Thiết kế nam châm điện của công tắc tơ xoay chiều 3pha
TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN Hãy thiết kế nam châm điện công tắc tơ xoay chiều pha theo thông số sau: + δth = mm + F = 51,4N + Dạng nam châm:U I Tính toán sơ nam chân điện: Chọn dạng kết cấu Nam châm điện loại cấu điện từ biến đổi lượng từ điện thành Nam châm điện có nhiều dạng kết cấu khác mạch từ cuộn dây Sự khác dạng kết cấu dẫn đến khác về: đặc tính chuyển động không gian, đặc tính lực hút điện từ công nghệ chế tạo Theo kinh nghiệm chế tạo qua tham khảo em chọn kiểu dáng kết cấu nam châm điện mạch từ chữ U Cuộn dây đặt cực từ vòng ngắn mạch đặt hai cực từ bên Để việc chọn dạng kết cấu nam châm điện tối hay chưa ta có bước kiểm tra sau: Xét đặc tính phản lực ta thấy công tắc tơ muốn làm việc hút lực hút điện từ phải lớn đặc tính Fđt > Fcơ nhả Ftđ< Fcơ Theo công thức (5-2)TL1ta có hệ số kết cấu: K kc = Fdtth (N 0,5 /m) δ th Trong đó: Fđtth: lực hút điện từ điểm tới hạn (N) δth : Khe hở tới hạn nam châm điện (mm), δth = 4(mm) = 10-3 (m) Xét lực hút điện từ điểm tới hạn A : Ta có: Fđtth = kdt Fcơth Chọn kdt = 1,25: hệ số dự trữ lực Fcơth = 51,4 (N) ⇒ Fđtth = 1,25 51,4 = 64,25 (N) Nên ta có hệ số kết cấu: K kc = Fdtth 2.64,25 = = 2834 (N 0,5 /m) −3 δ th 4.10 Theo bảng (5-2) TL1 ta thấy chọn dạng kết cấu nam châm điện tối ưu là: GVHD:ĐỖ THANH TÙNG [kkc ] = 630÷63000 (N0,5/m) Như hệ số kết cấu tính toán k kc = 2834 (N0,5/m) ∈ [ kkc ] phù hợp Vậy ta chọn kiểu dáng kết cấu nam châm điện dạng chữ U hợp lý KKC Dạng kết cấu nam châm điện -Phần ứng hình trụ chuyển động thẳng: a)Lõi cuộn dây b)Mạch từ không khép kín (không có lõi) phần ứng hình nón cụt N0,5/mm Kg0,5/cm 3m l 1/4 trụ rỗng G = μ (1,28lm) /(2δ + m) - Nếu δ < 3m G = μ (2l / Π ln(l + m / δ) m G = μ 0,308.δ δ 1/8 cầu đặc 1/8 cầu rỗng G = μ0 m m + Theo mục ta có Gδ3 từ dẫn 1/2 nửa trụ rỗng với đường kính δ, đường kính (δ + 2m); chiều dài a : Gδ = μ Với 2a δ π (1+ ) m (H ) m : bề dày từ thông tản m = (0,1 ÷ 0,2) δ chọn m = 0,1.δ + Theo mục ta có Gδ4 từ dẫn 1/2 nửa trụ rỗng với đường kính δ, đường kính (δ + 2m); chiều dài a : Gδ = μ 2a δ π (1 + ) m (H ) Với m = (0,1 ÷ 0,2) δ chọn m = 0,1.δ + Theo mục ta có Gδ5 từ dẫn hình 1/4 cầu đặc với đường kính δ: Gδ5 = 0,077 µ0 δ (H) GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 12 + Theo mục ta có G δ6 từ dẫn hình 1/4 cầu rỗng với đường kính δ, đường kính (δ + 2.m): G δ = μ m (H ) chọn m = 0,1.δ Vậy từ dẫn khe hở không khí cực từ là: Gδ = Gδ0 + 2(Gδ1 + Gδ2 + Gδ3 + Gδ4 ) + 4(G δ + G δ ) ab 0,64( a + b ) m + 4 0,077.µ δ + µ (H) ( ) µ + , 26 µ a + b + µ = 0 δ 4 δ 1 + m ab 0,64( a + b ) + 0,52.