Bài giảng cơ sở kĩ thuật điện chương 5

31-Mar-21 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Giới thiệu – Tổng quát Chương 4: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ DÙNG KHÁI NiỆM NĂNG LƯỢNG Chương khảo sát mạch từ có phận chuyển động (thẳng quay) ↔ hệ thống biến đổi điện Đối tượng khảo sát: Giới thiệu chung Hệ thống chuyển động thẳng Hệ thống chuyển động quay Các hệ thống điện thông số tập trung (lumped-parameter electromechanical system), ie hệ thống có kích thước nhỏ so với bước sóng trường điện từ → Khảo sát trường từ dừng chuẩn Phân tích lực (moment) dùng khái niệm lượng Phân tich lực (moment) dùng khái niệm đồng lượng Khái niệm lượng đồng lượng hệ thống đa cổng Mục tiêu chương này: Bảo toàn lượng - Biến đổi lượng - Trình bày phương pháp xây dựng mơ hình tốn học (hệ phương trình vi phân biến trạng thái) cho hệ thống điện gồm N cuộn dây M biến Có thể sử dụng để mơ máy tính phân tích thiết kế Động học hệ thống thông số tập trung Mơ hình khơng gian trạng thái 10 Phân tích dùng phương pháp số - Tính lực moment lượng từ trường (tích trữ) cuộn dây (có dịng điện chạy qua) tác động lên phần ứng (vật liệu từ dòng điện) hệ thống điện - Khảo sát dòng điện lực/moment thay đổi theo thời gian BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 1 2 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Mạch từ contactor • Khởi động từ - Contactor – Đóng cắt điện cho phụ tải, – Hút cuộn dây Cuộn dây AC Cuộn DC tiêu thụ lượng thấp A1 A2 N S Nam châm vĩnh cửu 31-Mar-21 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Giới thiệu – Tổng quát Giới thiệu – Tổng quát Cấu trúc hệ thống điện cơ: Để dễ khảo sát, hệ thống điện chia thành phần riêng biệt Cấu trúc hệ thống điện cơ: Để dễ khảo sát, hệ thống điện chia thành phần riêng biệt Hệ thống điện từ Kết nối điện -cơ Hệ thống Lưc fm ( moment Tm) có nguồn gốc từ học (Electromechanical v, i, l coupling) Chuyển động thẳng: l = l(i, x) Hệ thống điện fe, x hay Te, q (lực điện từ, moment điện từ) Hệ thống (Electromechanical v, i, l fe Te có nguồn gốc từ điện Chuyển động quay: l = l(i, θ) Kết nối điện -cơ coupling) fe, x hay fm ( Tm) có nguồn gốc từ học Te, q Chuyển động thẳng: l = l(i, x) fe Te có nguồn gốc từ điện Chuyển động quay: l = l(i, θ) (lực điện từ, moment điện từ) ● Phần đầu chương xây dựng hệ phương trình mô tả hệ thống điện-cơ gồm thông số trên:  Xây dựng hệ phương trình mơ tả hệ thống điện-cơ gồm thông số trên: v , i , l , fe , x (hoặc Te , q) v , i , l , fe , x Lực fm ( moment Tm) có nguồn gốc từ học Lực fm ( moment Tm) có nguồn gốc từ học x fe  Xây dựng hệ phương trình mô tả hệ thống điện-cơ gồm thông số: v , i , l , fe , x (hoặc Te , q), fm , x (hoặc Tm , q) Hệ phương trình động ( Te , q) ● Phần cuối chương xây dựng hệ phương trình mơ tả hệ thống điện-cơ gồm thông số : = fm v , i , l , fe , x ( Te , q), fm , x ( Tm , q) Mg = fm 7 8 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Giới thiệu – Tổng quát  Tính điện áp cảm ứng v Phần đầu  Điện áp cảm ứng:  Dùng định luật KVL, KCL (Ampere Gauss chương 3)  Tính từ thơng móc vịng λ = λ (i, x) d l l di l dx v= = + dt i dt x dt λ = L(x) i  Tính điện áp cảm ứng v (Định luật cảm ứng điện từ Faraday) (Điện  Cơ) Giải mạch từ : Φ  iN (Chương 3) dx : tốc độ chuyển động thẳng dt Điện áp biến áp (transformer voltage)   Tính lượng từ trường  Tính lực fe (moment Te )  (i, (i, x) ??? Hệ thống chuyển động thẳng biết λλ==λ λ x) ● Khảo sát hệ thống chuyển động đơn giản (mạng cửa: cửa điện cửa cơ) Điện áp tốc độ (speed voltage) ● Nếu hệ thống điện tuyến tính (quan hệ B-H tuyến tính, L khơng phụ thuộc i): → l = L ( x)i (Cơ  Điện) Điện áp cảm ứng: Phần cuối   Dùng định luật Newton  để xây dựng phương trình cân lực: lực có nguồn gốc từ điện (lực điện từ) fe, lực có nguồn gốc từ (lực cơ) fm …  Giải hệ thống phương trình  Tìm nghiệm (hoặc cân moment : moment có nguồn gốc từ điện (moment điện từ) Te, moment có nguồn gốc từ (moment cơ) Tm  v = L ( x) dL ( x ) dx di +i dt dx dt λ = L(x) i ??? l  =  