Thiết kế khí cụ điện hạ áp

Chia sẻ: Mr Yo Ko | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

0
201
lượt xem
116
download

Thiết kế khí cụ điện hạ áp

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong công cuộc xây dựng đất nước đi lên chủ nghĩa xã hội, vấn đề công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước là nhiệm vụ được Đảng và nhà nước ta đặt lên hàng đầu. Trong đó nhiệm vụ phát triển ngành công nghiệp năng lượng, sản xuất và truyền tải điện năng được đặc biệt coi trọng. Khí cụ điện là thiết bị điện dùng để điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp sự cố...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết kế khí cụ điện hạ áp

  1. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ LỜI MỞ ĐẦU Trong công cuộc xây dựng đất nước đi lên chủ nghĩa xã hội, vấn đề công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước là nhiệm vụ được Đảng và nhà nước ta đặt lên hàng đầu. Trong đó nhiệm vụ phát triển ngành công nghiệp năng lượng, sản xuất và truyền tải điện năng được đặc biệt coi trọng. Khí cụ điện là thiết bị điện dùng để điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp sự cố. Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lí làm việc và kích cỡ khác nhau, được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Việc tính toán thiết kế công tắc tơ nói riêng và khí cụ điện nói chung là nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo cho ngành công nghiệp điện năng của đất nước ta có thể tự chủ trong vấn đề sản xuất các thiết bị điện phục vụ cho sản xuất và truyền tải điện năng mà không phải phụ thuộc vào việc nhập khẩu từ nước ngoài. Dưới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án môn học Thiết kế khí cụ điện hạ áp do thày giáo Nguyễn Văn Đức hướng dẫn. Mặc dù trong thời gian qua em đã cố gắng hết sức tìm hiểu thực tế, nghiên cứu tài liệu để thực hiện đồ án, nhưng không thể tránh khỏi sai sót, em mong tiếp tục nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thày. Em mong bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ của thày giáo Nguyễn Văn Đức, thày trực tiếp hướng dẫn và toàn bộ các thày trong bộ môn Thiết bị điện - điện tử đã dạy dỗ em trong nhiều năm vừa qua. Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2007 Sinh viên Hà Đình Cường _____________________________________________________________ 1
  2. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TẮC TƠ I. Giới thiệu về công tắc tơ: 1. Định nghĩa: Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thuỷ lực hay khí nén. Thông thường hay gặp công tắc tơ đóng cắt bằng nam châm điện. Công tắc tơ điện từ gồm hai loại, công tắc tơ đóng cắt bằng nam châm điện một chiều và công tắc tơ đóng cắt bằng nam châm điện xoay chiều. 2. Cấu tạo chung: Công tắc tơ điện từ được cấu tạo từ những phần chính: Hệ thống mạch vòng dẫn điện, hệ thống dập hồ quang, hệ thống các lò xo nhả, lò xo tiếp điểm, nam châm điện, vỏ và các chi tiết cách điện. 3. Nguyên lý làm việc: Đưa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện tạo ra từ thông φ , từ thông sinh ra lực điện từ ở khe hở δ , do lực điện từ Fdt > Fphản lực lò xo nên nắp nam châm điện đậy xuống (δ = δ min ) , tiếp điểm đóng, công tắc tơ đóng, mạch thông. Ngắt công tắc tơ: Ngắt dòng điện ở cuộn dây nam châm điện làm mất từ thông (φ = 0) , lực