ë vïng nµy kh¸ lín 20.103 V/mm. Vïng an«t cã ®iÖn ¸p r¬i thÊp, cì 5 ¸ 20 V vµ chiÒu dµi cì 10-2 mm, v× vËy EA thÊp h¬n nhiÒu so víi EC . Vïng th©n hå quang cã c­êng ®é ®iÖn tr­êng Ehq gÇn nh­ kh«ng ®æi, cì tõ 1 ¸ 20 V/mm, phô thuéc vµo tÝnh dÉn nhiÖt, tèc ®é chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö khÝ, vËn tèc di chuyÓn cña hå quang. §iÖn ¸p r¬i trªn th©n hå quang phô thuéc vµo chiÒu dµi cña hå quang: Uhq = Ehq.lhq. Nguyªn nh©n ph¸t sinh vµ dËp t¾t hå quang lµ qu¸ tr×nh ion ho¸ vµ qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ trong vïng hå quang. Qu¸ tr×nh ion ho¸ x¶y ra d­íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng, nhiÖt ®é, ®iÖn tr­êng, va ®Ëp ... vµ cã c¸c d¹ng ion ho¸ sau: - Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ nhiÖt ®iÖn tö . - Qu¸ tr×nh tù ph¸t x¹ ®iÖn tö . - Qu¸ tr×nh ion ho¸ do va ch¹m . - Qu¸ tr×nh ion ho¸ do nhiÖt . Qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ lµ qu¸ tr×nh suy gi¶m sè l­îng ion trong vïng hå quang. Nguyªn nh©n chÝnh cña qu¸ tr×nh ph¶n i«n lµ t¸i hîp vµ khuyÕch t¸n. 2.Hå quang ®iÖn xoay chiÒu: ë hå quang ®iÖn xoay chiÒu, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p nguån biÕn thiªn tuÇn hoµn theo tÇn sè cña l­íi ®iÖn. V× hå quang lµ ®iÖn trë phi tuyÕn nªn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trïng pha nhau. Trong 1/4 chu k× ®Çu, ®iÖn ¸p hå quang t¨ng nhanh ®Õn trÞ sè ch¸y. Khi hå quang ch¸y, ®iÖn ¸p gi¶m dÇn. Dßng ®iÖn t¨ng tõ 0 ®Õn ®iÓm ch¸y, dßng ®iÖn ®¹t trÞ sè cùc ®¹i vµ ®iÖn ¸p hå quang hÇu nh­ kh«ng ®æi. ë 1/4 chu k× sau dßng ®iÖn gi¶m dÇn, ®Õn thêi ®iÓm t¾t, ®iÖn ¸p hå quang t¨ng, sau ®ã suy gi¶m vÒ 0 cïng víi dßng ®iÖn. NÕu hå quang æn ®Þnh th× qu¸ tr×nh nµy sÏ ®­îc lÆp l¹i ë nöa chu k× sau. T¹i thêi ®iÓm dßng ®iÖn ®i qua 0, hå quang kh«ng ®­îc cÊp n¨ng l­îng nªn qu¸ tr×nh ion ho¸ x¶y ra trong vïng ®iÖn cùc rÊt m¹nh vµ nÕu ®iÖn ¸p ®Æt lªn hai ®iÖn cùc bÐ h¬n trÞ sè ®iÖn ¸p ch¸y th× hå quang sÏ bÞ t¾t. Khi dßng ®iÖn gÇn trÞ sè 0, nã kh«ng cßn theo quy luËt h×nh sin liªn tôc n÷a, v× lóc nµy qu¸ tr×nh ph¶n ion ho¸ rÊt m¹nh nªn ®iÖn trë hå quang rÊt lín, cã thÓ coi dßng ®iÖn b»ng 0. Kho¶ng thêi gian nµy cì micr« gi©y, phô thuéc vµo ®Æc tÝnh t¶i, dßng ®iÖn hå quang ...vµ gäi lµ thêi gian kh«ng dßng ®iÖn cña hå quang. Khi dßng ®iÖn ®i qua ®iÓm 0 , ë khu vùc hå quang ®ång thêi x¶y ra hai qu¸ tr×nh: qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn vµ qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p. Qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn ®Æc tr­ng b»ng qu¸ tr×nh ph¶n ion m·nh liÖt khi dßng ®iÖn ®i qua 0 vµ nã lµm cho hå quang mÊt dÇn tÝnh dÉn ®iÖn, t¨ng tÝnh c¸ch ®iÖn. §¹i l­îng ®Æc tr­ng cho møc ®é c¸ch ®iÖn gi÷a hai ®iÖn cùc lµ ®iÖn ¸p chäc thñng. Víi I = 0, ta cã Ucto vµ nã cã trÞ sè tõ 150 ¸ 250V ë m«i tr­êng kh«ng khÝ, hå quang ch¸y tù nhiªn. Qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p lµ qu¸ tr×nh thµnh lËp ®iÖn ¸p trªn hai cùc kÓ tõ khi hå quang t¾t cho tíi khi ®iÖn ¸p ®¹t trÞ sè ®iÖn ¸p nguån. Sau thêi ®iÓm dßng ®iÖn b»ng 0, nÕu trÞ sè cña ®iÖn ¸p phôc håi thÊp h¬n trÞ sè cña ®iÖn ¸p chäc thñng th× hå quang t¾t h¼n. VËy ®iÒu kiÖn ®Ó dËp t¾t hå quang ®iÖn xoay chiÒu lµ ®Æc tuyÕn cña qu¸ tr×nh phôc håi ®é bÒn ®iÖn ph¶i n»m cao h¬n vµ kh«ng c¾t ®Æc tuyÕn cña qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p gi÷a hai tiÕp ®iÓm. II.Yªu cÇu ®èi víi buång dËp hå quang. - Thêi gian dËp t¾t hå quang rÊt ng¾n, gi¶m ¨n mßn tiÕp ®iÓm vµ thiÕt bÞ dËp hå quang. - §¶m b¶o ®­îc kh¶ n¨ng ®ãng, ng¾t, tøc lµ ®¶m b¶o gi¸ trÞ dßng ®iÖn ®ãng vµ ng¾t ë ®iÒu kiÖn cho tr­íc. - Qu¸ ®iÖn ¸p thÊp. - KÝch th­íc hÖ thèng dËp hå quang nhá, vïng khÝ ion ho¸ nhá. NÕu kh«ng nã cã thÓ t¹o ra chäc thñng c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c phÇn tö cña thiÕt bÞ . . vµ toµn bé khÝ cô. - H¹n chÕ ¸nh s¸ng vµ ©m thanh. III.Chän vËt liÖu lµm buång dËp hå quang. Yªu cÇu: - VËt liÖu lµm buång dËp hå quang ph¶i chÞu ®­îc nhiÖt ®é cao, c¸ch ®iÖn tèt vµ chèng Èm. §é nh¸m bÒ mÆt bªn trong thµnh buång dËp ph¶i gi¶m ®Õn møc thÊp nhÊt cã thÓ ®Ó hå quang chuyÓn ®éng víi vËn tèc lín vµo khe hÑp, kÐo dµi th©n hå quang, lµm cho hå quang tiÕp xóc ®ång ®Òu víi thµnh buång dËp ®Ó nhanh chãng lµm l¹nh hå quang. Nh÷ng d¹ng vËt liÖu c¬ b¶n ®Ó chÕ t¹o thµnh buång dËp hå quang: 1.VËt liÖu xi m¨ng-ami¨ng: ¦u ®iÓm: nhiÖt ®é nãng ch¶y cao: 1150oC, tÝnh c¸ch ®iÖn kh¸ cao: r = 1010 ¸ 1012 Wcm, ®é nh½n bÒ mÆt lín. Nh­îc ®iÓm: trong tr¹ng th¸i ©m, tÝnh c¸ch ®iÖn cña vËt liÖu bÞ gi¶m; d­íi t¸c dông nhiÖt cña hå quang nh÷ng khe hë nhá t¹o thµnh vÕt lµm t¨ng ®é nh¸m. 2.VËt liÖu Ðp chÞu hå quang: Chóng cã ­u ®iÓm : cã tÝnh chÞu nhiÖt, chÞu hå quang cao, c¸ch ®iÖn tèt, ®¹t ®­îc ®é nh½n bãng bÒ mÆt . 