Nam châm điện tối ưu cho CONTACTOR điện từ

MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ NAM CHÂM ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung : (TL7) 1.1.1 Định nghĩa : 1.1.2 Nguyên lý hoạt động nam châm điện (TL6): 1.1.3 Phân loại nam châm điện : 1.1.3.1 Phân loại theo nguồn điện sử dụng : 1.1.3.2 Phân loại theo cách mắc cuộn hút : 1.1.3.3 Phân loại theo hình dáng mạch từ : 1.1.3.4 Phân loại theo nguyên tắc tác động : 1.2 Nam châm điện xoay chiều : (TL6) 1.2.1 Định nghĩa : 1.2.2 Cấu tạo : 1.2.2.1 Mạch từ nam châm điện xoay chiều : 10 1.2.2.2 Cuộn dây nam châm điện xoay chiều (TL7): 12 1.3 Nam châm điện chiều (TL6): 15 1.3.1 Định nghĩa : 15 1.3.2 Cấu tạo : 15 1.3.2.1 Mạch từ nam châm điện chiều : 15 1.3.2.2 Cuộn dây nam châm điện chiều : 16 1.4 Đặc tính lực hút nam châm điện(TL6): 18 1.4.1 Đặc tính lực hút nam châm điện chiều : 18 1.4.2 Đặc tính lực hút nam châm điện xoay chiều : 20 1.4.3 Đặc tính lực hút nam châm điện xoay chiều ba pha(TL7): 24 1.5 Đặc tính động nam châm điện(TL7): 25 1.5.1 Đặc tính động nam châm điện chiều (TL7): 26 1.5.1.1 Thời gian khởi động : 27 1.5.1.2 Thời gian khởi động nhả : 29 1.5.1.3 Thời gian chuyển động đóng : 30 1.5.1.4 Thời gian chuyển động nhả : 34 1.5.2 Đặc tính động nam châm điện xoay chiều (TL6): 34 1.5.3 Thay đổi thời gian tác động nam châm điện : 35 Kết luận chƣơng I : 36 CHƢƠNG II : PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TỐI ƢU NAM CHÂM ĐIỆN 37 2.1 Các phƣơng pháp nghiên cứu thiết kế tối ƣu nam châm điện (TL10): 37 2.2 Nghiên cứu vật liệu chế tạo thiết bị(TL10) : 38 2.3 Nghiên cứu thiết kế tối ƣu theo số thông số cho trƣớc : 38 2.4 Xu hƣớng nghiên cứu thiết kế tối ƣu theo kích thƣớc : 38 2.5 Xu hƣớng nghiên cứu tối ƣu theo đƣờng đặc tính lực hút : .39 2.6 Các tính toán lý thuyết nam châm điện tối ƣu lƣợng cho Contactor: 42 Kết luận chƣơng II : 48 CHƢƠNG III CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ THỰC NGHIỆM 49 3.1 Các phƣơng pháp thực phần tử X: 49 3.2 Phƣơng pháp sử dụng cuộn dây phụ : 50 3.3 Phƣơng pháp sử dụng băm áp cho nam châm điện xoay chiều : 51 3.3.1 Nguyên lý hoạt động phƣơng pháp: 51 3.3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển ( TL6) : 53 3.3.3 Các khâu mạch điều khiển : 53 3.4 Phƣơng pháp sử dụng tụ C cho nam châm điện xoay chiều : 60 3.5 Phƣơng pháp sử dụng chỉnh lƣu tụ cho nam châm điện xoay chiều : 62 Kết luận chƣơng III : 67 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3-1: Bảng kết công suất tổn hao cuộn dây nam châm điện…….……….65 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nam châm điện …………………………………………………….…… Hình 1.2 Đƣờng đặc tính B(H),q(B)………………………………………….… 10 Hình 1.3 Mạch từ xoay chiều giản đồ véc tơ …………………………….…….12 Hình 1.4 : Cuộn dây nam châm điện ……………………………………….… …12 Hình 1.5 Đặc tính lực hút dạng kết cấu thƣờng gặp nam châm điện …20 Hình 1.6 Đồ thị từ thông lực điện từ theo thời gian…………………………… 21 Hình 1.7 : Nam châm điện xoay chiều có cuộn dây ,vòng ngắn mạch lực điện từ trƣờng hợp đó………………………………………………………… 22 Hình 1.8 Mạch từ có vòng ngắn mạch,giản đồ vecto lực điện từ theo thời gian……………………………………………………………………………… 24 Hình 1.9 Quan hệ dòng điện ,khe hở không khí thời gian ……………….26 Hình 1.10 Đƣờng cong quan hệ Ψ(i) theo khe hở δ……………………………….31 Hình 1.11 Đƣờng đặc tính lực NCĐ……………………………………………….32 Hình 1.12 Các cách thay đổi thời gian tác động ……………………………….