CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN - CHƯƠNG 2: NAM CHÂM ĐIỆN potx

CHƯƠNG 2 :
NAM CHÂM ĐIỆN
(CƠ CẤU ĐIỆN TỪ)


CH NG 2:ƯƠ NAM CHÂM ĐI N (NCĐ)Ệ
2.1. Đại cương về NCĐ
2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí
2.3. Mạch từ một chiều
2.4. Mạch từ xoay chiều
2.5. Lực hút điện từ của NCĐ một chiều
2.6. Lực hút điện từ của NCĐ xoay chiều
2.7. Lực hút điện từ của NCĐ xchiều 3 pha
2.8. Đặc tính động của NCĐ
2.9. Bài tập

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
1) Định nghĩa NCĐ
2) Cấu tạo
3) Nguyên lý
4) Phân loại
5) Các thông số cơ bản của mạch từ
6) Các định luật cơ bản trong mạch từ

2.1. I CNG V NC
1) nh ngha NC: L loi c cu in t bin i
in nng thnh c nng.
NC c dựng rng rói trong cỏc thióỳt bở nhổ
rồle, cọng từc tồ, khồới õọỹng tổỡ, aùptọmaùt, c cu
chp hnh ca van in t, phanh hóm, õóửu coù

bọỹ phỏỷn laỡm nhióỷm vuỷ bióỳn õọứi tổỡ õióỷn nng ra cồ
nng.

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
2) Cấu tạo:
1. Cuộn dây
2. Mạch từ
3. Nắp mạch từ
4. Lò xo phản lực

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
3) Nguyên lý: khi đóng K, dòng điện I chạy qua
cuộn dây sẽ tạo sức từ động F=i.w, sinh ra từ
thông Φ. Từ thông này có 2 thành phần:
+ Φδ : đi qua khe hở kkhí làm việc, tạo nên lực hút
điện từ (Fđt) ở khe hở δ hút nắp về phía lõi của
NCĐ.
+ Φr : khép từ thân này qua thân kia của mạch từ,
glà từ thông rò.
Khi mở K, lò xo đưa nắp về vị trí ban đầu.

2.1. I CNG V NC
4) Phõn loi:

Phỏn theo tờnh chỏỳt cuớa nguọửn õióỷn

Cồ cỏỳu õióỷn mọỹt chióửu.

Cồ cỏỳu õióỷn tổỡ xoay chióửu.

Theo caùch nọỳi cuọỹn dỏy vaỡo nguọửn õióỷn

Nọỳi nọỳi tióỳp (gi l cun dũng)

Nọỳi song song (gi l cun ỏp)

Theo hỗnh daỷng maỷch tổỡ:

Maỷch tổỡ huùt chỏỷp (thúng).

Maỷch tổỡ huùt xoay (quanh mọỹt truỷc hay mọỹt caỷnh),
maỷch tổỡ huùt kióứu pittọng.

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
5) Các thông số cơ bản của mạch từ
1) Sức từ động (stđ): F = i . w [Ampe vòng].
2) Từ thông (dòng từ): φ (Wb).
3) Mật độ từ cảm:
B (T - tesla) [Wb/m2] với 1T = 104 Gauss.
4) Cường độ từ trường H = F/l [A/m].
l: chiều dài đường sức từ (m).
5) Hệ số từ dẫn (độ từ thẩm µ): Đặc trưng cho tính dẫn
từ của vật liệu từ [H/m]. µ = B/H (H/m)
µkk = µ0 = 4π. [ H/m ] ;
)
m
Wb
(T (T);
S
B

2
==
φ
7
10
−

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
5) Các thông số cơ bản của mạch từ
6) Từ trở mạch từ:
l: chiều dài mạch từ (m);
S: tiết diện mạch từ (m
2
).
7) Từ dẫn mạch từ:
8) Từ áp rơi trên 1 đoạn mạch từ:
)(.
1
1
−
=
H
S
l
R
µ
µ
)(.
1
H

l
S
R
G
µ
µ
µ
==
µ
U

2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ NCĐ
5) Các thông số cơ bản của mạch từ
Mạch từ:
1) Sức từ động (stđ): F
2) Từ thông (dòng từ): φ (Wb).
3) Mật độ từ cảm: B (T )
4) Cđộ từ trường H = F/l [A/m].
5) Hệ số từ dẫn: µ
6) Từ trở mạch từ: Rµ
7) Từ dẫn mạch từ: Gµ
8) Từ áp: Uµ
Mạch điện:
1) Sức điện động: E (V)
2) Dòng điện: I (A)
3) Mật độ dòng điện: J
4) Cđộ điện trường: H (V/m)
5) Điện trở suất: ρ
6) Điện trở: R
7) Điện dẫn: G