3.Gèm ( Silicat ): - ¦u ®iÓm: chÞu nhiÖt cao ( lín h¬n 1750oC ), ®iÖn trë suÊt cao, rÊt bÒn c¬ häc. - Nh­îc ®iÓm : bÒ mÆt kh«ng ®­îc nh½n, gia c«ng phøc t¹p . Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ®©y ta chän vËt liÖu lµm buång dËp hå quang lµ: vËt liÖu Ðp chÞu hå quang. IV.KÕt cÊu buång dËp hå quang. Chän kiÓu buång dËp hå quang lµ kiÓu dµn dËp. Dµn dËp lµm b»ng nh÷ng l¸ thÐp. KiÓu buång dËp hå quang nµy phï hîp víi dßng ®iÖn ng¾t I®m = 65A, ®iÖn ¸p U = 380V. Buång dËp hå quang kiÓu dµn dËp cã ­u ®iÓm cho ta kh¶ n¨ng rót ng¾n ®¸ng kÓ chiÒu dµi hå quang vµ dËp nã trong thÓ tÝch nhá, do ®ã ph¸t s¸ng Ýt vµ ©m thanh bÞ h¹n chÕ. Lç tho¸t khÝ TÊm s¾t tõ TiÕp ®iÓm ®éng TiÕp ®iÓm tÜnh Lß xo tiÕp ®iÓm Hép dËp hå quang Gi¸ tiÕp ®iÓm ®éng V.TÝnh to¸n vµ lùa chän. Chän lùa s¬ bé: Chän sè l­îng c¸c tÊm cho mét chç ng¾t: ntk = 3 BÒ dµy mét tÊm: Dt = 3 mm Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÊm: dt = 2 mm Gi¶ thiÕt lµ ta chän sè l­îng c¸c tÊm ë ®Æc tÝnh kh«ng dao ®éng cña ®iÖn ¸p phôc håi. §iÒu kiÖn x¶y ra qu¸ tr×nh kh«ng dao ®éng lµ: fo > . Trong ®ã: fo - tÇn sè riªng cña m¹ch ng¾t. L - ®iÖn c¶m m¹ch ng¾t. Ing - dßng ®iÖn ng¾t ®Þnh møc. Gi¶ sö hÖ thèng dïng ®Ó ®ãng ng¾t ®éng c¬ cã P®m = 20kW, ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña hÖ thèng lµ U®m = 380V vµ hÖ thèng kh«ng khÝ. Khi ®ã cã: fo = .( A + B. ). HÖ thèng kh«ng khÝ cã : A = 15000; B = 3000 fo = .( 15000 + 3000. ). = 43372Hz = 43,4 kHz f1 = = = (Hz) §iÖn c¶m cña m¹ch ng¾t ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: L = Trong ®ã : U®m - ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña hÖ thèng: 380V. Ing - dßng ®iÖn ng¾t ®Þnh møc: 65A. - tÇn sè gãc cña hÖ thèng. jo - gãc lÖch pha ban ®Çu cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. Chän cosjo = 0,8 ( t¶i ®iÖn c¶m th­êng gÆp ) L = = 11.10-3 Hz VËy: f1 = = = 13,6 kHz Cã : fo = 43,4 kHz > f1 = 13,6 kHz KÕt luËn: ta chän sè tÊm ntk = 3 lµ chÊp nhËn ®­îc. Cã thÓ lÊy thªm mét tÊm ®Ó dù tr÷ ® ntk = 4. ChiÒu dµi nhá nhÊt cña tÊm: lt ³ 1,73..td. td – thêi gian dËp hå quang: cã thÓ nhá b»ng 2 ¸ 3 nöa chu k× hoÆc lín h¬n ( nh­ng kh«ng lín h¬n 0,1 s ) Chän td = 0,03 s. lt ³ 1,73.22.0,03. = 0.84 cm. Ch­¬ng V tÝnh to¸n lß xo vµ dùng §Æc tÝnh c¬ I.Kh¸i niÖm chung. Lß xo lµ mét bé phËn cña CTT cã nhiÖm vô t¹o lùc Ðp lªn tiÕp ®iÓm ( ®èi víi lß xo tiÕp ®iÓm ), t¹o lùc ng¾t c¬ cÊu trong qu¸ tr×nh ng¾t cña c¬ cÊu ( ®èi v¬Ý lß xo nh¶ ). II.Yªu cÇu ®èi víi lß xo. Cã ®é ®µn håi phï hîp. Cã ®Æc tÝnh c¬ æn ®Þnh theo thêi gian. Cã ®é bÒn c¬. ChÞu ®­îc ¨n mßn cña ho¸ chÊt vµ m«i tr­êng. III.Chän kiÓu vµ vËt liÖu lß xo. Do yªu cÇu cÇn ®é lón lín nªn ta chän kiÓu lß xo xo¾n h×nh trô. Nã cã ­u ®iÓm lµ tuú theo kÝch th­íc cña chóng mµ lùc g©y ra tõ vµi gam ®Õn hµng tÊn. Do yªu cÇu thiÕt kÕ CTT dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn cã sè lÇn ®ãng ng¾t 300 lÇn/giê, cã tuæi thä vÒ c¬ lµ 105 lÇn, tuæi thä vÒ ®iÖn lµ 106 lÇn ®ãng ng¾t vµ cã lùc Ðp t­¬ng ®èi lín. V× vËy tra b¶ng 4-1, trang 166 – TKKC§HA: chän vËt liÖu lµm lß xo lµ thÐp c¸c bon GOTC9389-60 ®é bÒn trung b×nh, nh·n hiÖu II (P). C¸c th«ng sè cña nã: §é bÒn giíi h¹n khi kÐo : [ sk ] = 1300 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi uèn: [ su ] = 460 N/mm2 Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n: [ sx ] = 280 N/mm2 Module ®µn håi : E = 200.103 N/mm2 Mudule chèng tr­ît: G = 80.103 N/mm2 §iÖn trë suÊt: r = 0,2 ¸ 0,3 .10-6 Wm L d D t IV.TÝnh to¸n lß xo nh¶. 1.C¸c th«ng sè ®o ®uîc. -Sè vßng= 16(vßng). -§­êng kÝnh trung b×nh :8.5(m.m). -§é cøng k = 0.67(N/mm). 2TÝnh to¸n. a.TÝnh ®uêng kÝnh d©y quÊn lß xo. Tõ c«ng thøc (4-35-TLTKKCHA) ta cã: Trong ®ã: -G:M«®un trèng tr­ît,G=80.103(kn/mm3). -d:§­êng kÝnh d©y quÊn [mm]. -D:§­¬ng kÝnh xo¾n trung b×nh cña lß xo[mm]. Þ Thay sè cã : §Ó thuËn lîi cho viÖc s¶n xuÊt ta chän d=1(mm). b.T×nh lùc nh¶ cuèi cña mçi lß xo. Tõ c«ng thøc (4-31-TLTKKCHA) ta cã: Trong ®ã: -F:Lùc nh¶ cuèi cña lß xo [N. -c:HÖ sè cña lß xo.c=D/d=8.5/1=8.5. -sx:Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n[N/mm2]. Thay sè cã: c.TÝnh ®é nÐn lß xo nh¶. Tõ c«ng thøc(4-32-TLTKKCHA): Trong ®ã: -f:§é nÐn cña lß xã: Þ d.ChiÒu dµi cña lß xo tÝnh c¶ vong dÖm chèng nghiªng ë hai ®Çu lµ: ln=W.tng+1,5.d. Trong ®ã :- tn=d +12,65/16=1,79 [mm]. Þln=16.1,79 + 1,5 =30,15 [mm]. e.KiÓm tra lß xo. TrÞ sè øng suÊt xo¾n khi cã lùc t¸c dông theo c«ng thøc (4-28-TLTKKCHA) lµ: Thay c¸c sè liÖu ®· tÝnh ë trªn ta cã: *Ta thÊy sx=278,57< [sx]=280(N/mm2).Vëy lß xo nh¶ tÝnh ®­îc phï hîp víi yªu cµu thiÕt kÕ. V.TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm lß xo t¹o lùc Ðp tiÕp ®iÓm. 1.C¸c th«ng sè ®o ®­îc. Sè vßng W=16 (vßng). §­êng kÝnh trung b×nh:8,5(mm). §é cøng k=0,67(N/mm). 