( a + b ) + + 0,4085.δ (H) 11 δ ab ⇒ Gδ = µ0 + 0,578.( a + b ) + 0,4085.δ δ với m =0,1 δ ⇒ Gδ = µ a Tính từ dẫn khe hở không khí cực từ bên : Theo kết cấu thiết kế nam châm từ dẫn khe hở không khí cực từ bên: + 0,578.( a`+b`) + 0,4085.δ (H) G1 = G2 = µ δ -3 Trong đó: a’ = 34,2 (mm) = 34,2 10 (m) b’ = 37,2 (mm) = 37,2 10-3 ( m ) a`b` δ = δ th = 4.10 −3 (m) 34,2.37,2.10−9 µ + 0,578.(34,2 + 37,2)10 −3 + 0,4085.4.10 −3 = 4,5.10 − ( H ) G1 = G2 = −3 4.10 b Tính từ dẫn tổng khe hở không khí: G1.G2 (G1 ) G1 4,5.10−7 Gδ = = = = 2,25.10− ( H ) G1 + G2 2.G1 2 c Đạo hàm từ dẫn khe hở không khí : dGδ (.G1.G2 ) ' (G1 + G2 ) - (G1.G2 ).(G1 + G2 ) ' G 21.G`2 +G`1.G 2 2G1' G12 G1' = = = = dδ (G1 + G2 ) (2G1' ) 2 ( G1 + G2 ) = 9,9.10 −5 = 4,95.10 −5 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 13 Trong đó: a '.b '.10−6 + 0, 4085 ÷ giá trị δ th G'1 = µ0 − ÷ (δ ) 34,2.37,2.10 −6 + 0.4085 = 9,9.10− (H/m) G'1= µ0 − −3 (4.10 ) G'2= G 1' (H/m) a Tính từ dẫn rò: Bảng 1-1:Từ dẫn tổng khe hở không khí ,tính phương pháp phân chia từ trường thành hình đơn giản GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 14 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 15 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 16 Ví dụ với nam châm điện xoay chiều dạng E: Theo bảng (5 - 6)/227-231- ta chọn nam châm điện có dạng chữ U từ dẫn rò biểu diễn ½ chữ E sau: GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 17 Gra Grb b Fdtth K kc = a δ th a Grc Ta có từ dẫn rò: Gr= Gra + 2Grb+ 2Grc Trong đó: + Theo bảng (5-6)/227-231- TL 1: theo mục ta có: Gra : từ dẫn rò cực Gra = µ0 b` hcs (H) C Với: hcs = 33,2 (mm): chiều cao cửa sổ mạch từ C = 22,1(mm): chiều rộng cửa sổ mạch từ b’ = 37,2 (mm): bề dày cực từ ⇒ Gra = 1,256.10− 37,2.10 −3.33,2 = 7.10−8 ( H ) 22,1 + Grb: từ dẫn rò nửa trụ đặc Theo bảng (5 -4)/223- 1: theo mục ta có: Grb = 0,26 µ0.lr Với lr = hcs = 33,2 10-3 (m) : chiều dài phần rò ⇒ Grb = 0,26 1,256 10-6 33,2 10-3 = 1,1 10-8 (H) + Grc: từ dẫn nửa trụ rỗng −3 0,64.lr − 0,64.33,2.10 Grc = µ0 = 1,256.10 = 1,1.10−8 ( H ) C 22,1 1 + 1 + a 30,15 2 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 18 Với: a =30,15 10-3 (m): chiều rộng cực từ lr = hcs = 33,2 10-3 (m): chiều dài phần rò µ0 = 1,256 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm qua khe hở không khí C = 22,1 10-3 (m): chiều rộng cửa sổ mạch từ Vậy ta có từ dẫn rò: Gr = Gra + Grb + Grc = 10-8 + 2.1,1 10-8+ 2.1,1 10-8≈ 11,4.10-8(H) f Tính suất từ rò (g) : Theo mục - bảng (5-6)227-231- TL ta có suất từ rò : Grl 11,4.10−8 g= = = 3,4.10− ( H / m) −3 lr 33,2.10 Trong đó: Gr1 = 11,4 10-8 (H) lr = hcs = 33,2 10-3 (m) + Tính từ dẫn rò qui đổi: Theo trang 242 - TL ta có: ` Grqđ = g lr Trong đó: g = 3,6.10-6 (H/m): suất từ rò lr = hcs = 33,2.10-3 (m) ⇒ Grqđ = 3,4 10-6.33,2 10-3 ≈3,76 10-8 (H) + Tính từ dẫn tổng: GΣ = Gδ + Grqđ=2,25.10 −6 +3,76.10 −8 =2,3.10 −6 d G Σ d G δ d G rq ® Đạo hàm vế ta có : = + dδ dδ dδ d G rq ® =0 Vì từ dẫn rò qui đổi không phụ thuộc vào δ nên : dδ d GΣ d Gδ = ⇒ dδ dδ Xác định hệ số từ rò δ = δ th : σr = −8 Φδ + Φ r G = 1+ rqd =1+ 3,76.10 =1,167 ≈ 1,2 Φδ Gδ 2,25.10− Vậy δ = δ th : ta tính σ r =1,167 so với σ r = 1,2 chọn lúc đầu hợp lý Xác định từ thông, từ cảm δ = δ th : (+) Theo công thức (4_50) trang 263 TL1 : GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 19 Fhth = Vì d G rq ® dδ =0 ⇒ K ( Φ δth ) dGΣ dGrqd + 2 ( Gδ ) dδ dδ (N) d GΣ d Gδ = =9.10 −5 dδ dδ K ( Φ δth ) dGδ (N) ( Gδ ) dδ ⇒ Fhth = ( ) F Gδ ⇒ Φ δth = hth (Wb) dGδ K dδ Tại δ = δ th : Fhth = 32,2 (N) K =0,25 lực F tính đơn vị N Φ th _ từ thông khe hở không khí điểm tới hạn ⇒ Φ sth = 32,2 (2,25.10 − ) =4,3.10 −4 (Wb) 0,25.4,95.10 − (+) Từ cảm δ = δ th : Bδth Φδth 4,3.10−4 = = = 0,43 ≈ 0,4 S2 1009.10− Vậy δ = δ th : ta tính B δth =0,43 so với Bδ th = 0, chọn lúc đầu hợp lý • Xác định hệ số từ rò σr với δ khác nhau: σr = Grqd φ0 φδ + φr = =1 + φδ φδ Gδ φ0: từ thông mạch từ φδ: từ thông khe hở không khí σr: hệ số từ rò Với giá trị khe hở không khí δ ta xây dựng bảng sau: 0,25 δ(mm) -9 G1(.10 ) 3950 -9 G2(.10 ) 3950 -9 G δ (.10 ) 3610 -6 G’1(.10 ) 10932 -6 G'2(.10 ) 10932 dG δ THANH GVHD:ĐỖ (.10-6) TÙNG 997 dδ 1,023 σr 1,5 813 813 793 571 571 450 450 225 99 99 233,5 233,5 113 41,9 41,9 181 181 78 12,1 12,1 11,7 101 101 49 5,8 5,8 328 49,5 20 41,2 19,8 7.23 1,32 1,49 1,62 1,075 1,167 Xác định thông số cuộn dây: Số vòng dây nam châm điện tính theo công thức trang 284- TL 1: W= K U U dk k ir (vòng) 4,44 Φ tb f Trong đó: kUmin = 0,85: hệ số sụt áp kir = (0,75÷0,95): hệ số tính tới tổn thất điện áp đường dây Chọn kir = 0,8 f = 50 (Hz) tần số Uđk = 380 (V): điện áp điều khiển φtb = φδth σrth = 4,3 10-4 1,167= 10-4 (Wb) Vậy số vòng cuộn dây nam châm: W = 0,85.380.0,8 = 2328(vòng ) 4,44.5.10− 4.50 a Tiết diện dây quấn: q = kld lcd hcd 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 Vậy tiết diện dây quấn nam châm: q = 0,4 10,6.21,2 = 0,039 (mm ) 2328 b Đường kính dây quấn cuộn dây : Đường kính dây quấn cách điện d= 4.q 4.0,039 = = 0,22 (mm) π 3,14 Theo bảng (5-8)/276-277- ta chọn vật liệu dây quấn điện dây quấn đồng ký hiệu π∃ ∏ Tra bảng với chọn đường kính dây quấn d = 0,22 (mm) : cách điện Ta có đường kính dây quấn kể cách điện : d′ = 0,25(mm) Nên ta có hệ số lấp đầy cuộn dây : k ld = W π d '2 2328.3,14.