…35 Hình 2.1 Contactor điện từ …………………………………………………….… 39 Hình 2.2 Đƣờng đặc tính lực hút contactor………………………….…… ….39 Hình 2.3 Mô hình mạch điện nghiên cứu ………………………………………….42 Hình 2.4 Đƣờng đặc tính có tác động phần tử X …………………………… 46 Hình 3.1 Mạch điện nguyên lý phƣơng pháp dùng cuộn dây phụ ……………… 49 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp sử dụng băm xung chiều… 50 Hình 3.3 Nguyên lí điều khiển điều áp chiều……………………………… 51 Hình 3.4: Sơ đồ khối mạch điều khiển băm xung …………………………………52 Hình 3.5: Bộ tạo sóng điện áp vuông tam giác KĐTT……………………52 Hình 3.6 đồ thị Ura1 t  dạng điện áp tụ C………………………………….54 Hình 3.7 Khâu kéo điện áp ……………………………………………………… 55 Hình 3.8 Mạch so sánh hai cổng KĐTT…………………………………… 56 Hình 3.9 Khâu khuyếch đại ……………………………………………………… 57 Hình 3.10 khâu tạo điện áp điều khiển …………………………………………….57 Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện phƣơng pháp dùng tụ……………………………… 59 Hình 3.12 Sơ đồ mạch điện phƣơng pháp dùng chỉnh lƣu tụ C …………….….61 Hình 3.13 Sơ đồ mạch điện qui đổi……………………………………………… 62 Hình 3.14 Mạch điện thí nghiệm ………………………………………………… 64 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài : Hiện giới nhƣ Việt Nam , contactor đƣợc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển , hệ thống chấp hành, số lƣợng chủng loại contactor phong phú đa dạng Nên nghiên cứu contactor nhiều, nhƣng có lịch sử lâu đời nên nghiên cứu contactor chủ yếu nghiên cứu tối ƣu nhƣ : nghiên cứu tối ƣu vật liệu chế tạo thiết bị , nghiên cứu tối ƣu theo số thông số cho trƣớc, nghiên cứu tối ƣu theo kích thƣớc, nghiên cứu tối ƣu theo đƣờng đặc tính lực hút, nghiên cứu tối ƣu lƣợng tiêu hao … Các nguồn lƣợng giới cạn kiệt,các sản phẩm tiết kiệm lƣợng xu hƣớng phát triển tƣơng lai.Trên sở ,trong phạm vi luận văn, tác giả tiến hành nghiên cứu nam châm điện tối ƣu lƣợng cho contactor Lịch sử nghiên cứu : Đến thời điểm đ có số sản phẩm contactor tiết kiệm lƣợng công ty nƣớc nhƣ: a Dòng sản phẩm tiết kiệm lƣợng cho contactor trung áp contactor hạ áp có dòng điện lớn 250A hãng Schneider b Dòng sản phẩm tiết kiệm lƣợng cho contactor hạ áp có dòng điện lớn 250A hãng LS Hiện , Việt Nam chƣa có nghiên cứu, tính toán chi tiết tối ƣu lƣợng tiêu hao contactor Mục đích ,đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận văn : Mục đích nghiên cứu đề tài đƣa tính toán nghiên cứu mặt lý thuyết tạo tiền đề chế tạo dòng sản phẩm contactor tối ƣu lƣợng đề xuất hƣớng phát triển dòng sản phẩm từ dòng sản phẩm cũ Đối tƣợng nghiên cứu đề contactor tiết kiệm lƣợng, tác giả tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cách kết hợp tạo contactor tiết kiệm lƣợng từ dòng contactor đ sản xuất Các luận điểm đóng ghóp luận văn : Những luận điểm, vấn đề tác giả đ nghiên cứu phạm vi luận văn:  Tổng quan contactor  Cấu tạo, nguyên lý hoạt động contactor tối ƣu lƣợng  Tính toán chi tiết thông số contactor tối ƣu lƣợng  Đƣa đề xuất để phát triển dòng sản phẩm Phƣơng pháp nghiên cứu : Để thực nhiệm vụ nghiên cứu tác giả đ phối hợp nhóm phƣơng pháp:  