Thiết kế công tắc tơ điện từ xoay chiều 3 pha

cã tÇn sè ®ãng c¾t = 105 lÇn. Nªn c¸c tiÕp ®iÓm ph¶i ®¶m b¶o ®é mµi mßn vÒ ®iÖn vµ c¬. Qua ph©n tÝch vµ kh¶o s¸t c¸c lo¹i tiÕp ®iÓm (nh­ tiÕp ®iÓm kiÓu ngãn, tiÕp ®iÓm l­ìi, tiÕp ®iÓm kiÓu tÊm ph¼ng...) chän tiÕp ®iÓm chÝnh kiÓu cÇu, tiÕp xóc mÆt phï hîp víi NC§ kiÓu hót th¼ng víi dßng ®iÖn ®i qua tiÕp ®iÓm chÝnh I®m = 200TiÕp ®iÓm phô kiÓu cÇu, tiÕp xóc ®iÓm øng víi dßng lµm viÖc nhá I =5A. TiÕp ®iÓm cÇu cã hai chç ng¾t cã ­u ®iÓm lµ kh¶ n¨ng ng¾t lín kh«ng cÇn d©y nèi mÒm, cã kh¶ n¨ng lµm s¹ch n¬i tiÕp xóc, chiÕm Ýt kh«ng gian. Ngoµi ra viÖc dËp hå quang ®­îc ®¶m b¶o. 6. Lùa chän s¬ bé hÖ thèng dËp hå quang. Do c«ng t¾c t¬ lµm viÖc lµ c«ng t¾c t¬ xoay chiÒu (lµm viÖc víi dßng xoay chiÒu) nªn chän kiÓu dËp hå quang lµ kiÓu dµn dËp, mçi chi tiÕt tiÕp ®iÓm sÏ cã mét buång dËp hå quang riªng. 7. Ngoµi ra cßn cã c¸c chi tiÕt kh¸c nh­ lß xo, thanh dÉn ... vµ c¸c chi tiÕt kh¸c. Nh÷ng chi tiÕt nµy sÏ ®­îc tÝnh to¸n chi tiÕt, cô thÓ ë c¸c phÇn sau. Ch­¬ng 2. M¹ch vßng dÉn ®iÖn Kh¸i niÖm vÒ m¹ch vßng dÉn ®iÖn. M¹ch vßng dÉn ®iÖn cña khÝ cô ®iÖn nãi chung vµ cña CTT nãi riªng do c¸c bé phËn kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng, kÕt cÊu vµ kÝch th­íc hîp thµnh. M¹ch vßng dÉn ®iÖn gåm thanh dÉn (®éng, tÜnh), d©y nèi mÒm, ®Çu nèi, hÖ thèng tiÕp ®iÓm (gi¸ ®ì tiÕp ®iÓm, tiÕp ®iÓm ®éng, tiÕp ®iÓm tÜnh), cuén d©y dßng ®iÖn (cã thÓ cã cuén thæi tõ dËp hå quang). Ngoµi m¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh cßn cã m¹ch vßng dÉn ®iÖn phô ®­îc tÝnh to¸n nh­ m¹ch vßng dÉn ®iÖn chÝnh. Yªu cÇn ®èi víi m¹ch vßng dÉn ®iÖn. §iÖn trë suÊt nhá, chÞu ®­îc nhiÖt ®é cao, dÉn ®iÖn tèt. BÒn ®èi víi m«i tr­êng (chÞu t¸c dông ®é Èm, nhiÖt ®é, khÝ hËu). Tæn hao nhá. KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ dµng l¾p ®Æt vµ söa ch÷a. TÝnh to¸n vµ lùa chän thanh dÉn. Thanh dÉn trong CTT gåm cã thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh. §Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ hai lo¹i thanh dÉn nµy ta chØ cÇn tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho thanh dÉn ®éng. Khi tÝnh to¸n xong kÝch th­íc cho thanh dÉn ®éng th× ta cã ngay kÝch th­íc cña thanh dÉn tÜnh (th­êng kÝch th­íc thanh dÉn tÜnh lín h¬n kÝch th­íc thanh dÉn ®éng do trªn thanh dÉn tÜnh cßn cã phÇn ®Çu nèi), v× hai thanh dÉn ®Òu cïng chÞu mét dßng ®iÖn nh­ nhau khi lµm viÖc (I®m). Yªu cÇu ®èi víi thanh dÉn: + §iÖn trë suÊt nhá, dÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt tèt. + §é bÒn c¬ cao. + ChÞu ¨n mß ho¸ häc, Ýt bÞ «xy ho¸. + §é mµi mßn nhá khi va ®Ëp. + KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ dµng l¾p ®Æt vµ thay thÕ, söa ch÷a. + Gi¸ thµnh cµng thÊp cµng tèt. KÝch th­íc cho thanh dÉn ®­îc tÝnh theo c¸c b­íc: + X¸c ®Þnh kÝch th­íc cho thanh dÉn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n. + KiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n. + KiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn ë chÕ ®é ng¾n h¹n. 2.3.1.X¸c ®Þnh kÝch th­íc cho thanh dÉn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n. Chän vËt liÖu thanh dÉn. §Ó tho¶ m·n c¸c yªu cÇu cña thanh dÉn ta cã thÓ chän vËt liÖu thanh dÉn lµ ®ång kÐo nguéi cã c¸c sè liÖu trong b¶ng d­íi (theo b¶ng B2-13 trang 44 tµi liÖu thiÕt kÕ khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p (TLTKKC§HA)): Tªn h»ng sè vËt lý Gi¸ trÞ §¬n vÞ Ký hiÖu ML-TB Tû träng 8,9 g/ cm3 NhÖt ®é nãng ch¶y 1083 0C §iÖn trë suÊt 200C (r20) 15.10-6 W.mm §é dÉn nhiÖt 3,9 W/ cm.0C Tû träng nhiÖt 0,39 W/ cm.0C §é cøng 80 ¸ 120 Briven.kg/mm2 HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë 0,0043 1/ 0C NhiÖt ®é nãng ch¶y cho phÐp 95 0C Chän kiÓu thanh dÉn. Chän thanh dÉn d¹ng h×nh ch÷ nhËt. TÝnh to¸n kÝch th­íc thanh dÉn theo lý thuyÕt. Theo kinh nghiÖm th× khi dßng ®iÖn lµm viÖc (dßng ®iÖn ®Þnh møc) trong kho¶ng I®m = 150A tíi I®m = 210A th× ta cã thÓ chän theo kinh nghiÖm. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc æn ®Þnh th× ta lu«n cã: : ®é t¨ng nhiÖt æn ®Þnh. ®èi víi ®ång (sè liÖu ®­îc tra trong b¶ng 6-1 trang 288- TLTKKC§HA). Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt ë chÕ ®é x¸c lËp: (2.1) Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta cã kÝch th­íc s¬ bé cña thanh dÉn: (2.2) Trong ®ã: (2.3) Kph = 1,05 : HÖ sè tæn hao phô ®Æc tr­ng cho tæn hao do hiÖu øng bÒ mÆt vµ hiÖu øng gÇn). n = a/b = 8: TØ sè diÖn tÝch. a,b : LÇn l­ît lµ chiÒu réng vµ chiÒu cao thanh dÉn (m). I®m: Dßng ®iÖn lµm viÖc ®Þnh møc (A). KT: HÖ sè t¶n nhiÖt ra khèng chÕ. Chän KT = 7,5 (sè liÖu ®­îc tra trong b¶ng 6-5 trang 301- TLTKKC§HA). : NhiÖt ®é æn ®Þnh (sè liÖu ®­îc tra trong b¶ng 6-1 trang 288- TLTKKC§HA). : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ë 200C ( W.m). : HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña ®ång (1/0C). Theo c«ng thøc (2.3) ta cã ®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu ®· chän (ë ®©y lµ ®ång kÐo nguéi) ë nhiÖt ®é lµm viÖc æn ®Þnh 950C: ChiÒu cao thanh dÉn lµm viÖc víi dßng ®Þng møc I®m = 200A ®­îc tÝnh theo biÓu thøc (2.2): BÒ réng thanh dÉn tÝnh theo tØ sè diÖn tÝch n = a/b = 8. a = 8.2,45 = 19,5 (mm) CÇn chó ý r»ng trªn thanh dÉn ®éng cã g¾n tiÕp ®iÓm ®éng, kÝch th­íc thanh dÉn ®éng ph¶i ®ñ lín ®Ó g¾n tiÕp ®iÓm ®éng trªn ®ã. V× vËy kÝch th­íc thanh dÉn phô thuéc vµo kÝch th­íc tiÕp ®iÓm. Tõ b¶ng 2-15 trang 51- TLTKKC§HA, øng víi dßng ®Þnh møc I®m = 200A ta x¸c ®Þnh ®­îc ®­êng kÝnh tiÕp ®iÓm d = 20 ¸ 25 (mm), chiÒu cao tiÕp ®iÓm h = 2,2 ¸ 3,0 (mm). Víi ®­êng kÝnh tiÕp ®iÓm d = 20 ¸ 25 (mm) th× bÒ réng thanh dÉn sÏ kh¸ lín nªn ta tiÕn hµnh quy ®æi tiÕp ®iÓm trßn thµnh tiÕp ®iÓm ch÷ nhËt theo: Theo trªn ta thÊy a’ = 16 ¸ 20 (mm) vµ b’ = 19,625 ¸ 24,5 (mm) VËy chän kÝch th­íc tiÕp ®iÓm nh­ sau: (a’, b’ lµ bÒ réng vµ dµi cña tiÕp ®iÓm ch÷ nhËt) Ta chän a = 20 + 2 = 22 (mm) vµ b = 3 (mm). KÝch th­íc thanh dÉn víi dßng ®iÖn lµm viÖc I®m = 5A: BÒ réng thanh dÉn tÝnh theo tØ sè diÖn tÝch n = a/b = 8; a = 8.0,21 = 1,68 (mm) §Ó phï hîp ta chän a = 5 (mm) vµ b = 1 (mm). (b¶ng 2-15 trang 51 TKKC§HA) 2.3.2.KiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn. Nh­ vËy theo lý thuyÕt ta ®· tÝnh ®­îc kÝch th­íc cÇn thiÕt cña thanh dÉn t­¬ng øng víi dßng ®Þnh møc I®m = 200A. Tuy nhiªn ®Ó ®­a vµo thiÕt kÕ ta cÇn tÝnh to¸n kiÓm nghiÖm l¹i xem víi kÝch th­íc ®· cã cña thanh dÉn th× liÖu cã ®¶m b¶o ®­îc ®é t¨ng nhiÖt, nhiÖt ®é ph¸t nãng æn ®Þnh vµ mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp khi thanh dÉn lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n hay kh«ng. §ång thêi cÇn kiÓm tra xem thanh dÉn cã ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt trong c¸c chÕ ®é ng¾n h¹n vµ ng¾n m¹ch. KiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn ë chÕ ®é dµi h¹n. KiÓm tra nhiÖt ®é ph¸t nãng thanh dÉn: (2.4) Trong ®ã: S = a.b = 22.3 = 66 (mm2). P = 2.