(0,25) = = 0,51 4.lcd hcd 4.10,6.21,2 So sánh với klđ = (0,3÷0,7) ta thấy klđ = 0,51 thỏa mãn Ta có tiết diện dây quấn với kld = 0,51 : GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 21 q’=k ld lcd hcd 10,6.21,2 = 0,51 = 0,049 (mm ) W 2328 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Thiết kế khí cụ điện hạ áp.(TL 1) Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, trường ĐH Bách khoa Hà Nội năm 1986 2.Khí cụ điện.(TL 2) GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 22 Phạm Văn Chới Bùi Tín Hữu Nguyễn Tiến Tôn 3.Chi tiết máy.(TL 3) Nguyễn Trọng Hiệp _ năm 1982 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 23 [...]... 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 từ dẫn rò có thể biểu diễn là ½ của chữ E như sau: GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 17 Gra Grb b 2 Fdtth K kc = a δ th a 2 Grc Ta có từ dẫn rò: Gr= Gra + 2Grb+ 2Grc Trong đó: + Theo bảng (5-6)/227-231- TL 1: theo mục 5 ta có: Gra : từ dẫn rò giữa 2 cực Gra = µ0 b` hcs (H) C Với: hcs = 33,2 (mm): chiều. .. định thông số cuộn dây: Số vòng dây nam châm điện tính theo công thức trang 284- TL 1: W= K U min U dk k ir (vòng) 4,44 Φ tb f Trong đó: kUmin = 0,85: hệ số sụt áp kir = (0,75÷0,95): hệ số tính tới sự tổn thất điện áp đường dây Chọn kir = 0,8 f = 50 (Hz) tần số Uđk = 380 (V): điện áp điều khiển φtb = φδth σrth = 4,3 10-4 1,167= 5 10-4 (Wb) Vậy số vòng cuộn dây nam châm: W = 0,85.380.0,8 = 2328(vòng... chữ nhật (H) + Theo mục 2 ta có Gδ1 từ dẫn của 1/2 khối trụ đặc, trong đó có đường kính δ chiều dài a : Gδ1 = µ0 0,26 a (H) + Theo mục 2 ta có Gδ2 từ dẫn của 1/2 khối trụ đặc, trong đó có đường kính δ chiều dài b : Gδ2 = µ0 0,26 b (H) Gδ0 = µ0 Bảng 5-1 Công thức tính từ dẫn của các phần Hình dạng 1 δ aa GVHD:ĐỖ THANH TÙNG Tên gọi 2 b b Hình hộp chữ nhật 11 Công thức tính 3 G= μ 0 a.b δ 1/4 Trụ đặc... ) + 0,52.( a + b ) + + 0,4085.δ (H) 11 δ ab ⇒ Gδ = µ0 + 0,578.( a + b ) + 0,4085.δ δ với m =0,1 δ ⇒ Gδ = µ 0 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 từ bên: + 0,578.( a`+b`) + 0,4085.δ (H) G1 = G2 = µ 0 δ -3 Trong đó: a’ = 34,2 (mm) = 34,2 10 (m) b’ = 37,2 (mm) = 37,2 10-3 ( m ) a`b` δ = δ... hcd = 21,2 (mm): chiều cao cuộn dây Vậy tiết diện dây quấn nam châm: q = 0,4 10,6.21,2 = 0,039 (mm 2 ) 2328 b Đường kính dây quấn của cuộn dây : Đường kính dây quấn không có cách điện d= 4.q 4.0,039 = = 0,22 (mm) π 3,14 Theo bảng (5-8)/276-277- quyển 1 ta chọn vật liệu dây quấn là điện dây quấn là đồng ký hiệu π∃ ∏ Tra bảng với chọn đường kính dây quấn d = 0,22 (mm) : không có cách điện Ta có đường... quấn kể cả cách điện : d′ = 0,25(mm) Nên ta có hệ số lấp đầy cuộn dây : k ld = W π d '2 2328.3,14.