điện từ Fdt = 0 nên lò xo kéo nắp nam châm điện mở, tiếp điểm mở, hồ quang điện được dập tắt ở buồng dập hồ quang, mạch điện ngắt. II. Chọn phương án thiết kế: 1. Phân tích chọn phương án thiết kế: Công tắc tơ điện từ xoay chiều dùng nam châm điện có hai dạng: + Mạch từ hình chữ U nắp hút quay quanh trụ. Tiếp điểm kiểu ngón, dạng tiếp xúc đường, dùng dây nối mềm để đưa điện vào tiếp điểm. Thích hợp với dòng điện lớn, chế độ làm việc nặng nề của công tắc tơ. + Mạch từ hình chữ E nắp hút thẳng, một phần phần ứng ngập trong lòng ống dây. Tiếp điểm kiểu cầu một pha hai chỗ ngắt, không cần dây nối mềm, dập hồ quang dễ hơn, dạng tiếp xúc của tiếp điểm là tiếp xúc điểm hoặc mặt tuỳ theo dòng định mức. Thích hợp với chế độ làm việc nhẹ nhàng của công tắc tơ. Qua phân tích các phương án thiết kế công tắc tơ trên kết hợp với yêu cầu thiết được giao là thiết kế công tắc tơ điện từ xoay chiều có dòng định mức _____________________________________________________________ 2
  3. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ nhỏ (30A) tần số thao tác 400lần/giờ là chế độ làm việc nhẹ nhàng nên chọn phương án thiết kế tối ưu là mạch từ hình chữ E nắp hút thẳng. 2. Phân tích chi tiết phương án đã chọn: *Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản. + Lực hút điện từ được phân bố đều. + Không cần dây nối mềm để đưa điện vào tiếp điểm động. *Nhược điểm: + Trọng lượng phần động lớn gây khó khăn cho việc hút. + Nếu dòng lớn thì độ mở tiếp điểm lớn dẫn đến kích thước công tắc tơ lớn. a) Dạng mạch từ: Mạch từ hình chữ E, cuộn dây đặt ở giữa, vòng ngắn mạch đặt ở hai cực từ bên, lực hút điện từ phân bố đều hơn, đặc tính lực hút điện từ sát đặc tính cơ đảm bảo thiết kế tối ưu. b) Hệ thống mạch vòng dẫn điện: Tiếp điểm kiểu cầu một pha hai chỗ ngắt, ưu điểm là dễ dập hồ quang, không cần dây nối mềm đưa điện vào tiếp điểm động, do đó kết cấu đơn giản. c) Buồng dập hồ quang: Buồng dập hồ quang kiểu dàn dập, kích thước nhỏ, hạn chế vùng hồ quang cháy, giảm âm thanh khi hồ quang cháy. d) Hệ thống phản lực: Dùng lò xo hình trụ chịu nén, xoắn, phản lực nhả của tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ đều sử Lò xo tiếp dụng phản lực lò xo. điểm tiếp điểm Vòng ngắn mạch nắp phần ứng Lò xo nhả cuộn dây nam châm điện Dạngkết cấu đơn giản _____________________________________________________________ 3
  4. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ CHƯƠNG II. TÍNH MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN 1. Tính thanh dẫn động: - Chọn vật liệu: Tra bảng trang 44 và bảng 2-22 trang 82, chọn vật liệu là đồng kéo nguội, kí hiệu: M1-TB + Tỉ trọng ( γ ): 8,9(g/cm 3 ). + Nhiệt độ nóng chảy: 1083 0 C. ⎛ ⎞ + Điện trở suất ở 20 0C ⎜ ρ 20 ⎟ : 1,58.10 −8 (Ω.m) . ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ + Độ dẫn nhiệt: 3,9 (W/cm. 0 C). + Tỉ trọng nhiệt: 0,39 (Ws/cm. 0 C). + Độ cứng Briven (H B ) : 80 ÷ 120(kg/mm). + Hệ số nhiệt điện trở (α ) : 0,0043(1/ 0 C). - Thanh dẫn hình chữ nhật: Theo công thức 2.6 trang 19TLTK ta có: I dm .ρθ .K ph 2 b= 3 ; ρθ = ρθod = ρ 20 .[1 + α (θ od − 20)] 2.n.(n + 1).K T .