CHƯƠNG TRÌNH máy điện i CHƯƠNG 1 cơ sở lý THUYẾT của máy điện

CHƯƠNG TRÌNH
MÁY ĐIỆN I
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ
THUYẾT CỦA
MÁY ĐIỆN


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA
MÁY ĐIỆN

 Khái niệm chung

 Các định luật cơ bản
 Từ trường, mạch từ
 Tổn hao trong mạch từ
 Cực từ, tần số, góc độ điện
 Sự biến đổi năng lượng trong máy điện
 Vật liệu dùng trong máy điện
 Phương pháp nghiên cứu máy điện


§1. KHÁI NIỆM CHUNG
1. Định nghĩa: Máy điện là thiết bị làm việc dựa trên
nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi năng lượng cơ
thành năng lượng điện hay ngược lại
2. Phân loại: Dựa trên nguyên lý làm việc của máy
điện ta có thể phân loại chúng như hình sau:


Máy điện
Máy điện

quay

Máy điện tĩnh

Máy điện AC

Máy điện DC
Máy điện ĐB

MBA

MFDC

ĐCDC

MFĐB

ĐCĐB

Máy điện KĐB

MFKĐB

ĐCKĐB


§2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG TRONG MÁY
ĐIỆN
1. Định luật cảm ứng điện từ
• Từ thông qua một cuộn

dây biến thiên:

dΦ
e=
dt
 Cuộn dây có N vòng
dΦ dΨ
e=N
=
dt
dt
 Khi Φ = Φ msinωt:

 Cuộn dây có 1 vòng

e = NωΦ mcosωt
= 2Esin( ωt + π 2)


• Một thanh dẫn dài l,

 Chiều s.đ.đ cảm ứng

chuyển động với vận tốc

được xác định theo quy

v trong từ trường đều B

tắc bàn tay phải

sẽ có s.đ.đ:
e = Blv
• Nếu thanh dẫn tạo với
từ trường góc α thì s.đ.đ
cảm ứng trong thanh dẫn
sẽ là:
e = Blvsinα


2. Định luật lực điện từ

f = Bli sin α

• Thanh dẫn mang dòng

 Chiều của lực điện từ

điện đặt thẳng góc trong

được xác định theo quy

từ trường sẽ chịu tác

tắc bàn tay trái

dụng của lực:
f = Bli
β

i

α

 Thanh dẫn tạo với
đường sức từ góc α:


§3. MẠCH TỪ VÀ ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ
1. Từ trường: Trong máy điện, từ trường tạo bởi các
cực từ và dòng điện chạy trong các dây quấn.
2. Mạch từ: Mạch từ dùng để dẫn từ thông. Trong máy
điện, mạch từ là lõi thép.
3. Định luật mạch từ:
r r n
Ñ
∫ Hdl = ∑ i k
L

i2

i1

r
dl

k =1

ik > 0 nếu nó tạo ra từ trường
cùng chiều với chiều đi vòng

i3

(L)

r
H


• Áp dụng vào mạch từ sau ta có:
Hl = Ni = F

i
N

Do: B = µH Φ = B × S
Như vậy:

B
1
H×l = l =
Φ = ℜ µΦ
µ
µS
1
ℜµ =
µS

Φ

I≡Φ
E≡F

R ≡ ℜµ

l – chiều dài trung bình của đường sức trong mạch từ
F – sức từ động(s.t.đ)
i – dòng điện từ hóa


• Với mạch từ có khe hở không khí:
H1l1 + H2l2 = N1i1 - N2i2 = F
i1i

Tổng quát:
m

∑H l
k =1

k k

l1 , S 1

n

1

m

N1

= ∑ N ji j = ∑ ℜ µk Φ
j= 1

k =1

k – chỉ số của các đoạn mạch
từ
j – chỉ số của các cuộn dây
quấn trên mạch từ

Φ

i2

N2

l2, S2


4. Sự tương tự với mạch điện
F
E
Φ=
↔i=
ℜµ
R
Mạch từ nối tiếp:
ℜ µ = ℜ µ 1 + ℜ µ 2 + L + ℜ µn

Mạch từ song song:
1
1
1
1
=
+
+L +
ℜµ ℜµ1 ℜµ 2
ℜ µn


5. Tính toán mạch từ:
a. Bài toán thuận: Cho Φ, tìm s.t.đ F = Ni
• Để giải bài toán này ta thực hiện 3 bước tính:
 Bước 1: - Tính B = Φ/S trên mỗi đoạn mạch từ
- Tìm H của đoạn mạch từ đó
 Bước 2: - Tính F
m