(a+b) = 50 (mm). : §iÖn trë suÊt ë 00C. KiÓm tra mËt ®é dßng ®iÖn ë chÕ ®é dµi h¹n: (A/mm2) (2.5) KiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn ë chÕ ®é ng¾n h¹n. Trong chÕ ®é ng¾n h¹n, thêi gian x¶y ra ng¾n m¹ch rÊt ng¾n nªn cã thÓ coi qu¸ tr×nh nµy lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt, do ®ã rÊt lín. Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: . Sau khi tÝnh to¸n ta ®­îc ph­¬ng tr×nh c©n b»ng sau (biÓu thøc 6-21 trang 313 TLTKKC§HA): (2.6) Trong ®ã: Aq0, Aqnm lµ c¸c hÖ sè tÝch ph©n phô thuéc vµo vËt liÖu vµ nhiÖt ®é thanh dÉn øng víi c¸c giíi h¹n trªn vµ d­íi lµ q0, qnm. Hai hÖ sè Aq0, Aqnm ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ®å thÞ h×nh 6-6 trang 313 TLTKKC§HA. Theo ®å thÞ nµy th× Aq0 = 1,4.10 4 (A2S/mm4) vµ Aqnm = 3,75.10 4 (A2S/mm4). Tõ c«ng thøc (2.6) ta cã : (2.7) §Ó kiÓm nghiÖm kÝch th­íc thanh dÉn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc ng¾n h¹n ta lÊy thêi gian x¶y ra ng¾n m¹ch: tnm: 3, 5, 10 (s). Khi ®ã theo c«ng thøc (2.7) ta cã: MËt ®é dßng ®iÖn khi ë tnm = 3s: MËt ®é dßng ®iÖn khi ë tnm = 5s: MËt ®é dßng ®iÖn khi tnm = 10s: Theo b¶ng 6-7 trang 305 TLTKKC§HA ®èi víi vËt liÖu §ång ta cã mËt ®é dßng ®iÖn cho phÐp : t bn = 3s ® [Jbn 3] = 94 A/ mm2 t bn = 5s ® [J bn 5] = 51 A/ mm2 Nh­ vËy sau khi tÝnh to¸n ta thÊy J bn tt < [J bn ], kÕt cÊu cña thanh dÉn ®éng tho¶ m·n yªu cÇu khi m¹ch cã sù cè ng¾n m¹ch. 2.3.3.X¸c ®Þnh kÝch th­íc thanh dÉn tÜnh. Do thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh cïng dßng ®Þnh møc I®m = 200A ®i qua nªn kÝch th­íc thanh dÉn tÜnh gièng nh­ kÝch th­íc thanh dÉn ®éng. V× thanh dÉn tÜnh cã g¾n víi phÇn ®Çu nèi nªn ta th­êng chän kÝch th­íc than dÉn tÜnh lín h¬n kÝch th­íc thanh dÉn ®éng. Còng v× lý do ®ã mµ ta kh«ng cÇn kiÓm nghiÖm l¹i thanh dÉn tÜnh. Tõ kÝch th­íc thanh dÉn ®éng chÝnh: a = 22 (mm) vµ b = 3 (mm). Chän kÝch th­íc thanh dÉn tÜnh chÝnh: a’ = 24 (mm) vµ b’ = 3,5 (mm). Tõ kÝch th­íc thanh dÉn ®éng phô: a = 5 (mm) vµ b = 1 (mm) chän a’ = 6 (mm) vµ b’ = 1,5 (mm). TÝnh to¸n phÇn ®Çu nèi. Kh¸i niÖm. §Çu nèi tiÕp xóc lµ phÇn tö rÊt quan träng trong khÝ cô ®iÖn, nÕu kh«ng chó ý dÔ bÞ h­ háng nÆng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. §Çu nèi gåm c¸c ®Çu cùc ®Ó nèi víi d©y dÉn bªn ngoµi vµ nèi víi c¸c bé phËn bªn trong m¹ch vßng dÉn ®iÖn. NhiÖm vô. §Çu nèi lµm nhiÖm vô liªn kÕt m¹ch ngoµi víi m¹ch vßng dÉn ®iÖn (tøc lµm nhiÖm vô ®­a ®iÖn vµo ra khÝ cô ®iÖn), ®ång thêi lµm nhiÖm vô liªn kÕt c¸c chi tiÕt cña m¹ch vßng dÉn ®iÖn. Yªu cÇu. NhiÖt ®é cña mèi nèi khi lµm viÖc dµi h¹n øng víi dßng ®iÖn ®Þnh møc kh«ng ®­îc lín h¬n nhiÖt ®é cho phÐp . Lùc Ðp ®Çu nèi ®ñ lín ®Ó Rtx nhá, gi¶m ®­îc tæn hao ë phÇn ®Çu nèi. §¶m b¶o ®ñ ®é bÒn nhiÖt, ®é bÒn c¬. Chän d¹ng kÕt cÊu ®Çu nèi. ViÖc chän kÕt cÊu mèi nèi phô thuéc vµo h×nh d¸ng vËt liÖu thanh dÉn vµ c¸c yªu cÇu kÕt cÊu kh¸c. Th­êng cè g¾ng gi¶m mét c¸c hîp lý sè mèi nèi tiÕp xóc, mçi ché ®Çu nèi ®Òu cã thÓ lµ n¬i h­ háng cña m¹ch vßng dÉn ®iÖn ®Çu tiªn. Cã nhiÒu lo¹i mèi nèi tiÕp xóc, viÖc sö dông kiÓu mèi nèi nµo lµ phô thuéc c¸c yªu cÇu vÒ kÕt cÊu vµ dßng ®iÖn lµm viÖc. Víi dßng I®m = 200A ta chän lo¹i mèi nèi th¸o rêi ®­îc b»ng vÝt ren. X¸c ®Þnh kÝch th­íc vµ sè l­îng bul«ng èc vÝt. KÝch th­íc bul«ng, vÝt phô thuéc vµo I®m. Theo trÞ sè dßng ®iÖn lµm viÖc 150A ta chän vËt liÖu vÝt lµ thÐp kh«ng dÉn ®iÖn. Theo b¶ng 2-9 trang 32 vµ b¶ng 2-10 trang 33 TLTKKC§HA ta chän vÝt cã: §­êng kÝnh ren (M12) d = 12 (mm). TiÕt diÖn tÝnh to¸n Stt = 74 (mm2). Lùc tÝnh to¸n Ftt = 10 ( KN.) Chän sè l­îng bul«ng, vÝt lµ 1. Theo thùc nghiÖm ®Ó ®¹t trÞ sè ®iÖn trë tiÕp xóc vµ ®iÖn ¸p r¬i cho phÐp, cÇn ph¶i t¹o ra lùc Ðp riªng ftx trªn mèi nèi c¸c thanh ®ång ®ñ lín : Chän ftx (lùc Ðp riªng) =100 (KG/cm2) DiÖn tÝch tiÕp xóc ®Çu nèi: (2.8) Do I®m = 200A nªn ta chän [J tx ] = 0,31 A/mm2 Theo c«ng thøc (2.8) ta cã: Lùc Ðp tiÕp xóc ®Çu nèi lµ : Ftx = ftx.Stx = 100.645.10-2 = 6,45 (KN) < 10 (KN) DiÖn tÝch phÇn ®Çu nèi ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: S®n = Stx + Stt = 645 + 74 = 719 (mm2) X¸c ®Þnh ®iÖn trë tiÕp xóc cña ®Çu nèi : Rtx®n = (2.9) ktx lµ hÖ sè ¶nh h­ëng cña vËt liÖu vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña tiÕp ®iÓm. Víi tiÕp xóc ®ång - ®ång ktx = 0,14.10-3 vµ m = 1 tiÕp xóc bÒ mÆt. Rtx®n = §iÖn ¸p tiÕp xóc: Utx = Itx.Rtx®n = 200.0,21.10-6 = 4,2.10-6(V) = 0,42 (mV) KÕt luËn : Do Utx = 0,42 (mV) < [utx] = (2 ¸ 30 mV) nªn phÇn ®Çu nèi thiÕt kÕ tho¶ m·n yªu cÇu kÜ thuËt. Víi dßng I®m = 5A th× chän vÝt cã d = 3 (mm), kÝ hiÖu M1 vµ tiÕt diÖn tÝnh to¸n 7,1(mm2). Sè l­îng vÝt lµ 1. Lùc Ðp tiÕp xóc ®Çu nèi l: Ftx = ftx.Stx = 100.16,13.10-2 .9,81= 158 (N) DiÖn tÝch phÇn ®Çu nèi ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: S®n = Stx + Stt = 16,13 + 7,1 = 23,2 (mm2) X¸c ®Þnh ®iÖn trë tiÕp xóc cña ®Çu nèi : Rtx®n = §iÖn ¸p tiÕp xóc: Utx = Itx.Rtx®n = 5.8,22.10-6 = 0,0411 (mV) KÕt luËn : Do Utx = 0,411 (mV) < [utx] = (2 ¸ 30 mV) nªn phÇn ®Çu nèi thiÕt kÕ tho¶ m·n yªu cÇu kÜ thuËt. TÝnh to¸n tiÕp ®iÓm. 2.5.1.Yªu cÇu ®èi víi tiÕp ®iÓm. DÉn ®iÖn tèt, kiÓu d¸ng vµ kÕt cÊu hîp lý. TiÕp ®iÓm lµ bé phËn dÔ h­ háng nhÊt v× vËy mµ tuæi thä cña c«ng t¾c t¬ lµ tuæi thä tiÕp ®iÓm. ChÕ ®é ®Þnh møc th× qtx < [qtx] = q biÕn ®æi tinh thÓ tiÕp ®iÓm. Ngoµi ra ®é bÒn c¬, bÒn ®iÖn, ®é rung tiÕp ®iÓm còng ph¶i nhá h¬n trÞ sè cho phÐp, hao mßn tiÕp ®iÓm ph¶i ë møc quy ®Þnh. ChÕ ®é ng¾n m¹ch th× ph¶i chÞu ®­îc ®é bÒn nhiÖt vµ ®é bÒn ®iÖn ®éng, víi tiÕp ®iÓm hå quang th× ph¶i cã kh¶ n¨ng ng¾t lín. KÕt cÊu tiÕp ®iÓm: TiÕp ®iÓm kiÓu c«ng s«n(H×nh 1). Th­êng dïng cho dßng ®iÖn bÐ (®Õn 5A), t¶i nhÑ. D¹ng tiÕp xóc ®iÓm kh«ng cã lß xo tiÕp ®iÓm riªng mµ lîi dông tÝnh ®µn håi cña thanh dÉn ®éng ®Ó t¹o lùc Ðp tiÕp ®iÓm vµ kh«ng cã buång dËp hå quang. TiÕp ®iÓm kiÓu cÇu(H×nh 2). Víi ®Æc ®iÓm mét pha cã hai chç ng¾t nªn hå quang bÞ ph©n ®o¹n. TiÕp ®iÓm ®éng chuyÓn ®éng th¼ng, kh«ng d©y nèi mÒm, lß xo Ðp tiÕp ®iÓm d¹ng xo¾n h×nh trô, kÕt cÊu ®¬n gi¶n, th­êng dïng trong c¸c c«ng t¾c t¬, khëi ®éng tõ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn cã dßng ®iÖn ®Þnh møc kh¸ lín. TiÕp ®iÓm kiÓu ngãn(H×nh 3).Mét pha cã mét chç ng¾t, phÇn ®éng chuyÓn ®éng quay, v× vËy cã d©y dÉn mÒm ®Ó nèi víi tiÕp ®iÓm ®éng. B»ng kÕt cÊu nµy, vïng tiÕp xóc lµm viÖc kh«ng bÞ hå quang. Lo¹i kÕt cÊu nµy th­êng sö dông trong c¸c m¸y c¾t h¹ ¸p (¸p t« m¸t) vµ c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t cã chÕ ®é lµm viÖc nÆng nÒ. TiÕp ®iÓm kiÓu dao(H×nh 4). Th­êng dïng cho cÇu dao cã dßng ®iÖn bÐ (®Õn vµi trôc ampe). Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ë ®©y nhê tÝnh ®µn håi cña l¸ ®ång tiÕp ®iÓm tÜnh. Víi dßng ®iÖn lín, ng­êi ta dïng tÊm thÐp lß xo d¹ng ph¼ng ®Ó t¹o lùc Ðp tèt h¬n. Víi kÕt cÊu nµy, khi bÞ ng¾n m¹ch lùc ®iÖn ®éng sÏ cïng chiÒu víi lùc Ðp tiÕp ®iÓm, ®¶m b¶o tiÕp xóc tèt. Lo¹i tiÕp ®iÓm kiÓu dao chØ dïng ®ãng c¾t kh«ng ®iÖn hoÆc dßng ®iÖn bÐ (dßng kh«ng t¶i), th­êng gÆp ë cÇu dao, dao c¸ch ly. TiÕp ®iÓm kiÓu ®èi. TËn dông ®­îc kho¶ng kh«ng rçng bªn trong lßng trô tiÕp ®iÓm nªn cã thÓ t¨ng ®­îc kh¶ n¨ng dËp hå quang. MÆt kh¸c nÕu tÝnh ®ñ diÖn tÝch tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm còng nh­ thanh dÉn ®éng (tÜnh) th× nã cã thÓ dÉn dßng ®iÖn lín cì hµng tr¨m ampe. TiÕp ®iÓm kiÓu hoa huÖ. Lo¹i tiÕp ®iÓm nµy th­êng dïng cho c¸c m¸y c¾t dßng ®iÖn cì hµng ngµn ampe. KÕt cÊu nµy còng th­êng ®­îc sö dông trong c¸c tr¹m ®ãng c¾t trän bé, l¾p r¸p kiÓu m« - ®un. 2.5.2.Chän d¹ng kÕt cÊu tiÕp ®iÓm. Do yªu cÇu lµm viÖc víi dßng ®iÖn I®m = 200A nªn ta chän kÕt cÊu tiÕp ®iÓm kiÓu cÇu hai chç ng¾t, tiÕp xóc mÆt, cã buång dËp hå quang: TiÕp xóc mÆt nªn ®¶m b¶o ®­îc dßng ®iÖn lín hµng tr¨m ampe. Kh¶ n¨ng tÈy s¹ch bôi bÈn låi lâm trªn bÒ mÆt tiÕp xóc. Kh¶ n¨ng ng¾t lín, kh«ng cÇn d©y nèi mÒm. DËp hå quang dÔ dµng. Víi tiÕp ®iÓm phô do dßng lµm viÖc 5A nªn ta chän tiÕp ®iÓm kiÓu cÇu hai chç ng¾t tiÕp xóc ®iÓm, dËp hå quang tù nhiªn. 2.5.3.§é më, ®é lón. §é lón: Lµ kho¶ng c¸ch mµ tiÕp ®iÓm ®éng cã thÓ ®i thªm ®­îc nÕu kh«ng bÞ c¶n l¹i bëi tiÕp ®iÓm tÜnh. Theo c«ng thøc lý thuyÕt: l = a + b.I®m Víi a = 1,5 (mm) b = 0,02 (mm/A) Thay sè : lc = 1,5 + 0,02. 200 = 5,5 (mm) Víi dßng I = 5A th× ®é lón lµ: lf = 1,5 + 0,02. 5 = 1,6 (mm). §é më: §Ó ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn do cã hå quang sinh ra trong qu¸ tr×nh ®ãng, c¾t m¹ch ®iÖn nªn ta ph¶i chän ®é më hay kho¶ng c¸ch gi÷a hai tiÕp ®iÓm ph¶i thËt an toµn. Víi dßng ®iÖn lµm viÖc I®m = 200A th× ta chän ®é më mc = 9 (mm). Víi dßng ®iÖn I = 5A ta chän ®é më mf = 10,9 (mm) ®Ó sao cho tæng ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm chÝnh b»ng víi cho tæng ®é më vµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm phô. 2.5.4.Chän vËt liÖu vµ kÝch th­íc tiÕp ®iÓm. KÝch th­íc tiÕp ®iÓm: phô thuéc vµo I®m, kÕt cÊu vµ tÇn sè ®ãng c¾t. Dùa vµo I®m, vµ kÝch th­íc thanh dÉn ®· chän ë trªn ta chän kÝch th­íc tiÕp ®iÓm theo b¶ng 2-15 trang 51 TKKC§HA: TiÕp ®iÓm chÝnh cã chiÒu réng at® = 20 (mm), chiÒu dµi bt® = 24,5 (mm) vµ chiÒu cao tiÕp ®iÓm h = 3 (mm). TiÕp ®iÓm chÝnh cã d¹ng tiÕp xóc mÆt, ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu vÒ nhiÖt ®é, ®iÖn trë tiÕp xóc, lùc Ðp tiÕp ®iÓm vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc khi lam viÖc víi dßng kh¸ lín 200A. TiÕp ®iÓm phô cã d¹ng tiÕp xóc ®iÓm do dßng lµm viÖc nhá I =5A. Theo kÝch th­íc thanh dÉn phô cã chiÒu réng a = 5 (mm) vµ cao b = 1 (mm). Ta chän tiÕp ®iÓm phô cã ®­êng kÝnh d = 4 (mm) vµ cao h = 1 (mm). §Ó ®¶m b¶o vÒ yªu cÇu kü thuËt cña tiÕp ®iÓm ta dïng b¹c kim lo¹i gèm ®Ó thiÕt kÕ chÕ t¹o tiÕp ®iÓm b¶ng 2-13 trang 44 TKKC§HA: Tªn h»ng sè vËt lý Gi¸ trÞ §¬n vÞ Ký hiÖu MC Tû träng 10 g/ cm3 NhÖt ®é nãng ch¶y 961 0C §iÖn trë suÊt ë 200C 1,8.10 -3 W.mm §é dÉn nhiÖt 0,416 W/cm.0C Tû träng nhiÖt 0,234 Ws/ cm.0C §é cøng 35 ¸ 45 Briven.kg/ mm2 HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë 4.10 -3 1/ 0C 2.5.5.X¸c ®Þnh nhiÖt ®é, ®iÖn trë tiÕp xóc, lùc Ðp tiÕp ®iÓm vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc khi lµm viÖc dµi h¹n. TÝnh to¸n lùc Ðp tiÕp ®iÓm: Theo c«ng thøc lý thuyÕt 2-14 trang 53 TLKKC§HA: Ft® 1 = (2.10) Trong ®ã : Tt® (0K ) : NhiÖt ®é trô dÉn chç xa n¬i tiÕp xóc Ttd = 69,60C = 342,60K Ttx( 0K ) : NhiÖt ®é n¬i tiÕp xóc gi÷a hai tiÕp ®iÓm Ttx= Ttd +8 = 77,60C = 350,6 0K I®m : Dßng ®iÖn ®Þnh møc. l : HÖ sè dÉn nhiÖt (l =0,416 W/ cm0C). A : H»ng sè A= 2,3.10-8 ( V/ 0C ) HB: §é cøng Briven (HB = 40 Briven. Kg/ mm2). Thay sè vµo ( 2-10 ): Ft® 1 = = 8,5 (N) Do d¹ng tiÕp xóc ta chän lµ tiÕp xóc mÆt nªn Ft® = 3.Ft®tt = 25,5 (N) X¸c ®Þnh Ft® theo thùc nghiÖm: Ft®tt = ft®.I®m Víi ft®: hÖ sè Ðp tiÕp ®iÓm ft® = 7 ¸ 15 (G/A) Ta chän: ft® = 10 (G/A) Ft® = 10.200 = 2000 ( G) = 20 (N ) VËy so s¸nh Ft®tt víi Ft® = 3.Ft®tt = 25,5 (N) vËy ta chän Ft® = 25,5 (N). Khi ®ã ta cã thÓ t¨ng dù tr÷ lùc, ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh ®iÖn ®éng. CÇn chó ý r»ng Ft® = Ft®c lµ tiÕp ®iÓm ®ãng æn ®Þnh. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu Ft®® lµ lùc Ðp khi tiÕp ®iÓm tÜnh b¾t ®Çu tiÕp xóc víi tiÕp ®iÓm tÜnh khi ®ãng. Th«ng th­êng Ft®® = 0,4 ¸ 0,7 Ft®c Nh­ vËy ta cã: Ft®c = Ft® = 25,5 (N) Ft®® = 0,7.Ft®c = 17,85 (N) Víi tiÕp ®iÓm phô dßng 5A: Ft®cf = 10.5 = 50 (G) = 0,5 (N) Ft®®f = 0,7.Ft®cf = 0,35 (N) X¸c ®Þnh ®iÖn trë vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc: BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a lùc Ðp tiÕp ®iÓm víi ®iÖn trë tiÕp xóc. §iÖn trë tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm kh«ng bÞ ph¸t nãng t¹i 200C x¸c ®Þnh theo c«ng thøc 2 - 24 trang 58 (TLTKKC§HA): Rt x 20 = §iÖn trë tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm kh«ng bÞ ph¸t nãng t¹i 200C x¸c ®Þnh theo c«ng thøc 2 - 25 (TLTKKC§HA): Rt x 20 = (2-12) Trong ®ã: kt x : hÖ sè kÓ ®Õn sù ¶nh h­ëng cña vËt liÖu vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña tiÕp ®iÓm. kt x = ( 0,2 ¸ 0,2 ).10-3 Chän ktx =0,2.10-3. Ft® = 25,5 N : lùc Ðp tiÕp ®iÓm. m : hÖ sè d¹ng bÒ mÆt tiÕp xóc ( tiÕp xóc mÆt : m = 1). Rtx20 = = 0,07.10-3 (W). So s¸nh hai kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt ë trªn ta lÊy Rtx20 = 0,05.10-3W X¸c ®Þnh ®iÖn trë ë chÕ ®é lµm viÖc cña tiÕp ®iÓm, ta xÐt lóc [qcp] = 950C lµ khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua, tiÕp ®iÓm bÞ ph¸t nãng: Rtx[q] = Rtx 20.[1+ 2/3.a.( [q]-20 )] = 0,05.10-3.[ 1+ 2/3.4.10-3.