Thiết kế Rơle Trung Gian Kiểu Kín Đảm Bảo Độ Ổn Định Điện Và Bền Cơ Học Cao
MỤC LỤC
Tính toán thanh dẫn tĩnh
Thanh dẫn tĩnh có chức năng là bộ phận cắm trực tiếp với đế, và có chứa cả tiếp điểm để tiếp xúc với thanh dẫn động qua đầu nối. Để đảm bảo tiếp xúc với chân đế ta mạ bạc vào thanh dẫn tĩnh, mặt khác do thanh dẫn động có kích thước nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền về nhiệt và độ bền về điện, độ bền về cơ nên thanh dẫn tĩnh có các kích thước lớn hơn cũng sẽ đảm bảo được các độ bền như của thanh dẫn động.
Tiếp điểm
Để đảm bảo các yêu cầu của tiếp điểm về điện trở suất, điện trở tiếp xúc nhỏ và ít bị ăn mòn, ít bị oxi hóa, khó hàn dính, độ cứng cao và làm việc tốt với dòng điện định mức 10 A ta có thể chọn vật liệu làm tiếp điểm là bạc kéo nguội với các thông số kỹ thuật cho ở bảng 2-13 như sau. Độ ổn định của tiếp điểm chống đáy và chống hàn dính gọi là độ ổn định điện động ( độ bền điện động) độ ổn định nhiệt và ổn định điện động là các thông số quan trọng được biểu thị qua trị số dòng điện tới hạn hàn dính Ithhd tại trị số đó sự hàn dính của tiếp điểm có thể không xảy ra, nếu cơ cấu ngắt có đủ khả năng ngắt tiếp điểm.
Đầu nối
Độ mở cần thiết phải đủ lớn để có khả năng dập hồ quang, song nó không được lớn quá sẽ ảnh hưởng tới kích thước của Rơle. Chọn kết cấu mối nối có thể tháo rời được, dây dẫn được nối với đầu nối thông qua mối hàn có tráng thiếc thanh dẫn động hoặc thanh dẫn tĩnh, ngoài ra phần đầu nối phải bố trí hợp lý để đỡ gây ảnh hưởng tới yếu tố xung quanh.
Dây dẫn mềm
Đối với dây dẫn mềm là phải thiết kế sao cho nó có thể chịu được nhiệt độ mà ở đó nhiệt độ phát nóng không được lớn hơn trị số cho phép, phải đảm bảo cách điện.
TÍNH VÀ DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CƠ
Lò xo xoắn hình trụ được cuốn bằng dây hoặc thanh có tiết diện tròn, có thể chịu tải kéo hoặc nén hướng trục, vì khi đó tiết diện ngang của dây hoặc thanh quấn chịu xoắn. Để tính toán đối với lò xo loại này, trước hết cần chọn chỉ số lò xo C, nó dặc trưng cho độ cong của các vòng lò xo và xác định ứng xuất tập trung trong vật liệu của lò xo.
TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN
Tính toán nam châm điện
Vì vậy sức từ động (IW)tđ được tính ở trạng thái hở của phần ứng cần được dưa về trạng thái hút của phần ứng. Theo công thức 5-24 thì ta có tiết diện cuộn dây xoay chiều:. Thay số vào ta có:. + Từ tiết diện cuộn dây Scd ta có thể xác định được chiều cao và bề dày. Trong đó: hcd: Bề dày cuộn dây. lcd: Chiều cao cuộn dây. c) Xác định kích thước nam châm điện. Để xác định kích thước nam châm điện một cách tối ưu cần phải minh họa nam châm điện sơ bộ trên giấy, sau đó mới trình tự tính toán từng kích thước của chúng. ∆4: Khoảng cách từ cuộn dây đến thân mạch từ đối diện. Như vậy cửa sổ mạch từ có chiều rộng :. - Diện tích đáy nam châm điện xoay chiều : Do mạch từ hình chữ U nờn ta cú thể lấy tiết diện lừi. Nhưng chiều rộng ít nhất bằng chiều rộng các thanh dẫn động cộng với khoảng cách dẫn điện, nên bđ = 26 mm. - Diện tích nắp nam châm điện hay còn gọi là phần ứng. + Chiều rộng phần ứng lấy ít nhất bằng chiều của các thanh dãn động cộng với khoảng cách cách điện : bn=26 mm. + Chiều dài nắp nam châm điện lấy hơn chiều dài của mạch từ một khoảng 2 mm, để cần có chỗ lắp lò xo. + Chiều cao của nắp nam châm điện được xác định bởi công thức:. lf: Khoảng cách phần ứng tới cách diện đầu cuộn dây khi nắp đóng,. Thay số vào tính ta có:. d: Khoảng cách từ cuộn dây tới chỗ gá của nam châm vào miếng nhựa cứng, chọn d = 5 mm. + Chiều cao của sổ mạch từ:. lf: Khoảng cách phần ứng tới cách diện đầu cuộn dây khi nắp đóng, lf=2 mm. 5) Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện. (IW)tđ: Sức từ động tác động do cuộn dây nam châm điện xoay. Xác định từ thông trung bình Φtb do trị số thấp của điện áp nguồn sinh ra:. Xác định thông só cuộn dây. a) Số vòng dây nam châm điện. Số vòng dây điện áp xoay chiều được xác định từ phương trình quan hệ điện áp nguồn, từ thông Φtbh hay Φtbtđ, tần số nguồn và số vòng. Nếu bỏ qua phần điện áp rơi trên điện trở của cuộn dây nam châm điện khi phần ứng bị hút, có thể viếtĺ. Số vòng dây của cuộn dây nam châm điện được tính theo công thức :. b) Tiết diện dây quấn. Tiết diện dây quấn được xác định theo công thức:. c) Đường kính dây quấn:. Đường kính dây không kể dến cách điện:. Hệ số lấp đầy thực sự của cuộn dây là:. Ta thấy rằng hệ số lấp đầy thực sự lớn hơn hệ số lấp đầy đã chọn, điều này dẫn đến sự sai lệch về kích thước mà ta đã tính theo hệ số lấp đầy cũ. Chính vì thế, ta cần phải hiệu chỉnh lại kích thước của mạch từ và của cuộn dây. d) Tiết diện cuộn dây khi hiệu chỉnh lại. + Tiết diện cuộn dây khi hiệu chỉnh lại:. Chiều cao và bề dầy thực của cuôn dây khi được hiệu chỉnh lại có giá trị là: hcd = 13 mm. Như vậy, so với mạch từ đã tính thì kích thước trên vẫn đảm bảo theo yêu cầu thiết kế khi ta kiểm nghiệm lại ở phần sau là đúng. + Chiều cao của nam châm điện được xác định lại là:. lf: Khoảng cách thừ phần ứng tới cách điện cuộn dây khi nắp đóng, lf = 2 mm. Thay số vào đó ta có:. bthân: Bề dầy cực từ đối diện cực từ có cuộn dây, bthân=2 mm. d: Khoảng cách từ cuộn dây từ cuộn dây tới chỗ gá của nam châm vào miếng nhựa cứng, chọn x=5 