Nhóm phƣơng pháp Nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tƣ liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp vấn đề có liên quan tới đề tài  Nhóm phƣơng pháp thực nghiệm : Để củng cố tính xác, đắn nội dung nghiên cứu CHƢƠNG I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ NAM CHÂM ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung : (TL7) 1.1.1 Định nghĩa : Nam châm điện cấu điện từ biến đổi từ điện thành nhờ thay đổi từ thông mạch từ ,làm dịch chuyển phần động mạch từ , tạo công hữu ích nam châm điện đƣợc sử dụng rộng r i lĩnh vực khí cụ điện nhƣ cấu truyền động role điện , công tắc tơ , thiết bị đóng cắt,bảo vệ ,cơ cấu chấp hành van điện từ , phanh điện từ , khớp li hợp điện từ … Các thành phần nam châm điện cuộn dây dẫn điện hay gọi cuộn hút mạch từ (lõi thép ), cuộn dây đƣợc cực từ mạch từ , có thành phần khác nhƣ nắp , lò xo nhả ,lò xo chống rung , vòng chống rung , giá đỡ tiếp điểm … 1.1.2 Nguyên lý hoạt động nam châm điện (TL6): Nguyên lý hoạt động nam châm điện dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ Khi đóng khóa K , dòng điện chạy cuộn dây tạo nên sức từ động F = IW, sinh từ thông Φ0 Từ thông có thành phần Φδ thành phần từ thông qua khe hở không khí lam việc , qua nắp tạo nên lực hút điện từ Fdt hút nắp phía lõi thép nam châm điện Một phần từ thông không qua khe hở không khí , mà khép từ thân qua thân mạch từ đƣợc gọi từ thông rò Φr ( xem Hình 1.1 Nam châm điện hình 1.1) Để xác định cực tính cuộn dây hay chiều từ trƣờng ngƣời ta dùng qui tắc bàn tay phải Qui tắc bàn tay phải để xác định chiều từ trƣờng cuộn dây: Đặt cuộn dây nằm lòng bàn tay chiều từ long bàn tay tới ngón tay chiều dây quấn chiều dòng điện ,chiều ngón tay chiều cảu từ thông mà thân cuộn dây sinh cực tính vật dẫn có xu hƣớng chống lại từ trƣờng tác dụng lên Do cực tính vật dẫn ngƣợc với cực tính cuộn dây Sự hình thành lực hút cuộn dây vật dẫn lực hút điện từ vật có cực tính khác Vật bị hút phía cuộn dây , dòng điện chay cuộn dây đổi chiều hình thành cực từ tạo nên lực hút chúng 1.1.3 Phân loại nam châm điện : Nhƣ trình bày nam châm điện phần tử khí cụ điện đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ công nghiệp , nông nghiệp ,quân , y tế , giao thông … nam châm điện đƣợc phân loại nhƣ sau : 1.1.3.1 Phân loại theo nguồn điện sử dụng : Nam châm điện chiều nam châm điện mà cuộn dây đƣợc cung cấp nguồn điện chiều Nam châm điện xoay chiều nam châm điện mà cuộn dây đƣợc cung cấp nguồn điện xoay chiều 1.1.3.2 Phân loại theo cách mắc cuộn hút : Mắc cuộn dây nối tiếp với tải gọi cuộn dòng thƣờng có tiết diện dây lớn số vòng Mắc cuộn dây song song với tải gọi cuộn áp thƣờng có tiết diện dây nhỏ số vòng nhiều 1.1.3.3Phân loại theo hình dáng mạch từ : Tùy theo mục đích sử dụng đặc tính làm việc ,nam châm đƣơcj chia làm nhóm nhƣ sau 1.1.3.4Phân loại theo nguyên tắc tác động : Nam châm điện có hình thức tác động hút ,đẩy hình thức trì Với hình thức hút ,đẩy thƣờng sử dụng trình đòi hỏi chuyển động ,nắp chuyển động quay thẳng tùy theo cấu cụ thể ,sự chuyển động nắp đƣợc gắn vào cấu khí để sử dụng cho thiết bị nhƣ rơ le , công tắc tơ , van điện từ … Hình thức trì thƣờng sủ dụng công việc nhƣ giữ chặt , kéo chặt để