2.TÝnh to¸n.. a.TÝnh ®uêng kÝnh d©y quÊn lß xo. Thay sè cã : b.T×nh Lùc nh¶ cuèi cña mçi lß xo. Tõ c«ng thøc (4-31-TLTKKCHA) ta cã: c.KiÓm tra lß xo. TrÞ sè øng suÊt xo¾n khi cã lùc t¸c dông theo c«ng thøc (4-28-TLTKKCHA) lµ: *Ta thÊy sx=278,23 < [sx] =280(N/mm2).Vëy lß xo nh¶ tÝnh ®­îc phï hîp víi yªu cµu thiÕt kÕ. VI. Lß xo tiÕp ®iÓm phô: Lùc Ðp cuèi cÇn thiÕt mµ lß xo tiÕp ®iÓm phô cÇn t¹o ra lµ: Ft®p = 2.Ft®pc = 2.0,5 = 1 N Víi Ft®pc – lùc Ðp cuèi lªn tiÕp ®iÓm phô. Gi¶ sö kho¶ng lón ban ®Çu cña lß xo lµ fp® = 1mm. Kho¶ng lón toµn phÇn cña lß xo lµ : f = fp® + flv = 1 + 1,5 = 2,5mm. Chän chØ sè lß xo: C = = 8 §­êng kÝnh cña d©y lµm lß xo: d = 1,6. = 1,6. §­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo: D = C.d = 9.0,29 = 2,6 mm Sè vßng cña lß xo: w = B­íc lß xo chÞu nÐn: tn = d + = ChiÒu dµi tù do cña lß xo: ln = w.tn + 1,5.d = 8.0,6 + 1,5.0,29 = 5,2 mm Kho¶ng lón thùc tÕ øng víi lùc ®· cho: øng suÊt xo¾n thùc tÕ cña lß xo: sxtt = *VËy kho¶ng lón thùc tÕ vµ øng suÊt xo¾n thùc tÕ sau khi kiÓm nghiÖm hoµn toµn phï hîp víi nh÷ng lùa chän ®Ó thiÕt kÕ lß xo. VII.Dùng ®Æc tÝnh c¬. XÐt tr­êng hîp: C«ng t¾c t¬ ®Æt ng­îc : F® F® G® + Fnh® * d = m + l G® + Fnhc F®t F® F® * d = 0 Lùc c¬ t¸c dông lªn phÇn ®éng bao gåm : Lùc Ðp cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më Lùc Ðp cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më Lùc Ðp cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng Lùc Ðp cña 2 lß xo nh¶ Träng lùc phÇn ®éng Lùc ma s¸t ( bá qua) Träng l­îng phÇn ®éng : G® = 6,1(N) Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng : Flxpc =4.Ft®pc = 4.0,5 = 2 N Lùc Ðp ban ®Çu cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng : Flxp® = 0,5.Flxpc = 0,5.2 = 1 N Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më : Flxpc = Flxpc = 2 N Lùc Ðp ®Çu cña 2 lß xo tiÕp ®iÓm phô th­êng më : Flxp® = Flxp® = 1 N Lùc Ðp cuèi cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më : FlxccS = 6.Ft®cc = 6.4,6 = 28 (N) Lùc Ðp cuèi cña 3 lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më : Flxc®S = 0,9.Ft®cc = 0,9.28 =25 (N) Lùc Ðp cuèi cña 2 lß xo nh¶ : Flxnh cS = 2.Flxnhc = 2.12,87=26[N] Lùc ®Çu cña 2 lß xo nh¶ : Flxnh ®S = 2. Flxnh ® =2.12,87/2 = [13 N]. §å thÞ ®Æc tÝnh c¬: Chän hÖ trôc täa ®é dOF, gèc O; trôc hoµnh chØ ®é lín khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc d cña nam ch©m ®iÖn ( d = 0 khi n¾p nam ch©m ®iÖn ®ãng ); trôc tung chØ lùc c¬ t¸c dông ( chiÒu d­¬ng trïng chiÒu cña träng lùc ). KÝ hiÖu: l : ®é lón cña tiÕp ®iÓm chÝnh : 2,5 mm. m : ®é më cña tiÕp ®iÓm chÝnh : 4 mm. §å thÞ ®Æc tÝnh c¬ Ch­¬ng VI nam ch©m ®iÖn I. Kh¸i niÖm chung. Nam ch©m ®iÖn ®­îc sö dông ngµy cµng réng r·i mµ kh«ng mét lÜnh vùc kü thuËt nµo kh«ng sö dông nã. NhiÖm vô chñ yÕu cña nam ch©m ®iÖn lµ sinh lùc ®Ó thùc hiÖn c¸c chuyÓn dÞch tÞnh tiÕn hay chuyÓn ®éng quay hoÆc sinh lùc h·m... Trong mçi lÜnh vùc kÜ thuËt kh¸c nhau th× cã nh÷ng lo¹i nam ch©m kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng, kÕt cÊu vµ øng dông. C¸c qóa tr×nh vËt lý x¶y ra trong nam ch©m ®iÖn rÊt phøc t¹p, th­êng ®­îc m« t¶ b»ng c¸c ph­¬ng tr×nh vi ph©n, phi tuyÕn. V× vËy viÖc tÝnh to¸n nam ch©m ®iÖn th­êng ®­îc dùa theo c¸c c«ng thøc gÇn ®óng, ®¬n gi¶n sau ®ã míi kiÓm nghiÖm l¹i theo c«ng thøc lý thuyÕt, dÉn tíi bµi to¸n tèi ­u. §èi víi c«ng t¾c t¬, nam ch©m ®iÖn lµ c¬ cÊu sinh lùc ®Ó thùc hiÖn tÞnh tiÕn c¬ cÊu chÊp hµnh – cã g¾n hÖ thèng tiÕp ®iÓm. II. TÝnh to¸n kÝch th­íc nam ch©m ®iÖn. 1 C¸c sè liÖu ban ®Çu: ThiÕt kÕ nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu cã c¸c th«ng sè vµ yªu cÇu sau: Nam ch©m ®iÖn cã kh¶ n¨ng lµm viÖc trong m«i tr­êng Èm, nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr­êng lµ 40oC. Hµnh tr×nh cña c¬ cÊu lµ d = 6,5 mm vµ cã ®Æc tÝnh c¬ nh­ ®· tr×nh bµy tr­íc ®©y. Nam ch©m ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n, ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m = 220V, tÇn sè lµm viÖc f = 50Hz. Yªu cÇu nam ch©m ®iÖn ph¶i cã kÝch th­íc nhá gän. 2. Chän d¹ng kÕt cÊu: -TÝnh hÖ sè kÕt cÊu m¹ch tõ nam c©m ®iÖn Theo c«ng thøc 5-2, trang 188 – TKKC§HA, cã: Kkc = Trong ®ã: F®t - lùc hót ®iÖn tõ. d - khe hë kh«ng khÝ. C«ng t¾c t¬ muèn lµm viÖc ®­îc th× khi hót ph¶i cã F®t > Fc¬ vµ khi nh¶ ph¶i cã F®t < Fc¬. Tõ ®Æc tÝnh c¬ ta chän lùc tíi h¹n ®· tÝnh ®Õn dung sai vÒ lùc Fc¬ th øng víi khe hë lµm viÖc dth t­¬ng øng lµ thêi ®iÓm tiÕp ®iÓm ®éng b¾t ®Çu tiÕp xóc víi tiÕp ®iÓm tÜnh.VËy sth=2,5 (mm) Fc¬ th = 69 N dth = 2,5 mm VËy Kkc = Tõ b¶ng 5-2-TLTKKCDHA ,øng víi gi¸ trÞ Kkc=4699 ta chän kÕt