Li  ??? ● Nếu hệ thống khơng có phần tử chuyển động → l = Li  v=L Điện áp cảm ứng: di dt  cuộn cảm, máy biến áp 9 10 10 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng ĐL Ampere  C H • dl =  J f • n da Đặc tính vật liệu từ B(H) S n H l i =1 i i H B l  L= =  lg :Từ cảm Mật độ từ thông A lc :Từ thơng l = N  :Từ thơng móc vịng i ĐiỆN TỪ i H l i =1 m m BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 11 Rk = lk  Ak i i = Ni Ni Ni =  ( Rg + Rc ) Rg = H g lg ĐL Kirchoff k =1 n  i =1 i i =1 → Ni = H g lg + H clc = =0 11 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Bg 0 lg + Bc  r 0 Rc = lc  lg 0 Ag n Ni =  k Rk =  H i li k =1 Từ trở: Áp dụng định luật KVL  Xây dưng mạch tương đương  H clc CƠ  Ni =  k Rk Tiết diện Ac Áp dụng định luật Ampere n Mạch tương đương g: viết tắt gap khe hở kk c : viết tắt core, lõi thép Tiết diện Ag  Xét vịng xuyến từ có khe hở khơng khí B =  H = 0  r H = Ni i Mạch từ tương đương Mạch từ lc  Ac Rc Ag = ? Ac = ? Rg F = Ni 12 12 31-Mar-21 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Năng lượng tích trữ cuộn dây Giới thiệu – Tổng quát Phần đầu cần xác định: - Điện áp cảm ứng - Lực điện từ (moment điện từ) Năng lượng tích trữ cuộn dây 1 W = 𝐿𝑖2 = l𝑖 2 l  =  Li  ??? Năng lượng từ trường Chuyển động thẳng Đơn vị: Joule L - Một cuộn dây (mạng cửa)  Điện áp cảm ứng - Lực điện từ - Hai cuộn dây (mạng cửa vào cửa ra)  Điện áp cảm ứng - Lực điện từ Năng lượng từ trường tích trữ thể tích V từ trường phân bố Wm = wmV - Nhiều cuộn dây kích thích (mạng đa cửa) Điện áp cảm ứng - Lực điện từ Chuyển động quay - Một cuộn dây (mạng cửa) Nếu mạch từ tuyến tính: Mật độ lượng wm = w’m mật độ đồng lượng wm = wm' =  Điện áp cảm ứng - Moment điện từ - Hai cuộn dây (mạng cửa vào cửa ra)  Điện áp cảm ứng - Moment điện từ - Nhiều cuộn dây kích thích (mạng đa cửa) Điện áp cảm ứng - Moment điện từ BH 13 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 13 Phần cuối  Dùng định luật Newton  để xây dựng phương trình cân lực: lực có nguồn gốc từ điện (lực điện từ) fe, lực có nguồn gốc từ (lực cơ) fm  Giải hệ thống phương trình  Tìm nghiệm BMTBD-CSKTĐ-PVLong 14 (TCBinh edited 2016) 14 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Hệ thống điện-cơ chuyển động thẳng Giới thiệu – Tổng quát ● Khảo sát hệ thống điện có nhiều cửa: N cửa điện (biến i1, i2, …., iN) M cửa (biến x1, x2, …., xM) i1 + v1 _ f1e hoac T1e i2 + v2 _ iN Hệ thống điện + vN _ e e e M e M f hoac T f hoac T Phần đầu cần xác định: - Điện áp cảm ứng - Lực điện từ (moment điện từ) Chuyển động thẳng + _ x1 θ1 + x θ _ - Một cuộn dây (mạng cửa) x1 + _ xM θM  Điện áp cảm ứng vk = d lk N l di j M l dx j =  j =1 k +  j =1 k dt i j dt x j dt fi e = fi e (i1 , i2 , , iN , x1 , x2 , , xM )  Điện áp cảm ứng - Lực điện từ - Nhiều cuộn dây kích thích (mạng đa cửa) Điện áp cảm ứng - Lực điện từ Chuyển động quay - Một cuộn dây (mạng cửa) k = 1,2, , N  Điện áp cảm ứng - Moment điện từ - Hai cuộn dây (mạng cửa vào cửa ra)  Điện áp cảm ứng - Moment điện từ k = 1,2, , N - Nhiều cuộn dây kích thích (mạng đa cửa) Điện áp cảm ứng - Moment điện từ Tương tự lực cổng fe, hàm tất biến: BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Năng lượng từ trường - Hai cuộn dây (mạng cửa vào cửa ra)  Điện áp cảm ứng - Lực điện từ x2 Từ thông móc vịng cổng điện λk, hàm tất biến: λk= λk(i1, i2, …., iN, x1, x2, …., xM) λ = λ ( i, x ) ??? l  =  Li  ??? i = 1, 2, , M 15 15 Phần cuối  Dùng định luật Newton  để xây dựng phương trình cân lực: lực có nguồn gốc từ điện (lực điện từ) fe, lực có nguồn gốc từ (lực cơ) fm  Giải hệ thống phương trình  Tìm nghiệm 16 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 16 Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Chương 4: Phân tích hệ thống điện dùng khái niện lượng Hệ thống điện-cơ chuyển động thẳng – Một cuộn dây Hệ thống điện-cơ chuyển động thẳng – Một cuộn dây Mạch từ có bề dày d, khe hở khơng khí x, phần động chuyển động theo phương x trượt lên đệm phi từ tính có bề dày g Giả thiết: g