nâng chi tiết sắt thép Nam châm điện loại nắp , nắp phận ,chi tiết cần giữ gia công Trong trƣờng hợp từ thông móc vòng qua mạch từ chi tiết gia công Hiện đ có số công trình nghiên cứu va chế tạo loại nam châm kiểu đẩy ngƣợc với nam châm kiểu hút ,với nam châm điện kiểu đẩy ngƣợc tạo nhờ giống cực tính vật dẫn từ đặt gần nắp thân nam châm 1.2 Nam châm điện xoay chiều : (TL6) 1.2.1 Định nghĩa : Nam châm điện xoay chiều nam châm điệnmà cuộn dây đƣợc cung cấp nguồn điện áp nguồn dòng điện xoay chiều 1.2.2 Cấu tạo : Cuộn dây điện từ Mạch từ xoay chiều Lò xo chống rung , lò xo nhả 1.2.2.1 Mạch từ nam châm điện xoay chiều : Cũng nhƣ thiết bị điện từ sử fungj nguồn điện xoay chiều khác ,mạch từ nam châm điện xoay chiều đƣợc ghép thép kỹ thuật điện có bề dày từ : 0.1, 0.2 ,0.3 , 0.35 … với Khi từ trƣờng cuộn dây biến thiên theo tần số nguồn điện xuất lõi thép tồn hao dƣới dạng từ trễ dòng xoáy Nhƣ việc ghép cách điện thép làm giảm bớt tổn hao ,nhiệt sinh giảm bớt từ tính lõi thép , giảm tính chất cách điện lõi thep vật liệu cách điện Tổn hao lõi thép phụ thuộc vào điểm làm việc lõi thép đƣờng đặc tính từ hóa Đây quan hệ phi tuyến đƣợc thể đƣờng đặc tính suất tổn hao q = f(B) Hình 1.2 Đƣờng đặc tính B(H),q(B) Nhƣ việc chọn điểm làm việc lõi thép đƣờng đặc tính từ hóa quan trọng ảnh hƣởng tới kịch thƣớc mạch từ nhiệt độ làm việc mạch từ , từ liên quan tới giá thành sản xuất Cho nên chọn điểm làm việc thấp tức mật độ từ cảm nhỏ tiết diện cực từ lớn , ngƣợc lại điểm làm việc cao mật độ từ cảm tăng tiết diện cực từ giảm , tổn hao tăng , tăng nhanh so với , nhƣng trọng lƣợng lõi thép giảm giảm đƣợc chi phí sản xuất 10 Đây thực chất mạch cộng đảo có nhiều đầu vào Một đầu vào có điện áp Ura2 đầu biến thiên từ −12V ÷ 0V Ta có điện áp A3 : U U  U ra3   R6   VR!  R5   R4 (2-29) c Khâu so sánh ( A4 ) : có nhiệm vụ xác định thời điểm mở khóa van bán dẫn UĐK Urc U t R7 R8 _ + a t Ur4 A4 b Hình 3.8 Mạch so sánh hai cổng KĐTT Đầu vào khâu gồm có tín hiệu , điện áp tựa ( điện áp tam giác ) điện áp chiều làm điện áp điều khiển Tại thời điểm điện áp tựa điện áp điều khiển phát lệnh mở khóa van bán dẫn Điện áp tựa Dạng tam giác có sƣờn lên xuống , lệnh mở van giao điểm sƣờn lên giao điểm sƣờn xuống phát lệnh khóa van Các điện trở hạn chế đầu vào đƣợc tính : R7  R8 > Uv Iv Uv , Iv điện áp từ khâu kéo điện áp , dòng điện vào theo thông số KĐTT 57 d Khâu khuếch đại : Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở van bán dẫn Một xung đƣợc coi phù hợp để mở van xung có đủ công suất ( đủ dòng điện điện áp điều khiển ) , cách li giửa mạch điều khiển với mạch động lực nguồn động lực hàng chục vôn trở lên Van động lực Tranzitor , xung điều khiển có dạng xung chữ nhật độ rộng xung độ rộng xung điện áp tải Do mạch động lực có điện áp nguồn U1 cao nhƣng mạch điều khiển có điện áp cấp nguồn điều khiển cách li nên ta chọn mạch khuếch đại có cách li ghép quang +12V R11 R10 Tr1 Tr R9 GQ Hình 3.9 Khâu khuyếch đại e Khâu tạo điện áp điều khiển ( A5 ) : Có nhiệm vụ tạo điện áp chiều để sử dụng so sánh với điện áp tựa VR3 khâu so sánh UphU R13 R12 R14 -12V VR2 VV+ A5 Hình 3.10 khâu tạo điện áp điều khiển 58 Udk Điện áp điều khiển đƣợc tạo cộng Hai tín hiệu dặt ( lấy từ VR2 ) phản hồi ( lấy từ VR3 ) đƣợc cộng đại số với theo biểu thức Uđk = − K ( Uđặt − UphU )  (2-30)   Với K = R12   R R 13   14 Do đặc điểm điều khiển mạch có hai trạng thái điều khiển van bán dẫn van mở hoàn toàn van mở tạo điện áp rơi cuộn dây nam châm điện U1 đ đƣợc xác định theo lực điện từ sinh phần trƣớc Trạng thái : van mở hoàn toàn tức : Uđk = E R1 R2 (2-31) Điệu áp phản hồi Vậy ta tính đƣợc : Uđặt = 2.E.R1 K R2 (2-32) Trạng thái : điện áp U1 ,tức : Uđk = E R1 U R2 U (2-33) Từ phƣơng trình 2-37,2-39 2-40 ta có điện áp phản hồi là: =  + = U 2.E.R1 (1+ ) U K R2 (2-34) Hiện hầu hết phần mạch điều khiển đƣợc nhà sản xuất ghộp lại vào chip điện tử đa tính lại phần khuyếch đảm bảo công suất xung phù hợp điều khiển van bán dẫn Tín hiệu phản hồi đƣa trực tiếp vào chân chip Với chế độ điều khiển mạch 59 nghiên cứu có hai phƣơng pháp điều khiển xung điều khiển van : Dùng tín hiệu phản hồi qua tiếp điểm phụ , tức tín hiệu phản hồi có ,qua ta lập trình vi xử lý tạo hai dạng xung điều khiển ứng với công thức tính toán , hay ta không sử dụng tín hiệu phản hồi mà dùng timer, tức ta lập trình cho vi điều khiển : cấp xung mở van hoàn toàn đóng điện sau thời gian định đảm bảo nắp contactor hút hoàn toàn cấp xung điều khiển giảm điện áp cấp vào cuộn dây Phƣơng pháp thƣờng sử dụng với contactor có dòng điện định mức lớn, với dòng điện nhỏ giá thành sản phẩm tăng cao hiệu mặt lƣợng đạt đƣợc không bù lại giá thành chế tạo nguyên vật liệu tiêu hao Phƣơng pháp có ƣu mà phƣơng pháp khác đƣợc cho điện áp tác dụng lên cuộn dây nam châm điện giảm dần tới giá trị mong muốn ,hơn thời điểm thay đổi điện áp tác dụng vào cuộn dây điều chỉnh xác Với contactor có dòng lớn chế tạo băm áp nhƣ khối rời đƣợc ghép bên cạnh contactor nhƣ khối tiếp điểm phụ,vì mà khối băm áp bán rời phận , có dùng hay không tùy vào mục đích ngƣời sử dụng 3.4 Phƣơng pháp sử dụng tụ C cho nam châm điện xoay chiều : Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp : Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện phƣơng pháp dùng tụ 60 Nguyên lý hoạt động mạch điện : tụ C đƣợc nối song song với tiếp điểm thƣờng đóng contactor cấp nguồn điện U cho mạch thời điểm dòng điện qua tiếp điểm thƣờng đóng K mà không qua tụ C , điện áp U đƣợc đặt hoàn toàn vào cuộn dây nam châm điện , nam châm điện sinh lực hút điện từ làm nắp nam châm điện chuyển động , nắp hút hoàn toàn tức , tiếp điểm thƣờng đóng mở , tụ C đƣợc thêm vào mạch làm giảm điện áp tác dụng lên cuộn dây U1 , công suất tác dụng lên cuộn dây nam châm điện giảm , tụ C không tiệu thụ công suất tác dụng nên tổng công suất tiêu thụ mạch tổn hao công suất cuộn dây nam châm điện Tiếp điểm thƣờng đóng contactor đƣợc chỉnh sửa cho Ktđ không mở tiếp điểm vừa tiếp xúc mà mở nắp hút hoàn toàn để tránh trƣờng hợp nắp nhả lực điện từ giảm nhỏ lực học Theo phần trƣớc ta tính đƣợc giá trị U1 cần thiết để giữ nắp hút,vậy ta cần tính toán giá trị tụ C để điện áp rơi cuộn dây nam châm điện U1 Cuộn dây nam châm điện có điện trở R , điện cảm L Ta có : = , = Dòng điện chạy mạch : I= (2-35) Điện áp cuộn dây : U1 = (2-36)   =( ( ( với = 61 )  = Từ điện kháng (2-37) tụ ta tính đƣợc giá trị điện dung tụ : C = (2-38) Ta thấy phƣơng pháp giá trị tụ C thƣờng