Tài liệu NAM CHÂM ĐIỆN ,CHƯƠNG 5e doc

TỪ DẪN CỦA TỪ THÔNG RÒ Từ thông rò r f là phần từ thông không đi qua khe hở không khí làm việc mà ch ỉ đi từ lõi tới gông (với mạch từcó một cuộn dây )hoặc giữa hai lỡi (với mạch từ có 2 cuộn dây tren hai lõi ).Khi khe hở làm việc tăng ,từ thông rò c ũng tăng ,nhưng chiều dài của phân đoạn mạch từ có từ thông rò lại giảm.Vì vậy để cho việc tính được thuận lợi ,người ta dùng khái niệm suất từ dẫn rò –từ dẫn rò trên một đơn vị chiều dài :gr=Gr/lr,H/m Trong trường hợp này ,tử trường rò được coi như phân bố đều trên lõi . Các công th ức tính gr được trình bày ở bảng 5-4(điểm 3,4,5)và bảng 5-6 (điểm R,6) .Từ dẫn rò trong trường hợp sức từ động phân bố tập trung (hinh5-17a ) T ừ áp tren mỗi đơn vị chiều dài lr giữa hai trụ của mạch từ là hằng số (nếu bỏ qua từ áp rơi trên lõi sắt .Vì vậy trong trường hợp này Gr=gr.lr Hình Hình 5-17 :Sự phân bố của từ áp ,từ thông theo chiều dài của mạch từ . a)Nam châm điện với sức từ động tập trung b)Nam châm điện với sức từ động phân bố rải Từ dẫn rò với trường hợp sức từ động phân bố rải đều trên lõi (H5-17b).Nếu mạch từ không bão hòa thì từ áp rò r U m q = là một đường thẳng ,còn sự thay i ca t thụng theo ng parabol.Trong trng hp ny ,vic tớnh toỏn r f da vo giỏ tr trung bỡnh ca r q (ngchm chm H5-17b),ngha l : 1 2 2 2 qd r r r r r r r r r r r G g l g l G f q q q q = = = = Trong dú: r r cd cd l l q q= 1 , 2 qd r r r G g l H = T dn rũ quy di cd q -sc t ng cun dõy,A, cd l -chiu cao ca cun dõy ,m (234) 235 Trong trờng hợp mạch từ bão hoà cd và r thay đổi theo đờng cong, và khi đó từ dẫn dò quy đổi G rqđ có thể xác định theo phơng pháp vẽ. Cũng tồn tại các phơng pháp khác tính toán mạch từ mà không cần tính từ dẫn dò quy đổi. D_ Từ dẫn của hai hay nhiều khe hở. Khác với mạch trở, ở mạch dẫn khi có các dẫn song song thì dẫn tổng sẽ là tổng số học của các dẫn thành phần, còn khi các dẫn nối tiếp _ sẽ giống nh các trở song song. Với 3 loại mạch từ thờng gặp( bỏ qua từ trở của sắt từ ), từ dẫn tổng sẽ là: a/ mạch từ hút chập, phần ứng nằm ngoài cuộn dây( H5_13a). qdr u u G GG GG G 12 1 . )275( . 31 31 13 23 3 GG GG G GGG u qdrd b/ mạch từ hút ống dây( H5_13b). qdr K K G GG GG G 12 12 . qdr qdr GG GG G 23 23 24 . )285( . 2412 2412 14 GG GG G c/ mạch từ hình E, phần ứng phẳng( 5_14a). Với một nửa( mạch từ hình U), ta có: )295( . 12 12 qdr BA BA G GG GG G Trong đó : nphB o o A GGG GG GG G ; . .5,0 1212 . 3 1 rqdt GG E_ vị trí từ thông lớn nhất Vị trí từ thông lớn nhất max chia mạch từ ra làm hai phần, trong đó mỗi phần đều có khe hở không khí. Cần xác định sức từ động và chiều dài lõi của mỗi phần đó. Thờng gặp các tr- ờng hợp sau : a) Mạch từ có một khe hở (H5-13a) Chiều dài tính toán của lõi. Chiều dài tính toán của lõi bằng toàn bộ chiều d i của lõi hoặc của cuộn dây l cd , còn vị trí từ thông lớn nhất là chỗ tiếp xúc giữa lõi và gông. b) Mch t cú phn ng nm ngoi cun dõy( H5_13b ). ) 12 (2 2 . lud ld cd glGG glG ll Vỡ t thụng dũ phõn on 2_3 thng khụng ln, nờn trong nhi u trng hp, nht l khi phn ng h, ta cú th xem: 3 = d = 2 = max . v i sai s khụng vt quỏ 4 5 %, thm chớ c khi l 23 =0,3l 1 . c) Mạch từ hút ống dây( H5_13c).                     