8) Điện áp: U

2.1. I CNG V NC
6) Cỏc nh lut c bn ca mch t
1. ởnh luỏỷt m : Trong mọỹt phỏn õoaỷn cuớa maỷch tổỡ, tổỡ aùp
rồi trón noù bũng tờch giổợa tổỡ thọng vaỡ tổỡ trồớ hoỷc thổồng giổợa
tổỡ thọng vaỡ tổỡ dỏựn :
2. ởnh luỏỷt Kióỳckhọỳp I: Trón moỹi õióứm cuớa maỷch tổỡ, tọứng
tổỡ thọng vaỡo bũng tọứng tổỡ thọng ra :
3. ởnh luỏỷt Kióỳckhọỳp II: Trong mọỹt maỷch tổỡ kheùp kờn,
tọứng tổỡ aùp cuớa caùc õoaỷn maỷch t bũng tọứng sổùc tổỡ õọỹng
G
RU


àà
==
.
0
1
=

n
i


=
n
ii
n

i
FR
1
.
1
à


2.1. I CNG V NC
6) Cỏc nh lut c bn ca mch t
4. ởnh luỏỷt baớo toaỡn doỡng õióỷn : Tờch phỏn õổồỡng cuớa
cổồỡng õọỹ tổỡ trổồỡng theo voỡng tổỡ kheùp kờn bũng tọứng s.t.õ
cuớa voỡng tổỡ õoù :
ởnh luỏỷt toaỡn doỡng õióỷn coù thóứ bióỳn õọứi nhổ sau :
hoỷc :
vaỡ õỏy cuợng chờnh laỡ õởnh luỏỷt Kióỳckhọỳp II vồùi maỷch tổỡ
kheùp kờn.


=
l
i
FdlH.



====
l l l
i
l

FdR
S
dl
dl
S
SB
dlH
à

à

à
.

.
.



==
l
i
l
FdRdlH
à



2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí
Khi từ thông chạy trong mạch từ và qua khe hở kkhí. Ta

có từ trở mạch từ: bằng từ trở sắt từ và từ trở khe hở
kkhí δ.
Rµ = RµFe + Rδ do µFe >> µo nên bỏ qua RµFe ≈ 0
Suy ra: Rµ = Rδ → tìm Rδ ?
Hay:

Tìm Gδ ?
Để tìm Gδ ta phải xác định sự phân bố từ trường
trong mạch.
δ
δ
G
1
R =

2.2. T dn khe h khụng khớ
Khi cho dõióỷn chaỷy qua cuọỹn dỏy thỗ trong cuọỹn dỏy
coù tổỡ thọng õi qua, tổỡ thọng naỡy cuợng chia laỡm 3 thaỡnh
phỏửn:
Tổỡ thọng chờnh c: laỡ tổỡ thọng õi qua khe hồớ lvic ,
to nờn lc hỳt in t. Gl t thụng lvic.
Tổỡ thọng taớn t : laỡ tổỡ thọng õi ra ngoaỡi khe hồớ khọng
khờ v song song vi t thụng chớnh.
Ta cú: = c + t : t thụng khe h kkhớ
Tổỡ thọng roỡ
r
: laỡ tổỡ thọng khọng õi qua khe hồớ kkhờ
maỡ kheùp kờn trong khọng gian giổợa loợi vaỡ thỏn maỷch tổỡ.

2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí

Giá trị φ
r
є kết cấu mạch từ, mức độ bão hòa mạch
từ và khe hở δ. δ càng lớn thì φ
r
càng lớn.
Vậy: φ = φc + φt + φ
r
= φδ + φ
r

Giá trị φ
r
ảnh hưởng rất lớn đến sự lviệc của NCĐ.
Nếu φ
r
lớn thì φδ giảm Fđt giảm.

2.2. Từ dẫn ở khe hở không khí
Công thức tính từ dẫn khe hở không khí:

µkk = µ0 = 4π.10
-7
[ H/m ]
S: tiết diện khe hở kkhí = Scực từ (m
2
)
δ: chiều dài khe hở kkhí (m).
δ
S

.μG
δ
S
.μ
.δH
.SB
U
G
0δ0
δ
δ
δ
δ
δ
=⇒===
φ

2.3. Mạch từ một chiều
1. Đặc điểm của mạch từ một chiều:

Dòng điện chạy trong cuộn dây là dòng một chiều, nên s.t.đ
và từ thông không biến đổi theo thời gian, do đó không có
tổn hao từ trễ và dòng xoáy → mtừ làm bằng thép khối →
dễ gia công chế tạo.