lớn tỉ số điện áp Ku thƣờng lớn nên theo công thức 2-18 điện kháng tụ C lớn điện kháng cuộn dây Ƣu điểm lớn phƣơng pháp đơn giản, dễ thực hiện,nếu ghép thêm vào contactor sẵn có nhỏ gọn, nhƣng phƣơng pháp thực nam châm điện xoay chiều nên hiệu mặt lƣợng không cao,hơn dùng với contactor có dòng điện lớn , cuộn dây lớn làm cho trị số tụ tăng cao tạo xung điện áp lớn chuyển mạch 3.5 Phƣơng pháp sử dụng chỉnh lƣu tụ cho nam châm điện xoay chiều : Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp : Hình 3.12 Sơ đồ mạch điện phƣơng pháp dùng chỉnh lƣu tụ C Nguyên lý hoạt động mạch điện : tụ C đƣợc nối song song với tiếp điểm thƣờng đóng contactor cấp nguồn điện U cho mạch thời điểm 62 dòng điện qua tiếp điểm thƣờng đóng K mà không qua tụ C , điện áp U qua chỉnh lƣu cầu pha đƣợc nguồn điện chiều cấp điện trực tiếp cho cuộn dây nam châm điện, nam châm điện sinh lực hút điện từ làm nắp nam châm điện chuyển động , nắp hút hoàn toàn tức , tiếp điểm thƣờng đóng mở , tụ C đƣợc thêm vào mạch làm giảm điện áp nguồn cấp cho chỉnh lƣu ,sau chỉnh lƣu ta đƣợc điện áp tác dụng lên cuộn dây U1 , công suất tác dụng lên cuộn dây nam châm điện giảm , tụ C không tiệu thụ công suất tác dụng nên tổng công suất tiêu thụ mạch tổn hao công suất cuộn dây nam châm điện Tiếp điểm thƣờng đóng contactor đƣợc chỉnh sửa cho Ktđ không mở tiếp điểm vừa tiếp xúc mà mở nắp hút hoàn toàn để tránh trƣờng hợp nắp nhả lực điện từ giảm nhỏ lực học Cuộn dây nam châm điện có điện trở R , tụ điện có điện dung C Ta cần tính giá trị tụ C thêm vào mạch điện áp tác dụng lên cuộn dây nam châm điện U1 Theo tài liệu ta có điện áp trung bình U1 sau chỉnh lƣu cầu : U1 = 0,9 (2-39) Công suất tác dụng cuộn dây nam châm điện : P= (2-40) Bỏ qua tổn hao diode công suất trƣớc sau chỉnh lƣu nhau, nên ta có điện trở qui đổi R’ ứng với điện áp R’= trƣớc chỉnh lƣu : (2-41) Từ phƣơng trình 2-20 2-22 ta có : R’ = 1,234.R (2-42) 63 Ta có sơ đồ mạch điện sau qui đổi : Hình 3.13 Sơ đồ mạch điện qui đổi Dòng điện chạy mạch : I= (2-43) Điện áp điện trở R’ : =  (2-44) (  = (2-45)  = (2-46) Theo công thức 2-19 : C = Theo phƣơng pháp ban đầu điện áp chiều có giá trị trung bình gần giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều đƣợc đặt vào cuộn dây nam châm điện xoay chiều khoảng thời gian ngắn thời gian tác động nam châm điện , sau giá trị điện áp giảm tới giá trị U1 Nhƣng giá trị dòng 64 điện nam châm điện thời gian thỏa m n giá trị dòng điện khởi động cuộn dây nam châm điện : Để minh họa cho phƣơng pháp đ làm thí nghiệm nhƣ sau (TL2): Lắp mạch điện có sơ đồ nhƣ sau : Hình 3.14 Mạch điện thí nghiệm Contactor sử dụng loại FH 25H LS có thông số : Ucd = 220V , f = 50hz Các đồng hộ đo điện áp dòng điện có cấp xác 0,5 Đầu tiên chƣa lắp tụ để thực đo thông số contactor Cấp cho contactor nguồn điện áp xoay chiều định mức 220v đo đƣợc dòng điện định mức cuộn dây : I = 0,055 A Sau hạ dần điện áp xuống tới nam châm điện nhả ta đƣợc : Unh = 110V 65 Cấp cho cuộn dây nam châm điện nguồn điện xoay chiều , điều chỉnh giá trị điện áp tang dần tới nam châm hút ta đƣợc điện áp tác động nam châm : Utd = 150V Cấp cho cuộn dây nam châm nguồn điện chiều đƣợc tăng dần tới dòng điện cuộn dây đạt giá trị định mức , I = 