cÊu nam ch©m ®iÖn kiÓu hót th¼ng d¹ng ch÷ E. 3.Chän vËt liÖu m¹ch tõ: Tra b¶ng 5-3, trang 192 – TKKC§HA, chän thÐp l¸ kü thuËt ®iÖn hîp kim t¨ng c­êng '31 (thÐp silic) . Lo¹i thÐp nµy cã lùc tõ ph¶n kh¸ng bÐ nªn tæn hao do tõ trÔ kh«ng ®¸ng kÓ . C¸c th«ng kü thuËt cña thÐp '31 : Lùc tõ ph¶n kh¸ng HC 0,35 A/cm Tõ c¶m d­ 0,8 ¸ 1,2 T Tõ c¶m b·o hoµ 2 T §é tõ thÈm 250 §é tõ thÈm cùc ®¹i 6.103 ¸ 7.103 §iÖn trë suÊt 40.10-8 ¸ 60.10 -8 W.m Khèi l­îng riªng 7,65 g/cm3 Thµnh phÇn cacbon 0,02% ¸ 0,03% Tæn hao tõ trÔ khi b·o hoµ 0,1 ¸ 0,15 m.J/cm3 Tõ c¶m lâi thÐp 0,6 T ChiÒu dµy l¸ thÐp 0,5 mm 4. Chän tõ c¶m, hÖ sè tõ rß, hÖ sè tõ t¶n: Chän khe hë tÝnh to¸n stt=2,5 mm, Ftt = 69 N. Chän tõ c¶m khe hë kh«ng khÝ khi n¾p m¹ch tõ hë: Bd = 0,5T. Chän tõ c¶m trong lâi thÐp khi n¾p m¹ch tõ hë: Bl = 0,5T. Chän hÖ sè tõ rß khi phÇn øng hót sr = 1. HÖ sè tõ rß khi phÇn øng hë th­êng trong kho¶ng 1,1 ¸ 4. Chän sr = 1,3 HÖ sè tõ t¶n th­êng trong kho¶ng 1 ¸ 1,8. Chän st = 1,2. a/2 b a 5.TÝnh tiÕt diÖn lâi m¹ch tõ: - Theo c«ng thøc 5-8, trang 202 - TKKC§HA, tæng diÖn tÝch lâi thÐp lµ: S lS = Trong ®ã: F®tt - lùc hót ®iÖn tõ tÝnh to¸n, F®tt = 69 N. Bl - tõ c¶m cña lâi thÐp khi phÇn øng hë. Þ S lS = - DiÖn tÝch lâi cùc tõ gi÷a : - DiÖn tÝch lâi cña 2 cùc tõ nh¸nh : - §èi víi cùc tõ gi÷a: Chän . ChiÒu dµi a vµ chiÒu réng b cña lâi cùc tõ gi÷a lµ : a = b = 0,9.a = 0,9.28 =25 (mm) - C¹nh thùc cña lâi thÐp : b' = Víi KC = 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt c¸c l¸ thÐp . - Sè l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn : (tÊm) . Trong ®ã D = 0,5 mm lµ chiÒu dµy mét l¸ thÐp . - KÝch th­íc cña hai cùc tõ m¹ch nh¸nh : a1 = a3 = a/2 = 14 (mm). b1= b3 = b = 25 (mm) . 6.TÝnh to¸n cuén d©y: KÝch thø¬c cña cuén d©y phô thuéc vµo søc tõ ®éng t¸c ®éng (IW)t® cña nam ch©m ®iÖn do cuén d©y sinh ra, nã t¹o ra tõ ¸p ë khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc SHd.d, r c¸c khe hë kh«ng khÝ kh«ng lµm viÖc ( khe hë phô ) SHph.dph vµ trong c¸c phÇn thÐp cña m¹ch tõ SHFe.lFe. Ngoµi ra cßn cã thªm søc tõ ®éng do tæn hao dßng xo¸y trong lâi thÐp vµ tõ trÔ, tæn hao trong vßng ng¾n m¹ch. a. Søc tõ ®éng cña cuén d©y: Søc tõ ®éng cña cuén d©y cÇn thiÕt cho nam ch©m ®iÖn t¸c ®éng (IW)t® cã thÓ chia thµnh hai thµnh phÇn: phÇn thay ®æi ë khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc khi phÇn øng hë (IW)Svµ phÇn kh«ng thay ®æi (IW)h. Theo c«ng thøc 5-18, trang 209 – TKKC§HA, cã: (IW)t® = (IW)S + (IW)h (A.vßng) Theo c«ng thøc 5-19, trang 209 – TKKC§HA, cã: (IW)S = mO = 4.p. 10 –7 = 1,25.10 -6 (H/m) Bl - tõ c¶m trong lâi thÐp øng víi khe hë kh«ng khÝ tíi h¹n. Sdnh - tæng khe hë kh«ng khÝ lµm viÖc. §èi víi m¹ch tõ ch÷ E cã 3 khe hë lµm viÖc, tõ th«ng qua cùc tõ gi÷a ph©n lµm 2 m¹ch tõ, mçi m¹ch tõ cã 2 khe hë lµm viÖc nèi tiÕp nhau, kÝch th­íc cña 2 m¹ch tõ b»ng nhau vµ tæng cña chóng b»ng cùc tõ gi÷a: S1 + S3 = S2. Sdnh = 2.dnh = 2.2,5.10 -3 = 5.10 -3 (m) Þ (A.vßng) Theo c«ng thøc 5-20, trang 210 – TKKC§HA, cã: Víi sr : hÖ sè tõ rß khi phÇn øng hë, sr = 1,3. Sdh : khe hë kh«ng khÝ ë tr¹ng th¸i hót. Sdh = 2dcn + dcd + dht = 0,2 ¸ 0,7 mm ( theo thùc nghiÖm ). Víi dcn= 0,03 ¸ 0,1 mm : khe hë c«ng nghÖ, chän dcn = 0,05mm dcd = 0,1 ¸ 0,5 mm : khe hë chèng dÝnh , chän dcd = 0,3mm dht : khe hë gi¶ ®Þnh, chän dht = 0,1 mm Þ Sdh = 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm . (A.vßng) Þ (IW)t® = 1989+259=2248 (A.vßng) KiÓm tra l¹i, ta cã hÖ sè béi sè dßng ®iÖn : Þ tho¶ m·n yªu cÇu KI = 4 ¸ 15 D2 D1 hcd bcd b. KÝch th­íc cuén d©y: TiÕt diÖn cuén d©y ®­îc x¸c ®Þnh cho tr¹ng th¸i phÇn øng bÞ hót v× khi phÇn øng hë , dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y lín h¬n nhiÒu lÇn so víi khi phÇn øng bÞ hót vµ víi thêi gian rÊt ng¾n . V× vËy søc tõ ®éng (IW)t® ®­îc tÝnh ë tr¹ng th¸i hë cña phÇn øng cÇn ph¶i ®­a vÒ tr¹ng th¸i hót cña phÇn øng . Theo c«ng thøc 5-24, trang 211 – TKKC§HA, diÖn tÝch cuén d©y : Scd = Trong ®ã : - KUmax : hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån t¨ng ®Õn trÞ sè cho phÐp ( Umax = 1,1.U®m ) mµ nhiÖt ®é ph¸t nãng cña cuén d©y kh«ng v­ît qu¸ trÞ sè cho phÐp cña cÊp vËt liÖu ®· chän. KUmax = 1,1. - KUmin : hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån gi¶m ®Õn trÞ sè cho phÐp ( Umin = 0,85.U®m ) mµ ®Æc tÝnh lùc hót ®iÖn tõ vÉn n»m cao h¬n ®Æc tÝnh c¬. KUmin = 0,85 . - Kqt : hÖ sè qu¸ t¶i dßng ®iÖn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n. Kqt = 1. - j : mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén d©y ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n, th­êng j = 2 ¸ 4 A/mm2 . Chän j = 2,5 A/mm2 - Kl® : hÖ sè lÊp ®Çy cuén d©y, Kl® = 0,3 ¸ 0,6 . Chän Kl® = 0,5 . - KI : hÖ sè béi sè