τ od a n= =4 ÷ 12 ; Kph =(1,03 ÷ 1,06) là hệ số tổn hao phụ do hiệu ứng b gần và hiệu ứng mặt ngoài, chọn = 1,06. τ od : [ 0 C ] độ tăng nhiệt độ ổn định, chọn = 55 0 C đối với đồng. ⎡ 1 ⎤ α : ⎢ 0 ⎥ hệ số nhiệt điện trở. ⎣ C⎦ W KT =(6 ÷ 12) hệ số toả nhiệt ở điều kiện không khí chuyển động tự m 2 .0 C nhiên, chọn = 7,5 ( tra bảng 6-5 trang 300TLTK). ⇒ ρθ =950C = ρ 20 [1 + α (θ od − 20)] = 1,58.10 −8 [1 + 0,0043(95 − 20)] = 2,09.10 −8 (Ωm ) Chọn n = 7. Kích thước thanh dẫn làm việc với Idm = 30A: 30 2.2,09.10 −8.1,06 b= 3 = 0,76(mm). 2.7.(7 + 1).7,5.55 => a = 7.b = 5,32(mm). Theo bảng 2-15 trang 51TLTK: a = dtd + (1 ÷ 2)mm. Với Idm = 30A chọn đường kính tiếp điểm d = 10mm (cao h = 1,8mm) nên ta chọn a = 12mm. Chọn b = 1mm. Kích thước thanh dẫn phụ làm việc với Idm = 5A: _____________________________________________________________ 4
  5. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ b = 0,22(mm). => a = 7.b = 1,54(mm). Theo bảng 2-15TLTK: Idm = 5A => d = 3mm ( cao 1mm) => chọn a = 5mm, chọn b = 0,3mm. 2. Tính kiểm nghiệm thanh dẫn: - Chế độ dài hạn: + Mật độ dòng điện: I 30 J= = = 2,5( A / mm 2 )〈 2 ÷ 4( A / mm 2 ) => thoả mãn. a.b 12.1 + Kiểm tra sự phát nóng thanh dẫn θ td : theo công thức 2-4 trang 18TLTK: I dm .ρ 0 .K ph + S . p.K T .θ 0 2 θ od = = S . p.K T − I dm .ρ 0 .K ph .α 2 30 2.1,45.10 −8.1,06 + (0,012.0,001).2.(0,012 + 0,001).7,5.40 = −8 ≈ 47 0 C (0,012.0,001).2.(0,012 + 0,001).7,5 − 30 .1,45.10 .1,06.0,0043 2 ρ 20 1,58.10 −8 Trong đó: ρ 0 = = = 1,45.10 −8 (Ωm ) 1 + α .20 1 + 0,0043.20 - Kiểm tra chế độ ngắn mạch: theo công thức 6-21 trang 313TLTK Aθ nm − Aθ 0 j nm = tính với tnm = 3; 5; 10s. t nm Với điều kiện nhiệt độ cho phép của đồng là 95 0 C. Nhiệt độ cho phép đối với đồng khi có dòng ngắn mạch là 300 0 C. Theo hình 6-6TLTK v à tra bảng 6-7 trang 305 TLTK ta có: Aθ = 1,4.10 4 ( A 2 .S/mm 4 ); Aθ = 3,75.10 4 ( A 2 .S / mm 4) . 0 nm 3,75.10 − 1,4.10 4 ( ) ( ) 4 *Với tnm = 3s: j nm = = 88,51 A / mm 2 < [ j nm ] = 94 A / mm 2 => 3 thoả mãn. *Với tnm = 5s: ( ) ( j nm = 68,56 A / mm 2 < [ j nm ] = 82 A / mm 2 => thoả mãn. ) *Với tnm = 10s: ( ) ( j nm = 48,48 A / mm 2 < [ j nm ] = 51 A / mm 2 => thoả mãn. ) Nhận xét: Dựa vào các kết quả kiểm tra ở chế độ ngắn hạn và dài hạn ta thấy các thông số a, b đều đạt yêu cầu kĩ thuật. 3. Đầu nối: Theo bảng 2-9 trang 32TLTK: *Với Idm = 30A chọn vít M5 × 15 có đường kính ren d = 5mm _____________________________________________________________ 5
  6. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ I dm + Diện tích tiếp xúc của đầu nối S tx = a dn .bbn = J tx Jtx: mật độ dòng tại chỗ tiếp xúc. Jtx = 0,31A/mm 2 => S tx = 30 0,31 ( = 96,77 mm 2 ) + Tính lực Ftx tại chỗ tiếp xúc: Ftx = f tx .S tx với ftx = (120 ÷ 150 )KG / cm 2 : lực ép tiếp xúc đơn vị. Chọn ftx = 120 KG/cm 2 . Ftx = 120.96,77.10 2 = 116,124(KG). + Điện trở tiếp xúc phần đầu nối Rtx: K tt Rtx = với m: hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc, chọn tiếp xúc (0,102.Ftx )m mặt, m=1. Ktt: hệ số tiếp xúc, theo bảng trang 59TLTK chọn Ktt = 0,14.10 −3 (Ωm ) 0,14.10 −3 ⇒ Rtx = = 1,2.10 −6 (Ω ) 0,102.1,139.10 3 + Điện áp rơi tại nơi tiếp xúc: U tx = Rtx .I dm = 1,2.10 −6.30 = 0,036(mV ) < [U tx ] = 2 ÷ 30mV Vậy việc chọn vít nối là thích hợp. *Với Idm = 5A, chọn vít có đường kính ren d = 3 mm + Diện tích tiếp xúc đầu nối Stx = 5/0,31= 16,1 mm 2 . + Ftx = 120.16,1.10 −2 = 19,35(KG). + Rtx = 7,3.10 −6 (Ω ) . + Điện áp tiếp xúc: Utx = 7,3.10 −6 .5 = 0,036mV < [Utx ] Vậy việc chọn vít nối là thích hợp. 4. Tiếp điểm: a) Vật liệu làm tiếp điểm: Theo bảng 2-13 trang 45TLTK với Idm = 30A chọn vật liệu tiếp điểm là kim loại gốm bạc niken than chì: Kí hiệu: KMK A32 Tỉ trọng (γ ) 8,7g/cm 3 Nhiệt độ nóng chảy (θ nc ) 1300 0 C Điện trở suất (ρ 20 ) 0,035.10 −3 (Ωmm) Độ dẫn nhiệt (λ ) 3,25W/cm. 0 C Độ cứng Briven 45 ÷ 65 KG / mm 2 1 Hệ số dẫn nhiệt điện trở (α ) 0,0035 0 C _____________________________________________________________ 6
