NAM CHÂM ĐIỆN ,CHƯƠNG 5h

: TNH TON KINH NGHIM NAM CHM IN XOAY
CHIU
Khỏc vi nam chõm in 1 chiu, khi tớnh toỏn nam chõm in xoay
chiu cn phi tớnh toỏn nh hng ca s bin thiờn tun hon ca cỏc
thụng s nh : in ỏp, dũng in, t thụng theo thi gian, tn hao nng
lng do t tr v
do dũng in xoỏy gõy ra trong lừi thộp mch t v trong
vũng ng
n mch (chng dung). Vỡ cú tn hao nng lng nờn t thụng cỏc
phõn on mch t b lch pha nhau.
Vỡ nhng c im trờn, khi tớnh toỏn kim nghim nam chõm in
xoay chiu nờn s dng phng phỏp s phc tớnh. Cn lu ý rng
phng phỏp s phc ch s dng trcc tip khi t thụng v
sc t ng cú
dng hỡnh sin, nhgói l mch t lm vic phn tuyn tớnh ca ng cong
t húa.
Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn, cỏc i lng t thụng v t cm c tớnh
theo tr s biờn
m
v F
m
. ng hoỏ, ch s m s khụng vit na.
Cỏc s liu ban u cn thit cho tớnh toỏn .
Kiểm nghiệm phải dựa vào các số liệu thu đ-ợc từ b-ớc tính tóan thiết kế (sơ
bộ), cụ thể là hình vẽ nam châm điện cùng các kích th-ớc của nó.
A- trình tự tính toán
việc tính toán nam châm điện xoay chiều cuộn dây điện áp ( = const )
và cuộn dây dòng điện (
= IW =const) có những điểm khác nhau. Trong
phần này, chỉ xét tới loại có cuộn dây điện áp. trình tự tính tóan của nó
gồm các b-ớc sau :

1. lập sơ đồ thay thế của mạch từ và xác định các phân đoạn
tính toán cần thiết .
2. tính từ dẫn của khe hở không khí, suất từ dẫn rò, đạo hàm
theo bậc nhất của từ dẫn khe hở làm việcvà từ dẫn tổng của
tất cả các khe hở của mạch từ.
3. tính hệ số từ rò ở trạng thaí nhả của phần ứng, không kể đến
từ trở của vòng ngắn mạch.
4. xác định từ thông, từ cảm, cũng nh- ở phần tính toán sơ bộ,
số liệu ban đầu ở đây là lực tác động Fhtb = Fcqđb bằng lực
cơ qui đổi ( kể cả đến hệ số dự trữ Kdt ),chính bằng lực điện
từ của nam châm điện khi khe hở làm việc ở vị trí tới hạn (
th-ờng ứnh với thời điểm bắt đầu tiếp xúc của tiếp điểm
th-ờng mở-độ lún của tiếp điểm ). Theo trị số của lực này (
hay 1 phần của nó nếu khe hở là 2 hay 3). Xác định trị số
chính xác của từ thông th ở khe hởlàm việc tới hạn qua
công thức :
)
.3
.1
(
)(2
.
2
2




d
dGr

d
G
G
KF
th
htb




(4-50)
trong đó :
tb


-wb ; G

- H; -m ;0= 1,256.10
6
H/m, K
=0,25 nếu Fhtb N và K =0,0255 nếu Fhtb-KG.
Thừa số 1/3 đánh giá ảnh h-ởng của từ dẫn rò Gr qui đổi
theo từ thông trung bình
tb Dựa vào trị số tb và r,xác
định
tb = rth . th, từ thông tb này do trị số thấp nhất của điện áp nguồn sinh
ra : Umin = KUmin .Uđm. dựa vào
tb tính số vòng dây của cuộn dây W ở
đỉêm R.
5. Tính số vòng cuộn dây, cách tính cuộn dây dòng điện và

cuộn dây điện áp có những điểm khác nhau ( sẽ khảo sát ở
mục sau ).
6. Xác định từ thông ở khe hở làm việc có vòng ngắn mạch
( ở trạng thái hút của phần ứng ) :
2
..
.
min


w
UK
h
ủh
dmU

, Wb; (5-51)
trong đó KUmin = 0,6
0,9 hệ số đánh giá khả năng
suy giảm của điện áp nguồn
rh = (1,03 1,05 ) ( bé hơn 1,1 ) hệ số rò khi hút của
mạch từ.
=2..f , s
1
7. Tính toán vòng ngắn mạch.
8. Tính hệ số từ rò ở trạng thái hút của phần ứng,
rh kể
cả đến ảnh h-ởng của từ trở vòng ngắn mạch theo
h