(0,25) 2 = = 0,51 4.lcd hcd 4.10,6.21,2 So sánh với klđ = (0,3÷0,7) ta thấy klđ = 0,51 thỏa mãn Ta có tiết diện dây quấn với kld = 0,51 : GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 21 q’=k ld lcd hcd 10,6.21,2 = 0,51 = 0,049 (mm 2 ) W 2328 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 .Thiết kế khí cụ điện hạ áp.(TL 1) Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, trường... 2 3 1/8 cầu rỗng G = μ0 m m 2 + Theo mục 3 ta có Gδ3 từ dẫn của 1/2 nửa trụ rỗng với đường kính trong δ, đường kính ngoài (δ + 2m); chiều dài a : Gδ 3 = μ 0 Với 2a δ π (1+ ) m (H ) 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 : Gδ 4 = μ 0 2a δ π (1 + ) m (H ) Với m = (0,1... 1,1.10−8 ( H ) C 22,1 1 + 1 + a 30,15 2 2 GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 18 Với: a =30,15 10-3 (m): chiều rộng cực từ giữa lr = hcs = 33,2 10-3 (m): chiều dài phần rò µ0 = 1,256 10-6 (H/m): hệ số từ thẩm qua khe hở không khí C = 22,1 10-3 (m): chiều rộng cửa sổ mạch từ Vậy ta có từ dẫn rò: Gr = Gra + Grb + Grc = 7 10-8 + 2.1,1 10-8+ 2.1,1 10-8≈ 11,4.10-8(H) f Tính suất... Gra = µ0 b` hcs (H) C Với: hcs = 33,2 (mm): chiều cao cửa sổ mạch từ C = 22,1(mm): chiều rộng cửa sổ mạch từ b’ = 37,2 (mm): bề dày cực từ ⇒ Gra = 1,256.10− 6 37,2.10 −3.33,2 = 7.10−8 ( H ) 22,1 + Grb: từ dẫn rò 1 nửa trụ đặc Theo bảng (5 -4)/223- quyển 1: theo mục 7 ta có: Grb = 0,26 µ0.lr Với lr = hcs = 33,2 10-3 (m) : chiều dài phần rò ⇒ Grb = 0,26 1,256 10-6 33,2 10-3 = 1,1 10-8 (H) + Grc: từ dẫn... −8 Φδ + Φ r G = 1+ rqd =1+ 3,76.10 =1,167 ≈ 1,2 Φδ Gδ 2,25.10− 7 Vậy tại δ = δ th : ta tính được σ r =1,167 so với σ r = 1,2 đã chọn lúc đầu là hợp lý Xác định từ thông, từ cảm tại δ = δ th : (+) Theo công thức (4_50) trang 263 TL1 : GVHD:ĐỖ THANH TÙNG 19 Fhth = Vì d G rq ® dδ =0 ⇒ 2 K ( Φ δth ) dGΣ 1 dGrqd + 2 2 ( Gδ ) dδ 3 dδ (N) d GΣ d Gδ = =9.10 −5 dδ dδ K ( Φ δth ) dGδ (N) ... ⇒ Chiều cao nắp nam châm: hn = S n 6 73 = = 18(mm) b' 37 ,2 Vậy chiều cao nam châm điện: H = 15,1 + 33 ,2 + 18 = 66 ,3 (mm) + Chiều dài nam châm điện: A= a + a' + C = 30 ,15+ 34 ,2 + 22,1 = 142,75... 0,5 .30 ,15 .37 ,2 = 560,79(mm2) ⇒ Chiều cao đáy nam châm: hd = S d 6 43, 5 = = 15,1(mm) 39 39 (+) Sn: tiết diện nắp nam châm: Chọn: Sn = (0,5-0,7) S2 Sn= 0,6 30 ,15 .37 ,2 = 6 73( mm2) ⇒ Chiều cao nắp nam. .. Với nam châm điện xoay chiều tiết diện cực từ có dạng hình vuông chữ nhật với nam châm điện chiều cực từ dạng tròn có mũ lõi, tham khảo thêm Tài liệu Ví dụ với cực từ nam châm điện xoay chiều