(95-20)] = 0,055.10-3 ( W ) §èi víi tiÕp ®iÓm phô: Rt x 20 = Rtx20 = = 0,88.10-3 (W). So s¸nh hai kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt ë trªn ta lÊy Rtx20 = 0,88.10-3W X¸c ®Þnh ®iÖn trë ë chÕ ®é lµm viÖc cña tiÕp ®iÓm, ta xÐt lóc [qcp] = 950C lµ khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua, tiÕp ®iÓm bÞ ph¸t nãng: Rtx[q] = Rtx 20.[1+ 2/3.a ( [q]-20 )] = 0,055.10-3.[ 1+ 2/3.4.10-3.(95-20)] = 0,066.10-3 ( W ) §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm : Utx = I.Rtx = 200. 0,066.10-3 = 13,2.10-3 ( V ) = 13,2 ( mV ) Theo tiªu chuÈn th× Utx ph¶i n»m trong kho¶ng ( 2 ¸ 30 ) mV VËy Utx < [Utx] = 30 mV hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu thiÕt kÕ. §èi víi tiÕp ®iÓm phô: Utx = I.Rtx = 5.0,88.10-3 =4,4.10-3 ( V ) = 4,4( mV ) VËy Utx < [Utx] = 30 mV hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu thiÕt kÕ. TÝnh to¸n nhiÖt ®é tiÕp ®iÓm: Dùa vµo sù c©n b»ng nhiÖt trong qu¸ tr×nh ph¸t nãng cña thanh dÉn dµi v« h¹n cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi. Gi¶ thiÕt cã mét ®Çu tiÕp xóc víi thanh dÉn kh¸c vµ nguån nhiÖt ®Æt t¹i n¬i tiÕp xóc. Theo c«ng thøc 2-11 TKKC§HA, ta cã: qt®= qmt + (2-13) Trong ®ã : qmt : NhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh tiÕp ®iÓm: 400C . qtx : NhiÖt ®é n¬i tiÕp xóc (0C). Rtx : §iÖn trë tiÕp xóc; Rtx = 10,98.10-5 (W). kT:HÖ sè t¶n nhiÖt ra m«i tr­êng cña thanh dÉn. Tra b¶ng 6-5 TLTKKC§HA kT = 6.10-6 W/ mm2 0C. rq : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu tiÕp ®iÓm (Wmm). rq = r95 =r20 .[ 1 + a.([qcp] - 20 )] = 1,8.10-6[ 1+ 4.10-3(95-20 )] = 2,34.10-6 (Wmm). l : §é dÉn nhiÖt; l = 0,416 (W/cm 0C). S, P : DiÖn tÝch vµ chu vi tiÕp ®iÓm: St® = at®.bt® = 20.24,5 = 490 (mm2). Pt® = 89 (mm). Thay sè vµo (2-13) ta ®­îc : qt® = 40 + = 40 + 2,28 + 13,39 + 10,48 = 66,15 ( 0C ) qtx < [qtx] =1800C lµ nhiÖt ®é ho¸ mÒm cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm. 2.5.6.TÝnh dßng hµn dÝnh. X¸c ®Þnh trÞ sè dßng ®iÖn hµn dÝnh theo quan hÖ lý thuyÕt: Theo c«ng thøc 2-33 TLTKKC§HA ta cã: (2-14) Trong ®ã: fnc =2 ¸ 4 lµ hÖ sè ®Æc tr­ng cho sù t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc. Ftd lµ lùc Ðp tiÕp ®iÓm. Ftd =25,5 (N) A lµ hÖ sè phô thuéc vËt liÖu ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: (2-15) = 625,56 Theo (2-14) ta cã: X¸c ®Þnh trÞ sè dßng ®iÖn hµn dÝnh theo thùc nghiÖm : Theo c«ng thøc 2 - 36 TLTKKC§HA, x¸c ®Þnh trÞ sè dßng ®iÖn hµn dÝnh theo lùc Ðp tiÕp ®iÓm . Ihd = .khd = .1200 = 1697 (A) Trong ®ã : Ft® : lµ lùc Ðp tiÕp ®iÓm Ft® = 2,55 KG khd : hÖ sè hµn dÝnh phô thuéc dßng ®iÖn lµm viÖc, tra b¶ng 2-19 trang 67 (TLTKKC§HA): khd = 1200 A/KG So s¸nh hai kÕt qu¶ trªn ta lÊy gi¸ trÞ dßng hµn dÝnh: Ihd = 1697 (A). Víi dßng ng¾n m¹ch In = 10.I®m = 2000 A th× kh«ng thÓ lµm cho tiÕp ®iÓm hµn dÝnh ®­îc. 2.5.7.Sù rung cña tiÕp ®iÓm. Theo c«ng thøc 2-39 TLTKKC§HA, víi tiÕp ®iÓm cÇu: Biªn ®é rung cña tiÕp ®iÓm: Xm = (2-15) Trong ®ã : Ft® ® : Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu. Ft®® = 1,575 KG V®o : VËn tèc t¹i thêi ®iÓm va ®Ëp. V®o = 0,1 m/s KV : HÖ sè va ®Ëp phô thuéc tÝnh ®µn håi vËt liÖu. Víi vËt liÖu thanh dÉn lµ ®ång nªn ta cã KV = 0,9. M®å : Khèi l­îng phÇn ®éng (KG.s2/m) mc : Träng l­îng ®¬n vÞ, mc =8.10-3KG/A Träng l­îng phÇn ®éng : M®å = mc.I®m = 8.200 = 1,6 (KG.s2/m) Tõ (2-15) ta cã : Xm = = 0,017 (mm) X¸c ®Þnh thêi gian rung: T­¬ng øng víi biªn ®é rung cho ®Õn lóc tiÕp ®iÓm lµm viÖc æn ®Þnh, ta cã thêi gian rung. Theo c«ng thøc 2 - 40 TLTKKC§HA: tm = = 2,14 (ms) Kho¶ng thêi gian rung s¬ bé lµ : tå = ( 1,5 ¸ 2 ).2.tm tmå = 2.2.2,14 = 8,56 ms < [tm] = 10 ms. ThÊy r»ng thêi gian rung lµ 8,56 ms < [tm] = 10 ms lµ thêi gian rung cho phÐp, biªn ®é rung nhá h¬n ®é lón kh¸ nhiÒu v× vËy thiÕt kÕ trªn lµ chÊp nhËn ®­îc. 2.5.8.Sù mßn tiÕp ®iÓm vµ biÖn ph¸p kh¾c phôc. Trong qu¸ tr×nh ®ãng, ng¾t c¸c tiÕp ®iÓm cã hiÖn t­îng hå quang xuÊt hiÖn, mÆt kh¸c do va ch¹m c¬ khÝ dÉn tíi cã mét ®é mßn tiÕp ®iÓm nhÊt ®Þnh. Theo c«ng thøc 2 - 54 TLTKKC§HA: Khèi l­îng ¨n mßn trung b×nh khi ®ãng, ng¾t mét lÇn tiÕp ®iÓm : g® + gng = 10-9.( k®.I2® + kng.I2ng).kk® kk® : H»ng sè mßn kh«ng ®ång ®Òu kk® = 1,5. k® , kng : HÖ sè mßn khi ng¾t vµ ®ãng tiÕp ®iÓm. Tra b¶ng 2-21 trang 79 TLTKKC§HA ta chän: k® = kng = 0,05 Ing = 6.I®m = 1200A : Dßng ®iÖn ng¾t. Id = 4.I®m = 800 A : Dßng ®iÖn qu¸ ®é lóc ®ãng. g® + gng = 10-9.0,05.[(I®)2 + (Ing)2].1,5 g® + gng = 7,775.10-5 (g) Víi yªu cÇu thiÕt kÕ tuæi thä cña tiÕp ®iÓm lµ 105 lÇn ®ãng c¾t, vËy tæng khèi l­îng mßn lµ : åg =( g® + gng ).105 = 7,775.10-5.105 = 7,775 (g) Khèi l­îng tiÕp ®iÓm: Gt® = gt®.Vt® gt®- Träng l­îng riªng cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm gt® = 10 (g/cm3) Vt® - ThÓ tÝch cña tiÕp ®iÓm. Vt® = a.b.c = 20.24,5.3 = 1,47 (cm3) Khèi l­îng tiÕp ®iÓm: Gt® = 10.1,47 = 14,7 (g). vËy TiÕp ®iÓm chän nh­ trªn lµ ®¶m b¶o qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c«ng t¾c t¬. Ch­¬ng 3. KÕt cÊu trong khÝ cô ®iÖn §Æc ®iÓm c¬ cÊu, c¸c yªu cÇu c¬ b¶n vµ c¸c sè liÖu ban ®Çu. Kh¸c víi m¸y ®iÖn quay, c¸c c¬ cÊu khÝ cô ®iÖn th­êng ®­îc chuyÓn ®éng trong mét giíi h¹n ®­îc x¸c ®Þnh bëi c¸c cø chÆng. ChuyÓn ®éng trong c¬ cÊu khÝ cô ®iÖn cã hai qu¸ tr×nh kh¸c biÖt lµ qu¸ tr×nh ®ãng vµ qu¸ tr×nh ng¾t. Trong qu¸ tr×nh ®ãng th× Ft® > Fc c¶n trë chuyÓn ®éng (ph¶n lùc). Trong qu¸ tr×nh ng¾t th× Ft® < Fc (F c¶n trë - ph¶n lùc cña qu¸ tr×nh ®ãng thµnh lùc chuyÓn ®éng). C¸c yªu cÇn c¬ b¶n ®èi víi c¬ cÊu khÝ cô ®iÖn: §¶m b¶o trÞ sè cÇn thiÕt c¸c th«ng sè ®éng häc cña c¬ cÊu chÊp hµnh. VÝ dô nh­ hµnh tr×nh chuyÓn ®éng, ®é më, ®é lón, gãc quay… Lùc chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu cÇn ®¶m b¶o æn ®Þnh viÖc b¶o vÖ ®ãng c¾t cña c¬ cÊu hµnh tr×nh trong khi lµm viÖc b×nh th­¬ngf còng nh­ khi sù cè. Tèc ®é chuyÓn ®éng cña tiÕp ®iÓm ph¶i ®ñ lín ®Ó gi¶m thêi gian ch¸y cña hå quang, nh­ng còng kh«ng ®­îc lín qu¸ tr¸nh va ®¹p m¹nh. C¸c kh©u cña c¬ cÊu chÊp hµnh ph¶i lµm viÖc tin cËy, dÔ söa ch÷a, th¸o l¾p, vËn hµnh ®¬n gi¶n. LËp s¬ ®å ®éng cña kÕt cÊu. T¸c dông cña s¬ ®å ®éng cho ta biÕt s¬ bé mét c¸ch râ rµng vµ chÝnh x¸c sù truyÒn vµ biÕn ®æi chuyÓn ®éng trong c¸c kh©u trong c¬ cÊu. S¬ ®å ®éng ®­îc dùng ë c¸c vÞ trÝ ®Æc tr­ng nhÊt cña c¬ cÊu ®ãng c¾t: d = l + m vµ d = dod + dcn = 0, vµ tr­êng hîp n¾p cña c«ng t¾c t¬ ®Æt ng­îc. S¬ ®å ®éng cÇn biÓu diÔn râ c¸c kh©u, khíp trong c¬ cÊu vµ sù liªn quan c¸c kh©u trong c¬ cÊu: ®é lín hµnh tr×nh, gãc quay, chiÒu dµi c¸nh tay, tØ sè truyÒn, ®Æt vµ ®Þnh h­íng c¸c vÐct¬ lùc, c¸c sè liÖu kh¸c nh­ ®é më, ®é lón, khe hë kh«ng khÝ Lùc c¬ t¸c dông bao gåm: Lùc Ðp tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô th­êng më. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi. Lùc lß xo nh¶. Khèi l­îng phÇn ®éng. Lùc ma s¸t (bá qua). Lùc t¸c dông vµ ph¶n lùc t¸c dông trong c¬ cÊu, quy ®æi lùc. Ta ph©n lùc vµ m« men thµnh hai lo¹i: lùc t¸c ®éng vµ ph¶n lùc t¸c ®éng. Lùc vµ m« men chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu truyÒn ®éng ®iÖn tõ lµ c¸c lùc t¸c ®éng. C¸c lùc nµy ®Æt vµo kh©u chñ ®éng. Lùc c¶n cã Ých lµ lùc Ðp cña lß xo tiÕp ®iÓm. Lùc cã h¹i lµ lùc ma s¸t. Träng lùc cã thÓ cã Ých hoÆc cã h¹i. Khi quy ®æi lùc ta cÇn chó ý: Khi ®iÓm ®Æt lùc chuyÓn ®éng chÝnh tøc lùc ®iÖn tõ vµ c¸c lùc, ph¶n lùc kh«ng cïng ®iÓm ®Æt th× ta ph¶i quy ®æi vÒ cïng mét vÞ trÝ ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc x©y dùng ®Æc tÝnh lóc tÝnh to¸n vµ so s¸nh. Lùc vµ m« men sau khi quy ®æi ph¶i b»ng lùc vµ m« men tr­íc khi quy ®æi. C«ng cña lùc vµ m« men tr­íc quy ®æi b»ng c«ng cña lùc vµ m« men sau quy ®æi. §iÓm quy ®æi lµ ®iÓm ®Æt cña lùc ®iÖn tõ. CÇn quy ®æi c¶ ®é më vµ ®é lón vÒ khe hë kh«ng khÝ. Lùc Ðp tiÕp ®iÓm chÝnh th­êng më: Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi: Ft®c = 6.Ft® = 6.25,5 = 153 N Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu: Ft®® = 0,6.Ft®c = 0,6.153= 91,8 N Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô th­êng më: Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi: Ft®ctm = 4.Ft®f = 4.0,5 = 2 N Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu: Ft®®tm = 0,6.Ft®c = 0,6.2 = 1,2 N Lùc Ðp tiÕp ®iÓm phô th­êng ®ãng: Lùc Ðp tiÕp ®iÓm ®Çu: Ft®®t® = 2 N Lùc Ðp tiÕp ®iÓm cuèi: Ft®ct® = 1,2 N Lùc lß xo nh¶: Lùc nh¶ ®Çu Fnh® = kdtr.(G® + Ft®®t®) = 1,2.(1,6.9,81 + 2) = 21,23 (N) Lùc nh¶ cuèi: Fnhc =1,5.Fnh® = 1,5.21,23 = 31,8 (N) Trong ®ã kdtr lµ hÖ sè dù tr÷ lùc cho trong kho¶ng 1,1 ®Õn 1,3. Ta chän kdtr = 1,2 Dùng ®Æc tÝnh cña lùc t¸c dông vµ ph¶n lùc t¸c dông. 21,23 Ch­¬ng 4. TÝnh to¸n lß xo Kh¸i niÖm chung. Lß xo lµ bé phËn quan träng cña c«ng t¾c t¬ t¹o nªn tiÕp ®iÓm (lß xo tiÕp ®iÓm), t¹o lùc ng¾t c¬ cÊu trong qu¸ tr×nh ng¾t cña c¬ cÊu (lß xo nh¶). Yªu cÇu víi lß xo tiÕp ®iÓm vµ lß xo nh¶: §é ®µn håi phï hîp. §Æc tÝnh c¬ æn ®Þnh. BÒn c¬ häc cao. Kh«ng hoÆc Ýt bÞ ¨n mßn cña ho¸ chÊt vµ m«i tr­êng. Chän kiÓu lß xo vµ vËt liÖu lµm lß xo. KiÓu lß xo: Qua ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ c¸c lo¹i lß xo, ta chän kiÓu lß xo xu¾n h×nh trô, kh«ng dÉn ®iÖn. Lo¹i nµy Ýt bÞ ¨n mßn ho¸ chÊt, Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng, ®é bÒn c¬ cao, lµm viÖc tin cËy, an toµn, kh«ng bÞ ph¸t nãng vµ giµ ho¸. VËt liÖu lµm lß xo: Theo tÝnh chÊt ®ãng c¾t cña c«ng t¾c t¬ dïng ®Ó ®ãng c¸t m¹ch ®iÖn víi tÇn sè ®ãng c¾t 450 lÇn/h. Tuæi thä 105 lÇn ®ãng c¾t. Ta chon vËt liÖu lß xo lµ l¸ thÐp cacbon G0TC 9389-60P cã ®é bÒn trung b×nh. (tra theo b¶ng 4-1 TLTKKC§HA): Tªn ®¹i l­îng vËt lý Gi¸ trÞ §¬n vÞ Giíi h¹n mái cho phÐp khi xo¾n (dx) 480 N/ mm2 Modul chèng tr­ît (G) 80.103 N/ mm2 Modul ®µn håi (E) 200.103 N/ mm2 §iÖn trë suÊt (r) 0,19 ¸ 0,2.10-6 W.m §é bÒn giíi h¹n khi kÐo (sk) 2200 N/ mm2 §é bÒn giíi h¹n mái khi uèn (su) 770 N/ mm2 C¸c th«ng sè cña lß xo: x: Hµnh tr×nh cña lß xo tÝnh tõ vÞ trÝ ®ã lµ lß xo sinh ra lùc lín nhÊt. f®: §é vâng ban ®Çu cña lß xo. F®, l®: Lùc nÐn ban ®Çu vµ chiÒu dµi ban ®Çu cña lß xo. lt®: chiÒu dµi tù do cña lß xo. TÝnh to¸n lß xo. Lß xo tiÕp ®iÓm chÝnh: Lùc Ðp cÇn thiÕt do mét lß xo t¹o ra: Flx = 1,3.Ft®c = 1,3.25,5 = 33,15 (N). Kho¶ng lµm việc của lß xo : flv = f® = 5,5 (mm) Kho¶ng lón cña lß xo : VËy kho¶ng lón cña lß xo lµ : Chän kho¶ng lón cña lß xo lµ : Chän chØ sè h×nh d¸ng cña lß xo: C = D/d = 8. §­êng kÝnh lß xo tÝnh theo c«ng thøc 4.31 trang 173 TLTKKC§HA: §­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo: D = 1,2.8 = 9,6 (mm). Sè vßng cña lß xo tÝnh theo c«ng thøc 4.32 trang 173 TLTKKC§HA: (vßng) B­íc lß xo chÞu nÐn: tn = d + f/W = 1,2 + 12/9 = 2,53 (mm). ChiÒu dµi tù do cña lß xo: ln = W.tn + 1,5.d = 9.2,53 + 1,5.1,2 = 24,57 (mm). KiÓm tra l¹i tÝnh to¸n lß xo ta cã: Kho¶ng lón thùc tÕ cña lß xo: øng suÊt thùc tÕ: < [sx] = 480 (N/mm2) VËy lß xo tÝnh to¸n hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu lµm viÖc cña c«ng t¨c t¬. Lß xo tiÕp ®iÓm phô: Lùc Ðp cÇn thiÕt do mét lß xo t¹o ra: Flx = 2.Ft®f = 2.0,5 = 1 (N). Kho¶ng lón cÇn thiÕt: f = 2,5.f® = 4 (mm) Chän chØ sè h×nh d¸ng cña lß xo: C = D/d = 11. §­êng kÝnh lß xo tÝnh theo c«ng thøc 4.13 trang 173 TLTKKC§HA: §­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo: D = 0,24.11 = 2,6 (mm). Sè vßng cña lß xo: (vßng) B­íc lß xo chÞu nÐn: tn = d + flv/W = 0,24 + 4/7 = 0,8 (mm). ChiÒu dµi tù do cña lß xo: ln = W.tn + 1,5.d = 7.0,8 +1,5.0,24 = 6 (mm). Kho¶ng lón thùc tÕ cña lß xo: øng suÊt thùc tÕ: < [sx] = 480 (N/mm2) VËy lß xo tÝnh to¸n hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu lµm viÖc cña c«ng t¨c t¬. Lß xo nh¶: Lùc Ðp do mét lß xo t¹o ra khi khÝ cô ®iÖn ë tr¹ng th¸i ®ãng : Kho¶ng lµm viÖc cña lß xo: flv = m = 8 (mm) Kho¶ng lón cña lß xo : Ta cã : VËy kho¶ng lón cña lß xo lµ : Chän chØ sè h×nh d¸ng cña lß xo: C = =10 §­êng kÝnh lß xo tÝnh theo c«ng thøc 4.13 trang 173 TLTKKC§HA: d = 1,6 §­êng kÝnh trung b×nh cña lß xo: D = C.d = 10.0,87 = 8,7 (mm) Sè vßng cña lß xo: (vßng) B­íc lß xo chÞu nÐn: ChiÒu dµi tù do cña lß xo: ln = w.tn + 1,5.d = 15.2,42 +1,5.0,87 = 37,6 (mm) Kho¶ng lón thùc tÕ cña lß xo: øng suÊt thùc tÕ: <scp = 480 N/mm2 VËy lß xo tÝnh to¸n hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu lµm viÖc cña c«ng t¨c t¬. Ch­¬ng 5. Nam Ch©m §iÖn Kh¸i niÖm chung. Nam ch©m ®iÖn (NC§) lµ c¬ cÊu ®iÖn tõ dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng. Nam ch©m ®iÖn ®­îc sö dông réng r·i trong khÝ cô ®ãng ng¾t. §ã lµ c¬ cÊu sinh ra lùc ®Ó phÇn tö t¸c ®éng. C¸c qu¸ tr×nh tÝnh to¸n NC§ rÊt phøc t¹p. Th«ng th­êng ta tÝnh to¸n theo c«ng thøc gÇn ®óng rå kiÓm nghiÖm l¹i theo lý thuyÕt. NhiÖm vô thiÕt kÕ. + Bµi to¸n thiÕt kÕ. + Bµi to¸n kiÓm nghiÖm. + TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm. Chän d¹ng kÕt cÊu. NC§ cã nhiÒu d¹ng kÕt cÊu kh¸c nhau vÒ m¹ch tõ vµ cuén d©y, do ®ã cÇn chän kÕt cÊu phï hîp råi míi chän ph­¬ng ¸n. §Ó chän d¹ng kÕt cÊu tèi ­u, dùa trªn c¬ së tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm c¸c d¹ng nam ch©m ®iÖn kh¸c nhau, ta tiÕn hµnh chän theo chØ tiªu h×nh häc vµ khèi l­îng. §èi víi NC§ xoay chiÒu th× theo c«ng thøc 5 - 1 trang 188 TLTKKC§HA: kkc = ( N0,5/ m ) (5 - 1) Trong ®ã: F®ttt : Lùc hót ®iÖn tõ tÝnh to¸n cña nam ch©m ®iÖn. dth : Khe hë lµm viÖc cña nam ch©m ®iÖn. dth = 4,5 (mm). KKC: ®Æc tr­ng tØ sè ®­êng kÝnh vµ chiÒu cao cuén d©y. Mçi d¹ng kÕt cÊu cña NC§ trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh cña KKC sÏ ®¹t tèi ­u vÒ träng l­îng. Do F º S º D2 vµ d º l (chiÒu cao m¹ch tõ hay cuén d©y) nªn ta cã: kkc º víi D lµ ®­êng kÝnh lâi cuén d©y (m¹ch tõ) F®ttt =K.Fdth = 1,2.135,3 = 162,36 (N) Theo 5-1 ta cã: kkc = ( N0,5/ m ) Dùa vµo b¶ng 5.2 trang 189 TLTKKC§HA ta chän nam ch©m ®iÖn h×nh ch÷ E, n¾p hót th¼ng nh­ phÇn trªn ®· lùa chän. M¹ch tõ nam ch©m ®iÖn. M¹ch tõ NC§ ®­îc chÕ t¹o tõ thÐp kÜ thuËt ®iÖn (t«n silic). Ta chän c¸c líp t«n cã bÒ dµy 0,5 mm ®Ó chÕ t¹o m¹ch tõ cho NC§. Chän vËt liÖu lµm m¹ch tõ lµ '31 cã c¸c th«ng sè (b¶ng 5.3 trang 191 TLTKKC§HA): Tªn ®¹i l­îng vËt lý Gi¸ trÞ §¬n vÞ 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 tù thÈm 250 H/ m §é tù thÈm cùc ®¹i 6 ¸ 7 H/ m §iÖn trë suÊt 40 ¸ 60.10-8 Wcm Khèi l­îng riªng 7,65 G/ cm3 Thµnh phÇn C¸cbon 0,02 ¸0,03 % Tæn hao tõ trÔ khi b·o hoµ 0,1 ¸ 0,15 mJ/ cm3 Tõ c¶m lâi s¾t 0,6 T ChiÒu dµy l¸ thÐp 0,5 mm Chän tõ c¶m Bs, sr, st chän t¹i sth Khi nam ch©m ®iÖn lµm viÖc, ®Æc tÝnh ®iÖn tõ F®t(d) nguy hiÓm nhÊt lµ khi F®t(d) < Fc¬(d). Th­êng x¶y ra t¹i ®iÓm tíi h¹n d = 5,5 (mm) vµ F®t(d) = Ftt = k.Fc¬(dth) = 1,2.135,3 = 162,36 (N). Chän Bs = 0,45 (T) ; hÖ sè tõ rß sr = 1,45 vµ hÖ sè tõ t¶n st = 1,5. X¸c ®Þnh tiÕt diÖn lâi thÐp, kÝch th­íc, th«ng sè chñ yÕu. X¸c ®Þnh tiÕt diÖn lâi thÐp m¹ch tõ: Theo c«ng thøc 5.8 trang 204 TLTKKC§HA ta cã tæng diÖn tÝch lâi thÐp m¹ch tõ ®Ó ®¹t ®­îc lùc tõ cÇn thiÕt t¹i ®iÓm tíi h¹n: (m2) = 32,2 (cm2). DiÖn tÝch lâi cùc tõ gi÷a: S11 = SS/2 = 32,2/2 @ 16,1 (cm2). DiÖn tÝch lâi hai cù tõ nh¸nh: S12 = S13 = S11/2 = 8(cm2). Víi cù tõ gi÷a ta chän b/a = 0,92 a = Chän a = 4,4 (cm) b = 0,92.4,4 = 4,05 (cm). Sè l¸ thÐp: n = b/0,5 = 40,5/0,5 = 81 (l¸). C¹nh thùc cña lâi thÐp: b’ = b/Kc = 4,05/0,92 = 4,4 (cm) chän 44 (mm). Kc chän b»ng 0,92 lµ hÖ sè Ðp chÆt cña lâi thÐp. §èi víi hai cùc tõ hai nh¸nh chän b’ = 44 (mm). Do m¹ch tõ ®· chän lµ m¹ch tõ ch÷ E nªn a’ = a/2 + 2.Dv = 26 (mm), Dv = 2(mm) lµ chiÒu réng vßng ng¾n m¹ch. X¸c ®Þnh kÝch th­íc cuén d©y:/ TÝnh søc tõ ®éng cuén d©y: Cuén d©y nam ch©m ®iÖn ph¶i t¹o ra søc tõ ®éng (Ftd = IW) sinh ra lùc ®iÖn tõ ®ñ lín ®Ó nam ch©m ®iÖn lµm viÖc b×nh th­êng. Søc tõ ®éng trong cuén nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu phô thuéc vµo ®Æc tÝnh lµm viÖc cña nam ch©m ®iÖn, tæn hao do tõ trÔ, dßng xo¸y. Do ®ã ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ¸p khi n¾p nam ch©m ®iÖn ë vÞ trÝ tíi h¹n d = dth theo c«ng thøc 5.18 trang 209 TLTKKC§HA: (IW) dtd = (IW)dh + (IW) dnh (IW)dh: søc tõ ®éng do tæn hao trÔ, dßng xo¸y vµ vßng ng¾n m¹ch kh«ng t¶i trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. (IW) dnh: søc tõ ®éng øng víi n¾p nh¶, phô thuéc vµo d. Sdh = 2. dcn + dg® + dcd: dcn = 0,03 ¸ 0,1(mm) khe hë c«ng nghÖ. dcd = 0,1 ¸ 0,5(mm) khe hë c«ng nghÖ. dg® khe hë c«ng nghÖ. Sdh = 0,2 ¸ 0,7(mm) chän b»ng 0,5 (mm) KiÓm tra béi sè t¨ng dßng ®iÖn: Ta thÊy Ki = 13,4 tho¶ m·n yªu cÇu Ki = 4 ¸ 15 nªn thiÕt kÕ trªn lµ ®¶m b¶o. X¸c ®Þnh kÝch th­íc cuén d©y: TiÕt diÖn cuén d©y vµ diÖn tÝch cöa ssæ m¹ch tõ cÇn thiÕt ®Ó ®Æt cuén d©y ®­îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ gi÷a søc tõ ®éng, c¸c kÝch th­íc cuén d©y vµ [j]. Khi tÝnh to¸n cuén d©y ta quan t©m ®Ón tr¹ng th¸i lµm viÖc dµi h¹n cña nam ch©m ®iÖn, ®ã lµ tr¹ng th¸i hót cña nam ch©m ®iÖn vµ ë chÕ ®é nÆng nÒ nhÊt khi U = Kmax.U®m. Theo c«ng thøc 5.24 trang 211 TLTKKC§HA ta cã: Kumax = 1,1: hÖ sè tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p nguån t¨ng mµ nam ch©m ®iÖn vÉn lµm viÖc mµ kh«ng bÞ ch¸y. Kumax = 0,85: hÖ sè tÝnh ®Õn sù gi¶m ®iÖn ¸p nguån mµ nam ch©m ®iÖn vÉn sinh ra ®­îc lùc ®iÖn tõ ®ñ lín ®Ó hót ®­îc. Kqt =1: hÖ sè qu¸ t¶i cho phÐp khi nam ch©m ®iÖn lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é. Kld: hÖ sè lÊp ®Çy Kld = 0,2 ¸ 0,7. Chän Kld = 0,5. j = 2,5 (A/mm2): mËt ®é dßng ®iÖn cho trong kho¶ng 2 ¸ 5(A/mm2) LÊy hÖ sè h×nh d¸ng Khd = víi nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu. Ta cã chiÒu dµi cuén d©y: hcd = chän hcd = 10 (mm). Khi ®ã ta cã chiÒu cao cuén d©y lµ: lcd = 3.hcd = 3.10 = 30(mm) KÕt cÊu m¹ch tõ: a = 44 mm; b =40,5 mm; b’ = 44 mm. D1 = 0,5 mm chiÒu dµy c¸ch ®iÖn gi÷a lâi s¾t vµ khung d©y D2 = 1,5 mm bÒ dµy khung d©y quÊn. D3 = D4 = 0,5 mm bÒ dµy c¸ch ®iÖn cuén d©y D5 = 5,0 mm; D6 = 8,0 mm ChiÒu réng cuén d©y : hcd = 10 mm, chiÒu cao: lcd = 30 mm ChiÒu cao lâi m¹ch tõ : hl = lcd + 2.D2 = 33 mm ChiÒu réng cöa sæ m¹ch tõ : c = D1 + D2 + 2D3 + hcd + D4 = 18 mm ChiÒu cao cöa sæ m¹ch tõ: hcs = lcd + 2.D2 + D6 = 41 mm DiÖn tÝch n¾p m¹ch tõ : Sn = 0,5.Sl1 = 0,6.442 »1161 mm2 hn = DiÖn tÝch ®¸y m¹ch tõ : S® = 0,5.Sl1 = 0,5. 441 » 968 mm2 h® = Tæng chiÒu cao m¹ch tõ: H = hcs + h® + hn = 41 + 28,7 + 23,9 = 93,6 (mm) Tæng chiÒu dµi nam ch©m ®iÖn: L = 2.c + a +2.a’ = 2.18 + 44 + 2.26 = 132 (mm) LËp s¬ ®å thay thÕ m¹ch tõ. Bá qua tõ trë s¾t tõ ( mFe >> md ), ta cã m¹ch tõ ®¼ng trÞ. TÝnh c¸c tõ dÉn: Dïng ph­¬ng ph¸p ph©n chia tõ tr­êng ®Ó tÝnh tõ dÉn qua khe hë kh«ng khÝ. Ta chia ra lµm 17 h×nh : 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: G1 = 0,26.m0.a Hai h×nh nöa khèi trô ®Æc, ®­êng kÝnh d, chiÒu dµi b: 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 = 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 = Bèn h×nh 1/4 cÇu ®Æc víi ®­êng kÝnh d: 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 = V× tÊt c¶ c¸c tõ dÉn nµy song song víi nhau nªn tõ dÉn tæng Gd2 ë khe hë kh«ng khÝ sÏ lµ tæng cña 17 tõ dÉn trªn : Gd = Gd0 + 2.( G1 + G2 + G3 + G4) +4.( G5 +G6) Gd= Chän m = 0,15d ta cã: Gd = m0.( ) Víi khe hë cùc tõ gi÷a, do a*b = 44*44 (mm) nªn: Gd2 = m0.( ) (H) Víi khe hë cùc tõ bªn, do a*b = 26*44 (mm) nªn: Gd1 = Gd3 = m0.( ) (H) Theo s¬ ®å trªn ta cã: Gd13 = Gd1 + Gd3 =m0.( ) VËy tõ dÉn tæng qua khe hë kh«ng khÝ: Gd = Gd = (H) Tõ t¶n khe hë cùc tõ gi÷a: Gt2 = m0.() (H) Tõ t¶n khe hë cùc tõ bªn: Gt1 = Gt3 = m0.() (H) §èi víi m¹ch tõ xoay chiÒu, tõ dÉn rß ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Grq®S = gr : suÊt tõ dÉn rß hl : chiÒu cao lâi m¹ch tõ TÝnh suÊt tõ dÉn rß gr? Dïng ph­¬ng ph¸p ch©n chia tõ tr­êng ta cã: + mét h×nh trô ch÷ nhËt b’.l.c: G0 = + hai h×nh 1/2 trô trßn ®Æc ®­êng kÝnh c, chiÒu cao 1: G1 = 2.0,26.m0.l + hai h×nh 1/2 trô trßn rçng ®­êng kÝnh trong c, ngoµi c+a, chiÒu cao 1. G2 = GS = 2.