Phương pháp tính lực điện động.(DC.AC) ppt

1
KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ
VÀ CÁC BẠN !
2
BÀI TẬP LỚN
•
Đề tài: Phương pháp tính lực điện động khi vật
dẫn mang dòng điện một chiều, khi vật dẫn mang
dòng điện xoay chiều?
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Lê Ngọc Tấn
NHÓM THỰC HIỆN
Lê Minh Thân
Lớp (N02)
3
Nội dung 1:
I. khái niêm chung:
a. Lực điện động là gì ?:
b. Cách xác định lực điện
động, chiều của lực điện
động:
4
b. Cách xác định lực điện động, chiều của lực điện động:
•
Một vật dẫn mang dòng điện sẽ sinh ra từ trường và từ
trường tác dụng với dòng điện sinh ra nó. Lực sinh ra do
dòng điện và từ trường sinh ra này đều được gọi là lực điện
động.
_ Xác định lực điện động.
I. khái niêm chung:
a. Lực điện động là gì ?:

•
Là lực sinh ra khi vật dẫn mang dòng điện, đặt trong từ
trường, lực đó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng thay đổi
hình dáng của vật dẫn sao cho từ thông vòng qua nó, xuyên
qua nó là lớn nhất.
5
_ Chiều của lực điện động.
•
Được xác định bằng quy tắc bàn tay trái"Đặt bàn tay trái sao cho
các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay
giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều
của lực điện từ " hay xác định bằng nguyên tắc chung chiều của
lực tác dụng lên vật dẫn hay dòng điện. Là chiều biến đổi
hình học hình dạng của mạch vòng dẫn điện sao cho từ
thông qua nó tăng lên, nghĩa là tăng diện tích nơi có từ cảm
B đi qua.
6
Chú ý: Trong điều kiện làm việc bình thường, I chạy trong vật dẫn không
lớn lắm, L
dd
không gây biến dạng các chi tiết mang dòng điện. Trong một số
trường hợp dòng lớn. L
dd

max
Lực làm biến dạng đôi khi có thể làm phá vỡ kết
cấu thiết bị. Do đó cần phải nghiên cứu lực điện động để ngăn ngừa tác hại
của nó khi lựa chọn, tính toán và thiết kế thiết bị điện.
F
dd

của 2 dây dẫn có
dòng điện cùng chiều
F
dd
của 2 dây dẫn có
dòng điện ngược chiều
7
Nội dung 2:
II. Phương
pháp tính lực
điện động:
1. Khi vật dẫn
mang dòng điện
một chiều (DC):
2. Khi vật dẫn
mang dòng điện
xoay chiều (AC):
a.Phương pháp sử
dụng định luật
Bio-Xavar-Laplax
b.Phương pháp
dùng theo định
luật cân bằng năng
lượng:
a. Dòng điện xoay
chiều (AC) một
pha:
b. Dòng điện xoay
chiều (AC) ba
pha:

8
II. Phương pháp tính lực điện động:
1. Khi vật dẫn mang dòng điện một chiều (DC):
Ta có thể tính lục điện động bằng hai phương pháp. Phương pháp thứ
nhất dùng định luật Biot-Savart-Laplace hoặc dùng theo định luật cân bằng
năng lượng.
a.Phương pháp sử dụng định luật Bio-Xavar-Laplax
•
phương pháp này lực điện động là kết quả tương tác lẫn nhau của dây dẫn l
mang dòng điện I và từ trường do dây dẫn khác tạo nên.
9
-Xét một đoạn mạch dl (m) co dòng điện I (A) đi qua, được đặt trong từ
trường với từ cảm B (T) như hình, thì có một lực tác động lên dl:
Dạng vi phân
dF
uuur
dF I dlxB
=
uuur uur ur
. . .sindF I B dl
α
=
uuur
Khi vectơ dl có chiều theo dòng i thì L
dd
dF thẳng góc với hai vecto dl và B có
tốc độ lớn là:
10
Trong đó: (α là góc giữa hai vectơ dl và B)
Nếu từ trường B không đổi tại mọi điểm dòng điện i chạy trên toàn bộ chiều

dài l của dây dẫn thẳng thì L
dd
có giá trị như sau:
Khi thì:
F=i.l.B
F=i.l.B.sin
α
Công thức Biot-Savart-Laplace dùng để xác định L
dd
khi ta có thể biểu diễm từ
cảm B bằng một biểu thức phân tích phụ thuộc vào kích thước hình dạng
mạch vòng dẫn điện.
0
90
σ
=
11
b.Phương pháp dùng theo định luật cân bằng năng lượng:
Hiện tượng phát sinh F
dd
là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ
tích trong mạch điện thành cơ năng.
Lực điện động là lực cơ học. Có nghĩ rằng sự biến đổi cơ năng lên 1
đoạn chuyển dịch. Từ đó định nghĩa L
dd
là sự biến đổi năng lượng từ trên 1
đoạn dịch chuyển của mạch điện.
onst
W
M

I c
d
F
dx
=
=
Trong đó: W
M
: năng lượng điện từ của mạch điện ( W
s
).
dx: đoạn dịch chuyển của mạch điện.
Biết rằng năng lượng điện từ trong 1 mạch điện:
2
1 1
W . . . . (W )
2 2
M
L I I s
φ
= =
với: I: cường độ dòng điện (A).
L: điện cảm của mạch (H).
: từ thông trong mạch (Vs).
φ
12
Từ đó, ta có:
2
1 1
. . . ( )

2 2
dL
F I I N
dX dX
αφ
= =
Trường hợp có 2 mạch điên:
2 2
1 2 1 2
1 1
W . . . . . (Ws)
2 2
M
I L I L I I M
= + +
trong đó: I
1
,I
2
: cường độ dòng chạy trong mạch 1 và 2.
L1, L2: điện cảm trong mạch 1 và 2.
M: hỗ cảm giữa mạch 1 và 2.
Lực điện động sẽ là:
2 2
1 2
1 2 1 2
1 1
. . .
2 2
dL dL dM

F I I I I
dx dx dx
= + +
Nếu mỗi mạch không bị biến dạng mà chỉ dịch chuyển so với nhau thi
L
1
=L
2
=const và khi đó:
1 2
.
dM
F I I
dx
=
13
2. Khi vật dẫn mang dòng điện xoay chiều (AC):
I.2
Những cộng thức của dòng DC đều đúng khi ta áp dụng tính với
dòng điện AC nhưng giá trị i ở đây là giá trị tức thời của dòng AC. L
dd max
khi
i=I
max
= do vậy L
dd
của dòng AC sẽ lớn hơn khi dẫn dòng DC.
a. Dòng điện xoay chiều (AC) một pha:
khi xét hình sin đều hòa:
sin.)( tIti

m
ω
=
Hình 1.1. đồ thị L
dd
và dòng điện
14
Công thức tổng quát:
F=C.i
2
( với C= 10
-7
.K
v
k
hd
)
Vì i chính là giá trị tức thời nên:






−
==
2
.21

222

tCos
ICtSinICF
mm
ω
ω
Lực tác động lớn nhất:
Lực tác động tức thời:
Lực tác động trung bình:
22
2. ICICF
mm
==
2
.2.
2
tCosFF
F
mm
ω
−
=
2
1
0
2
2
.
.
1
CI

IC
dtF
T
F
m
tb
===
∫
Hinh 1.2. đồ thị L
dd
và động điện
không chu kỳ.
15
Từ đồ thị Hinh 1.1 cho ta thấy lực F biến đổi tuần hoàn có giá trị từ (0 F
m)
và có tần số gấp 2 lần tần số dòng điện. Với tần số này lực tác động cơ khí sẽ
gây ra tiếng ồn.
Hình 1.2 trình bày dòng điện ngắn mạch.
÷
b. Dòng điện xoay chiều (AC) ba pha:
Các dây bố trí trên mặt phẳng song song:
Dòng điện ba pha lệch nhau 120
0
:
)240sin.Im
)120.(sinIm
sin.Im
0
0
+=

+=
=
ti
ti
ti
C
B
A
ω
ω
ω
Lực tác dụng lên dây pha có dạng:
F
1
=F
12
+F
13
F
12
: Lực điện động giữa pha1 và pha 2.
F
13
: Lực điện động giữa pha1 và pha 3.
16
Đối với dây 1 pha:
Sau khi biến đổi lượng giác ta có cực trị của hàm F
1
sẽ tương ứng
với

.7515
00
=−=
tvàt
ωω
Tại lực lúc đó đạt cực đại sẽ có giá trị (+) tương ứng với lực hút:
0
75
=
t
ω
0
15
−=
t
ω
2
1
.805,0
m
ICF
−=
2
1
.055,0
m
ICF
−=
Đối với dây 3 pha: Có kết quả ngược lại với dây 1 pha.
Lực đẩy ứng với giá trị (+):

Lực hút ứng với giá trị (-):
2
1
.805,0
m
ICF
−=
2
1
.055,0
m
ICF
−=
Đối với dây 2 pha:
[ ]
)1502( 866.0
)240().120(
02
2
00
2
2
−=
−−−=
tCosICF
tSintSintSinIcF
m
m
ω
ωωω

Tại lực lúc đó đạt cực đại sẽ có giá trị (-) tương ứng với lực đẩy:
17
Giá trị cực đại sẽ tương ứng với là:
0
75
=
t
ω
2
2
866.0
m
ICF
=
Vì vậy L
dd
tác dụng lên 2 dây là lớn nhất nên giá trị này được sử dụng
trong kỹ thuật để tính toán:
22
3 866,0 ICICF
mMax
==
Các dây dẫn bố trí trên đỉnh tam giác đều:
Đồ thị L
dd
3 pha bố trí trên đỉnh tam giác đều.
18
Ta có:
tSinICFFFFF
myxyx

2
3
22
1
2
1111
ω
=+=+=
Sự thay đổi về vị trí và hướng của L
dd
tác dụng lên dây dẫn 1 có thể
biểu diễn bằng vectơ OM mà quỹ tích ngon vectơ là vòng tròn đường kính
bằng trên trục Ox như trên hình vẽ. L
dd
ở các dây khác cũng tính toán
tương tự và ta có giá trị lớn nhất của L
dd
khi xét dây dẫn bố trí trên 3 đỉnh tam
giác cũng giống như bố trí trên 1 mặt phẳng:
22
3 866,0 ICICF
mMax
==
Khi xét dòng 3 pha có chứa thành phần không chu kỳ, trong cả 2
trường hợp ta phải xét thêm hệ số xung kích K
xk
:
222
61,5)8,1( 3 ICICF

Max
==
19
Cám ơn
Xin giáo viên và các bạn cho ý
kiến