Đồ án Khí cụ điện - Role Trung Gian

Đồ án Khí cụ điện - Role Trung Gian

Lời nói đầu

động hoá cao, trong đó Rơle không nằm ngoài khả năng tự động hoá,điều khiển các quá trình sản xuất Chính vì vậy vai trò cần thiết của sự nghiên cứu, thiết kế Rơle là

đặc biệt quan trọng nhằm nâng cao tính năng tự động hoá, và tuổi thọ làm việc của chúng không ngừng đợc hoàn thiện hơn

Đợc sự giúp đỡ của các thầy cô trong nhóm khí cụ điện , thuộc bộ môn Thiết Bị

Điện - Điện Tử Công Suất, Khoa Điện Đặc biệt là sự hớng dẫn tận tình của thầy Phạm Văn Chới, em đã hoàn thành đợc đồ án môn học, với đề tài thiết kế Rơle trung gian kiểu kín, xoay chiều

Do hiểu biết, kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn, cộng với kinh nghiệm thực tế còn ít, nên trong quá trình thiết kế đồ án môn học em không khỏi mắc phải những sai sót

I Giới thiệu chung về các loại khí cụ điện

Khí cụ điện là những thiết bị, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình sản xuất, biến đổi, truyền tải phân phối năng lợng và các dạng năng lợng khác

Trong các loại khí cụ điện thì Rơle có một vị khá quan trọng, nó dùng để bảo vệ các thiết bị hay điều khiển các quá trình sản xuất Trong các loại Rơle thì Rơle trung gian là loại tăng thêm số tiếp điểm cho Rơle chính

II Yêu cầu chung khi thiết kế

Đối với Rơle trung gian kiểu kín khi thiết kế phải thoã mãn các yêu cầu cơ bản của một sản phẩm công nghiệp hiện đại nh yêu cầu về kỹ thuật, về vận hành, về kinh

tế, về công nghệ chế tạo và về lĩnh vực xã hội, đặc trng của những yêu cầu trên đợc biểu hiện qua các qui định chuẩn mức, tiêu chuẩn chất lợng cửa nhà nớc hoặc của ngành và chúng nằm trong nghiệp vụ thiết kế kỹ thuật

1 Yêu cầu về kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật có thể nói là yêu cầu quan trọng và quyết định đối với quá trình thiết kế của khí cụ điện Phải xác định đợc phơng án tối u, chính xác hoá kết cấu khối của khí cụ điện, các yêu cầu đó đợc thể hiện bằng độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận của khí cụ điện điện khi chúng làm việc ở chế độ định mức, chế độ sự cố ngắn mạch…

Yêu cầu về kỹ thuật còn phải đảm bảo độ bền cách điện của những chi tiết hay bộ phận cách điện và khoảng cách cách điện khi làm việc với điều kiện khắc nghiệt nhất

nh trờng hợp quá điện áp tức là điện áp cao nhất, kéo dài thời gian làm việc hoặc trong điều kiện môi trờng xung quanh không có lợi cho mọi thiết bị điện nh ma, ẩm, bụi Khi thiết kế về mặt kỹ thuật ta còn phải chú trọng đến độ bền cơ và tính chịu…mài mòn của các bộ phận khí cụ điện trong giới hạn số lần thao tác đã thiết kế, thời hạn làm việc ở chế độ định mức và chế độ sự cố xảy ra

Phải đảm bảo khả năng đóng cắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố, độ bền điện của các chi tiết, bộ phận Khi thiết kế phải tạo khả năng triệt để những chi tiết, hình mẫu đã chuẩn hoá

2 Yêu cầu về lĩnh vực kinh tế v xã hội.à

Cơ sở kinh tế kỹ thuật của các kết cấu mới phải đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cho nền kinh tế quốc dân Chúng đợc biểu hiện qua các chỉ tiêu định lợng

3 Yêu cầu về vận hành

Khi vận hành là khâu có thể coi là giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, trong khi vận hành sẽ có rất nhiều yếu tố ảnh hởng tới quá trình vận hành nh môi trờng xung

cho ngời vận hành, sản xuất

Phải có tuổi thọ lớn và thời gian sử dụng lâu dài, đơn giản, dễ sửa chữa, thao tác vận hành và thay thế Vì vậy ta chọn loại kết cấu có ngàm gắn vào bảng, cộng với phần chân đế và phần Rơle hoạt động tách rời nhau, nhằm thay thế dễ dàng hơn Chi phí vận hành ít nhất và công suất tiêu tốn năng lợng ít nhất

4 Thiết kế công nghệ

Trong quá trình thiết kế công nghệ phải dựa vào những hớng dẫn, quy định của bản thiết kế kỹ thuật đã đợc thông qua kinh nghiệm sản xuất những kết quả về nghiên cứu và thử nghiệm Qua đó tiến hành chính xác kết cấu, nghiên cứu và lập bản vẽ công nghệ cho các chi tiết và bộ phận Từ đó xác định chính thức hình dáng của vỏ

và trang trí mỹ thuật, cách mạ, lớp phủ và chính xác hoá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

III Cấu tạo, kết cấu, nguyên lý hoạt động và sơ đồ khối của Rơle

Để thiết kế tốt đợc các mục tiêu nói trên đầu tiên ta phải nắm đợc nguyờn lý hoạt

động của Rơle trung gian kiểu kín, sau đó mới vẽ qua sơ đồ động của chúng

1 Cấu tạo

Rơ le trung gian kiểu kín là loại thiết bị điện có kết cấu khá đơn giản, đối với loại Rơle vì dòng điện nhỏ nên ta có thể bỏ qua hồ quang sinh ra giữa các bộ phận mang

điện Nh vậy Rơle chỉ bao gồm những bộ phận chính sau:

- Hệ thống tiếp điểm trong đó có tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh (bao gồm tiếp

điểm thờng đóng và tiếp điểm thờng mở nối liên động với nhau)

- Hệ thống thanh dẫn gồm có thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh

- Một nam châm điện xoay chiều

khụng cú buồng dập hồ quang nờn ta chọn kết cấu tiếp điểm kiểu cụngsụn Đõy là dạng tiếp xỳc điểm khụng cú lũ xo tiếp điểm riờng mà lợi dụng tớnh đàn hồi của thanh dẫn động để tạo lực ộp tiếp điểm , quỏ trỡnh tiếp xỳc cú sự trượt trờn bề mặt tiếp điểm và tiếp xỳc đầu khỏc tiếp xỳc cuối nờn tiếp xỳc tốt hơn

2 Sơ đồ động

1-tiếp điểm thờng đóng2-tiếp điểm thờng mở 3-Nắp

4- Thân

5 - Lõi6- Cuộn dây7- Thanh dẫn8- Lò xo nhả

9- Đế

3 Nguyên lý hoạt động

Rơle trung gian xoay chiều kiểu kín có nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ, nam châm điện thuộc loại hút chập và có tiếp điểm dạng côngsôn

Khi đa dòng điện I vào cuộn dây nam châm điện thì trong cuộn dây sẽ sinh sức

từ động F = IW, sức từ động này sinh ra từ thông khe hở không khí của nam châm

điện φδ, khi đó Fđt > Fph sẽ làm cho nắp của nam châm điện đóng lại đồng thời tiếp điểm thờng đóng mở ra và tiếp điểm thờng mở đóng lại

Khi không có dòng điện đa vào cuộn dây nam châm điện I = 0 thì khi đú

Fđt <Fph làm cho nắp nam châm điện mở ra và đồng thời hệ thống tiếp điểm lại trở

nghiệt của môi trờng tới sự vận của thiết bị, đặc biệt là ma gí, độ ẩm và bụi sẽ làm ảnh hởng tới tính chất dẫn điện của vật liệu.

3 Nhợc điểm

Song ngoài những u điểm nói trên thì Rơle trung gian kiểu kín còn có những hạn chế nhất định Khi phần Rơle nằm trong vỏ hộp thì nó sẽ bị giới hạn bởi phần không gian nên khả năng tản nhiệt của nó sẽ khó khăn hơn

Chơng II : Khoảng cách cách điện

Khoảng cách cách điện trong khí cụ điện đặc biệt trong Rơle đóng một vai trò khá quan trọng Đây là yếu tố ảnh hởng trực tiếp tới kích thớc của Rơle và độ tin cậy khi vận hành Do đó việc cần phải xác định hợp lý khoảng cách cách điện

có một ý nghĩa không nhỏ trong khi thiết kế toàn bộ các chi tiết cụ thể của khí cụ

điện

1 Điện áp định mức theo cách điện

Với khí cụ điện điều khiển hạ áp có điện áp tới 1000 V thì chúng tồn tại các tiêu chuẩn, qui định về độ bền cách điện theo điện áp định mức ở trạng thái khô sạch của khí cụ điện cha vận hành, ở trạng thái nóng nguội của cách điện, nó phải chịu đợc điện áp thử, tần số 50 Hz

2 Khoảng cách cách điện giữa các phần tử dẫn điện có điện áp khác nhau

Để cho Rơle có độ tin cậy cao thì phải có khoảng cách cách điện lớn Song nh vậy kích thớc và khối lợng của Rơle lại tăng lên Vì vậy nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo qui định của công nghiệp điện lực Việt Nam cho các khí cụ điện hạ áp thông dụng

Đối với khí cụ điện hạ áp thì 1 mm có thể chịu đợc điện áp là 3000V vì vậy

đối với thông số 220V ta cũng có thể chọn khoảng cách cách điện là 1 mm Khoảng cách cách điện còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, của bụi bẩn, độ

ẩm, trạng thái bề mặt của vật liệu Vì vậy khi thiết kế hình dạng, cấu trúc của cách

điện sao cho khi vận hành bụi băn không phủ lên chúng Do đó ta dùng kết cấu của cách điện có gờ để đồng thời làm giảm kích thớc của thiết bị

Để chống việc bụi tích tụ trên bề mặt cách điện ta nên gia công nhẵn, phẳng và chổ nối của hai bề mặt nên gia công có độ cong đều đặn

Chơng III dẫn điện : Mạch vòng

I Sơ lợc về mạch vòng dẫn điện.

Trong Rơle trung gian thì mạch vòng dẫn điện đống một vai trò hết sức quan trọng, bởi vì nó là nhân tố truyền điện tác động tới các cơ cấu của Rơle ,đồng thời một phần của nó cũng làm hệ thống phản lực, nhằm hỗ trợ cho kích thớc của thiết

bị nhỏ tối u

Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dáng kết cấu và kích thớc hợp thành đối với Rơle trung gian kiểu kín thì nó bao gồm những bộ phận chính sau:

- Thanh dẫn: Gồm thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh

- Dây nối mềm: Để nối từ vít đến thanh dẫn động

- Đầu nối: Gồm vít và mối hàn

- Hệ thống tiếp điểm: Gồm gá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh

- Cuộn dây dòng điện

Nh vậy nhiệm vụ tính toán thiết kế của mạch vòng dẫn điện là phải xác định các kích thớc của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện Tiết diện kích thớc của các chi tiết quyết định cơ cấu của mạch vòng dẫn điện và cũng quyết định kích th-

ớc của Rơle trung gian kiểu kín

Do đó trình tự tính toán thiết kế của mạch vòng dẫn điện sẽ bao gồm các bớc tính toán sau:

II thanh dẫn

Để thiết kế đợc thanh dẫn động ta phải tính các bớc sau:

- Xác định các kích thớc và tiết diện của nó ở chế độ làm việc dài hạn và các chế

Nhiệt dung Cp = 0,385 J/gC

Về dạng kết cấu của thanh dẫn động có tiết diện ngang hình chữ nhật, với bề rộng là a và bề dày là b

I

od T

p

K n n

K

τ

ρθ+

Tra bảng 6-1 ta có loại Rơle này thuộc khí cụ điện điều khiển, do đó có thể chọn cấp cách điện A nên: τôđ = 550C, θôđ = 950C.

KT : Hệ số tản nhiệt ra khống chế, tra bảng 6-5 có KT95 = KT20(1 + 0,05.95) = 34,5 (W/m2

1 10 (

10 2

1 0,0232.10 0

1.3 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn

+ Xác định nhiệt độ của thanh dẫn:

S.D =

) (

) 1

.(

)

.(

2

mt od T

od dm

mt od T

dm

K

I K

I

θ θ

αθ

ρ θ

.

.

0 2 0 2

I D S

D S

−

+

Với ρ 0: Điện trở suất của đồng phôtpho ở 00C

ρ 0=

) 20 1

(

20

α

ρ + = ( 1 0 , 0043 20 )

10 01754 , 0

8

,

2

40 8 , 14 8 , 2 10 01615 , 0 100

+Kiểm nghiệm lại dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn

.D K T od −

S

10 0232 , 0

) 40 95 ( 10 6 8 , 14 8 , 2

Thanh dẫn tĩnh có chức năng là bộ phận cắm trực tiếp với đế, và có chứa cả tiếp

điểm để tiếp xúc với thanh dẫn động qua đầu nối

Nh vậy khả năng làm việc của thanh dẫn tĩnh ngoài độ bền điện nó còn phải

đảm bảo độ bền về cơ, do đó ta chọn kích thớc thanh dẫn tĩnh có cùng bề rộng với thanh dẫn động nhng bề dày thì lớn hơn nh sau:

III Tiếp điểm

1 Chức năng của tiếp điểm

Khi có sự tác động của mạch điều khiển thì tiếp điểm luôn thực hiện chức năng

đóng ngắt của các khí cụ điện đóng ngắt Mỗi lần nh vậy sẽ ảnh hởng trực tiếp

đến độ bền cơ, độ bền nhiệt và độ bền về điện

Kết cấu và các thông số của hệ tiếp điểm xác định các thông số chính

Đây là loại nam châm có kiểu hút chập nên chọn tiếp điểm có dạng côngsôn tức

là nó có một đầu gắn cố định và một đầu tự do luôn nghiêng với mặt phẳng của nắp mạch từ 1 góc là α

2.Yêu cầu chính đối với tiếp điểm

+ Khi khí cụ điện làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ cho phép, tức là phải nhỏ hơn 950C Nhiệt độ của vùng tiếp xúc phải bé hơn nhiệt độ biến đổi tinh thể của vật liệu dùng làm tiếp điểm

+ Với dòng điện cho phép (dòng khởi động hay dòng ngắn mạch) tiếp điểm phải chịu đợc độ bền nhiệt và độ bền điện động

+ Khi làm việc với dòng điện định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép, tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất

Để cho ngắn gọn ta chọn công thức tính đối với tiếp điểm là các công thức kinh nghiệm

3 Chọn vật liệu làm tiếp điểm

Để đảm bảo yêu cầu điện trở suất và điện trở tiếp xúc nhỏ, ít bị ăn mòn, ôxi hoá, khó hàn dính, độ cứng cao Đặc tính công nghệ tốt, phù hợp với nhu cầu sử dụng của ngời tiêu dùng, cộng với dòng điện Iđm = 10A

Theo bảng 2-13 ta có thể chọn vật liệu làm tiếp điểm là Bạc kéo nguội, có các thông số kỹ thuật sau:

Đối với dòng điện là 10A thì ta chọn :

Đờng kính tiếp điểm là: d =5 mm.(Tức ta phải chọn d < a)

chiều cao của tiếp điểm là: h = 1,5 mm

Tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh có dạng hút chập

4 Xác định lực ép tiếp điểm

Lực ép tiếp điểm đảm tiếp điểm làm việc bình thờng ở chế độ dài hạn, mà trong chế độ ngắn hạn dòng điện lớn, lức ép tiếp điểm phải đảm bảo cho tếp điểm không bị ra do lực điện động và không bị hàn dính khi tiếp điểm bị đẩy và bị rung Theo công thức 2-17 ta có giá trị của lực tiếp điểm là:

10 06 ,

6 Điện áp rơi trên điện trở tiếp xúc của tiếp điểm

Trong trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần đầu nối, điện trở của các vật liệu làm tiếp

điểm là không đáng kể so với Rtx, vì vậy theo công thức điện áp rơi trên tiếp điểm

sẽ bằng:

7 Tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm.

Dựa vào sự cân bắng nhiệt trong quá trình phát nóng của thanh dẫn, có tiết diện không đổi, giả sử có một đầu tiếp xúc với thanh dẫn khác và nguồn nhiệt đặt tại nơi tiếp xúc:

Ta tính nhiệt độ phát nóng của tiếp điểm theo công thức 2-11:

θtđ = θmt +

T

td dm T

dm

K D S

R I K

D S

I

2

.

6

3 2

10 6 8 , 14 8 , 2 416 , 0 2

10 51 , 0 10 10

6 8 , 14 8 , 2

10 0232 , 0 10

8

2 2 2

tx dm td

10 0232 , 0 416 , 0 8

) 10 51 , 0 10 (

−

− = 52,180C

Nh vậy θtx < [θtx] = 1800C là nhiệt độ dạng tinh thể của vật liệu tiếp điểm là

Bạc.

8 Xác định dòng điện hàn dính

Khi dòng điện qua tiếp điểm lớn hơn dòng điện định mức Im tức là ở thời điểm quá tải khởi động hoặc ngắn mạch, nhiệt độ sẽ tăng lên và tiếp điểm bị đẩy do lực

điện động, dẫn đến khả năng bị hàn dính Độ ổn định nhiệt và độ ổn định điện

động là các thông số quan trọng đợc biểu thị qua trị số của dòng điện tới hạn Ithdh, tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm

Theo thực nghiệm ta có thể xác định dòng điện hàn dính bằng công thức 2-36.:

9 Độ ăn mòn của tiếp điểm

Sự ăn mòn của tiếp điểm thể hiện qua thời gian sử dụng với số lần đóng ngắt, chúng đợc xác định theo công thức 2-48:

N =

ng d

m ng

d

m

g g

V V

V

V

+

= +

Trong đó:

Vđ , Vng : Thể tích mòn riêng của một lần đóng và ngắt

gd, gng: Khối lợng mòn riêng của một lần đóng và ngắt

N: Độ chịu mòn qua thời gian sử dụng với số lần đóng ngắt

Vm:Phần thể tích của đôi tiếp điểm bị ăn mòn ảnh hởng tới độ lún của tiếp điểm Coi Ing = Iđm = 10A

Độ mở cần thiết phải đủ lớn để nó có khả năng dập hồ quang, song nó không

đ-ợc quá lớn sẽ ảnh hởng tới kích thớc của Rơle

Theo kinh nghiệm 1mm có khả năng chịu đợc 3000V, nhng vì kết cấu của Rơle không có buồng dập hồ quang nên để tiếp điểm không bị phá hỏng do hồ quang

Iđm =10A

10.2 Độ lún

Độ lún của tiếp điểm là quãng đờng đi thêm đợc cảu tiếp điểm động, nếu không

có tiếp điểm tĩnh chặn lại Cần thiết phải có độ lún của tiếp điểm để có lực ép của tiếp điểm và trong quá trình làm việc tiếp điểm bị ăn mòn nhng vẫn đảm bảo tiếp xúc tốt

Vì vậy phải chọn độ lún của tiếp điểm lớn hơn độ ăn mòn hm của tiếp điểm thì mới đảm bảo tiếp xúc tốt l = (1,5 ữ 2,5)hm

ở đây chọn l = 1,5hm =1,5.0,48 = 0,72 mm

Nh vậy tiếp điểm đi đợc hành trình là δ = 2 + 0,72 = 2,72 mm

đến đây ta có thể chọn độ cao của các tiếp điểm tĩnh là : 1 mm

độ cao của tiếp điểm động là : 1,6 mm

10.3 Xác định độ rung của tiếp điểm

Khi tiếp điểm đóng, thời điểm bắt đầu tiếp xúc có xung lực va đập cơ khí giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra hiện tợng rung của tiếp điểm Tiếp điểm

động bị bật trở lại với một biên độ nào đó, rồi lại tiếp tục va đập quá trình tiếp xúc

rồi lại tách rời giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh xảy ra sau một thời gian thì kết thúc, chuyển sang trạng thái tiếp xúc ổn định, sự rung kết thúc.

Đối với quá trình rung thì nó đợc biểu thị bằng sự đánh giá độ lớn của biên độ

Xm.Tuổi thọ của tiếp điểm phụ thuộc rất lớn vào thời gian rung và biên độ rung

Xm =

tdd

v do d

F

K V

m

2

) 1 ( 2 −

Trong đó:

Ftđđ: Lực ép tiếp điểm đầu, Ftđđ= 0,2 N

Vđo: Vận tốc tại thời điểm va đập, chọn Vđo=0,1m/s

Kv : Hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu, chọn Kv=0,85

mđ: Khối lợng phần động ,mđ= 0,2 N

⇒Xm =

02 , 0 2

) 85 , 0 1 (

1 , 0 02 ,

= 0,00075 m = 0,75 mmBiên độ rung của 2 lò xo tiếp điểm:

Xm ∑ =Xm/2 = 0,75/2 = 0,375

Thời gian rung của tiếp điểm đợc tính theo công thức 2-40:

02 , 0

85 , 0 1 1 , 0 02 , 0 2 1

2

d

F

K V

m

sec Thời gian rung của 2 lò xo tiếp điểm đợc xác định theo công thức:

tm ∑ =tm/2 =0,078/2 = 0,039 sec

tổng thời gian rung tính sơ bộ theo công thức 2-47:

tm ∑ = (1,5 ữ 1,8).2.tm

chọn tm ∑ = 1,5.2.tm = 1,5.2.0.078 = 0,234 sec

IV Đầu nối

Đầu nối tiếp xúc là phần tử rất quan trọng của khí cụ điện, nếu không chú ý dễ

bị h hỏng nặng trong vận hành nhất là đối với khí cụ điện có dòng điện lớn và điện

áp cao Có thể chia làm 2 phần:

- Các đầu cực để nối với dây dẫn bên ngoài

- Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện

Yêu cầu đối với các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức không đợc tăng quá trị số cho phép, do đó mối nối phải có kích thớc và lực ép tiếp xúc tốt để điện trở tiếp xúc Rtx không lớn, ít tổn hao công suất Mối nối tiép xúc cần có đủ độ bền về cơ và độ bền nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua

Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lợng tổn hao và nhiệt độ phải ổn định, khi khí cụ

điện vận hành liên tục

Chọn kết cấu: Mối nối có thể tháo rời đợc, dây dẫn đợc nối với đầu thông qua mối hàn có tráng thiếc thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh, ngoài ra phần đầu nối phải bố trí sao cho hợp lý để đỡ gây ảnh hởng tới yếu tố xung quanh

Với dòng điện I = 10A, ta chọn mối nối tháo dời và sử dụng loại vít M3 bằng thép CT3, vậy có thể lấy d = 3mm

Tiết diện của lỗ vít:

Slv = 2 2 7 , 07 2

4

3

Chọn chiều rộng của phần bắt Bulông : 5 mm

chiều dài của phần bắt Bulông : 8 mm

Lực ép của mối nối đợc tính theo công thức:

f cu

K

K I

τ

ρ

.

2

D S K

K I

2

7 , 21 14

, 3 5 , 34

05 , 1 10 0176 , 0 10 4

.

.

ρcu: Điện trở suất của đồng, ρcu= 0,0176.10-3Ωmm

Nh vậy nhiệt độ chênh của dây dẫn mềm là τ = 21,70C ?, lúc đó nhiệt độ của dây dẫn sẽ có giá trị là θôđ = θmt + τôđ = 40 + 21,7 = 61,70C

Vậy θôđ < [θôđ] = 950C do đó nó có đủ chỉ tiêu về lĩnh vực kỹ thuật

Đối với dây dẫn mềm là phải thiết kế sao cho nó có thể chịu đợc nhiệt độ, mà ở nhiệt độ phát nóng của dây không đợc lớn hơn trị số cho phép, phải bảo đảm cách

điện Dây dẫn phải có đủ độ mềm và chiều dài, để khi Rơle làm việc không ảnh ởng tới quá trình đóng ngắt của các tiếp điểm Chọn chiều dài của dây dẫn là 4 cm

Đối với loại này ta cần tổng hợp ở hai vị trí khác nhau δ=0 và δ≠0.

Sơ đồ động cho ta biết về sự chuyển động của các cơ cấu

1.1.Chọn vật liệu làm tiếp điểm.

Vật liệu dùng làm lò xo tiếp điểm là hợp kim của kim loại màu nh đồng phốt pho cứng Lò có dạng tấm phẳng, lò xo kiểu này có lực không lớn tuy nhiên độ võng cũng nhỏ, độ bền điện, cơ cao Có khả năng chống ăn mòn tốt hơn

Thông số của đồng phốt pho:

Ký hiệu: bp0φ6,5Giới hạn đàn hồi: σk=550 N/mm2

Gới hạn mỏi cho phép khi uốn: σu=350 N/mm2

Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: σx=120 N/mm2

Modul đàn hồi: E=110.103 N/mm2

Modul trợt: G=42 103 N/mm2

Điện trở suất: ρ=0,176.10-6Ωm

1.2.Tính toán lò xo tiếp điểm.

Khi Rơle tác động thì gây ra lực ép tiếp điểm ở 2 tiếp điểm thờng mở.+ Lực ép tiếp điểm cuối của lò xo: Ftđc = 2Ftđ = 2.0,2 = 0,4 N

+ Lực ép tiếp điểm đầu của lò xo :

Chiều rộng của lò xo là chiều rộng của thanh dẫn động a=7mm

Chiều dày của thanh dẫn động là chiều dày của lò xo b=0,4 mm

.

mm b

I F f

3

.

mm b

a

l: Chiều dài của thanh dẫn động, l=20 mm

037 , 0 10 110 3

20 2 , 0

+ Kiểm tra lại lò xo tiếp điểm

Dựa theo các kích thớc của lò xo đã biết xác định độ lớn ứng suất uốn thực tế

W

l F

187 , 0

20 2 , 0

= σ

Vậy σtt=21,4<[σu]=190 là thỏa mãn các phơng án đã chọn

Vật liệu làm lò xo nhả dùng loại thép cácbon có độ bền về cơ cao, do bản thân

nó không đãn điện Kiểu của lò xo thuộc loai xoắn hình trụ, có khả năng chịu kéo tốt

Đây là loại lò xo đợc sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế

Lò xo nhả khi làm việc luôn ở trong tình trạng kéo, tức là nó tạo ra lực ép tiếp điểm thờng đóng, khi đó thì Fđt=0

Từ bảng 4-1 (TKKCĐHA) ta có các thông số kĩ thuật của lò xo:

Kí hiệu I(Π)

Điện trở suất: ρ=(0,19ữ0,22).10-6Ωm

Độ bền giới hạn khi kéo σk=2200 N/mm2

Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn: σx= 480 N/mm2

Giới hạn mỏi cho phép khi uốn: σu=770 N/mm2

đặc trng cho độ cong của các vòng lò xo và xác định ứng xuất tập trung trong vật liệu của lò xo

Chỉ số C còn phụ thuộc vào dờng kính d của dây quấn lò xo, khi d nhỏ thì nên lấy C lớn và ngợc lại Trớc tiên cần tính lực lò xo nhả, do chỉ dùng một lò xo nhả do

đó lực Fnh của lò xo nhả ban đầu phải tạo đợc Ftđc của 2 tiếp điểm thờng đóng, trọng ợng phần động Gđ và lực ma sát Fms, đợc tính theo:

) ( 72 , 0 ) 2 , 0 4 , 0 (

2

,

1

N F

K

F

N F

nh nhc

10 08 , 1 6 , 1

6

d: Đờng kính dây quấn của lò xo.

C: Chỉ số của lò xo, C=10

36 , 0 10 8

36 , 1 3 , 0 10 80

lk=W.tk=12.0.3 = 3,6 mm+ Độ cứng của lò xo chính là lực do lò xo sinh ra khi bị kéo một khoảng 1 mm:

25 , 0 12 10 8

3 , 0 10 80

8

d G f

12 3 36 , 0 8

8

3 4

W D F

+ Kiểm nghiệm lại:

Trị số ứng suất xoắn khi có lực theo công thức 4-28:

306 3

, 0

10 08 , 1 8

8

2

=

π π

σ

d

c F

σx=306<[σx]=580 (N/mm2)

Vậy σx tính toán kiểm lại có giá trị nhỏ hơn giá trị cho phép nên thỏa mãn điều kiện

3.3.Tính toán lực quy đổi.

Khi cha quy đổi:

+ Ftđc Σ=0,4N

+ Ftđđ Σ=0 N

+ Fnhđ=0,72 N

+ Fnhc=1,08 N

+ Gđ=0,2 N

Khi quy đổi về lực hút điện từ:

Cánh tay đòn của lực hút điện từ Fđt là (l – lđt)=

Độ mở và khoảng lún quy đổi lần lợt đợc tính nh sau:

III.Đặc tính cơ đợc biểu thị qua trang sau

đờng đặc tính cơ ta chọn khe hở làm việc tức là khe hở công nghiệp bằng 0,05mm

Chơng V : Tính toán Nam châm điện

Giới thiệu chung về nam châm điện

Nam châm điệm đợc sử dụng rộng rãi mà không một lĩnh vực khoa học kỹ thuật nào không sử dụng Nam châm điện đợc sử dụng đặc biệt trong lĩnh vực sinh lực (truyền động ) để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến, các chuẻyn dịch quay hoặc sinh ra lực hãm

Với các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau đòi hỏi các nam châm điện khác nhau về hình dáng, kết cấu và ứng dụng Có những nam châm điện rất bé khoảng vài milimét và có những nam châm có kích thớc đến hàng mét Khối lợng của chúng từ vài gam đến vài tấn Lực điện từ của nam châm từ vài phần gam đến hàng chục tấn Hành trình từ vài micromets đến hàng mét Công suất từ vài milli-oát đến hàng chục kilô-oát Các quá

trình vật lý xẩy ra trong nam châm điện rất phức tạp, thờng đợc mô tả bằng phơng trình vi phân, phi tuyến Vì vậy cho đến nay việc tính toán nam châm điện thơng dựa theo những công thức kinh nghiệm gần đúng rồi kỉêm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, đa ra đợc kết quả tối u Ngày nay cùng với sự phát triển của các công cụ tính toán mạnh và các phơng pháp tính toán tối u, việc tính toán nam châm điện thông qua các phầm mền chạy trên các máy điện toán đã nhanh hơn và cho kết quả tối u.

Trong các cơ cấu điện từ, đặc biệt trong rơle trung gian thì nam châm điện có nhiệm quan trọng là cơ quan sinh lực để thực hiện tịnh tiến cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm

Nguyên lý hoạt động của nam châm điện, khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra lực điện từ hút nắp

Những đặc điểm của nam châm điện một chiều là:

Mạch từ làm bằng thép ít Cácbon chế tạo ở dạng khối, tiết diện mạch từ là hình tròn.Cuộng dây có đờng kính dây nhỏ (do điện trở tác dụng) với số vòng dây lớn

Lực sinh ra lớn với hành trình ngắn Đặc tíng hút có hình hypecbol (dốc)

Sức từ động của cuồn dây điện áp không đổi, không phụ thuộc vào hành trình phần ứng

Dòng điện trong cuộn dây không phụ thuộc vào vị trí của phần ứng, luôn có giá trị không đổi

Công suất tiêu thụ bé, thời gian tác động lớn ( vì cuộn dây có nhiều vòng, hằng số thời gian điện từ lớn)

Độ chịu mài mòn của mạch từ lớn , độ tin cây cao, khối lợng và kích thớc bé ( so với nam châm điện xoay chiều tạo ra cùng một lực )

II)Tính toán nam châm điện

1) Chọn kết cấu:

Nam châm điện về hình thức rất đa dạng, có nhiều dạng kết cấu khác nhau về mạch từ và cuộn dây Vì vậy dẫn đến sự khác về dặc tính động, lực hút điện từ và công nghệ chế tạo Nh chơng I ta đã chọn mạch từ có dạng hình chữ U, Kiểu hút chập và cuộn dây quấn trên mạch từ Do đây là nam châm điện xoay chiều nên ở phía trên cực từ của cuộn dây ta đặt thêm một vòng ngắn mạch

Để có kết cấu tối u ta phải chọn hệ số kết cấu theo công thức 5-2 ta có:

δ

dt kc

44 , 1

Đặc tính cơ bản của vật liệu từ là quan hệ giữa từ cảm B và cờng độ từ trờng H, một

đặc tính cơ bản khác của vật từ là quan hệ giữa mật độ từ thẩm tơng đối và từ cảm B Các thông số của vật liệu từ

ở trạng thái phần ứng hở, hệ số từ rò δr , phụ thuộc rất lớn vào khe hở không khí làm việc.

4 Kích thớc và thông số của nam châm diện

4.1.Tiết diện của lõi thép

Nh trên ta đã chọn kết cấu của nam châm có hình chữ U, do đó diện tích các cực từ ở hai phía bằng nhau và tiết diện lói sắt có dây quấn hình vuông vì các kích th-

ớc có quan hệ tối u là 1 còn cực từ đối diện với nó lại có hình chữ nhật dẹt Khi tính toán sơ bộ không cần biết kết quả chính xác để việc tính toán đỡ phức tạp Các kích thớc tìm đợc cần phù hợp với vật t tiêu chuẩn và đạt đợc thông số tối u mà thiết kế dặt

ra Nếu gọi S1 và S2 là diện tích hai cực từ thì ta có: S1=S2=S

Dựa vào từ thông Φ1th và Φ1nhđi qua lõi có cuộn dây và dựa vào từ cảm đã chọn khi he hở không khí làm việc tại điểm tới hạn B1th hoặc Btnh tính diện tích cần thiết của lõi S1 hoặc mũ lõi theo công thức tính lực hút điện từ của Macxoen

Tiết diện của nam châm điện xoay chiều đợc xác định theo công thức:

( )N S B S

B S

2 1 4 0

1

2 1 1 0

2

1 19 , 9 10

4

.

4 2

1 4

6 , 0 10 9 , 19

44 , 1

Vì lực điện từ chỉ tác dụng ở cực từ phía có dây quấn

Nếu gọi d là đờng kính của cực từ Nam châm điện , thì :

S1= π.d2/4 , suy ra d2 = 4S1/π = 4.20,5/π = 26,1

Từ đó ta có d = 5,1 mm

4.2.Kích thớc nam châm điện.

4.2.1 Sức từ động của cuộn dây năm châm điện xoay chiều

nam châm do điện do cuộn dây sinh ra, nó tạo ra từ áp ở khe hở không khí làm việc, sức từ động tổn hao từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép, tổn hao trong vòng ngắn mạch Các tổn hao này làm tăng dòng điện trong cuộn dây, nên sức từ động của cuộn dây cũng tăng Ngời ta sử dụng trị số tổng khe hở làm việc tơng đơng ở trạng thái thứ hút của phần ứng gồm các khe hở giả định δhệ thống, khe hở công nghệ δcông nghệ và khe

hở chống dính δcđ để đặc trng cho từ áp rơi trên lõi thép, tổn hao từ trễ, dòng điện xoáy và dòn trong vòng ngắn mạch

Σδh=2δcông nghệ+δchế độ+δht