mm. + Chiều cao cửa sổ mạch từ:. lf: Khoảng cách từ phần ứng tới cách điện cuộn dây khi nắp đóng, lf=2 mm. e) Xác định dòng điện trong cuộn dây nam châm điện. 6) Tính toán vòng ngắn mạch. (Do chỉ có 1 cạnh của vòng ngắn mạch nằm trong cực từ) Với: Svnm : tiết diện vòng ngắn mạch. • Φδtb: Từ thông trung bình qua khe hở không khí phần ứng Ta có: Φtb = Φδtb +Φr. Vậy, lực hút trung bình ở khe hở không khí:. + Tỷ số f1 của lực điện từ bé nhất và trị số trung bình của lực điện từ khi không có vòng ngắn mạch:. htb cth dt. + Tỷ số giữa cực từ ngoài và trong vòng ngắn mạch:. Thay số vào ta có:. + Góc lệch pha giữa từ thông Φt và ngoài Φn khi số vòng ngắn mạch là:. = là từ dẫn của khe hở không khí tương ứng với tiết diện trong của vòng ngắn mạch. Thay số vào ta có:. • Từ thông trong vòng ngắn mạch Φt:. Thay số vào ta có:. • Lực điện từ bên trong vòng ngắn mạch:. • Lực điện từ bên ngoài vòng ngắn mạch:. • Giá trị lớn nhất của lực điện từ được xác định theo biểu thức sau:. max Ftbt Ftbn Ftbt Ftbn. • Giá trị nhỏ nhất của lực điện từ:. Ftb: Lực điện từ trung bình. Theo nhiệm vụ tính toán thì lực điện từ bé nhất phải lớn hơn lực cơ ở trạng thái hút của phần cứng. Tức là Fmin>Fcơth. Do đó có thể khẳng định lực điện từ đã tính ở trên là thoả mãn điều kiện cho phép. +Tỷ số giữa lực trung bình Ftb và lực bé nhất Fmin. + Tổn hao năng lượng trong vòng ngắn mạch:. Thay số vào biểu thức trên ta có:. + Xác định kích thước vòng ngắn mạch:. • Vật liệu làm vòng ngắn mạch chọn là đồng có điện trở suất:. Nhiệt độ giả định của vòng ngắn mạch là 200oC. • Chu vi trung bình vòng ngắn mạch:. • Hệ số toả nhiệt trong không khí:. • Hệ số toả nhiệt trong lừi thộp:. + Diện tích toả nhiệt trong vòng ngắn mạch:. • Diện tích toả nhiệt trong không khí:. • Diện tớch toả nhiệt trong lừi thộp:. + Tổn hao trong lừi thộp:. Φmax: Từ thông cực đại. • Trọng lượng của lừi thộp:. Trọng lượng của lừi thộp được tớnh theo cụng thức:. • Suất tổn hao trong lừi thộp:. • Dũng điện sinh ra tổn thất năng lượng trong lừi thộp. 7) Xác định dòng điện trong cuộn dây. Dòng điện trong cuộn dây xoay chiều bao gồm các dòng điện thành phần như sau:. + Ith: Dũng điện từ hoỏ lừi thộp. + Dòng điện ngắn mạch quy đổi Inmqd. Ih nmqd Fe th. Vậy, mật độ dòng điện dây quấn khi hút là:. 8) Tính toán nhiệt cuộn dây nam châm điện.
TÍNH HỆ SỐ NHẢ CỦA NAM CHÂM ĐIỆN
Tính hệ số nhả của nam châm điện
Đặc tuyến lực hút điện từ của nam châm điện xoay chiều bằng phẳng hơn so với nam châm điện một chiều nên rơle trung gian xoay chiều dễ đạt hệ số nhả cao hơ. Hệ số nhả là tỷ số giữa dòng điện và điện áp cuộn dây khi phần ứng của nam châm điện nhả và hút.
CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Phần làm việc
Phần chân đế được làm từ một loại nhựa cứng dùng để vít vào hộp kỹ thuật điện, chân đế ở đây ta thiết kế vừa dùng ngàm có ưu điểm sửa chữa, lắp đặt dễ dàng hơn, đồng thời vừa có cả vít. Trong chân đế có chứa các lỗ để bắt vít với các đầu nối, bề mặt của chân đế là các lỗ cắm thanh tĩnh, các lỗ này phải thiết kế sao cho khi cắm thanh dẫn tĩnh, chúng có thể tiếp xúc tốt với nhau, tránh gây chập chờn về điện.