- CHỌN DẠNG KẾT CẤU.
A - CÁC LOẠI NAM CHÂM ĐIỆN VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA
CHÚNG.
Các nam châm điện hiện nay có nhiều dạng khác nhau về mạch từ, cuộn
dây, nguồn điện cung cấp. Người ta phân loại theo các đặc điểm quan trọng
sau :
1. Ngu
ồn điện, điện 1 chiều ( H5-1) và điện xoay chiều (H5-2). Phần
lớn các cuộn dây đều nối song song với nguồn điện. Nhưng ở một vài loại
nạm châm điện, ví dụ :ở rơle dòng điện cực đại cuộn dây mắc nối tiếp.
( Hình vẽ NCĐ 1 chiều và xoay chiều)
( H5-1)
(H5-2)
Nh
ững đặc điểm của NCĐ một chiều và xoay chiều đựic trình bày ở
bảng 5-1.
B
ảng 5-1.
Các đặc điểm của NCĐ một chiều và xoay chiều thường gặp (ở các điều
kiện như nhau )
T.T Các đặc điểm về
kết cấu và thông
s
ố
Điện một chiều Điện xoay chiều
1.
2.
3.
4.
5.
6.

-M
ạch từ : vật liệu
-Dạng tiết diện lõi
( công ngh
ệ ).
-Cuộn dây điện áp
-Đường kính dây
quấn
-Số vòng
-L
ực sinh ra
-Hành trình phần
ứng
-Đặc tính lực hút
-Thép ít cacbon, chế tạo
ở dạng khối ( tr
òn hay
ch
ữ nhật ).
-Tròn ( gia công bằng
cắt gọt ).
-Nhỏ (điện trở tác dụng).
-Nhiều.
-Lớn.
- Bé.
-D
ạng hypecbol ( dốc ).
-Không đổi, không phụ
-Thép silic kỹ thuật
điện dạng lá (để giảm

tổn hao do từ trễ và
dòng xoáy ).
-Ch
ữ nhật ( gia công
b
ằng dập, ép, tán).
-Lớn (điện trở tác
dụng và phản kháng
thành phần tác dụng
nhỏ ).
-Ít.
-Nh
ỏ ( bằng 1/2 so
với 1 chiều khi có
cùng từ thông ).
-Lớn.
-Dạng hypecbol (
nằm ngang) từ thông
ít thay đổi theo h
ành
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
-S
ức từ động của
cuộn dây điện áp

-Từ thông: giá trị
tính toán
-S
ự thay đổi khi
giảm khe hở
không khí làm
vi
ệc
-Dòng điện trong
cuộn dây điện áp
khi nắp mở
-Công suất tiêu
th
ụ
-Thời gian tác
động
-Độ chịu mòn của
mạch từ
-Độ tin cậy của
cuộn dây
-Khối lượng và
kích thước ( cùng
1 l
ực)
thuộc vào hành trình
ph
ần ứng.
-Phụ thuộc vào lực đã
cho.
-

Theo đường hypecbol
tăng (
vì tăng từ dẫn khe
hở).
-Bằng dòng điện khi nắp
hút.
-Bé.
-L
ớn(cuộndâynhiềuvòng
h
ằng số thời gian điện từ
lớn).
-Lớn ( vì các chi tiết ở
thể khối).
-Lớn.
-Bé.
trình c
ủa phần ứng.
-Giảm khi khe hở
không khí giảm.
-Tri số biên độ bằng
tri số của điện 1
chiều.
-Tăng không đáng kể
vì dòng điện và từ
thông rò giảm.
- Lớn hơn vài lần khi
nắp hút( vì từ tản bé).
-Lớn (tổn hao dòng
xoáy, t

ừ trễ, vòng
ng
ắn mạch do rung).
-Bé ( thường khoảng
1 chu kỳ của dòng
điện hình sin, Sđđ
cảm ứng khi phần
ứng chuyển động bé
hơn điện áp nguồn).
- Bé (vì các chi tiết
ghép từ các lá thép
mỏng).
-Bé (cháy khi bị ngắn
mạch giữa các vòng
dây và khi m
ạch từ bị
kẹt.
-Lớn.
Một trong các điều kiện để NCĐ có kích thước và khối lượng bé nhất là
s
ử dụng khả năng sinh công qui ước cực đại A
hqmax
(hình 5-3a) bằng tích
của lực ban đầu F
dtư
và hành trình biểu diễn bằng diện tích gạch chéo.
(hình 5-3a,b,c): So sánh NCĐ một chiều và xoay chiều loại hút chập,
cuộn dây điện áp theo công hữu
ích qui ước.
So sánh 2 ví dụ về đặc tính lực hút và đường cong công hữu ích qui ước

của NCĐ một chiều F-, A- và NCĐ xoay chiều F-, A. Với những điều kiện
giống nhau, NCĐ một chiều có A
hqmax-
ở hành trình bé, còn NCĐ xoay chiều
có A
hqmax-
ở hành trình lớn. Vì vậy nên thiết kế NCĐ một chiều hành trình bé
so v
ới NCĐ xoay chiều. Nếu cho trước hành trình của tiếp điểm (độ mở, độ
kín ) ở khí cụ điện một chiều nên chọn l
td
l
dt
( H 5-3c) còn ở khí cụ điện
xoay chiều nên chọn l
td

l
dt
( H 5-3b).
2/-
Đặc tính chuyển động trong không gian của phần ứng :
a) Phần ứng chuyển động quay và hút chập ( 5-1a-h-r; H 5-2a,b,c).
b) Ph
ần ứngchuyển động thẳng ( H 5-1, i - 0, s; H 5 -2,d, -i) chọn dạng
chuyển động của phần ứng dựa theo sơ đồ chuyển động của cơ cấu. Với cơ
cấu có hành trình lớn nên chọn loại chuyển động thẳng.
3/- Đặc tính lực hút điện từ :
Những đặc tính của những nam châm điện thông dụng.
(Hình 5 -4 : Những dạng đặc tính lực hút đặc trưng của các NCĐ thông