0,055A điện áp chiều U- = 23V Sau giảm dần điện áp chiều tới nam châm nhả ta đƣợc điện áp nhả chiều : Unhdc = 8V Dòng điện khởi động cấp trực tiếp nguồn điện chiều 220V : Dòng điện khởi động thỏa m n yêu cầu : Đặt vào cuộn dây nam châm điện contactor điện áp xoay chiều 220V , ta đo đƣợc dòng điện khởi động qua cuộn dây : = 0,35A Tỉ số dòng điện khởi động dòng định mức làm việc với điện áp xoay chiều : / =0,35/0,055 = 6,36 lần Ta thấy so với chế độ làm việc định mức cuộn dây nam châm điện chế độ làm việc với chỉnh lƣu tụ có dòng điện khởi động lớn nhƣng nằm giới hạn cho phép Lắp tụ C có trị số điện dung lần lƣợt 0,5 µF; 0,75 µF Ta cấp nguồn điện 220V xoay chiều cho mạch ta đo đƣợc bẳng giá trị sau : P 66 C = 0,5 µF 220V 42,5mA 120V 12V 0,51W C = 0,75 µF 220V 65mA 120V 17V 1,15W Bảng 3.1 Bảng kết công suất tổn hao cuộn dây nam châm điện Công suất tiêu thụ định mức cuộn dây P = 1,265W Từ bảng kết ta thấy với tụ điện có điện dung C = 0,5 µF , chế độ làm việc nam châm điện bình thƣờng giới hạn cho phép ,công suất tiêu thụ cuộn dây nam châm điện tai thời điệm contactor đóng 40% công suất tiêu thụ định mức cuộn dây Hiệu phƣơng pháp cao Từ kết tính toán thực nghiêm ta thấy phƣơng pháp sử dụng chỉnh lƣu tụ phƣơng pháp có tính khả thi cao , hiệu lƣợng cao,mạch đơn giản gọn nhẹ ,có thể đƣa vào tiến hành sản xuất thực tế với khối lƣợng lớn với giá thành thấp Các chi tiết mạch phổ biến có giá rẻ kích thƣớc nhỏ phƣơng pháp phù hợp với contactor có dòng điện định mức nhỏ Ta tách riêng phần mạch điện dùng điều chỉnh điện áp cuộn dây nam châm điện chế tạo thành khối riêng biệt với kích thƣớc phù hợp với contactor, gắn bên cạnh contactor nhƣ khối phụ trợ Kết luận chƣơng III : - Dựa sản phẩm thực tế tìm hiểu nghiên cứu có bốn phƣơng pháp thực nam châm điện tiết kiệm điện : Phƣơng pháp sử dụng cuộn dây phụ, phƣơng pháp dùng băm áp, phƣơng pháp dùng tụ phân áp phƣơng pháp dùng chỉnh lƣu kết hợp với tụ phân áp - Hai phƣơng pháp dùng cuộn dây phụ sử dụng băm áp đƣợc áp dụng cho contactor có dòng điện định mức lớn, có kích thƣớc lớn ,chế tạo phức tạp giá thành cao - Phƣơng pháp dùng tụ phân áp đƣợc dùng cho contactor xoay chiều có dòng định mức bé ,phƣơng pháp dùng băm xung tụ phân áp dùng đa dạng cho nhiều loại contactor , hai loại có kích thƣớc nhỏ , dễ chế tạo, giá thành thấp 67 - Khi sử dụng contactor có nam châm điện tối ƣu lƣợng giảm điện tiêu thụ cuộn dây lên tới 70% - Kết thực nghiệm thực với phƣơng pháp sử dụng chỉnh lƣu kết hợp với tụ phù hợp với lý thuyết tính toán điện tiết kiệm 60% Vậy tính toán lý thuyết đ nêu xác KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT  KẾT LUẬN CHUNG : Nghiên cứu tối ƣu lƣợng nam châm điện cho contactor có tính thực tế ứng dụng cao Các phƣơng pháp đƣa có khả áp dụng vào thực tế với hiệu mặt lƣợng đáng kể tùy theo điều kiện hoàn cảnh áp dụng phƣơng pháp khác cho phù hợp : - Phƣơng pháp dùng thêm cuộn dây phụ nên sử dụng với contactor có dòng điện định mức lớn ,cần độ tin cậy cao hoạt động - Phƣơng pháp dùng băm xung nên sử dụng trƣờng hợp contactor có dòng điện định mức lớn contactor cần có điều chỉnh hoạt động linh hoạt Phƣơng pháp chế tạo thành thiết bị phụ trợ riêng bán rời với contactor - Phƣơng pháp dùng