1 13 1 1 13 1 13 1323 .1 2 . 1 G gl G G G gl G G l l ll cd   (5_20) Khi tính toán m ạch từ theo từ thông trung bình hoặc theo từ thong móc vòng của nam châm điện xoay chiều, việc xác định vị trí của từ thôn g cực đại  max là không cần thiết. § 5.9 _ đạo hàm của từ dẫn khe hở không khí. Đạo hàm từ dẫn khe hở cần thiết cho việc tính toán lực hút điện từ và các đại lượng khác của nam châm điện. việc xác định đạo h àm của khe hở không khí có thể tiến hành theo hai phương pháp: phương pháp giải tích và phương pháp vẽ(đạo hàm bằng đồ thị ). 1/ - Phương pháp giải tích: khi biết biểu thức giải tích của từ dẫn khe hở không khí(như ở bảng5_6), ta chỉ việc đạo hàm biểu thức đó theo khe hở không khí. 2/ - Phương pháp đồ thị: Đầu tiên dựng đường cong  G = f(  ) theo các trị số từ dẫn để tính được cho các trị số  khác nhau (H5_18). từ một điểm  i trên trục hoành tìm điểm G i ttương ứng trên đường cong G(  ). Từ G i vẽ tiếp tuyến với đường cong từ dẫn, tạo với trục hoành một góc, góc này đặc trưng cho đạo hàm cấp một của từ dẫn tại điểm đó. , 1     tg M M tg M MG d dG GGi    H/m (5_31) Trong đó : M G, M  - tỷ lệ xích của các trục G và  . B ằng cách này tìm các điểm khác của  và sau đó dựng quan hệ   d dG = f(  ) (HINHHFGBDSH Vdsvgsdgsg GĐSGSFGDSG) Hình 5_18: Xác định đạo hàm cấp một của từ dẫn khe hở không khí. §5.10 - Từ trở các phân đoạn của mạch từ. từ trở của mạch từ gồm từ trở của khe hở không khí và từ trở của các phân đoạn sắt từ. Từ trở của khe hở không khí:   G RZ 1  Vậy từ trở của khe hở không khí là từ trở ttác dụng( thuần trở ). Các phương pháp tính từ trở( từ dẫn ) khe hở không khí đ ã được trình bày ở các phần trên. T ừ trở sắt từ: khác nhau về bản chất của nam châm điện một chiều và nam châm điện xoay chiều. 1. Ở nam châm điện một chiều: từ trở chỉ gồm thành ph ần tác dụng, và được biểu diễn theo công thức sau:   R  R S l H -1 Trong đó :  R= B H r   . 11 0 ( 5_30 ) Ở đây :  R, m/H _ suốt từ trở tác dụng của vật liệu từ, có thể xác định theo đường cong từ hoá của vật liệu, hoặc theo các đường cong ở H5_15 , 5_20. l,m _ S, m 2 _ chiều dài và tiết diện. H, A, B, T_ cường độ từ trường v à từ cảm trong mạch từ. 2. Ở nam châm điện xoay chiều: từ trở gồm hai hành phần : thành phần tác dụng  R Và thành phần kháng Z  : je X R eZ S l j S l jXR    (5_31)       R X tg XRZ XR X   2222 ; (5_32) Thành ph ần phản kháng của từ trở X  đặc trưng cho tổn hao từ trễ, dòng xoáy và tổn hao trong vòng ngắn mạch.Vì có tổn hao nên từ thông ở các phân đoạn khác nhau của mạch từ bị lệch pha nhau. Su ất từ trở phản kháng được tính theo: m Fe X Bf P 2 .     (5_33) Trong đó :  - khối lượng riêng của thép P Fe - Suất tổn hao của thép do từ trễ và dòng xoáy gây ra f - tần số thay đổi của từ thông B m - từ trở cực đại trong lõi thép. Su ất từ trở tác dụng được tính theo biểu thức: , 22 XZ R   trong đó Z  xác định theo đường cong từ hoá của vật liệu với tần số tương ứng. hay m m Z Bf P B H 2 Z 2        (5_34) Trong đó :  B - suất từ hoá GFHFĐKJHFKJĐKLHDKJH JGĐSHSFHFĐSFFĐKHFKJF FGFFĐHFSĐFSFFĐFHĐFSKSJF FGFGFGFGFGFĐFFĐFFDF JGĐSJFSFDFKFHỀ ÈUEF FJYĐGFGFGFHĐFHFd Hình 5_19: Các đường cong R  =f(B) cho các loại vật liệu từ khác nhau( từ cảm do từ thông một chiều tạo ra) 1. với vật liệu Э11 , Э12 , Э21 2. v ới vật liệu Э41 , Э42 , Э43 3. Thép cacbon đúc 4. Gang 5. Thép k ết cấu C T 10, ủ Từ các hình vẽ trên nhận thấy rằng: với mỗi loại vật liệu, suất từ trở gần như không đổi khi từ cảm biến đổi trong một phạm vi tương đối rộng. Từ trở của vòng ngắn mạch( màn chắn ) có thể viết: mmmmmm jXRZ   Trong đó thành phần trở tác dụng R μmm không đáng kể so với thành phần phản kháng X μm , vì vậy có thể coi: R μmm =0 ; Z μmm =jX μmm với số vòng ngắn mạch là =1, có thể tính: nmnmnm mm r f rr X     2 2   (5_35) Trong đó : r nm _ điện trở của vòng ngắn mạch. FHKÀHKĐFHKFH vFGĐHFFDJF HJVGĐHGKÙHDKFH FKĐHFFKHFDKÙHK VJĐVGFHVBJKVHKJD VBĐVHVNKJĐVKJV VBĐJVGBHVBHVBDv Hình 5-20: Các quan hệ R (B) và X (B) . ( trị số tung độ của các đường cong đánh dấu bằng chữ b phải nhân với 10 ). §5.11 _ HỆ SỐ TỪ DÒ VÀ TỪ TẢN 1/ - Hệ số từ tản: Được tính theo tỷ số giữa từ thông đi qua khe hở không khí và phần từ thông làm việc: Hay: 1 1 1 1 G GG tt l t             1 1 1 1 1 m tm m tm m t G GG             (5_36) Trong đó:  - khe hở không khí ; l - ph ần cực từ( lõi ) ;m1 – m ũ lõi ; t - tản H ệ số từ tản phụ thuộc vào độ lớn của khe hở không khí và các kích thước của mạch từ. 2/ - H ệ số từ rò: H ệ số từ dò  x là tỷ số giữa từ thông tổng đi qua tiết diện ở vị trí l x và từ thông ở khe hở không khí nối tiếp nó             rX rx Khi xác định hệ số từ rò  r , để đơn giản hoá, ta coi từ trở sắt từ không phụ thuộc vào từ thông qua nó và cuộn dây được rải đều trên lõi. N ếu mạch từ có một hay nhiều khe hở không khí, à chúng n ằm về một phía của cuộn dây thì chỉ có một hệ số từ rò. Khi m ạch từ có các khe hở nằm về 2 phía của cuộn dây thì nó được chia thành hai phần riêng biệt, mỗi phần đều có từ thông rò và hệ số từ rò tương ứng. Với mạch từ một chiều (cuộn dây dòng điện và cuộn dây điện áp) v à mạch từ xoay chiều của dòng điện (Iw=const), khi tính toán hệ số rò người ta dung hệ số lớn nhất của từ thông  max , còn với mạch từ xoay chiều cuộn dây điện áp khi tính toán dung trị số từ thông móc vòng hay trị số trung bình của từ thông  = w tb . N ếu có mạch từ dạng hút chập, hệ số từ rò sẽ là :          G G r r r    1 0 Với mạch từ một chiều : glG r . 2 1  Với mạch từ xoay chiều : glG r . 3 1  . trên. T ừ trở sắt từ: khác nhau về bản chất của nam châm điện một chiều và nam châm điện xoay chiều. 1. Ở nam châm điện một chiều: từ trở chỉ gồm thành ph ần. của từ áp ,từ thông theo chiều dài của mạch từ . a )Nam châm điện với sức từ động tập trung b )Nam châm điện với sức từ động phân bố rải Từ dẫn rò với trường