.
9. Tính sức từ động
h

và đây cũng là cơ sở để tính toán
nhiệt.
10. tính toán các thông số điện theo các thông số từ của
cuộn dây.
11. Tính toán nhiệt của nam châm điện, trong đó có cuộn
dây.
12. Hiệu chỉnh lại các kích th-ớc của nam châm điện theo
kết quả tính toán nhiệt (nếu cần thiết )
13. Tính và dựng đặc tính lực hút.
14. Xác định thời gian tác độnh và thời gian nh15. Lập các
số liệu kỹ thuật tổng hợp của nam châm điện đã thiết kế- các
thông số và các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật.
B- tính toán vòng ngắn mạch
Để chống rung cho phần động của nam châm điện xoay
chiều do lực đập mạch gây ra, có thể sử dụng các biện pháp sau : dùng phần
ứng thể khối (với các nam châm điện bé ), dùng nam châm điện hai pha hoặc
ba pha, còn ở nam châm điện 1 pha thì dùng vòng ngắn mạch.(h5-26). Các
thông số trong vùng ngắn mạch của nam châm điện cuọn dây điện áp (
=
const ) và cuộn dây dòng điện (IW =const) thì khác nhau về mặt định l-ợng
nh-ng giống nhau ở định tính. ở đây chỉ xét tính toán ngắn mạch của nam
châm điện cho cuộn dây điện áp.
Hình 5-26 : vòng ngắn mạch và cách cố định chúng
a) Bẻ cong tấm gắn trên mạch từ
b) ép vào rãnh nghiêng

c) ép vào rãnh trụ tròn ở phía d-ới
d) ép một phần vào rãnh để hãm
e) Bẻ góc tấm cuối cùng
f) Chặt và bẻ 1 phần tấm vào rãnh
g) Hàn các đầu dây dẫn
h) ép khung đura vào rãnh có thành nghiêng.
Để phần động của nam châm điện khỏi bị rung, trị số lực điện từ bé
nhất phải luôn luôn bé hơn phản lực ( tổng các lực cơ) tác động lên
phần ứng ở trạng thái hút, ng-ợc chiều với lực điện từ. điều này do
vòng ngắn mạch gây nên. nó chia diện tích cực từ S
1
ra 2 phần:
phần trong S
t
và phần ngoài S
n
vòng ngắn mạch, sao cho đạt đ-ợc
các đại l-ợng cần thiết
t
F
,
n
F
,
t
B
,
n
B
và tổn hao năng l-ợng cho

vòng ngắn mạch là bé nhất.
Nam châm điện có 2 khe hở làm việc, vòng ngắn mạch nên đặt ở trụ
không có cuộn dây, còn loại có 3 trụ, nên đặt vòng ngắn mạch ở hai trụ bên.

Nếu trong mộy nam châm điện có các diện tích cực từ khác nhau thì
vòng ngắn mạch phải đ-ợc tính toán riêng cho từng cực.

Mạch từ hình E, nếu không đặt vòng ngắn mạch ở trụ giữa, thì lực bé nhất
ở trụ giữa gần bằng zero, và nó không tham gia đáng kể vào việc tăng giá trị
bé nhất của lực tổng. Vì vậy lực bé nhất ở trụ giữa sẽ bỏ qua, coi nó nh- dự
trữ.
để tính toán vòng ngắn mạch, cần biết tr-ớc các số liệu sau :
- Lực cơ tổng ( phản lực) qui đổi, chống lại lực điện từ Fcqđ, đ-ợc chọn
theo dặc tính phản lực, kể cả hệ số dự trữ lực.
- :ực điện từ phân bố ở các khe hở làm việc, tỉ lệ với diện tích cực từ S1.
- Phần diện tích của cực từ sẽ đặt vòng ngắn mạch.
Tồn tại nhiều ph-ơng pháp tính toán vòng ngắn mạch, một trong các
ph-ơng pháp đó là tính theo tỉ số gi-ac lực điện từ bé nhấtvà lực điện từ
trung bình khi không có vòng ngắn mạch. Cách tính toán nh- sau :
1. trị số trung bình của lực điện từ ở khe hở l;àm việc khi không có vòng
ngắn mạch, ở trạng thaí hút của phần ứng đ-ợc tính bằng công thức :
tn
tb
otn
SS
tb
Fhtb