dụng )
a) Dạng hypecbol ( H 5-4 đường cong a; H 5-5a): ở các NCĐ mà từ
thông rò không sinh ra lực ( H5-1,a-c, đ-h, m-q, t; H5-2, a,b, đ).
b) Dạng yên ngựa ( H 5-4,b ; H5-5đ) : Ở các NCĐ mà từ thông rò có
sinh thêm l
ực từ phụ, đó là những trường hợp phần ứng ngập trong cuộn
dây, từ thông rò không đi qua khe hở không khí làm việc nhưng đi qua phần
ứng ( H 5
-1,i-l; H5-2,d ,e-h).
c) D
ạng núi ( H5-4 đường cong c, H 5-5, đ) : Những NCĐ có phần ứng
chuyển động trong cuộn dây, mạch từ hở và loại có phần ứng chuyển động
vuông góc với phương của từ thông ( H 5-1,0)
d) D
ạng lực ít thay đổi theo hành trình ( H5-4 đường cong d).
Ở những nam châm điện có mạch từ kín hoặc hở nhưng có phần ứng
chuyển động trong lòng cuộn dây ( H 5-1 s) và ở nam châm điện xoay chiều
3 pha 3 cuộn dây phần tĩnh và phần ứng dạng chữ Ш ( H5-2,i) có dạng đặc
tính tương tự (H5
-5,e). Loại nam châm điện này có đặc điểm không bị rung.
4/- Thay đổi dạng đặc tính lực hút:
a) Nam châm điện có phần ứng ngo
ài cuộn dây ( H5-1,a-h,n; H5-2a,b).
Tăng độ dốc dạng đặc tính hypecbol ở nam châm điện một chiều bằng cách
dùng mạch từ hình Ш ( H5-1, e). Nam châm điện có đưòng kính lớn và
chi
ều cao bé ( H 5-1h, m) cho lực lớn khi hành trình bé, loại này hay dùng
trong các phanh hãm và c
ần cẩu điện từ (H5-1, t).
Hình 5-

5: Đặc tính lực hút của các nam châm điện khác nhau.
δ
- khe hở làm việc.
F
dt
, M
dt
- lực và momen điện từ.
(I.W) - sức từ động; h
cd
- chiều cao cuộn dây; h - chiều cao phần lõi
t
ĩnh
U - điện áp cuộn dây.
a) Nam châm điện nắp thẳng, hút chập.
b) Lõi chuyển động thẳng, cực từ ở khe hở làm việc phẳng.
c) Lõi phẳng và lõi hình nón ( F
ph
và F
n
).
d) Nam châm điện xoay chiều có phần ứng chuyển động trong lòng
cu
ộn dây (F
tr
) và phần ứng ngoài cuộn dây (F
ng
).
đ) Không có lõi giữa.
e) Ba pha, ba cuộn dây.

g) Có phần ứng với dạng khác nhau, quay đến 100
0
, dạng phần ứng và
góc quay
ở hình g, đặc tính ở hình i.
b) Nam châm điện có phần ứng chuyển động trong lòng ống dây ( H5-
1, i ,k) thay đổi đặc tính bằng cách thay đổi chiều cao h của phần lõi tĩnh
(H5-5). Nếu đặc tính hình nón thì lực điện từ lớn hơn

sin
1
2
lần ( α là góc
đỉnh nón ) so với loại cực từ phẳng. (H5-5, c).
Nh
ững nam châm điện có phần ứng chuyển động trong lòng ống dây
(H5-2c,d,h) cho lực tương đối lớn so với nam châm điện có phần ứng ở
ngoài ( H5-5,d).
c) Nam châm điện có phần ứng chuyển động vuông góc với phương của
từ trường (H 5-1p) với nam châm điện một chiều có phần ứng quay đến góc
100
0
hoặc lớn hơn nữa, thay đổi đặc tính lực hút bằng cách thay đổi hình
d
ạng của cực từ phần ứng và gông. Đặc tính lực hút ảnh hưởng rất lớn bởi
hình dạng phần ứng, vị trí tương đối giữa cực từ và góc quay α , giữa trục
phần ứng và pháp tuyến của mặt cực (H5-5h,u).
5/- Theo th
ời gian chuyển động của phần ứng chia làm 3 loại:
a) Nam châm điện tác động nhanh. Thời gian tác động khoảng từ 1 đến

10 miligiây.
b) Nam châm điện tác động bình thường. Thời gian tác động khoảng từ
10 miligiây đến hàng trăm miligiây.
c) Nam châm điện tác động chậm
B - CHỌN DẠNG KẾT CẤU TỐI ƯU.
Trên cơ sở h
àng loạt tính toán và thực nghiệm về các dạng nam châm
điện khác nhau, người ta đưa ra phương pháp chọn dạng kết cấu tối ưu, theo
chỉ tiêu hình học. Ta có hệ số kết cấu K
kc
được tính bằng công thức :
Với nam châm điện một chiều :
K
kc
=

F
dt
, N
1/2
/m ( 5-1)
V
ới nam châm điện xoay chiều :
K
kc
=

F
dt
2

, N
1/2
/m ( 5-2)
Vì nam châm
điện có thể tính gần đúng :
F
dt
   D
2
và   l
do đó :
K
kc

l
D
F
dt
- lực điện từ của nam châm điện, N.
 - khe hở làm việc của nam châm điện, m.
, l - tiết diện và chiều dài lõi mạch từ.