NAM CHÂM ĐIỆN ,CHƯƠNG 5g

TÍNH VÀ DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH LỰC HÚT ĐIỆN TỪ:
Đăc tính lực hút điện từ của các nam châm điện từ biểu diễn các quan
hệ giữa lực hút điện từ và hành trình phần ứng của nó (khe hở không khí
làm việc) F
h
= f(δ) khi điện áp (hoặc dòng điện) của cuộn dây là hằng
U=const (T=const) . Đặc tính này được tính toán và dựng theo các phương
pháp sau:
1/ Tính và dựng lực hút điện theo các đặc tính lực:
Đặc tính lực biểu diễn quan hệ giữa lực điện từ và các sức từ động của
cuộn dây khi khe hở không khí là hằng F
h
= f(θ
cd
) khi δ=const. Phương pháp
này được tr
ình bày ở hình H5-22.
S
ố đặc tính lực cần thiết nên chọn theo số các điểm đặc trưng của các
đặc tính cơ (phản lực) và không được ít hơn 3, 4 đường đặc tính, trong đó
bắt buộc phải có 2 đường đặc tính ứng với các giá trị đầu và cuối của khe hở
làm việc δ
max
và δ
min
. Từ các lực cơ ( phản lực ), tính từ thông cần thiết Φ
đ
i
ở khe hở làm việc, sau đó tìm sức từ động θ
i
cần thiết để tạo nên lực hút F

hi
.
B
ằng cách này, tìm các điểm khác nhau và dựng họ đặc tính
lực.
Các điểm từ 1 tới 4 của tung
độ đặc tính phản lực (H5
-22b) chiếu
sang đồ thị b
ên trái (H5-22a) cho cắt
các đường đặc tính lực tương ứng tại
các điểm 1
’
và 4
’
. Sức từ động lớn
nhất cần cho điểm tới hạn là điểm 2
’
, đó chính là sức từ động tác động
của cuộn dây θ
tđ
. Qua điểm 2’, kẻ
đường thẳng song song với trục
tung. Chiếu các giao điểm này với
các đường đặc tính lực qua đồ thị
phía phải, cắt tung độ của các khe
hở tương ứng tại các điểm 5,6,7.
Qua các điểm trên và điểm 2, dưng
đường cong đó chính là đặc tính lực
hút của nam châm điện với lực tới

hạn tại điểm 2 khi khe hở ở vị trí tới
hạn δ
th
.
Khi ph
ần ứng nhả, từ điểm 4
kẻ đường thẳng song song với trục
H5-22: Dựng họ đặc tính lực (a) và
d
ựng đặc tính lực hút (b)
hoành, đến khi cắt đường đặc tính
lực δ
th
tại điểm 4’. Từ 4’, kẻ đường
thẳng song song với trục tung, cắt
trục hoành tại điểm δ
nh
và cắt các
đường đặc tính lực tại các drr tương
ứng. Từ các điểm n
ày , chiếu sang
đồ thị b
ên phải,sẽ có các giao điểm
và qua các giao điểm đó, vẽ đường
đặc tính lực nhả F
nh
. Bằng cách
tương tự có thể dựng đặc tính lực
hút với sức từ động của cuộn dây ở
chế độ định mức và các chế độ khác.

2/ Tính và dựng đặc tính lực hút theo quan hệ giữa từ thông ở khe
hở làm việc và sức từ động của cuộn dây:
Phương pháp này được trình bày ở H5-23.
S
ố đường cong cần thiết khi δ= const nên chọn theo số điểm dặc trưng
của đặc tính phản lực, nhưng không ít hơn 3, 4 đường, trong đó ít nhất phải
có 2 đường ứng với δ
max
và δ
min
.
Để dựng họ đặc tính Φ
δ1
và θ, điểm tính toán đầu tiên : điểm 1 tren đường
cong cho từ thông ứng với δ
th
= const . Sức từ động ứng với cuộn dây ở
trạng thái tác động cho nam châm điện là θ
tđ
. Qua điểm Φ
δ1
, kẻ đường thẳng
song song với trục tung, cắt họ đường cong tại các điểm . Tung độ độ của
các điểm tr
ên chính là từ thông ở khe hở làm việc với những trị số tương
ứng . Thay cá
c trị số từ thông này vào các công thức tính lực hút điện từ (
bằng phương pháp cân bằng năng lượng, hoặc công thức Macxoel ) sẽ thu
được lực điện từ tương ứng.
D- THỜI GIAN TÁC ĐỘNG VÀ THỜI GIAN NHẢ :