  7. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Với Idm = 30A < 100A, chọn tiếp điểm hình trụ cầu: Tiếp điểm chính: đường kính tiếp điểm d = 10mm, chiều cao h = 1,8mm. Tiếp điểm phụ: đường kính tiếp điểm d = 3mm, chiều cao h = 1mm. b) Lực ép tiếp điểm: *Dựa vào việc khảo sát điện trường và nhiệt của thanh dẫn người ta đưa công thức 2-14 trang 52TLTK Dạng tiếp xúc điểm: A.Π.H B 1 Ftx1 = I dm . 2 . 16.λ 2 ⎡ ⎛ Ttd ⎞⎤ 2 ⎢arccos⎜ ⎜T ⎟⎥ ⎟ ⎣ ⎝ tx ⎠⎦ với: Ttd : [0 K ] nhiệt độ thanh dẫn phát nóng dài hạn = 47+273 = 320 0 K Ttx = Ttd + 8 0 C = 328 0 K 2,3.10 −8.Π.45.10 2 1 => Ftd 1 = 30 2. 2 . 2 = 0,035(KG ) 16.3,25 ⎡ ⎛ 320 ⎞⎤ ⎢arccos⎜ 328 ⎟⎥ ⎣ ⎝ ⎠⎦ Tiếp xúc điểm, n = 1: Ftd = n.Ftd1 Ftd = 0,035(KG). * Tính Ftd theo công thức thực nghiệm: Ftd = f td .I dm với f td [G/A] là lực ép tiếp điểm đơn vị, tra bảng 2-17 trang 55TLTK Chọn f td =10(G/A) => Ftd = 10.30 = 300(G) = 0,3(KG) = 0,3(N). Ftdc = Ftd = 0,3(KG). Ftdd = (0,4 ÷ 0,7)Ftd Chọn Ftdd = 0,6Ftd = 0,6.0,3 = 0,18(KG). * Tính lực ép lên tiếp điểm phụ: Ftdc = 10.5 = 50(G) = 0,005(KG). Ftdd = 0,6.Ftdc = 0,003(KG). c) Điện trở tiếp xúc Rtx: * Theo công thức lý thuyết 2-24TLTK ta có: ρ Π.H B 0,035.10 −3 Π.45 Rtx = . = . = 0,38.10 −3 (Ω ) 2 Ftd 1 2 0,3 * Theo công thức thực nghiệm 2-25TLTK: K tx Rtx = với tiếp xúc điểm: m = 0,5. (0,102.Ftd )m Tra bảng trang 59TLTK ta có Ktx = 0,16.10 −3 (ΩN ) _____________________________________________________________ 7
  8. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ 0,16.10 −3 => Rtx = = 0,29.10 −3 (Ω ) (0,102.2,94) 0 ,5 => Chọn Rtx = 0,38.10 −3 (Ω ) => Utx = Rtx.Idm = 11,4(mV) < [Utx ] = 30mV d) Nhiệt độ tiếp xúc: Theo công thức 2-12TLTK ta có: I 2 .ρ 1 1 (I .R )2 θ tx = θ 0 + + .I 2 .Rtx . + dm tx Rtx . p.s 2 λ.K T . p.s 8.λ.ρ với: ρ : điện trở suất của vật liệu tiếp điểm, =0,035.10 −4 [Ωcm] p,s: chu vi và diện tích tiếp điểm (cm, cm 2 ) KT: hệ số toả nhiệt, = 7,5.10 −4 (W/cm 2 .0 C ) λ : hệ số dẫn nhiệt, = 3,25(W/cm. 0 C ) θ 0 = 40 0 C : nhiệt độ môi trường. 30 2.0,035.10 −4 1 1 => θ tx = 40 + −3 + .30 2.0,29.10 −3. + 0,29.10 .3,14.0,785 2 3,25.7,5.10 − 4.3,14.0,785 (30.0,29.10 ) −3 2 ≈ 47 0 C < 180 0 C => thoả mãn. 8.3,25.0,035.10 − 4 e) Dòng hàn dính tiếp điểm: * Theo công thức lý thuyết 2-33 trang 66TLTK: I hdbd = A. f nc . Ftd ( A) với A là hệ số phụ thuộc vật liệu. 1 32.λ.θ nc .(1 + .α .θ nc ) A= 3 HBo là độ cứng Briven ở 0 0 C ⎛ 2 ⎞ Π.H B0 .ρ 0 .⎜1 + .α .θ nc ⎟ ⎝ 3 ⎠ Ftd : lực ép tiếp điểm. ρ 0 : điện trở suất của vật liệu ở 0 0 C ρ 20 0,035.10 −3 ρ0 = = = 3,27.10 −5 (Ωm ) 1 + α .20 1 + 0,0035.20 fnc = (2 ÷ 4): hệ số đặc trưng cho sự tăng diện tích tiếp xúc, chọn =3 ⎛ 1 ⎞ 32.3,25.10 −1.1300.⎜1 + .0,0035.1300 ⎟ A= ⎝ 3 ⎠ = 1351 ⎛ 2 ⎞ 3,14.45.3,27.10 −5.⎜1 + .0,0035.1300 ⎟ ⎝ 3 ⎠ => I hdbd = 1351. 3. 0,3 = 1282( A) _____________________________________________________________ 8