F = ∑ Hil i
i =1

 Bước 3: - Tùy theo bài toán, nếu đã cho N, ta tìm
i; nếu đã cho i ta tìm N


b. Bài toán ngược: Cho s.t.đ F, tìm Φ
• µ = f(Φ) nên ℜ = f(Φ)
• Do chưa biết Φ nên ℜ cũng chưa biết. Như vậy ta

có bài toán phi tuyến:
m

∑ ℜ (Φ )Φ
i =1

i

i

i

= F(Φ i )

• Bài toán này được giải bằng các phương pháp gần
đúng


Ví dụ: Một mạch từ có từ trở 1500Av/Wb trên đó có đặt
một cuộn dây. Cuộn dây này có 200 vòng làm bằng dây
nhôm. Khi nối cuộn dây với nguồn điện một chiều có
điện áp 24V thì dòng điện qua nó là 3A. Tính từ thông
trong lõi thép và điện trở của cuộn dây.
S.t.đ của cuộn dây: F = Ni = 200×3 = 600Av
F
600
=
= 0.4Wb
Từ thông trong lõi thép: Φ =
ℜ µ 1500

U 24
= 8Ω
Điện trở của cuộn dây: R = =
I
3


§4. TỔN HAO NĂNG LƯỢNG
1. Tổn hao từ trễ
• Đường cong từ hóa
• Tổn hao từ trễ:
ph = kfBnmax
ph – tổn hao [W/kg]

B
Bdư

Hk

H

k – hằng số
n – hằng số Steinmet
2. Tổn hao do dòng điện xoáy
• Khi Φ biến thiên theo t, trong lõi thép có dòng điện


• Dòng điện này gọi là dòng điện xoáy(dòng
Foucault) và gây ra tổn hao công suất.
• Tổn hao công suất này bằng:

px = k e f 2 B2max
• Để giảm tổn hao công suất này ta thường làm mạch
từ bằng các lá thép mỏng có sơn cách điện ghép lại với
nhau.


§5. CỰC TỪ, TẦN SỐ, GÓC ĐỘ ĐIỆN
1. Cực từ
• Dùng để tạo ra từ trường trong máy điện
2. Tần số
• Khi cực tính của cực từ thay đổi, chiều của e thay
đổi theo
N

S
e

e


• Khi thanh dẫn qua 2 cực từ sđđ
thay đổi được 1 chu kỳ

N

• Nếu máy có 2p cực từ thì khi đi
hết 1 vòng sđđ thay đổi p chu kỳ
• Tần số là số chu kỳ trong 1s
n
f= p

60

S

2. Góc độ điện
• Góc độ điện cho biết góc lệch pha của sđđ của
các thanh dẫn nằm trong 2 rãnh cạnh nhau.


N

S

π

0

N

S

2π

• Đi hết một vòng sđđ thay đổi p chu kỳ, tương
ứng với p×360o điện, trên đó có Z rãnh. Vậy:
p × 360 o
α=
Z
• Một vòng chỉ tương ứng với 360o hình học, nên một
độ hình học ứng với p độ điện

§6. VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
1. Vật liệu tác dụng:
• Vật liệu dẫn điện: Al, Cu
• Vật liệu dẫn từ:
 Thép kỹ thuật điện cán lạnh và cán nóng
 Gang, thép đúc, thép tấm
• Vật liệu cách điện: giấy, mica, v.v.
2. Vật liệu cấu trúc:
• Vật liệu cấu trúc dùng chế tạo các chi tiết chịu lực


§7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY
ĐIỆN
• Mô tả hiện tượng vật lý xảy ra trong máy điện
• Dựa vào các định luật vật lý, viết các phương
trình cân bằng: mô hình toán học của máy điện
• Từ các phương trình cân bằng thành lập mạch
điện thay thế của máy điện: mô hình mạch của máy
điện
• Từ các mô hình tính toán các đặc tính của máy
điện.