Tóm tắt công thức máy điện 1 - Chương 1 Tổng quan về máy điện

KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

Chöông môû ñaàu
KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN
1.

Các định luật điện từ trong máy điện

1.1. Định luật cảm ứng điện từ (Faraday)
1.1.1. Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây
❖

Chiều của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn nút
chai.

❖

Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây:

e=−

❖

Nếu cuộn dây có N vòng dây:

e = −N 

 − 1
d

=− 2
dt
t

d
d
=−
dt
dt

Với:  là từ thông móc vòng (Wb.vòng) và  là từ thông (Wb).
1.1.2. Thanh dẫn chuyển động trong từ trường
❖

Khi thanh dẫn có chiều dài (m), chuyển động với vận tốc v (m/s) vuông góc với từ cảm
B (T). Trong thanh dẫn sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

e = .v.B  e = B. .v
❖

Chiều của sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 1


KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

1.2. Định luật lực điện từ
❖

Khi thanh dẫn có chiều dài (m), mang dòng điện i (A) vuông góc với từ cảm B (T), nó
sẽ chịu 1 lực điện từ F (N) tác dụng là:

F = .i.B  F = B.i.
❖

Nếu dây dẫn không đặt vuông góc với đường sức thì:
F = B.i. .sin 

❖

Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái.

2.

Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện

2.1. Chế độ máy phát điện

❖

Công suất điện của máy cấp cho tải là: P = ui = ei

❖

Mà dòng điện i trong thanh dẫn đặt trong từ trường sẽ xuất hiện lực điện từ :

Fđt = B.i.l

❖

Khi máy quay với vận tốc không đổi thì:
Fcơ = Fđt (điện từ)
Pcơ = Fcơ.v = Pđt = e.i

❖

Tóm lại: Ta thấy là cơ năng biến thành điện năng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 2


KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

2.2. Chế độ động cơ điện
❖

Công suất điện đưa vào động cơ là: Pđt = u.i = e.i = Blv.i = Fđt.v = Pcơ

❖

Tóm lại: Ta thấy là điện năng biến thành cơ năng.

2.3. Định luật mạch từ và tính toán mạch từ
2.3.1. Định luật mạch từ (Định luật Ohm từ)
❖

Định luật Ohm từ suy từ định luật
Amper, phát biểu như sau:
Nếu H là từ trường do tập hợp
dòng điện i1, i2,… tạo ra.
Nếu C là vòng khép kín trong
không gian có chiều dài là l thì ta
có thể viết:

 H.d

C

=

 ik

2.3.2. Một số bài toán về định luật Ohm từ
2.3.2.1. Bài toán 1: Khảo sát mạch từ như hình vẽ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 3


KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

Áp dụng định luật Ohm từ, ta có: H. = N.i
Mà: B = H =


S

Thay (1) vào (2):
Đặt R =

(1)
(2)

1 
B
 I =     = N.i

 S

1
F
 . Sau đó thay vào (3), ta được: H. = R = N.i = F , suy ra:  =
 S
R

(3)

(4)

Với: R: Từ trở của mạch từ, (At/Wb).
H: Cường độ từ trường trong mạch từ (At/m).
S: Tiết diện thẳng của mạch từ (m2).
F = Ni: Sức từ động, tạo ra từ thông (At).
N: Số vòng dây của cuộn dây.
: Chiều dài trung bình của mạch từ (m).
i: Dòng điện từ hoá, tạo ra từ thông  (A).
Độ từ thẩm tuyệt đối:  =  r .o

(5)

Với: µ: Từ thẩm tuyệt đối.
µr: Từ thẩm tương đối.
µo = 4π.10–7 (H/m): Từ thẩm tương đối của không khí.
2.3.2.2. Bài toán 2: Khảo sát 1 mạch từ như hình vẽ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 4


KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

Áp dụng định luật Ohm từ ta suy ra:
H1. 1 + H 2 .