  9. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ * Theo công thức thực nghiệm 2-36 trang 67TLTK: I hdbd = K hd . Ftd Khd: hệ số hàn dính, tra bảng 2-19 trang 67TLTK hoặc hình 2-13 chọn Khd = 1000 (A / KG ) Ftd = 0,3KG => Ihdbd = 1000. 0,3 =548(A). chọn Ihdbd = 548 > Inm = 10.Idm = 300(A) => thoả mãn. f) Kiểm tra sự rung tiếp điểm: Theo công thức 2-39 và 2-40 trang 72TLTK ta có: * Biên độ rung tính cho 3 cặp tiếp điểm: mdΣ .v do .(1 − K v ) 2 xm = 3.2.Ftdd * Thời gian rung tính cho 3 cặp tiếp điểm: 2.mdΣ .v do . 1 − K v tm = 3.Ftdd mdE: tổng khối lượng phần động. I dm .mc m dΣ = ; mc chọn =8(G/A) g 30.8 => mdΣ = = 24,49(G ) 9,8 vdo = 0,1(m/s) tốc độ tiếp điểm. Kv =0,9 hệ số va đập phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật liệu. Ftdd = 0,18(KG). 0,02449.0,12.(1 − 0,9) => xm = = 2,27.10 −5 (m) 3.2.0,18 2.0,02449.0,1. 1 − 0,9 tm = = 2,87.10 −3 (s ) = 2,87(ms ) < [tm ] = 10(ms) 3.0,18 thoả mãn sự rung tiếp điểm. g) Hao mòn tiếp điểm: Theo công thức 2-54 trang 79TLTK ta có: Khối lượng hao mòn trung bình của một cặp tiếp điểm cho một lần đóng ngắt là : ( ) g d + g ng = 10 −9. K d .I d + K ng .I ng .K kd 2 2 Với: Id : dòng điện khi đóng tiếp điểm, Id = (4 ÷ 7 ) Idm, chọn Id = 6Idm = 6.30 = 180(A). _____________________________________________________________ 9
  10. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Ing : dòng điện khi ngắt tiếp điểm, Ing = (6 ÷ 8) Idm, chọn Ing = 8.Idm = 8.30 = 240(A). Kd , Kng: hệ số mòn khi đóng ngắt, chọn Kd, Kng = 0,01 (g / A 2 ) Kkd : hệ số không đồng đều đánh giá độ mòn tiếp điểm = 1,1 ÷ 2,5 Tra bảng 2-21 trang 40 TLTK ta có Kkd = 1,8. => g d + g ng = 10 −9.(0,01.180 2 + 0,01.240 2 ).1,8 = 1,62.10 −6 (g ) Khối lượng mòn về cơ sau 10 5 lần đóng cắt là: Gm = 10 5 .(gd + gng) = 0,162 (g). Khối lượng tiếp điểm: Gtd = γ td . Vtd Với: γ td =8,7(g/cm 3 )trọng lượng riêng của vật liệu tiếp điểm. Vtd = Π.h 2 6 .(h + 3.r 2 ) = Π.1,8.10 −3 6 [ ] . (1,8.10 −3 ) + 3.(5.10 −3 ) = 7,37.10 −8 (m 3 ) 2 2 Gtd = 8,7.0,0737 = 0,6412(g). Gm 0,162 = × 100% = 25,27% % < (50 ÷ 70)% Gtd 0,6412 thoả mãn về hao mòn tiếp điểm. h) Chọn độ mở và độ lún tiếp điểm: * Độ mở tiếp điểm (m): Với Idm = 30A và Udm = 400V chọn độ mở tiếp điểm m = 6(mm) * Độ lún tiếp điểm (l): l = A + B.Idm với A = 1,5mm và B = 0,02mm/A. => l = 1,5 + 0,02.30 ≈ 3(mm) Với tiếp điểm phụ: l = 1,5 + 0,02.5 ≈ 2 (mm) Tính toáng dựng đặc tính cơ (đặc tính phản lực contactor): ⎧ Fnha ⎪F Fco = Fphan luc = F (δ ) ⎪ tdchinh ( loxo ) ⎨ ⎪ Ftdphu (loxo ) ⎪G ⎩ d với Gd là trọng lượng phần động, Gd = mc.Idm = 30.8 = 0,24(KG). + Lực nhả đầu: Fnhd = K.(Ftd + Gd + Fms)= 1,2.(1+ Gd) = = 1,2.(1 + 0,24) = 1,488(KG). + Lực nhả cuối: Fnhc = (1,5 ÷ 2) Fnhd, chọn Fnhc = 1,5Fnhd = 1,5.1,488 = = 2,232(KG). + Lực ép tiếp điểm chính: Ftdc = 2.3.Ftd = 1,8(KG) (2 chỗ ngắt, 3 pha). _____________________________________________________________ 10
  11. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Ftdd = (0,4 ÷ 0,6) Ftdc , chọn Ftdd = 0,5.Ftdc = 0,5.1,8 = 0,9(KG) + Lực ép tiếp điểm phụ: Ftdpc = 5.5(G/A).4 = 0,1(KG) Ftdpd = (0,4 ÷ 0,6) Ftdpc , chọn Ftdpd = 0,5.Ftdpc = 0,5.0,1 = 0,05(KG). Gd = 0,24(KG) = 2,45(N) Fnhd = 1,488(KG) = 15,18(N) Fnhc = 2,232(KG) = 22,77(N) Ftdc = 1,8(KG) = 18,36(N) Ftdd = 0,9(KG) = 9,18(N) Ftdpc = 0,1(KG) = 1,02(N) Ftdpd = 0,05(KG) = 0,51(N) δ = m + l = 6 + 3 = 9(mm). 