( G0 + G1 + G2) = Grq®S = = Grq®S = 24,135.10-7.l = 24,135.10-7.41.10-3 = 0,09896.10-6 (H) HÖ sè tõ t¶n : st = HÖ sè tõ rß : sr = KÕt qu¶ tÝnh to¸n: d (mm) 0.5 1,6 5,5 11,9 13,5 Gd13 (.10-6) (H) 3,8804 1,2813 0,5229 0,2834 0,2631 Gd2 (.10-6) (H) 3,1394 1,0234 0,4052 0,2082 0,1907 Gd (.10-6) (H) 1,7354 0,5689 0,193 0,1200 0,1105 G’d13 (.10-6) (H) -7563,80 -737,61 -92,243 -14,767 -10,953 G’d2 (.10-6) (H) -6156,94 -600,74 -75,443 -12,381 -9,276 G’d (.10-6) (H) -3394,15 -331,12 -39,531 -6,763 -5,052 sr 1,070 1,1739 1,424 1,7246 1,8955 Nh­ vËy t¹i ®iÓm tíi h¹n d = 5,5 mm, hÖ sè rß sr » 1,424 xÊp xØ hÖ sè rß ban ®Çu chän (sr = 1,45). Sai sè lµ 1,8%, do vËy ®¹t yªu cÇu. Tõ th«ng m¹ch tõ (tÝnh ë lâi gi÷a) ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Theo ®ã ta cã: Trong ®ã: K = 0,25 lµ hÖ sè tÝnh tíi thø nguyªn cña lùc. = 0 vµ Fh®t = 1/2.Fhtt = 1/2.162,36 = 81,18 (N) (Wb) Tõ c¶m m¹ch t¹i d = 4,5 mm lµ: Bd = (T) Gi¸ trÞ tõ c¶m thùc tÕ tÝnh ®­îc xÊp xØ gi¸ trÞ ban ®Çu chän (Bd = 0,5T) do ®ã gi¸ trÞ chän ®¹t yªu cÇu. Tõ th«ng trung b×nh qua lâi s¾t m¹ch tõ chÝnh khi n¾p hót: (Wb) Tõ c¶m trung b×nh qua lâi s¾t m¹ch tõ chÝnh khi n¾p hót: Btb = (T) NhËn thÊy Btb = 0,65 (T) < Bmax = 2 (T). Sè vßng d©y nam ch©m ®iÖn: W = U®m : ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y, U®m = 380V KUmin : hÖ sè tÝnh ®Õn sôt ¸p, KUmin = 0,85 KIR: hÖ sè cã tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë cña cuén d©y khi phÇn øng bÞ hót, ta chän KIR =0,9. TiÕt diÖn d©y quÊn: q = §­êng kÝnh d©y: d = . Chän theo tiªu chuÈn b¶ng 5.8 trang 276 TLTKKC§HA: ta lÊy d = 0,44 (mm). KiÓm tra l¹i Kl®: Kl® = < 0,7. VËy nam ch©m ®iÖn hoµn toµn tho¶ m·n yªu cÇu thiÕt kÕ. TÝnh to¸n vßng ng¾n m¹ch (vßng chèng rung): Do F = f(t) nªn trong qu¸ tr×nh ®ãng m¹ch ®iÖn th× sÏ xuÊt hiÖn sù rung cña tiÕp ®iÓm. V× vËy ta cÇn thiÕt kÕ vßng ng¾n m¹ch hay vßng chèng rung ®Ó gi¶m tèi ®a hiÖn t­îng rung nµy. VËt liÖu vßng ng¾n m¹ch ta chän b»ng ®ång, vßng ng¾n m¹ch ®Æt «m mét phÇn diÖn tÝch cùc tõ nh­ h×nh vÏ. Chän bÒ réng vßng ng¾n m¹ch lµ 2 mm. TrÞ sè trung b×nh cña lùc ®iÖn tõ ë khe hë khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch, khe hë lµm viÖc ë tr¹ng th¸i hót theo c«ng thøc 5-52 ta cã: Trong ®ã: Fdtb: Tõ th«ng trung b×nh ë khe hë lµm viÖc khi hót: srh: HÖ sè tõ dß khi phÇn øng hót (d = 0,5 mm) sr = 1,07. Stn: DiÖn tÝch tæng trong vµ ngoµi vßng ng¾n m¹ch. Stn = Sl1 - Snm = a’.b’ – 2.b’.D =(26.44 -2.44.2).10-6 =968.10-6(m2) Ftbh = (N) TØ sè fl cña lùc ®iÖn tõ bÐ nhÊt vµ trÞ trung b×nh cña lùc ®iÖn tõ khi kh«ng cã vßng ng¾n m¹ch: §iÖn trë vßng ng¾n m¹ch tÝnh theo c«ng thøc 5-54: Gãc lÖch pha j gi÷a tõ th«ng ngoµi Fn vµ tõ th«ng trong Ft khi sè vßng ng¾n m¹ch Wnm = 1 theo c«ng thøc 5-55 : Trong ®ã : St: DiÖn tÝch cùc tõ trong vßng ng¾n m¹ch St = (mm2) tgj = Þ j = 65,160 Tõ th«ng trong vßng ng¾n m¹ch: Ta cã Tõ th«ng ngoµi vßng ng¾n m¹ch. Fn = C.Ft = 1,2.0,325.10-3 = 0,39.10-3 (Wb). Tõ c¶m ë khe hë vïng ngoµi vßng ng¾n m¹ch. < 2(T)=[B] Lùc ®iÖn tõ phÝa ngoµi vßng ng¾n m¹ch: Lùc ®iÖn tõ phÝa trong vßng ng¾n m¹ch: Lùc ®iÖn tõ cùc ®¹i: = Lùc ®iÖn tõ trung b×nh: Ftb = Ftbt + Ftbn = 122,57 (N) Lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt: Nh­ vËy lùc ®iÖn tõ nhá nhÊt khi hót ph¶i lín lùc c¬ cña phÇn øng: FminS = 4.Fmin = 4.58,07 = 232,38 (N) Theo ®å thÞ ta thÊy Fc¬max = 202,8 (N) Fc¬ khi n¾p ®ãng (d = 0,5 mm) lµ hoµn toµn tho¶ m·n. Tæn hao trong vßng ng¾n m¹ch: PnmS = 2.Pnm = 12 W Dßng ®iÖn trong vßng ng¾n m¹ch: Inm = Dßng trong vßng ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ cuén d©y: Inmq® = Inm.(Wnm/W) Wnm: Sè vßng d©y cuén ng¾n m¹ch Wnm = 1. W: Sè vßng d©y nam ch©m ®iÖn. W = 1500. Inmq® = KÝch th­íc vßng ng¾n m¹ch: Chän vËt liÖu vßng ng¾n m¹ch lµ ®ång ñ cøng: Tªn h»ng sè vËt lý Gi¸ trÞ §¬n vÞ §iÖn trë suÊt 200C (r20) 1,7.10-8 W.m HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë 0,0043 1/ 0C NhiÖt ®é ho¸ mÒm cho phÐp 250 0C Tæng chiÒu dµi vßng ng¾n m¹ch: lnm = 2.(b’ + 2.D + at) =2.(35 + 2.2 + 399,543/35) = 100,83 (mm) TiÕt diÖn vßng ng¾n m¹ch: ChiÒu cao vßng ng¾n m¹ch: TÝnh to¸n nhiÖt vµ tæn hao: NhiÖt ®é ph¸t nãng vßng ng¾n m¹ch: qnm = tnm + q0 < [q] = 2500C Trong ®ã : KTkk = 3.10-3.(1 + 0.0017.40) = 4,02. 10-3(W/cm2) KTFe = 2,9.10-3.(1 + 0.0068.40) = 6,844. 10-3(W/cm2) STkk = 2.Dv.b’ + 2.(at +2.Dv).Dv = 2.2.35 + 2.( 399,543/35 +2.2).2 = 201,662 (mm2) STFe = 2.Dv.b’ + 4.b’.h nm = 2.2.35 + 4.35.2 = 420 (mm2) qnm = tnm + q0 = 2030C < [q] = 2500C Tæn hao s¾t: DPFe = Pm.m.K. K: hÖ sè thùc nghiÖm lµm t¨ng tæn hao. Chän K = 1,5. m: träng l­îng m¹ch tõ m = g.V = g.l.S l: tæng chiÒu dµi m¹ch tõ. S: tiÕt diÖn m¹ch tõ. m =g.(H.b’.L-2.c.b’.hcs) = 7,65(90,7.35.114 – 2.18.35.41).10-3 =2,37(kg) g: khèi l­îng riªng vËt liÖu m¹ch tõ. g = 7,65 (g/cm3) Pm: suÊt tæn hao øng víi Bm (B cùc ®¹i trong lâi thÐp) P10: suÊt tæn hao øng f = 50Hz vµ B = 1(T), P10 = 1,6(W/Kg). C«ng suÊt tæn hao s¾t: DPFe = m.Pm.K = 2,37.1,07.1,5 = 3,8(W) Dßng ®iÖn ®Æc tr­ng cho tæn hao s¾t: Dßng ®iÖn trong cuén d©y: Dßng ®iÖn khi n¾p hót: víi Hi lµ c­êng ®é tõ tr­êng ch¹y trong c¸c ®o¹n m¹ch tõ. Hi cã gi¸ trÞn nh­ nhau do Sn @ S® = S11/2. Li lµ chiÒu dµ c¸c ®o¹n m¹ch tõ. Do ®ã ta cã ®­îc , trong ®ã Sli = 2.L +3.hcs = 2.114 + 3.41 = 351 (mm) vµ theo ®­êng cong vËt liÖu m¹ch tõ øng víi Bmax = 0,9(T) ta cã H = 1,8(A/cm). Dßng ®iÖn khi n¾p hót: MËt ®é dßng khi n¾p hót: Dßng ®iÖn khi n¾p më: Trong ®ã Xm = w.W2.Gm = w.W2.(Gdm + Grm) Xm =314.15002.(0,2283.10-6 + 9,896.10-8) = 231,21(W) KiÓm tra béi sè dßng ®iÖn: < 15 hoµn toµn tho¶ m·n. TÝnh to¸n nhiÖt cuén d©y: §iÖn trë cuén d©y: Trong ®ã: ltb = 1/2.[2.(a +b’) + (2.(a +b’) +2.p.hcd)] ltb = 1/2.[2.(35 +35) + (2.(35 + 35) +2.p.10)] = 171,4 (mm) q: tiÕt diÖn d©y quÊn. C«ng suÊt tiªu thô cuén d©y: Pcd = Ih2.Rcd = 0,292.42,6 = 3,5 (W) §é t¨ng nhiÖt cuén d©y: Trong ®ã Kt: hÖ sè to¶ nhiÖt, chän Kt = 13 (W/m2. 0C) Tõ b¶ng 6-5 trang 301 TLTKKC§HA, Kt =6 ¸ 14(W/m2. 0C) St : diÖn tÝch to¶ nhiÖt. Víi khung d©y lµ nhùa bakenit K = 1. St = K.ST + Sn = Stn = lcd.[2.(a +b’) + 2.(a +b’) +2.p.hcd] St = 30.[2.(35 + 35) + 2.