4
10.9,19
.4

, H (5-52)

hoặc :
tn
tb
tbh
S
F


4
10.03,2
trong đó
tb


- Wb, từ thông trung bình ở khe hở làm việc khi phần ứng
hút.
S
th
= S
1
-Snm, m
2
- diện tích tổng của phần cực từ trong và

ngoài vòng ngắn mạch S
t
+ S
n
, bằng diện tích cực từ trừ đi
phần diện tích rãnh đawtj vòng ngắn mạch.
Các kích th-ớc của rãnh phải sơ bộ chọn tr-ớc và chính xác hóa nó khi đã
xác định xong kích th-ớc vòng ngắn mạch.
2- Tỉ số f
1
của lực điện từ bé nhất và trị trung bình của lực điện từ khi
không có vòng ngắn mạch :
1
2
.
min
1



FF
FK
F
F
f
tbh
cqddt
tbh
(5-53)
ở đây K

dt
= 1,1 1,2 hệ số dự trữ của thành phần lực đập mạch.
Nếu ở trụ giữa của mạch từ hình E không đặt vòng ngắn mạch, có thể lấy
K
dt
= 1.
3- Tỉ số giữa diện tích cực từ ngoài và trong vòng ngắn mạch :
5,0
4
2
1
1



f
f
S
S
t
n

4- Điện trở vòng ngắn mạch:
2
1
2
1
0
4
)23(

4
f
f
f
S
r
e
h
tn
nm





, (5-54)
5. Góc lệch
giữa từ thông
n

và
t

khi số vòng ngắn mạch W
nm
=1 là:
h
t
t
nm

t
S
G
r
G
tg




,
(5-55)
6. các từ thông
t

và
n

đ-ợc tính theo :








cos
;;
cos21

CC
C
hn
h
t
(5- 56)
7. Từ cảm ở khe hở vùng ngoài vòng ngắn mạch :
nnn
SB /


. Nếu
n
B
> 1,6 T thì cần phẩi tính lại hệ số C
8. các lực :
N
S
FN
S
F
n
n
tbn
t
t
tbt
,10.9,19,;10.9,19

2
4
2
4



2cos..2
.
22
.max tbnttbtbnttb
FFFFF
tbttbntbtb
FFFFFF ;
max;min
theo nhiệm vụ tích toán thì lực điện từ bé nhất phải lớn hơn lực cơ ở trạng
thái hút của phần ứng:
ch
FF
min
nếu điều kiện đó không thỏa mãn, cần phải tăng từ thông
h


( dẫn đến giảm
bớt số vòng dăy W, sau đó tính toán lại vòng ngắn mạch từ đầu), hoặc thay
đổi hệ số
và tính lại từ đầu.
9. Tỉ số giữa lực trung bình Ftb và lực bé nhất Fmin :
5,1

min

F
F
p
tb
10.Tổn hao năng l-ợng trong vòng ngắn mạch với Umax = KUmin.
Uđm đ-ợc tính bằng
nmu
tU
nmnmnm
rK
K
rIP
2
)(
2
min
2
max
2


(5-57)
ở trong công thức (5-57) phải đ-a Kumin vào vì từ thông tính theo
Umin
11. các kích th-ớc vòng ngắn mạch, chọn chúng theo cơ sở sau : dựa
vào trị số
nm
r

đã tính toán đ-ợc ( phải kể đến ảnh h-ởng của nhiệt độ, vì khi
làm việc, nhiệt độ trong vòng ngắn mạch có thể lên tới 200
250 C) và điều
kiện trao đổi nhiệt của phần mạch từ có vòng ngắn mạch. Các hệ số tỏa nhiệt
của các phần của vòng ngắn mạch nằm trong lõi thép KTFe và trong không
khí KTKK có thể lấy nh- sau:
)0017,01(10.0,3
).0068,01(10.9,2
3
3






TKK
TFe
K
K
W/
2
/ cm
0
C
trong đó
, C nhiệt độ môi tr-ờng
C. tính toán các thông số điện của cuộn dây theo các thông số từ
Để lập quan hệ giữa các thông số về từ và điện của cuộn dây ở trạng
thái hút của phần ứng, có thể dùng quan hệ từ thông trung bình

tbh

, sức từ
động cuộn dây
tbh

và từ trở t-ơng đ-ơng của mạch từ


M
:



M
tbh
tbh


Các đại l-ợng trên đ-ợc tính cho trạng thái hút của phần ứng và với U=
Umin = KUmin . Uđm.