5. Tính toán lò xo: 5.1.Lò xo tiếp điểm chính: a) Chọn lò xo kiểu xoắn hình trụ. Vật liệu làm lò xo là thép Carbon ΓΟCT 9389 − 60 có độ bền vừa, nhãn hiệu II (Π ) ( Tra bảng 4-1 trang 166 TLTK): - Độ bền giới hạn khi kéo (σ k ) 2200 (N / mm 2 ) - Giới hạn mỏi cho phép khi uốn (σ u ) 770 (N / mm 2 ) - Giới hạn mỏi cho phép khi xoắn σ x 480 (N / mm 2 ) - Module đàn hồi 200.103 (N / mm 2 ) - Module trượt (G) 80.103 (N / mm 2 ) - Điện trở suất (ρ ) (0,19 ÷ 0,22).10 −6 (Ωm ) b) Tính toán lò xo: * FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 2.Ftđ1 = 2.0,3 = 0,6(KG) = 6,12(N) * Fminloxo = Fdauloxo = 2.Ftdd = 2.0,18 = 0,32(KG) = 3,26(N) * Độ lún của lò xo: xlv = l = 3(mm). D * Chỉ số lò xo: C = =10 d Với D: đường kính lò xo d: đường kính dây lò xo. 8.F .C 8.6,12.10 Đường kính dây lò xo: d = = = 0,6(mm) Π.σ x 3,14.480 Đường kính lò xo: D = C.d = 10.0,6 = 6(mm). f .G.d 3.80.10 3.0,6 * Số vòng lò xo: w = = = 6(vong ) 8.C 3 .F 8.10 3.(6,12 − 3,26) _____________________________________________________________ 11
  12. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ * Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,6 + 3/6 = 1,1(mm) * Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 6.1,1 + 1,5.0,6 = = 7,5(mm) * Ứng suất xoắn tính toán: 8.F .C 8.6,12.10 σx = = = 433 < [σ x ] = 480 Π.d 2 3,14.0,6 2 Việc tính toán lò xo là hợp lí. 5.2.Lò xo tiếp điểm phụ: *Độ mở tiếp điểm phụ: Với Idm = 5A chọn độ mở m = 7(mm) *Độ lún tiếp điểm phụ: l = A + B.Idm = 1,5 + 0,02.5 = 2 (mm) * FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 2.Ftđc = 2.0,5 = 1(N) * Fminloxo = Fdauloxo = 2.Ftdd = 2.0,3 0,6(N) D * Chỉ số lò xo: C = =10 d 8.F .C 8.1.10 Đường kính dây lò xo: d = = = 0,25(mm) Π.σ x 3,14.480 Đường kính lò xo: D = C.d = 10.0,6 = 6(mm). f .G.d 2.80.10 3.0,25 * Số vòng lò xo: w = = = 12(vong ) 8.C 3 .F 8.10 3.(1 − 0,6) * Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,25 +2/12 = 0,42(mm) * Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 12.0,42 + 1,5.0,25 = 5,4(mm) * Ứng suất xoắn tính toán: 8.F .C 8.1.10 σx = = = 407 < [σ x ] = 480 Π.d 2 3,14.0,25 2 Việc tính toán lò xo là hợp lí. 5.3.Lò xo nhả: * FMaxlò xo = Fcuốiloxo = 0,5.Fnhc = 0,5.22,77 = 11,39(N) * Fminloxo = Fdauloxo = 0,5.Fnhd = 0,5.15,18 = 7,59(N) * Độ lún của lò xo: f = δ =9(mm). D * Chỉ số lò xo: C = =10 d 8.F .C 8.11,39.10 Đường kính dây lò xo: d = = = 0,8(mm) Π.σ x 3,14.480 Đường kính lò xo: D = C.d = 10.0,8 = 8(mm). f .G.d 9.80.10 3.0,8 * Số vòng lò xo: w = = = 20(vong ) 8.C 3 .F 8.10 3.(11,39 − 7,59) * Bước lò xo chịu nén: tn = d + f/w = 0,8 + 9/28 = 1,25(mm) _____________________________________________________________ 12
  13. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ * Chiều dài tác dụng của lò xo: ltd = w.tn + 1,5.d = 20.1,25 + 1,5.0,8 = 26,2(mm) * Ứng suất xoắn tính toán: 8.F .C 8.11,39.10 σx = = = 453 < [σ x ] = 480 Π.d 2 3,14.0,8 2 Việc tính toán lò xo là hợp lí. _____________________________________________________________ 13
  14. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ F(N) 0 delta (mm) Đồ thị đặc tính cơ _____________________________________________________________ 14