1/ Khái niệm chung:
Quãng thời gian từ khi bắt đầu đưa tín hiệu vào cuộn dây nam châm
điện đến thời điểm phần ứng thôi chuyển động được chia l
àm 2 thành phần :
thời gian khởi động t
kđ
-đến thời gian phần ứng bắt đầu chuyển động và thời
gian chuyển động t
cđ
-đến thời điểm phần ứng phần ứng ngừng chuyển động
. Ứng với quá trình nhả - thời gian nhả t
nh
.
t
tđ
= t’
kđ
+ t’
cđ
; t
nh =
t”
kđ
+ t”
cđ
; (5-41)
D
ựa vào thời gian t
tđ
và t

nh
có thể chia nam châm điện ra các loại :
- Loại tác động bình thường : ( 0,03

0,158 ) -với loại này, trong quá
trình thi
ết kế không cần dùng những biện pháp đặc biệt để thay
đổi thời gian tác động.
- Loại tác động nhanh (đến 0,05s).
- Loại tác động chậm ( lớn hơn 0,15s).
Với 2 loại dưới cần phải có những biện pháp đặc biệt trong thiét kế.
Trong quá trình đóng, ngắt, dòng điện thay đổi, từ thông thay đổi nên
dòng
điệnn xoáy xuất hiện trong các phần của mạch từ làm tăng thời gian tác
H5-23 : a>Họ đặc tính của từ thông ở khe hở làm việc và sức từ động của
cuộn dây.
b>Cách dựng đặc tính lực hút.
động và thời gian nhả của nam châm điện. Với những nam châm điện loại
tác động b
ình thường, dòng điện xoáy có thể coi không ảnh hưởng đến quá
trình tác động, còn khi nhả nếu cần tính toán chính xác sẽ phải tính cả ảnh
hưởng của d
òng điện xoáy.
2/ Thời gian tác động :
t
tđ
= t
kđ
’ + t’
cđ

a>Thời gian khởi động :
t’
kđ
phụ thuộc rất nhiều vào mức độ bão hoà của mạch từ.
-Trường hợp mạch từ không bão hoà. Lúc này từ thông tỷ lệ
thuận với dòng điện trong cuộn dây I, vì vậy thời gian khởi động có thể tính
bằng :
t’
kđ
= T
nh
.ln
kdod
od
II
I

, s (5-42)
Trong công th
ức này:
T
nh
: hằng số thời gian điện từ của nam châm điện khi phần ứng
chưa bị
hút.
V
ới cuộn dây có w (vòng), điện trở R (Ω) và có tổng từ dẫn của tất cả
khe hở là G
Σδnh
( H ) thì :

T
nh
=
R
L
nh
= w
2
.
R
G
nh


, s (5-43)
I
ôđ
= U/ R , A –dòng điện xác lập trong cuộn dây của nam châm điện.
I
kđ
=θ
tđ
/w , A – dòng điện khởi động , bằng tỉ số giữa sức từ động của
cuộn dây và số vòng dây của nó.


Hình 5-24 : Xác định thời gian khởi động (a và thời gian chuyển
động(b) khi tác động của nam châm điện .
- Trường hợp mạch từ bão hoà. Thời gian tác động t
kđ

từ khi từ
thông tăng từ 0 đến thời điểm phản ứng bắt đầu chuyển
động Φ
kđ
được tính bằng:
t’
kđ
=





d
Riu
w
kd
.
.
=
.
2
R
w





d

wiI
kd
od
.
.
1
(5-24)
Tích phân
ở (5-24) tỉ lệ với diện tích, giới hạn bởi các trục toạ độ và
tung độ của từ trường Φ
kđ
và đường cong (H5-24). Vì vậy t’
kđ
nếu kể cả ảnh
hưởng của tính phi tuyến của đường cong từ hoá, được tính bằng :
t’
kđ
=

mS
R
w
..
2
.m
i/iw
(5-45)
Trong đó : S : diện tích giới hạn
m
Φ

, m
i/iw
: tỉ lệ xích c ủa các trục.
Quan hệ giữa thời gian khởi động và tác động t’
kđ
và các thông soó cơ
bản của nam châm điện được trình bày ở H5-25.