Ta có: nên I ko phụ thuộc δ. Tức là khi δ

thay đổi thì I = const.
R
U

I =

2.3. Mạch từ một chiều
2. Các phương pháp tính mạch từ 1 chiều:
-
Vẽ sơ đồ đẳng trị của mạch từ: dựa vào kết cấu mạch
từ và sự phân bố từ thông của mtừ.
-
Tính Gδ và Gµ
-
Giải bài toán tìm các thông số chưa biết: thường gặp
2 bài toán sau:
+ Btoán thuận (Btoán Tkế): biết φ tìm iw
+ Btoán ngược (Btoán Ktra): biết iw tìm φ

2.3. Mạch từ một chiều
3. Tính mạch từ 1 chiều không
xét từ thông rò:
(φ
r
= 0)
Để φ
r
= 0 phải thỏa các đkiện:
+ khe hở δ nhỏ
+ cuộn dây rãi đều trên mạch
từ.
+ tiết diện mạch từ: S = const
Ví dụ: xét mtừ hình xuyến
có: khe hở kkhí δ; tiết

diện S; chdài l.
U
l
δ

2.3. Mạch từ một chiều
3. Tính mạch từ 1 chiều không xét từ thông rò:
Giải ví dụ:
a) Bài toán thuận: biết φ tìm iw
- Sơ đồ đẳng trị:
Ta có: φ = φδ + φ
r
mà φ
r
= o
→ φ = φδ
Rδ
RµFe
F=iw
φ

2.3. Mạch từ một chiều
Ta có: IW= IWFe + IWδ
→ IW= φ.RµFe + φδ.Rδ
→ IW = φ.(RµFe + Rδ ) = φ.(RµFe + 1/Gδ )
Trong đó: IWFe: s.t.đ sắt từ
IWδ : s.t.đ khe hở δ

2.3. Mạch từ một chiều
b) Btoán ngược: biết iw tìm φ

Từ ptrình: IW = φ.(RµFe + Rδ )
Cho φ1 xác định IW1
φ2 xác định IW2
……….
φn xác định IWn
Dựng đường cong: φ = f(IW)
T IW cho ừ → φ
Dựng đường cong: φ = f(IW)
φ
0
IW
φ = f(IW)
IW
φ

2.3. Mạch từ một chiều
4. Tính mạch từ 1 chiều có xét từ thông rò:
IW
Gc
Gt
Gr
φt
φc
φ
φr
Gδ
IW
Gr
φ
φr

φδ
IW
G∑
Vì Gc; Gt;Gr song song nên cùng một stđ IW
Gδ = Gc + Gt → ϕδ = ϕc + ϕt
G∑ = Gδ + Gr → ϕ∑ = ϕδ + ϕr ; ϕδ = IW.Gδ
Từ dẫn rò qui đổi của mạch từ 1 chiều: Gr = g.l/2
Với: g: từ dẫn rò trên 1 đơn vị chiều dài.
l: chiều dài cuộn dây.

2.3. Mạch từ một chiều

Để đánh giá mức độ từ thông rò, ngta đưa ra hệ số từ rò:
Trong đó:
σrò - khi mở nắp: δ lớn nên σrò = 2 ÷ 4
- khi nắp đóng: δ nhỏ (công nghệ) σrò = 1,02 ÷ 1,05

Để đgiá mức độ từ thông tản, ngta đưa ra hệ số từ tản:
δ
r
δ
r
δ
rδ
δ
r
G
G
11σ
+=+=

+
==
φ
φ
φ
φφ
φ
φ
c
t
c
t
c
tc
c
t
G
G
11σ
+=+=
+
==
φ
φ
φ
φφ
φ
φ
δ

2.4. Mạch từ xoay chiều
1. Đặc điểm NCĐ xoay chiều:
-
Nguồn cấp cho cuộn dây của NCĐ là nguồn xoay chiều: u=Umsinωt
→ φ = φmsinωt.
-
Do φ(t) cho nên có tổn hao năng lượng trong mạch từ (do dòng điện
xoáy và từ trễ) → mtừ phát nóng → để giảm tổn hao Fe → mtừ làm
bằng lá thép KTĐ ghép lại.
-
Do có tổn hao sắt nên tạo sự lệch pha giữa φ và iw. (ttự như mạch điện
do điện kháng mà u và i lệch pha, còn ở mạch từ sự xuất hiện của từ
kháng (do tổn hao thép) → làm chậm pha giữa từ áp và từ thông.
- Do φ(t) → Fđt(t) qua 0 → gây rung, để chống rung, sử dụng vòng ngắn
mạch.