  15. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN I. Thiết kế: 1. Chọn dạng kết cấu: Chọn dạng kết cấu tối ưu: 2.Fdt Công thức tính hệ số kết cấu: Kkc = δ (N 0,5 /m ) Để xác dịnh Fdt ta phải dựa vào đặc tính cơ (ĐTC). Trên ĐTC ta xác định được điểm tới hạn K(3mm; 31,88N) là điểm mà đặc tính lực hút điện từ dễ cắt ĐTC. Fth =31,88(N); δ th = 3(mm ) Fdt = K.Fth với K= (1,1 ÷ 1,5) hệ số dự trữ, chọn K=1,3 2.K .Fth Kkc = δ th = 2.1,3.31,88 3.10 −3 ( = 3034 N 0,5 / m ) Tra bảng (5-2) trang 189TLTK: Ta thấy việc chọn dạng kết cấu như phần chọn sơ bộ kết cấu nam châm điện là hợp lí. 2. Chọn vật liệu mạch từ: Nam châm điện xoay chiều: mạch từ làm bằng thép kĩ thuật điện ghép lại nhằm giảm tổn hao, tôn Silich dày từ (0,1 ÷ 0,5)mm Tra bảng (5-4) trang 193TLTK: chọn vật liệu làm mạch từ có các thông số sau: Vật liệu: Thép kĩ thuật điện hợp kim tăng cường Mã hiệu : ∃41 Lực từ phản kháng HC : 0,35A/cm Từ cản dư: 1,1 Tesla Từ cảm bão hòa: 1,9 Tesla Độ từ thẩm: 250 Độ từ thẩm cực đại: 6,5 Điện trở suất: 50.10-8 Ω.cm Khối lượng riêng: 7,55 g/cm Thành phần cácbon: 0,025 % Tổn hao từ trễ khi bão hòa: 0,15 _____________________________________________________________ 15
  16. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Từ cảm lõi thép: 0,6 Tesla Chiều dầy lõi thép: 0,5 mm 3. Chọn Bδ , σr , σt tại δ th = 3(mm): * Hệ số từ tản σt = (1,2 ÷ 1,5) chọn =1,3 * Hệ số từ rò σr = (1,3 ÷ 1,6) chọn = 1,4 * Chọn Bδ khi phần ứng chưa bị hút sao cho khi nắp hút thì giá trị cực đại Bmax < Bbão hoà. Chọn Bδ = (0,4 ÷ 0,6) , chọn Bδth = 0,4T. 4. Xác định tiết diện lõi thép và kích thước, thông số chủ yếu của nam châm điện: 4.1. Xác định tiết diện lõi thép: 1) Xác định Sl hoặc Sml nằm ở khe hở làm việc: Để nam châm điện làm việc thì đặc tính lực hút phải nằm cao hơn và không cắt đặc tính cơ. Do đó từ đặc tính cơ ta xác định được Fcơth ứng với δ th . Fdttt = K. Fcơth Nam châm điện có 3 khe hở làm việc thì Fdttt được chia làm 3 phần tỉ lệ với diện tích cực từ Scực từ: 1 1 1 Fdtttlõi = .Fdt = .K .Fcoth = .1,3.31,88 = 20,72(N ) 2 2 2 Theo công thức (5-7) trang 204TLTK: Fdttt = 19,9.10 4.Blm .S l 2 = 650(mm 2 ) Fdttt 20,72 ⇒ Sl = 4 2 = 4 2 19,9.10 .Blm 19,9.10 .0,4 2) Xác định kích thước lõi của nam châm điện: a Chọn = 1 ⇒ a = b = S l = 650 ≈ 26(mm ) b b 26 Cạnh thực sự của lõi thép: b ' = = ≈ 27(mm ) K c 0,95 Với Kc là hệ số ép chặt *Kích thước cực từ bên: Với mạch từ chữ E, vòng ngắn mạch được đặt ở 2 cực từ bên: a a' = + 2Δv với a: kích thước cực từ giữa 2 a’: kích thước cực từ bên. Δv = (1 ÷ 2)mm : chiều rộng vòng ngắn mạch chọn = 1(mm). _____________________________________________________________ 16
  17. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ 26 ⇒ a' = + 2.2 = 17(mm ) 2 b 26 *Số lá thép: n = = = 52(la ) Δ 0,5 với Δ là chiều dày lá thép, chọn = 0,5(mm). 4.2. Xác định kích thước cuộn dây: 1) Xác định sức từ động cuộn dây nam châm điện: Với nam châm điện xoay chiều, sức từ động phụ thuộc sức từ động tổn hao do từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép và tổn hao trong vòng ngắn mạch. Do đó sức từ động cuộn dây tăng nên để bù vào tổn hao. - Khi nắp hút: Σδ hut = δ cn + δ cd + δ ht với δ cn = (0.03 ÷ 0,1)mm : Khe hở công nghệ δ cd = (0,1 ÷ 0,5)mm : Khe hở chống dính δ ht : Khe hở giả định ⇒ Σδ hut = (0,2 ÷ 0,7 )mm, chonΣδ hut = 0,5(mm ) - Sức từ động (IW)tđ: (IW )td = (IW )δho + (IW )hut với (IW )δho : Stđ khi nắp hở. (IW )hut : Stđ khi nắp hút. Bδho .Σδ ho + (IW )δho = , trong đó Σδ ho phụ thuộc kết cấu nam châm điện. Với μo nam châm điện chữ E: 0,4.2.3.10 −3 Σδ ho = 2.