thêm tụ phân áp đƣợc sử dụng cho nam châm điện xoay chiều có dòng điện định mức nhỏ, thiết bị phƣơng pháp có kích thƣớc nhỏ ,có thể lắp tích hợp trực tiếp vào contactor hầu nhƣ không ảnh hƣởng tới kích thƣớc contactor - Phƣơng pháp dùng chỉnh lƣu tụ phân áp đƣợc sử dụng cho đa dạng loại contactor có dòng điện định mức rải rộng Phƣơng pháp chế tạo thành khối riêng kèm với contactor, ghép bên cạnh contactor nhƣ khối phụ trợ Phƣơng pháp có giá thành thấp,thiết bị đơn giản hiệu kinh tế cao 68 Nam châm điện chiều có hiệu mặt tiết kiệm lƣợng cao nam châm điện nhiều Những phƣơng pháp có nối qua tiếp điểm phụ contactor phải chỉnh lại tiếp điểm để tiếp điểm đóng hết tiếp điểm phụ tác động để tránh trƣờng hợp contactor bị đóng, nhả liên tục  ĐỀ XUẤT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI : - Cần kết hợp kết nghiên cứu đề tài với kết thí nghiệm thực tế để tạo sản phẩm contactor tiết kiệm lƣợng mang thƣơng hiệu Việt Nam - Nghiên cứu sâu ảnh hƣởng sóng hài gây từ phƣơng pháp ghép nối tới hiệu làm việc tổn hao lƣợng contactor - Nghiên cứu sâu tính tƣơng đối giá thành sản phẩm hiệu tiết kiệm lƣợng đạt đƣợc.Để đƣa cụ thể với contactor có dòng điện định mức áp dụng phƣơng pháp mà mang lại hiệu - Áp dụng kết đạt đƣợc đề tài vào nhà máy khác để sản xuất sản phẩm phù hợp với dây chuyền hoạt động nhà máy,tạo dòng sản phẩm đa dạng phục vụ nhiều loại nhu cầu ngƣời sử dụng 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ABB handbook protection and control devices Các nghiệm contactor, Bộ môn Thiết bị điện – điện tử , Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh,NXB KHKT 2001,sách : Các phương pháp đại nghiên cứu tính toán kỹ thuật điện Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh,(2004), Giáo Trình : Điện tử công suất , NXB KHKT Hà Nội LS - Catalogue, Coil– Characteristics,Technical manual(installation and handing)contactor and over load relay Nguyễn Xuân Phú, Tô Bằng,NXB KHKT 2003, Sách : Lý thuyết kết cấu tính toán lựa chọn sử dụng khí cụ điện Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn , Khí cụ điện , NXB KHKT 2010 Phạm Văn Chới , Phạm Tố Nguyên , Lƣu Mỹ Thuận, Bùi Tín Hữu ,Thiết kế khí cụ điện hạ áp NXB Bách Khoa R.Bour Geois, P.Dalle, B.Maizeres, E.Esvan, E.Seuillot – Cẩm kĩ thuật điện, tự động hóa tin học công nghiệp – ngƣời dịch Lê Văn Doanh ,NXB KHKT 2005 10 Trần Thế Nam ,Nghiên cứu thiết kế tối ưu nam châm điện xoay chiều,Luận văn thạc sĩ khoa học 70 11 Trần Văn Thịnh, (2005), Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất, NXB Giáo dục 12 Schneider ,The essential guide TeSys for power control & protection 2012 71 ... vật dẫn từ đặt gần nắp thân nam châm 1.2 Nam châm điện xoay chiều : (TL6) 1.2.1 Định nghĩa : Nam châm điện xoay chiều nam châm điệnmà cuộn dây đƣợc cung cấp nguồn điện áp nguồn dòng điện xoay... Cuộn dây điện từ Mạch từ xoay chiều Lò xo chống rung , lò xo nhả 1.2.2.1 Mạch từ nam châm điện xoay chiều : Cũng nhƣ thiết bị điện từ sử fungj nguồn điện xoay chiều khác ,mạch từ nam châm điện xoay... dáng kết cấu nam châm điện Hình 1.5 Đặc tính lực hút dạng kết cấu thƣờng gặp nam châm điện 1.4.2 Đặc tính lực hút nam châm điện xoay chiều : Phƣơng pháp tính lực hút điện từu nam châm điện xoay