(35 + 35) +2.p.41] = 16128,4 (mm2) q = t + q0 = 980C < [q] = 1050C TÝnh vµ dùng ®Æc tÝnh lùc hót F = f(d): ¸p dông c«ng thøc: Víi vµ Kir = 0,9; K : hÖ sè tÝnh tíi thø nguyªn cña lùc K = 0,25 vµ = 0 FhtS = 2. Fhtb øng víi c¸c gi¸ trÞ t­¬ng øng cña KU = 0,85; 1; 1,1 ta lËp b¶ng quan hÖ F = f(d) ®Ó vÏ ®Æc tÝnh lùc hót: d (mm) 0.5 1,6 5,5 11,9 13,5 Gd (.10-6) (H) 1,7354 0,5689 0,193 0,1200 0,1105 G’d (.10-6) (H) -3394,15 -331,12 -39,531 -6,763 -5,052 sr 1,070 1,1739 1,424 1,8246 1,8955 FhtS (N)( KU = 0,85) 345,85 266,08 150,50 57,02 46,03 FhtS (N)( KU = 1) 446,26 350,93 230,63 85,63 56,95 FhtS (N)( KU =1,1) 577,27 427,08 275 112,68 74,97 Theo b¶ng tÝnh to¸n ta thÊy ®Æc tÝnh c¬ øng víi KU = 0,85 vµ t¹i ®é më tíi h¹n dth = 5,5 mm th× FhtS (N)( KU = 0,85) = 150,50 (N) > Fc¬(dth) = 135,3 (N). Do nam ch©m ®iÖn lµm viÖc víi c«ng t¾c t¬ nªn dùa vµo ®Æc tÝnh c¬ cña nã ta cã thÓ ®i ®Õn kÕt luËn FhtS (N) > Fc¬ víi mäi d. TÝnh to¸n ®Æc tÝnh nh¶ cña nam ch©m ®iÖn: HÖ sè nh¶ lµ tØ sè gi÷a ®iÖn ¸p cuén d©y khi phÇn ®éng cña nam ch©m ®iÖn hót vµ nh¶. Dùa vµo hÖ sè 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 Fnh ph¶i n»m hoµn toµn d­íi ®Æc tÝnh c¬. §èi víi c«ng t¾c t¬ xoay chiÒu th× Knh = 0,4 ¸ 1. Dùa vµo ®Æc tÝnh cña nam ch©m ®iÖn chän Knh = t¹i dth = 5,5 mm. Khi ®ã Knh = . Dùa vµo quan hÖ nµy ta cã Fh = Knh2. Fnh = 0,28. Fnh. B¶ng tÝnh to¸n chi tiÕt: d (mm) 0.5 1,6 5,5 11,9 13,5 FhtS (N) 345,85 266,08 150,50 57,02 46,03 Fnh (N) 96,84 74,5 42 16 12,89 TÝnh thêi gian t¸c ®éng vµ thêi gian nh¶: Thêi gian t¸c ®éng: tt® = t1 + t2 Thêi gian t¸c ®éng khi nh¶: tnh = t3 + t4 t1 , t3 : thêi gian khëi ®éng khi t¸c ®éng vµ khi nh¶. t2 , t4 : thêi gian chuyÓn ®éng khi t¸c ®éng vµ khi nh¶. V× nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu nªn t1 , t3 £ 1/2.T = 1/2.0,02 = 0,01 (s) Chän t1 = t3 = 0,01 (s) §Ó tÝnh t2 ta dïng c«ng thøc: Víi Dxi = di - di-1 qu·ng ®­êng ®i do¹n thø i. vµ m lµ khèi l­îng phÇn ®éng. [(a + 2.c + 2.a’).b’.hn + a.b’.(hcs – hcd) + 2.a’.b’.(hcs – hcd)] V® =127,45 (cm2) m = V®.gFe =127,45.7,65 = 0,975 (Kg) t2 = 0,005 + 0,0058 + 0,0136 + 0,0125= 0,037 (s) §Ó tÝnh t2 ta dïng c«ng thøc: t4 = 0,015 + 0,018 + 0,034 + 0,012= 0,079 (s) VËy ta cã: Thêi gian t¸c ®éng: tt® = t1 + t2 = 0,01 + 0,037 = 0,047 (s) Thêi gian t¸c ®éng khi nh¶: tnh = t3 + t4 = 0,01 + 0,079 = 0,089 (s) TÝnh khèi l­îng c«ng t¾c t¬: Khèi l­îng c«ng t¾c t¬ bao gåm khèi l­îng m¹hc tõ, khèi l­îng cuén d©y, khèi l­îng phÇn kÕt cÊu: Gctt = Gcd + GFe + Gph Theo tÝnh to¸n ë trªn ta cã: GFe = 2,37 (Kg) Gcd = Gcu = gcu.lcu.q =gcu.ltb.W.p.d2/4. Gcd = 3,89.17,14.1042.p.0.0372/4 Gcd =0,107 (Kg) Khèi l­îng phÇn kÕt cÊu: Gph = 0,8.( Gcd + GFe) = 1,98 (Kg) Khèi l­îng c«ng t¾c t¬: Gctt = 0,107 + 2,37 + 1,98 =4,457 (Kg) Ch­¬ng 6. ThiÕt kÕ buång dËp hå quang 1. Kh¸i niÖm vÒ hå quang ®iÖn. §èi víi khÝ cô ®iÖn, cÇu dao, c«ng t¾c t¬... khi ®ãng c¾t m¹ch, hå quang ph¸t sinh trªn tiÕp ®iÓm. NÕu hå quang ch¸y l©u, khÝ cô ®iÖn trªn hÖ thèng ®iÖn sÏ háng. Hå quang ®iÖn lµ hiÖn t­îng phãng ®iÖn trong kh«ng khÝ hay h¬i víi mËt ®é dßng [j] lín vµ nhiÖt ®é [q] cao, ®ång thêi kÌm theo hiÖu øng ¸nh s¸ng. §ã lµ mèi quan hÖ phøc t¹p gi÷a ®iÖn vµ nhiÖt. Do ¶nh h­ëng cña hå quang ®iÖn, m¹ch ®iÖn ng¾t kh«ng døt kho¸t g©y ch¸y háng tiÕp ®iÓm ®ång thêi g©y qu¸ ®iÖn ¸p. Do ®ã viÖc dËp hå quang trong khÝ cô ®iÖn lµ rÊt quan träng. Hå quang ®iÖn ph¸t sinh lµ qu¸ tr×nh ion ho¸ chÊt khÝ víi c¸c d¹ng chÝnh: Tù ph¸t x¹ ®iÖn tõ. Ph¸t x¹ nhiÖt ®iÖn tö. Ion ho¸ do va ch¹m. Ion ho¸ do nhiÖt ®é cao. T¸i hîp vµ khuÕch t¸n. §Ó dËp t¾t hå quang cÇn ph¶i t¨ng c­êng ph¶n ion ho¸ b»ng c¸ch gi¶m ®­êng kÝnh hå quang. 2. §Æc ®iÓm hå quang ®iÖn xoay chiÒu. §Æc ®iÓm cña dßng ®iÖn xoay chiÒu lµ cø sau nöa chu kú cña nguån cung cÊp th× dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p qua trÞ sè kh«ng mét lÇn. Do ®ã ng­êi ta dùa vµo ®©y ®Ó ng¾ m¹ch ®iÖn mµ hå quang sinh ra ®­îc gi¶m ®i mét c¸ch ®¸ng kÓ so víi dßng mét chiÒu. Khi dßng ®iÖn i = 0 th× khu vùc hå quang ®ång thêi s¶y ra: Qu¸ tr×nh ph¶n ion hãa m¹nh ®Õn møc mÊt dÇn tÝnh dÉn ®iÖn. Qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p hå quang tõ ®iÖn ¸p t¾t ®Õn ®iÖn ¸p ch¸y. 3. Yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng dËp hå quang. §¶m b¶o ®­îc kh¶ n¨ng ®ãng vµ kh¶ n¨ng ng¾t Qu¸ ®iÖn ¸p thÊp. KÝch th­íc hÖ thèng dËp hå quang nhá. Cã kh¶ n¨ng h¹n chÕ ¸nh s¸ng vµ ©m thanh. Thêi gian ch¸y nhá, gi¶m mßn tiÕp ®iÓm, thiÕt bÞ dËp hå quang. 4. Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ng¾t trong khi tÝnh to¸n hÖ thèng dËp hå quang. Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ lùa chän buång dËp hå quang ta cÇn chó ý tíi sù phô thuéc cña dßng ®iÖn ng¾t vµo thêi gian hå quang ch¸y. Vïng (I): thêi gian hå quang ch¸y thq tØ lÖ víi dßng ng¾t ing. Trong vïng nµy thq ch¸y nhá nªn ta cã thÓ dËp hå quang trong vïng nµy b»ng c¸ch t¨ng dßng ®iÖn phôc håi (CTT lµm viÖc víi dßng ®iÖn xoay chiÒu). Vïng (II): thq ch¸y lín, nªn thêi gian dËp hå quang còng lín. BiÖn ph¸p dËp hå quang chñ yÕu lµ sö dông c¸ch kÐo dµi c¬ khÝ. Vïng (III): thq ch¸y nhá, dßng ng¾t rÊt lín. Nh©n tè chñ yÕu dËp hå quang trong vïng nµy lµ sö dông lùc ®iÖn ®éng cña dßng hå quang víi tõ tr­êng dßng ®iÖn kh¸c trong m¹ch vßng dÉn ®iÖn vµ tõ tr­êng cuén thæi tõ. 5. VËt liÖu kÕt cÊu buång dËp hå quang. VËt liÖu lµm buång dËp ph¶i cã kh¶ n¨ng chÞu ®­îc nhiÖt ®é cao, cã tÝnh c¸ch ®iÖn cao vµ cã kh¶ n¨ng chèng Èm. §Ó dËp t¾t hå quang mét c¸ch nhanh chãng th× mÆt trong cña buång dËp ph¶i cã ®é nh¸m bÒ mÆt ph¶i nhá nhÊt nghÜa lµ mÆt bªn trong buång dËp ph¶i nh½n. Mét sè vËt liÖu dïng ®Ó lµm vá hép dËp hå quang. VËt liÖu xi m¨ng – amiang: Xim¨ng - amian lo¹i tÊm theo G0CT 8697- 58 ®­îc Ðp tõ xi m¨ng - amian vµ nhùa amian. §èi víi nh÷ng chi tiÕt b»ng nhùa xi m¨ng - amian cã ®é nh½n bÒ mÆt lín. VËt liÖu Ðp chÞu hå quang: Nã gåm nhiÒu vËt liÖu tæng hîp l¹i: Sîi amian vµ c¸c lo¹i chÞu löa (nh­ mªlomin¬, nhùa si lic h÷u c¬, nhùa ªp«cxi vµ c¸c lo¹i nhùa kh¸c). Thµnh phÇn cña chóng phô thuéc vµo kÕt cÊu cña chi tiÕt. C¸c chi tiÕt lµm vËt liÖu nµy cã tÝnh chôi nhiÖt, chÞu hå quang cao, c¸ch ®iÖn tèt vµ ®¹t ®­îc ®é nh½n bÒ mÆt. Gèm xilicat: Buång dËp hå quang b»ng vËt liÖu gèm sö dông cã hiÖu qu¶ kinh tÕ cao chØ khi s¶n xuÊt khèi l­îng lín v× sù gia c«ng cña nã rÊt phøc t¹p. 6. KÕt cÊu vµ kiÓu buång dËp. Qua ph©n tÝch c¸c d¹ng kÕt cÊu vµ kiÓu buång dËp. Chän kiÓu buång dËp hå quang lµ kiÓu dµn dËp. Dµn dËp ®­îc chÕ t¹o tõ l¸ thÐp non. KiÓu Dµn dËp Sè l­îng tÊm cho mét chç ng¾t 5 BÒ dÇy mét tÊm (mm) 1 Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tÊm (mm) 3 Víi kiÓu buång dµn dËp phï hîp víi dßng ®iÖn ®Þnh møc 200A tiÕp ®iÓm ch÷ nhËt cã hai chç ng¾t phï hîp víi c«ng t¾c t¬ cã chÕ ®é lµm viÖc trung b×nh. Buång kiÓu dµn dËp 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.