δ th ⇒ (IW )δho = = 1910( Avong ) 4Π.10 −7 B .σ .Σδ 0,4.1,4.0,5.10 −3 + (IW )hut = δho r hut = = 224( Avong ) μ0 4Π.10 −7 ⇒ (IW )td = 1910 + 224 = 2134( Avong ) Bội số tăng dòng điện: (IW )td I napho 1910 KI = = = ≈ 8,5 ∈ (4 ÷ 15) => hợp lí. (IW )hut I hut 224 4.3. Xác định kích thước cuộn dây: Scd = lcd.hcd với lcd: chiều dày cuộn dây hcd: chiều cao cuộn dây K UMax .(IW )td Scd = lcd.hcd = K U min .K ld .J .K qt .K I với K ld = (0,3 ÷ 0,7 ), chon = 0,5 hệ số lấp đầy J = (2 ÷ 4)A / mm 2 , chon = 2,5 mật độ dòng điện _____________________________________________________________ 17
  18. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Kqt: hệ số quá tải, làm việc dài hạn chọn =1, làm việc ngắn hạn>1 chọn Kqt = 1 KUmax =1,1 KUmin = 0,85 = 221(mm 2 ) 1,1.2134 ⇒ S cd = 0,85.0,5.1.10.2,5 hcd K= = (2 ÷ 4 ), chon = 3 l cd Hệ số hình dáng: 221 ⇒ l cd = ≈ 9(mm ) ⇒ hcd = 3.9 = 27(mm ) 3 5. Xác định kích thước mạch từ và cuộn dây nam châm điện: a) Tiết diện đáy mạch từ: Sd = 0,5.Sl =0,5.a.b’=351 (mm 2 ) b) Tiết diện nắp mạch từ: Sn=0,6.Sl = 421 (mm 2 ) Sd c) Chiều cao đáy: hd = = 13(mm) b' S d) Chiều cao nắp: hn = n = 16(mm) b' e) Tổng chiều cao mạch từ: H = hcs + hd + hn hcs = 2. Δ 2 + hcd + Δ 6 = 2.1,5+27+5 = 35(mm) =>H = 35+13+16 = 64(mm) ccs = Δ1 + Δ 2 + Δ 3 + l cd + Δ 4 + Δ 5 = 0,5+1,5+0,5+9+0,5+5 = 17(mm) Δ1 = 0,5(mm) khe hở lắp ráp Δ 3 = 0,5(mm ) cách điện trong Δ 2 = (1 ÷ 2)(mm) chiều dày khung dây, chọn = 1,5(mm) Δ 4 = 0,5(mm) cách điện ngoài Δ 5 = (5 ÷ 10)mm : khoảng cách cuộn dây tới cực từ bên, chọn = 5(mm) Δ 6 = (5 ÷ 10)mm : khoảng cách từ mặt trên cuộn dây tới nắp, chọn = 5(mm) _____________________________________________________________ 18
  19. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ b hn a/2 Δ6 a Δ1 hcd Δ4 Δ2 hl Δ5 hđ lcd c f) Tổng chiều dài mạch từ: C = 2.ccs + a + 2.a’ = 2.17+26+2.15 = 90(mm) II. Tính toán kiểm nghiệm: 1. Sơ đồ đẳng trị mạch từ khi nắp mở: Bỏ qua từ trở sắt từ. Từ dẫn ở khe hở δ 1 : Gδ 1 = Gt1 + Gc1 Từ dẫn ở khe hở δ 2 : Gδ 2 = Gt 2 + Gc 2 Từ dẫn ở khe hở δ 3 : Gδ 3 = Gt 3 + Gc 3 Biến đổi tương đương ta có: Gδ 13 = Gδ 1 + Gδ 3 Từ dẫn tổng qua khe hở không khí: Gδ 2 .Gδ 13 Gδ = Gδ 2 + Gδ 13 Gt1 Gc1 Gt 2 Gc2 Gt3 Gc3 Gr1 Gr2 IW Gδ 1 Gδ 2 Gδ 3 Gr1 Gr2 IW _____________________________________________________________ 19
  20. Hà Đình Cường Đồ án môn học TBĐ-ĐT3 K48 _____________________________________________________________ Gδ Gδ 13 Gδ 2 Gr GrΣ IW IW 2. Từ dẫn qua khe hở không khí: a) Khe hở δ 2 : dùng phương pháp phân chia từ trường, chia ra làm 17 hình, có các kích thước: a, b’, δ - Từ dẫn ở một hình chữ nhật với các cạnh a, b’ và chiều cao δ : μ 0 .a.b' Gδ0 = δ - Từ dẫn ở hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài a, từ dẫn của mỗi hình là : G1 = 0,26.μ0.a - Từ dẫn ở hai hình nửa khối trụ đặc, đường kính δ, chiều dài b’, từ dẫn của mỗi hình là : G2 = 0,26.μ0.b’ - Từ dẫn ở hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính ngoài (δ + 2m), chiều dài a, từ dẫn mỗi hình là : μ 0 .2.a G3 = = 0,058.μ o .a δ π .( + 1) m chọn với m = 0,1.δ - Từ dẫn ở hai hình nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính ngoài (δ + 2m), chiều dài b’, từ dẫn mỗi hình là : _____________________________________________________________ 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản