NAM CHÂM ĐIỆN

NAM CHÂM ĐIỆN
6.1. KHÁI NIỆM
Nam châm điện được sử dụng ngày càng rất rộng rãi mà không một lĩnh vực
ngành nào không sử dụng nó. Nhiệm vụ chủ yếu của nam châm điện là bộ phận
sinh lực để thực hiện các chuyển dịch tịnh tiến hay chuyển quay hoặc sinh lực hãm.
Trong mỗi lĩnh vực khác nhau thì có những loại nam châm khác nhau về
hình dáng, kết cấu, ứng dụng. Các quá trình vật lý xảy ra trong nam châm điện rất
phức tạp, thường được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính. Vì vậy việc
tính tóan nam châm điện thường được dựa theo các công thức gần đúng, đơn giản
sau đó mới kiểm nghiệm lại theo công thức lý thuyết, dẫn tới bài toán tối ưu.
Đối với công tắc tơ, nam châm điện là cơ cấu sinh lực để thực hiện tịnh tiến
đối với cơ cấu chấp hành là hệ thống các tiếp điểm.
6.2. TÍNH TÓAN KÍCH THƯỚC NAM CHÂM ĐIỆN
6.2.1. Các số liệu ban đầu
a/ Dạng kết cấu
Với công tắc tơ xoay chiều ba pha thì thường chọn nam châm điện có kết
cấu chữ E hút thẳng.
b/ Vật liệu:
Tra bảng 5 -3 (TL1) chọn Thép lá kỹ thuật điện hợp kim tăng cường ∃31
(thép Silic). Loại thép này có lực từ phản kháng bé nên tổn hao do từ trễ không
đáng kể.
Các thông số kỹ thuật của thép ∃31:
Lực từ phản kháng HC 0,35 A/cm
Từ cảm dư 1,1T
Từ cảm bão hòa 2T
Độ từ thẩm 250
Độ từ thẩm cực đại 6,5
Điện trở suất 50.10
-8
Ω.cm
Khối lượng riêng 7,65 g/cm

3
Thành phần Cacbon 0,025%
Tổn hao từ trễ khi bão hòa 0,15
Từ cảm lõi thép 0,6T
Chiều dày lá thép 0,5 mm
c/ Chọn từ cảm, hệ số từ rò, hệ số từ cảm
Chọn điểm tính toán là K (điểm nguy hiểm), tại δ = 3 mm
F
tt
= 23,645 N
Chọn B
δ
= 0,5T
Chọn hệ số từ rò σ
r
= 1,4; hệ số từ tản σ
t
= 1,2
6.2.2. Tính tiết diện lõi mạch từ
- Theo công thức 5 - 8 (TKKCĐAH), tổng diện tích lõi thép mạch từ để đạt
được lực điện từ ở điểm tới hạn:
S
l
Σ
=
trong đó F
tt
lực hút điện từ ở điểm tới hạn: F
tt
= 23,645 N

k: hệ số dự trữ, chọn k = 1,15
=> S
l
Σ
= = 5,47 . 10
-4
m
2
= 547 mm
2
- Diện tích lõi cực từ giữa:
S
l2
= = = 273,5 (mm
2
)
- Diện tích lõi 2 cực từ nhánh:
S
l1
= S
l3
= = = 13,75 (mm
2
)
Hình vẽ
- Đối với cực từ giữa
Chọn = 1,25
=> a = = ≈ 12,32 (mm)
Để đảm bảo mạch được đóng cắt một cách nhanh chóng và lực từ đủ mạnh
ta chọn: a= 16 mm

b= 1,25a = 1,25 . 16 ≈ 20 (mm)
- Cạnh thực của lõi thép:
b' =
với K
c
= 0,9 là hệ số ép chặt các lá thép
b' = ≈ 22 (mm)
- Số lá thép kỹ thuật điện:
n = = = 44 (tấm)
trong đó ∆ = 0,5 mm là chiều dày một lá thép.
- Hai cực từ mạch nhánh chọn kích thước: d= 12 mm
b= 20 mm
6.2.3. Tính toán cuộn dây
a/ Sức từ động của cuộn dây
- (IW)
tđ
= (IW)Σδ
nh
+ (IW)
h
(A. vòng) (CT 5-18)
trong đó:
⋅ (IW)Σδ
nh
: sức từ độn của khe hở không khí làm việc khi phần ứng hở.
⋅ (IW)
h
: sức từ động không đổi khi khe hở không khí làm việc
- (IW)Σδ
nh

= (CT 5 - 19 TL1)
Σδ
nh
- tổng khe hở không khí làm việc
Σδ
nh
= 2 . δ
nh
= 2.4.10
-3
= 8. 10
-3
(m)
µ
0
= 1,25.10
-6
(H/m)
=> (IW)Σδ
nh
= = 3200 (A.vòng)
- (IW)
h
= (CT 5 -20 TL 1)
σ
r
: hệ số từ rò, σ
r
= 1,4
Σδ

h
: khe hở không khí ở trạng thái hút
Σδ
h
= 2δ
cn
+ δ
cd
+ δ
ht
= 0,2 ÷0,7 mm
δ
cn
= 0,03 ÷ 0,1 mm - khe hở công nghệ, chọn δ
cn
= 0,05 mm
δ
cd
= 0,1 ÷ 0,5 mm - khe hở chống dính, chọn δ
cd
= 0,3 mm
δ
ht
: khe hở giả định, chọn δ
cd
= 0,1 mm
=> Σδ
h
= 2.0,05 + 0,3 + 0,1 = 0,5 mm
(IW)

h
= = 280 (A.vòng)
=> (IW)
tđ
= 3200 + 280 = 3480 (A. vòng)
- Kiểm tra lại, ta có hệ số bội số dòng điện:
K
t
= = ≈ 12,43
=> thỏa mãn yêu cầu K
t
= 4 ÷ 15
b/ Kích thước cuộn dây
Hình vẽ
- Tiết diện cuộn dây được xác định cho trạng thái phần ứng bị hút vì khi
phần ứng hở, dòng điện chạy trong cuộn dây lớn hơn nhiều lần so với khi phần ứng
bị hút và thời gian rất ngắn. Vì vậy sức từ động (IW)
tđ
được tính ở trạng thái hở của
phần ứng cần phải đưa về trạng thái hút của phần ứng.
- Theo công thức 5 - 24 (TL1), diện tích cuộn dây:
S
cd
=
trong đó:
K
U max
: Hệ số tính đến điện áp nguồn tăng mà NCĐ vẫn làm việc.
Chọn K
U max

= 1,1.
K
U min
: Hệ số tính đến điện áp nguồn giảm mà NCĐ vẫn làm việc.
Chọn K
U min
= 0,85.
K
qt
: Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ làm việc dài hạn K
qt
= 1
j: Mật độ dòng điện trong cuộn dây ở chế độ làm việc dài hạn, thường
j = 2 ÷ 4 A/mm
2
. Chọn j = 2,5A/mm
2
.
K
lđ
: Hệ số lấp đầy cuộn dây, K
lđ
= 0,3 ÷ 0,6. Chọn K
lđ
= 0,5.
=> S
cd
= ≈ 328 (mm
2
)

- Từ diện tích cuộn dây, chọn hệ số hình dáng K
hd
= = 3
=> b
cd
= = = 10,46 (mm)
h
cd
= 3. b
cd
= 3.10,46 = 31,37 (mm)
- Số vòng dây:
W = (trang 234 TL1)
trong đó:
K
IR
: hệ số tính đến điện áp rơi trên điện trở của cuộn dây khi
phần ứng bị hút K
IR
≈ 1.
U
đm
: điện áp định mức của cuộn dây, U
đm
= 380V
K
U min
: hệ số tính đến sụt áp, K
U min
= 0,85

f = 50 Hz
Φ
tb
= σ
r
.B
δ
.S
2
= 1,4.0,5.16.20.10
-6
= 2,24.10
-4
(Wb)
=> W = = 6495 (vòng)
- Tiết diện dây quấn:
q =
=> q = = 0,025 (mm
2
)
+ Đường kính dây:
d= = = 0,18 (mm). Chọn d = 0,2 mm
c/ Kích thước mạch từ
Hình vẽ
a = 16 mm ; b = 22 mm
Chọn ∆
1
= 0,5 mm
∆
2

= 1,5 mm (bề dầy khung dây)
∆
3
= 0,5 mm (bề dầy cách điện cuộn dây)
∆
4
= 5,0 mm
∆
5
= 5,0 mm
Chiều cao lõi mạch từ: h
1
= 32 mm
Chiều rộng cuộn dây: b
cd
= 13 mm
Chiều cao cuộn dây: h
cd
= 26 mm
Chiều rộng cửa sổ mạch từ:
c = ∆
1
+ ∆
2
+ 2∆
3
+ b
cd
+ ∆
4

= 19 mm
Diện tích nắp mạch từ:
S
n
= 0,8 . S
1
= 0,8 . 352 = 281,6 mm
2
=> h
n
= = = 12,8 mm
Diện tích đáy mạch từ:
S
đ
= 0,7 S
1
= 0,7.352 = 246,4 mm
2
=> h
đ
= = = 11,2 mm
6.2.4. Tính toán thử nghiệm