2

= N1i1 − N 2i 2

Hay: ( R1 + R 2 )  = F1 − F2

(1)
(2)

Với: H1, H2: Cường độ từ trường trong đoạn 1, 2 của mạch từ (At/m).
1, 2 :

Chiều dài trung bình đoạn 1, 2 của mạch từ (m).

i1, i2: Dòng điện từ hóa đi vào cuộn dây 1, 2 (A).
- Lưu ý:
+ Tích số N2i2 mang dấu (-) do chiều i2 không phù hợp với chiều của từ thông đã chọn
theo qui tắc văn nút chai.
+ Một cách tổng quát: Với mạch từ có n đoạn và m cuộn dây theo định luật mạch từ ta có
thể viết:
n

 Hk .

k =1

m

k

=   N j.i j
j=1

+ Dòng điện ij nào có chiều phù hợp với từ thông φ đã chọn theo qui tắc vặn nút chai
mang dấu (+) và ngược lại thì mang dấu (-).
+ k: chỉ số tên đoạn của mạch từ
+ j: chỉ số tên cuộn dây dòng điện.
2.3.3. Tính toán mạch từ
2.3.3.1. Công thức tính toán mạch từ

❖ Từ thông:  = B.S  B =
S
Trong đó:

B: Từ cảm (T).
S: Diện tích thẳng của mạch từ (m2).

❖

Từ cảm: B = .H

2.3.3.2. Bài toán thuận
Cho từ thông φ, tìm dòng điện từ hóa i (số cuộn dây).
❖

Cách giải: Gồm các bước sau:
Bước 1: Tính từ cảm B j =


trong phần tử j.
Sj

Suy ra từ trường Hj như sau:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 5


KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

✓ Nếu phần tử là vật liệu sắt từ, tra đường cong từ hóa B = f(H) hoặt tra bảng của
vật liệu sắt đó.
o Lưu ý: Nếu ta tìm được giá trị của B không nằm trong bảng từ hoá thì ta
phải lấy giá trị nằm ở hai đầu của B vừa tìm được sau viết phương trình tìm
H.
✓ Nếu phần tử là khe hở không khí thì Ho =

Bo
. Với : µo = 4π.10–7 (H/m)
o

Bước 2: Tùy theo bài toán cho số vòng dây hoặc dòng điện của cuộn dây ta suy ra
dòng điện hoặc số vòng cần có theo công thức sau:
n

 Hk .

k =1

❖

m

k

=   N j.i j
j=1

Ví dụ minh hoạ:
Cho mạch từ như hình vẽ sau:

Biết: N1 = 2000 vòng; I1 = 4,5A; N2 = 400 vòng; I2 = 2A; N3 = 1000 vòng; φ = 1,5 mWb;
S = 12 cm2.
Tính dòng điện trong cuộn dây thứ 3.
Biết đường cong từ hóa B = f(H) cho ở bảng sau:
B(T)

0,6

0,7

0,9

1

1,1

1,2

1,3

H (A/m)

76

90

132

165

220

300

600

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

1,4

1,5

1,6

1,7

1200 3000 6000 4000
Trang 6

KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN – MÁY ĐIỆN 1

BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN

Bài giải
❖

Ta có: B =

 1,5.10−3
=
= 1,25 ( T ) .
S 12.10−4

Do B = 1,25 (T) không nằm trong bảng từ hoá.
Nên ta phải xét 2 điểm: M (1,2;300 ) và N(1,3;600) .
Đường thẳng đi qua 2 điểm M và N có dạng: H = B.a + b .
1,2a + b = 300 a = 3000
Ta được hệ phương trình sau: 

1,3a
+
b
=
600

b = −3300

Suy ra: Từ trường: H = 3300.1,25 − 3300 = 450 ( A / m ) .

❖

Theo định luật Ohm từ, ta có:
n

 Hk .

k =1

m

k

=   N j.i j
j=1

 H. = N1.i1 − N 2 .i 2 − N3.i3
 i3 =

N1.i1 − N 2 .i 2 − H.
N3

2000.4,5 − 400.2 − 450.2 ( 0,25 + 0,1)
1000
 i3 = 7,885 ( A )
 i3 =

2.3.3.3. Bài toán nghịch
❖

Cho dòng điện cần tính từ thông φ.

❖

Thường dùng phương pháp dò để tìm φ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

Trang 7