dßng ®iÖn. KI = 9. Þ Tõ diÖn tÝch cuén d©y, chän hÖ sè h×nh d¸ng Khd = . Ta cã chiÒu dµy vµ chiÒu cao cuén d©y lµ: hcd = 2,5.bcd = 2,5.10,35 = 26 (mm) 7. KÝch th­íc m¹ch tõ: b h® hn lf D4 D3 D1 D5 bcd a a/2 hl D A hcd D2 B E a = 28 mm ; b=25 mm Chän: D1 = 1,5 mm ChiÒu dµy khung quÊn d©y. D2 = 0,5 mm GiÊy c¸ch ®iÖn phÝa trong d©y quÊn. D3 = 0,5 mm B¨ng dÝnh c¸ch ®iÖn phÝa ngoµi d©y quÊn. D4 = 4,5 mm Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn ngoµi cuén d©y ®Õn cùc tõ bªn. D5 = 1,0 mm Kho¶ng c¸ch tõ khung cuén d©y ®Õn cùc tõ gi÷a. lf = 5,0 mm Kho¶ng c¸ch tõ phÇn øng tíi c¸ch ®iÖn ®Çu cuén d©y. DiÖn tÝch n¾p m¹ch tõ : Sn = 0,8.Sl2 = 0,8.694= 555 mm2 Þ DiÖn tÝch ®¸y m¹ch tõ : S® = 0,7Sl2 = 0,7.694 = 486 mm2 h® = ChiÒu réng cöa sæ m¹ch tõ : E = D1 + D2 + D3 + D4 + D5 + bcd = 1,5 + 0,5 +0,5 + 4,5 + 1 + 10 = 18,4 mm ChiÒu cao cöa sæ m¹ch tõ : D = hcd + 2. D1 + lf = 26 + 2.1,5 + 5 = 34 mm. ChiÒu cao lâi m¹ch tõ: hl = hcd + 2. D1 = 26 + 2.1,5 = 29 mm ChiÒu cao cña nam ch©m ®iÖn: A = hn + lf + 2. D1 + hcd + h® = 22 + 5 + 2.1,5 + 26 + 19 = 76 mm. ChiÒu réng cña nam ch©m ®iÖn: B = 2.( a + D1 + D2 + D3 + D4 + D5 + bcd ) = 2.( 28 + 1,5 + 0,5 +0,5 + 4,5 + 1 + 10 ) = 93 mm. ChiÒu dµy cña nam ch©m ®iÖn: C = b + 2.( D1 + D2 + D3 + D5 + bcd ) = 25 + 2.( 1,5 + 0,5 +0,5 + 1 + 10 ) = 53 mm III. TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm nam ch©m ®iÖn. 1.LËp s¬ ®å thay thÕ: Dùa vµo sù t­¬ng tù gi÷a c¸c ®¹i l­îng ®iÖn vµ c¸c ®¹i l­îng tõ ta lËp s¬ ®å thay thÕ cho m¹ch tõ. M¹ch tõ h×nh ch÷ E, cuén d©y ®­îc bè trÝ ë cùc tõ gi÷a vµ hai vßng ng¾n m¹ch ®Æt ë hai cùc tõ bªn. Bá qua tõ trë s¾t tõ ( mFe >> md ) , ta cã m¹ch tõ ®¼ng trÞ. Gdo3 Gt3 Gdo2 Gt2 Gdo1 Gt1 Gr2 Gr1 (IW) Gr2 Gr1 Gd3 Gd2 Gd1 (IW) GrS Ghhfhffgfgfssd2 Gs13 (IW) Gdo1, Gdo2, Gdo3 : tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ. Gdt1, Gdt2, Gdt3 : tõ dÉn t¶n khe hë kh«ng khÝ. Gd1, Gd2, Gd3 : tõ dÉn tæng khe hë kh«ng khÝ. Gr1, Gr2 : tõ dÉn rß khe hë kh«ng khÝ. IW : søc tõ ®éng xoay chiÒu. 2.TÝnh tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ: a.Tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ: Dïng ph­¬ng ph¸p ph©n chia tõ tr­êng ®Ó tÝnh tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ. Ta chia ra lµm 17 h×nh. Theo b¶ng 5-4, trang 221 – TKKC§HA , cã: Mét h×nh ch÷ nhËt víi c¸c c¹nh a, b vµ chiÒu cao d : Gd0 = Hai h×nh nöa khèi trô ®Æc, ®­êng kÝnh d, chiÒu dµi a. Tõ dÉn cña mçi h×nh lµ : G1 = 0,26.m0.a Hai h×nh nöa khèi trô ®Æc, ®­êng kÝnh d, chiÒu dµi b. Tõ dÉn cña mçi h×nh lµ : G2 = 0,26.m0.b Hai h×nh nöa trô rçng víi ®­êng kÝnh trong d, ®­êng kÝnh ngoµi (d + 2m), chiÒu dµi a. Tõ dÉn mçi h×nh lµ : G3 = = Víi m = 0,1.d Hai h×nh nöa trô rçng víi ®­êng kÝnh trong d, ®­êng kÝnh ngoµi (d + 2m), chiÒu dµi b. Tõ dÉn mçi h×nh lµ : G4 = = Víi m = 0,1.d Bèn h×nh 1/4 cÇu ®Æc víi ®­êng kÝnh d. Tõ dÉn cña mçi h×nh lµ : G5 = 0,077m0.d Bèn h×nh 1/4 cÇu rçng víi ®­êng kÝnh trong d. ®­êng kÝnh ngoµi (d + 2m). Tõ dÉn mçi h×nh lµ : G6 = = 0,025.m0.d V× tÊt c¶ c¸c tõ dÉn nµy song song víi nhau nªn tõ dÉn tæng Gd ë khe hë kh«ng khÝ sÏ lµ tæng cña 17 tõ dÉn trªn : Gd = G0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) + 4.( G5 +G6) = .[0,408.d2 + 0,636.( a + b ).d + a.b]. Víi khe hë cùc tõ gi÷a: a = 28 mm. b = 25 mm. Gd2 = .[0,408.d2 + 0,636.( 28+25 ). 10 -3.d + 28.2510 -6 ] [ H] = .[0,408.d2 + 33,71.10 -3.d + 70.10 -5 ] . [ H ] Víi khe hë cùc tõ bªn: a1 = a3 = 14 mm b1 = b3 = 25 mm Gd1 = Gd3 = .[0,408.d2 + 0,636.( 14+25 ). 10 -3.d + 14.2510 -6 ] [H ] = .[0,408.d2 + 24,8.10 -3.d + 35.10 -5 ] [ H ] b. Tõ dÉn rß: §èi víi m¹ch tõ xoay chiÒu, tõ dÉn rß qui ®æi ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : a/2 a/2 b c Grq® = Trong ®ã gr : suÊt tõ dÉn rß. hl : chiÒu cao lâi m¹ch tõ. TÝnh suÊt tõ dÉn rß gr b»ng c¸ch chia khe hë kh«ng khÝ thµnh 5 h×nh ®¬n gi¶n ( xÐt hl = 1 ), gåm: - 1 h×nh trô ch÷ nhËt b´1´c - 2 h×nh 1/2 trô trßn ®Æc ®­êng kÝnh c , chiÒu cao 1. - 2 h×nh 1/2 trô trßn rçng ®­êng kÝnh trong c , ®­êng kÝnh ngoµi (c+a), chiÒu cao 1 . gr = mO. + 2.mO.0,26.hl + 2.mO. = [H/m] Tõ dÉn rß qui ®æi: Gr q®1 = Gr q® 2= grhl = [H] Tõ dÉn rß tæng qui ®æi: Grq®S = Gr1 + Gr 2 = 0,59.10-7. [H] c. TÝnh tõ dÉn tæng khe hë kh«ng khÝ, m¹ch tõ vµ ®¹o hµm cña nã: Tõ dÉn tæng khe hë kh«ng khÝ: Gd = = = Gd2 = .[0,408.d2 + 33,71.10 -3.d + 70.10 -5 ] [ H ] Gd1 = .[0,408.d2 + 24,8.10 -3.d + 35.10 -5 ] [ H ] = = .[0,408.d2 – 70.10-5] [H/m] = = .