Chng 3: Tính toán thanh dẫn động 1. Chọn vật liệu để thanh dẫn: Để thanh động dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ ta chọn vật liệu có điện trở suất càng nhỏ càng tốt và có độ bền cơ cao. Theo bảng (2 13)- quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là đông kéo nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI TB có các thông số kỹ thuật sau: = 1083 ( o C) : Nhiệt độ nóng chảy. 20 = 0,01741.10 -3 (mm) : Điện trở suất 20 o C. = 0,0043 (1/ o C) : Hệ số nhiệt điện trở = 3,9 (W/cm o C) : Độ dẫn điện. = 8,9 (g/cm 3 ) : Khối l-ợng riêng. H B = 80 120 (kg/mm 2 ) : Độ cứng Brinen. [ cp ] = 95 o C : Nhiệt độ phát nóng cho phép. Chọn thanh dẫn động có tiết diện dạng chữ nhật với kích th-ớc là a, b nh- hình vẽ: 2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn. Xác định kích th-ớc a, b: Theo công thức (2 6) quyển 1 ta có: 3 đôT f 2 .k).1+n(n.2 k I =b Trong đó: I đm = 60 (A): Dòng điện định mức. n = a b = (4 10) : tỷ số giữa hai cạnh. Chọn n = 6. k f : Hệ sổ tổn hao phụ đặc tr-ng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần. Theo trang 18 quyển 1 ta có : k f = (1,03 1,06). Ta chọn k f = 1,04 k T : Hệ số toả nhiệt ra không khí. Theo bảng (6 - 5) quyển 1 ta có: k T = (6 9) (W/m 2o C) Chọn k T = 6 (W/m 2 o C) = 6.10 -6 (W/mm 2o C). ôđ = [] môi tr-ờng : Độ tăng nhiệt độ ổn định. Với [ ] = 95 o C : Nhiệt độ phát nóng cho phép của của thanh dẫn. môi tr-ờng = 40 o C: Nhiệt độ môi tr-ơng. Nên ôđ = 95 40 = 55 o C. : Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép. Ta có: = 20 . [1 + . ( [] 20) ] (mm). Theo bảng (6 2) quyển 1 ta có: 20 = 0,01741.10 -3 (mm). = 0,0043 (1/ o C): Hệ số nhiệt điện trở. Vậy điện trở suất của thanh dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép : = 0,01741.10 -3 . [1 + 0,0043. (95 20)] = 0,023.10 -3 (mm ). Nên ta có: b = ).mm(45,1= 55.10.6).1+6(.6.2 04,1.10.023,0.60 3 6 32 - - Ta có tỷ số: b a = 6 a = 6.b = 6.1,45 = 8,7 (mm). Vậy kích th-ớc thanh dẫn tối thiểu là: a = 8,7 (mm). b = 1,45 (mm). Mặt khác thanh dẫn ngoài việc dẫn điện tốt thì nhiệt độ phát nóng của nó không v-ợt quá trị số cho phép và thanh dẫn còn phải đủ lớn để gắn tiếp điểm lên trên. Vậy kích th-ớc của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đ-ờng kính của tiếp điểm. Theo bảng (2 - 15) quyển 1: Với I đm = 60 (A) ta có d tđ = (16 20) (mm) : đ-ờng kính tiếp điểm. h tđ = (1,4 2,5) (mm): chiều cao tiếp điểm. Chọn đ-ờng kính tiếp điểm: d tđ = 14 (mm). Nên chiều dài thanh dẫn a = 14+ (1 2) Vậy ta chọn kích th-ớc của thanh dẫn động nh- sau: a= 16 (mm). b= 1,5 (mm). 3. Kiểm nghiệm lại thanh dẫn. 3.1 Tính toán kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn: a. Mật độ dòng điện dài hạn: J tđ = I S (A/mm 2 ). Trong đó: I = I đm = 60 (A): Dòng điện định mức. S = S tđ = a. b = 1,5. 16= 24 (mm 2 ): Tiết diện thanh dẫn. Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn: J tđ = 24 60 = 2,5 (A/mm 2 ) So sánh J tđ [J tđ ] = 4 (A/mm 2 ) là phù hợp. b.Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn: Theo công thức (2- 4)/18 - Quyển 1 ta có: S.P = )(.k k) +1( I mttd.t ftdo 2 .mđ - tđ = - .k Ik.P.S .k.P.S+k I fo 2 mđT mtTfo 2 mđ ( o C). Trong đó: tđ : Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn. I đm = 60 (A): Dòng điện định mức. k f = 1,04: Hệ số tổn hao phụ. S = 24 (mm 2 ): Tiết diện thanh dẫn. P = 2. (a + b) = 2. (16+1,5 )= 35 (mm): Chu vi thanh dẫn. mt = 40 ( o C): Nhiệt độ môi tr-ờng. 0 - Điện trở suất vật liệu ở 0 0 C. Ta có : 20 = 0 . (1 + 20 ) Mà 0 = 20.+1 20 = 20.0043,0+1 10.01741,0 3 = 0,016.10 -3 (mm). Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn : tđ = 0043,0.04,1.10.016,0.6010.6.35.24 40.10.6.35.24+04,1.10.016,0.60 326 632 - = 54,68 ( o C) tđ = 54,1 ( o C) Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép : tđ < [ cp ] = 95 o C là thích hợp. 3.2 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn hạn: Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các thời gian ngắn mạch khác nhau. Theo công thức (6 21) quyển 1 ta có: J nm 2 . t nm = A nm A đ J nm = A nm - A đ t nm (A/mm 2 ). Trong đó: J nm = J bn : Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt. t nm = t bn : Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt. A bn , A đ : Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ đầu. Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 ( o C). Tra đồ thị (6 6) quyển 1 ta đ-ợc: bn = 300 ( o C) A nm = 4.10 4 (A 2 S/mm 4 ). đ = 95 ( o C) = 1,7.10 -4 (A 2 S/mm 4 ). Ta có: A nm A đ = 4.10 4 1,7.10 4 = 2,3.10 4 (AS/mm 4 ). Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có: t nm = 3 (s) J nm = 87,56 (A/mm 2 ) t nm = 4 (s) J nm = 75,83 (A/mm 2 ) t nm = 10 (s) J nm = 47,96 (A/mm 2 ) So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở bảng (6 7)- quyển 1 ta có bảng sau: T nm (S) 3 4 10 [J nm ] (A/mm 2 ) 94 82 51 J nmtt (A/mm 2 ) 87,56 75,83 47,96 Nh- vậy: J nm < [J nm ] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm việc tốt và tin cậy. Kết luận: Vậy kích th-ớc đã chọn và tính toán a= 16 (mm). b=1,5 (mm). thì mật độ làm việc trong chế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật. . 0,01741.10 -3 (mm). = 0,00 43 (1/ o C): Hệ số nhiệt điện trở. Vậy điện trở suất của thanh dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép : = 0,01741.10 -3 . [1 + 0,00 43. (95 20)] = 0,0 23. 10 -3 (mm ). Nên. 20.00 43, 0+1 10.01741,0 3 = 0,016.10 -3 (mm). Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn : tđ = 00 43, 0.04,1.10.016,0.6010.6 .35 .24 40.10.6 .35 .24+04,1.10.016,0.60 32 6 632 - = 54,68 ( o C) tđ = 54,1. Nhiệt độ nóng chảy. 20 = 0,01741.10 -3 (mm) : Điện trở suất 20 o C. = 0,00 43 (1/ o C) : Hệ số nhiệt điện trở = 3, 9 (W/cm o C) : Độ dẫn điện. = 8,9 (g/cm 3 ) : Khối l-ợng riêng. H B = 80