Thiết kế nam châm điện của công tắc tơ xoay chiều 3pha

Thiết kế nam châm điện của công tắc tơ xoay chiều 3pha

TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN.

Hãy thiết kế nam châm điện của công tắc tơ xoay chiều 3 pha theo thông số sau: + δth = 4 mm

Sự khác nhau về dạng kết cấu dẫn đến sự khác nhau về: đặc tính chuyển độngtrong không gian, đặc tính lực hút điện từ và công nghệ chế tạo

Theo kinh nghiệm chế tạo và qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấucủa nam châm điện là mạch từ chữ U Cuộn dây được đặt ở cực từ giữa và vòngngắn mạch được đặt ở hai cực từ bên

Để việc chọn dạng kết cấu của nam châm điện đã tối hay chưa ta có các bướckiểm tra sau:

Xét trên đặc tính phản lực ta thấy rằng công tắc tơ muốn làm việc được thìkhi hút lực hút điện từ phải lớn hơn đặc tính cơ Fđt > Fcơ và khi nhả Ftđ< Fcơ

Theo công thức (5-2)TL1ta có hệ số kết cấu:

th

dtth kc

F K

δ

2

Trong đó:

Fđtth: lực hút điện từ tại điểm tới hạn (N)

δth : Khe hở tới hạn của nam châm điện (mm),

4

25 , 64 2 2

F K

Theo bảng (5-2) TL1 ta thấy chọn dạng kết cấu nam châm điện tối ưu là:

[kkc ] = 630÷63000 (N0,5/m)

Như vậy hệ số kết cấu tính toán kkc = 2834 (N0,5/m) ∈ [ kkc ] là phù hợp Vậy ta

chọn kiểu dáng kết cấu nam châm điện dạng chữ U là hợp lý

2 Chọn vật liệu:

+) Với mạch từ nam châm điện 1 chiều : Các chi tiết của mạch từ được gia công

từ thép tròn, thép khối hoặc thép tấm

Với các nam châm điện kích thước bé như rơle, công tắc tơ thường dùng mạch

từ bằng vật liệu thép kỹ thuật điện ít các bon эA và э (còn gọi là Apm co) +) Với mạch từ của nam chân điệm xoay chiều mạch từ được ghép bằng các láthép kỹ thuật điện

Dạng kết cấu của nam

châm điện

K KC

N 0,5 /mm Kg 0,5 /cm

Ví dụ số của hình vẽ

Mạch từ của nam chân điệm xoay chiều mạch từ được ghép bằng các láthép kỹ thuật điện

Đặc tính cơ bản của vật liệu từ là quan hệ giữa từ cảm B và cường độ từ trường

H Đặc tính này được xác định trong bảng các đường cong từ hóa và đặc tính quan trọng khác của vật liệu từ là quan hệ giữa độ từ thẩm tương đối và độ từcảm B

Theo bảng (5-3)/191-192 – TL1 ta chọn vật liệu làm mạch từ cho nam châmđiện là thép kỹ thuật điện hợp kim cao Kí hiệu ∃41

Do vậy các bạn có thể lựa chọn từ cảm khe hở không khí tới hạn Bδth trongkhoảng 0,6 ÷ 0,1 T

Từ cảm khe hở không khí tới hạn: Bδth = 0,4 (T)

Hệ số từ tản σt = 1,3 ứng với δth = 2,4 (mm) Theo trang 201 TL 1 ta có

σt = (1÷1,8)

Hệ số từ rò σr =1,2 ứng với δth= 2,4 (mm).Theo trang 202 TL1 σr =(1÷4)

4 Xác định các thông số chủ yếu nam châm điện:

Theo dạng kết cấu của nam châm đã chọn ta có:

S1 = S2

Trong đó:

S1, S2: diện tích cực từ bên

Nên ta có: F1= F2

Vậy lực hút tính toán toàn bộ nam châm điện: Fđttt = F1 + F2= 2F2=2F1

Mà ta lại có lực hút điện từ tính toán:

Fđttt = kdt Fcơth = 1,25 51,4 = 64,25(N)

Nên lực hút điện từ của cực giữa nam châm:

) ( 13 , 32 2

25 , 64 2

Theo công thức (5-8)/204 - TL 1 ta có:

) ( 1009 )

4 , 0 (

10 9 , 19

13 , 32

10 9 , 19

2 2

4 2

4

B

F S

có thể tham khảo thêm trong Tài liệu 1

Ví dụ với cực từ của nam châm điện xoay chiều :

Cạnh a của tiết diện lõi hình chứ nhật:

a=

b

S

,m Trong đó: a: chiều rộng tính toán của cực từ

b: chiều dày tính toán của cực từ

Nam châm điện có đặt vòng ngắn mạch chiều rộng a cần tăng lên nên a

KC =0,9 và 0,95

Vậy S = 0,9.b2 ⇒ b = 33 , 5 ( )

9 , 0

1009 9

, 0

5 ,

1009

a K

S b

Trong đó: a' : Chiều rộng cực từ bên.

∆v : chiều rộng vòng ngắn mạch,nằm trong khoảng từ 1 đến 2(mm),chọn ∆v = 2 (mm)

⇒ Bề dày cực từ bên: a' = 33 (mm)

Vậy kích thước cực từ bên là: a′ = 34,15 (mm)

b′ = 37,2 (mm)

Tiết diện cực từ bên: S1 = S3 = a′ b′ = 34,15.37,2 = 1270,38 (mm2)

5 Xác định kích thước cuộn dây :

a Xác định sức từ động của cuộn dây nam châm điện:

Sức từ động của cuộn dây cần thiết cho NCĐ tác động (IW)tđ có thể đượcchia làm hai thành phần :

- Phần thay đổi ở khe hở không khí làm việc khi phần ứng hở (IW)nh

- Phần không đổi (IW)h

µ

δ σ

δth r h

(A.vòng)

Với:µ0 = 4π.10-7= 1,256 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm qua khe hở không khí

Bδth = 0,4 (T): từ cảm khe hở không khí tới hạn

σr = 1,3: hệ số từ rò

Σδ : tổng khe hở không khí làm việc khi phần ứng hút

Theo trang 208 TL 1: Σδh = (0,2 ÷ 0,7) (mm) chọn Σδh = 0,5 (mm)

Vậy sức từ động khi phần ứng hút:

207 10

256 , 1

10 5 , 0 2 , 1 4 , 0 )

10 8 4 , 0

(IW)tđ = 207 + 2548 = 2755 (A.vòng)

(+) Tính hệ số bội số của dòng điện:

3 , 13 207

2755 )

IW

IW K

So sánh [ki]=4÷15 ta thấy ki =13,3 là phù hợp

b Xác định kích thước cuộn dây:

Theo công thức (5 - 24)/211 TL1 ta có tiết diện của cuộn dây:

).

(

) (

min

J k k k k

IW k

S

i ld qt U

td U

cd=

Trong đó:

kUmax = 1,1 : hệ số tăng áp

kUmin = 0,85 : hệ số sụt áp

kqt = 1: hệ số quá tải của dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn

J = 2 ÷ 4 (A/mm2): mật độ dòng điện Chọn J = 2 (A/mm2)

klđ = 0,3 ÷ 0,7: hệ số lấp đầy cuộn dây Chọn klđ = 0,6

ki = 11: hệ số bội số dòng điện

Vậy tiết diện cuộn dây:

) ( 223 2 3 , 13 6 , 0 1 85 , 0

2755 1 ,

cd

h

l = _ Khd : hệ số hình dáng

⇒ hcd = 2 lcd

Nên bề dày cuộn dây :

) ( 6 , 10 2

∆1 = (1÷2) mm: bề dày khung quấn dây Chọn ∆1=1mm

∆2 = (0,5÷1) mm : lớp cách điện phía trong cuộn dây Chọn ∆2 = 0,5 mm

∆3 = (0,5÷1) mm :lớp cách điện phía ngoài cuộn dây Chọn ∆3= 0,5 mm

∆4 = (5÷10) mm: khoảng cách từ bề mặt ngoài cuộn dây đến cực từ bên.Chọn ∆4 = 9mm

hcd = 18,2 (mm) : chiều cao cửa sổ cuộn dây.

Vậy chiều cao cửa sổ: hcs = 21,2+ 2.1 + 10= 33,2 (mm)

+ Chiều cao nam châm điện:

5 , 643

Vậy chiều cao nam châm điện: H = 15,1 + 33,2 + 18 = 66,3 (mm)

+ Chiều dài nam châm điện:

C = 22,1 (mm): chiều rộng cửa sổ mạch từ

h = 33,2(mm): chiều cao cửa sổ mạch từ

H = 66,3 (mm): chiều cao nam châm điện

A= 142,75 (mm): chiều dài nam châm điện

II Tính toán kiểm nghiệm nam châm Điện.

1 Sơ đồ thay thế.

Do chọn Bth= 0,4 (T) nên mạch từ

không bão hoà ta bỏ qua từ trở sắt từ

*Nên ta có sơ đồ đẳng trị mạch như

sau:

Gc1, Gc2, : từ dẫn chính các khe hở không khí

Gt1, Gt2, : từ dẫn tản đặc trưng cho từ thông tản ở các khe hở không khí

Gr1: từ dẫn đặc trưng cho từ thông rò

Ta có sơ đồ tương đương :

*/Để có sơ đồ tương đương:

2

1 1

G

r

G

b

- Nếu δ<3m thì

)/+ln(

./2(

δ 1 (

2

μ0

m

a G

+

= π

Với m : bề dày từ thông tản

m = (0,1 ÷ 0,2) δ chọn m = 0,1.δ

+ Theo mục 3 ta có Gδ4 từ dẫn của 1/2 nửa trụ rỗng với đường kính trong

δ, đường kính ngoài (δ + 2m); chiều dài a :

) ( )

δ 1 (

2

μ0

m

a G

+

= π

m

+ Theo mục 5 ta có Gδ6 từ dẫn 1 hình 1/4 cầu rỗng với đường kính trong δ,đường kính ngoài (δ + 2.m):

) ( 4

+ +

4 077 , 0 4 1

64 , 0

26 , 0 2

0

m m

b a b

a

δ µ

µ δ

với m =0,1δ ⇒ δ =µ δ + ( + )+ ( + )+0 , 4085 δ

11

64 , 0

52 , 0

0

b a b

a

ab

⇒Gδ =µ0abδ +0 , 578 (a+b)+0 , 4085 δ

a Tính từ dẫn khe hở không khí cực từ bên :

Theo kết cấu thiết kế của nam châm thì từ dẫn của khe hở không khí 2 cực từbên:

10 2 , 37 2 , 34

10 5 , 4 2

2

) (

1 1

2 1 2 1

2 1

G

G G G

G G

' 1 2 ' 1

2 1

' 1 2

2 1

2 1 2 1 2

2 1

' 2 1 2 1 2 1

' 2 1 δ

10 95 , 4 2

2

`

` )

(

) ).(

( ) (

) (.

+

= +

+ +

G

G G G

G

G G G G G

G

G G G G G G G G d

dG

0 0 4085 9 , 9 10

) 10 4 (

10 2 , 37 2 , 34

Ví dụ với nam châm điện xoay chiều dạng E:

Theo bảng (5 - 6)/227-231- quyển 1 vì ta chọn nam châm điện có dạng chữ U từdẫn rò có thể biểu diễn là ½ của chữ E như sau:

2 , 33 10 2 , 37 10 256 ,

2

15 , 30

1 , 22 1

10 2 , 33 64 , 0 10 256 , 1

2 1

64 , 0

a C

F K

Grb

10 4 ,

3

8

m H l

Đạo hàm 2 vế ta có :

δδ

δ

δ Σ

d

Gd+d

Gd

=d

⇒

δδ

δ Σ

d

Gd

=d

Gd

3 Xác định hệ số từ rò tại δ = δth:

= Φ

Φ Φ

10 76 , 3

( ) ( )  + 

Φ

δ δ

δ

δ

d

dG d

dG G

2

δ Σ

d

Gd

=d

Gd

K

2

d

dG K

10 95 , 4 25 , 0

) 10 25 , 2 ( 2 2 , 32

−

−

= Φ

(+) Từ cảm tại δ = δth:

4 , 0 43 , 0 10 1009

10 3 , 4

6 4

r δ δ

4 Xác định thông số cuộn dây:

Số vòng dây nam châm điện tính theo công thức trang 284- TL 1:

44 , 4

.

min

f

k U K W

tb

ir dk U

10 5 44 , 4

8 , 0 380 85 , 0

a Tiết diện dây quấn:

. cd cd ld

l h

q k

W

=

Trong đó: W = 2328 (vòng): số vòng cuộn dây

lcd = 10,6(mm): bề dầy cuộn dây

Chọn kld = 0,4: hệ số lấp đầy cuộn dây Với klđ = (0,3÷0,7)

hcd = 21,2 (mm): chiều cao cuộn dây

10 = (mm2)

b Đường kính dây quấn của cuộn dây :

Đường kính dây quấn không có cách điện

14 , 3

039 , 0 4

Tra bảng với chọn đường kính dây quấn d = 0,22 (mm) : không có cách điện

Ta có đường kính dây quấn kể cả cách điện : d′ = 0,25(mm)

Nên ta có hệ số lấp đầy cuộn dây :

2 , 21 6 , 10 4

) 25 , 0 (

14 , 3 2328

4

'

h l

d

So sánh với klđ = (0,3÷0,7) ta thấy klđ = 0,51 thỏa mãn

Ta có tiết diện dây quấn với k = 0,51 :

2328

2 , 21 6 , 10 51 , 0

Phạm Văn Chới

Bùi Tín Hữu

Nguyễn Tiến Tôn

3.Chi tiết máy.(TL 3)

Nguyễn Trọng Hiệp _ năm 1982