[0,408.d2 – 35.10-5] [H/m] Tõ dÉn tæng m¹ch tõ: GS = Gd + Grq®S Nãi chung Grq®S lµ ®¹i l­îng kh«ng ®æi ® = 0 VËy = + = d.X¸c ®Þnh hÖ sè tõ rß khi d thay ®æi: sr = KÕt qu¶ tÝnh to¸n: d (mm) Gd1´10-7 [H] Gd2´10-7 [H] Gd´10-7 [H] sr 0,1 44,29 88,39 44,24 1,0134 0,5 9,11 18,02 9,06 1,0652 1 4,72 9,23 9,06 1,1267 2,5 2,08 3,95 2,03 1,2911 3 1,79 3,37 1,74 1,3400 4 1,43 2,64 1,37 1,4300 5 1,22 2,21 1,16 1,51 6,5 1,02 1,81 0,96 1,6155 3.X¸c ®Þnh tõ th«ng vµ tõ c¶m: Theo c«ng thøc 5-50, trang 263 – TKKC§HA,cã: ) Trong ®ã: Fhtb : lùc hót ®iÖn tõ t¸c ®éng lªn phÇn øng t¹i dth = 2,5mm. Fdth : tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ t¹i ®iÓm tíi h¹n dth. K = 0,25 : hÖ sè xÐt tíi thø nguyªn cña Fhtb ( N ). 1/3 lµ thõa sè ®¸nh gi¸ sù ¶nh h­ëng cña Gr qui ®æi theo tõ th«ng trung b×nh Ftb. Nh­ trªn ®· cã = 0 ® = 0 Tõ ®ã suy ra : Fdth = XÐt t¹i dth = 2,5 mm Dùa vµo ®Æc tÝnh c¬: Fhtb = 0,5.Fdt = 69 = 38,5N X¸c ®Þnh t¹i dth = 2,5 mm = 2,5.103 m Gd1 = 2,08.107 [H] = - 6,99.10-5 [H/m] Gd2 = 3,95.10-7 [H] = - 14,02.10-5 [H/m] Gd = 2,03.10-7 [H] = - 7.10-5 [H/m] Thay sè ta cã : Gi¸ rrÞ tõ c¶m ë khe hë kh«ng khÝ tíi h¹n lµ: Gi¸ trÞ nay xÊp xØ gi¸ trÞ ®· chän ban ®Çu. TrÞ sè tõ th«ng trung b×nh trong lâi thÐp cña cùc tõ gi÷a: Ftb = srth. Fdth = 1,2911.3,39.10-4 = 4,4.10-4 Wb. VËy tõ c¶m trung b×nh cña lâi thÐp lµ: Gi¸ trÞ nµy n»m trong vïng cho phÐp:[0,6-0,8T]. 4.X¸c ®Þnh sè vßng cuén d©y: a.X¸c ®Þnh sè vßng cuén d©y: (C«ng thøc trang 284 – TKKC§HA) Trong ®ã : - KIR : hÖ sè ®¸nh gi¸ thµnh phÇn t¸c dông cña ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë cña cuén d©y. Khi phÇn øng bÞ hót KIR » 1. - U®m : ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y, U®m = 220V - KUmin : hÖ sè tÝnh ®Õn sôt ¸p , KUmin = 0,85 - f = 50 Hz: tÇn sè ®iÖn ¸p. Þ (vßng) b.TiÕt diÖn d©y quÊn : q = Þ c.§­êng kÝnh d©y : Chän d©y quÊn ®ång tiÕt diÖn trßn. §­êng kÝnh d©y quÊn kh«ng kÓ c¸ch ®iÖn ngoµi lµ: . C¨n cø vµo b¶ng 5-8, TKKC§HA, chän d©y ®ång lo¹i kÝ hiÖu P'H. §­êng kÝnh d©y trÇn d = 0,3 mm TiÕt diÖn d©y trÇn q = 0,07 mm2 §­êng kÝnh d©y cã c¸ch ®iÖn d’ = 0,35 mm TiÕt diÖn d©y cã c¸ch ®iÖn q’ = 0,096 mm2 HÖ sè lÊp ®Çy thùc tÕ lµ: k = 0,95 hÖ sè xÐt tíi sù kh«ng ®ång ®Òu khi quÊn d©y. 5.TÝnh to¸n vßng chèng rung ( vßng ng¾n m¹ch ): Nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu, ®iÖn ¸p ®Æt vµo cã d¹ng h×nh sin víi tÇn sè f = 50Hz, nªn tõ th«ng sinh ra còng biÕn thiªn h×nh sin víi tÇn sè t­¬ng øng. Do vËy lùc ®iÖn tõ sinh ra còng biÕn thiªn theo d¹ng h×mh sin. C«ng thøc Macxell vÒ lùc ®iÖn tõ cã d¹ng: F®t = .sin2wt = - .cos2wt = F0 – F0. cos2wt Trong ®ã : F0 = : biªn ®é tõ th«ng trong lâi thÐp cùc tõ. S : tiÕt diÖn cùc tõ. w = 2.p.f = 314 rad/s. Nh­ vËy lùc ®iÖn tõ gåm 2 thµnh phÇn: - Thµnh phÇn kh«ng ®æi: Fk® = F0 - Thµnh phÇn thay ®æi theo thêi gian: Fbd = F0. cos2wt. Lùc ®iÖn tõ biÕn thiªn theo thêi gian vµ tÇn sè gÊp ®«i tÇn sè nguån. §iÒu ®ã g©y ra hiÖn t­îng rung vµ ån. §Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng nµy ng­êi ta ®Æt vßng chèng rung trªn 2 cùc tõ bªn. St Sn Khi cã vßng chèng rung tõ th«ng Fm ®i qua ®Çu cùc bÞ chia lµm 2 phÇn: mét phÇn ®i qua vßng chèng rung Ft ,vµ mét phÇn ®i ngoµi vßng chèng rung Fn. Do tõ kh¸ng cña vßng d©y chèng rung nªn Ft vµ Fn sÏ lÖch pha nhau mét gãc j vµ hai lùc t­¬ng øng do chóng sinh ra sÏ lÖch pha nhau mét gãc 2.j. Tæng lùc ®iÖn tõ ë cùc cã vßng chèng rung lµ Fv. Fv = [ + ] – [.cos(2wt - 2j) + . cos2wt] = Fk® + Fb® Víi : Fk® = Fto + Fno Fb® = Fno. cos(2wt - 2j) + Fto. cos2wt TrÞ sè biÕn thiªn cña thµnh phÇn biÕn ®æi lµ: Fb® = §Ó trÞ sè nhá nhÊt cña lùc ®iÖn tõ lín h¬n lùc c¬ th× Fb® cµng nhá cµng tèt. Trong tr­êng hîp lÝ t­ëng Fb® = 0; muèn vËy ph¶i tho¶ m·n ®ång thêi 2 ®iÒu kiÖn Fto = Fno vµ j = 900. Thùc tÕ do vßng chèng rung cã ®é tæn hao c«ng suÊt vµ do h¹n chÕ cña c«ng nghÖ chÕ t¹o nªn gãc j < 900. Kinh nghiÖm cho thÊy víi j = 500 ¸ 800 lµ ®· kh¾c phôc ®­îc hiÖn t­îng rung do lùc biÕn thiªn theo thêi gian. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n vßng chèng rung, ta dïng ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n vßng chèng rung theo tØ sè gi÷a lùc ®iÖn tõ bÐ nhÊt vµ lùc ®iÖn tõ trung b×nh khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch. a.X¸c ®Þnh trÞ sè trung b×nh cña lùc ®iÖn tõ ë khe hë lµm viÖc khi kh«ng cã vßng chèng rung, ë tr¹ng th¸i hót cña phÇn øng : Theo c«ng thøc 5-52 , TKC§HA: . Trong ®ã: Stn : tæng diÖn tÝch trong vµ ngoµi vßng chèng rung. Stn = Sl – Sv = Sl - D.b.2 D : bÒ réng vßng chèng rung, ta chän D =2mm. Þ Stn = 347 – 2.25.2 = 247 mm2 Fdtb : tõ th«ng trung b×nh qua khe hë khi phÇn øng hót tÝnh cho cùc tõ bªn. Fdtb = sr : hÖ sè tõ rß khi phÇn øng hót d = 0,1 mm lµ: sr = 1,0134 Thay sè vµo c«ng thøc ta cã: . b.TØ sè gi÷a lùc ®iÖn tõ bÐ nhÊt vµ gi¸ trÞ trung b×nh cña lùc ®iÖn tõ khi kh«ng cã vßng chèng rung. Theo c«ng thøc 5-53, TKKC§HA, cã: fl = = kdt : hÖ sè dù tr÷ cña thµnh phÇn lùc ®Ëp m¹ch. kdt = 1. Fcqdh : ph¶n lùc c¬ qui ®æi khi phÇn øng hót. Fcqdh = Fc¬½d = 0.kl.0,25 Fc¬½d = 0 : tæng lùc c¬ t¸c dông lªn phÇn ®éng khi phÇn øng hót d = 0 mm. Dùa vµo ®Æc tÝnh c¬ ta cã Fc¬½d = 0 = 62,1 N kl : hÖ sè dung sai vÒ lùc. kl = 1,2. Fc¬½d = 0 = 62,1.1,2.0,25= 19 N Þ c.TØ sè diÖn tÝch gi÷a cùc tõ ngoµi vµ trong vßng chèng rung: St + Sn = 247 mm2 Þ . Þ Sn = 107 mm2 d.§iÖn trë vßng ng¾n m¹ch. Theo c«ng thøc 5-54, TKKC§HA: Trong ®ã: S tn : tæng diÖn tÝch trong vµ ngoµi vßng chèng rung. dh : khe hë khi phÇn øng hót chØ cã khe hë c«ng nghÖ. dh = 0,1.10-3 mm. e.X¸c ®Þnh gãc lÖch pha j gi÷a tõ th«ng trong vµ tõ th«ng ngoµi vßng chèng rung: Theo c«ng thøc 5-55, TKKC§HA, cã: tgj = w. Trong ®ã : gt: tõ dÉn khe hë kh«ng khÝ t­¬ng øng víi diÖn tÝch cùc tõ trong vßng ng¾n m¹ch St = 140 mm2. gt = m0. Chän m0 = 0,1 mm = 0,1.10-3 m Þ * So s¸nh a víi [a] cho phÐp tõ 500 ¸ 800 th× gãc lÖch pha j gi÷a tõ th«ng trong vµ tõ th«ng ngoµi vßng chèng rung ®· tÝnh lµ tho¶ m·n. f. Tõ th«ng trong vµ ngoµi vßng ng¾n m¹ch: Theo c«ng thøc 5-56, TKKC§HA, cã: Ft = Fn= c.Ft c = Víi c¸c sè liÖu ®· tÝnh to¸n ë trªn: Fdh = 2,17.10-4 Wb. b = 0,77 cosj = 0,49 Þ Thay sè vµo c«ng thøc ta cã: Fn= 1,58. 9,7.10-5 = 1,53.10-4Wb. g. Tõ c¶m ë khe hë vïng ngoµi vßng ng¾n m¹ch. *VËy so s¸nh víi [Bn] £ 1,6 T th× Bn = 1,42 lµ tho¶ m·n. 6.X¸c ®Þnh c¸c lùc ®iÖn tõ: a. Lùc ®iÖn tõ phÝa trong vßng ng¾n m¹ch do Ft sinh ra : b. Lùc ®iÖn tõ phÝa ngoµi vßng ng¾n m¹ch do Fn sinh ra : c. Gi¸ trÞ lín nhÊt cña thµnh phÇn lùc ®iÖn tõ biÕn thiªn do tõ th«ng qua cùc tõ ®Æt vßng ng¾n m¹ch g©y ra. d. Gi¸ trÞ cña thµnh phÇn lùc ®iÖn tõ kh«ng ®æi do tõ th«ng qua cùc tõ ®Æt vßng ng¾n m¹ch g©y ra ( gi¸ trÞ trunh b×nh ): Ftb = Ftbt + Ftbn = 13,37+43,54 = 57 (N). e. Lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt do tõ th«ng qua cùc tõ ®Æt vßng ng¾n m¹ch g©y ra. Do cã 2 cùc tõ cã ®Æt vßng ng¾n m¹ch nªn: 2.Fmin = 2. 19 = 38 [N]. Fc¬ max = 0,5.62,1 = 31,1 [N]. Nh­ vËy lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt khi hót 2.Fmin = 38 N lín lùc c¬ max cña phÇn øng Fc¬ max = 31,1 N, ®¶m b¶o cho nam chh©m ®iÖn ®ñ kh¶ n¨ng hót vµ chèng rung. f. Tû sè gi÷a lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt vµ lùc ®iÖn tõ trung b×nh: . g. Tæn hao n¨ng l­îng trong vßng ng¾n m¹ch. 7.X¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc vßng chèng rung. a.X¸c ®Þnh kÝch th­íc: Dùa vµo ®iÖn trë vßng chèng rung rv, chu vi vßng chèng rung pv vµ giíi h¹n ph¸t nãng ( 200 ¸ 2500C ) ®èi víi vßng chèng rung ta x¸c ®Þnh kÝch th­íc vßng chèng rung. Chu vi vßng chèng rung: VËt liÖu vßng chèng rung lµ ®ång theo b¶ng 2-22, trang 82– TKC§HA Th«ng sè cña nã: - ®iÖn trë suÊt r20 = 1,58.10-8W.m - hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë a = 4,3.10-3 1/0C r230 = r20.[ 1 + a .( 230 – 20 )] = 1,58.10-8.(1 + 4,3.10-3.210) = 3.10-8 W.m TiÕt diÖn vßng chèng rung: VËy ta chän D = 2 mm hv = 3,5 mm. b.TÝnh to¸n ®é chªnh nhiÖt cña vßng chèng rung: - HÖ sè to¶ nhiÖt cña vßng chèng rung trong kh«ng khÝ: - HÖ sè to¶ nhiÖt cña vßng chèng rung trong lâi thÐp: - DiÖn tÝch to¶ nhiÖt cña vßng chèng rung vµo kh«ng khÝ: STKK = pv. D + 2.( + 2.D).hv + 2.( + 2.D). D+4.hv.Dv. - DiÖn tÝch to¶ nhiÖt cña vßng chèng rung vµolâi thÐp: STFe = 2.b.hv + 2.b. D + pv. hv = 2.25.3,5 + 2.25.2 + 69,2.3,5 = 517,2mm2. - §é t¨ng nhiÖt cña vßng chèng rung so víi m«i tr­êng: VËy nhiÖt ®é ph¸t nãng cña vßng chèng rung víi kÝch th­íc 2´2 mm2: qv = t + qmt = 40 + 40 =800C Þ tho¶ m·n ph¹m vi cho phÐp c. Dßng ®iÖn trong vßng chèng rung: Pv =I2v .rv Þ §Ó tÝnh to¸n dßng ®iÖn trong cuén d©y ta qui ®æi dßng ®iÖn tæn hao trong vßng chèng rung vÒ cuén d©y. Ivqd = Trong ®ã : 2 : lµ hÖ sè tÝnh tíi vßng ng¾n m¹ch. w: sè vßng cuén d©y. . 8.TÝnh to¸n tæn hao trong lâi thÐp: a.X¸c ®Þnh träng l­îng lâi thÐp: M = V.g.kc Trong ®ã : kc : hÖ sè Ðp chÆt lâi thÐp. kc = 0,9. g : tØ träng cña thÐp kÜ thuËt ®iÖn '31, g = 7,65 g/cm3 V : thÓ tÝch m¹ch tõ. V = A.B.b – 2.D.E.b Víi A = 7,6 cm ChiÒu cao m¹ch tõ . B = 9,3 cm BÒ réng m¹ch tõ. b = 2,5 cm BÒ dµy m¹ch tõ. D = 3,4 cm ChiÒu cao cöa sæ m¹ch tõ. E = 1,8 cm ChiÒu réng cöa sæ m¹ch tõ. V = 7,6.9,3.2,5 – 2.3,4.1,8.2,5 = 146,1 cm3. M = 146,1.7,65.0,9 = 1006[g] = 1 [kg] b.SuÊt tæn hao lâi thÐp øng víi tõ c¶m cùc ®¹i: VËy tõ c¶m cùc ®¹i : Víi tõ c¶m B = 0,82 T < 1T th× theo b¶ng 5-4, TKKC§HA cã suÊt tæn hao pB/50 = 2 W/kg víi f = 50 Hz vµ B < 1T. c.C«ng suÊt tæn hao trong thÐp: PFe = kg. pB/50.M Trong ®ã : kg : hÖ sè xÐt tíi sè l­îng mèi nèi cña m¹ch tõ. kg = 2 ¸ 3. Chän kg = 3. PFe = 3.2.1 = 6 W Dßng ®iÖn ®Æc tr­ng cho tæn thÊt n¨ng l­îng trong lâi thÐp: 9.TÝnh to¸n dßng ®iÖn trong cuén d©y: a.Dßng ®iÖn trong cuén d©y khi hót: Khi n¾p ®ãng d rÊt nhá, dßng ®iÖn trong cuén d©y gåm thµnh phÇn tõ ho¸ lâi thÐp Ith, dßng ®iÖn tõ ho¸ khe hë kh«ng khÝ Id, dßng ®iÖn kh¾c phôc tæn hao trong lâi thÐp IFe vµ dßng ng¾n m¹ch Iv : Ih = Id + Ith + Iv + IFe Dßng ®iÖn tõ ho¸ khe hë kh«ng khÝ : Id = V× X = w.L = w.W2.GS >> R . Þ Id = = GS : Tõ dÉn tæng m¹ch tõ khi n¾p ®ãng dh = 0,5 mm. GS = Gd + Grq®S = 9,06.10-7+0,59.10-7 = 9,65. 10-7 H . Dßng ®iÖn tõ hãa lâi thÐp: Ith = Trong ®ã : SHi.li : tæng tõ ¸p trªn c¸c ph©n ®o¹n m¹ch tõ. Hi, li : c­êng ®é tõ tr­êng vµ ®é dµi cña c¸c ph©n ®o¹n SHi.li = Htb.ltb Htb, ltb: c­êng ®é tõ tr­êng trung b×nh trong lâi thÐp vµ chiÒu dµi trung b×nh cña m¹ch tõ. TÝnh theo gi¸ trÞ hiÖu dông : Bmax = 0,82 T, tra trªn ®­êng cong tõ ho¸ thÐp '31 h×nh 5-6, TKKC§HA cã gi¸ trÞ t­¬ng øng cña Hmax = 1,7 A/cm. ltb = 2.B + 3.D = 2.9,3 + 3.3,4 = 29 cm. Þ . Gi¸ trÞ biªn ®é cña dßng ®iÖn khi hót: MËt ®é d©y quÊn khi phÇn øng hót: Nh­ vËy khi lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n mËt ®é dßng ®iÖn trong d©y quÊn jh = 3,6 A/mm2 ®¸p øng ®­îc giíi h¹n cho phÐp [ j ] = 2 ¸ 4 A/mm2. b.Dßng ®iÖn trong d©y quÊn khi phÇn øng nh¶ Khi ®ã d = 6,5 mm, dßng ®iÖn trong cuén d©y chñ yÕu lµ tõ ho¸ khe hë kh«ng khÝ, cßn dßng ®iÖn tõ hãa lâi thÐp vµ tæn hao nhá h¬n rÊt nhiÒu. Do vËy dßng ®iÖn trong mçi cuén d©y tÝnh gÇn ®óng b»ng: Inh = Víi GSnh :tõ dÉn khe hë khi phÇn øng nh¶: GSnh = Gdnh + Gr q®S = 0,96.10-7+0,59.10-7 = 1,55. 10-7 [H]. Þ HÖ sè béi sè dßng ®iÖn: . VËy KI n»m trong ph¹m vi cho phÐp: KI = 4 ¸ 15. 10.TÝnh to¸n nhiÖt cuén d©y : a.§iÖn trë d©y quÊn: R = rq. Víi : rq : ®iÖn trë suÊt d©y quÊn ë nhiÖt ®é cho phÐp. Theo b¶ng 6-1, TKKC§HA víi c¸ch ®iÖn cÊp F cã [ q ] = 1550C. r20 = 1,681.10-8Wm : ®iÖn trë suÊt cña ®ång tinh khiÕt, theo b¶ng 6-2, TKKC§HA. ltb : chiÒu dµi trung b×nh cña mét vßng d©y. rq =r20.[ 1 + a.( q - 20)] = 1,681.10-8.[ 1 + 4,3.10-3.( 155 – 20 )] = 2,6.10-8 Wm = 2,6.10-5 Wmm. ltb = 2.[ a + b + 4.( D1 + D2 + D5 ) + 2.(D3 + bcd )] = 2.[ 28 + 25 + 4.( 1,5 + 0,5 + 1 ) + 2.( 0,5 + 10,35 )] = 173,4[mm]. Þ . b.Tæn hao n¨ng l­îng trong d©y quÊn: Pd = .R = 0,252.123 = 7,7[ W]. c.§é t¨ng nhiÖt bÒ mÆt cuén d©y: Theo c«ng thøc Newton 6-12, trang 299 – TKKC§HA, cã: t = Trong ®ã: t = q - qmt : ®é chªnh nhiÖt cña cuén d©y. KT : hÖ sè to¶ nhiÖt cña cuén d©y. Tra b¶ng 6-3, trang 301, .TKKC§HA, cã KT = 9 ¸ 14 W/m2.0C. Ta chän KT = 12 W/m2.0C. ST : diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña cuén d©y. ST = 2.[ a + b + 4.( D1 + D2 + D3 + D5 + bcd )].hcd = 2.[ 28 + 25 + 4.( 1,5 + 0,5 + 0,5 + 1 + 10,35 )].26 = 5637 mm2 = 5637.10-6 m2. Þ . Nh­ vËy nhiÖt ®é cña cuén d©y tho¶ m·n ®iÒu kiÖn cho phÐp cña cÊp c¸ch ®iÖn B. q = t + qmt = 114 + 40 = 154 0C < [ q ] = 1550C. IV.Dùng ®Æc tÝnh lùc hót. Theo c«ng thøc 5-50, trang 263 – TKKC§HA,cã: ) Trong ®ã: Fh : lùc hót ®iÖn tõ t¸c ®éng lªn phÇn øng. Fd : tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ. K = 0,25 : hÖ sè xÐt tíi thø nguyªn cña Fhtb ( N ). 1/3 lµ thõa sè ®¸nh gi¸ sù ¶nh h­ëng cña Gr qui ®æi theo tõ th«ng trung . b×nh Ftb. V× Gr q®S » const ® = 0 ® = 0. Fd = . Trong ®ã: Ftb : tõ th«ng trung b×nh cña lâi thÐp. sr : hÖ sè tõ rß. Þ Víi Ftb x¸c ®Þnh theo c«ng thøc trang 284 – TKKC§HA : Ftb = Trong ®ã : - KIR : hÖ sè ®¸nh gi¸ thµnh phÇn t¸c dông cña ®iÖn ¸p r¬i trªn .®iÖn trë cña cuén d©y. Chän KIR = 1. - U®m : ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y, U®m = 220V - KU : hÖ sè tÝnh ®Õn sù thay ®æi ®iÖn ¸p nguån, KU = 0,85 ¸ 1,1. - f = 50 Hz: tÇn sè ®iÖn ¸p. .. - W = 1915 vßng. Víi nh÷ng gi¸ trÞ sau cña KU ta cã: KU = 0,85 th× KU = 1 th× KU = 1,1 th× KÕt qu¶ tÝnh ®­îc ta cã: d ( mm) Gd´10-7 ( H ) ´10-4 sr Fh ( N ) Fnh ( N ) KU = 0,85 KU = 1 KU = 1,1 0,1 44,24 -439.8200 1,0134 143,74 198,95 240,73 61.5 0,5 9,06 -17,5900 1,0652 124,08 171,73 207,80 61 1 4,66 -4,3949 1,1267 104,59 144,77 175,17 60 2 2,47 -1,0963 1,2394 77,00 106,58 128,96 58,67 2,5 2,03 -0,7 1,2911 67,03 92,78 112,26 27,33 3 1,74 -0,4854 1,3400 58,81 81,40 98,50 26,5 4 1,37 -0,2716 1,4300 46,20 63,94 77,36 25,33 5 1,16 -0,1726 1,5100 37,09 51,33 62,11 24 6,5 0,96 -0.100 1,6155 27,53 38,11 46,11 20,66 v.hÖ sè nh¶ cña nam ch©m ®iÖn. HÖ sè nh¶ lµ tØ sè gi÷a dßng ®iÖn hoÆc ®iÖn ¸p cuén d©y khi phÇn øng cña nam ch©m ®iÖn nh¶ vµ khi t¸c ®éng. KI = ; KU = Dùa vµo hÖ sè nh¶ Knh ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®é nh¹y cña nam ch©m ®iÖn. Víi nam ch©m ®iÖn cã ®é nh¹y cao th× ®Æc tÝnh nh¶ Fnh¶ ph¶i n»m hoµn toµn d­íi ®Æc tÝnh c¬. §èi víi c«ng t¾c t¬ Knh = 0,4 ¸ 1 C¨n cø vµo ®Æc tÝnh c¬ vµ lùc hót ®iÖn tõ ta cã thÓ x¸c ®Þnh: Knh = . d ( mm) 0,1 2,5 3 5 6,5 Fc¬ (N) 61,5 27,33 26,5 24 20,66 F®t (N) 143,74 67,03 58,81 37,09 27,53 Knh 0,69 0,64 0,67 0,65 0,87